JPH03215740A - 炭素量測定装置 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、有機炭素量を測定することができるＴ　Ｏ
　Ｃ　（　Ｔｏｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃａｒｂｏｎ
）計に係り、特に、測定データの要求程度に応して応答
速度を早めるか応答時間を要しはするが高精度な測定を
行い得るようにするかを選択することかできる炭素量測
定装置に関するものである。

「従来の技術」 一般に、超純水の水質検査を行う場合には、有機物を酸
化分解して二酸化炭素に換え、この二酸化炭素の量を測
定して有機炭素量を求める炭素量測定装置か用いられて
いる。

この炭素量測定装置は、試料液に酸性溶液または酸化剤
を添加する添加手段と、酸性溶液が添加された試料液に
不活性ガスを送り込んで撹拌し、該試料液に含有される
無機炭素を不活性ガスとともに外部に追い出す脱気器と
、酸化剤が添加された試料液を加熱して、該試料液に含
有される有機炭素から二酸化炭素を生成する反応器とを
有し、該反応器において生成した二酸化炭素を、抽出器
で抽出した後に赤外線分光分析器（検出器）で定量し、
その定量結果から、試料液の炭素濃度を算出するように
したものである。

なお、抽出器では、反応器において反応が完了し、有機
炭素から生成された二酸化炭素を含有している流体を、
この抽出器へ送られた不活性ガスと撹拌して二酸化炭素
を抽出するようになっている。この抽出器へ不活性カス
を供給する配管の途中にはマスフローコントローラが設
けられており、このマスフローコントローラにより予め
設定した一定の流量の不活性ガスを抽出器へ送るように
なっている。そして、マスフローコントローラの測定流
量レンジの切換えは、前記赤外線分光分析器（検出ｌま
たはマスフローコントローラに接続された制御部で行っ
ていた。

ところで、このような従来の炭素量測定装置においては
、１サンプル当りの試料水の適正量、酸化能力，脱気能
力等の装置の処理能力、抽出ガス消費量，脱気用ガス消
費量等におけるランニングコスト、分析精度等のバラン
スにより、試料流量、抽出ガス流量を決めていた。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、前記従来の炭素量測定装置においては、従来
の赤外線分光分析器（検出器）の精度限界以上の高精度
，高感度な炭素量測定要望に応えるためには、抽出ガス
流量を下げるか、あるいは試料水流量を上げるかして抽
出ガス中のＣＯ，濃度を上げればよいが、抽出ガス流量
を下げると応答性が悪くなり、試料水流量を上げると測
定レンジ幅が小さくなり、１サンプル当りの処理量か増
えるという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑み抽出ガス流量を可変とした
ものであって、測定要望精度に応じて応答時間を早める
ことができ、また応答時間はかかるが高精度の測定がで
きる炭素量測定装置を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段Ｊ 本発明は、前記目的を達成するために、次のようにして
いる。即ち、有機炭素，無機炭素か含有された試料中に
、酸性溶液からなる反応液を供給する手段と、前記試料
中に含まれる無機炭素を曝気により除去する脱気器と、
前記試料中の有機炭素を酸化させる反応部と、生成され
た二酸化炭素を不活性ガスに拡散させて抽出する抽出器
と、抽出された二酸化炭素の濃度を測定する測定手段と
、該測定手段の測定データから前記試料中に含有される
有機炭素濃度を演算し表示出力する演算部とからなる炭
素量測定装置において、 前記抽出器に与えられる不活性ガスからなる抽出力スの
流量を、設定した複数種の流量の一に選択し、該選択し
た一の抽出ガス流量に応じて前記抽出器により抽出され
た抽出ガス中の二酸化炭素濃度から前記試料中の有機炭
素濃度を演算する複数の演算式を選択的に切換えて前記
試料中の有機炭素ａ度を演算する前記演算部を有する制
御部を設けている。

「作用」 本発明によれば、制御部か抽出器に与えられる不活性カ
スからなる抽出ガスの流量を、設定した複数種の流量の
ーに選択し、該選択した一の抽出ガス流量に応じて抽出
器により抽出された抽出力ス中の二酸化炭素濃度から前
記試料中の有機炭素濃度を演算する複数の演算式を選択
的に切換えて演算部により試料中の有機炭素濃度を演算
する。

