JPH03295448A - 濃度測定装置 - 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〕 本発明は、被検液中の被測定物質（分析対象成分）の濃
度を測定する装置に関する。本発明は、例えば、食品、
医薬品、化学品、農業、畜産業、水産業の工程管理、医
療用の各種計測、環境計測等に、また、グルコース、エ
タノール等の濃度を測定するバイオセンザ等に利用され
る。

〔従来の技術〕

従来の被測定物質の濃度測定方法止しでは、電流測定法
及び電位測定法の電気的手法による方法、又は発色若し
くは発光する物質を用い、光電子倍増管、フォトダイオ
ード等により、吸収スペクトル等の強度から所定物質の
濃度を求める吸光度測定法の光学的手法が知られている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記電気的手法による装置は、電気的ノイズの影響を受
けやすく、かつ精密な計測装置が必要である。また、前
記光学的手法による装置は、特別な発色剤が必要になり
かつ高価な計測器が必要でありまた適用範囲が限定され
ている。更に、両方とも連続計測に適さない。

本発明は、前記観点に鑑みてなされたものであり、被検
液中の被測定物質が多孔質体を通過して管状体内部の媒
体に溶解することにより、管状体の半径方向に屈折率分
布が生じ、そのためここを通過する射出光の収束点の位
置、所定位置での受光量等がその濃度により異なること
を見出して完成されたものである。

本発明は、連続測定に好適で、電気的、磁気的ノイズを
受けに＜＜、精密測定に好適で簡便で安価で、多くの反
応系を適用でき、更に必要に応じて工程の遠隔管理がで
きる濃度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〕

本第１発明に係わる濃度測定装置は、被検液中の被測定
物質を通過させることができる多孔質製管状体と、該管
状体の一端側に取り付けられ該管状体の内部に媒体を導
入する導入手段と、該管状体の他端側に取り付けられ該
管状体から前記媒体を導出する導出手段と、前記管状体
の外周側に配置され被検液を導入するだめの導入口及び
導出するための導出口を備える外枠体と、前記管状体の
一端側に、直接に又は送光用光ファイバを介して、配置
される発光素子と、前記被沖１定物質を溶解する前記媒
体を通過して外部へ取り出された射出光を検出して前記
被検液中の被測定物質の濃度を測定するための検出手段
と、を具備することを特徴とする。

本第２発明に係わる濃度測定装置は、多孔質製管状体の
両端側に各々配置された光透過窓とを備え媒体を封入す
る媒体封入体を具備するものである。

前記「多孔質製管状体」は、管状体外部の被検液中の被
測定物質がその内部に通過することができるものであれ
ばよく、その材質、孔径、気孔率等は特に問わない。例
えば、その材質としては、アルミナ等のセラミックスに
限定されることはなく、高分子、金属、ガラス等であっ
てもよい。また、孔径については、数１０μｍから数人
のものまで広く含まれる。更に、多孔質体の構造、機能
面についても、選択透過性を有するもの、親水化、疎水
化処理したもの等を用いてもよい。

前記使用「媒体」は、被測定物質を溶解させるものであ
り、第１発明では管状体内を流し、第２発明では流さず
密封している。尚、これは通常液体であるが気体であっ
てもよい。

〔作用〕

先ず、外枠体内に導入された被検液Ｂ中の被測定物質Ｓ
は、第３図及び第４図に示すように、管状体１を構成す
る多孔質体内を通過する。次いでこの被測定物質Ｓは、
管状体ｌの内壁面側に到達し、更に管状体内の媒体Ａ中
に溶解、拡散していく。

この場合、管状体１の中心方向に向かって、第５図に示
すように、媒体に溶解する被測定物質８の濃度に差が生
じる。それに起因して、第６図（イ）又は（ロ）に示す
ように、同方向に屈折率の分布が生じることきなる。

そして、管状体の一端より媒体へ入射した光は、前記第
６図（イ）の場合（外側寄りが低屈折率のとなっている
場合）には、第７図に示すように、管状体の中心軸に絞
られるように進み、第６図（ロ）の場合（外側寄りが高
屈折率のとなっている場合）には管状体の中心軸から外
側へ広がるように進むこととなる。

この結果、光の入射側の他端側である受光部において、
射出光のビーム径、エネルギー密度又は収束点の変化が
観察されることとなる。即ち、この変化の程度が被測定
物質の濃度により異なる。

以上より、その変化量と被測定物の濃度は一定の関係を
示すこととなるので、この変化量を検出することにより
その濃度を測定できる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１ 本実施例は、第１発明に係わる濃度測定装置を用いエタ
ノールの濃度を測定するものである。

（１）装置の構成及び製作方法 本装置は、第１図及び第２図に示すように、多孔質製管
状体く内側管状体）■と媒体導入手段２と媒体導出手段
３と外枠体（外側管状体）４とＨｅ−Ｎｅレーザ５と検
出手段６とを具備する。

