JP2008249363A

JP2008249363A - 濁度計

Info

Publication number: JP2008249363A
Application number: JP2007087913A
Authority: JP
Inventors: Toshiichi Kobayashi; 敏一小林
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】表面散乱光方式によって濁度を主に前方散乱光で測定することができる濁度計を提供する。
【解決手段】試料液１６が導入され、試料液の液面１８に下方から光２０を照射することができる測定槽１０と、上記試料液の液面に下方から光を照射する光源１２と、試料液の液面の上方に配置され、光源から試料液の液面に下方から光を照射したときに試料液中で生じる散乱光２２を受光する受光部１４とを具備する濁度計とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料液の濁度を測定する濁度計に関する。

濁度とは、試料液の濁りの程度を表すものである。試料液の濁度は、一般に濁度計によって測定されており、濁度計の測定方式としては、散乱光・透過光方式、表面散乱光方式、透過光方式、散乱光方式、積分球方式、微粒子カウント方式などがある。いずれの方式も、試料液に光を照射し、試料液中の粒子による吸収、散乱、屈折などによって変化する光量を測定することにより、試料液の濁度を求めるものである。

上述した測定方式のうち、表面散乱光方式は、試料液の液面に上方から光を当て、その液面からの散乱光を試料液の液面の上方で測定して濁度を測定するものであり、光源側、受光部側のいずれもが試料液と接する窓を必要としないため、上記窓の汚れによる誤差の発生がないという点で優れている。

しかし、上述した表面散乱光方式による濁度計は、下記のような問題点を有する。
（ａ）試料液の液面の上方に光源および受光部を配置する場合、光源からの光の入射方向に対する受光部の配置角度はほぼ９０度以内に限定される（例えば、特許文献１、２参照）。したがって、受光部では主に後方散乱光（粒子に光が当たったときに粒子の後方に散乱する光）を検出することになるが、後方散乱光は散乱光量が少ないため、検出感度が低い。
（ｂ）散乱光は、粒子の大きさ（粒径の大きさ）と照射する光の波長との関係により、散乱パターンが異なる。一般に、後方散乱光の強度は粒径の大きさによる差が小さいが、前方散乱光（粒子に光が当たったときに粒子の前方に散乱する光）は粒径が大きくなるほど強度を増す。特に、粒径が光波長より大きい粒子の前方散乱光の強度は著しく強い（非特許文献１）。そのため、粒径が光波長よりも大きい粒子（通常は粒径が０．６μｍよりも大きい粒子）が含まれる試料液を測定する場合には、どの方向の散乱光を測定するかによって感度に差が生じることになる。一方、上水試験法に定められた濁度計の校正用標準液であるポリスチレン系粒子懸濁液（ＰＳＬ）には、粒径０．５〜１０μｍの大きさの粒子が所定の比率で含まれる。そのため、上記ポリスチレン系粒子懸濁液で濁度計の校正を行った後に、その濁度計で粒径が０．６μｍよりも小さい粒子が多く含まれる試料液を測定すると、主に後方散乱光により測定する表面散乱光方式の濁度計の測定値が、前方散乱光により測定する方式の濁度計の測定値に比べて非常に高くなる。

実開平７−４１４５４号公報特開平８−２１７９５号公報水道協会雑誌・第６８巻第１号（第７７２号）中の論文「濾過水の濁度、微粒子数及びＦＩの相互関係」

前述した（ａ）、（ｂ）の問題は、いずれも濁度を主に後方散乱光により測定する方式であることが原因である。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、表面散乱光方式によって濁度を主に前方散乱光で測定することにより、前述した（ａ）、（ｂ）の問題を解消した濁度計を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するため、試料液が導入され、前記試料液の液面に下方から光を照射することができる測定槽と、前記試料液の液面に下方から光を照射する光源と、前記試料液の液面の上方に配置され、前記光源から前記試料液の液面に下方から光を照射したときに試料液中で生じる散乱光を受光する受光部とを具備することを特徴とする濁度計を提供する。

