JP3349283B2 - 流動電位測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主にコロイド溶液を被検
液とする流動電位測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】所定電位に帯電したコロイド粒子が分散
したコロイド溶液は、例えば塗料、水処理施設の被処理
水、製紙工場のホワイトウォータや、食品工業における
中間及び最終生成物等、多岐にわたる産業において取り
扱われ、その物性を表す基本的な指標として、流動電位
が用いられることが多く、さらにこの流動電位は界面活
性剤や凝集剤の性能検査にも活用される。

【０００３】図４はコロイド粒子の荷電分布の概念図で
あり、図４(a) に示すように、静止した分散媒中におけ
るコロイド粒子９０は、所定の電荷量（多くの場合、図
示のように負の電荷）で帯電した粒子核９１を、これと
は逆極性の電荷を有する固定層９２が強固に被覆すると
ともに、さらに該固定層９２の外側を拡散層９３が緩や
かに被覆した構造をもつ。

【０００４】上記拡散層９３とその外側に存在する分散
媒との間には一般に明確な界面が存在せず、該分散媒に
一定方向の流れを発生させると、図４(b) に示すよう
に、該拡散層９３が分散媒の粘性抵抗を受けて粒子核９
１及び固定層９２よりも後方に偏在し、これによってコ
ロイド粒子９０が分極することになる。

【０００５】従って、上記分極現象を利用してコロイド
溶液の流動電位を測定することができ、具体的には以下
のような構成の測定装置が用いられている。すなわち、
図５は上記コロイド溶液の流動電位測定装置の構成を示
す概念図であり、図５に示すように、被検液Ｓの流通経
路Ｐ内に、下方に陥没した液室５１が形成された装置本
体５０が配置される。また、上記液室５１の内周面には
上下に所定間隔をおいて一対の電極５２，５３が配設さ
れるとともに、該液室５１内面と所定の間隙ｄを保ちつ
つ、図示しない駆動機構によって上下方向に進退駆動さ
れる液流発生ピストン６１が配置されている。

【０００６】このような構成において、上記液流発生ピ
ストン６１を下降させたときには液室５１内の被検液Ｓ
が上記間隙ｄを通じて上に向かって流出する一方、上昇
するときには被検液Ｓが上記間隙ｄを通じて液室５１下
部に向かって流入することになり、上記液流発生ピスト
ン６１の移動方向に応じた被検液Ｓの液流が上下方向に
発生することになる。

【０００７】これによって、被検液Ｓ内のコロイド粒子
は、上記図４(b) に示すように分極し、上記一対の電極
５２，５３からは、液流発生ピストン６１の駆動方向に
応じて正負が入れ代わる交流電流が取り出されることに
なる。この交流電流に基づいて被検液Ｓの流動電位を直
ちに求めることができる。

【０００８】尚、図５に示す例とは異なり、上記流通経
路Ｐから独立した装置本体５０に予め被検液Ｓを収容
し、上記と同様にして流動電位を検出することも行われ
ており、特にこの構成は、例えば被検液Ｓの分析に欠か
すことのできないコロイド滴定において該被検液Ｓの流
動電位が零となる滴定終点の検出に重用されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の測定装置では、複数の被検液の流動電位を順次測定
する場合、被検液を交換する度に上記液室や液流発生ピ
ストン等を洗浄しなければならず、迅速な測定作業が困
難であるとともに、上記測定作業の自動化にも馴染まな
い欠点がある。

【００１０】また、上記測定装置によれば、装置本体に
被検液を採取しなければならないため、例えば既存の各
種コロイド溶液の処理設備に上記測定装置を設置する場
合、上記装置本体とともに該コロイド溶液の採取手段や
その経路のような附帯設備をも設けなければならない煩
雑さがある。

【００１１】さらに、上記コロイド滴定の際に、流動電
位が低い被検液（被滴定液）では極少量の滴定液を以て
一気に滴定終点に達することになり、滴定終点を精密に
把握し難いことがある。このような場合、通常の滴定作
業においては被滴定液を増量し、滴定による電位変化の
速度を緩和するようにして滴定終点を的確に捉えるよう
にしているが、上記測定装置の容量は常に一定であるた
め、このような対処が不可能であり、低濃度の被検液に
対するコロイド滴定には不向きであることも指摘され
る。

【００１２】本発明は上記従来に事情に鑑みてなされた
ものであって、取り扱いが容易で、測定対象の自由度の
大きな流動電位測定装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は以下の手段を採用する。すなわち、図１に
示すように、先端が閉塞した中空管状体の内部と外部を
連通させる開口部１１を先端部寄りに設けた測定プロー
ブ１と、上記測定プローブ１の開口部１１より先端内部
に緩挿されて管軸方向に進退駆動される振動子２と、上
記振動子２の外周面に所定の間隔を保って配設された一
対の電極２１，２２とを備えた構成とする。

