JPH049746A - 色・濁度計 - 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】 〈産業上の利用分腎〉 本発明は、例えば上水の配水末端における水質管理に使
用される色度、Ｕ濁物に係わる濁度及び見掛けの色度を
測定する色・濁度計に係わり、特に、サンプル液中の固
形分を除去しないままに標準色列との比較で求めるいわ
ゆる“見掛けの色度“を求める手分析の手法結果との相
関性を向上させる事ができる色・濁度計に関するもので
ある。

〈従来の技術〉 以下、従来の技術を図面を用いて説明する。

第５図は従来の色度計又は濁度計の概要構成図である。

第５図において、１Ｂ、は光源１とこの光源１から出た
光を平行な光束する光束レンズ２からなる光源装置であ
る。３はフローセルを用いた所定の光路長ｂ　［ｃｍ］
から成る測定セルである。この測定セル３は、基準液（
吸収係数ａ。［ｃｍ“１〕）や上水のサンプル液を満た
すことができるセル３ａ、光源装置からの光束が入射さ
れるセル前面に訊けられな入射窓３ｂ１、及びセル後面
に設けられた出光窓３ｂ２で構成される（入射窓と出光
窓の合計窓厚Ｗ［ｃｍ］、窓材の吸光係数ａｗ［ｃｍ″
１〕）。

４は厚さＦ　［ｃｍコ、吸光係数ａ（：　　Ｅｃｍ−’
コからなるフィルタである。５は測定セルからの透過光
をフィルタ４を介して受光してそのときの光の強度を検
出する検出器である。６は検出器の出力に基づいてサン
プル液の透過率θを演算して例えば色度Ｃ［度＝ｍｇ／
ｌ］を算出する演算回路である。

例えば色度測定は次のようにして行なわれる。

測定に先立って測定セル内部に基準液を注入して演算回
路のゼロ調をし、このゼロ調後に測定セル内にサンプル
液を流入して検出器５でその時の透過光強度を検出して
演算回路６で演算する。

ゼロ調時の検出値でサンプル測定時の検出値を割ってゼ
０調時の透過率を１００％とした時、夫々の透過率θは
、 θ−ＩＬＡｓ／ＩＬＡｏ＝ｅｘｐ　（−ａ−ｂ−ｃ）・
・・（１） で表わすことができる。但し、ｒＬＡｓはサンプル測定
時の検出器受光面での放射照度（測定色度の透過強度）
［Ｗ／ｍ２コ、ＩＬＡＯは色度ゼロ時の検出器受光面の
放射照度（色度ゼロ時の透過光強度）［Ｗ／ｍ’　］　
、ａは吸収係数を表わす。