以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明の濁度計は、図１に例示するように、測定槽１０と、光源１２と、受光部１４とを具備する。測定槽１０は、試料液１６が導入され、試料液の液面１８に下方から光を照射することができるものである。光源１２は、試料液１６の液面１８に下方から光２０を照射することができるものである。受光部１４は、試料液１６の液面１８の上方に配置され、光源１２から試料液１６の液面１８に下方から光２０を照射したときに試料液１６中で生じる散乱光２２を受光するものである。なお、図１において、２４は試料液入口、２６はコリメーターレンズ、２８は集光レンズ、３０は受光素子、３２は電気信号を示す。

本発明の濁度計は、上述したように、試料液の液面に下方から光を照射し、そのときに試料液中で生じる散乱光を試料液の液面の上方に配置した受光部で検出するので、光源からの光の入射方向に対する受光部の配置角度Ａを９０度を超える角度とすることができ、したがって濁度を主に前方散乱光で測定することができる。

本発明において、光源は、試料液の液面で光が全反射する入射角で試料液の液面に下方から光を照射することが望ましい。このようにすると、理論上、光源からの光束は液面上の空間に出射することはないため、液面上の空間に配置された受光部には散乱光のみが入ることになり、散乱光対迷光のＳ／Ｎ比が改善される。

上述した試料液の液面で光が全反射する入射角とは、上記液面における光の臨界角を超える角度を言う。上記臨界角とは、光が光学的に密な媒質から疎な媒質に入射する場合、屈折角が９０度となるときの入射角を言う。入射角が臨界角に近づくと、光の反射の割合は急激に１００％に近づき、入射角が臨界角を超すと、光が全反射するようになる。臨界角の求め方は、図２に例示するとおりである。すなわち、試料液１６の液面１８への光２０の入射角をＢ、光２０が空気３２中に出射するときの屈折角をＣとすると、空気に対する水の屈折率ｎは、
ｎ＝ｓｉｎＣ／ｓｉｎＢ
であり、空気に対する水の屈折率ｎは、１．３３３であるから、
１．３３３＝ｓｉｎＣ／ｓｉｎＢ
であり、臨界角の場合はＣ＝９０度でｓｉｎＣ＝１となるから、
ｓｉｎＢ＝１／１．３３３
Ｂ＝４８．６度
となる。したがって、試料液が上水等の水である場合、臨界角は４８．６度であり、入射角Ｂが４８．６度を超えると、試料液の液面で光が全反射するようになる。よって、本発明では、入射角Ｂを４８．６度を超える角度とすることが適当である。

本発明の濁度計は、図１に示すように、下記構成（１）〜（４）を有することが好ましい。
（１）測定槽は、試料液の液面に外部の下方から光を照射することができる光入射窓３４を有する構成。これにより、光源を測定槽の外部に配置可能となり、液面で光が全反射する条件を満たすことができるとともに、測定槽の容積を小さくすることができるという効果を得ることができる。ただし、測定槽内の試料液中に光源を配置してもよい。
（２）測定槽は、試料液の液面で反射した光３６が出射する光出射窓３８を有する構成。これにより、光トラップ（後述）を測定槽の外部に配置可能となり、測定槽の容積が小さくても迷光の影響を小さくすることができるという効果を得ることができる。
（３）受光部は、図１に示すように、液面への光の入射箇所４０の真上に配置されている構成。これにより、試料液中の粒子からの前方および後方からの散乱光を受光することが可能になるという効果を得ることができる。
（４）試料液の液面で反射した光３６を吸収する光トラップ４２をさらに有する構成。これにより、試料液中の粒子からの散乱光量対迷光量のＳ／Ｎ比を向上させることができるという効果を得ることができる。ただし、測定槽内の試料液中に光トラップを設けてもよい。

本発明の濁度計は、表面散乱光方式によって濁度を主に前方散乱光で測定することができる。したがって、本発明の濁度計は、下記の効果を奏する。
（ア）受光部では主に散乱光量が多い前方散乱光を検出するため、検出感度が高い。
（イ）濁度を主に前方散乱光で測定するため、一般にラボで用いられる積分球方式による濁度計の測定値との差が少なくなる。

