JP3374522B2 - 流動電位測定装置 - Google Patents
流動電位測定装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、界面における荷電状態
を示すゼータ電位を求める方法の一つである流動電位法
で用いられる流動電位測定装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】流動電位法は、一対の流動電位測定電極
間に固体試料を充填し、その充填層に流動液を透過させ
たときに電極間に発生する電位差すなわち流動電位を測
定することによりゼータ電位を求める方法であるが、こ
れは、次のような原理に基づくものである。 【０００３】いま、１本の毛細管の管内に液を押し流す
場合を考える。このときの毛細管の半径をｒ、長さをｌ
とする。また、管壁に電気二重層があり、これを分子量
と考え、かつ、その厚さをδ、電位差をζとすれば、単
位面積あたりの電荷ｑは次の（１）式で与えられる。 【０００４】 ｑ＝εζ／４πδ ・・・（１） ただし、ε：液体の誘電率 管の両端に圧力差Ｐを加え、その場合の液体の移動速度
をｕとする（管壁においては移動速度は０、δの距離に
おいてはｕ）。このとき、単位軸長あたりの内面の摩擦
力Ｆは（２）式で与えられる。 【０００５】 Ｆ＝２πｒηｕ／δ ・・・（２） ただし、η：液体の粘性係数 定常状態において、Ｆは加える圧力とつり合っているか
ら、 ２πｒηｕ／δ ＝ Ｐπｒ2 ／ｌ ・・・（３） （１）式および（３）式からδを消去して変形すると、 ２πｒｕｑ＝Ｐεｒ2 ζ／４ηｌ ・・・（４） （４）式の左辺は液の移動に伴う電流になる。そこで、
その誘起電圧をＥとすれば、毛細管における電流ｉは
（５）式で与えられる。 【０００６】 ｉ＝（πｒ2 λ／ｌ）Ｅ ・・・（５） ただし、λ：液の比誘電率 したがって、（４）および（５）式から、 ζ＝４πηλＥ／εＰ ・・・（６） （６）式は、Helmholz−Smoluchowskiの式と呼ばれ、流
動電位からゼータ電位を計算する場合に使用される。 【０００７】（６）式において、４πηλ／εは測定試
料に対して一定であるから、ゼータ電位（ζ）は流動電
位（Ｅ）と圧力（Ｐ）の比に関係し、ＥとＰは直線関係
となることがわかる。 【０００８】以上の原理に基づいてゼータ電位を求める
ために流動電位の測定を行うものとして流動電位測定装
置がある。図３に、従来における流動電位測定装置の一
例を示す。例示した流動電位測定装置５０は、基本的に
は、減圧器５１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）５２
と、アンプユニット５３と、記録計（図例ではＸ−Ｙレ
コーダ）５４の３つのユニットによって構成されてい
る。 【０００９】本体５２には、固体試料の充填層５５を一
対の電極５６、５６で挟んでなる流動電位測定セル（Ｅ
測定セル）５７と、このＥ測定セル５７に液供給通路５
８を介して供給すべき流動液５９を収容する流動液容器
６０と、液供給通路５８を開閉するコック６１と、流動
電位測定後にＥ測定セル５７から排出される液を排液通
路６２を介して回収する排液用容器６３と、圧力源から
供給される液流動用のＮ2 ガスを流動液容器６０内に導
入するための気体通路６４と、この気体通路６４にゲー
ジバルブ６５を介して接続されて気体通路６４内の圧
力、つまり流動液容器６０の空間６０ａ内に供給された
Ｎ2 ガスの圧力を検出する圧力検出器６６と、流動電位
測定後に気体通路６４内の圧力を抜くためのパージバル
ブ６７とが備えられている。 【００１０】一方、アンプユニット５３においては、Ｅ
測定セル５７の各電極５６に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６８と、圧力検出器６６で検出された圧力
を記録表示するための圧力用増幅器６９と、流動電位
（Ｅ）および圧力（Ｐ）からゼータ電位を計算する際に
必要となる導電率の測定器７０とが内蔵されており、さ
らに同測定器７０には導電率測定セル（λ測定セル）７
１が図示のように接続されている。そして、圧力源から
気体通路６４を介して流動液容器６０内に供給されるＮ
2 ガスの圧力によって同容器６０内の流動液５９をＥ測
定セル５７に流したときに、電極５６、５６間に発生す
る流動電位を測定し、この流動電位と上記圧力検出器６
６により検出された圧力とを記録計５４においてＥ−Ｐ
のグラフとして記録するようになっている。 【００１１】ところで、ゼータ電位は、上述のように理
論的には流動電位Ｅに比例し且つ液流動圧力Ｐに反比例
するから、流動電位よりゼータ電位を求めるためには、
流動液の圧力を一方向に強制的に変化させながら、この
ときの流動電位を測定してＥ／Ｐを求めることが必要と
なる。 【００１２】そこで、上述のような従来の装置において
は、同図に示したように、気体通路６４上に開閉バルブ
７２と圧力調整バルブ７３とを備え、まず開閉バルブ７
２を開いて流動液容器６０内に圧力源から所定圧の気体
