JP2818239B2 - 炭素量測定装置 - Google Patents

炭素量測定装置

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  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、試料液中の炭素量を測定することができ
る炭素量測定装置に係り、特に、測定データの要求程度
に応じて応答速度を早めるか応答時間を要しはするが高
精度な測定を行い得るようにするかを選択することがで
きる炭素量測定装置に関するものである。
「従来の技術」 一般に、超純水の水質検査を行う場合には、有機物を
酸化分解して二酸化炭素に換え、この二酸化炭素の量を
測定して超純水中に含有される炭素量を求める炭素量測
定装置が用いられている。
この炭素量測定装置は、試料液に酸性溶液及び酸化剤
を添加する添加手段と、酸性溶液が添加された試料液に
不活性ガスを送り込んで撹拌し、該試料液に含有される
無機炭素を不活性ガスとともに外部に追い出す脱気器
と、酸化剤が添加された試料液を加熱して、該試料液に
含有される有機炭素から二酸化炭素を生成する反応器と
を有し、該反応器において生成した二酸化炭素を、抽出
器で抽出した後に赤外線分光分析器(検出器)で定量
し、その定量結果から、試料液の炭素濃度を算出するよ
うにしたものである。
なお、抽出器では、反応器において反応が完了し、有
機炭素から生成された二酸化炭素を含有している流体
を、この抽出器へ送られた不活性ガスと撹拌して二酸化
炭素を抽出するようになっている。この抽出器へ不活性
ガスを供給する配管の途中にはマスフローコントローラ
が設けられており、このマスフローコントローラにより
予め設定した一定の流量の不活性ガスを抽出器へ送るよ
うになっている。そして、マスフローコントローラの測
定流量レンジの切換えは、前記赤外線分光分析器(検出
器)またはマスフローコントローラに接続された制御部
で行っていた。
ところで、このような従来の炭素量測定装置において
は、1サンプル当りの試料水の適正量、酸化能力,脱気
能力等の装置の処理能力、抽出ガス消費量,脱気用ガス
消費量等におけるランニングコスト、分析精度等のバラ
ンスにより、試料流量、抽出ガス流量を決めていた。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、前記従来の炭素量測定装置においては、従来
の赤外線分光分析器(検出器)の精度限界以上の高精
度,高感度な炭素量測定要望に応えるためには、抽出ガ
ス流量を下げるか、あるいは試料水流量を上げるかして
抽出ガス中のCO2濃度を上げればよいが、抽出ガス流量
を下げると応答性が悪くなり、試料水流量を上げると測
定レンジ幅が小さくなり、1サンプル当りの処理量が増
えるという問題があった。
本発明は、上記の事情に鑑み抽出ガス流量を可変とし
たものであって、測定要望精度に応じて応答時間を早め
ることができ、また応答時間はかかるが高精度の測定が
できる炭素量測定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」 本発明は、前記目的を達成するために、次のようにし
ている。即ち、有機炭素が含有された試料液に、酸性溶
液及び酸化剤を添加する添加手段と、前記添加手段によ
り酸性溶液及び酸化剤が添加された試料液中の有機炭素
と、前記酸化剤とを反応させて二酸化炭素を生成させる
反応器と、前記反応器を介した試料液中の二酸化炭素を
抽出ガスと撹拌することにより、前記試料液中より二酸
化炭素を抽出する抽出器と、前記抽出器に供給される抽
出ガスの流量を設定するための抽出ガス流量設定手段
と、前記抽出器に与えられる抽出ガスの流量を前記抽出
ガス流量設定手段に設定された所定の流量に保つマスフ
ローコントローラと、前記抽出器で抽出された二酸化炭
素を含む抽出ガス中の当該二酸化炭素の濃度を測定する
測定手段と、該測定手段により測定された二酸化炭素の
