JP2010060377A - 水質分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較電極の内部液による他のセンサへの影響を可及的に抑制し、内部液に起因する各センサからの測定値の測定誤差を低減する。
【解決手段】ｐＨガラス電極３１、酸化還元電極４、比較電極３２及び導電率センサ５を取付ブロック体２１の取付面２１Ａ上に設けた浸漬型のセンサ本体２を備え、ｐＨガラス電極３１及び導電率センサ５と比較電極３２との間に酸化還元電極４を配置している。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば海洋、河川・湖沼、ダム、井戸水・地下水、都市下水、工場下水、農業用水、養殖場などの水質を分析するための水質分析装置に関するものである。

この種の水質分析装置のうち、例えば海水の水質を分析する水質分析装置は、特許文献１に示すように、装置のセンサ本体（特許文献１中センサ部１）に複数種類の測定センサが設けられ、そのセンサ部が海水中に浸漬させることにより、ｐＨ、導電率、塩分又は水温などの多項目の測定を同時に連続して行う。

そして、従来の水質分析装置は、特許文献１に示すように、センサ本体の下端部にｐＨガラス電極、高濃度（３．３ｍｏｌ／Ｌ）のＫＣｌの内部液を用いた比較電極及び導電率センサが設けられている。

＜内部液の導電率センサへの影響＞

しかしながら、比較電極から流出した内部液（高濃度ＫＣｌ）が導電率を有することから、当該比較電極近傍において測定対象液の導電率が変化してしまい、導電率センサのセンサ結果に誤差が生じてしまうという問題がある。特に、例えば井戸水や雨水等の導電率の低い測定対象液を測定する場合には、上記内部液による導電率の変化が顕著となり、測定対象液の導電率を精度良く測定することができない。

また、導電率センサにより得られた導電率を換算して測定対象液の塩分濃度を算出するものである場合には、当然に算出される塩分濃度にも誤差が生じてしまう問題がある。

＜内部液のｐＨガラス電極への影響＞

また、測定対象液のｐＨを精度良く測定するためには、比較電極近傍の測定対象液の電位や外乱等と、ｐＨガラス電極近傍の測定対象液の電位や外乱等とを可及的に同じ条件にする必要があることから、ｐＨガラス電極と比較電極とを可及的に近づけることが望ましい。

しかしながら、そうすると比較電極から流出した内部液（高濃度ＫＣｌ）によりｐＨガラス電極近傍のイオン強度を変化させてしまい、ｐＨガラス電極による測定結果に影響を与え、測定誤差を招くという問題がある。

一方で、このような内部液による測定結果への影響を可及的に小さくするためには、ｐＨガラス電極を比較電極からできるだけ遠く設けることも考えられるが、そうすると、比較電極近傍にある測定対象液の電位と、ｐＨガラス電極近傍にある測定対象液の電位との差が大きくなる可能性があり、これによって正確な測定結果を得ることができない場合がある。さらに、各電極近傍にある測定対象液に加わる外乱も異なることになり、外乱をキャンセルすることができず、安定した測定結果を得ることができないという問題もある。
特開２０００−９７９３０号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、少なくとも水素イオン、酸化還元電位及び導電率を測定可能な水質分析装置において、比較電極から流出する内部液の影響を可及的に抑制して、内部液に起因する各センサの測定誤差を低減することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に水質分析装置は、ｐＨガラス電極、内部液が外部に流出する構造を有する比較電極、酸化還元電極及び導電率センサを取付ブロック体の取付面上に設けた浸漬型のセンサ本体を備え、前記ｐＨガラス電極及び前記導電率センサと前記比較電極との間に、前記酸化還元電極が配置されていることを特徴とする。

このようなものであれば、ｐＨガラス電極及び導電率センサと比較電極との間に酸化還元電極を配置することにより、取付面上において、ｐＨガラス電極及び導電率センサを比較電極から離間させて、比較電極の内部液によるｐＨガラス電極及び導電率センサへの影響を可及的に小さくして、内部液に起因する各センサの測定誤差を低減することができる。また、ｐＨガラス電極及び導電率センサを比較電極から離間させて生じたスペースに酸化還元電極を配置することになり、取付面上におけるスペースを有効活用してセンサ本体をコンパクトにすることができる。さらに、比較電極がｐＨガラス電極用及び酸化還元電極用を兼ねる構成として、取付面における配置を簡単化して、センサ本体を一層コンパクト化することができる。