を導入することにより流動液５９に一定圧を加えて流動
させ、その後圧力調整バルブ７３を少しずつ開いて流動
液に対する付加圧力を強制的に落としていくことが行わ
れていた。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】ところが、理論的には
Ｅ／Ｐは一定、つまりＥ−Ｐ関係は直線関係となるにも
かかわらず、上述のような従来の流動電位測定装置を用
いて実際に測定してみると、試料によっては、あるいは
同じ試料でも充填状態によっては、曲線関係が得られる
ことがあり問題となっていた。このため、測定者は、Ｅ
−Ｐについて直線関係が得られるように、測定中にモニ
ターを行いながら圧力調整バルブ等の操作を行うという
苦労をし、測定に熟練やノウハウを要するのみならず、
測定者によって測定結果にバラツキが生じるという問題
があった。 【００１４】本発明は、このような問題に対処するもの
で、測定中に煩わしい操作を要しないとともに、測定者
間のバラツキを無くすことができ、しかも流動電位およ
び液流動圧力について直線的な関係を得ることができる
流動電位測定装置を提供することを目的とする。 【００１５】 【課題を解決するための手段】流動液に対する付加圧力
を強制的に変化させた場合、その流路の途中に充填層と
いう抵抗があるために生じる圧力損失によって付加圧力
と流動状態ひいては流動電位との間にズレを生じ、その
結果、Ｅ−Ｐ関係が曲線関係としてあらわれると考えら
れる。換言すると、モニターで監視している付加圧力と
実際の液流動圧力との間には、圧力損失分だけのズレが
生じると考えられる。したがって、圧力を変化させる方
法は、流動時の圧力損失に合わせた形で行うのが好まし
い。 【００１６】本発明は、このような観点から、上記目的
を達成すべく、固体試料の充填層を一対の電極で挟んで
なる流動電位測定セルと、その充填層に供給すべき流動
液を収容する流動液容器と、圧力源から供給される液流
動用の気体を流動液容器内に導入するための気体通路
と、充填層を通過した後の流動液を収容する排液容器と
を有し、上記充填層内に所定方向に流動液を流したとき
に上記一対の電極間に発生する流動電位を測定する流動
電位測定装置において、次のように構成したことを特徴
とする。 【００１７】すなわち、上記流動液容器から排液容器ま
でが耐圧気密構造で構成されており、その流動液容器内
に空間を残して所定量の流動液を収容した状態で、上記
圧力源から同空間内に、排液容器内の気体の圧力より高
い圧力を持った気体を導入することにより、同空間内の
圧力と排液容器内の気体の圧力との間に差圧を生じさ
せ、その差圧により充填層内に流動液が流れるととも
に、その排液容器内に流入する流動液量の増加に伴って
排液容器内の気体の圧力を上昇させ、この気体の圧力と
流動液容器内の圧力が等しくなったとき流動液が流れな
い構成とする。 【００１８】 【作用】上記の構成によれば、排液容器内の圧力より高
い圧力を持った気体を流動液容器内の空間に導入して両
圧力の差圧によって液を流動させたときに、流動推進力
と圧力損失による流動抵抗との差に見合った分の液が流
動するとともに、その液流動に伴って生じる排液容器内
への液の流入により、同容器内の空間の体積変化に応じ
た圧力の上昇が起き、その分、上記両圧力の圧力差が小
さくなる。したがって、液流動圧力（Ｐ）は受動的に変
化することになり、液流動圧力（Ｐ）と流動電位（Ｅ）
との間の関係（Ｅ−Ｐ関係）にズレは生じないこととな
る。 【００１９】 【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１に本実施例に係る流動電位測定装置の構成を示す。 【００２０】同図に示すように、この流動電位測定装置
１は、固体試料の充填層２を一対の電極３、３で挟んで
なる流動電位測定セル（以下、Ｅ測定セル）４と、この
Ｅ測定セル４に液供給通路５を介して供給すべき流動液
６を収容する流動液容器７と、Ｅ測定セル４を通過した
後の流動液６を排液通路８を介して回収する排液容器９
とを有する。 【００２１】このうち、流動液容器７は、本発明におい
ては耐圧気密構造の容器によって構成されており、圧力
源（図示せず）から供給される液流動用の気体（例えば
Ｎ2ガス）を流動液容器７内に導入するための気体通路
１０が接続されているとともに、同容器７内に導入され
た気体の圧力を計測する圧力計１１と、流動液６の温度
を測定する温度計１２とが備えられている。気体通路１
０には、圧力源（図示せず）から供給される気体の圧力
を調整する調圧器１３と、同通路１０を開閉する第１バ
ルブ１４とが設けられており、その第１バルブ１４の下
流側（流動液容器側）には、一端が大気圧に開放され且
つ第２バルブ１５によって開閉される分岐通路１６が接
続されている。そして、第２バルブ１５を閉じて第１バ
ルブ１４を開くことにより流動液容器７内に所定圧の気
体を導入することができ、逆に第１バルブ１４を閉じて
第２バルブ１５を開くことにより同容器７内の圧力を大
