JP2017223583A

JP2017223583A - 水質分析計

Info

Publication number: JP2017223583A
Application number: JP2016119977A
Authority: JP
Inventors: 達哉片岡; Tatsuya Kataoka; 佳夫北田; Yoshio Kitada
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2017-12-21

Abstract

【課題】測定値異常の発生原因を正確に解析することができる水質分析計を提供する。【解決手段】試料溶液を採取する前処理部１０と、試料溶液中の水質測定値を分析する分析部１００とを備え、前処理部１０は、試料溶液を保管するための保管容器１７を備え、分析部１００は、水質測定値が所定値以上であると判定したときには、試料溶液を保管容器１７に保管する構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、河川水・湖沼水・海水・雨水・地下水等の環境水の他、上下水道水、製薬用水、純水、工業用水、排水等の測定対象溶液から採取された試料溶液中の水質を分析する水質分析計に関し、特にＴＯＣ（全有機炭素）の濃度を測定する全有機炭素計に関する。

近年、公害調査等のため、上下水道水、各種プラント用水、河川等の測定対象溶液から採取された試料水溶液中に含まれるＴＯＣ濃度の計測が重要な項目の一つとなっている。
このような試料水溶液中のＴＯＣ濃度を測定する最も一般的な測定方法は、ＣＯ_２濃度を検出する非分散性赤外線ガス検出器（ＮＤＩＲ検出器）を用いて、試料水溶液中のＴＣ（全炭素）濃度とＩＣ（無機炭素）濃度とを個別に測定し、下記式（１）に基づいてＴＯＣ濃度を算出する方法である。
ＴＣ＝ＴＯＣ＋ＩＣ・・・（１）

また、試料水溶液に無機酸を加えてＩＣを溶存ＣＯ_２とし、真空室に配置されたテフロン（登録商標）チューブ（二酸化炭素透過性チューブ）内に試料水溶液を流通させて、試料水溶液中から溶存ＣＯ_２がテフロンチューブを経て真空室に移動することにより、試料水溶液中からＩＣを除去するものもある（例えば特許文献１参照）。

図２は、従来の廃水測定用オンラインＴＯＣ計（全有機炭素計）の一例を示す概略構成図である。ＴＯＣ計２は、前処理器（前処理部）２１０と、分析装置（分析部）２００とを備える。

前処理器２１０は、導入配管１１と、排出配管１２と、切替バルブ１３と、処理容器１４と、排出用開閉バルブ１５と、攪拌機構１６とを備える。
切替バルブ１３の第一接続部は導入配管１１と連結されており、切替バルブ１３の第二接続部は排出配管１２と連結されており、切替バルブ１３の第三接続部は処理容器１４と連結されている。そして、切替バルブ１３は、導入配管１１と排出配管１２とを連結したり、導入配管１１と処理容器１４とを連結したりするようになっている。これにより、試料水溶液が導入配管１１から排出配管１２に流通し、所定のタイミングで切替バルブ１３が作動することで、所定量の試料水溶液が導入配管１１から処理容器１４に供給されるようになっている。

排出用開閉バルブ１５は、処理容器１４と排出配管１２との間に配置されており、所定のタイミングで閉状態の排出用開閉バルブ１５が開状態とされることで、処理容器１４内の試料水溶液が排出配管１２に廃棄されるようになっている。

分析装置２００は、試料注入器３０と、ＴＣ酸化部（ＴＣ変換部）４０と、除湿部５０と、ＣＯ_２濃度情報を検出するＮＤＩＲ検出器（検出部）６０と、コンピュータ２７０とを備える。

試料注入器３０は、シリンジポンプ３１と、電磁弁３３とを備える。電磁弁３３の第一接続部は前処理器２１０と連結されており、電磁弁３３の第二接続部はＴＣ酸化部４０と連結されており、電磁弁３３の第三接続部はシリンジポンプ３１と連結されている。また、電磁弁３３は、前処理器２１０とシリンジポンプ３１とを連結したり、ＴＣ酸化部４０とシリンジポンプ３１とを連結したりするようになっている。