濃度と前記マスフローコントローラに設定された抽出ガ
スの流量とから前記試料液中に含有される炭素量を演算
する演算部とを設けている。
「作用」 本発明によれば、マスフローコントローラにより、抽
出器に与えられる抽出ガスの流量が抽出ガス流量設定手
段で設定された抽出ガスの流量に保持される。そして、
演算手段により、測定手段で測定された二酸化炭素の濃
度と前記マスフローコントローラに設定された抽出ガス
の流量とから料液中に含有される炭素量が演算される。
これにより、測定データの要求程度に応じて応答時間を
早めることが可能となり、一方、応答時間を要しても高
精度な測定も可能となり、これにより広範囲の用途と高
精度,高感度の測定が実現できる。
「実施例」 以下、この発明の一実施例を第1図ないし第3図に基
づいて説明する。
まず、この炭素量測定装置の基本構造を説明すると、
第1図中、1は試料供給ポンプであって、この試料供給
ポンプ1の吸込側には、有機炭素,無機炭素を含む試料
が一定量供給される試料供給配管2が設けられている。
また、前記試料供給ポンプ1の吐出側には配管3が設
けられており、この配管3の途中には、前記試料供給配
管2から供給された試料と反応する反応液を供給するた
めの反応液供給手段4が設けられている。この反応液供
給手段4は、反応液供給ポンプ5を有するものであっ
て、この反応液供給ポンプ5からは、前記試料に含有さ
れた有機炭素から無機炭素である二酸化炭素を生成させ
るためのペルオキソ二硫化カリウム等の酸化剤、及び前
記試料に最初から含有されていた無機炭素でありかつ弱
酸である二酸化炭素を追い出すための硫酸溶液等の酸性
溶液からなる反応液が適宜供給されるようになってい
る。
前記配管3の下流部には脱気器6が設けられている。
この脱気器6は、ヘリウム、窒素等の不活性ガスを送り
込む供気管7が下部に接続されたものであって、該供気
管7を通じて供給された不活性ガスは、脱気器6の内部
で気泡状となって、反応液(硫酸溶液と試料との混合
液)を互いに撹拌混合し、該試料中の二酸化炭素(無機
炭素)を脱気するようになっている。
なお、前記脱気器6の内部で分離された二酸化炭素、
及び供気管7により供給されたヘリウム、窒素等の不活
性ガスは、該脱気器6の上部に接続された複数の排気管
8,8・・により外部に排出されるようになっている。
脱気器6の排出口には、配管9が接続され、この配管
9の途中には、加圧ポンプ10、逆止弁11、反応器12、固
定絞り13が順次設けられている。
前記加圧ポンプ10は、反応器12内に前記試料と反応液
とからなる混合液を一定の圧力で、かつ一定の流量で供
給するためのものであり、反応器12は、ドラムヒータ12
Aの周囲に形成された溝部(図示略)に沿うように、配
管9を螺旋状に巻回し、この配管9の管壁に、管内の温
度を検出する熱電対(図示略)を取り付けたものであっ
て、該配管9内の温度が常時一定となるように制御され
ている。そして、この反応器12において、反応液(酸化
剤)と試料中の有機炭素とを反応させて、該有機炭素か
ら二酸化炭素を生成させるようになっている。
前記固定絞り13は、前記反応器12の内部の反応圧力を
高めるためのものであって、該反応器12の温度が水の沸
点を越えたとしても、反応液の気化が起こらないように
するものである。
一方、前記反応器12と加圧ポンプ10との間に設けられ
た逆止弁11は、反応器12からその上流側にある加圧ポン
プ10へ流体が移動することを防止するとともに、反応器
12内が負圧となった場合に、開状態とならない程度にク
ラッキング圧が設定されてなるものである。
また、配管9の固定絞り13の下流側末端には、反応器
12において反応が完了した試料液から二酸化炭素を抽出
する抽出器20が設けられている。
この抽出器20は、上下に向けて設けられて、配管9を
通じて供給された混合液を二酸化炭素とドレン水(残
査)とに気液分離する抽出塔21と、この抽出塔21の周囲
