JPH03274448A - 被電解物質の濃度測定法 - 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〕 本発明は被電解物質の濃度測定法に関し、さらに詳しく
は電解電流値から被電解物質の濃度を高精度に測定する
ことができる被電解物質の濃度測定法に関する。

〔従来の技術〕

従来、電解電流の測定により被電解物質の濃度を測定す
る分析機器として、アンベロメトリー装置、カルバツメ
トリ装置などが知られており、これらの検出器としては
、グルコースバイオセンサ、電解型オゾン検出器、くし
形電極検出器などが用いられている。これらの検出器で
は、通常、キャリブレーション頻度を多くとるため、温
度変化の影響が少な（、ｐＨメータ、イオン電極などに
用いられているような温度補償回路を備える必要がない
。また電解法による分析は、従来、著しくノイズを発生
する濃度の測定には用いられていないため、ノイズ発生
が問題となることがな（、従って、赤外線分光光度計な
どの光検出素子を用いた分析機器に採用されているよう
なノイズ対策は施されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者等は、陰極と陽極の間隔が１＝以下である電極
を用い、検体中に多量の被電解物質を含む場合の被電解
物質の濃度、例えば脱水汚泥中の水分濃度を電気化学的
方法で測定する方法を捉案した。しかしながら、この測
定法においても測定時の温度や検体の粘度等の影響を受
け、ノイズが発生し易く、測定値の精度が劣るという問
題があった。

本発明の目的は、上記問題を解決し、検体中の被電解物
質の濃度を電解法により、高精度に測定することができ
る被電解物質の濃度測定法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、少なくとも１対の陰極および陽極と、該陰極
および陽極を固定し、かつその先端部のみを露出させた
樹脂絶縁部とを有し、該陰極と陽極の間隔が１ｍｍ以下
である電極を備えた検出器を、検体中に挿入して上記電
極に電圧を印加し、得られる電流値から検体中の被電解
物質の濃度を測定するに際し、前記電流値を、電流平滑
回路部、温度補償回路部およびキャリブレーション回路
部を有する計測部に入力することを特徴とする被電解物
質の濃度測定法に関する。

本発明に用いられる検出器は、電源および計測部にそれ
ぞれ接続された少なくとも１対の陰極および陽極と、該
陰極および陽極を固定し、かつその先端部のみを露出さ
せた樹脂絶縁部とを有し、該陰極と陽極の間隔が１ｍｍ
以下である電極を備えた検出器である。

陰極および陽極を構成する物質としては、Ｒｕ（ルテニ
ウム）、Ｒｈ　（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉ
ｒ（イリジウム）、ｐｔ　（白金）などの白金族元素、
特にＰｔが好ましく用いられるが、Ｔｃ（テクネチウム
）、Ａｇ（銀）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｒｅ　（レニウ
ム）、Ｈｇ（水銀）などの金属や、Ｔｉ（チタン）板に
Ｐｔ、、Ｒｕ　／　Ｐ　を等をコーティングしたものな
どを用いることもできる。

前記陰極と陽極の間隔は測定精度の点からｉｎｍ以下と
される。該電極の間隔が狭いほど測定精度は向上するが
、検体中のゴミ等の影響を受けやすくなりノイズの発注
率が大きくなるため、０．７５園〜０．１　ｔｔｍが好
ましく、より好ましくは０．５〜０゜１ｍ程度である。

混入物の少ない均一な試料に対しては、さらに狭い間隔
の電極を用いてより高精度の測定をすることが可能であ
る。前記陰極と陽極は少なくとも１対あればよいが、陰
極と陽極を交互に配列し、くし型電極として用いること
もできる。該電極枚数は多いほど測定精度が高（なるが
、多すぎると電極（検出部）の一部が検体中からは各出
すことがあり、取り扱い上注意゛を要する。

本発明に用いられる計測部は、電流平滑回路部、温度補
償回路部およびキャリブレーション回路部を有し、上記
検出器で測定された電解電流値が入力される。

電流平滑回路部に入力される信号は、電流および電圧の
どちらでもよいが、通常、電流を電圧に変換して入力さ
れる。平滑能力を向上させると、一般に出力波形の歪み
が大きくなり、また時間遅れも大きくなるが、本発明に
おいては定常電流値を読むため、事実上、時間遅れおよ
び出力の歪みの問題を生じることはない。

