JPH02501677A - 溶液成分分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 溶液成分分析装置 宜ｌ及歪 （発明の属する技術分野） 本発明は一般に化学的分析装置に関するものであり、と（に溶液内に溶解してい る物質の量を計測するための回船型の電池電力のこの種装置に関するものである 。

（従来技術） ′液体内に溶解している物質の量を決定するのは一般に難しい問題である。ｌＩ を用いた観察による評価は、最良の場合でも不正確であり、最悪の場合ばまるっ きり異なった間違いの結果を生ずる。研究所による試験は不便であり、時間がか かりかつ高価である。しかも溶液中に所望材料を過多または過少に設けたことに よる罰則はきわめて重大なものである。

例えば、印刷回路板工業分野においては、現像液あるいはストリッパ浴液槽中に 溶解しているホトレジストの量を測定する必要がある。その他の多くの工業用溶 液、例えばメッキ工程、化学的ミリング加工工程、製紙工業、廃液監視等で使わ れる工業用溶液は頻繁な計測によるモニタを必要とする。従来は、このようなモ ニタは、溶液のサンプルを取出し、かかるサンプルを研究所で、例えば分光分析 計（スペクトロ　ホトメータ）を用いて分析して行っていた。

かかる分光分析計は、高価で、かつ正確な機器であり、製造工業等の分野で要求 されることが多いような急速な結果を簡単に得られるものではなかった。

主里皇抵Ｉ 以上のような状況に鑑み、゛本発明は溶液内に溶解している物質の量を直接測定 しうる機器を提供することをその目的とする。

さらに本発明の他の目的は、溶液内に溶解している物質の量を直読式に表示しう る可搬型の電池電力駆動の機器を提供せんとするにある。

本発明によるときは、電気光学技術を用いて、溶液内に溶解している物質の量を 測定しうる頑丈でかつ可搬型の機器を構成して上述の目的を達成する。計測すべ きサンプル内に堅固なサンプル　プローブを挿入する。計測結果は液晶ディス　 プレイ装置（ＬＣＤ）の如くの大形の表示装置によって可視表示を行う。本発明 の利点はいくつかの異なる液体の測定に対する予備較正（プレキャリブレーショ ン）が可能なことである。好適実施例においては、この予備較正機能を３種の液 体に対して設ける。較正は簡単であり、何等の特殊訓練を必要としない。

本発明装置の動作原理は、溶液中に溶解している物質の濃度は当該溶液の光吸収 率に比例すると定めたビーヤ・ランバート（Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔ）の法則 に準拠している。ある特定の選択した波長の光を分析すべき液体に通過せしめる 。

光検出器゛によってこの液体を通過した光を検出し、電子的回路によって所要の 計算を行い、光吸収率とこれに対応する濃度とを算出する。

皿皿皇旦星星に里 上述及びその他本発明の目的、並びにその特徴と利点とは、以下に図面を参照し て述べる本発明の詳細な説明によってより良く理解し得る。各図は次の如くであ る。

第１図は本発明の好適実施例の液体成分分析装置の全体の斜視図、 第２図は第１図示の液体分析装置の電気回路のブロック図である。

の　゛　のＶ 図中、と（に第１図は本発明による溶液成分分析装置の好適実施例を示すもので あり、本装置は、運搬用ハンドル１２が付いているケースまたはハウジング１０ と附属のプローブ１４とを有している。プローブはプローブ　ヘッド１６と、ハ ンドル１８と、このハンドル１８とハウジング１０との間を接続するケーブル２ ０とによって構成されている。プローブヘッド１６とハンドル１８とは、ＶＹＣ ＯＲ光学窓とシリコンゴムの窓シールを有するポリプロピレン構造とするを可と する。ケーブル２０を含む全体のプローブ１４は、殆どの腐蝕性工業溶液に短時 間完全に浸漬させても充分な耐性を有するものとする。さらにこのプローブ１４ は機械的に頑丈、かつ堅固であり、硬い表面上に落下させても充分な耐性を有し ている。

ハウジングＩＯはその１つの面上にデジタル　ディスプレイ２２を有しており、 このディスプレイは好適例として液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）とする。ハウジン グ１０の上側に、ハンドル１２の端部に隣接させて押釦スイッチ２４を設け、さ らにハンドル１２の他端の近くに回転スイッチ２６を設ける。

