JP2023093068A - Device, method, and program for measuring ion concentration - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サンプル液中に含まれるイオン濃度を測定するイオン濃度測定装置、イオン濃度測定方法及びイオン濃度測定プログラムに関するものである。 The present invention relates to an ion concentration measuring device, an ion concentration measuring method, and an ion concentration measuring program for measuring the concentration of ions contained in a sample liquid.
イオン濃度測定においては、測定対象であるサンプル液の電気伝導率によって測定値に誤差が生じてしまう場合がある。
サンプル液の電気伝導率による測定値への影響を低減する方法としては、特許文献1に記載されているように、サンプル液の導電率を測定する導電率計を備え、この導電率計から出力される導電率を用いてイオン濃度を補正することが考えられる。
In the ion concentration measurement, an error may occur in the measured value depending on the electric conductivity of the sample liquid to be measured.
As a method for reducing the influence of the electrical conductivity of the sample liquid on the measured value, as described in
しかしながら、この従来の方法では、まず導電率計によって導電率を測定し、この導電率を用いてイオン濃度を補正するため、装置構成が複雑になるという問題がある。複雑な算出手段を必要とするためにイオン濃度測定装置を小型化することが難しいという問題がある。 However, in this conventional method, the conductivity is first measured by a conductivity meter, and the ion concentration is corrected using this conductivity. There is a problem that it is difficult to miniaturize the ion concentration measuring device because it requires complicated calculation means.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、より簡単な構成でイオン濃度を精度よく測定することができるイオン濃度測定装置を提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ion concentration measuring device capable of accurately measuring an ion concentration with a simpler configuration.
すなわち、本発明に係るイオン濃度測定装置は、サンプル溶液に接するように配置されてサンプル液中のイオン濃度に応じた測定電位を出力する作用電極と、前記サンプル液に接するように配置されて基準電位を出力する比較電極と、前記サンプル液の抵抗値を測定する抵抗値測定部と、前記測定電位と前記基準電位との間の電位差と前記抵抗値とに基づいて前記イオン濃度を算出する算出部とを備えることを特徴とするものである。 That is, the ion concentration measuring device according to the present invention comprises a working electrode arranged in contact with a sample solution and outputting a measurement potential corresponding to the ion concentration in the sample solution, and a reference electrode arranged in contact with the sample solution. A reference electrode that outputs a potential, a resistance value measuring unit that measures the resistance value of the sample liquid, and a calculator that calculates the ion concentration based on the potential difference between the measured potential and the reference potential and the resistance value. It is characterized by comprising a part.
このように構成されたイオン濃度測定装置によれば、抵抗値を用いて前記イオン濃度を算出するので、導電率を算出する必要が無い。また、前記抵抗値測定部は導電率計である必要は無く、抵抗値を測定できさえすればよい。そのため、所望の測定精度を実現しながらも、できるだけ簡単な構成のイオン濃度測定装置とすることが可能である。 According to the ion concentration measuring device configured as described above, since the ion concentration is calculated using the resistance value, there is no need to calculate the conductivity. Further, the resistance value measuring unit does not need to be a conductivity meter as long as it can measure the resistance value. Therefore, it is possible to make the ion concentration measuring device as simple as possible while achieving the desired measurement accuracy.
前記抵抗値測定部が、前記比較電極を抵抗値測定用電極として用いるものであれば、イオン濃度を測定するために必要な部品のみを用いて、抵抗値を測定することができる。 If the resistance value measuring unit uses the reference electrode as a resistance value measuring electrode, the resistance value can be measured using only the parts necessary for measuring the ion concentration.
本発明の具体的な実施態様としては、前記算出部が、前記抵抗値を用いて前記電位差を補正するものを挙げることができる。 As a specific embodiment of the present invention, the calculator corrects the potential difference using the resistance value.
測定対象となるイオンの種類は特に限定されないが、カルシウムイオン又はアンモニウムイオンはサンプル液の電気伝導率によるイオン濃度測定への影響が比較的大きいために、前記作用電極がカルシウムイオン又はアンモニウムイオンを測定するものである場合には、本発明の効果が顕著に奏される。 The type of ions to be measured is not particularly limited, but since calcium ions or ammonium ions have a relatively large effect on ion concentration measurement due to the electrical conductivity of the sample solution, the working electrode measures calcium ions or ammonium ions. When it does, the effect of the present invention is exhibited remarkably.