電流平滑回路部における平滑法は、デジタル方式でもア
ナログ方式でもよい。デジタル方式とする場合には、サ
ンプリングデータを平滑化点数５０点以上、好ましくは
６０〜８０点として重み付き移動平均処理することが好
ましい。平滑化点数が少なすぎると分析精度が著しく低
下する。またアナログ方式とする場合には、時定数が１
０秒以上、好ましくは２０〜５０秒で、カットオフ周波
数が０．５　Ｈｚ以下、好ましくは０．３　Ｈｚ以下の
フィルター回路（ローパスフィルタまたはＣＲ回路）を
用いることが好ましい。時定数が５０秒未満では、一般
化学分析によって生じるノイズを十分に満足できるまで
に平滑化することがです、またカットオフ周波数が０．
３　Ｈｚを超えると本分析計の応答性に遅れが発生しは
じめ、０．５　Ｈｚを超えると試料の被測定物質濃度変
化に対する良好な追随性を失う。

温度補償回路部では、アレｍ；ウスの関係式による電流
Ｉと絶対温度Ｔとの関係（ｆｏｇｌｃｃｌ／Ｔ）により
温度補正が行われる。

キャリブレーション回路部では、通常演算処理または増
幅度の調整により電圧から濃度変換が行われ、液晶の数
字デイスプレィやプリンタなどによって出力される。

第１図は、本発明の一実施例を示す被電解物質の濃度測
定装置の測定回路図である。この図において、温度セン
サ２を備えたセンサ１に定電圧電流６からケーブル８を
介して電圧が印加され、この時に測定された電解電流値
が、ケーブル８を介して電解電流変換および平滑回路部
３、温度補償回路部４ならびにキャリブレーション回路
部５を有する計測部９に入力され、ここで電流値のノイ
ズ処理、温度補正および濃度の演算がなされて打点式記
録計７に入力され、被電解物質の濃度が表示される。

第２図は、第１図のセンサ１の概略図である。

この水分センサ１は、陽極１０と陰極１１は、交互に複
数枚配列され、リード線１３を介して電源および計測部
（第１図）に接続されている。該陽極１０と陰極１１の
先端部Ａ（試料１５と接触して電解電流値を測定する部
分）以外は、エポキシ樹脂等の樹脂で覆われ、固定され
ている。該先端部Ａは面として白金等の電極が露出して
いるか、または試料が電極間に詰まらない程度まで突起
していてもよい。

電極１０．１１に印加される電圧の大きさは測定する被
電解物質の種類によって定められる。例えば水分の測定
の場合は２．５■以上、好ましくは３〜ＩＯＶが印加さ
れ、またビタミンＣの測定の場合には２■の電圧が印加
される。

例えば脱水汚泥１５中の電解電流値（水分量）の測定は
、センサ１を用いて次のようにして行われる。まず、電
極先端部Ａの全体を汚泥１５に完全に浸漬するように押
しつけ、電極１０．１１に２．５■以上の電圧を印加す
る。

電圧が印加されると、陰極１１では ２Ｈ，Ｏ＋２ｅ−−＋）（ｚ↑＋２０Ｈの反応を生じ、
また陽極１０では ２Ｈｚ○→０２↑＋４Ｈ”＋４ｅ の反応を生じ、脱水汚泥含水量測定の場合は電気浸透脱
水領域および熱処理領域に至るまでの含水率に基づく電
解電流が得られる。この電解電流の測定値は、電極間隔
が短いために汚泥の電気抵抗に基づく電圧時下が水電解
の分極抵抗に比べて充分に小さくなり、汚泥導電率の影
響を受けにくい。

この電解電流の測定は、前記センサ１を、例えばベルト
コンベアなどで比較的一定な速度で移動する汚泥中に浸
漬することにより、連続して行うことができる。この場
合、一定速度で移動する汚泥を測定するため、陰極にお
ける金属、金属水酸化物の析出はほとんどなく、連続測
定に支障を起こすことがない。

［実施例］ 以下、本発明を実施例により詳しく説明する。

実施例に用いたセンサ１は下記のようにして作製した。

厚さ０．５−のＰｔ板５枚に、電源および計測部と接続
するリード線１３を連結し、交互に陽極１０および陰極
１工とし、かつ該陽極ｌＯと陰極１１の間隔が０．５　
ｍｍとなるように配列し、これらの電極の先端の面のみ
を残してエポキシ樹脂１２を充填し、これを外枠１７に
セットし、第３図に示すような底面を有するセンサ１を
作製した。