以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。図３〜図６は本発明に係る濁度計の一実施形態を示すもので、図３は概略斜視図、図４は概略正面図、図５は概略平面図、図６は概略側面図である。

本例の濁度計５０において、５２は測定槽、５４は脱泡槽、５６は排液槽、５８は光源配置室、６０は光トラップ室、６２は試料液入口、６４は排液口、６６は透明な材質からなる光入射窓、６８は透明な材質からなる光出射窓、７０は光源（発光ダイオード）、７２は光源カバー、７４はコリメーターレンズ、７６、７８はそれぞれミラー、８０は受光部、８２は集光レンズ、８４は受光素子を示す。測定槽５２、脱泡槽５４、排液槽５６、光源配置室５８および光トラップ室６０を有する構造体は、プラスチックなどの適宜材質により形成することができる。

本例の濁度計において、試料液８６は、試料液入口６２から脱泡槽５４に導入され、ここで脱泡された後、測定槽５２に下部から導入され、次いでオーバーフローにより排液槽５６に入り、排液口６４から排出される。また、脱泡槽５４に導入された試料液の一部はオーバーフローにより排液槽５６に入る。

本例の濁度計では、試料液８６の液面８８に、光源７０からの光９０がミラー７６を経て、光入射窓６６を通って上記液面８８で光９０が全反射する入射角（本例では６０度）で下方から照射される。そして、そのときに試料液８６中で生じる散乱光９２を、液面８８への光の入射箇所の真上に配置されている受光部８０で受光し、その受光部８０の信号に基づいて試料液の濁度を求める。また、試料液の液面で反射した光９４は、光出射窓６８を通りミラー７８を経て光トラップ室６０に入り、ここで吸収される。光トラップ室６０では、内面を黒色とした暗室を光トラップとして構成してある。

なお、本実施形態の測定槽では、光源側に光入射窓が設けられているため、この光入射窓の汚れの影響を受ける可能性があるが、上水等の低濃度の濁度測定を行う場合には、上記光入射窓の汚れは定期的なメンテナンス時の洗浄によって対応可能である。

本発明の濁度計は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。例えば、光入射窓を設けることなく測定槽内に光源を配置してもよく、光出射窓を設けることなく測定槽内に光トラップを設けてもよい。また、脱泡法や外光を遮る構造などは従来と同様に適宜設計することができる。

本発明に係る濁度計の構成を示す説明図である。臨界角の求め方を示す説明図である。本発明に係る濁度計の一実施形態を示す概略斜視図である。同濁度計の概略正面図である。同濁度計の概略平面図である。同濁度計の概略側面図である。

符号の説明

１０測定槽
１２光源
１４受光部
１６試料液
１８液面
２０光
２２散乱光
３４光入射窓
３６光
３８光出射窓
４０光の入射箇所
４２光トラップ
５０濁度計
５２測定槽
５８光源配置室
６０光トラップ室
６６光入射窓
６８光出射窓
７０光源
８０受光部

Claims

試料液が導入され、前記試料液の液面に下方から光を照射することができる測定槽と、前記試料液の液面に下方から光を照射する光源と、前記試料液の液面の上方に配置され、前記光源から前記試料液の液面に下方から光を照射したときに試料液中で生じる散乱光を受光する受光部とを具備することを特徴とする濁度計。
前記光源は、前記試料液の液面で光が全反射する入射角で前記試料液の液面に下方から光を照射することを特徴とする請求項１に記載の濁度計。
前記測定槽は、前記試料液の液面に外部の下方から光を照射することができる光入射窓を有することを特徴とする請求項１または２に記載の濁度計。
前記測定槽は、前記試料液の液面で反射した光が出射する光出射窓を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の濁度計。
前記受光部は、前記液面への光の入射箇所の真上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の濁度計。
前記試料液の液面で反射した光を吸収する光トラップを有することを特徴とする請求項請求項１〜５のいずれか１項に記載の濁度計。