気圧と等しくすることができるようになっている。 【００２２】一方、排液容器９は、本発明においては流
動液容器７と同じく耐圧気密構造の容器で構成されてお
り、その上部側には、第３バルブ１７によって開閉され
る気体排出通路１８が接続されている。この気体排出通
路１８は、一端が排液容器９内の空間９ａに連通し、他
端が気体抜き用ポンプ１９に接続されている。このポン
プ１９は、流動電位の測定を行う際にあらかじめＥ測定
セル４における充填層２等中に存在する空気を抜くため
のもので、その空気抜き操作に伴うＥ測定セル４への流
動液６の導入により測定準備が速やかに行えるようにな
っている。 【００２３】また、気体排出通路１８における第３バル
ブ１７とポンプ１９との間には、一端が大気圧に開放さ
れて第４バルブ２０により開閉される分岐通路２１が接
続されているとともに、第３バルブ１７と排液容器９と
の間には、同容器９内の空間９ａの圧力を検出する圧力
計２２が備えられている。そして、流動電位の測定を行
う際には、排液容器９の圧力が逃げないように第３バル
ブ１７を閉じることにより同容器９側を気密状態を保つ
とともに、測定を終えたときには第３バルブ１７および
第４バルブ２０を開くことで同容器９内を気体排出通路
１８および分岐通路２１を介して大気圧に開放しうるよ
うになっている。 【００２４】また、排液容器９の下部には液排出用通路
２３が接続されている。この液排出用通路２３は、排液
容器９内に溜まった流動液６を抜くためのもので、同通
路２３には、上記液供給通路５から分岐された分岐通路
２４が接続されている。ここで、液供給通路５、分岐通
路２４および液排出用通路２３には、それぞれ、当該通
路を開閉する第５バルブ２５、第６バルブ２６および第
７バルブ２７が設けられている。 【００２５】次に、この実施例の作用を説明する。ま
ず、耐圧気密構造の流動液容器７内に空間７ａを残して
所定量の流動液６を収容し、かつ、ポンプ１９により排
液容器９側からＥ測定セル４における充填層２中の空気
を抜いた状態にセットする。次に、第１〜第５の全ての
バルブ１４、１５、１７、２０、２５〜２７を閉じた状
態から気体通路１０上の第１バルブ１４を開いて、圧力
源から調圧器１３を介して流動液容器６内の空間７ａに
排液容器９内の圧力より高い一定の圧力を持った気体を
導入する。 【００２６】次いで、この状態で液供給通路５上の第５
バルブ２５を開けると、流動液容器７と排液容器９の両
容器内の圧力差によって流動液容器７内の流動液６が液
供給通路５を通ってＥ測定セル４の充填層２内を流れ、
さらに排液通路８を介して排液容器９内へと流入する。
そして、このときにＥ測定セル４の電極３、３間に発生
する流動電位が測定される。また、同時に、そのときの
流動液容器７の空間７ａ内の圧力すなわち流動液６に対
する付加圧力が圧力計１１によって測定される。 【００２７】こうして、流動液容器７側から排液容器９
側に所定量の流動液６が流れて両容器内の圧力がつり合
うと、流動液６は流れなくなる。したがって、その時点
で測定を終了し、第１バルブ１４を閉じて気体の導入を
停止し、第２、第３および第４の各バルブ１５、１７、
２０を開いて両容器７、９内の圧力を大気圧にするとと
もに、第５〜第７バルブ２５〜２７を開いて排液容器９
内等に存在する流動液６を排出する。 【００２８】ところで、上述のような流動電位および圧
力の測定を行う場合に、従来は、例えば気体通路上に別
途設けられた圧力調整バルブを開いていくことによって
流動液に対する付加圧力を強制的に低下させるようにし
ていたため、測定された付加圧力と充填層内を流れる際
に圧力損失を生じている実際の液圧力との間（ひいては
流動電位との間）にズレが生じ、その結果、測定された
流動電位（Ｅ）と圧力（Ｐ）との関係が曲線関係となる
ことがあった。 【００２９】しかし、本実施例装置１においては、流動
液容器７と排液容器９との両容器内に存在する空間７
ａ、９ａの圧力差によって流動推進力が付与され、しか
も両容器はいずれも内部の圧力が逃げないように気密状
態に保たれているため、流動推進力と圧力損失による流
動抵抗との差に見合った分の液が流動することになる。
また、このような液の流動に伴って、Ｅ測定セル４を通
過した後の流動液６は容積が規定された耐圧気密構造の
排液容器９内に流入するから、その流入量に応じて同容
器９内の空間９ａの体積が減少し、逆にその分だけ同容
器９内の圧力が上昇する。そして、この排液容器９内の
圧力の上昇に伴って流動液容器７内の気体との圧力差は
小さくなる。したがって、流動液６の圧力は受動的に変
化することとなり、液流動圧力（Ｐ）と流動電位（Ｅ）
との関係（Ｅ−Ｐ関係）にズレは生じない。これによ
り、Ｅ−Ｐの測定結果として直線的な関係が得られるこ
ととなる。 【００３０】また、本発明では、流動液容器７内の圧力
は一定とし、排液容器９内への流動液６の流入に伴う同
容器９内の圧力上昇により流動圧力を変化させる構成と
したことにより、流動液量は排液容器９の容積で規定さ
れてしまうので、流動液容器７内の液量には依存しなく