従って、吸光度絶対値は、 吸光度ｔ＝ｊ’ｏｓ（１，／θ）　＝ａ　−ｂ−ｃ−（
２）で表わすことができる。この式から色度が算出でき
る６尚、ゼロ調時の検出出力は、 α　（ｔｅａ）　　　・　　Ｉｔ、　　Ａ　ｏ　　　（
ｔｔａ）　　　　　　　　　　　　・”（３）で表わす
、但し、ｔ、＋ａはゼロ調時の時刻とし、α（ｊ＋　ａ
　）は時刻の関数とする。一方、入射光は、基準液／入
射窓と出光窓及びこれ等に付着した汚れ厚さ／フィルタ
により吸収・散乱されて減衰するから、測定セルの入射
窓面の放射照度をＩＬ　［Ｗ／ｍ２］とした時、ＩＬＡ
Ｏ（ｔｅａ）とＪＬ　（ｔｅａ＞との比は、 Ａ−ｅｘｐ　（−ａｄ−ｄ　（１＋　ａ　）　ｌ　　　
　＝４４）となる、但し、Ａは定数（ｃｏｎｓｔ、）　
、ａａは窓に付着した汚れの吸光係数［ｃｍ−１］、ｄ
は窓上の汚れ厚さ（入射窓と出光窓の合計値）［ｃｍ］
とする。これに対してサンプル測定時の検出出力は、α
　（ｔ　　２　ａ＞−Ｉｃ　　Ａ　ｓ　　　（ｔ　　２
　ａ）　　　　　　　　　　　−（５）となる。但し、
ｔ２ａはサンプル測定時の時刻とする。この時の入射光
は前記減衰要素に加えて更にサンプル液の色度Ｃ及び濁
度Ｔが減衰要素となるから、 １ｉＡｓ　　（ｔ２ａ）／ＩＬ（ｔ２ａ）＝Ａ−ｅｘｐ
　　（−ａｓ−ｂ−ｃン ｅｘｐｆ　　ａｃｉ−ｄ（ｔ２ａ）） ｅ　ｘｐ　　（−ａ了−ｂ−Ｔ　ｌ　　　　＝・（６）
が成立する。但し、ａＢはサンプル液の色度成分の吸収
係数［ｉ’／ｍｇ・ｃｍ］、ａｙは濁質の吸光係数［ｉ
’／ｍｇ　−ｃｍ］　、Ｔはサンプル液濁度［ｍｇ／ｌ
ｌとする。故に、透過率θは、θ−α（ｔ２ａ）・ｌＬ
ａ５　（ｔ２ａ）／α（ｔｅａ）°ＩＬＡｏ　　（ｔｅ
ａ）＝ｆｌｔ　（ｔ２ａ）／ＩＬ（ｔｅａ）１（α（ｔ
２ａ）／α（ｔ、＋ａ’）） −ｅｘｐ　（−ａｓ−ｂ−ｃ） ｅｘｐ［−ａｄ（ｄ（ｔ２ａ）　　ｄ（ｔｅａ））コ−
ｅ　ｘｐ　　ｆ−ａｔ　　−ｂ　　−Ｔ）　　・”（７
）となる。ここで、ＩＬ　　（ｔ２ａ）／Ｉｃ　（ｔｅ
ａ）−１，α（ｔ２ａ）／α（ｔｅａ）＝１（光源輝度
及び検出器感度が安定している）と仮定し、且つｄ（ｔ
２ａ）＝ｄ（ｔｅａ）（窓の汚れ状態が変化しない）と
仮定し、且つＴ−０（濁質が存在しない）と仮定すると
、透過率θは、 θ＝ｅｘｐ　（−ａＳ　Ｈｂ−ｃ）　　　　　　−（８
）となり、色度が測定できる。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、この従来の色・濁度計にあって、以下のよう
な問題点がある。

測定した色度は、固形分を含まない透明なサンプルの色
度（いわゆる真の色度”）との間には相関があるが、固
形分を含んだままの濁ったサンプルの色度（いわゆる“
見掛けの色度”）との間には一般的には相関が無いと考
えられる。その理由は、前述したような装置にあっては
、そもそも“真の色度”のみを測定するものとして設計
されている事、即ち、溶解している色度成分による光の
吸収料から色度を求めている事による。このとき、濁質
の散乱による減衰がある場合には、予め濁質をとしてか
ら計る（つまり演算上で前記したようにＴ＝Ｏの濁質が
存在しないものとして）か、或は、濁度を別に測定して
演算補正するかしているためである。

尚、前記“真の色度″と“見掛けの色度”については、
いずれも黄色い透明な水、即ち、標準色列と目で見て比
較されて求められる（例えば厚生省生活衛生局水道環境
部監修「上水試験方法１９８５Ｊ第１９１〜１９３，１
８２頁、日本水道協会、昭和６０年発行等の刊行物参照
）。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、色度
（真の色度）と濁度の両方を同時に測定し、真の色度信
号と濁度信号、或は色と濁質により減衰を受ける波長帯
の光信号（吸光度）と濁質によってのみ減衰を受ける波
長帯の光の信号（吸光度）を演算処理することによって
見掛けの色度も測定できる色・濁度計を提供するもので
ある。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために１、本発明の色・濁度計は、
サンプル液を満たすことができる測定セル、該測定セル
に光を照射する光源装置、前記測定セル内部を通過した
光の透過強度を測定する検出器、及び該検出器の検出出
力に基づいて色度及び濁度を演算する演算回路を具備す
る色・濁度計において、前記演算回路は、入力される色
度信号或は色度と濁質により変化する波長帯の光の信号
及び濁度信号或は濁質により変化する波長帯の光の信号
に基づいて、真の色度ＣＴ及び濁度Ｔ演算し且つ見掛け
の色度をＣＳとしたときに該見掛けの色度Ｃｓを、’Ｃ
ｓ　”ｆ　（ＣＴ　、　Ｔ）　”の演算式により得るこ
と、又は、予め求めたおいた濁度と真の色度の関係組合
せデータを記憶し、前記入力した信号に基づいてこのデ
ータの該当部分を選択して前記見掛けの色度を得ること
が可能な構成したこと、を特徴とするものである。