これにより、測定データの要求程度に応じて応答時間を
早めることが可能となり、一方、応答時間を要しても高
精度な測定も可能となり、これにより広範囲の用途と高
精度，高感度の測定が実現できる。

「実施例」 以下、この発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づ
いて説明する。

まず、この炭素量測定装置の基本構造を説明すると、第
１図中、１は試料供給ポンプであって、この試料供給ボ
ンブ１の吸込側には、有機炭素，無機炭素を含む試料が
一定量供給される試料供給配管２が設けられている。

また、前記試料供給ボンプ１の吐出側には配管３が設け
られており、この配管３の途中には、前記試料供給配管
２から供給された試料と反応する反応液を供給するため
の反応液供給手段４が設けられている。この反応液供給
手段４は、反応液供給ボンプ５を有するものであって、
この反応液供給ボンブ５からは、前記試料に含有された
有機炭素から無機炭素である二酸化炭素を生成させるた
めのべルオキソニ硫化カリウム等の酸化剤、及び前記試
料に最初から含有されていた無機炭素でありかつ弱酸で
ある二酸化炭素を追い出すための硫酸溶液等の酸性溶液
からなる反応液が適宜供給されるようになっている。

前記配管３の下流部には脱気器６が設けられている。こ
の脱気器６は、ヘリウム、窒素等の不活性ガスを送り込
む供気管７が下部に接続されたものであって、該供気管
７を通じて供給された不活性ガスは、脱気器６の内部で
気泡状となって、反応液（硫酸溶液と試料との混合液）
を互いに攪拌混合し、該試料中の二酸化炭素（無機炭素
）を脱気するようになっている。

なお、前記脱気器６の内部で分離された二酸化炭素、及
び供気管７により供給されたヘリウム、窒素等の不活性
ガスは、該脱気器６の上部に接続された複数の排気管８
，８，・・にょり外部に排出されるようになっている。

脱気器６の排出口には、配管９が接続され、この配管９
の途中には、加圧ポンプ１ｏ、逆止弁ｌ１、反応器１２
、固定絞り１３が順次設けられている。

前記加圧ポンプ１０は、反応器１２内に前記試料と反応
液とからなる混合液を一定の圧力で、かつ一定の流量で
供給するためのものであり、反応器１２は、ドラムヒー
タ１２Ａの周囲に形成された溝部（図示略）に沿うよう
に、配管９を螺旋状に巻回し、この配管９の管壁に、管
内の温度を検出する熱電対（図示略）を取り付けたもの
であって、該配管９内の温度が常時一定となるように制
御されている。そして、この反応器１２において、反応
液（酸化剤）と試料中の有機炭素とを反応させて、該有
機炭素から二酸化炭素を生成させるようになっている。

前記固定絞りｌ３は、前記反応器１２の内部の反応圧力
を高めるためのものであって、該反応器１２の温度が水
の沸点を越えたとしても、反応液の気化か起こらないよ
うにするものである。

一方、前記反応器１２と加圧ポンブ１ｏとの間に設けら
れた逆止弁１１は、反応器１２がらその上流側にある加
圧ポンプ１ｏへ流体が移動することを防止するとともに
、反応器１２内が負圧となった場合に、開状態とならな
い程度にクラッキング圧が設定されてなるものである。

また、配管９の固定絞り１３の下流側末端には、反応器
ｌ２において反応が完了した試料液から二酸化炭素を抽
出する抽出器２ｏが設けられている。

この抽出器２０は、上下に向けて設けられて、配管９を
通じて供給された混合液を二酸化炭素とドレン水（残査
）とに気液分離する抽出塔２ｌと、この抽出塔２１の周
囲に設けられ符号２２Ａ・２２Ｂで示す配管を通じて給
排出される冷却水によって前記抽出塔２１を冷却する冷
却管２２とから構成されたものであって、前記抽出塔２
ｌの下部には、前記配管９から供給された流体（反応器
ｌ２において反応か完了して、有機炭素がら生成された
二酸化炭素が含有されている）を該抽出塔２１内におい
て撹拌するための、ヘリウム、窒素等の不活性ガスを送
り込む配管２３が接続されている。また、抽出塔２１の
上部には、抽出塔２１内で分離された二酸化炭素を乾燥
させる除湿器２４と、二酸化炭素の濃度を測定するため
の赤外線分析器（検出器）２５とが順次設けられている
配管２６が接続されている。