なる。したがって、測定に十分な液量があれば、続けて
繰り返し測定を行うことができ、測定ごとに液量を一定
にしなくてもよいこととなる。 【００３１】さらに、本発明の場合、流動液量が規定さ
れているので、流動液容器７への付加圧力の値を変える
ことにより、液の流動速度をコントロールすることがで
きる。したがって、一般に流動速度が速く、流れが乱流
域となる場合においてはゼータ電位の理論式をそのまま
適用するのは問題があったが、本発明においては、流動
液容器７への付加圧力を低く設定することで、容易に流
速を遅くすることができる。 【００３２】図２に、上述のようにして測定された流動
電位（Ｅ）と圧力（Ｐ）との測定結果の一例を従来装置
による測定結果と比較して示す。同図の（Ａ）が従来装
置によるもの、（Ｂ）が本実施例によるものである。従
来装置による（Ａ）の場合はＥ−Ｐが曲線関係となって
いるのに対し、本実施例による（Ｂ）の場合は直線関係
となっており、測定にズレが生じていないことがわか
る。 【００３３】なお、同グラフに示した測定例は、流動液
容器の空間内の圧力、つまり流動液（この例では０．０
０１Ｍ／ｌのＫＣｌ水溶液）に対する付加圧力が０．５
ｋｇ／ｃｍ2 以下となる範囲で測定を行ったものであ
る。したがって、圧力損失が大きな試料状態の場合、液
の流動が起こらなかったり測定に長時間を要したりする
といった問題を生じるおそれがあるので、試料の圧力損
失を比較的小さなものとするために試料としてゼオライ
ト系吸着剤を使用し、これを２ｍｍのＥ測定セルに粗充
填したもので測定を行った。 【００３４】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、流動推
進力と圧力損失による流動抵抗との差に見合った分の液
が流動するとともに、その液流動に伴う排液容器内への
液の流入により同容器内の圧力が上昇し、それだけ流動
液容器内の気体圧力との差が小さくなって、流動液の圧
力は受動的に変化することとなる。これにより、流動液
の圧力と流動状態ひいては流動電位との間にズレを生じ
させずに測定を行うことができるので、Ｅ−Ｐ関係とし
て直線関係が得られるとともに、測定者は測定中に手を
放すことができ、さらに測定者間のバラツキも生じなく
なる。 【００３５】また、流動液量が排液容器の容積で規定さ
れてしまうことにより、流動液容器内の液量には依存し
なくなるから、測定に十分な液量があれば、続けて繰り
返し測定を行うことができ、測定ごとに液量を一定にし
なくてもよいこととなる。 【００３６】さらに、流動液容器への付加圧力の値を変
えることにより、液の流動速度を遅くすることができる
ので、ゼータ電位の理論式をそのまま適用することが可
能となる。
を示すゼータ電位を求める方法の一つである流動電位法
で用いられる流動電位測定装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】流動電位法は、一対の流動電位測定電極
間に固体試料を充填し、その充填層に流動液を透過させ
たときに電極間に発生する電位差すなわち流動電位を測
定することによりゼータ電位を求める方法であるが、こ
れは、次のような原理に基づくものである。 【０００３】いま、１本の毛細管の管内に液を押し流す
場合を考える。このときの毛細管の半径をｒ、長さをｌ
とする。また、管壁に電気二重層があり、これを分子量
と考え、かつ、その厚さをδ、電位差をζとすれば、単
位面積あたりの電荷ｑは次の（１）式で与えられる。 【０００４】 ｑ＝εζ／４πδ ・・・（１） ただし、ε：液体の誘電率 管の両端に圧力差Ｐを加え、その場合の液体の移動速度
をｕとする（管壁においては移動速度は０、δの距離に
おいてはｕ）。このとき、単位軸長あたりの内面の摩擦
力Ｆは（２）式で与えられる。 【０００５】 Ｆ＝２πｒηｕ／δ ・・・（２） ただし、η：液体の粘性係数 定常状態において、Ｆは加える圧力とつり合っているか
ら、 ２πｒηｕ／δ ＝ Ｐπｒ2 ／ｌ ・・・（３） （１）式および（３）式からδを消去して変形すると、 ２πｒｕｑ＝Ｐεｒ2 ζ／４ηｌ ・・・（４） （４）式の左辺は液の移動に伴う電流になる。そこで、
その誘起電圧をＥとすれば、毛細管における電流ｉは
（５）式で与えられる。 【０００６】 ｉ＝（πｒ2 λ／ｌ）Ｅ ・・・（５） ただし、λ：液の比誘電率 したがって、（４）および（５）式から、 ζ＝４πηλＥ／εＰ ・・・（６） （６）式は、Helmholz−Smoluchowskiの式と呼ばれ、流
動電位からゼータ電位を計算する場合に使用される。 【０００７】（６）式において、４πηλ／εは測定試
料に対して一定であるから、ゼータ電位（ζ）は流動電
位（Ｅ）と圧力（Ｐ）の比に関係し、ＥとＰは直線関係
となることがわかる。 【０００８】以上の原理に基づいてゼータ電位を求める
ために流動電位の測定を行うものとして流動電位測定装
置がある。図３に、従来における流動電位測定装置の一
例を示す。例示した流動電位測定装置５０は、基本的に
