JP3166471B2

JP3166471B2 - 導電率測定方法

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Publication number: JP3166471B2
Application number: JP02967594A
Authority: JP
Inventors: 俊文福井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 2001-05-14
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: JPH07239313A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば流動電位法によ
りゼータ電位を求める場合に必要な媒液の導電率を測定
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料と媒液との界面の荷電状態を示すゼ
ータ電位は、沈降電位や流動電位等の界面動電現象の測
定から計算式を用いて間接的に求められるが、この場合
のゼータ電位の算出には媒液の導電率を求める必要があ
る。例えば、流動電位法では、ゼータ電位ζと流動電位
Ｅとを関係づける下記の式（１）を用い、媒液の粘性係
数ηおよび誘電率εを一定とみなして、媒液を流動させ
るために加える圧力Ｐを変化させながら流動電位Ｅを測
定することによりゼータ電位ζを求めるが、その場合、
流動電位Ｅと圧力Ｐのほかに媒液の導電率λを知る必要
がある。

【０００３】

【数１】

【０００４】ところで、媒液中に粒子ないし固形の試料
が存在する系においては、試料への媒液分子ないしイオ
ンの吸着により電気二重層が形成されるため、媒液の導
電率は、そのような吸着状態に依存することとなる。し
たがって、媒液の導電率については、文献値等をそのま
ま用いることはできず、実際の状態での値を測定する必
要がある。このため、従来においては、電位測定後に媒
液を取り出し、その取り出した媒液内に導電率測定セル
を浸して導電率を測定するという操作が行われていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の方
法では、電位測定と導電率測定とを別々に行っているた
め、操作全体が煩雑で手間のかかるものとなっていた。
また、測定装置においても、電位測定用の電気回路とは
別に導電率測定用の電気回路を備える必要があるため、
それだけシステム全体が大掛かりなものとなっていた。
さらに、導電率の測定は、直接媒液の電気抵抗を測定す
ることにより行っていたため、導電率の低いものは測定
するのが難しいという一面もあった。

【０００６】これらの点に加え、従来においては、電位
測定後に媒液のみを取り出して外側の導電率測定セルで
媒液のみの導電率を別途測定していたため、試料への媒
液分子等の吸着状態が十分に加味されているとは言えな
い面があった。つまり、実際は荷電粒子間の相互作用
（表面伝導等）により電気が流れることがあるが、上述
のように電位測定用セルの外側で媒液の導電率を測定す
ると、そのような粒子間の相互作用のない下での値しか
求めることができず、実際の電位測定中の状態に見合っ
た導電率が得られないのである。

【０００７】さらに、電位および導電率の測定は本来同
じ条件下で行う必要があるにもかかわらず、各測定を別
個に行う従来の方法の下では、稀なケースではあるが、
測定者の誤解や不慣れ等により或る程度時間や日が経過
してから異なる温度条件の下で別々に測定が行われると
いう問題も生じていた。

【０００８】なお、このような問題を回避するには電位
測定用セルの中で媒液の導電率を測定することとすれば
よいが、実際には導電率測定セルのセル定数が媒液分子
等の吸着状態によって変化し、これにセル定数を対応さ
せる必要があることから、電位測定用セルの中で導電率
の測定を行うのは困難であった。

【０００９】本発明は、上述のような問題に対処するも
ので、電位測定中の実際の状態に見合った導電率を簡単
な操作で求めることができ、しかも従来よりもシステム
構成を簡素化できる導電率の測定方法を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明の導電率測定方法は、電位測定時にその電位測定回
路に抵抗を付加すると電位測定値が変化する点を利用し
て、次のように構成したことを特徴とする。

【００１１】すなわち、媒液中に粒子または固形の試料
が存在する系において、その媒液の導電率を測定するに
あたり、試料と媒液との相対運動により生じる電位差を
一対の電位測定電極で測定する第１操作と、前記一対の
電位測定電極に抵抗値が既知の抵抗を並列または直列に
接続して両電極間の電位差を測定する第２操作と、前記
一対の電位測定電極に媒液の電気抵抗を測定するための
一対の抵抗測定電極を並列または直列に接続して前記一
対の電位測定電極間の電位差を測定する第３操作とを行
う。そして、第１および第２操作の測定結果から電位測
定電極の内部抵抗値を求めて、その内部抵抗値と第３操
作の測定結果とから媒液の電気抵抗を求め、さらにその
電気抵抗を用いて媒液の導電率を決定する。