前記サンプル液の電気伝導率が10mS/cm以上25mS/cm以下の範囲である場合に、本発明の効果が特に顕著に発揮される。 When the electric conductivity of the sample liquid is in the range of 10 mS/cm or more and 25 mS/cm or less, the effects of the present invention are exhibited particularly remarkably.
前記サンプル液の抵抗値を測定するための前記抵抗値測定用電極の表面に汚れが付着すると、前記抵抗値測定部によって測定される抵抗値が変化してしまう恐れがある。そこで、前記抵抗測定用電極の表面を洗浄する洗浄機構をさらに備えているものとすることが好ましい。 If dirt adheres to the surface of the resistance value measuring electrode for measuring the resistance value of the sample liquid, the resistance value measured by the resistance value measuring unit may change. Therefore, it is preferable to further include a cleaning mechanism for cleaning the surface of the resistance measurement electrode.
本発明によれば、抵抗値測定部によって測定された抵抗値を用いて前記イオン濃度を補正するので、イオン濃度を精度よく測定しながらも、抵抗値を導電率に換算する手間を省くことができる。また、イオン濃度測定装置が抵抗値測定部を備えているので、導電率計を別途用意する必要がない。 According to the present invention, since the ion concentration is corrected using the resistance value measured by the resistance value measuring unit, it is possible to save the trouble of converting the resistance value into conductivity while accurately measuring the ion concentration. can. In addition, since the ion concentration measuring device has a resistance value measuring unit, there is no need to separately prepare a conductivity meter.
以下に、本発明の一実施形態に係るイオン濃度測定装置100について図を参照しながら説明する。
An ion concentration measuring
本実施形態に係るイオン濃度測定装置100は、例えば、工業排水や水処理施設からの放流水、河川水や沼湖水、地下水などのサンプル液中の、例えば、各種イオン濃度を測定するものである。
The ion concentration measuring
このイオン濃度測定装置100は、例えば図1に示すように、作用電極1と、比較電極2と、これら作用電極1と比較電極2との間の電位差に基づいてイオン濃度を算出する算出部3と、該算出部3によって算出されたイオン濃度等を表示する表示部4とを備えている。
This ion
前記作用電極1は、サンプル液に接するように配置されることによって、サンプル液中の特定のイオンの濃度に応じた測定電位を出力するものである。本実施形態に係る作用電極1は、例えば、図2に示すように、樹脂からなる円筒状の作用電極筐体11と、該作用電極筐体11の内部に配置された測定用内部電極(不図示)と、前記作用電極筐体11の先端に前記サンプル液に接するように取り付けられたイオン応答膜12と、前記作用電極筐体11の内部に収容されて、前記測定用内部電極と前記イオン応答膜12とを電気的に接続する測定用内部液とを備えている。前記イオン応答膜12は、例えば、カルシウムイオンに応答するものである。前記測定用内部電極は、例えば、銀/塩化銀電極であり、前記測定用内部液は、例えば、塩化カリウム水溶液である。
The working
前記比較電極2は、前記作用電極1から出力される測定電位に対する基準電位を出力するものであり、例えば、図2に示すように、樹脂からなる比較電極筐体21と、該比較電極筐体21の内部に収容された比較用内部電極(不図示)と、該比較電極筐体21を厚み方向に貫通して、前記比較電極筐体21の試料と接する表面に開口するように形成された貫通孔と該貫通孔の内部に取り付けられた多孔質セラミック等とからなる液絡部22と、前記比較電極筐体21の内部に収容されて、前記比較電極用内部電極と前記液絡部22とを電気的に接続する比較電極用内部液とを備えている。前記測定用内部電極は、例えば、銀/塩化銀電極であり、前記測定用内部液は、例えば、塩化カリウム水溶液である。
The
前記算出部3は、例えば、前記作用電極1と前記比較電極2との間に配置されて、これら作用電極1と比較電極2との間の電位差を検出する電位計5から出力される前記電位差に基づいてイオン濃度を算出するものであり、例えば、CPU、メモリ、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ等を備えた情報処理回路が、前記メモリの所定領域に格納されたプログラムに従ってCPUや周辺機器が協働することによりその機能を発揮するように構成されている。
The
しかして、本実施形態に係るイオン濃度測定装置100は、図1に示すように、サンプル液の抵抗値を測定する抵抗値測定部6をさらに備えるものである。