に設けられた符号22A・22Bで示す配管を通じて給排出さ
れる冷却水によって前記抽出塔21を冷却する冷却管22と
から構成されたものであって、前記抽出塔21の下部に
は、前記配管9から供給された流体(反応器12において
反応が完了して、有機炭素から生成された二酸化炭素が
含有されている)を該抽出塔21内において撹拌するため
の、ヘリウム、窒素等の不活性ガスを送り込む配管23が
接続されている。また、抽出塔21の上部には、抽出塔21
内で分離された二酸化炭素を乾燥させる除湿器24と、二
酸化炭素の濃度を測定するための赤外線分析器(検出
器)25とが順次設けられている配管26が接続されてい
る。
そして、前記赤外線分析器25によって検出された抽出
ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度に基づき、前記試料
供給配管2から供給された試料中に有機炭素がどの位の
割合で含有されるかが適宜演算されるようになっている
(但し、試料供給配管2から供給される試料の量は、単
位時間当たり一定)。
また、不活性ガスが供給される配管23の途中に設けら
れたものはマスフローコントローラー23Aであり、こ9
のマスフローコントローラー23Aによって、設定流量の
不活性ガスが前記抽出器20に送られるようになってい
る。
また、前記抽出器20における抽出塔21下部には、抽出
塔21において二酸化炭素が抽出された後のドレン水をド
レンタンク29に送るための配管30が設けられている。
また、前記赤外線分析器25は、配管26を通じて供給さ
れる混合ガス中に含有される二酸化炭素濃度を測定する
ものであるが、その測定結果(検出値測定出力データ)
は、入力データ(イ)としてインターフェイスを介して
制御部Cに入力され、この入力データに応じて制御部C
は、その演算部により、自体に設けられたセレクトスイ
ッチにより選択された所定の演算式により、前記試料中
の有機炭素濃度に演算するもうになっており、制御部C
で演算されたデータ(ロ),(ハ)のいずれかがインタ
ーフェイスを介してマスフローコントローラ23Aへ入力
されるようになっている。そして、データ(ロ)または
データ(ハ)がマスフローコントローラ23Aに入力され
ると、マスフローコントローラ23Aは、前記データ
(ロ)またはデータ(ハ)に応じ自体の流量測定レンジ
を切換え、バルブ開度を自動的にコントロールし、前記
データ(ロ)またはデータ(ハ)に応じた流量の抽出ガ
スを配管23を介して抽出器20に流入されるようになって
いる。
即ち、制御部Cのマスフローコントローラ23Aへの入
力データがデータ(ロ)とデータ(ハ)の複数となるよ
うに制御部Cは構成されており、例えば入力DC0〜5V流
量レンジ,0〜50SCCMのマスフローコントローラを使用し
ていたとすると、入力5Vにおいては50SCCM、入力2.5Vに
おいては25SCCMの抽出ガス流量が得られる。
一方、本装置におけるTOC濃度Aは、理論上 A=12VG・X/22.4VWである。
ここで、VG;抽出ガス流量、VW;試料流量、X;抽出ガス中
のCO2濃度=検出値測定出力データ、 である。
ここで、加圧ポンプ10の流量を前述のように一定に設
定したのであるから、試料流量VWは、一定である。従っ
て、抽出ガス流量VGと抽出ガス中のCO2濃度Xとを知れ
ばTOC濃度を求めることができる。
そこで、本実施例では、制御部Cに例えば「モード1
(マスフローコントローラ23Aへの入力データ
(ロ))」と「モード2(マスフローコントローラ23A
への入力データ(ハ))」とに切換えるセレクトスイッ
チを設けることにより、応答速度を早めたいときには
「モード1」スイッチをONし、応答速度は要しても測定
精度を高めたいときには「モード2」スイッチをONする
ようにしている。「モード1」スイッチONのときには、
VG=25SCCMとして演算すると、マスフローコントローラ
23Aへの入力データ(ロ)は、2.5V(流量25SCCM)とな