【００１２】なお、前記第１〜第３操作は、いずれが先
でも後でもよく、その順番は問わない。

【００１３】

【作用】上記の構成によれば、第１操作を行った時に、
電位測定電極で検出される電位差、つまり試料と媒液と
の相対運動により生じる流動電位等を測定される。そし
て、第２操作時において、その電位測定電極に既知の抵
抗を接続した時、同電極間の電位差が変化するから、同
電極を電池と内部抵抗の組合せと考えてオームの法則を
適用すると、既知抵抗の接続前後の両電位差の値から計
算により電位測定電極の内部抵抗値が求まる。この場
合、試料の状態は既知抵抗の接続・非接続によって変わ
ることはないから、上記のようにして求められた内部抵
抗値は、電位測定中の試料の状態を正しく反映したもの
となる。

【００１４】一方、第３操作時において、電位測定電極
に抵抗値測定電極を接続すると、この場合も電位測定電
極間の電位差が変化する。したがって、抵抗値測定電極
を抵抗とみなしてオームの法則を適用すれば、その接続
前後の両電位差の値と上記第２操作で求めた電位測定電
極の内部抵抗値とから計算により媒液の電気抵抗が求ま
り、その値から電位測定時の試料の状態に見合った媒液
の導電率が求まる。

【００１５】こうして、本発明方法によると、電位測定
時に電位測定電極と既知抵抗または抵抗値測定電極との
接続を切り換えて、その時の電位測定電極間の電位差を
測定するだけで、電位測定時における媒液の導電率が求
まるから、簡単な操作で実際の試料の状態に見合った導
電率が再現性良く得られることとなる。また、電位測定
用の回路を用いて電位の変化を見るだけで足り、直接媒
液の電気抵抗を測定しなくてもよいので、従来のように
電位測定用の回路以外に導電率測定用の回路を別途備え
なくてすみ、それだけシステム構成を簡素化することが
できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。こ
の実施例は流動電位法でゼータ電位を求める場合に関す
るもので、まず本実施例で使用する装置の構成について
説明する。

【００１７】図１に、その装置の全体構成を示す。同図
に示すように、この装置１は、基本的には、減圧器２を
介して図示しないＮ₂ガス圧力源（以下、圧力源とい
う）が接続される本体（測定部）３と、アンプユニット
４と、記録計（図例ではＸ−Ｙレコーダ）５の３つのユ
ニットによって構成されている。

【００１８】本体３には、流動電位（Ｅ）を測定するた
めの流動電位測定セル（Ｅ測定セルという）６と、この
Ｅ測定セル６に液供給通路７を介して供給すべき流動液
（媒液）８を収容する流動液容器９と、液供給通路７を
開閉するコック１０と、流動電位測定後にＥ測定セル６
から排出される媒液を排液通路１１を介して回収する排
液用容器１２と、圧力源から供給される媒液流動用のＮ
₂ガスを流動液容器９内に導入するための気体通路１３
と、この気体通路１３にゲージバルブ１４付きの分岐通
路１５を介して接続された圧力検出器１６と、流動電位
測定後に気体通路１３内の圧力を抜くためのパージバル
ブ１７と、同気体通路１３内の圧力を調整するための圧
力調整バルブ１８と、同気体通路１３を開閉する開閉バ
ルブ１９とが備えられている。

【００１９】このうち、圧力検出器１６は、ストレイン
ゲージを貼り付けてなるダイヤフラム（図示せず）が内
部に設けられており、そのダイヤフラムが気体通路１３
内の圧力により歪んだときに、これに伴うストレインゲ
ージの抵抗変化を測定することにより、気体通路１３内
の圧力、つまり流動液容器９内に供給されたＮ₂ガスの
圧力を検出しうるようになっている。

【００２０】また、アンプユニット４には、Ｅ測定セル
６の後述する各電位測定電極６３、６３に電線６３ａ、
６３ｂを介して接続され且つ同セルで検出された電位を
記録およびメータ表示するためのインピーダンス変換器
４１と、圧力検出器１６で検出された圧力を記録表示す
るための圧力用増幅器４２とが内蔵されている。ここ
で、流動電位（Ｅ）および圧力（Ｐ）は本装置のパネル
面に設けられたメータ（図示せず）で表示され、図示の
ように記録計５を接続することにより、Ｅ−Ｐのグラフ
として記録されるようになっている。

