JP4022609B2

JP4022609B2 - 棒状電極の洗浄装置

Info

Publication number: JP4022609B2
Application number: JP2005163935A
Authority: JP
Inventors: 輝希岩月; 聖一郎井岡
Original assignee: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2025-06-03
Also published as: JP2006337246A

Description

本発明は、流路内に挿入されている棒状電極の洗浄装置に関し、更に詳しく述べると、測定液体の流れ力を利用して電極表面洗浄器具を回転させ、棒状電極表面と擦れ合うことで該棒状電極を使用期間中洗浄し続けるようにした棒状電極の洗浄装置に関するものである。この技術は、例えば酸化還元電位などの物理化学的状態を測定するための装置における棒状電極の洗浄に有効である。

液体の酸化還元電位は、液体中における物質の化学反応や移動に関わる重要な因子である。酸化還元電位を測定するためには、一般的に白金や金等を用いた酸化還元電位測定電極が用いられる。しかしながら、液体中の酸化還元反応に関わる溶存成分濃度が低く、化学的緩衝能力が小さい液体や、還元的条件下にある液体に対して、正確な酸化還元電位の測定値を得るためには、酸化還元電位測定電極の測定値が一定に達するまで、長時間にわたる連続測定が必要となる。また、地下水などの天然試料の測定を行なう場合は、酸化還元電位測定用電極表面への気泡の付着などにより、安定した測定値が得られ難いという課題もある。

上記のように酸化還元電位測定電極の測定値が一定に達するまでに長時間かかる理由の一つとして、酸化還元電位測定電極の保管時に生成する酸化還元電位測定電極表面の酸化皮膜や使用時に汚れ等が付着することによる酸化還元電位測定電極表面の電気化学的反応の抑制が挙げられる。

そこで酸化還元電位測定電極については、電極表面の皮膜や汚れを酸洗浄等により化学的に除去する方法、あるいは定期的に酸化還元電位測定電極の表面を研磨剤で磨くなどのメンテナンスが行われてきた。しかしながら、これらの方法では、メンテナンスを大気環境下で行うため、前述のような化学的緩衝性の低い還元環境にある試料の測定時に、酸化還元電位測定電極の汚れや皮膜を除去する場合、洗浄から液体試料に酸化還元電位測定電極を設置するまでの間に、酸化還元電位測定電極表面が酸化的環境に晒され、正確な測定値が得られない問題がある。また、酸化還元電位測定電極の表面洗浄のために、一時的に酸化還元電位測定電極を測定液体から出さねばならず、メンテナンス時に測定データの欠落が生じ、長時間にわたる測定で連続した測定値の取得が妨げられる問題もある。

このような問題を解決できるものとして、主に溶存成分濃度を測定するイオン電極を対象として、液体の流れを利用して洗浄を行う電極洗浄装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。ここでは、電極の表面に対してほぼ直交する回転軸を有する羽根車が用いられ、その羽根側面を電極表面に接触させるように構成されている。しかしながら、開発されているのは平板型イオン電極の表面を洗浄するためのものであり、棒状電極には使用できない。また、長期間の連続モニタリング測定を念頭に置いたものではなく、洗浄と並行して測定を行うことができない問題もある。
特開２００３−１６４８１８号公報

本発明が解決しようとする課題は、棒状電極表面の皮膜や汚れ等を大気に触れること無く自動的に除去できるようにすると同時に、測定中に生じる恐れのある汚れや付着を防止し、棒状電極表面の安定化に要する時間の短縮を図り、メンテナンスを不要とすることで測定を長期にわたって連続的に行うことができるようにすることである。本発明が解決しようとする他の課題は、正確な酸化還元電位を短時間で測定可能とすることである。

本発明は、流路内に挿入されている棒状電極の表面を、前記流路内を流れる測定液体の流れ力を利用して回転する洗浄器具を用いて洗浄する装置であって、前記棒状電極が遊嵌する貫通穴を備えたボス部と、該ボス部の周囲に配設された複数の羽根とを備え、棒状電極を支軸として全体が回転自在且つ上下動自在の電極表面洗浄器具と、該電極表面洗浄器具が脱落しないように保持する支持具とを具備し、測定液体の流れ力により前記電極表面洗浄器具が不規則に上下しながら偏心した状態で回転し、その貫通穴内面が、直接、前記棒状電極外面の様々な箇所で擦れ合うことで前記棒状電極表面の洗浄が行われるようにした棒状電極の洗浄装置である。