導電率センサを比較電極から可及的に離すとともに、ｐＨガラス電極に対する測定対象液の電位や外乱等による影響と内部液による影響とを最小限するｐＨガラス電極の配置を可能にするためには、比較電極、酸化還元電極、ｐＨガラス及び電極導電率センサが、取付面の周縁部に沿って、この順に並べ設けられていることが望ましい。

このような構成において、さらに溶存酸素を測定可能にするためには、前記取付ブロック体の取付面に、溶存酸素センサが設けられていることが望ましい。

ｐＨガラス電極による測定値、溶存酸素センサによる測定値、及び導電率センサによる測定値の温度影響を補正するともに、各測定値の補正誤差を可及的に小さくするためには、前記取付面における前記ｐＨガラス電極、溶存酸素センサ及び導電率センサよりも内側において、前記ｐＨガラス電極、溶存酸素センサ及び導電率センサから略等距離に温度センサが設けられていることが望ましい。温度センサの具体的な実施の態様としては、長期にわたり安定な測定が可能な白金測温抵抗体であることが望ましい。このように、白金測温抵抗体を用いた場合、この抵抗体は、機械的接触等の衝撃に弱いので、ｐＨガラス電極、溶存酸素センサ及び導電率センサの交換などのメンテナンス時において交換具等が接触することを防ぐことができる。

このように本発明によれば、少なくとも水素イオン、酸化還元電位及び導電率を測定可能な水質分析装置において、比較電極の内部液の影響を可及的に抑制し、内部液に起因する各センサからの測定値の測定誤差を低減することができる。

次に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態の水質分析装置１００の斜視図であり、図２は水質分析装置１００の保護カバー２３を取り外した状態の底面図であり、図３は温度センサ８、濁度センサ６及び損傷防止壁９を示す模式的側面である。

＜装置構成＞
本実施形態に係る水質分析装置１００は、ｐＨ、導電率（Conductivity）、溶存酸素（Dissolved Oxygen）濃度、濁度（Turbidity）及び水温などの測定項目を同時に連続測定するものであり、図１及び図２に示すように、水質測定用の複数の測定センサを備えた浸漬型のセンサ本体２と、当該センサ本体２に防水タイプの電気ケーブルＣＡを介して電気的に接続された計器本体３と、を備えている。そして、例えば海水の水質分析を行う場合には、電気ケーブルＣＡの部分を持ち、センサ本体２を海水中に垂下し、海水中に浸漬した状態で行う。

以下各部について説明する。

センサ本体２は、図１に示すように、概略回転体形状をなし、複数種類の測定センサが取り付けられる取付ブロック体２１と、電源、メモリ機能部を有する演算部、演算された水質の測定データ等を時系列的に記録するデータロガーを内蔵する演算機器等収容体２２と、前記取付ブロック体２１の下端部（センサ取付側端部）に取り付けられて、測定センサを外部から保護するセンサ保護カバー２３と、を備える。なお、取付ブロック体２１と演算機器等収容体２２とは水密ケースを構成する。また、センサ保護カバー２３は、外部からの光を遮光する遮光機能及び設置、測定の際に外部から受ける衝撃を吸収する衝撃吸収機能を有し、外部の測定対象液（例えば、海水等）をセンサ本体２内部に導きながらも、測定センサを外部から保護するものである。