実施例１〜４および比較例１．２ 第１図に示す濃度測定装置を用い、装置内の電流平滑回
路部を第１表に示す条件のアナログ方式として電解電流
値の平滑化を行い、脱水汚泥中の水分濃度を測定した。

そのときのＩＨｚでの減衰（ゲイン）および変動係数Ｃ
ｖをそれぞれ測定し、その結果を第１表に示した。なお
、変動係数Ｃ■は、標準偏差を平均値で割って求められ
、この値が少ない方が平滑化に優れることを示す。

第 １ 表 第４図は、実施例１で用いた４次ローパスフィルタの回
路図、第４Ａ図は、実施例１における周波数とゲインの
関係を示す図である。

第５図は、実施例２．３で用いた５次ローパスフィルタ
回路図、第５Ａ図は、実施例２における周波数とゲイン
の関係を示す図である。

第６図は、実施例４における周波数とゲインの関係を示
す図、第７図は、実施例４においてＣＲ回路を用いない
場合と用いた場合の電流値の変化を示す図である。

第１表およびこれらの図から、実施例のフィルター回路
は、ＩＨ２での減衰および変動係数が比較例に比べて小
さく、平滑化に優れていることが示される。

実施例５．６および比較例３ 第１図に示す濃度測定装置を用い、装置内の電流平滑回
路部を第２表に示す条件のデジタル方式として電解電流
値の平滑化を行い、脱水汚泥中の水分濃度を測定した。

そのときの変動係数ＣＶをそれぞれ測定し、その結果を
第１表に示した。

第２表から、実施例の変動係数が比較例に比べて小さく
、平滑化に優れることが示される。

実施例７、比較例４ センサ１から検出される信号を、温度補償回路に入力し
た場合（実施例７）と、温度補償回路に入力しない場合
（比較例４）の固化前のねり状試料中のビタミンＣの電
解電流値をオンラインで測定した。センサ１に印加した
電圧は２ｖであった。

その結果を第８図に示した。実施例７では安定した電解
電流値が得られたが、比較例４では電流値が時間ととも
に低下し、安定した値が得られなかった。

〔発明の効果〕

本発明の被電解物質の濃度測定法によれば、陰極と陽極
の間隔がＩＩＩＩＩｌｌ以下である電極を用いて電気化
学的方法で測定する場合、電解電流値の平滑化により高
精度に被電解物質の濃度を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す被電解物質の濃度測
定装置の測定回路図、第２図は、第１図のセンサ１の概
略図、第３図は、実施例で用いたセンサ１の底面図、第
４図は、実施例１で用いた４次ローパスフィルタ回路図
、第４Ａ図は、実施例１における周波数とゲインの関係
を示す回、第５図は、実施例２．３で用いた５次ローパ
スフィルタ回路図、第５Ａ図は、実施例２における周波
数とゲインの関係を示す図、第６図は、実施例４におけ
る周波数とゲインの関係を示す図、第７図は、実施例４
においてＣＲ回路を用いない場合と用いた場合の電流値
の変化を示す図、第８図は、温度補償回路に入力した場
合としない場合の電流値の変化を示す図である。 １・・・センサ、２・・・温度センサ、３・・・電流電
圧変換および平滑回路、４・・・温度補償回路、５・・
・キャリブレーション回路、６・・・定電圧電源、７・
・・打点式記録計、８・・・ケーブル、１０・・・陽極
、１１陰極、１２・・・樹脂、１４・・・固体粒子、１
５・・・試料、１７・・・外枠。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１対の陰極および陽極と、該陰極およ
   び陽極を固定し、かつその先端部のみを露出させた樹脂
   絶縁部とを有し、該陰極と陽極の間隔が１ｍｍ以下であ
   る電極を備えた検出器を、検体中に挿入して上記電極に
   電圧を印加し、得られる電流値から検体中の被電解物質
   の濃度を測定するに際し、前記電流値を、電流平滑回路
   部、温度補償回路部およびキャリブレーション回路部を
   有する計測部に入力することを特徴とする被電解物質の
   濃度測定法。
2. （２）請求項（１）記載の電流平滑回路部が、サンプリ
   ングデータを平滑化点数５０点以上として重み付き移動
   平均処理するデジタル方式であることを特徴とする被電
   解物質の濃度測定法。
3. （３）請求項（１）記載の電流平均回路部が、時定数が
   １０秒以上で、カットオフ周波数が０．５Ｈｚ以下のフ
   ィルター回路を有するアナログ方式であることを特徴と
   する被電解物質の濃度測定法。