ここで、電極表面洗浄器具は、円筒状のボス部の外周に複数の湾曲構造の羽根が等角度で配設された電気絶縁性プラスチックの一体成型品であることが好ましい。支持具は、例えば外側が枠状もしくは網状の構造体であり、回転自在の電極表面洗浄器具が脱落しないように前記貫通穴に遊嵌可能な棒状突起を有している構造とする。

また本発明は、棒状電極と、該棒状電極を通して酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定部と、その測定結果の表示等の制御を行う測定制御部とを有し、上記のような棒状電極の洗浄装置が組み込まれている酸化還元電位測定装置である。

本発明に係る棒状電極の洗浄装置は、測定液体の流れ力を利用し、棒状電極を支軸として自由に回転し、電極表面洗浄器具の貫通穴内面が棒状電極外面に接触して互いに擦れ合うように構成されているので、棒状電極表面の皮膜等を除去でき、また汚れなどの付着を防止でき、測定期間中、自動的に棒状電極の清浄化が行われる。また本発明に係る棒状電極の洗浄装置を用いることにより、棒状電極表面の酸化皮膜等を迅速に除去できるので、化学的緩衝性の低い試料の測定において、酸化還元電位の測定値を短時間で得ることが可能となる。更に、長期間の連続モニタリング測定において、棒状電極表面のメンテナンスが不要になり、そのためメンテナンスによる測定データの欠落がなくなり、酸化還元電位測定装置の連続モニタリング測定期間を大幅に延長できる。加えて天然試料の測定において、電極表面洗浄器具の存在により電極表面に気泡が付着するのも防止できる。

本発明は、測定液体の物理化学的状態を測定するために、流路内に挿入されている棒状電極の表面を、測定液体の流れ力を利用して使用期間中洗浄し続ける棒状電極の洗浄装置である。この棒状電極の洗浄装置は、電極表面洗浄器具と、該電極表面洗浄器具を保持する支持具とを具備している。電極表面洗浄器具は、前記棒状電極が遊嵌する貫通穴を備えたボス部と、該ボス部の外周に等角度で放射状に配設された複数の湾曲構造の羽根とを備えており、電気絶縁性プラスチックの一体成型品である。この電極表面洗浄器具は、棒状電極を支軸として全体が回転自在となっている。他方、支持具は、測定液体が抵抗なく流通ができるように外側が枠状もしくは網状の構造体と、該構造体に設けた棒状突起などを備え、該棒状突起によって、回転自在の電極表面洗浄器具が棒状電極から脱落しないように保持する構造である。

測定液体の流れの中で、羽根によって流れ力は回転力に変えられる。枠状あるいは網状の支持具を通過した測定液体の流れにより、羽根が回転力を得て、その回転力により電極表面洗浄器具が棒状電極を支軸として回転し、電極表面洗浄器具の貫通穴内面が棒状電極外面と擦れ合うことで前記棒状電極表面の洗浄が行なわれる。この時、電極表面洗浄器具ならびに支持具は、電気絶縁性の材料で作製しておくと、酸化還元電位測定に悪影響を与えることはない。

このような棒状電極の洗浄装置は、典型的には、酸化還元電位測定装置などに組み込まれる。酸化還元電位測定装置は、棒状電極と、該棒状電極を通して酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定部と、その測定結果の表示等の制御を行う測定制御部などを備えている。酸化還元電位測定には、標準電極と棒状電極とを併設するのが一般的であるが、酸化還元電位測定部内に標準電極を内蔵させる形式を採ることができ、本発明の場合は、そのような構成の方が好ましい。

棒状電極を回転の支軸として液体の流れで回転し、酸化還元電位の測定値に影響を与える電子の挙動に関与しない電気絶縁体からなる電極表面洗浄器具を装着することにより、電極表面洗浄器具の動作が測定値に影響を与えることなく棒状電極表面の清掃と汚染物の付着を防止することでメンテナンスを不要とし、連続モニタリング測定を実施することができる。

また、測定時の液体の流れ力によって電極表面洗浄器具を自然に回転させることで、棒状電極外面と電極表面洗浄器具の貫通穴内面とが擦れ合い、それによって棒状電極表面の酸化皮膜等を効率的に除去し、棒状電極表面の電気化学的反応活性を高め、短時間で安定した測定値を得られるようになる。

