JPH0427856A - イオン濃度測定方法及び装置 - 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］ 本発明はイオン濃度測定方法及び装置に係り、特に、水
中のイオン濃度を、イオン電極の電位と導電率と水温と
から、容易にかつ正確に求めることができる方法及びそ
のためのイオン濃度測定装置に関する。

［従来の技術］ 従来、イオン電極を用いて水中のイオン（Ｎａ”　　Ｋ
”　　Ｃａ”、Ｃｕ２−　　ＣＮ−など）濃度を測定す
る際には、イオン電極と照合電極（カロメル電極、銀塩
化銀電極など）の電位差を測り、予め求めた検量線を使
ってイオン濃度を算出した。この検量線は測定する検水
の温度やイオン強度によって影響されるため、検量線を
作成する際には検水と同一の温度の標準液を用いて濃度
と電位差との関係を求める必要がある。また、測定にあ
たっては、検水及び標準液に濃厚な塩水溶液（塩化カリ
ウム、硝酸ナトリウムなど）をイオン強度調整剤として
添加して、検水やｍｓ液毎のイオン強度の違いを小さく
する必要がある。

このようなことから、従来、イオン電極を用いて水中の
イオン濃度を測定する際には、以下の操作手順が必要で
あった。

■　２種以上の標準液に一定量のイオン強度調整剤を添
加し、一定温度でイオン電極の起電力を測定する。

■　上記の測定結果から、イオン濃度の対数と起電力と
の関係を示す検量線を作成する。

■　検水に標準液と同量のイオン強度調整剤を添加して
、一定温度でイオン電極の起電力を測定する。

■　■で作成した検量線を用いて、■で測定した起電力
から検水のイオン濃度を求める。

しかして、検水のイオン濃度の経時変化をモニターする
場合には、一定時間毎に採水してイオン強度調整剤を添
加し、不連続に起電力を測定することが通常行なわれて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の方法では、次のような欠点があフた。

■　温度やイオン強度の異なる検水のイオン濃度を測定
するには、その検水毎に加熱、冷却或いはイオン濃度の
調整剤添加等の前処理が必要である。このため、作業が
煩雑で、短時間にて効率的なイオン濃度測定を行なうこ
とができない。

■　検水にイオン濃度調整剤を添加することから、検水
を再利用することはできない。

■　検水のイオン濃度の経時変化をモニターする場合、
測定作業を自動化するためには、定期的に検水を採水す
る機構や一定量のイオン強度調整剤を添加する複雑な機
械的機構が必要となる。また、フローセル方式で連続し
て検水をイオン電極セルに通水して測定する場合は、連
続してイオン強度調整剤を精度良く注入する機構が必要
で、しかも多量のイオン強度調整剤が必要になる。その
上、検水は常に恒温に保持する必要があり、そのための
温度調整機構も必要となる。

本発明は上記従来の問題点を解決し、水中のイオン濃度
の連続的測定をも容易かつ効率的に行なうことができる
イオン濃度測定方法及びそのための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］ 請求項（１）のイオン測定方法は、水中のイオン濃度を
測定する方法において、イオン電極と照合電極との電位
差と、水温と、水の導電率とを測定し、これらの測定値
から水中のイオン濃度を求めることを特徴とする 請求項（２）のイオン濃度測定装置は、水中のイオン濃
度を測定する装置であフて、水温測定手段を有する水温
測定部、導電率測定手段を有する導電率測定部、イオン
電極と照合電極を備え、これらの電位差を測定する電位
差測定部、検水を各測定部に供給するための手段、各測
定部から発生する信号を受けてイオン濃度を演算する演
算部、及び、演算部の演算結果を表示する表示部、から
なることを特徴とする。

以下に本発明の詳細な説明する。

電極と照合電極との電位差を測定すると同時に、検水の
温度と導電率を測定し、測定した電位差に温度と導電率
（イオン強度）の補正を加えることにより正確なイオン
濃度を求める方法である。

対象となるイオン電極には塩化物イオン電極、シアン電
極、弗化物イオン電極、銀／硫黄電極、第二銅電極、臭
化物イオン電極、カドミウム電極、沃加物イオン電極、
チオシアン電極、鉛電極などの固体膜イオン電極；カル
シウム電極、カリウム電極、弗化硼素酸電極、硝酸電極
、二価陽イオン電極、過塩素酸電極などの液体膜イオン
電極：二酸化炭素電極、アンモニア電極、亜硝酸電極な
どのガス透過膜電極；ナトリウム電極、界面活性剤電極
などの化学種の濃度によって電位差の変化する種々の電
極が含まれる。

一方、照合電極としてはカロメル電極、銀塩化銀電極等
を用いることができる。

検水の温度は、水銀温度計などで測定しても良いが、サ
ーミスタ温度計、熱電対温度計、白金測により、コンピ
ュータやマイクロプロセッサを利用して自動的に補正す
ることが可能となるため、即時イオン濃度測定には有利
である。