そして、前記赤外線分析器２５によって検出された抽出
ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度に基づき、前記試料
供給配管２から供給された試料中に有機炭素がどの位の
割合で含有されるかが適宜演算されるようになっている
（但し、試料供給配管２から供給される試料の量は、単
位時間当たり一定）。

また、不活性ガスか供給される配管２３の途中に設けら
れたものはマスフローコントローラー２３Ａであり、こ
のマスフローコントローラー２３Ａによって、設定流量
の不活性ガスか前記抽出器２０に送られるようになって
いる。

また、前記抽出器２０における抽出塔２１下部には、抽
出塔２１において二酸化炭素か抽出された後のトレン水
をドレンタンク２９に送るための配管３０が設けられて
いる。

また、前記赤外線分析器２５は、配管２６を通じて供給
される混合カス中に含有される二酸化炭素濃度を測定す
るものであるか、その測定結果（検出値測定出力データ
）は、人力データ（イ）としてインターフェイスを介し
て制御部Ｃに入力され、この入力データに応して制御部
Ｃは、その演算部により、自体に設けられたセレクトス
イッチにより選択された所定の演算式により、前記試料
中の有機炭素濃度を演算するようになっており制御部Ｃ
て演算されたデータ（口），（ノリのいずれがかインタ
ーフエイスを介してマスフローコントローラ２３Ａへ入
力されるようになっている。

そして、データ（口）またはデータ（ハ）がマスフロー
コントローラ２３Ａに入力されると、マスフローコント
ローラ２３Ａは、前記データ（口）またはデータ（ハ）
に応じ自体の流量測定レンジを切換え、バルブ間度を自
動的にコントロールし、前記データ（口）またはデータ
（ハ）に応じた流量の抽出力スを配管２３を介して抽出
器２０に流入させるようになっている。

即チ、制御部Ｃのマス７ローコントローラ２３Ａへの入
力データがデータ（口）とデータ（ハ）の複数となるよ
うに制御部Ｃは構成されており、例えば入力ＤＣＯ〜５
Ｖ流量レンジ，０〜５０３ＣＣＭのマスフローコントロ
ーラを使用していたとすると、入力５■においては５０
３ＣＣＭ，入力２．５■においては２５ＳＣＣＭの抽出
ガス流量が得られる。

一方、本装置におけるＴＯＣＩ１度Ａは、理論上Ａ　＝
　１　２　ｖｃ−　Ｘ／２２．４Ｖ，である。

ここで、ｖｏ：抽出ガス流量、■．，試料ａ！、Ｘ；抽
出ガス中のｃｏ，濃度＝検出値測定出力データ、 である。

ここで、加圧ポンプ１０の流量を前述のように一定に設
定したのであるから、試料流量ｖｗは、一定である。従
って、抽出ガス流量ＶＣと抽出ガス中のＣ　Ｏ　ｔＪＩ
度Ｘとを知ればＴＯＣ濃度を求めることかできる。

そこで、本実施例では、制御部Ｃに例えば「モ−ト１（
マスフローコントローラ２３Ａへの入力デ−９（口））
ｌとｒモード２（マスフローコントローラ２３Ａへの人
力データ（ハ）」とに切換えるセレクトスイッチを設け
ることにより、応答速度を早めたいときには「モードｌ
」スイノチをＯＮＬ、応答速度は要しても測定精度を高
めたいときには「モード２」スイ，チをＯＮするように
している。「モード１」スイッチＯＮのときには、Ｖ．
＝２５３ＣＣＭとして演算すると、マスフローコントロ
ーラ２３Ａへの入力データ（口）ハ、２５■（流量２５
３ＣＣＭ）となり、また、「モ−ト２」スイッチＯＮの
ときには、Ｖ．＝５０３ＣＣＭとして演算すると、マス
フローコントローラ２３Ａへの入力データ（ハ）は、５
Ｖ（流！５０ＳＣＣＭ）となる（第２図シーケンス例１
参照）以上は「モート１」スイノチ，「モード２」スイ
，チのいずれかを手動でＯＮする場合であるが、これと
は別に、最初マス７ローコントローラの流量測定レンジ
は小に設定されてあり、赤外線分析器２５の検出値がマ
スフローコントローラ２３Ａの小の流量測定レンジを超
えるまではこの小の流量測定レンジで測定を行い、この
小の流量測定レンジを超えた場合には自動的にマスフロ
ーコントローラ２３Ａの流量測定レンジを大の流量測定
レンジに切換えて応答時間は要しても精度の高い測定を
行い得るようにすることもできる。