〈実施例〉 見掛けの色度は真の色度と濁質分による色によって構成
されるものと見られ、一般には水道水等についてはほと
んどが濁質分による色となっていると見られる。一般に
色度計としては濁度分としてしか捕えられないが、係数
を操作することで見掛けの色度としての値は導ける。即
ち“真の色度°゛と゛′濁度分”による色度の演算を施
す事により、つまり、見掛けの色度と相関を持った値が
演算結果から導出すことができる色・濁度計が実現でき
ることとなる。

以下、実施例について図面を参照して説明する。

尚、以下の図面において、第５図と重複する部分は同一
番号、符号を付してその説明は省略又は簡略化する。

第１図は本発明の色・濁度計の概要を示すブロック構成
図、第２図乃至第３図は本発明の説明に供する図、第４
図は本発明の具体的な一実施例を示す構成図である。

第１図において、色度と濁度の両方を同時に測定して、
手段Ａから色度信号或は色度と濁質により減衰を受ける
即ち色度と濁質により変化する例えば３９０　ｎ、　ｍ
の波長帯の光の信号（吸光度信号）を得、手段Ｂから濁
度信号或は濁質によってのみ減衰を受ける即ち濁質によ
り変化する例えば６６０ｎ、ｍの波長帯の光の信号（吸
光度）を得（この波長域の詳細については後述する）、
これ等２つの信号を演算処理手段Ｃで受信して演算処理
し、真の色度Ｃｖ、濁度Ｔ及び見掛けの色度Ｃｓを得る
。この時に見掛けの色度Ｃｓは、 Ｃｓ　＝７　（Ｃｖ　、　Ｔ）　　　　　　　　　　　
−（９）の演算式により得る。尚、（１）式の代りに、
第２図に示すような濁度（Ｔ）と新の色度（ＣＴ　）の
ここのデータの組合せからなるテーブルを予め実験によ
り得たうえで、演算処理手段の図示しない記憶要素に記
憶するようにして、手段Ａと手段Ｂからの入力信号に基
づいて、当該テーブルの対応する位置のデータを選択す
るようにして見掛けの色度を演算するようにしてもよい
。

ここで前記３９０ｎｍ、６６０ｎｍ波長帯について第３
図を用いて説明する。第５図にあっては、従来、サンプ
ルの色の影響を避けるために、−殻内に、例えばタング
ステンラングからの光のサンプル透過光をフィルタによ
り波長を選別し、一方、色度と濁度を両方測定するため
には、濁度は色度の影響を受けないように測定波長を８
４０ｎｍとし、色度は短波長側に吸収があることから測
定波長を３９０　ｎｍとし、２種類の波長帯を使い分け
て、受光素子において受光することでこれを可能としな
。

第３図（Ａ）に実サンプル（水道水）の吸収スペクトル
（実線部分）を示す、但し、同図（Ａ＞において、破線
以下の記号ａで示す部分は濁質による散乱、吸収分につ
いて、図左側−点鎖線／破線間の記号すで示す部分は色
度成分による吸収分について、同左側実線／−転転線線
間び図右側破線／実線間の記号Ｃで示す部分は水自身の
吸収分について示す、これを夫々について見てみると、
同図（Ｂ）の実線の水の吸収スペクトル、同図（Ｃ）の
実線の色度成分を含んだ水のスペクトル（破線は水の成
分スペクトル）、同図（Ｄ）の実線の濁度を含んだ水の
スペクトル（破線は濁質による散乱、吸収分スペクトル
）のようになるにれからも分るように、濁度を８４０ｎ
ｍ、色度を３９０　ｎｍの波長帯として夫々の測定波長
を離して測定することで、濁度と色度とが独立して測定
することができる。ところが、この様な場合において、
サンプル水の温度が変化すると赤外領域（図の右側）の
ピークに移動があること、即ち濁度出力が振られるとい
う現象が見出された。この原因は赤外領域において水の
吸収スペクトルが変化することにある。通常このような
場合、例えば第５図の演算回ｉ６内の回路にこのサンプ
ル液温度の変化に対する補正をする補正演算回路を設け
る等して対応することが一般的である（例えば実公昭６
１−４８３５号参照）。しかしこの様な手段は演算回路
の構成を複雑にしたりしてコストの点においても間頭が
ある。そこで、本願出願人は、この波長に付いて改めて
使用波長域を検討するために実験した。そして、水道水
等（自然状態の河川水等）を測定するには、黄色成分（
色度分）のみを考えればよい事からその波長帯域を７５
０〜６００ｎｍ程度の波長であれば、サンプル水のスペ
クトルの温度変動による影響を避は且つ色度分の影響を
避ける事が可能であることが把握できた。