導電率は通常の市販の導電率計を用いることができる。

イオン電極と照合電極との電位差を温度及び導電率（イ
オン強度）で補正するには、具体的には下記［１］式を
用いて行なう。

なお、 ［１］式中、 ：イオン濃度 ：イオン電極と照合電極との電位差 ：絶対温度 ：導電率 められる。） である。

従って、 上記［Ｉ コ 式をイオン濃度Ｃ につい て置ぎ変えた下記［１１１式に、電位差Ｅ、絶対温度Ｔ
及び導電率にの測定値を代入することにより、イオン濃
度を容易に算出することができる。

（ｉ＝　１０　（（Ｅ−ａ−ｂＴ−ｄ（に／Ｔ）　Ｉ／
ｎ／Ｃ７）・・・　［ＩＩコ 以下に、図面を参照して本発明のイオン濃度測定装置に
ついて説明する。

第１図は本発明のイオン濃度測定装置の一実施例を示す
系統図である。

図中、１は検水採水配管、２は採水用弁、３はイオン濃
度測定装置、４は排水系である。本実施例のイオン濃度
測定装置３は、標準液タンク１１．１２、導電率計１３
の電極１３Ａ及び温度計１４の温度センサー１４Ａを備
える測定槽１５、電位差計１６のイオン電極１６Ａ及び
照合電極１６Ｂを備える測定槽１７、導電率計１３、温
度計１４及び電位差計１６の測定値が入力されてイオン
濃度が演算により求められるマイクロプロセッサ（演算
部）１８、マイクロプロセッサ１８の演算結果が表示さ
れるＣＲＴ及びプリンター（表示部）１８Ａ、マイクロ
プロセッサ１８からの制御信号に基いて、採水用弁２を
介して配管２０より装置内に導入される検水又は配管２
１．２２から供給される標準液タンク１１．１２中の標
準液を切り換える流路切換バルブ１９Ｖ、流路切換バル
ブ１９Ｖで選択された検水又は標準液を配管２３、測定
槽１５、配管２４、測定槽１７に順次送給し、配管２５
より装置外へ排出するためのポンプ１９Ｐで主に構成さ
れる。

なお、ＣＲＴ及びプリンター１８Ａのような表示部はマ
イクロプロセッサ１８内にデジタル式で組み込んで設け
ても良い。

本実施例のイオン濃度測定装置３を用いて検水のイオン
濃度を測定するには、まず、ポンプ１９Ｐを作動させる
と共に、流路切換バルブ１９Ｖを切り換えて標準液タン
ク１１及び１２の標準液をそれぞれ測定槽１５及び１７
に順次送給し、導電率計１３、温度計１４及び電位差計
１６の測定値をマイクロプロセッサ１８に人力して、前
記［７１式における補正係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ。

ｎを求める。

次に、流路切換バルブ１９Ｖを切り換えると共にバルブ
２を開として、検水採水配管１の検水を、配管２０．２
３を経て、測定槽１５．１７に順次送給し、導電率計１
３、温度計１４及び電位差計１６の測定値をマイクロプ
ロセッサ１８に人力する。マイクロプロセッサ１８では
、人力された測定結果を予め求められた補正係数ａ、ｂ
。

ｃ、ｄ、ｎが代入された前記［７１式又は［１１］式に
人力し、イオン強度と水温の補正を行なって、イオン濃
度を算出する。算出されたイオン濃度はＣＲＴ及びプリ
ンター１８Ａで表示される。

検水のイオン濃度を長期間にわたフてモニターする場合
には、測定期間中にイオン電極の特性が変化してしまう
ことから、標準液を用いてイオン電極の検量線を一定期
間毎に作成する必要がある。第１図に示すイオン濃度測
定装置３によれば、装置内に標準液タンク１１．１２が
組み込まれており、また、標準液と検水との切り換えを
行なうための流路切換バルブ１９Ｖを有するため、標準
液による検量線の作成、検水のイオン濃度測定を自動的
に行なうことができる。なお、流路切換バルブ１９Ｖに
よる切り換えは、マイクロプロセッサ１８による制御で
行なう他、タイマーにより所定時間毎に行なっても良い
、タイマーで流路切換バルブを制御する場合は、イオン
電極が接している液が検水であるか標準液か、また、ど
の濃度の標準液であるかを知る必要がある。従って、こ
の場合には標準液にイオン強度調整剤を加えて検水より
も導電率を高くし、しかも、その添加量を標準液の濃度
毎に変えることにより、導電率の測定値によフて検水と
標準液及びその濃度を自動的に識別するようにするのが
好ましい。また、温度計による温度測定は、温度変化の
少ない検水を測定する場合には、−旦測定を行なった後
は、縁り返し測定を行なわなくても良い。

第１図に示すイオン濃度測定装置は、本発明の一実施例
であって、本発明は何ら図示のものに限定されるもので
はない。例えば、標準液タンク及び流路切換バルブを内
蔵しないものであっても、別途これらを設けることによ
り、同様に測定を行なうことができる。