は、減圧器５１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）５２
と、アンプユニット５３と、記録計（図例ではＸ−Ｙレ
コーダ）５４の３つのユニットによって構成されてい
る。 【０００９】本体５２には、固体試料の充填層５５を一
対の電極５６、５６で挟んでなる流動電位測定セル（Ｅ
測定セル）５７と、このＥ測定セル５７に液供給通路５
８を介して供給すべき流動液５９を収容する流動液容器
６０と、液供給通路５８を開閉するコック６１と、流動
電位測定後にＥ測定セル５７から排出される液を排液通
路６２を介して回収する排液用容器６３と、圧力源から
供給される液流動用のＮ2 ガスを流動液容器６０内に導
入するための気体通路６４と、この気体通路６４にゲー
ジバルブ６５を介して接続されて気体通路６４内の圧
力、つまり流動液容器６０の空間６０ａ内に供給された
Ｎ2 ガスの圧力を検出する圧力検出器６６と、流動電位
測定後に気体通路６４内の圧力を抜くためのパージバル
ブ６７とが備えられている。 【００１０】一方、アンプユニット５３においては、Ｅ
測定セル５７の各電極５６に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６８と、圧力検出器６６で検出された圧力
を記録表示するための圧力用増幅器６９と、流動電位
（Ｅ）および圧力（Ｐ）からゼータ電位を計算する際に
必要となる導電率の測定器７０とが内蔵されており、さ
らに同測定器７０には導電率測定セル（λ測定セル）７
１が図示のように接続されている。そして、圧力源から
気体通路６４を介して流動液容器６０内に供給されるＮ
2 ガスの圧力によって同容器６０内の流動液５９をＥ測
定セル５７に流したときに、電極５６、５６間に発生す
る流動電位を測定し、この流動電位と上記圧力検出器６
６により検出された圧力とを記録計５４においてＥ−Ｐ
のグラフとして記録するようになっている。 【００１１】ところで、ゼータ電位は、上述のように理
論的には流動電位Ｅに比例し且つ液流動圧力Ｐに反比例
するから、流動電位よりゼータ電位を求めるためには、
流動液の圧力を一方向に強制的に変化させながら、この
ときの流動電位を測定してＥ／Ｐを求めることが必要と
なる。 【００１２】そこで、上述のような従来の装置において
は、同図に示したように、気体通路６４上に開閉バルブ
７２と圧力調整バルブ７３とを備え、まず開閉バルブ７
２を開いて流動液容器６０内に圧力源から所定圧の気体
を導入することにより流動液５９に一定圧を加えて流動
させ、その後圧力調整バルブ７３を少しずつ開いて流動
液に対する付加圧力を強制的に落としていくことが行わ
れていた。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】ところが、理論的には
Ｅ／Ｐは一定、つまりＥ−Ｐ関係は直線関係となるにも
かかわらず、上述のような従来の流動電位測定装置を用
いて実際に測定してみると、試料によっては、あるいは
同じ試料でも充填状態によっては、曲線関係が得られる
ことがあり問題となっていた。このため、測定者は、Ｅ
−Ｐについて直線関係が得られるように、測定中にモニ
ターを行いながら圧力調整バルブ等の操作を行うという
苦労をし、測定に熟練やノウハウを要するのみならず、
測定者によって測定結果にバラツキが生じるという問題
があった。 【００１４】本発明は、このような問題に対処するもの
で、測定中に煩わしい操作を要しないとともに、測定者
間のバラツキを無くすことができ、しかも流動電位およ
び液流動圧力について直線的な関係を得ることができる
流動電位測定装置を提供することを目的とする。 【００１５】 【課題を解決するための手段】流動液に対する付加圧力
を強制的に変化させた場合、その流路の途中に充填層と
いう抵抗があるために生じる圧力損失によって付加圧力
と流動状態ひいては流動電位との間にズレを生じ、その
結果、Ｅ−Ｐ関係が曲線関係としてあらわれると考えら
れる。換言すると、モニターで監視している付加圧力と
実際の液流動圧力との間には、圧力損失分だけのズレが
生じると考えられる。したがって、圧力を変化させる方
法は、流動時の圧力損失に合わせた形で行うのが好まし
い。 【００１６】本発明は、このような観点から、上記目的
を達成すべく、固体試料の充填層を一対の電極で挟んで
なる流動電位測定セルと、その充填層に供給すべき流動
液を収容する流動液容器と、圧力源から供給される液流
動用の気体を流動液容器内に導入するための気体通路
と、充填層を通過した後の流動液を収容する排液容器と
を有し、上記充填層内に所定方向に流動液を流したとき
に上記一対の電極間に発生する流動電位を測定する流動
電位測定装置において、次のように構成したことを特徴
とする。 【００１７】すなわち、上記流動液容器から排液容器ま
でが耐圧気密構造で構成されており、その流動液容器内
に空間を残して所定量の流動液を収容した状態で、上記
圧力源から同空間内に、排液容器内の気体の圧力より高
い圧力を持った気体を導入することにより、同空間内の