ハウジング１０の一方の側面にアクセス　パネル２８を設け、このパネルを開（ と、装置の予備的較正に用いるポテンシヨメータのねじ回し調節部が現れる。

本装置を動作させるには、使用者（オペレータ）は右手でプローブ１４を保持し 、被測定溶液内に挿入する。測定の試験は押釦２４を押下することによって開始 される。これはハンドル１２を把持している左手の親指で行うことができる。

測定は自動的に行われ、その結果はディジタル形態でディスプレイ２２に表示さ れる。この表示は適当な単位、例えばｆｔ”−ｔａｕ／ｇａｌ　、　ｇｒａｓｐ −ｍｏｌｅｓ／１ｉｔｅｒ　、％負荷、等である。

回転スイッチ２６によって３つの別々の較正のセツティングが得られるので、１ つの装置で３つの別々の溶液の測定が可能である。

動作原理は前述のビーヤ・ランバート法則に基づくもので、これは従来より次式 で表されるとされている。

ｌｏｇ＋ｏ　（Ｉ／　Ｉｏ）　＝　ｔ　ＣＸここにおいて、 ■　は、サンプルを通過した光の強度、Ｉｏ　は、入射光の強度、 ε　は、比例常数、 Ｃは、溶液内の物質の濃度、 Ｘ　は、吸収体の厚さ である。吸収は測定光、対入射光の比の対数として次の如く量的に表される。

Ａ＝−１ｏｇ　（Ｔ／Ｉｏ）　＝十ｔ　ｃ　ｘ本発明においては、ある特定の波 長の光を溶液に通過させる。この溶液はプローブ　ヘッド１６のギャップ３０を 満たす、光検出器によって溶液を通過した光の量を検出し、へウジング１０内に あり、第２図示の如き電子回路によって通過光と入射光の強度を比較する。アナ ログ回路によって光学的吸収率と、対応の濃度の必要な計算をする。ディジタル 形式に変換した結果を、ディスプレイ２２上に適当な単位で表示する。

較正はきわめて簡単である。較正を行うに際、シてはサンプル　プローブ１４を 、溶解物質の入っていない溶液中に挿入する。この溶液は視認において極めて清 澄であるを要しない、ゼロ調整用ポテンショメータによりディスプレイ２２の読 みを零にする。次でプローブ１４を濃度が判っている溶液中に挿入する。対応の ５ＰＡＮポテンシヨメータをこの判明しいてる濃度の読みがディスプレイ２２上 に表れるようにする。この手続きをそれぞれ異なった溶液に対し反復して行う。

本発明の好適例では３つの異なった溶液に対してこれを行う。

上述の如く、本装置は電池電源方式である。好適実施例の特徴は、電池の電力が 全電力の１０％以下のとき、ディスプレイ２２に“ＬＯＢＡＴ”表示を行うこと である。本装置には電池充電用の充電器を附属させることができ、かつ電池の充 電状況を表示する可視的表示を設けることができる。しかし回路は、電池が無用 に消耗しないよう所定時間後に自動遮断されるように設計しである。またとくに 押釦スイッチ２４を押下したときは、測定前の５秒間の期間が経過する迄ディス プレイ２２を凍結（静止表示）状態とする。

これは内蔵スピーカよりの鳴音で報知される。３０秒経過後は、この間に押釦ス イッチ２４が押下されない限り、回路への電力供給は自動遮断される。

第２図において、点線３２はプローブ　ヘッド１６を表わす。

この部分には、ケーブル２０で電源３６に接続されている紫外線螢光光源３４が 設けである。好適実施例では、光源３４と、電源３６とは、それぞれカリフォル ニア州　バコイマ（Ｐａｃｏｉｍａ）のジェーケーエル　コンポーネンツ　コー ポレーション（ＪＫＬ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　Ｃｏｒｐ、）製のモデルＢＦ９ ５９及びＢＦ１２Ｖ　とする。プローブ　ヘッドは、光源３４よりの光のうち、 予め選択した波長の光のみに応答するように紫外線フィルタ（図示せず）を設け た光検出器を有する。光検出器３８及び４０は、例えばカリフォルニア州　ニュ ーバリー　パーク（Ｎｅｗｂａｒｙ　Ｐａｒｔ）のシリコン　ディテクター　コ ーポレーション（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ）製の５Ｄ１００−１３−１３−０２２とする。

