JP2691366B2 - 濃度測定方法及び濃度測定装置 - Google Patents

濃度測定方法及び濃度測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、混合溶液中の被測定溶媒の濃度を測定する
方法及びその濃度測定装置に関する。本発明は、化学工
業、食品工業、医薬品等の工程管理、環境計測又は医療
診断、計測等に利用される。
〔従来の技術〕
従来の混合溶液中の被測定溶媒の濃度測定方法及びそ
の装置としては、(1)光の吸収スペクトルを測定する
もの、(2)発色剤を加えて着色させて吸光度を測定す
るもの、(3)電気伝導度を求めるもの、(4)屈折率
を求めるもの、(5)比重を測定するもの等が知られて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記(1)、(3)、(4)、(5)の方法及び装置
は連続測定に適さず、またこの(1)の方法等は大型化
が避けられない。更に、前記(2)、(3)の方法等は
発色するもの又は電気伝導性を示すものに限られ、その
適用範囲が限定される。
本発明は、上記観点に鑑みてなされたものであり、管
状体内に混合溶液を流すとともに該管状体の一端から光
を入射させると、この入射光が管軸の方向へ絞られてく
ることを見出して完成されたものである。
本発明は、連続測定に好適で、電気ノイズを受けにく
く、簡便で安価で小型化ができ、適用範囲が広く、並び
に光源の照度変動、小さな気泡等の不意の混入等の影響
を受けにくく、更に必要に応じて工程の遠隔管理ができ
る濃度測定方法及びその装置を提供することを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
本第1発明の濃度測定方法は、管状体内に混合溶液を
層流状態で流すとともに、該管状体の一端から光を入射
させ、前記混合溶液中を透過させて、他端から射出光を
取り出し、その後、該射出光の受光量又は集束点の位置
を検出して、前記混合溶液中の被測定溶媒の濃度により
該受光量又は集束点の位置が異なることを利用して該被
測定溶媒の濃度を測定することを特徴とする。
本第2発明の装置は、前記の第1発明の方法を実施す
るためのものであり、前記のような管状体と、混合溶液
を導入する導入手段と、これを導出する導出手段と、該
管状体の一端側に、直接に又は送光用光ファイバを介し
て、配置される発光素子と、該管状体の他端側から取り
出された射出光の受光量又は収束点の位置を検出する検
出手段と、を具備することを特徴とする。
〔作用〕
例えば、第2図及び第3図に示すように、管状体1が
加熱又は冷却されない状態でも、管状体内部に所定の混
合溶液Aを層流状態で流すと共に、この管状体1の一端
から入射した光を他端へ透過させると、この入射した光
が管軸の方向へ絞られてくる。この絞られ方は、これら
の図に示すように、溶媒の種類、混合率により変わる。
この絞りの理由は未だ明らかではないが、所定条件下で
溶液を流す場合は、以下の実験により明らかに生じてい
るのを発見したのである。
更に、所定位置(例えば、スクリーン6の位置)で、
受光量の受光面積(ファイバ52の先端面の面積)を、例
えばこの所定位置での最小投影光面積(第3図のスクリ
ーン上の投影面積)よりも小さい受光面積として測定す
れば、その濃度により、その受光量又は集束点の位置
(例えばP1、P2)が異なる。
従って、溶媒の種類を予め決めておき、その混合率に
より被測定溶媒の濃度との関係を予め確保しておけば、
その受光量又は集束点の位置を測定することにより、そ
の濃度を測定することができる。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例1 (1)装置の概要 本発明は、水−エタノール混合溶液中のエタノール濃
度を測定するものであり、第1図に示すように、管状体
1と混合溶液導入手段としての導入部2と導出手段とし
ての導出部3(以上をモジュールという)とHe−Neレー
ザ4と受光量検出手段5と恒温層9とからなる。
この管状体1は内径が2mmφ、外径3mmφ、長さ120mm
の両端開口の銅管である。この管状体1の両端側には、
内側に配置される基部21、31と端部に配置されるガラス
窓23、33とその間に配置される筒部22、32とこの筒部2
2、32の側部に取りつけられる導入口24又は導出口34と
からなる導入部2又は導出部3が、取外しができるよう
に取付けられている。この基部21、31は恒温槽9の一部
を構成している。尚、この基部は恒温槽と別体であって
もよい。混合溶液Aはこの導入口24に入り、導出口34か
ら出る構成となっている。尚、混合溶液Aの導入、導出