即ち、赤外線分析器２５の検出値がマスフローコントロ
ーラ２３Ａの流量測定レンジを超えるまては、マスフロ
ーコントローラ２３Ａは、前記データ（口）に対応して
自体の流量測定レンジを自動的に小にしてバルブ開度を
自動的に小にコントロールし、前記データ（口）に応し
た流量の抽出ガスを配管２３を介して抽出器２０に流入
させ、赤外線分析器２５の検出値かマスフローコントロ
ーラ２３Ａの流量測定レンンを超えた場合には、マスフ
ローコントローラ２３Ａは、前記データ（ハ）に対応し
て自体の流ｉｔ　ｆｉｌ１定レンシを自動的に犬に切換
え、ハルブ開度を自動的に犬にコントロールし、前記デ
ータ（ハ）に応じた流量の抽出カスを配管２３を介して
抽出器２ｏに流入させるようにすることもてきる（第３
図ンーケンス例２参照）。

なお、制御部Ｃは、赤外線分析器２５の出力データを試
料中の炭素濃度値に換算した上で図示しない表示部に表
示するようになっている。

次に、第１図，第２図を参照して炭素量測定装置の制御
工程の要部を説明する。

ここで、 Ａ，マスフローコントローラ設定流ＩＥ　ＡＢ，マスフ
ローコントローラ設定ｔｔｌＦ　Ｂ　（　Ａ　＞　Ｂ　
）ａ；赤外線分析器（検出器）レンジ最大値Ｖ６．マス
フローコントローラ流ｌ　（ＴＯＣ値演算係数） Ｘ：検出出力（ｃｏｔｅ度） てある。

まず、炭素量測定データの要求程度に応じ手動により高
濃度用のモートスイ，チ１と低濃度用のモードスイノチ
２とを切換えて炭素量測定を行う場合について第２図を
参照して説明する（シーケンス例１の場合）。

ＳＰＩ；スタート ＳＰ２．炭素量測定データの要求程度が、精度よりも応
答時間を早めたいという要求である場合にはモードスイ
ッチ（高濃度用）１を、応答時間よりも精度を重んじる
場合にはモードスイッチ（低濃度用）２を手動でＯＮす
る。

ＳＰ３．装置の運転スイノチを手動でＯＮする。

ＳＰ４：ＳＰ２で行ったモードスイッチＯＮによりモー
ド１になっているかモード２になっているかを判断し、
モード１になっていると判断された場合にはＳＰ５に進
む。

ＳＰ５．マスフローコントローラ２３のｉＪｆＥ　Ｉ　
ヲＡＳＣＣＭ−１こ設定する。

ＳＰ６；マスフローコントローラを流通する抽出カス流
量をＡとしてＴＯＣ濃度値を演算する。

ＳＰ７，以上ＳＰ１〜ＳＰ６を行った後ＴＯＣａ度計測
運転に入る。

ＳＰ８；ＳＰ４においてモート２になっていると判断さ
れた場合にはＳＰ８に進み、マスフローコントローラ２
３の流量をＢＳＣＣＭに設定する。

ＳＰ９．マスフローコントローラを流通する抽出カス流
量をＢとしてＴＯＣ濃度値を演算し、この後ＴＯＣａ度
計測運転に入る。

次に、赤外線分析器２５の検出値かマスフローコントロ
ーラ２３Ａの流量測定レンジを超えた場合には、マスフ
ローコントローラ２３Ａが自動的に自体の流量測定レン
ジを切換え、バルブ開度を自動的に最犬にコントロール
し、抽出ガスを配管２３を介して抽出器２０に流入させ
る場合について第３図を参照して説明する（シーケンス
例２の場合）。