前記抵抗値測定部6は、抵抗値測定用電極61と、アース極62と、抵抗値出力部63とを備えている。
前記抵抗値出力部63は、サンプル液に浸漬されている前記抵抗値測定用電極61と前記アース極62との間において検出される抵抗値(例えば、抵抗カウント値)を前記算出部3に対して出力するものである。
As shown in FIG. 1, the ion concentration measuring
The resistance
The resistance
本実施形態では、図2に示すように、前記比較電極2を前記抵抗値測定用電極61として用いている。
前記算出部3は、前述したように前記作用電極1と前記比較電極2との間の電位差に基づいてイオン濃度を算出する際に、前記抵抗値測定部6によって測定された抵抗値をも参照してイオン濃度を算出するものである。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the
The
前記算出部3が、前記電位差及び前記抵抗値に基づいてイオン濃度を算出する具体的な方法は、例えば、図3に示すようなものである。
A specific method by which the
前記電位計5から出力される前記作用電極1と前記比較電極2との間の電位差と、前記抵抗値測定部6から出力される抵抗値を受け付けて、該電位差を前記抵抗値で補正するようにしている。
The potential difference between the working
より具体的には、あるサンプル液の電気伝導率と同じサンプルについて抵抗値測定部6によって測定される抵抗カウント値との間の相関関係を表す相関関係式を予め求めておく。この電気伝導率と抵抗カウント値と間の相関関係は、各イオン濃度測定装置100における個体差が比較的小さいため、予め求めた相関関係式をイオン濃度測定装置100の出荷時に記憶させておくものとしても良い。
More specifically, a correlation formula representing the correlation between the electrical conductivity of a certain sample liquid and the resistance count value measured by the resistance
また、例えば、測定対象であるイオンの濃度が既知の標準サンプル液を用いて、イオン濃度一定のままで電気伝導率を変化させた場合に前記電位計5から出力される電位差を計測し、電気伝導率(導電率)と電位差との間の相関関係を表す相関関係式を予め求めておく。
Further, for example, using a standard sample solution with a known concentration of ions to be measured, the potential difference output from the
前述したような手順で予め求めておいた2つの相関関係式を用いて、前記抵抗カウントと前記電位差との相関関係式を作成し、これをイオン濃度測定装置に記憶させておく。 Using the two correlation formulas obtained in advance by the procedure described above, a correlation formula between the resistance count and the potential difference is created and stored in the ion concentration measuring device.
その後、イオン濃度及び電気伝導率が未知のサンプル液について、前記電位差及び前記抵抗カウント値を測定し、これらを受け付けた算出部3は、抵抗カウント値と電位差との相関関係式を用いて、前記電位差を前記抵抗カウント値で補正する。
この補正後の電位差とネルンストの式に基づいて、算出部3がイオン濃度を算出する。
After that, the potential difference and the resistance count value are measured for a sample liquid whose ion concentration and electrical conductivity are unknown, and the
The
本実施形態に係るイオン濃度測定装置100及びイオン濃度測定方法によれば、算出部3が作用電極1と比較電極2との間の電位差を、前記抵抗値測定部6によって測定された抵抗値によって補正し、この補正後の電位差を用いてイオン濃度を算出するので、サンプル液の電気伝導率の変化によるイオン濃度の変動をできるだけ抑えることができる。
According to the ion concentration measuring
前記算出部3が、前記抵抗値測定部6によって測定された抵抗カウント値をそのまま用いて、前記電位差を補正するので、前記抵抗カウント値から電気伝導率(導電率)を算出するための装置構成を省くことができる。
Since the
前記抵抗値測定用電極61として、イオン濃度測定装置100が必ず備えている比較電極2を用いているので、イオン濃度測定装置100の部品点数を増やす必要がない。
Since the
<本発明に係るその他の実施形態>
本発明は前記実施形態に限られるものではない。
抵抗値測定用電極の表面が汚れると測定される抵抗値が変動してしまう可能性がある。そこで、抵抗値測定用電極の表面を洗浄する洗浄機構7をさらに備えるものとすることが好ましい。
<Other embodiments according to the present invention>
The present invention is not limited to the above embodiments.