圧力と排液容器内の気体の圧力との間に差圧を生じさ
せ、その差圧により充填層内に流動液が流れるととも
に、その排液容器内に流入する流動液量の増加に伴って
排液容器内の気体の圧力を上昇させ、この気体の圧力と
流動液容器内の圧力が等しくなったとき流動液が流れな
い構成とする。 【００１８】 【作用】上記の構成によれば、排液容器内の圧力より高
い圧力を持った気体を流動液容器内の空間に導入して両
圧力の差圧によって液を流動させたときに、流動推進力
と圧力損失による流動抵抗との差に見合った分の液が流
動するとともに、その液流動に伴って生じる排液容器内
への液の流入により、同容器内の空間の体積変化に応じ
た圧力の上昇が起き、その分、上記両圧力の圧力差が小
さくなる。したがって、液流動圧力（Ｐ）は受動的に変
化することになり、液流動圧力（Ｐ）と流動電位（Ｅ）
との間の関係（Ｅ−Ｐ関係）にズレは生じないこととな
る。 【００１９】 【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１に本実施例に係る流動電位測定装置の構成を示す。 【００２０】同図に示すように、この流動電位測定装置
１は、固体試料の充填層２を一対の電極３、３で挟んで
なる流動電位測定セル（以下、Ｅ測定セル）４と、この
Ｅ測定セル４に液供給通路５を介して供給すべき流動液
６を収容する流動液容器７と、Ｅ測定セル４を通過した
後の流動液６を排液通路８を介して回収する排液容器９
とを有する。 【００２１】このうち、流動液容器７は、本発明におい
ては耐圧気密構造の容器によって構成されており、圧力
源（図示せず）から供給される液流動用の気体（例えば
Ｎ2ガス）を流動液容器７内に導入するための気体通路
１０が接続されているとともに、同容器７内に導入され
た気体の圧力を計測する圧力計１１と、流動液６の温度
を測定する温度計１２とが備えられている。気体通路１
０には、圧力源（図示せず）から供給される気体の圧力
を調整する調圧器１３と、同通路１０を開閉する第１バ
ルブ１４とが設けられており、その第１バルブ１４の下
流側（流動液容器側）には、一端が大気圧に開放され且
つ第２バルブ１５によって開閉される分岐通路１６が接
続されている。そして、第２バルブ１５を閉じて第１バ
ルブ１４を開くことにより流動液容器７内に所定圧の気
体を導入することができ、逆に第１バルブ１４を閉じて
第２バルブ１５を開くことにより同容器７内の圧力を大
気圧と等しくすることができるようになっている。 【００２２】一方、排液容器９は、本発明においては流
動液容器７と同じく耐圧気密構造の容器で構成されてお
り、その上部側には、第３バルブ１７によって開閉され
る気体排出通路１８が接続されている。この気体排出通
路１８は、一端が排液容器９内の空間９ａに連通し、他
端が気体抜き用ポンプ１９に接続されている。このポン
プ１９は、流動電位の測定を行う際にあらかじめＥ測定
セル４における充填層２等中に存在する空気を抜くため
のもので、その空気抜き操作に伴うＥ測定セル４への流
動液６の導入により測定準備が速やかに行えるようにな
っている。 【００２３】また、気体排出通路１８における第３バル
ブ１７とポンプ１９との間には、一端が大気圧に開放さ
れて第４バルブ２０により開閉される分岐通路２１が接
続されているとともに、第３バルブ１７と排液容器９と
の間には、同容器９内の空間９ａの圧力を検出する圧力
計２２が備えられている。そして、流動電位の測定を行
う際には、排液容器９の圧力が逃げないように第３バル
ブ１７を閉じることにより同容器９側を気密状態を保つ
とともに、測定を終えたときには第３バルブ１７および
第４バルブ２０を開くことで同容器９内を気体排出通路
１８および分岐通路２１を介して大気圧に開放しうるよ
うになっている。 【００２４】また、排液容器９の下部には液排出用通路
２３が接続されている。この液排出用通路２３は、排液
容器９内に溜まった流動液６を抜くためのもので、同通
路２３には、上記液供給通路５から分岐された分岐通路
２４が接続されている。ここで、液供給通路５、分岐通
路２４および液排出用通路２３には、それぞれ、当該通
路を開閉する第５バルブ２５、第６バルブ２６および第
７バルブ２７が設けられている。 【００２５】次に、この実施例の作用を説明する。ま
ず、耐圧気密構造の流動液容器７内に空間７ａを残して
所定量の流動液６を収容し、かつ、ポンプ１９により排
液容器９側からＥ測定セル４における充填層２中の空気
を抜いた状態にセットする。次に、第１〜第５の全ての
バルブ１４、１５、１７、２０、２５〜２７を閉じた状
態から気体通路１０上の第１バルブ１４を開いて、圧力
源から調圧器１３を介して流動液容器６内の空間７ａに
排液容器９内の圧力より高い一定の圧力を持った気体を
導入する。 【００２６】次いで、この状態で液供給通路５上の第５
バルブ２５を開けると、流動液容器７と排液容器９の両
容器内の圧力差によって流動液容器７内の流動液６が液
供給通路５を通ってＥ測定セル４の充填層２内を流れ、