［作用］ 本発明者らは、イオン濃度の測定方法について種々検討
を重ねた結果、冷却水系などのイオンバランスがほぼ一
定の水系では、導電率とイオン強度とが比例関係にある
ことを知見した。そこで、デバイ・ヒュッケルの近似法
により、実測不能のイオン強度の代りに、導電率を用い
て活量係数を算出すると共に、前記［１］式で示される
経験式により、イオン濃度（Ｃｉ（モル））をほぼ正確
に把握できることができることを見出し、本発明を完成
させた。

本発明のイオン濃度測定方法によれば、検水の温度を一
定にする必要がなく、また、イオン強度調整剤を添加す
る必要もない。このため、良好な作業効率にてイオン濃
度の測定を行なうことができ、しかも用いた検水は再利
用可能である。

また、本発明の方法に従ってイオン電極に対して標準液
を用いて検量線を作成し、検量線からイオン濃度を求め
る場合において、検水と標準液とで温度やイオン強度を
同じにする必要がない。このため、様々な温度やイオン
強度で検量線を作成しなくても良く、１つの電極に対し
て１つの検量線を作成し温度と導電率を同時に測って電
位差を補正し、正確なイオン濃度を即時に求めることが
できる。

更に本発明の方法によれば、検水をその都度採水するこ
となく、イオン電極、温度センサー、導電率センサーを
組み込んだフローセルに検水を送給することにより、温
度、イオン濃度、イオン強度が変化する系のイオン濃度
を連続的にかつ速い応答性にて測定することができる。

しかして、本発明のイオン濃度測定装置によれば、この
ような検水のイオン濃度測定を、自動的にかつ連続的に
行なうことが可能とされる。

［実施例］ 以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

実施例１ １で容のビーカーに純水を入れ、そこにＣａＣ１１２を
カルシウム硬度として第１表に示す量添加するとともに
、塩化カリウム水溶液を加えて導電率を調整したものを
サンプルとした。

このサンプルにカルシウム電極、照合’Ｅｉ（カロメル
電極）、導電率計、温度計を浸漬し、一定温度となるよ
うにしてそれぞれの測定値を求めた。各測定値を第１表
に示す。

次に、得られた測定値から重回帰分析により下式の回帰
直線を得た。

上記［ｉ］に第１表の各測定値を代入し、算出電位差Ｅ
′を求めた。結果を第１表に示す。また、Ｅ′　と測定
電位差Ｅとの関係を第２図に示す。

第 表 実施例２ 実施例１においてＣａＣｕ２にかえてＮａＣρを、塩化
カリウムに加えて硝酸ナトリウムを、カルシウム電極に
かえて塩化物イオン電極を用いた他は同様にして測定試
験を行なった。なお、得られた回帰直線は下記式［ｉｉ
］の通りである。

各測定値及び計算値を第２表に示す。

また、 第 表 第１表及び第２図、並びに、第２表及び第３図に示され
る結果から、カルシウム電極及び塩化物イオン電極等の
イオン電極の出力電圧（電位差）の実測値（Ｅ）と、前
記［１］式から算出される計算値はほぼ一致すること、
従って、［Ｉ］式をイオン濃度について解いた前記［Ｉ
Ｉ　］式を用いて、イオン電極の出力電圧（電位差）、
温度及び導電率から、種々の水温、水質の検水のイオン
ン農度を正確に測定、算出することができることか明ら
かである。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明のイオン濃度測定方法によれ
ば、検水のイオン濃度を検水の温度制御やイオン強度調
整剤の添加を要することなく、容易かつ効率的に良好な
作業性のもとに行なうことができ、イオン濃度を極めて
正確に求めることが可能とされる。

しかして、本発明のイオン濃度測定装置によれば、検水
のイオン濃度の測定を、自動的にかつ連続的に、高精度
に行なうことが可能とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオン濃度測定装置の一実施例を示す
系統図、第２図及び第３図は各々実施例１及び２で得ら
れた測定電位差Ｅと算出電位差Ｅ′との関係を示すグラ
フである。 １・・・検水採水配管、　　　　２・・・採水用弁、３
・・・イオン濃度測定装置、４・・・排水系、１１．１
２・・・標準液タンク、 １３・・・導電率計、　　　　　１４・・・温度計、１
５．１７・・・測定槽、　　　１６・・・電位差計、１
６Ａ・・・イオン電極、　　　１６Ｂ・・・照合電極、
１８・・・マイクロプロセッサ、 １９Ｖ・・・流路切換バルブ、１９Ｐ・・・ポンプ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水中のイオン濃度を測定する方法において、イオ
   ン電極と照合電極との電位差と、水温と、水の導電率と
   を測定し、これらの測定値から水中のイオン濃度を求め
   ることを特徴とするイオン濃度測定方法。
2. （２）水中のイオン濃度を測定する装置であって、 水温測定手段を有する水温測定部、導電率測定手段を有
   する導電率測定部、イオン電極と照合電極を備え、これ
   らの電位差を測定する電位差測定部、検水を各測定部に
   供給するための手段、各測定部から発生する信号を受け
   てイオン濃度を演算する演算部、及び、演算部の演算結
   果を表示する表示部、からなることを特徴とするイオン
   濃度測定装置。