【００２１】一方、Ｅ測定セル６には、図２に拡大して
示すように、セルケース６１内に固体試料を充填してな
る充填層６２と、この充填層６２を挟む一対の白金製電
位測定電極６３、６３とが設けられている。このうち一
対の電位測定電極６３、６３は、流動液８が充填層６２
を通過する方向において互いに対向するように配置され
ており、圧力源から気体通路１３を介して流動液容器９
内に供給されるＮ₂ガスの圧力によって同容器９内の流
動液８をＥ測定セル６に流したときに、両電極６３、６
３間に発生する流動電位を検出するようになっている。
なお、各電位測定電極６３と充填層６２との間には固体
試料流出防止用のガラスろ紙（図示せず）が設けられて
いる。

【００２２】以上の構成に加え、この装置１において
は、流動電位および圧力からゼータ電位を算出する際に
必要となる導電率を求める手段として、次のような構成
が採用されている。すわなち、Ｅ測定セル６内に一対の
抵抗測定電極６４、６４が電位測定電極６３、６３に対
して並列に設けられている。この抵抗測定電極６４、６
４は流動液８の電気抵抗を測定するためのもので、この
うちの一方の電極６４が電線６４ａおよび切り換えスイ
ッチ６５を介して一方の電位測定電極６３の電線６３ａ
に接続可能とされているとともに、他方の電極６４が電
線６４ｂを介して他方の電位測定電極６３の電線６３ｂ
に接続されている。また、その他方の電位測定電極６３
の電線６３ｂと切り換えスイッチ６５との間には抵抗値
が既知の抵抗６６が配設されている。そして、切り換え
スイッチ６５を電線６４ａ側または抵抗６６側に切り換
えることで、電位測定電極６３、６３に対して抵抗測定
電極６４、６４または抵抗６６の一方を並列に接続させ
うるようになっている。なお、切り換えスイッチ６５
は、電位測定時には抵抗測定電極６４および抵抗６６の
いずれにも接続しない中立位置にセットされる。

【００２３】次に、このような装置１を使用して媒液で
ある流動液８の導電率を求める本実施例方法について説
明する。まず、切り換えスイッチ６５を中立位置にセッ
トした状態で、Ｅ測定セル６内に流動液８を流し込むこ
とにより、同セル内の電位測定電極６３、６３間に現れ
る電位差つまり流動電位を測定する。この場合、流動電
位を測定する電位測定電極６３、６３を含む電気回路
は、簡単にすると図３（ａ）に示すように電池と内部抵
抗とを組合せたものと考えることができる。そこで、こ
の時の電位をＥとし、内部抵抗をＲx とする。

【００２４】次に、この状態で図２における切り換えス
イッチ６５を既知の抵抗値ＲS を持った抵抗６６側に切
り換えて、電位測定電極６３、６３と抵抗６６とを並列
に接続し、その状態で電位を測定する。この時の電気回
路は、簡単にすると図３（ｂ）に示すようなものとなる
から、この時の電位測定値をＥR として、オームの法則
を適用すれば、上記内部抵抗Ｒx は次式（２）で示すよ
うに計算によって求めることができる。

【００２５】

【数２】

【００２６】次に、上記切り換えスイッチ６５を電線６
４ａ側に切り換えて、電位測定電極６３、６３と抵抗測
定電極６４、６４とを並列に接続し、その状態で電位を
測定する。この時の電気回路は、簡単にすると図３
（ｃ）に示すようなものとなるから、この時の電位測定
値をＥλとし、かつ、流動液（媒液）８の間に含む抵抗
測定電極６４、６４を抵抗と見なしてその抵抗値（流動
液の電気抵抗）をＲλとすれば、計算からＲλが求めら
れる。この場合、Ｒλは次式（３）で示される。

【００２７】

【数３】

【００２８】こうして、流動液８の電気抵抗Ｒλが求ま
るので、これを導電率の定理に当てはめて流動液８の導
電率λを決定する。すわなち、セル定数をＫとして、次
式（４）から導電率λを求める。

【００２９】

【数４】

【００３０】ここで、セル定数Ｋは、抵抗測定電極６
４、６４に固有の値で、導電率が既知の媒液を用い、あ
らかじめその電気抵抗を測定して決定しておけばすむ。
このような方法によれば、切り換えスイッチ６５を中立
位置、既知抵抗６６側、抵抗測定電極６４側に順次切り
換えて、その時の電位を測定するだけで、容易に、しか
もＥ測定セル６内の充填層６２つまり固体試料を一定の
状態に保ったまま、流動液８の導電率λを求めることが
できる。したがって、電位測定中の試料の状態を正しく
反映した再現性の良い導電率の値が得られる。

