JP5533721B2 - 濁・色度計 - Google Patents

Description

本発明は、濁・色度計、特に、透過光と散乱光の量をもとに光学的に濁度および色度を求める濁・色度計に関するものである。

浄水及び排水などの水処理プロセスでは、濁度や色度の測定及び管理は重要な項目となっており、濁・色度計が用いられている。
濁度計の方式には、透過光方式、散乱光方式、透過光散乱光方式、表面散乱光方式があるが、特に、透過光と散乱光の量の比により光学的に濁度を求める透過散乱光方式は低濁度から高濁度まで測定が可能である。

図３は各種濁度計の測定方式と基本構成図及び長所・短所を示す図である。基本構成としては光源、集光レンズ（図示省略）、測定槽及び透過光を検出するための光検出器から構成され、測定液を流している測定槽の側面より平行光線を当て、測定槽内の測定液を通過した透過光量から濁度、または色度を求める。

図３によれば、透過光方式の長所は高濁度の測定が可能であるが、窓の汚れの影響を受け、また、試料の色、気泡の影響を受けるという短所がある。散乱光方式も同様の短所を有している。

透過光散乱光方式は、試料の色の影響が少ない、極低濃度の測定が可能という長所があるが、窓の汚れの影響を受け、また、試料の色、気泡の影響を受けるという短所がある。
表面散乱光方式は、窓の汚れの問題がない。同一測定槽で広範囲な測定が可能という長所があるが、試料の色や気泡の影響を受け、応答がやや鈍いという短所がある。

特開平９−８９７５８号公報 特開平９−３１１１０５号公報 特開２０００−７４８３１号公報

ところで、透過光方式、散乱光方式、透過光散乱光方式においては、測定対象により生じた窓ガラスの汚れにより、指示誤差が発生する。また、窓ガラスに結露が発生した場合
には、指示誤差が発生する。

従って、窓ガラスの汚れ対策のため、定期的なゼロ校正（製品によっては１時間に１回など）、清掃が必要となる。しかし、ゼロ校正をしても窓ガラスの汚れが取れるわけではないので、感度が変わったり、外乱（光量変動、製品の特性）に弱くなったりする（感度が悪くなるため）などの現象が生じるという課題があった。
また、結露対策のためには、密閉構造および定期的な乾燥剤の交換が必要となるという課題があった。

従って本発明は、窓ガラスに光触媒（酸化チタン）をコーティングし、この光触媒に所定の波長の光を照射することで、汚れと結露の発生を抑えた濁・色度計を提供することを目的としている。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の濁・色度計においては、
測定水が満たされた測定槽と、該測定槽の一部を構成し、前記測定水を挟んで対向して配置された透明部材と、前記測定槽外であって前記透明部材の一方の側に配置された分光手段と、該分光手段で透過（又は反射）するように配置された濁度又は色度の少なくとも一方を測定するための測定光源と、前記分光手段で反射（又は透過）した前記光源からの光を受光する第１光検出器と、前記分光手段で反射（又は透過）して前記対向して配置された透明部材及び測定水を透過した光を前記透明部材の他方の側に配置された第２光検出器で受光するように構成された濁・色度計において、前記対向して配置された透明部材の両面に光触媒をコーティングすると共に該コーティングした光触媒を照射するＯＨラジカル光源を備えたことを特徴とする。

請求項２においては、請求項１に記載の濁・色度計において、
前記光源はＬＥＤであることを特徴とする。

請求項３においては、請求項１又は２に記載の濁・色度計において、
前記ラジカル光源は所定の半値角を有することを特徴とする。

請求項４においては、請求項１乃至３に記載の濁・色度計において、
前記測定光源とＯＨラジカル光源を同一のＬＥＤ光源としたことを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１によれば、
対向して配置された透明部材の両面に光触媒をコーティングすると共に該コーティングした光触媒を照射するＯＨラジカル光源を備えているので、光触媒用の光源からの光束が通る窓ガラス部は光触媒の作用により、接液面には、汚れが付きにくくなり、接液しない面には、結露が発生しても超親水作用により、水滴が玉にならないため、光を散乱しなくなり結露部での光の減光を防ぐことができる。
その結果、窓汚れと結露による測定誤差を抑えることが可能となる。