ＳＰＩ；スタート ＳＰ２．装置の運転スイッチをＯＮする。

ＳＰ３．マスフローコントローラ２３の流量ヲＢＳＣＣ
Ｍに設定する。

ＳＰ４．マスフローコントローラを流通する抽出ガス流
量をＢとしてＴＯＣ濃度値を演算する。

ＳＰ５．ＴＯＣ濃度計測運転に入る。

ＳＰ６；赤外線分析器（検出器）の出力がＸ≧ａてある
か否かを判断し、ＹＥＳであればＳＰ７へ進み、Ｎｏで
あればＳＰ５へ戻る。

ＳＰ７．マスフローコントローラ２３の流１［ＡＳＣＣ
Ｍに設定する。

ＳＰ８：マスフローコントローラ２３ｌｉｉＥ通ｔる抽
出ガス流量をＡとしてＴＯＣ濃度値を演算する。

ＳＰ９．以上ＳＰＩ〜ＳＰ８を行った後ＴＯＣ濃度計測
運転に入る。

ｓｐｔｏ；赤外線分析器（検出器）の出力がＸａ≦Ａ／
Ｂ−ａてあるか否かを判断し、ＹＥＳであればＳＰ３へ
戻り、ＮｏであればＳＰ９へ戻る。

以上のように、本実施例によれば、炭素量測定データの
要求程度に応じ手動により高濃度用のモードスイッチ１
と低濃度用のモードスイッチ２とを切換えて炭素量測定
を行うことも、また、赤外線分析器２５の検出値かマス
フローコントローラ２３Ａの流量測定レンジを超えた場
合には、マスフローコントローラ２３Ａの流量測定レン
ジが自動的に最大に切換えられ、バルブ開度が自動的に
最大となった状態で、抽出ガスを配管２３を介して抽出
器２０に流入させることもできる。

従って、実用上、オフラインサンプルの炭素ｔ測定には
主として手動スイッチ切換式の前者を利用し、高純度の
超純水のオンライン連続測定には検出器の検出値がマス
フローコントローラ２３Ａの測定レンジを超えた場合に
自動的にその測定レンジを最大に切換える後者を利用す
る等により、広範な用途と、高精度，高感度な炭素量測
定を行うことが可能となる。

「発明の効果」 本発明によれば、制御部か抽出器に与えられるη 不活性ガスからなる抽出ガスの流量を、設定した複数種
の流量のーに選択し、該選択した一の抽出ガス流量に応
じて抽出器により抽出された抽出ガス中の二酸化炭素濃
度から前記試料中の有機炭素濃度を演算する複数の演算
式を選択的に切換えて演算部により試料中の有機炭素濃
度を演算するので、炭素量測定データの要求程度に応じ
て応答時間を早めることか可能となり、一方、特に高精
度を要求された場合には、応答時間は要しても測定精度
は従来より向上する炭素量測定装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は全体概略構成図、第２図及び第３図はフローチ
ャートである。 ２・・・・・・試料供給配管、４・・・・・・反応液供
給手段、６・・・・・脱気器、１０・・・・・・加圧ポ
ンプ、１２・・・・・・反応器、２０・・・・・・抽出
器、２３Ａ・・・マスフローコントローラ、２５・・・
・・・赤外線分析器（検出器）、２９・　・トレンタン
ク、Ｃ・・・・・制御部。 シｌ図 第２図 ンーヶノ又借｝ マ又フロー］フト口ーラ設２ｔｔｉＡ マ又フローコシトローラ設土λｌ　　Ｂ　ｆＡ＞８１旋
土器しンブｉ大値 マ又フローコントローラ光量ｆＴＯｃ値貰算イ系数）検
出器出力（Ｃ○２１度］ 第３図 シーグフ又イケ１２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 有機炭素、無機炭素が含有された試料中に、酸性溶液か
   らなる反応液を供給する手段と、前記試料中に含まれる
   無機炭素を曝気により除去する脱気器と、前記試料中の
   有機炭素を酸化させる反応部と、生成された二酸化炭素
   を不活性ガスに拡散させて抽出する抽出器と、抽出され
   た二酸化炭素の濃度を測定する測定手段と、該測定手段
   の測定データから前記試料中に含有される有機炭素濃度
   を演算し表示出力する演算部とからなる炭素量測定装置
   において、 前記抽出器に与えられる不活性ガスからなる抽出ガスの
   流量を、設定した複数種の流量の一に選択し、該選択し
   た一の抽出ガス流量に応じて前記抽出器により抽出され
   た抽出ガス中の二酸化炭素濃度から前記試料中の有機炭
   素濃度を演算する複数の演算式を選択的に切換えて前記
   試料中の有機炭素濃度を演算する前記演算部を有する制
   御部を設けたことを特徴とする炭素量測定装置。