【００３１】また、電位測定時に流動液８の導電率を求
めることができ、従来のように電位測定後に流動液８を
取り出してその電気抵抗を別途測定する必要がないか
ら、それだけ操作が簡単になるとともに、温度条件が異
なる下で電位測定と導電率測定とを別々に行うといった
ミスを回避することができる。さらに、従来のように電
位測定用の回路以外に導電率測定用の回路を別途備えな
くてすむから、それだけシステム構成を簡素化すること
ができる。

【００３２】なお、この実施例では、電位測定電極６
３、６３と既知抵抗６６または抵抗測定電極６４、６４
とを並列に接続可能としたが、図４（ａ）および（ｂ）
に示すうように、内部抵抗ＲX をもった電位測定電極６
３’、６３’に対して既知抵抗（抵抗値ＲS ）または抵
抗測定電極（電気抵抗Ｒλ）を直列に接続可能な構成と
してもよい。その場合、内部抵抗ＲX と、流動液（媒
液）８の電気抵抗Ｒλは、それぞれ次の式（５）および
（６）によって求められる。

【００３３】

【数５】

【００３４】

【数６】

【００３５】また、上記実施例では、測定精度を高める
ためにＥ測定セル６内に抵抗測定電極６４、６４を設け
たが、この種の抵抗測定電極は必ずしもＥ測定セル６内
に設ける必要はない。すなわち、流動液８の存在すると
ころであれば、例えば流動液容器９や廃液用容器１２の
内部に設けてもよく、あるいは排液通路１１内のいずれ
かに設けてもよい。このようにすると、Ｅ測定セル６よ
りもスペース的に余裕があるから、Ｅ測定セル６内に抵
抗測定電極を設ける場合に比べて、その設置が容易であ
るという利点がある。さらに、測定電極とその引出し電
線などをカートリッジ型のブロックに収め、これをセル
ケースに対して着脱可能にし、分解・調整などを容易に
行わせることもできる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電位測
定時に試料の状態に見合った媒液の導電率が得られると
ともに、電位測定用の回路を用いて電位の変化を見ると
いう簡単な操作を行うだけで、導電率の測定が可能とな
る。したがって、従来のように電位測定後に媒液を取り
出して直接その媒液の電気抵抗を測定しなくてもよく、
電気回路も電位測定用の回路１つですむから、それだけ
システムが簡素化されることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で使用した装置の全体構成を示
す構成図である。

【図２】同装置の流動電位測定セルの周辺部を拡大して
示す拡大図である。

【図３】同装置における電位測定電極を含む電気回路を
簡略化して示す回路図で、（ａ）は電位測定電極が既知
抵抗および抵抗測定電極のいずれにも接続していない状
態、（ｂ）は電位測定電極に既知抵抗を並列に接続した
状態、（ｃ）は電位測定電極に抵抗測定電極を並列に接
続した状態をそれぞれ示す簡略回路図である。

【図４】本発明の他の実施例を示すもので、（ａ）は電
位測定電極に既知抵抗を直列に接続した状態、（ｂ）は
電位測定電極に抵抗測定電極を直列に接続した状態をそ
れぞれ簡略化して示す電気回路図である。

【符号の説明】

８・・・媒液（流動液）６２・・・試料（充填層）６３、６３’・・・電位測定電極６４・・・抵抗測定電極６６・・・既知の抵抗ＲX ・・・電位測定電極を電池と内部抵抗の組合せと考
えた場合の内部抵抗ＲS ・・・抵抗の抵抗値Ｒλ・・・媒液（流動液）の電気抵抗値

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】媒液中に粒子または固形の試料が存在す
る系において、その媒液の導電率を測定するにあたり、
試料と媒液との相対運動により生じる電位差を一対の電
位測定電極で測定する第１操作と、前記一対の電位測定
電極に抵抗値が既知の抵抗を並列または直列に接続して
両電極間の電位差を測定する第２操作と、前記一対の電
位測定電極に媒液の電気抵抗を測定するための一対の抵
抗測定電極を並列または直列に接続して前記一対の電位
測定電極間の電位差を測定する第３操作とを行い、第１
および第２操作の測定結果から電位測定電極の内部抵抗
値を求めて、その内部抵抗値と第３操作の測定結果とか
ら媒液の電気抵抗を求め、この電気抵抗を用いて媒液の
導電率を決定することを特徴とする導電率測定方法。