光検出器３８はサンプル液を通過してきた光を受け、一方の光検出器４０は光源 ３４よりの入射光を測定する。これらの光検出器３８及び４０はそれぞれ対応の 演算増幅器４２及び４４の入力に接続される。これらの増幅器は何れも、それぞ れコンデンサ４３及び４５によって容量的に負帰還、並びに抵抗性負帰還を与え られており、光検出器３８及び４０よりの信号の増幅率に関し所望の伝達関数を 与える。増幅器４２の抵抗性帰還は抵抗４６とポテンショメータ４７によって与 えられるが、増幅器４４への抵抗性帰還は、スイッチ４９を通じて３つのポテン ショメータ５０．５１．５２のうちの１つに接続されている抵抗４８によって与 えられる。これらのポテンショメータは上述の機器の零点調整較正に用いられる 。

演算増幅器４２及び４４の出力は、リアル　タイム　アナログ　コンピュータ　 ユニット（ＡＣＵ）５３の入力に接続する。これはアナログ　デバイセス　イン コーホレーテッド（Ａｎａｌｏｇ　Ｄｅｖｉｃｅｓ＋　Ｉｎｃ、）製のＡＤ５３ ８集積回路（ＩＣ）装置であり、例えば同社の“データ　アクイジョン　データ ブック　アップデート　アンド　セクション　ガイド１９８６″に発表されてい るものである。この装置はリアル　タイムコンピュータ　ユニットであり、正確 なアナログ乗算、除算、及び指数計算を行う。この装置のプログラムはビンスト ラッピングによって行う０本発明の好適実施例においては、出力電圧Ｖ、は； １０ｇ＋ｏ　（ｖｇ　／　Ｖ＊　） に比例する。ここで ■、　は、増幅器４２の信号出力の電圧、■□　は、増幅器４４の信号出力の電 圧である。

ユニッ）ＡＣＵ５３の出力を、容量性並びに抵抗性負帰還の双方を有する演算増 幅器５４の入力に接続する。コンデンサ５６によって容量性帰還を形成し、また 抵抗性帰還はスイッチ２６によって、ポテンショメータ／抵抗の組合せ、５９／ ６０、６１／６２または６３／６４の何れかに選択することが可能である。５Ｐ ＡＮポテンショメータ５９．６１．６３は上述の如く、３種類の異なる溶液の何 れにも本装置を較正するために使用する。

演算増幅器５４の出力をアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器６６の入力に供 給する。Ａ／Ｄ変換器６６はディスプレイ／保持特性を有している。本発明の好 適実施例では、インターシル　コーポレーション（Ｉｎｔｅｒｓｉｌ　Ｃｏｒｐ 、）製のＩＣＬ７１１６１Ｃを使用する。このＡ／Ｄ・変換器６６はとくにＬＣ Ｄディスプレイ６８を駆動するように構成され、演算増幅器５４のアナログ電圧 出力の変換を行うアナログ・ディジタル変換器のみでなく、ディスプレイ６８の 駆動に必要な７・セグメント　デコーダ／ドライバをも有している。

この回路への電力は電池７０より供給され、この電池７０は、ジャック７２によ りこの電池に接続される充電器（図示せず）によって再充電することができる。

電池７０の正端子をＮＰＮトランジスタ７４のエミッタに接続し、さらに変圧器 ７６の一次巻線を通じて電源３６の直流入力端子に接続する。押釦スイッチ２２ を押下することにより１対の単ショット回路７８及び８０が駆動される。これら 単シジット回路のうち、第１の回路７８は３０秒のタイム　アウト周期を有して おり、この時間内にトランジスタ７４は導電状態にバイアスされ、電池電圧を直 列接続電圧調整器８２及び８４に供給する。これらの電圧調整器はそれぞれ調整 した正及び負電圧を本回路に供給する。３０秒のタイム　アウト周期の終わりに おいて、トランジスタ７４は非導電−８態に戻り、これらの電圧調整器８２及び ８４への電力を遮断する。