図２に示すように、具体的に取付ブロック体２１の下端部に形成された取付面２１Ａには、ｐＨ測定用のｐＨガラス電極３１及び高濃度（３．３ｍｏｌ／Ｌ）のＫＣｌの内部液を用いた液絡部を有する比較電極３２で構成されるｐＨセンサ３、前記比較電極３２を用いて酸化還元電位を測定するための酸化還元電極４、例えば交流４極法を用いた導電率センサ５、透過散乱法を用いた濁度センサ６、ポーラログラフ法を用いた溶存酸素センサ７、及び温度センサ８等が同一方向を向くように設けられている。つまり各センサ３〜８は、その中心軸方向が略一致する方向に取付面２１Ａに設けられている。このように各センサ３〜８を同一方向に設ける場合には、例えば円筒型取付ブロックの外周面に設ける場合よりも、各センサ３〜８を近接しやすく構成をコンパクトにできる反面、ｐＨガラス電極３１及び導電率センサ５が、比較電極３２から外部に流出した内部液の影響を受けやすくなる。なお、取付面２１Ａは、同一平面により形成されても良いし、部分的に段部を有するようなものでも良い。

なお、各センサの測定原理は上記に限られず、他の測定原理を用いたものであっても良い。また、ｐＨガラス電極３１、比較電極３２、酸化還元電極４及び溶存酸素センサ７は、一般に使用に連れて劣化又は不測の破損を伴うことを考慮して、取付ブロック体２１に対して交換可能なカードリッジ式になっており、交換が容易である。

計器本体３は、前記センサ本体２からの測定データ等を表示する表示部、電源キー、機能キー、測定の開始・終了キー、校正キー、セレクトキー、アップダウンキー等を備えている。そして、前記電気ケーブルＣＡを操ってセンサ本体２を水没させると、各測定センサのからの出力に基づく測定データが前記メモリ機能部に記録され、且つ、その測定値が表示部に表示される。

＜各センサの配置態様＞
しかして本実施形態の水質分析装置１００は、その取付面２１Ａにおいて、ｐＨガラス電極３１及び導電率センサ５と比較電極３２との間に、比較電極３２の内部液の影響を受けない酸化還元電極４が配置されている。濁度センサ６を除いた各センサ全体に配置態様について言うと、比較電極３２、酸化還元電極４、ｐＨガラス電極３１、導電率センサ５及び溶存酸素センサ７が、取付面２１Ａの周縁部に沿って、この順に並べ設けられている。

また、これら比較電極３２、酸化還元電極４、ｐＨガラス電極３１、導電率センサ５及び溶存酸素センサ７は、底面視において取付面２１Ａの略半分の領域に設けられている。そして他の略半分の領域には、濁度センサ６及びそのケーシングが設けられている。

さらに、取付面２１ＡにおけるｐＨガラス電極３１、溶存酸素センサ７及び導電率センサ５よりも内側の領域において、ｐＨガラス電極３１、溶存酸素センサ７及び導電率センサ５から略等距離に温度センサ８が設けられている。つまり、温度センサ８は、取付面２１Ａにおいて、ｐＨガラス電極３１、溶存酸素センサ７及び導電率センサ５が設けられた位置よりも中心部に設けられ、ｐＨガラス電極３１の中心、溶存酸素センサ７の中心及び導電率センサ５の中心から略等距離に設けられている。

また上述のように、測定結果について温度補正を要するｐＨガラス電極３１、導電率センサ５及び溶存酸素センサ７が、この順で隣接して設けられていることから、ｐＨガラス電極３１、導電率センサ５及び溶存酸素センサ７近傍の測定対象液の温度差を可及的に小さくすることができ、さらに、温度センサ８がｐＨガラス電極３１、導電率センサ５及び溶存酸素センサ７から略等距離に設けられていることから、ｐＨガラス電極３１により得られた測定結果、溶存酸素センサ７により得られた測定結果及び導電率センサ５により得られた測定結果の温度影響の補正誤差を可及的に小さくすることができる。なお、温度センサ８としては、長期にわたり安定な測定が可能であるが、機械的接触等の衝撃に弱い白金測温抵抗体を用いている。