り、また、「モード2」スイッチONのときには、VG=50
SCCMとして演算すると、マスフローコントローラ23Aへ
の入力データ(ハ)は、5V(流量50SCCM)となる(第2
図シーケンス例1参照)。
以上は「モード1」スイッチ,「モード2」スイッチ
のいずれかを手動でONする場合であるが、これとは別
に、最初マスフローコントローラの流量測定レンジは小
に設定されてあり、赤外線分析器25の検出値がマスフロ
ーコントローラ23Aの小の流量測定レンジを超えるまで
はこの小の流量測定レンジで測定を行い、この小の流量
測定レンジを超えた場合には自動的にマスフローコント
ローラ23Aの流量測定レンジを大の流量測定レンジに切
換えて応答時間は要しても精度の高い測定を行い得るよ
うにすることもできる。
即ち、赤外線分析器25の検出値がマスフローコントロ
ーラ23Aの流量測定レンジを超えるまでは、マスフロー
コントローラ23Aは、前記データ(ロ)に対応して自体
の流量測定レンジを自動的に小にしてバルブ開度を自動
的に小にコントロールし、前記データ(ロ)に応じた流
量の抽出ガスを配管23を介して抽出器20に流入させ、赤
外線分析器25の検出値がマスフローコントローラ23Aの
流量測定レンジを超えた場合には、マスフローコントロ
ーラ23Aは、前記データ(ハ)に対応して自体の流量測
定レンジを自動的に大に切換え、バルブ開度を自動的に
大にコントロールし、前記データ(ハ)に応じた流量の
抽出ガスを配管23を介して抽出器20に流入させるように
することもできる(第3図シーケンス例2参照)。
なお、制御部Cは、赤外線分析器25の出力データを試
料中の炭素濃度値に換算した上で図示しない表示部に表
示するようになっている。
次に、第1図,第2図を参照して炭素量測定装置の制
御工程の要部を説明する。
ここで、 A;マスフローコントローラ設定流量A B;マスフローコントローラ設定流量B(A>B) a;赤外線分析器(検出器)レンジ最大値 VG;マスフローコントローラ流量(TOC値演算係数) X;検出出力(CO2濃度) である。
まず、炭素量測定データの要求程度に応じ手動により
高濃度用のモードスイッチ1と低濃度用のモードスイッ
チ2とを切換えて炭素量測定を行う場合について第2図
を参照して説明する(シーケンス例1の場合)。
SP1;スタート SP2;炭素量測定データの要求程度が、精度よりも応答時
間を早めたいという要求である場合にはモードスイッチ
(高濃度用)1を、応答時間よりも精度を重んじる場合
にはモードスイッチ(低濃度用)2を手動でONする。
SP3;装置の運転スイッチを手動でONする。
SP4;SP2で行ったモードスイッチONによりモード1にな
っているかモード2になっているかを判断し、モード1
になっていると判断された場合にはSP5に進む。
SP5;マスフローコントローラ23の流量をASCCMに設定す
る。
SP6;マスフローコントローラを流通する抽出ガス流量を
AとしてTOC濃度値を演算する。
SP7;以上SP1〜SP6を行った後TOC濃度計測運転に入る。
SP8;SP4においてモード2になっていると判断された場
合にはSP8に進み、マスフローコントローラ23の流量をB
SCCMに設定する。
SP9;マスフローコントローラを流通する抽出ガス流量を
BとしてTOC濃度値を演算し、この後TOC濃度計測運転に
入る。
次に、赤外線分析器25の検出値がマスフローコントロ
ーラ23Aの流量測定レンジを超えた場合には、マスフロ
ーコントローラ23Aが自動的に自体の流量測定レンジを
切換え、バルブ開度を自動的に最大にコントロールし、
抽出ガスを配管23を介して抽出器20に流入させる場合に
ついて第3図を参照して説明する(シーケンス例2の場
合)。
SP1;スタート SP2;装置の運転スイッチをONする。
SP3;マスフローコントローラ23の流量をBSCCMに設定す
る。
SP4;マスフローコントローラを流通する抽出ガス流量を
BとしてTOC濃度値を演算する。