この内側管状体１は内径が３關φ、外径４　ｍ＋ｎφ、
長さ９０ｆｆｉｆｆｌの両端開口の多孔質アルミナ管（
気孔率；４０％、平均気孔径；１．２μｍ）である。こ
の管状体１の両端部には、内側に配置される鍔部２１．
３１と端部に配置される石英ガラス窓（光透過窓）２３
．３３とその間に配置される筒部２２．３２とこの筒部
２２．３２の側部に取りつけられる媒体導入口２４又は
媒体導出口３４とからなる媒体導入手段３又は媒体導出
手段４が、取外しができるように取付けられている。媒
体Ａは、ポンプ７１．７２を介して、この導入口２４に
入り、導出口３４から出る構成となっている。

尚、媒体の導入、導出は上記と逆にしてもよい。

外枠体４は、アクリル樹脂管からなり、その−端に導入
口４１、その他端に導出口４２を有する。その内部には
管状体１が配置されている。更に、この外枠体４の内側
及び外側には、多孔質ポリエチレン製等の断熱材８１．
８１が配設されている。

以上の管状体１、媒体導入手段２、媒体導出手段３、外
枠体４及びと断熱材８を組合せて、第１図図示のような
モジュールＭを作成した。尚、このモジュールＭは２２
℃に保持されている。

更に、これに、第２図図示の如くレーザ装置５、光ビー
ムの検出手段６、ポンプ７、媒体と被検液の温度差を解
消するために配置される胴ブロック１０等を組み合わせ
て本実施例の装置を作成した。以上より、媒体Ａ若しく
は被検液Ｂの導入、導出、更には光の導入、取り出しを
行えるようにした。

レーザ装置５は、波長５４３　ｎｍ、ビーム径０゜７ｍ
ｍのＨｅ−Ｎｅレーザを出力し、この出力されたレーザ
ビームは光透過窓２３に導かれる。

検出手段６は、他方の光透過窓３３から放射されるレー
ザビームを分析する装置（レーザビームアナライザ）で
ある。この分析手段としては、光透過窓３３から所定距
離の位置でのレーザビームのビーム径の検出、エネルギ
ー密度の検出又はレザビームの焦点位置の検出の各手段
を採ることができるが、本実施例では、ビーム径の検出
手段とした。

（２）測定方法 本装置を用いて、以下のようにエタノールの濃度測定を
実施した。

前記装置において内部液として毎分０．５−のオクチル
アルコール（試薬特級）を媒体Ａとして媒体導入口２４
より連続的に供給し管状体内部に液を流すとともに、種
々の濃度のエチルアルコール水溶液を被検液Ｂとして１
．５−７分の流量にて被検液導入口４１より送入し、各
濃度毎のビーム径を測定した。

（３）実施例の効果 以上のような操作により、第９図に示す各種エタノール
濃度の被検液に対するビーム径を測定し、その結果を同
図に示した。この図に示すようにエタノール濃度とビー
ム径が良好な直線関係を示した。従って、この検量線を
利用して、未知の濃度の混合溶液のビーム径を同条件下
にて測定した値と比較すれば、容易に未知のエタノール
濃度を測定できる。

一以上より、本装置を用いて濃度測定をすれば、広い濃
度範囲においてエタノール濃度を簡単に、かつ感度よく
、更に電気的、磁気的ノイズを受けずに、高速度で連続
測定をすることもできる。

実施例２ 本実施例の装置は、第１０図に示すように、媒体へを流
すことなく媒体を封入する媒体封入体９を備えるもので
ある。

この媒体封入体９は、両端開放の管状体９４とその両端
側に配置された光透過窓９３ａ、９３ｂを有する。そし
て、この光透過窓９３は、鍔部９１ａ、９１ｂ及び中間
円筒体９２ａ、９２ｂを介してこの管状体９１の各端部
側に配置されており、この両名により管状体９４の両端
を密封している。他の構成要素は、実質上実施例１と同
じである。

本実施例においても、多孔質製管状体を用いるので、実
施例１と同様の作用、効果を示す。

尚、本発明においては、前記具体的実施例に示すものに
限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変
更した実施例とすることができる。即ち、前記モジュー
ルの大きさ、長さ、全体形状等、更には管状体の大きさ
、長さ、断面形状、材質等は、目的、用途により種々の
ものを選択することができる。例えば、その全体形状も
直管状でなく曲管状であってもよいし、その横断面形状
も通常は真円であるが四角、六角、楕円等とすることも
でき、更にはハニカム状又は蓮根状のように複数の流路
孔を有してもよい。

尚、第１１図に示すように、光透過窓２３ａ１３３ａ及
び媒体導入手段としての導入口２４ａ、媒体導出手段と
しての導出口３４ａは、内側管状体１ａに直接、取りつ
けた構造とすることもできる。

また、光フアイバーケーブルを活用すればモジュール、
光源部、及び電気装＠部を離隔することも容易になり遠
隔計測、遠隔制御等への適応性も高い。この場合　光フ
ァイバをその両方又はその一方に配置してもよく、更に
、この光ファイバを直接に管状体に取りつけた構成とし
てもよいし、更には素子を直接取りつけた構成としても
よい。