図１は、本発明に係る棒状電極の洗浄装置を組み込んだ酸化還元電位測定装置の説明図であり、Ａは酸化還元電位測定装置全体の概要を、Ｂは棒状電極の洗浄装置を拡大して、Ｃは電極表面洗浄器具を拡大して底面から、それぞれ示している。ここでは、流路を構成している配管１０内を流れる測定溶液の酸化還元電位を測定する例を示している。酸化還元電位測定装置１２は、主に測定溶液中に挿入される棒状電極１４と、該棒状電極１４を通して酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定部１６と、該酸化還元測定部１６に信号線１８で接続されて観測者への測定結果の表示等の制御を行う測定表示部２０などから構成される。棒状電極１４は、例えば白金あるいは金などからなる。一般に、この種の測定装置では、基準電極も同時に配設されるが、本実施例では、酸化還元電位測定部１６に内蔵させているため図示していない。なお、本実施例では、酸化還元電位測定部を配管に設置しているが、酸化還元電位測定部を直接、測定溶液中に投入するように使用することも可能である。

このような酸化還元電位測定装置１２に、棒状電極の洗浄装置３０が組み込まれる。棒状電極の洗浄装置３０は、棒状電極１４の表面の汚れの除去・付着防止を行う電極表面洗浄器具３２と、該電極表面洗浄器具３２を保持するための支持具３４からなる。

電極表面洗浄器具３２は、棒状電極１４が遊嵌する貫通穴３６を備えた円筒状のボス部３８と、該ボス部３８の外周に等角度で放射状に配設された４枚の湾曲構造の羽根４０とを備えており、全体が電気絶縁性プラスチックからなる一体成型品である。この電極表面洗浄器具３２のボス部３８が棒状電極１４を囲むように配置することで、電極表面洗浄器具３２全体が棒状電極１４を支軸として回転自在となる。ボス部３８の長さは、棒状電極１４の長さの１／３〜１／２程度とするのがよい。また棒状電極１４の外径と貫通穴３６とのギャップＧは、使用状態や材質（水流の大きさと器具同士の摩擦力）などに応じて適宜決定するが、例えば１ｍｍ程度とする。ギャップが狭すぎると電極表面洗浄器具３２が回転し難くなるし、広すぎると回転が不安定になる。

支持具３４は、測定溶液が抵抗なく流通ができるように枠状構造体４２（あるいは網状構造体でもよい）を有し、その上端が酸化還元電位測定部１６の下端に固定され、底部中央に上向きの棒状突起４４が突設され、それによって、前記電極表面洗浄器具３２が脱落しないように保持できるようにしてある。従って、棒状突起４４は棒状電極１４と同じかそれ以下の直径であり、両者は同じ軸線上で僅かな間隔をおいて配置されるようにする。電極表面洗浄器具３２が、それに浮力が働く材質からなる場合は、自然状態で棒状電極１４に嵌っているので、原理的には保持具３４は無くてもよいのであるが、電極表面洗浄器具３２が何かの拍子に脱落してしまわないように、保持具３４で予防している。

配管１０内を測定溶液が流動する。その流れの力は、羽根４０によって回転力に変えられる。その回転力により電極表面洗浄器具３２が棒状電極１４を支軸として回転し、電極表面洗浄器具３２の貫通穴内面が棒状電極外面と擦れ合うことで前記棒状電極表面の洗浄（皮膜等の除去や異物の付着の防止）が行なわれる。本発明に関わる電極表面洗浄器具３２による棒状電極表面の洗浄の概要を図２に示す。測定溶液の流動による電極表面洗浄器具３２の回転により、貫通穴３６の内面が棒状電極１４の表面を擦りながら回転する。電極表面洗浄器具３２は、流れ力によって不規則に上下しながら回転し、図２のＡ〜Ｄに示すように、棒状電極１４の表面の様々な箇所で接触する。これによって、棒状電極１４の表面全体を効率よく洗浄することができる。