本発明の請求項２によれば、光源をＬＥＤとしたので、小型化が可能となり、所望の波長が得やすくなる。また、点灯、消灯を頻繁に繰り返しても劣化のない光量を得ることができる。これにより、光触媒を機能させながらの濁度測定が可能となる。

本発明の請求項３によれば、ラジカル光源は所定の半値角を有するので、測定用のLED光源から出た光束より大きな範囲を照らすことができ、光触媒の作用範囲を広げることができる。

本発明の請求項４によれば、色度測定用のLED光源をラジカル光源としても使用することにより構成を簡素化することができる。

本発明の濁・色度計の要部構成図である。 ＬＥＤ光源の波長とピークの関係を示す図である。 従来の濁・色度計の基本構成図と長所・短所を示す説明図である。

図１（ａ〜f）は本発明の濁・色度計の要部構成図を示すもので、（ａ）図は要部構成図、（ｂ〜f）は光源の他の配置例を示す要部構成図である。

図１（ａ）において、４は測定水５が満たされた測定槽であり、この測定槽４の両壁には光触媒(酸化チタン)がコーティングされた透明部材（窓ガラス)９a，９bが対向して配置されている。

７は測定槽の一方の窓ガラス９ａの外側に、窓ガラス９ａに対して略４５度の角度に配置された分光手段(ハーフミラー)である。１は窓ガラス９ａの表面に対して垂直方向から出射され、ハーフミラー７に対して略４５度の角度に入射して透過する光と反射する光に分光される色度光源（ＬＥＤ）である。

２は濁度光源（ＬＥＤ）であり、窓ガラス９ａの表面に対して水平方向から出射され、ハーフミラー７に対して略４５度の角度に入射して透過する光と反射する光に分光される。ここで、色度光源１からの光と濁度光源２からの光はハーフミラー７の略同一箇所を照射するように配置されている。

８はＯＨラジカル光源として機能する触媒用光源で、窓ガラス９ａの表面に対して垂直方向から出射され、ハーフミラー７に対して略４５度の角度に入射して透過する光と反射する光に分光される。このＯＨラジカル光源はオゾンの酸化促進として機能するもので、光照射により光触媒内に自由電子と正孔が生成し、有害物質は正孔との直接反応あるいは正孔と水が反応して生成するＯＨラジカルにより酸化させるようにしたものである。

３ａは光検出器で、ハーフミラー７で反射または透過した色度光源１および濁度光源２の光量変動を補正するために使用する。
Ｔは測定槽３および測定水５によって減衰された透過光であり、この透過光Ｔを光検出器３ｂにて測定することで、濁度および色度を求める。

先に述べたように、窓ガラス３ａ，３ｂには光触媒（例えば酸化チタン）が両面にコーティングされている。この酸化チタンに光触媒用光源からの光を照射して、光触媒を機能させる。光触媒として機能させるため光源からの波長は３８０ｎｍ以下である必要があるが、例えばピーク波長が３７５ｎｍ程度のものを使用する。

また、色度測定には３９０ｎｍ程度の波長の光が必要であるが、例えば395nmにピーク波長があるＬＥＤを光源として使用する。
また、濁度測定には６６０ｎｍ程度の波長の光が必要であるが、例えば６６０ｎｍにピーク波長があるＬＥＤを光源として使用する

なお、色度用、濁度用ＬＥＤは半値角の狭いものを使用するが、図１で示すように色度用ＬＥＤ１と隣接して光触媒用ＬＥＤ８を配置する場合には、光触媒用光源からの光の半値角は、色度用ＬＥＤ１に比べて半値角の広いものを使用する。