シリンジポンプ３１は、筒状体のシリンジ３１ａと、シリンジ３１ａ内に挿入される円柱形状のピストン３１ｂと、ピストン３１ｂを上下方向に移動させるパルスモータ３２とを備える。そして、シリンジポンプ３１は、前処理器２１０と連結された状態でピストン３１ｂが下方に引かれると、処理容器１４内の所定量（例えば１００μｌ）の試料水溶液がテフロンチューブ２２を経由してシリンジ３１ａ内に注入されるようになっている。また、ＴＣ酸化部４０とシリンジポンプ３１とを連結した状態でピストン３１ｂが上方に押されると、シリンジ３１ａ内の所定量（例えば１００μｌ）の試料水溶液（処理済試料水溶液）がＴＣ酸化部４０に供給されるようになっている。

ＴＣ酸化部４０は、石英ガラス製のＴＣ燃焼管４１と、ＴＣ燃焼管４１の周囲に配置され６８０℃程度に加熱されるＴＣ炉４２と、キャリアガス導入機構（図示せず）とを備える。また、ＴＣ燃焼管４１の内部には周知の酸化触媒４３が充填されている。
ＴＣ燃焼管４１の上端部には電磁弁３３の第二接続部が連結され、ＴＣ燃焼管４１の下端部は除湿部５０と連結されている。また、ＴＣ燃焼管４１の上端部には、キャリアガス導入機構が連結されており、ＴＣ燃焼管４１の内部をキャリアガス（例えば純度９９．９９％の酸素ガス）が１５０ｍｌ／ｍｉｎで下方に向かって流通するようになっている。したがって、試料水溶液（処理済試料水溶液）中のＴＯＣは、ＴＣ炉４２によって蒸発及び分解され、キャリアガスとともに酸化触媒４３に達して酸化されることによりＣＯ_２となる。
このＣＯ_２は、キャリアガスとともに除湿部５０を経由して、ＮＤＩＲ検出器６０に導かれる。

コンピュータ２７０は、ＣＰＵ（制御部）２７１とメモリ２７２とを備える。また、ＣＰＵ２７１が処理する機能をブロック化して説明すると、ＮＤＩＲ検出器６０から取得したＣＯ_２濃度情報に基づきＴＯＣ濃度（測定値）を算出してメモリ２７２に記憶させるＴＯＣ算出部２７１ａと、前処理器２１０を制御する前処理器制御部２７１ｂと、試料注入器３０を制御する試料注入器制御部７１ｃとを有する。

特表２００６−５１３４３８号公報

ところで、ＴＯＣ計を用いた分析では、試料水溶液中のＴＯＣ濃度が大きく変動していないにもかかわらず、測定値が大きく変動することがある。そして、測定値が大きく変動したときには再分析が必要となる。
また、廃水測定用オンラインＴＯＣ計では、ＣＯＤ、ＴＮ、ＴＰ等の排出が総量で制限されているため、測定値異常が発生したときにはその原因を解析しなければならない。

上述した従来のＴＯＣ計２では、所定のタイミングで試料水溶液を連続して分析するため、分析装置２００の内部配管（テフロンチューブ２２、シリンジポンプ３１、ＴＣ燃焼管４１等）内には懸濁物やバイオ汚れ等の汚染物質（コンタミ）が蓄積する。そして、これらの汚染物質が剥がれ落ちて試料水溶液中に混入し、測定値の異常を引き起こす原因となっていた。

しかしながら、従来のＴＯＣ計２では、測定値が大きく変動したときに、改めて試料水溶液を導入配管１１から採取して再分析したときには、数時間以上経過した時点での試料水溶液を分析することになるため、再分析結果が正常値を示すことがあるという問題点があった。

出願人は、測定値異常の発生原因を正確に解析することができる全有機炭素計等の水質分析計について検討した。異常発生の原因が試料水溶液の濃度変動か分析装置２００の異常（故障等）かを判別するには再分析が有効であるが、従来のＴＯＣ計２において、前処理器制御部２７１ｂは、所定量（例えば１００μｌ）の試料水溶液を処理容器１４からシリンジポンプ３１に移送後、処理容器１４内に残った試料水溶液を廃棄するよう制御しているため、異常発生時と同一の試料水溶液を再分析することはできなかった。また、試料水溶液が分析装置２００の内部配管内を通過すると、液中に汚染物質（コンタミ）混入の可能性が発生するため、試料水溶液の濃度変動と分析装置２００の異常との判別が困難になる。そこで、内部配管を通さず前処理器で試料水溶液を分取することを見出した。