ここでは、更に色度成分の影響、前記上水試験法等を基
準として前記するように６６０ｎｍを選定している。こ
れによりサンプル液温度変化に強い濁度計となり、又、
濁度が正確に測定できることから、色度表示の確度を増
すこともできる。

ところで、（１）式について、 Ｃｓ　＝ｆ　（Ｃｖ　　Ｔ）＝ｍＣｖ　＋ｎＴ＝Ｃ７＋
ｎＴ　　　　　　　　　　　　　−００）（但し、ｍ、
ｎは定数１ｍへ１）と簡略化できれば、見掛けの色度は
真の色度と濁度の和により求めることができる。一方、
この考え方をもとづけば、以下のようにもなる。

色度・濁度は、前記したように、２つの波長の光の吸光
度を演算して求めるから、この２つの波長、即ち、３９
０　ｎｍ吸光度をＣａｂｓ、６６０ｎｍ吸光度を’ｒａ
ｂｓとし、温度補償係数をα色度補償係数をβ、濁度換
算係数をγとずれば、ＣＴ−β　（Ｃａｂｓ−α・Ｔａ
　ｂ　ｓ　）　　−［１１）Ｔ＝ｒ　・Ｔａ　ｂ　ｓ　
　　　　　　　　　　　−（１２）から夫々色度、濁度
が得られる。一方、見掛けの色度ＣＳは、 Ｃ，−β（Ｃａｂｓ−α５−Ｔａｂｓ）　・・・（１３
）であられすことかできる。この時、αＳは見掛けの色
度の補正係数であり、 ａｓ＝（βＣａｂ、ｓ　　Ｃｓ＞／βＴａｂｓ−（βＣ
ａｂｓ　　Ｃｓ）／ （βｃａｂｓ−β（Ｃａｂｓ　　Ｔａｂｓ）１・・・（
１４） であられすことができる。この式の分子（以下０式とい
う）及び分母の右辺（以下０式という）と（１１）式と
比べてみると、０式がα＝０の場合の色度指示ＣＩ＋を
示し、■式がα−１の場合の色度指示Ｃｊ２を示すこと
となる。従って、Ｃ１４）式は、α５＝（ＣＡＴ　　Ｃ
ｓ）／ （ＣＡＴ　　Ｃｌ２）・・・（１５） と表わすことができる。

以上のような関係式に基づいて構成された装置にあって
、見掛けの色度の補正係数αＳを設定するには、 （イ）１色度、濁度について標準液で校正して温度補ｒ
Ｒ係数α１色度補償係数βを求め、（ロ）、この求めた
温度補正係数について、α＝０としてサンプルを流して
この時の色度指示値（Ｃ１＋）を求め、次にα＝１とし
て同様にして色度指示ｆＭ（Ｃ１２）を求め、 （ハ）、サンプルの見掛けの色度を、色度、濁度を所定
の方法により測定してその値を０６とし、（ニ）、得ら
れたＣＩ　！　、　Ｃ１２１ｃｓをもとに（１５）式か
ら見掛けの色度の補正係数αＳを設定する。

この様な色・濁度計の具体的１例としては第４図のよう
な構造が考えられる。勿論この構造に限定されるもので
はなく、前記したような演算式が活用でるものであれば
よいことはいうまでもない。

ここでは第５図の延長線上にあるものとしてこの第４図
を示したものである。従って第５図と重複する部分に説
明は省略する。

第４図において、７は測定光を検出器５に導く手段であ
り、検出器設置位置に応じて設けられるものである。こ
こでは光束を検出器５０で検出できるように１箇所に集
光する凹面鏡のような集光光学的手段の場合を示すが、
検出器５０の設置位置によっては例えば凸レンズが用い
られる。８は測定セル３の出光窓の後段に配置されて、
波長を選択することができる１つ又はそれ以上のフィル
タ（ここでは例えば８８０ｎｍの波長帯とするフィルタ
４ａと６６　Ｏｎ、　ｍの波長帯とするフィルタ４ｂ）
が組付けられた構造で、測定セル３からの光束の光軸に
対して平面が垂直でこの光軸の平行位置に回転中心を持
つ回転可能な円板である。そして、この円板８には第４
図（Ｂ）に示すように、例えば位置検出用切り欠き部８
ａと位置検出リセット用切り欠き８ｂが設けられている
。９は駆動伝達手段を用いて駆動モータＭにより回転さ
せられる円板８が所定の位置にあるときに信号を出力す
石例えば位置検出用フォトインタラプタ等から成る位置
検出器である。６０は、基本的に第１図の各手段を具備
して構成され（尚、手段Ａ及び手段Ｂについてはフィル
タール検出器及び後述する手段ｆ３０ａを含む）、具体
的には、位置検出器９からの信号をホールド信号として
使い検出器５０からの信号を分離する手段６０ａと、こ
の手段（ｉｏａからの分離出力（即ち、濁度に係わる検
出信号と色度に係わる検出信号）に基づいてサンプル液
の色度、温度及び見掛けの色度を前記するような演算式
を用いて算出するために設けられた演算手段６０ｂから
成る演算回路である。