上述の構成において、色度光源１、濁度光源２、光触媒用光源８を交互に点灯することで、色度、濁度を測定することが可能となる。例えば点灯パターンとしては、色度用ＬＥＤ１、濁度用ＬＥＤ２、光触媒用ＬＥＤ８の順番に繰り返すパターン、色度用ＬＥＤ１、光触媒用ＬＥＤ８、濁度用ＬＥＤ２を繰り返すパターンなどがある。また、点灯時間も光触媒用ＬＥＤ８の点灯時間を色度、濁度用ＬＥＤより長くするなどがある。

なお、図１（ａ〜ｆ）は図１（ａ）とは異なるＬＥＤ配置パターンを示す概略図である。これらの図において、（ｂ）図は光触媒用光源８と色度光源１のみを用いて色度のみを測定するもの、（ｃ）図は色度と濁度を測定するが光触媒用光源８をハーフミラー７を透過させずに斜め方向から直接窓ガラスを照射するようにしたもの、（ｄ）図は（ｃ）図で示す構成に加え他方の窓ガラス９ｂ側にも光触媒用光源８ａを配置し、斜め方向から直接窓ガラス９ｂを照射するようにしたもの、（ｅ）図は窓ガラスの表面に対して平行な方向に光触媒用光源８を配置し、色度光源１のみを用いて色度のみを測定するようにしたものである。

（ｆ）図は光触媒用光源８は用いずに色度光源１のみを用いて色度のみを測定するものである。この場合には、色度用光源に含まれる短波長成分を光触媒用光源として使用する。このように色度用光源１の出射波長を適切な波長に選ぶことで、光触媒用光源８を用いなくても光触媒としての機能も持たせることができる。
図２は395nmにピーク波長のある光源の波長とピークの関係を示す図である。図からわかるように実際には380nm以下の光も含んでいるためこのようなLED光源を用いれば光源用触媒を不要とすることができる。

図１に戻り（g）図（e図で光源８を光源２に変えたもの）は窓ガラスの表面に対して直角な方向に色度光源１を配置し、平行方向に濁度光源２を用いて色度および濁度を測定するものである。この場合にも色度用光源に含まれる短波長成分を光触媒用光源として使用することができる。

また、これらの実施例では、色度用光源１と濁度用光源２をハーフミラー７を用いて直角に配置することで、両光源からの光は窓ガラスの同じ位置を通過することになり、窓ガラスの汚れ、結露の影響を同じように受けるように配置されている。
光触媒によるコーティングは、例えば、接液しない面のみにコーティングしても良い。この場合には、超親水効果により、結露による指示誤差を防ぐことが出来る。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

１ 色度光源
２ 濁度光源
３ 光検出器
４ 測定槽
５ 測定水
７ 分光手段（ハーフミラー）
８ 光触媒用光源
９ 窓ガラス
１０ 光触媒（酸化チタン）

Claims (4)

1. 測定水が満たされた測定槽と、該測定槽の一部を構成し、前記測定水を挟んで対向して配置された透明部材と、前記測定槽外であって前記透明部材の一方の側に配置された分光手段と、該分光手段で透過（又は反射）するように配置された濁度又は色度の少なくとも一方を測定するための測定光源と、前記分光手段で反射（又は透過）した前記光源からの光を受光する第１光検出器と、前記分光手段で反射（又は透過）して前記対向して配置された透明部材及び測定水を透過した光を前記透明部材の他方の側に配置された第２光検出器で受光するように構成された濁・色度計において、前記対向して配置された透明部材の両面に光触媒をコーティングすると共に該コーティングした光触媒を照射する光触媒用光源を備えたことを特徴とする濁・色度計。
2. 請求項１に記載の濁・色度計において、
   前記光源はＬＥＤであることを特徴とする。
3. 前記光触媒用光源は所定の半値角を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の濁・色度計。
4. 前記測定光源とＯＨラジカル光源を同一のＬＥＤ光源としたことを特徴とする請求項１乃至３に記載の濁・色度計。