すなわち、本発明の水質分析計は、試料溶液を採取する前処理部と、前記試料溶液中の水質測定値を分析する分析部とを備える水質分析計であって、前記前処理部は、前記試料溶液を保管するための保管容器を備え、前記分析部は、前記水質測定値が所定値以上であると判定したときには、前記試料溶液を前記保管容器に保管するようにしている。

ここで、「所定値」とは、設計者等によって予め決められた異常判定のための任意の数値である。

以上のように、本発明の水質分析計によれば、分取した試料溶液を異常発生時に再分析することができ、異常発生の原因が試料溶液の濃度変動か分析部の異常かを正確に判別することができる。また、分取した試料溶液を他の装置で分析することもでき、水質分析計のみでは得られない水質情報を得ることもできる。

（他の課題を解決するための手段及び効果）
また、上記の発明において、前記前処理部は、前記分析部で前記試料溶液中の水質測定値を分析している間は、前記試料溶液を貯蔵しておく処理容器を備え、前記分析部は、前記水質測定値が所定値以上であると判定した前記試料溶液を前記保管容器に移動させ、一方、前記水質測定値が所定値未満であると判定した前記試料溶液を廃棄させるようにしてもよい。
そして、上記の発明において、前記前処理部は、複数の保管容器を備え、測定対象溶液から所定のタイミングで前記処理容器に前記試料溶液を採取するようにしてもよい。
ここで、「所定のタイミング」とは、設計者等によって予め決められた水質を分析するための任意の時間である。

さらに、上記の発明において、前記分析部は、前記試料溶液中の有機炭素を二酸化炭素に変換するＴＣ変換部と、二酸化炭素を検出する検出部と、前記検出部で検出された二酸化炭素に基づいて、前記試料溶液中の全有機炭素量を算出する制御部とを備えるようにしてもよい。

本発明に係るオンラインＴＯＣ計の一例を示す概略構成図。従来のオンラインＴＯＣ計の一例を示す概略構成図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

本発明に係る水質分析計の構成例として、廃水測定用オンラインＴＯＣ計（全有機炭素計）を例にして図１にその概略構成図を示す。なお、上述した廃水測定用オンラインＴＯＣ計２と同様のものについては、同じ符号を付すことにより説明を省略する。
廃水測定用オンラインＴＯＣ計１は、前処理器（前処理部）１０と、分析装置（分析部）１００とを備える。

前処理器１０は、導入配管１１と、排出配管１２と、切替バルブ１３と、処理容器１４と、排出用開閉バルブ１５と、攪拌機構１６と、複数の保管容器１７（１７ａ、１７ｂ・・・）と、複数の分取用開閉バルブ１８（１８ａ、１８ｂ・・・）を備える。

分取用第一開閉バルブ１８ａは、処理容器１４と第一保管容器１７ａとの間に配置されており、所定のタイミングで閉状態の分取用第一開閉バルブ１８ａが開状態とされることで、処理容器１４内の所定量の試料水溶液を第一保管容器１７ａに供給するようになっている。また、分取用第二開閉バルブ１８ｂは、処理容器１４と第二保管容器１７ｂとの間に配置されており、所定のタイミングで閉状態の分取用第二開閉バルブ１８ｂが開状態とされることで、処理容器１４内の所定量の試料水溶液を第二保管容器１７ｂに供給するようになっている。

分析装置１００は、試料注入器３０と、ＴＣ酸化部（ＴＣ変換部）４０と、除湿部５０と、ＣＯ_２濃度情報を検出するＮＤＩＲ検出器（検出部）６０と、コンピュータ７０とを備える。