この様に色・濁度計を構成したときに、円板８の例えば
ω方向への回転により、位置検出器９からは第４図（Ｃ
）　（１１に示すように、位置検出用切り欠き部８ａで
位置リセットの為のパルス幅の長い“０”信号を得、続
いて来る連続した位置検出リセット用切り欠き８ｂで連
続的にパルス幅の短い（１）、・・・（４）信号（ここ
では位置検出用切り欠き部８ａを４つとしなのでこの様
な信号となる。

これは例えば破線で示す４ａ−，４ｂ−のようにフィル
タを増設した場合を考えである。勿論フィルタ２個に対
して位置検出用切り欠き部８ａも２個でもよいことはい
うまでもない）を得る。又、この円板８の回転により、
例えば、第４図（Ｃ）　（ｉ）に示すように、測定セル
３及び色度フィルタ４ａを通過した検出値であるパルス
Ｉｃ−Ｍｅｓ［但し、ＩＣは色度測定波長光（色度、濁
度に感度がある）、Ｍｅｓは測定セル通過光検出値を表
わすコ、測定セル３及び濁度フィルタ４ｂを通過した第
４パルスＩｔ−Ｍｅｓ［Ｉｔは濁度測定波長光（濁度の
みに感度がある）］を夫々得る。従って、手￥１６０ａ
において、位置検出器９からのパルス幅の長い“０”信
号で位置リセットをし、続いて来るパルス幅の短い（１
）、・・・（４）で夫々の位置にあった検出器５からの
信号を分配（検出信号を分離演算）・ホールドする。演
算手段６０ｂにおいて、この手段６０ａからの出力（Ｉ
Ｃ−Ｍｅｓ、Ｉｔ−Ｍｅｓ）に基づいてサンプル液の色
度、濁度及び見掛けの色度を算出する。それを例えば指
示計等に分離し出力することができる。

〈発明の効果≧ 本発明は、以上説明したように構成されているので、次
に記載するような効果を奏する。

真の色度と濁度の両方を同時に測定でき、しかもこれに
基づく真の色度信号と濁度信号から見掛けの色度も測定
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の色・濁度計の概要を示すブロック構成
図、第２図乃至第３図は本発明の説明に供する図、第４
図は本発明の具体的な一実施例を示す構成図、第５図は
従来の色度計又は濁度計の概要構成図である。 ＬＢ、・・・光源装置、３・・・測定セル、４　、４ａ
、　４ｂ・・・フィルタ、５・・・検出器、６．６０・
・・演算回路。 （Ａ）宴サンプル （Ｄ）濁質を含んだ水のスペクトル ″） 吸 ”１７゛・、〉 両開 Ｍ　（Ｔ　）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. サンプル液を満たすことができる測定セル、該測定セル
   に光を照射する光源装置、前記測定セル内部を通過した
   光の透過強度を測定する検出器、及び該検出器の検出出
   力に基づいて色度及び濁度を演算する演算回路を具備す
   る色・濁度計において、前記演算回路は、入力される色
   度信号或は色度と濁質により変化する波長帯の光の信号
   及び濁度信号或は濁質により変化する波長帯の光の信号
   に基づいて、真の色度Ｃ＿Ｔ及び濁度Ｔ演算し且つ見掛
   けの色度をＣｓとしたときに該見掛けの色度Ｃｓを、“
   Ｃｓ＝ｆ（Ｃ＿Ｔ、Ｔ）”の演算式により得ること、又
   は、予め求めたおいた濁度と真の色度の関係組合せデー
   タを記憶し、前記入力した信号に基づいてこのデータの
   該当部分を選択して前記見掛けの色度を得ることが可能
   な構成したこと、を特徴とする色・濁度計。