光ファイバの長さ、太さ、材質、形態、取付は位置等も
種々選択でき、例えば材質は樹脂に限らずガラスでもよ
い。

発光素子としては発光ダイオードを用いることもできる
。発光素子による光の照射方法は、管状体端面全体をほ
ぼ均等に照射してもよいし、はぼ中心に照射してもよい
し、管壁に近い所、中心に近い所等に照射することもで
きる。この管壁に近い所の場合には、感度を向上させる
効果がある。

また光束径も目的等により種々選択する。

前記検出手段としても種々の公知の手段を用いることが
できる。例えば、射出光の検出方法（装置ｉｔ）として
は、ビーム径の測定方法のみならず、例えば、第８図に
示すように、光ファイバの受光面を前後させること等に
より、最も受光エネルギーの高い位置を射出光の収束点
位置Ｐｏとする方法、又は、所定位置に光ファイバを配
置してこの先端に受光する受光量を光パワーメータにて
検出する方法等とすることもできる。

また、これらの検出は、前記実施例のような手動操作で
はなくて、自動操作、機械操作とすることができる。例
えば、受光面の移動、受光量の測定及び記憶、並びに収
束点若しくはビーム径の決定、濃度への換算等の操作を
自動化することもでき、所定のデルタテーブルをメモリ
に記憶させておき、測定データを与えることにより、自
動的に濃度データを演算させて表示させることもできる
。

また前記実施例１においては、管内流体を一定の流速量
で流したが、これに限定するものではなく、例えば管内
流体を停止させた状態にて被測定液を一定量パルス状に
して打ち込みビーム径の変化をみることもできる。また
、被測定物質は、電解質か非電解質かイオンがを問わな
い。

更に、本装置は、濃度測定のみならず、被検液の温度に
より媒体の半径方向の屈折率分布が異なるので、温度セ
ンサとして用いることもできる。

〔発明の効果〕

本装置を用いれば、前記作用に示すように、測定用物質
の広い濃度範囲までその濃度さと一ム径等の変化とに良
好な一定の関係、特に直線忰を示すので、その測定に極
めて好都合である。また、光学的方式と異なり連続測定
ができ、ｐＨに影響されず、電気的方法と比べて磁気的
、電気的ノイズを受けにくいので電界や磁界の強い場所
でも全く問題なく安定して測定することができ、しかも
簡便かつ安価な装置であり、その適用範囲が大変広い。

更に、光ファイバを用いる場合には、この光ファイバを
延長することにより工程の遠隔管理ができ、大変有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１で用いたモジュールの説明断面図、第
２図は実施例１の濃度測定装置の概略図、第３図は被測
定物質が管状体内の媒体中に溶解、拡散していく様子を
示す説明縦断面図、第４図は被測定物質が管状体内の媒
体中に溶解、拡散していく様子を示す説明横断面図、第
５図は実施例１において管状体の半径方向に濃度分布が
生じることを示す説明図、第６図は管状体の半径方向に
屈折率の分布が生じることを示す説明図で、（イ）は凸
型分布、（ロ）は凹型分布を示す。 第７図は屈折率分布と管状体を通過するレーザビームの
屈折状態との関係を示す説明図、第８図は管状体を通過
する光が収束する状態を示す説明図、第９図は実施例１
においてエタノール濃度とレーザビーム径との関係を示
すグラフ、第１０図は実施例２で用いたモジュールの説
明図、第１１図は媒体導入手段等を直接管状体に取り付
けた構造を示す説明断面図である。 １．９４；管状体、２；媒体導入手段、３；媒体導出手
段、２３．３３．９３；光透過窓、４；外枠体（外側管
状体）、５；レーザ装置、６；ビーム径検出装置、９；
媒体封入体、Ａ；媒体、Ｂ；被検液、Ｓ；被測定物質。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検液中の被測定物質を通過させることができる
   多孔質製管状体と、 該管状体の一端側に取り付けられ該管状体の内部に媒体
   を導入する導入手段と、 該管状体の他端側に取り付けられ該管状体から前記媒体
   を導出する導出手段と、 前記管状体の外周側に配置され被検液を導入するための
   導入口及び導出するための導出口を備える外枠体と、 前記管状体の一端側に、直接に又は送光用光ファイバを
   介して、配置される発光素子と、 前記被測定物質を溶解する前記媒体を通過して外部へ取
   り出された射出光を検出して前記被検液中の被測定物質
   の濃度を測定するための検出手段と、を具備することを
   特徴とする濃度測定装置。
2. （２）被検液中の被測定物質を通過させることができる
   多孔質製管状体と該管状体の両端側に各々配置された光
   透過窓とを備え媒体を封入する媒体封入体と、 前記管状体の外周側に配置され被検液を導入するための
   導入口及び被検液を導出するための導出口を備える外枠
   体と、 前記一方の光透過窓側に、直接に又は送光用光ファイバ
   を介して、配置される発光素子と、前記被測定物質を溶
   解する前記媒体を通過して前記他方の光透過窓から外部
   へ取り出された射出光を検出して前記被検液中の被測定
   物質の濃度を測定するための検出手段と、を具備するこ
   とを特徴とする濃度測定装置。