は上記と逆にしてもよい。この管状体1と導入部2又は
導出部3の接触部にはシール材が配置され、シール性を
確保した。
そして、導入口側のガラス窓23に所定のレーザ装置4
を対置し、その他方のガラス窓33に受光量検出手段5を
対置した。尚、このレーザ装置4と検出手段5を逆に配
置してもよい。この検出手段5として、所定間隔(約20
00mm)をおいてスクリーン6を対置し、この透過光のス
クリーン上のほぼ中心に光ファイバ(コア径50μm)52
を配置し、更にこれを光パワーメータ(「アンリツML−
910B」、アンリツ(株)製)51に接続した。尚、この光
ファイバ52をガラス窓33に貫通させる構成としてもよ
い。He−Neレーザ(波長543nm、出力1mW)4は発光源と
なり、このレーザ光がガラス窓23を介して管状体1内部
にほぼ平行光となって送光され、他端側に配置された光
ファイバ52を介して光パワーメータ51により受光量を検
出する。また、この管状体の主要部はは恒温槽(28℃)
9内に配置されており、他の恒温槽(28℃)11内に貯留
された混合溶液Aが、ポンプ10を介してこの導入口24に
導入される構成となっている。
(2)最適条件の設定のための試験 まず、エタノール(試薬特級)と水(純水)の各々に
ついて単独で流速と受光量との関係を試験し、その結果
を第4図に示した。この結果に示すように、流速により
各々の受光量が異なり、しかもその両者の差も異なる。
両者の最も大きな差があり、好ましい流速を0.5ml/分と
決めた。この場合、モジュールとスクリーンとの間隔は
好ましい値として前記のものとしたが、これは溶媒の種
類、流速等により最適条件として種々選択される。尚、
混合溶液を流さない場合には、受光量が−54dbで一定と
なり、良好な結果を示さなかった。
(3)本実施例の効果 次いで、第5図に示すような種々の混合率の溶液を調
製し、28℃の恒温槽に配置し、前記装置に流し、その濃
度と受光量との関係を第5図に示した。同図によれば、
濃度と受光量とは良好な直線関係を示した。この検量線
を利用して未知の濃度の混合液の受光量を測定すれば、
容易にエタノールの濃度を測定できる。
従って本装置を用いて濃度測定をすれば、広い濃度範
囲においてエタノール濃度を簡単に、良好にしかも感度
よく測定することができ、更に電気的ノイズを受けずに
高速度で、連続測定をすることもできる。
実施例2 本実施例は、第6図に示すように混合溶液導入手段及
び導出手段として直接管状体1に取付けられた各導入口
2a及び導出口3aを用いる。更に、モジュールMの他端側
には第7図に示すように、収束点検出手段7が配置され
ている。この検出手段7は、光束量を検出する光ファイ
バ71付きネプチカルメータ72とこの光ファイバ(コア径
50μm)を固定する固定具73と位置を決定するノギス74
とからなる。尚、実際には第8図に示すように装置を小
型化するために光軸に対して45゜に2枚の反射鏡8a、8b
を備える。
また、ヘリウム−ネオンレーザ(波長543nm、出力1m
W)を管状体1内に管軸と略平行になるように入射させ
るとともに、光ファイバの受光面を前後させて、最も受
光エネルギーの高い位置を射出光の収束点位置P0とす
る。
本実施例でも、実施例1と同様に広い濃度範囲におい
て、濃度と集束点位置の関係が傾きの大きな良好な直線
関係を示すので、広い濃度範囲において濃度を良好にし
かも感度よく測定することができ、電気的ノイズを受け
ずに高速度で、連続測定をすることもでき、更に光源の
照度変動、小さな気泡の混入等の影響も受けにくい。ま
た、本装置は、全体構造が簡便でかつ小型とすることが
でき、特に反射鏡を持つのでその効果が大きい。
尚、本発明においては、上記具体的実施例に示すもの
に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々
変更した実施例とすることができる。即ち、上記管状体
とは、所定の混合溶液を通過させるものであればよく、
その大きさ、長さ、全体形状、断面形状、材質等は、目
的、用途により種々のものを選択することができる。例
えば、その全体形状も直管状でなく曲管状であってもよ
いし、その横断面形状も通常は真円であるが四角、六
角、楕円等とすることもでき、更にはハニカム状又は蓮
根状のように複数の流路孔を有してもよい。この材料は
銅に限定されることなく、他の金属、ガラス等とするこ
ともできる。
混合溶液も前記種類の媒体に限定されず、その種類、
混合率等により受光量等が異なりその濃度を測定できる
ものであればよく、使用溶媒により最適条件を選択して
実施できる。また、通常2成分混合溶液を用いるが、こ
れに限定されず3成分等であっても適切に検量線がかけ