さらに排液通路８を介して排液容器９内へと流入する。
そして、このときにＥ測定セル４の電極３、３間に発生
する流動電位が測定される。また、同時に、そのときの
流動液容器７の空間７ａ内の圧力すなわち流動液６に対
する付加圧力が圧力計１１によって測定される。 【００２７】こうして、流動液容器７側から排液容器９
側に所定量の流動液６が流れて両容器内の圧力がつり合
うと、流動液６は流れなくなる。したがって、その時点
で測定を終了し、第１バルブ１４を閉じて気体の導入を
停止し、第２、第３および第４の各バルブ１５、１７、
２０を開いて両容器７、９内の圧力を大気圧にするとと
もに、第５〜第７バルブ２５〜２７を開いて排液容器９
内等に存在する流動液６を排出する。 【００２８】ところで、上述のような流動電位および圧
力の測定を行う場合に、従来は、例えば気体通路上に別
途設けられた圧力調整バルブを開いていくことによって
流動液に対する付加圧力を強制的に低下させるようにし
ていたため、測定された付加圧力と充填層内を流れる際
に圧力損失を生じている実際の液圧力との間（ひいては
流動電位との間）にズレが生じ、その結果、測定された
流動電位（Ｅ）と圧力（Ｐ）との関係が曲線関係となる
ことがあった。 【００２９】しかし、本実施例装置１においては、流動
液容器７と排液容器９との両容器内に存在する空間７
ａ、９ａの圧力差によって流動推進力が付与され、しか
も両容器はいずれも内部の圧力が逃げないように気密状
態に保たれているため、流動推進力と圧力損失による流
動抵抗との差に見合った分の液が流動することになる。
また、このような液の流動に伴って、Ｅ測定セル４を通
過した後の流動液６は容積が規定された耐圧気密構造の
排液容器９内に流入するから、その流入量に応じて同容
器９内の空間９ａの体積が減少し、逆にその分だけ同容
器９内の圧力が上昇する。そして、この排液容器９内の
圧力の上昇に伴って流動液容器７内の気体との圧力差は
小さくなる。したがって、流動液６の圧力は受動的に変
化することとなり、液流動圧力（Ｐ）と流動電位（Ｅ）
との関係（Ｅ−Ｐ関係）にズレは生じない。これによ
り、Ｅ−Ｐの測定結果として直線的な関係が得られるこ
ととなる。 【００３０】また、本発明では、流動液容器７内の圧力
は一定とし、排液容器９内への流動液６の流入に伴う同
容器９内の圧力上昇により流動圧力を変化させる構成と
したことにより、流動液量は排液容器９の容積で規定さ
れてしまうので、流動液容器７内の液量には依存しなく
なる。したがって、測定に十分な液量があれば、続けて
繰り返し測定を行うことができ、測定ごとに液量を一定
にしなくてもよいこととなる。 【００３１】さらに、本発明の場合、流動液量が規定さ
れているので、流動液容器７への付加圧力の値を変える
ことにより、液の流動速度をコントロールすることがで
きる。したがって、一般に流動速度が速く、流れが乱流
域となる場合においてはゼータ電位の理論式をそのまま
適用するのは問題があったが、本発明においては、流動
液容器７への付加圧力を低く設定することで、容易に流
速を遅くすることができる。 【００３２】図２に、上述のようにして測定された流動
電位（Ｅ）と圧力（Ｐ）との測定結果の一例を従来装置
による測定結果と比較して示す。同図の（Ａ）が従来装
置によるもの、（Ｂ）が本実施例によるものである。従
来装置による（Ａ）の場合はＥ−Ｐが曲線関係となって
いるのに対し、本実施例による（Ｂ）の場合は直線関係
となっており、測定にズレが生じていないことがわか
る。 【００３３】なお、同グラフに示した測定例は、流動液
容器の空間内の圧力、つまり流動液（この例では０．０
０１Ｍ／ｌのＫＣｌ水溶液）に対する付加圧力が０．５
ｋｇ／ｃｍ2 以下となる範囲で測定を行ったものであ
る。したがって、圧力損失が大きな試料状態の場合、液
の流動が起こらなかったり測定に長時間を要したりする
といった問題を生じるおそれがあるので、試料の圧力損
失を比較的小さなものとするために試料としてゼオライ
ト系吸着剤を使用し、これを２ｍｍのＥ測定セルに粗充
填したもので測定を行った。 【００３４】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、流動推
進力と圧力損失による流動抵抗との差に見合った分の液
が流動するとともに、その液流動に伴う排液容器内への
液の流入により同容器内の圧力が上昇し、それだけ流動
液容器内の気体圧力との差が小さくなって、流動液の圧
力は受動的に変化することとなる。これにより、流動液
の圧力と流動状態ひいては流動電位との間にズレを生じ
させずに測定を行うことができるので、Ｅ−Ｐ関係とし
て直線関係が得られるとともに、測定者は測定中に手を
放すことができ、さらに測定者間のバラツキも生じなく
なる。 【００３５】また、流動液量が排液容器の容積で規定さ
れてしまうことにより、流動液容器内の液量には依存し
なくなるから、測定に十分な液量があれば、続けて繰り
返し測定を行うことができ、測定ごとに液量を一定にし
なくてもよいこととなる。 【００３６】さらに、流動液容器への付加圧力の値を変