If the surface of the resistance value measuring electrode becomes dirty, the measured resistance value may fluctuate. Therefore, it is preferable to further include a
前記洗浄機構7としては、例えば、図4に示すように、前記比較電極の表面に対して紫外線を照射する光源71を備えるものや、前記比較電極の表面に形成された二酸化チタンなどのセルフクリーニング効果を有する防汚被膜を備えるものとしても良いし、前記比較電極の表面から汚れを物理的に擦り落とす洗浄部材を備えるものなどとしても良い。
As the
前記抵抗値測定用電極は、前記比較電極に限らず、例えば温度センサ等のイオン濃度測定装置が備えている他の電極や部品等がその機能を兼ねるものとしても良い。
また、アース極を別途設けることなく、前記アース極の機能を他の電極などが兼ねるものとしても良い。
The resistance value measuring electrode is not limited to the reference electrode, and may be another electrode or component such as a temperature sensor provided in the ion concentration measuring device, which also serves as the electrode.
Also, instead of providing a separate ground electrode, another electrode or the like may also serve as the ground electrode.
温度を測定する温度センサをさらに備え、この温度センサから出力される温度に関する情報に基づいて、イオン濃度測定結果をさらに補正するものとしても良い。 A temperature sensor for measuring temperature may be further provided, and the ion concentration measurement result may be further corrected based on the temperature information output from this temperature sensor.
前記実施形態においては、前記作用電極がカルシウムイオン濃度に応じた電位を出力するものである場合について説明したが、前記作用電極がアンモニウムイオンに応答するものであっても良いし、水素イオンやカリウムイオン、ナトリウムイオンなど他の種類のイオンに応答するものである場合であっても良い。 In the above embodiment, the case where the working electrode outputs a potential corresponding to the concentration of calcium ions has been described, but the working electrode may respond to ammonium ions, hydrogen ions or potassium ions. It may be a case where it responds to other types of ions such as ions and sodium ions.
前述した実施形態においては、作用電極と比較電極との筐体が一体となっている複合電極である場合について説明したが、これら作用電極と比較電極とは互いに独立した筐体を有するものとしても良い。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、種々の変形や実施形態の組合せを行ってもかまわない。
In the above-described embodiment, the case of a composite electrode in which the housings of the working electrode and the reference electrode are integrated has been described. good.
In addition, various modifications and combinations of embodiments may be made without departing from the gist of the present invention.
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限られるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
この実施例においては、前記実施形態で詳述したイオン濃度測定装置を使用して、カルシウムイオン濃度測定を行い、本発明に係るイオン濃度測定方法によって、イオン濃度測定の精度が向上することを確かめた。具体的な実験手順は以下の通りである。 In this example, the ion concentration measuring device described in detail in the above embodiment was used to measure the calcium ion concentration, and it was confirmed that the ion concentration measuring method according to the present invention improved the accuracy of the ion concentration measurement. rice field. Specific experimental procedures are as follows.
サンプル液としては、カルシウムイオン濃度が40mg/Lの水溶液を用いた。
この水溶液に、塩化カリウムを添加して、カルシウムイオン濃度は一定のままで電気伝導率が異なる複数のサンプル液を調製した。
As a sample liquid, an aqueous solution with a calcium ion concentration of 40 mg/L was used.
Potassium chloride was added to this aqueous solution to prepare a plurality of sample solutions having different electrical conductivities while keeping the calcium ion concentration constant.
前述した電気伝導率の異なる複数のサンプル液について、比較電極とアース極との間で測定された抵抗カウント値と、作用電極及び比較電極との間で実際に測定された出力電位と、比抵抗カウント値を用いて補正された補正後の電位差と、補正後の電位差に基づいて算出されたカルシウムイオン濃度をそれぞれ求めた。 For a plurality of sample solutions having different electrical conductivities as described above, the resistance count value measured between the reference electrode and the ground electrode, the output potential actually measured between the working electrode and the reference electrode, and the specific resistance A corrected potential difference corrected using the count value and a calcium ion concentration calculated based on the corrected potential difference were obtained.