そして、本実施形態において温度センサ８の周囲には、図２及び図３に示すように、温度センサ８の破損を防止するために破損防止壁９が設けられている。

この破損防止壁９は、測定対象液が温度センサ８の周囲を流れて当該温度センサ８に接触するように、温度センサ８の側方の一部及び温度センサ８の先端側上部を覆うものである。本実施形態の破損防止壁９は、濁度センサ６のケーシング６Ｃ及びケーシング６Ｃ固定用の取付面２１Ａから突起した固定突起２１Ａ１により構成されている。つまり、濁度センサ６のケーシング６Ｃの基端部側（取付面２１Ａ端部側）には、一方の側面から他方の側面まで貫通する通路１０が形成され、当該通路１０内に温度センサ８が設けられる。そして、通路１０を形成し、温度センサ８の側方及び先端側上部を覆う壁１０ａ、１０ｂ、１０ｃが破損防止壁９として機能する。つまり、温度センサ８は、取付面２１Ａに対する濁度センサ６の正投影の面内に位置するように設けられている（図２参照）。これにより、少なくとも比較電極３２、ｐＨガラス電極３１、酸化還元電極４、導電率センサ５及び溶存酸素センサ７を取り替える際に、それらの交換具や手等が接触しにくくすることができ、温度センサ８の機械的接触による破損を防止することができる。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る水質分析装置１００によれば、ｐＨガラス電極３１及び導電率センサ５と比較電極３２との間に酸化還元電極４を配置することにより、取付面２１Ａ上において、ｐＨガラス電極３１及び導電率センサ５を比較電極３２から離間させて、比較電極３２から外部に流出した内部液によるｐＨガラス電極３１及び導電率センサ５への影響を可及的に小さくして、内部液に起因する各センサの測定誤差を低減することができる。また、ｐＨガラス電極３１及び導電率センサ５を比較電極３２から離間させて生じたスペースに酸化還元電極４を配置することになり、取付面２１Ａ上におけるスペースを有効活用してセンサ本体２をコンパクトにすることができる。さらに、比較電極３２がｐＨガラス電極用及び酸化還元電極用を兼ねる構成であり、取付面２１Ａにおける配置を簡単化して、センサ本体２を一層コンパクト化することができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。

例えば、前記センサ本体は、ｐＨセンサ、酸化還元電極（ＯＲＰ）、導電率センサ５、濁度センサ、導電率センサ、溶存酸素センサ、温度センサを備えるものであったが、測定センサはこれらに限定されるものではない。その他、塩分、ＴＤＳ（全溶存固形物量）、海水比重、水深、硝酸イオン、カルシウムイオン、塩化物イオンを測定するセンサを備えるものであっても良い。

また、温度センサの破損防止壁を濁度センサのケーシング以外の別個の部材により形成しても良い。

さらに、前記実施形態の比較電極は、ｐＨガラス電極用及び酸化還元電極用を兼ねるものであったが前記実施形態の比較電極がｐＨガラス電極用のみの比較電極であり、別途、酸化還元電極用の比較電極を設けても良い。但し、この場合においては、２つの比較電極を隣接させて設け、当該比較電極群と、ｐＨガラス電極及び導電率センサとの間に、酸化還元電極を配置する。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

本実施形態に係る水質分析装置の斜視図。 水質分析装置の保護カバーを取り外した状態の底面図。 温度センサ及び濁度センサの位置関係を示す模式的部分拡大図。

符号の説明

１００・・・水素分析装置
２ ・・・センサ本体
２１ ・・・取付ブロック体
２１Ａ・・・取付面
３１ ・・・ｐＨガラス電極
３２ ・・・比較電極
４ ・・・酸化還元電極
５ ・・・導電率センサ
７ ・・・溶存酸素センサ
８ ・・・温度センサ

Claims (2)

1. ｐＨガラス電極、内部液が外部に流出する構造を有する比較電極、酸化還元電極及び導電率センサを取付ブロック体の取付面上に設けた浸漬型のセンサ本体を備え、
   前記ｐＨガラス電極及び前記導電率センサと前記比較電極との間に、前記酸化還元電極が配置されている水質分析装置。
2. 前記取付ブロック体の取付面に、溶存酸素センサが設けられ、
   前記取付面における前記ｐＨガラス電極、前記溶存酸素センサ及び前記導電率センサよりも内側において、前記ｐＨガラス電極、前記溶存酸素センサ及び前記導電率センサから略等距離に温度センサが設けられている請求項１記載の水質分析装置。