【００１４】

【作用】上記構成によれば、測定プローブ１を、その先
端部より開口部１１にまで被検液Ｓに浸漬した状態で、
上記振動子２の進退駆動させたときには、上記一対の電
極２１，２２は被検液と常に接触するとともに、振動子
２の進退方向とは逆方向に被検液が該振動子と測定プロ
ーブ１の内面との間隙ｄを流れる。これによって電極２
１，２２より交流電圧が電極２１，２２より出力され、
この上記交流電圧の正側のピークと負側のピークの差を
流動電位として得ることになる。

【００１５】上記電極２１，２２を振動子２側に配設す
ると、洗浄時に該電極２１，２２も洗浄し易い効果があ
る。また、上記測定プローブ１の先端を閉塞しておく
と、液流を大きくすることができ、測定が容易となる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明に係る一実施例の構成図であ
り、図１(a) はその側面図、図１(b) はその縦断正面図
である。

【００１７】図１に示すように、ハウジング５には中空
管状で先端部の閉塞した測定プローブ１が着脱自在に装
着されるとともに、該測定プローブ１の内面と所定の間
隙ｄを保ってその管軸方向に進退駆動されるとともに、
該駆動方向と一致する方向に一対の電極２１，２２が配
設された振動子２とを備える。

【００１８】また、上記測定プローブ１の側面であっ
て、上記振動子２の移動領域Ｅよりも基端部（ハウジン
グ５）側位置には、該振動子２が配置された測定プロー
ブ１内部を外部に連通させるための開口部１１が開設さ
れている。

【００１９】さらに、測定プローブ１の中空内部には上
記振動子２を固着した駆動ロッド３が収容され、該駆動
ロッド３はハウジング５内に配置された図示しない駆動
手段に連設されており、ハウジング５上面のスイッチ７
の操作によって上記振動子２を図示のような移動領域Ｅ
で進退駆動するようにしている。

【００２０】このような構成の流動電位測定装置によっ
て所定の被検液の流動電位を測定するには、上記測定プ
ローブ１の先端部より少なくとも上記開口部１１までを
被検液に浸漬するようにし、これによって上記振動子２
の上下位置に関わらず、上記電極２１，２２は共に被検
液と接触するようになる。従って、この状態で振動子２
を進退駆動させると、測定プローブ１内部において振動
子２の移動方向とは逆の液流が形成され、被検液が上記
間隙ｄを往来することになる。

【００２１】このとき、該電極２１，２２間には被検液
に応じた流動電位が発生し、電極２１，２２のそれぞれ
に接続されたリード線４１，４２及び導線Ｌを通じて上
記流動電位に応じたレベルの交流電流を取り出すことが
できる。

【００２２】尚、上記ハウジング５より導出された導線
Ｌには、上記図示しない駆動手段へ電源線と、電極２
１，２２からの検出電流を後段に接続する信号線とが相
互に絶縁して同梱されている。また上記ハウジング５の
側面には一対のＬＥＤインジケータ６（６ａ，６ｂ）が
設けられており、被検液の性質（アニオンか、カチオン
か）に応じていずれかの側のＬＥＤインジケータ６が点
灯するようになっている。

【００２３】図２は上記実施例をコロイド滴定作業に適
用した場合の構成を示すブロック図である。図２に示す
ように、上記流動電位測定装置を測定プローブ１の開口
部１１が滴定槽７０内の被検液Ｓに完全に浸漬する位置
で保持されるとともに、上記のように振動子２を進退駆
動される。

【００２４】これによって振動子２の電極２１，２２に
よって検出された被検液の流動電位に対応した検出信号
はアンプ４３で増幅され、流動電位検出手段４４に入力
される。この流動電位検出手段４４においては上記増幅
後の検出信号の正側のピークと負側のピークとの差を流
動電位として後段の出力制御手段４６に出力する。

【００２５】尚、上記流動電位検出手段４４によって得
られた電位の極性（振動子２を下げるときに正となるか
負となるか）に応じて該流動電位検出手段４４は被検液
がアニオン系であるカチオン系であるかを判断して、ハ
ウジング５のＬＥＤインジケータ６のいずれかを点灯さ
せる。

【００２６】一方、上記滴定槽７０には、被検液Ｓとは
逆極性であって、既知の流動電位（ζ電位）を有する滴
定液Ｔが、貯溜槽７３よりポンプ７２を通じて滴下され
る。このときの入力手段７５で滴定開始の指示、あるい
は滴定条件（滴定終点で滴定をストップかあるいはその
後も滴定を続けるか等）を入力するとともに、具体的な
滴定量の演算は上記流動電位検出手段４４の出力に基づ
いて滴定量の演算をすることになる。

【００２７】また、上記滴定制御手段７４からは、上記
滴定速度に基づく滴定液Ｔの累積滴下量が出力制御手段
４６に向けて出力され、これを受けた出力制御手段４６
によって、例えば後述する図３(a) に示すような、上記
流動電位及び累積滴下量をそれぞれ縦軸、横軸に配した
滴定曲線を表示手段４７に表示したり、あるいは印字手
段４８で印字するようにしている。