前述した実験の結果から、カルシウムイオン濃度が一定であるにも関わらず、電気伝導率が異なる各サンプルについての前記出力電位は、電気伝導率が上がるにつれて徐々に低下していることが分かった。また、同じ実験結果から、前記抵抗カウント値についてもサンプルの電気伝導率が上がるにつれて徐々に低下していることが分かった。これら結果を評価した結果、抵抗カウント値の変化量と出力電位の変化量との間には、比較的高い相関関係があることが分かった。そこで、この相関関係を用いて補正された補正後の電位差は、サンプルの電気伝導率を変化させた場合の変化量が前記出力電位の変化量よりも明らかに小さくなり、安定していることが分かった。また、この補正後の電位差とネルンスト式に基づいて算出されるカルシウムイオン濃度についても、安定して40mg/L付近の値を示すことが確かめられた。このように補正後の電位差を用いて算出したカルシウムイオン濃度の誤差は許容範囲内のものであることが確認されている。 From the results of the experiment described above, it was found that the output potential for each sample with different electrical conductivity gradually decreased as the electrical conductivity increased, even though the calcium ion concentration was constant. Also, from the same experimental results, it was found that the resistance count value also gradually decreased as the electrical conductivity of the sample increased. As a result of evaluating these results, it was found that there is a relatively high correlation between the amount of change in the resistance count value and the amount of change in the output potential. Therefore, the corrected potential difference corrected using this correlation is stable because the amount of change when the electrical conductivity of the sample is changed is clearly smaller than the amount of change in the output potential. Do you get it. It was also confirmed that the calcium ion concentration calculated based on the corrected potential difference and the Nernst equation stably showed a value around 40 mg/L. It has been confirmed that the error in the calcium ion concentration calculated using the corrected potential difference is within the allowable range.
また、前記実験の結果から、前述した抵抗カウント値と出力電位との相関関係は、特にサンプル液の電気伝導率が10mS/cm以上25mS/cm以下の範囲において、高く相関していることが分かった。そのため、電気電度率が前述した範囲内のサンプル液においては、より本発明に係るイオン濃度測定装置及びイオン濃度測定方法による効果が顕著に発揮されることが推測される。 Further, from the results of the experiment, it was found that the correlation between the resistance count value and the output potential is highly correlated, especially when the electric conductivity of the sample liquid is in the range of 10 mS/cm or more and 25 mS/cm or less. rice field. Therefore, it is presumed that the effect of the ion concentration measuring device and the ion concentration measuring method according to the present invention is more remarkably exhibited in the sample liquid having the electrical conductivity within the range described above.
100・・・イオン濃度測定装置
1 ・・・作用電極
2 ・・・比較電極
3 ・・・算出部
6 ・・・抵抗値測定部
7 ・・・洗浄機構
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記作用電極から出力される測定電位に対する基準電位を出力する比較電極と、
前記サンプル液の抵抗値を測定する抵抗値測定部と、
前記作用電極及び前記比較電極の間の電位差及び前記抵抗値に基づいてイオン濃度を算出する算出部とを備えることを特徴とするイオン濃度測定装置。 a working electrode that outputs a measured potential corresponding to the concentration of ions contained in the sample liquid;
a reference electrode that outputs a reference potential with respect to the measured potential that is output from the working electrode;
a resistance value measuring unit that measures the resistance value of the sample liquid;
An ion concentration measuring device, comprising: a calculator for calculating an ion concentration based on the potential difference between the working electrode and the reference electrode and the resistance value.
前記サンプル液に触れるように配置された作用電極と比較電極との間の電位差及び前記サンプル液の抵抗値を用いて前記イオンの濃度を算出することを特徴とするイオン濃度測定方法。 A method for measuring the concentration of ions contained in a sample liquid,
An ion concentration measuring method, wherein the concentration of the ions is calculated using a potential difference between a working electrode and a reference electrode arranged so as to be in contact with the sample liquid and a resistance value of the sample liquid.
前記サンプル液に触れるように配置された作用電極と比較電極との間の電位差及び前記サンプル液の抵抗値を用いて前記イオンの濃度を算出する算出部としての機能をコンピュータに発揮させるイオン濃度測定プログラム。 A program for measuring the concentration of ions contained in a sample liquid,
Ion concentration measurement that causes a computer to function as a calculator that calculates the concentration of the ions using the potential difference between the working electrode and the reference electrode that are arranged so as to be in contact with the sample liquid and the resistance value of the sample liquid. program.
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