えることにより、液の流動速度を遅くすることができる
ので、ゼータ電位の理論式をそのまま適用することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る流動電位測定装置の構成
を示す構成図である。 【図２】流動電位（Ｅ）および圧力（Ｐ）の測定結果の
一例を示すグラフで、（Ａ）は従来装置によるもの、
（Ｂ）は上記実施例によるものである。 【図３】従来の流動電位測定装置の一例を示す構成図で
ある。 【符号の説明】 １・・・流動電位測定装置 ２・・・充填層 ３・・・電極 ４・・・流動電位測定セル（Ｅ測定セル） ６・・・流動液 ７・・・流動液容器 ７ａ・・・流動液容器内の空間 ９・・・排液容器 １０・・・気体通路
を示す構成図である。 【図２】流動電位（Ｅ）および圧力（Ｐ）の測定結果の
一例を示すグラフで、（Ａ）は従来装置によるもの、
（Ｂ）は上記実施例によるものである。 【図３】従来の流動電位測定装置の一例を示す構成図で
ある。 【符号の説明】 １・・・流動電位測定装置 ２・・・充填層 ３・・・電極 ４・・・流動電位測定セル（Ｅ測定セル） ６・・・流動液 ７・・・流動液容器 ７ａ・・・流動液容器内の空間 ９・・・排液容器 １０・・・気体通路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/26
G01N 27/28
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】固体試料の充填層を一対の電極で挟んでな
る流動電位測定セルと、その充填層に供給すべき流動液
を収容する流動液容器と、圧力源から供給される液流動
用の気体を流動液容器内に導入するための気体通路と、
充填層を通過した後の流動液を収容する排液容器とを有
し、上記充填層内に所定方向に流動液を流したときに上
記一対の電極間に発生する流動電位を測定する流動電位
測定装置であって、上記流動液容器から排液容器までが
耐圧気密構造で構成されており、その流動液容器内に空
間を残して所定量の流動液を収容した状態で、上記圧力
源から同空間内に、排液容器内の気体の圧力より高い圧
力を持った気体を導入することにより、同空間内の圧力
と排液容器内の気体の圧力との間に差圧を生じさせ、そ
の差圧により充填層内に流動液が流れるとともに、その
排液容器内に流入する流動液量の増加に伴って排液容器
内の気体の圧力を上昇させ、この気体の圧力と流動液容
器内の圧力が等しくなったとき流動液が流れないよう構
成されていることを特徴とする流動電位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11785594A JP3374522B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 流動電位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11785594A JP3374522B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 流動電位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07325062A JPH07325062A (ja) | 1995-12-12 |
| JP3374522B2 true JP3374522B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=14721968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11785594A Expired - Fee Related JP3374522B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 流動電位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3374522B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003005011A1 (en) * | 2001-07-06 | 2003-01-16 | Metso Field Systems Oy | Method for measuring of flow potential of a water solution and an apparatus for applying of method |
-
1994
- 1994-05-31 JP JP11785594A patent/JP3374522B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07325062A (ja) | 1995-12-12 |
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