るものであればよい。
発光素子及び検出手段としても、他の公知のものを用
いることができる。収束点検出手段としても種々の公知
の手段を用いることができる。前記実施例ではこの検出
は手動操作であったが、受光面の移動、受光量の測定及
び記憶、並びに収束点の決定、濃度への換算等の操作を
自動化したもの、例えば画像処理装置とすることもでき
る。これらは直接管状体に取りつけた構成としてもよ
い。更に、発光素子による光の照射方法は、通常、ほぼ
平行光線を照射し、また管状体端面全体をほぼ均等に照
射するが、これに限定されない。また光束径も目的等に
より種々選択する。
光ファイバの長さ、太さ、材質、形態、取付け位置等
も種々選択でき、例えば材質は樹脂に限らずガラスでも
よい。光ファイバを両端側の両方又はその一方に配置し
てもよく、この場合は遠隔操作に便利である。更に、こ
の光ファイバを直接に管状体に取りつけた構成としても
よいし、更には素子を直接取りつけた構成としてもよ
い。
〔発明の効果〕
上記作用に示すように、本濃度測定装置及びこれを用
いた濃度測定方法においては、簡単な光学系部分と管状
体との組合せにより広い濃度範囲まで良好な比例関係特
に直線性を示すので、その広い濃度範囲でかつ信頼性の
高い連続測定ができ、pHに影響されず、電気的方法と比
べて電磁気的ノイズを受けにくいので安定して測定する
ことができる。しかも発熱又は吸熱をしないものまでも
適用できるので大変その適用範囲が広い。
更に、光源の照度変動、小さな気泡等の不意の混入等
の影響を受けにくいので、測定の信頼性が高い。しか
も、特別に高精度の受光素子又は安定な光源を必要とし
ないので、簡便かつ安価な方法とすることができる。
特に、光ファイバ用いる場合には、この光ファイバを
延長することにより工程の遠隔管理ができ、大変有用で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1に係わる濃度測定装置の模式的説明
図、第2図は実施例1においてエタノールを媒体とした
場合の透過光が収束する状態を示す説明図、第3図は実
施例1において水を媒体とした場合の透過光が収束する
状態を示す説明図、第4図は実施例1において流速と受
光量の関係を示すグラフ、第5図は実施例1においてエ
タノール濃度と受光量の関係を示すグラフ、第6図は実
施例2に係わるモジュールの説明断面図、第7図は実施
例2において収束点位置の検出手段を示す説明図、第8
図は実施例1において反射鏡を用いて収束点位置を検出
する説明図である。 1;管状体、2;導入手段、3;導出手段、4;レーザ装置(発
光素子)、5;受光量検出手段、6;スクリーン、7;収束点
位置検出手段、8;反射鏡、A;混合溶液、M;モジュール、
P;集束点の位置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水嶋 康之 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 大蔵 常利 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 黒川 朱 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊陶業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−247561(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】管状体内に混合溶液を層流状態で流すとと
    もに、該管状体の一端から光を入射させ、前記混合溶液
    中を透過させて、他端から射出光を取り出し、その後、
    該射出光の受光量又は集束点の位置を検出して、前記混
    合溶液中の被測定溶媒の濃度により該受光量又は集束点
    の位置が異なることを利用して該被測定溶媒の濃度を測
    定することを特徴とする濃度測定方法。
  2. 【請求項2】混合溶液を層流状態で内部に流す管状体
    と、該管状体の一端側に取り付けられ該管状体の内部に
    混合溶液を導入する導入手段と、該管状体の他端側に取
    り付けられ該管状体から前記混合溶液を導出する導出手
    段と、該管状体の一端側に、直接に又は送光用光ファイ
    バを介して、配置される発光素子と、該管状体の他端側
    から取り出された射出光の受光量又は収束点の位置を検
    出する検出手段と、を具備することを特徴とする濃度測
    定装置。
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