第２の単ショット回路８０は、ＮＰＮ　）ランジスタフ４のコレクタより電力を 供給され、５秒の遅延の後にターン　オフする。この状態において、電界効果ト ランジスタ（ＦＥＴ）８６へのゲート電圧はターン　オフされる。このため光源 ３６は、単ショット回路７８の３０秒のタイム　アウト周期のうちの初めの５秒 間のみ付勢される。この単ショット回路８０の出力は、インバータとして接続さ れている排他的ＯＲゲート８８の１つの入力にも接続されており、このゲートは Ａ／Ｄ変換器６６の保持特性を作動させる。この動作によってディスプレイは５ 秒後に固定表示状態となり、測定の読みを容易にする。この状態は、増幅器９２ に接続されているスピーカ９０より生ずる鳴音によって使用者に知らされる。増 幅器９２の入力は、ＲＣ微分回路９４に接続されており、この回路は単シジット 回路８０よりのパルス出力を生ずる。

電池の端子とＡ／Ｄ変換器６６のテスト出力端子間に、低電圧検出回路９６を接 続する。この回路は、例えばインターシル　コーポレーション類のＩＣＬ８２１ ２　ＩＣとする。電池の充電量が全充電量の１０％以下に低下すると、回路９６ はディスプレイ６８の出力に“ＬＯＢＡＴ”　（を地竜圧低下）の表示を行わし め、本装置は電池を再充電する迄使用不能となる。　゛本発明を好適例について 説明したが、請求の範囲に記載した本発明の範囲内で多くの変形が可能である。

国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．溶液内の物質の量を測定するための可搬型、電池電源の溶液成分分析装置に おいて、 溶液内に浸漬するプローブ手段で、光放射を生ずる光源手段と、溶液を通過して くる光と、該光源手段よりの光とをそれぞれ受光する第１及び第２光検出器とを 有するプローブ手段と、 前記第１及び第２光検出器よりの信号を受信するように接続されていて、これら の信号の比の負の対数を計算し、出力信号を生ずる計算機と、 該計算機に接続されていて、前記出力信号に応答して、出力信号に比例する値を 表示するディスプレイ手段とを具えてなることを特徴とする可搬型電池電力溶液 成分分析装置。
2. ２．前記プローブ手段、計算機並びにディスプレイ手段に第１の所定時間周期中 電池電力を供給し、この第１の所定時間周期よりも短い第２の所定時間周期の経 過後に前記プローブ手段への電力供給を遮断し、かつディスプレイ手段上の表示 を凍結固定して表示し、次で前記第１所定時間周期の経過後に電力を遮断する制 御手段を設けたことを特徴とする請求の範囲１記載の可搬型電池電力溶液成分分 析装置。
3. ３．前記制御手段は同時に付勢される第１及び第２単ショット回路を有し、第１ 単ショット回路は前記第１所定時間周期に等しい遅延時間を有し、第２単ショッ ト回路は前記第２所定時間周期に等しい遅延時間を有する如くした請求の範囲２ 記載の可搬型電池電力溶液成分分析装置。
4. ４．前記第２所定時間周期の経過後に制御手段によって付勢される可聴手段を設 け、これによって前記ディスプレイ手段より測定値を読取るべきことを音響報知 する如くした請求の範囲２記載の可搬型電池電力溶液成分分析装置。
5. ５．前記計算機とディスプレイ手段との間に接続された選択可能利得手段を有し 、これによって複数の異なる溶液に対応する複数の予め較正した値を選択しうる ようにした請求の範囲２記載の可搬型電池電力溶液成分分析装置。
6. ６．前記第１及び第２光検出器と計算機の間にそれぞれ接続されている第１及び 第２増幅器を有し、これによって第１及び第２光検出器よりの信号を増幅し、か つこれら第１及び第２増幅器は前記の各選択した利得に対し分析装置の零点調整 を行う較正手段を有している請求の範囲５記載の可搬型電池電力溶液成分分析装 置。
7. ７．前記選択可能利得手段はこれら各選択可能利得の各々に対しスパン調整を行 う較正手段を含んでなる請求の範囲６記載の可搬型電池電力溶液成分分析装置。