図３は、酸化還元電位測定用の棒状電極１４に電極表面洗浄器具３２を装着して酸化還元電位の測定を行なった例である。２種類の濃度の硫化ナトリウム（Ｎａ₂Ｓ）溶液（濃度５．８ｐｐｍの測定溶液１及び濃度９．３ｐｐｍの測定溶液２）の酸化還元電位を実測し、電極表面洗浄器具３２の装着の有無と安定電位値を得るのに要する時間の関係を表している。測定溶液１及び測定溶液２共に電極表面洗浄器具３２を取り付けない状態では、酸化還元電位測定値の応答は緩慢であり、長鎖線ｊ、ｋに示されるように安定値に達するまでに非常に長い時間を要する。経過時間ａにおいて測定溶液１及び２に挿入されている各棒状電極１４に各々電極表面洗浄器具３２を取り付けると、測定溶液１については約３０分（ｂ時点）で、測定溶液２については約４０分（ｃ時点）で測定値が低下し安定状態に達している。両方の測定溶液において安定測定値を取得後、電極表面洗浄器具３２を取り外すと（測定溶液１ではｄ時点、測定溶液２ではｇ時点）測定値は上昇するが、再度電極表面洗浄器具３２を取り付けて棒状電極１４の表面の洗浄を開始すると（測定溶液１ではｅ時点、測定溶液２ではｈ時点）、測定溶液１ではｆ時点、測定溶液２ではｉ時点で、ｂ時点、ｃ時点で得られた安定値と同様の測定値を得られ、測定値の再現性もあることが判る。因みに、使用している棒状電極１４の測定精度は、±２ｍＶである。なお、ｄ時点からｅ時点、ｇ時点からｈ時点までの測定値の上昇の理由については、棒状電極表面への皮膜生成の可能性が考えられる。電極表面洗浄器具３２を連続使用することで安定した測定値を長期にわたって得ることができる。両測定溶液で電極表面洗浄器具３２を使用して短時間で得られた測定値は、硫化ナトリウム（Ｎａ₂Ｓ）液体内に存在すると考えられる硫黄の化学種Ｓ₂Ｏ₃ ^2-とＳＯ₃ ^2-間の酸化還元反応において、理論的に計算される酸化還元平衡電位と一致しており、電極表面洗浄器具３２の使用により、信頼性の高い測定値を短時間で得ることができることが確認できた。

本発明は、化学的緩衝性の低い天然水等の試料を対象とした地球化学的、生物化学的調査、長期的な環境モニタリングなど、様々な産業分野において利用可能である。本発明において、羽根の形状や個数などは使用状態などに応じて適宜変更してよい。ボス部の内面は、洗浄効果を更に上げるために、ガラスやセラミックなど他の材料をコーティングすることも可能である。その他、円筒状のボス部をガラスやセラミックなどで構成し、羽根をプラスチックで作製して固着するような構成も可能である。

本発明に係る電極表面洗浄器具を備えた酸化還元電位測定装置の説明図。本発明の電極表面洗浄器具による棒状電極表面の研磨概要図。電極表面洗浄器具の有無による酸化還元電位測定データの推移を示す図。

符号の説明

１０配管
１２酸化還元電位測定装置
１４棒状電極
１６酸化還元電位測定部
１８信号線
２０測定制御部
３０棒状電極の洗浄装置
３２電極表面洗浄器具
３４支治具
３６貫通穴
３８ボス部
４０羽根
４２枠状構造体
４４棒状突起

Claims

流路内に挿入されている棒状電極の表面を、前記流路内を流れる測定液体の流れ力を利用して回転する洗浄器具を用いて洗浄する装置であって、
前記棒状電極が遊嵌する貫通穴を備えたボス部と、該ボス部の周囲に配設された複数の羽根とを備え、棒状電極を支軸として全体が回転自在且つ上下動自在の電極表面洗浄器具と、該電極表面洗浄器具が脱落しないように保持する支持具とを具備し、測定液体の流れ力により前記電極表面洗浄器具が不規則に上下しながら偏心した状態で回転し、その貫通穴内面が、直接、前記棒状電極外面の様々な箇所で擦れ合うことで前記棒状電極表面の洗浄が行われるようにしたことを特徴とする棒状電極の洗浄装置。
電極表面洗浄器具は、円筒状のボス部の外周に複数の湾曲構造の羽根が等角度で配設された電気絶縁性プラスチックの一体成型品である請求項１記載の棒状電極の洗浄装置。
支持具は、外側が枠状もしくは網状の構造体であり、回転自在の電極表面洗浄器具が脱落しないように前記貫通穴に遊嵌可能な棒状突起を有している請求項１又は２記載の棒状電極の洗浄装置。
棒状電極と、該棒状電極を通して酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定部と、その測定結果の表示の制御を行う測定制御部とを有し、更に請求項１乃至３のいずれかに記載の棒状電極の洗浄装置が組み込まれている酸化還元電位測定装置。