コンピュータ７０は、ＣＰＵ（制御部）７１とメモリ７２とを備える。また、ＣＰＵ７１が処理する機能をブロック化して説明すると、ＮＤＩＲ検出器６０から取得したＣＯ_２濃度情報に基づきＴＯＣ濃度（測定値）を算出してメモリ７２に記憶させるＴＯＣ算出部７１ａと、前処理器１０を制御する前処理器制御部７１ｂと、試料注入器３０を制御する試料注入器制御部７１ｃとを有する。さらに、メモリ７２には、ＴＯＣ濃度（測定値）の異常を判定するための基準となる所定値Ａが予め記憶されている。

前処理器制御部７１ｂは、所定のタイミングで切替バルブ１３を作動させることで、所定量の試料水溶液を導入配管１１から処理容器１４に供給するとともに、ＴＯＣ算出部７１ａで算出されたＴＯＣ濃度（測定値）に基づいて、開閉バルブ１５、１８を制御する。具体的には、ＴＯＣ濃度（測定値）が所定値Ａ未満であるときには、排出用開閉バルブ１５を閉状態から開状態とすることで、処理容器１４内の試料水溶液を排出配管１２に廃棄する制御を行う。

一方、ＴＯＣ濃度（測定値）が所定値Ａ以上であり第一保管容器１７ａが空であるときには、分取用第一開閉バルブ１８ａを閉状態から開状態とすることで、処理容器１４内の所定量の試料水溶液を第一保管容器１７ａに供給する。また、ＴＯＣ濃度（測定値）が所定値Ａ以上であり第一保管容器１７ａが空でないときには、分取用第二開閉バルブ１８ｂを閉状態から開状態とすることで、処理容器１４内の所定量の試料水溶液を第二保管容器１７ｂに供給する。このようにしてＴＯＣ濃度（測定値）が所定値Ａ以上の試料水溶液を保管容器１７ａ、１７ｂ・・・に順次保管していく。

以上のように、本発明のオンラインＴＯＣ計１によれば、測定値が異常（所定値Ａ以上）を示したときに、分取して保管しておいた試料水溶液を再分析することができ、異常の発生原因が試料水溶液の濃度変動か分析装置１００の異常（故障等）かを正確に判別することができる。また、分取した試料水溶液を他の装置で分析することもでき、オンラインＴＯＣ計１のみでは得られない水質情報を得ることもできる。

＜他の実施形態＞
上述した実施形態では、本発明をオンラインＴＯＣ計１に適用した構成を示したが、これに代えて、その他の水質分析計に用いるようにしてもよい。

本発明は、河川水・湖沼水・海水・雨水・地下水等の環境水の他、上下水道水、製薬用水、純水、工業用水、排水等の測定対象溶液から採取された試料溶液中の水質を分析する水質分析計、例えばＴＯＣ（全有機炭素）の濃度を測定する全有機炭素計等に利用することができる。

１オンラインＴＯＣ計（水質分析計）
１０前処理器（前処理部）
１７保管容器
４０ＴＣ酸化部（ＴＣ変換部）
６０ＮＤＩＲ検出器（検出部）
７１ＣＰＵ（制御部）
１００分析装置（分析部）

Claims

試料溶液を採取する前処理部と、
前記試料溶液中の水質測定値を分析する分析部とを備える水質分析計であって、
前記前処理部は、前記試料溶液を保管するための保管容器を備え、
前記分析部は、前記水質測定値が所定値以上であると判定したときには、前記試料溶液を前記保管容器に保管することを特徴とする水質分析計。
前記前処理部は、前記分析部で前記試料溶液中の水質測定値を分析している間は、前記試料溶液を貯蔵しておく処理容器を備え、
前記分析部は、前記水質測定値が所定値以上であると判定した前記試料溶液を前記保管容器に移動させ、一方、前記水質測定値が所定値未満であると判定した前記試料溶液を廃棄させることを特徴とする請求項１に記載の水質分析計。
前記前処理部は、複数の保管容器を備え、
測定対象溶液から所定のタイミングで前記処理容器に前記試料溶液を採取することを特徴とする請求項２に記載の水質分析計。
前記分析部は、前記試料溶液中の有機炭素を二酸化炭素に変換するＴＣ変換部と、
二酸化炭素を検出する検出部と、
前記検出部で検出された二酸化炭素に基づいて、前記試料溶液中の全有機炭素量を算出する制御部とを備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の水質分析計。