SP5;TOC濃度計測運転に入る。
SP6;赤外線分析器(検出器)の出力がX≧aであるか否
かを判断し、YESであればSP7へ進み、NOであればSP5へ
戻る。
SP7;マスフローコントローラ23の流量をASCCMに設定す
る。
SP8;マスフローコントローラ23を流通する抽出ガス流量
をAとしてTOC濃度値を演算する。
SP9;以上SP1〜SP8を行った後TOC濃度計測運転に入る。
SP10;赤外線分析器(検出器)の出力がXa≦A/B・aであ
るか否かを判断し、YESであればSP3へ戻り、NOであれば
SP9へ戻る。
以上のように、本実施例によれば、炭素量測定データ
の要求程度に応じ手動により高濃度用のモードスイッチ
1と低濃度用のモードスイッチ2とを切換えて炭素量測
定を行うことも、また、赤外線分析器25の検出値がマス
フローコントローラ23Aの流量測定レンジを超えた場合
には、マスフローコントローラ23Aの流量測定レンジが
自動的に最大に切換えられ、バルブ開度が自動的に最大
となった状態で、抽出ガスを配管23を介して抽出器20に
流入させることもできる。
従って、実用上、オフラインサンプルの炭素量測定に
は主として手動スイッチ切換式の前者を利用し、高純度
の超純水のオンライン連続測定には検出器の検出値がマ
スフローコントローラ23Aの測定レンジを超えた場合に
自動的にその測定レンジを最大に切換える後者を利用す
る等により、広範な用途と、高精度,高感度な炭素量測
定を行うことが可能となる。
「発明の効果」 本発明によれば、マスフローコントローラにより、抽
出器に与えられる抽出ガスの流量が抽出ガス流量設定手
段で設定された抽出ガスの流量に保持される。そして、
演算手段により、測定手段で測定された二酸化炭素の濃
度と前記マスフローコントローラに設定された抽出ガス
の流量とから試料液中に含有される炭素量が演算され
る。このため、炭素量測定データの要求程度に応じて応
答時間を早めることが可能となり、一方、特に高精度を
要求された場合には、応答時間は要しても測定精度は従
来より向上する炭素量測定装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の一実施例を示すもので、
第1図は全体概略構成図、第2図及び第3図はフローチ
ャートである。 2……試料供給配管、4……反応液供給手段、6……脱
気器、10……加圧ポンプ、12……反応器、20……抽出
器、23A……マスフローコントローラ、25……赤外線分
析器(検出器)、29……ドレンタンク、C……制御部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 31/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】有機炭素が含有された試料液に、酸性溶液
    及び酸化剤を添加する添加手段と、前記添加手段により
    酸性溶液及び酸化剤が添加された試料液中の有機炭素
    と、前記酸化剤とを反応させて二酸化炭素を生成させる
    反応器と、前記反応器を介した試料液中の二酸化炭素を
    抽出ガスと撹拌することにより、前記試料液中より二酸
    化炭素を抽出する抽出器と、前記抽出器に供給される抽
    出ガスの流量を設定するための抽出ガス流量設定手段
    と、前記抽出器に与えられる抽出ガスの流量を前記抽出
    ガス流量設定手段に設定された所定の流量に保つマスフ
    ローコントローラと、前記抽出器で抽出された二酸化炭
    素を含む抽出ガス中の当該二酸化炭素の濃度を測定する
    測定手段と、該測定手段により測定された二酸化炭素の
    濃度と前記マスフローコントローラに設定された抽出ガ
    スの流量とから前記試料液中に含有される炭素量を演算
    する演算部とからなる炭素量測定装置。
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