【００２８】これによって、上記被検液Ｓの流動電位が
零になる滴定終点を特定することができ、上記滴定液Ｔ
に基づいてコロイド滴定が完了する。図３は上記実施例
及び図５に示す構成の従来例によるコロイド滴定の特性
を比較したグラフであり、図３(a) は同一の被検液に関
する滴定曲線を比較するとともに、図３(b) では同条件
における測定を反復したときの測定結果の再現性を示
す。

【００２９】図３(a) に示すように、本発明に係る実施
例では滴定終点（流動電位が零となる点）に向かう滴定
曲線の立ち上がり角度が、従来例に比べるとやや緩やか
であるため滴定終点の特定が容易であることがわかる。
しかも上記実施例では比較例と全く同じ滴定量で滴定終
点を迎えていることが確認できる。また図３(b) に示す
結果によれば、実施例は、従来例と同様、５回の反復滴
定を行っても測定結果のばらつきが殆どないことがわか
る。従って、上記の事実より、本発明に係る実施例の性
能は、従来より用いられてきた構成の流動電位測定装置
と全く変わりがないことが判明した。

【００３０】尚、上記図３に示す実験において使用され
た被検液は、２．５×１０^-5Ｎのカチオン系試薬水溶液
とし、滴定液Ｔは、１×１０^-4Ｎのアニオン系試薬を使
用し、このときの滴定速度は０．００３ml/secであっ
た。また、上記一対の電極間距離を１９mmの振動子２を
用い、進退ストローク４mm、周期４Hzで駆動した。

【００３１】以上のように、実施例の性能は従来例と変
わりがない上に、測定プローブ１の先端部より開口部１
１までを被検液に浸漬し、この状態で振動子２を進退駆
動するだけで被検液の流動電位測定が可能となるため、
被検液を収容する容器や液槽を問わず上記測定を実施す
ることができる。このため、例えば上記のようなコロイ
ド滴定の際に、被検液Ｓの流動電位が低く、滴定曲線の
立ち上がり角度が過度に急峻になると予想される場合に
は、さらに大容量の滴定槽７０を用いることにより、緩
やかな立ち上がりの滴定曲線を得るようにして正確な滴
定終点を行えるようにできる等の柔軟な対処が可能とな
る。

【００３２】しかも、本発明にかかる流動電位測定装置
はコンパクトで、優れた可搬性を有するため、任意の測
定現場においての流動電位の測定が可能である。さら
に、上記実施例を用いて複数の種類の被検液を順次測定
するような作業を行う場合、各被検液に対応する測定作
業の完了後には、少なくとも測定プローブ１の一部及び
振動子２だけを洗浄すればよく、従来例に比べて作業効
率が格段に向上する。またこれによって、上記複数の被
検液を収容した容器を自動的に交換できるサンプルチェ
ンジャーを用いたコロイド滴定の自動化システムにも適
している。

【００３３】尚、本発明は上記実施例の構成に止まら
ず、測定プローブの材質や振動子の駆動手段の具体的な
構成などは適宜設計変更することが可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、測定プロ
ーブを被検液に浸漬しつつ、振動子を進退駆動させるだ
けで、該被検液の流動電位を電極の出力に基づいて測定
することができるので、該被検液を収容した容器や液槽
の容量を問わず該測定を実施することができるととも
に、装置をコンパクトにすることができるので優れた可
搬性を付与することができ、該流動電位の測定作業の自
由度が増す。

【００３５】しかも複数の種類の被検液を順次測定する
ような作業を行う場合、各被検液に対応する測定作業の
完了後には、少なくとも測定プローブの一部及び振動子
だけを洗浄すれば、すぐに次の被検液の測定を介するこ
とができるので、作業効率が格段に向上するとともに、
一連の測定作業を自動化したシステムに組み込むことが
容易となる効果がある。更に、上記振動子に電極が配設
されているので、電極の洗浄が容易となり、常に精度の
高い特定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の構成図である。

【図２】本発明に係る一実施例を適用例を示すブロック
図である。

【図３】本発明に係る一実施例と従来例との測定結果を
示すグラフである。

【図４】コロイド粒子の荷電分布の概念図である。

【図５】従来例の構成図である。

【符号の説明】

１ 測定プローブ ２ 振動子 １１ 開口部 ２１，２２ 電極 Ｅ 移動領域

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端が閉塞した中空管状体の内部と外部
   を連通させる開口部を先端部寄りに設けた測定プローブ
   と、 上記測定プローブの開口部より先端内部に緩挿されて管
   軸方向に進退駆動される振動子と、 上記振動子の外周面に所定の間隔を保って配設された一
   対の電極とを備えたことを特徴とする流動電位測定装置