JPH05508008A - 自動高分子電解質測定装置 - 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】 自動高分子電解質測定装置 発萌Ω分肛 本発明は、自動高分子電解質測定装置に関する。

従来技斂例説咀 米国出版物「第１２回アメリカ計測学会材料分析機器／ンボジウム、テキサス、 ヒユーストン、１９６６年：第４巻１８１〜１９８ページ」には、本発明と同種 の装置が開示されている。しかしながら、その装置は、高分子電解質を自動的に 測定するものではなく、純粋にマニュアル操作で行うものであった。すなわち、 前記従来の装置では、高分子電解質測定用としであるプロセスで得られたサンプ ルが手でサンプル容器内に導入され、？！！極によって測定されかつ記録される 流動電位を発生するようにピストンが駆動され、同時に滴定操作が行われる。従 来の工程としてかように測定が行われた後に、ピストンはサンプル室から抜き出 され、サンプルが除去される。そして、ビストノ及びサンプル容器が洗浄され、 次の測定工程に備えられる。

多くの場合、工業的化学工程においては、その工程を安定化するため高分子電解 質の消費がモニターされなければならない。かかる工程としては、たとえば、紙 製造、汚水処理及びその他の凝集材等が使用される工程が挙げられる。これらの 工程では、所定の測定を行うために労働者が常駐していなければならず、その測 定結果が工程を安定化するのに必要となる。この種の純粋に人手による測定では 、粟中的な労働が必要となる不具合だけでなく、工程を正常に制御したり安定化 したりするのに充分迅速に測定結果が利用できない場合がしばしば生じるという 不具合も存在する。

発咀ｑ亘１ 本発明の目的は、高分子電解質測定を簡単かつ再現性があるように自動的に行い 得る装置を提供することにある。

本発明によれば、物質の高分子電解質測定を自動的に行うための装置が提供され る。その装置は、電気的に絶縁性の円筒状キャビティと前記円筒状キャビティよ りら大きな直径を有し前記円筒状キャビティの上方で前記円筒状キャビティに連 通ずるリザーバとからなるサンプル容器と、前記円筒状キャビティの実質的端部 にそれぞれ配置された慢数の１１極と、前記円筒状キャビティを構成する壁に対 して所定のクリアラ／スを有する電気的に絶縁されたピストンと、前記円筒状キ ャビティ内で前記ピストンを往復駆動するための駆動手段と、前記電極間の電位 差を測定する測定手段とを備えている。そして、それにおいて改良点は、前記円 筒状キャビティの底部に設けられた出口部と、前記出口部を通過する液体を制御 するための第１バルブと、前記リザーバ内にリンス液を導入するためのリンスダ クトと、前記リンスダクトに設けられて前記リンス液の流れを制御する第２バル ブと、前記駆動手段、前記第１バルブ及び前記第２バルブに接続されて制御し得 る制御部とを含んでいる。前記制御部は、高分子電解質測定が一旦行われた後に 、前記ピストンの往復動に伴って、前記出口部を通じて前記円筒状キャビティか ら測定対象の物質を排出し、また前記リンス液を前記リザーバに導入しかつ前記 出口部を通じて排出し得るように制御する。

かように、本発明の利点は、測定に２・要なピストンの移動が前記出口部のバル ブの動作及び前記出口通路の位置に関連し、前記円筒状キャビティの底部におい て前記出口通路が間口するようになっており、これによって、手作業を介在させ る必要なく、装置の効果的なリンス及び洗浄を可能ならしめるポンプ動作ができ るようになるところにある。このポンプ動作は、さらに、測定対象の物質を排出 するのに寄与し、その結果独立して制御され自動的に動作する構成が得られる。

ピスト／動作を伴うピストン／シリンダｌ！構によって媒体のフンダクタンスを 測定するための分析容器に対するリンスは、ドイツ特許明細書ＤＥ−ＡＳ２５２ １００９に開示されている。そこでは、しかしながら、測定されるべき媒体がリ ンス用媒体として使用されており、しかも別の出口を通じて排出されるのではな い。それに代えて、機構全体が測定対象の液体中に浸漬され、装置の上端にある ピストン及びシリンダ間の環状のギャップを通じて液体が導入されかつ排出され るようになっている。

正確な安定化を達成するためには、ピストンの位置をモニターするためのｎＨセ ッサを駆動機構に設けることが好ましい。クランクＦａ構によってピストンが往 復駆動される場合には、好ましい装置として、クランクの回転を信号で示す角度 インジケータがある。

装置を洗浄するのに、サンプル容器をＲ＋！！的に振動させる超音波発振器を組 み合わせることが好ましい。これにより、リンス工程中に、リンス液がサンプル 容器を介して振動し得る。この場合には、容器の壁面に付着した固形物が、主と してキャビテーノマン効果によって除去される。

したがって、サンプル容器の底壁は金属製であることが好ましい。この場合には 、過剰な減衰を引き起こすかもしれないプラスチック製の絶縁面を介した結合に 比して、液体への超音波振動をロス無く伝達できる。インピーダンス整合は、容 器の底壁を拡径断面形状とすることによって容易に達成される。

サンプル容器は、好ましくは、金属製の４邪容器を有しており、その概ね円筒状 の内部キャビティ内には絶縁ブロックが圧入されている。絶縁ブロックは、ポリ テトラフルロオロエチレン製であることが好ましく、前記リザーバを構成する開 口上側円筒部と、前記キャビティを構成する下側円筒部と、その間を滑らかに繋 ぐ部分とを有している。絶縁ブロックの底壁面には通路が形成されており、その 通路は前記外側容器のフラットな床面によって閉じられるダクトを形成している 。この構成は、サンプル容器を完全に空にすることを可能にし、これによって後 続のサンプルを汚染するリンス液が殆ど残り得ない。

この装置の特に有利な点は、測定対象の処理物質が吸引される際に通過する吸引 パイプに入口側が連結されたポンプ手段を有するサンプリング装置が組み込まれ ていることである。ポンプ手段は出入口側では圧力バイブを介してバルブの第１ 入口に連通しており、そのバルブによってサンプリング容器は圧力バイブ及び圧 力ガス源のいずれか一方に接続され得る。サンプリング容器の他方端は、さらな るバルブを介して、処理物質源及びリザーバのいずれか一方に連結される。動作 中では、処理物質はサンプリング容器を通じて流され、それによってサンプリン グ容器は常に連続的にサンプルで満たされていることになる。サンプリング容器 からサンプルを抜き出し、続いてその高分子電解質の量を決定することが望まれ る場合にはいつでも、各バルブは、圧縮ガスがサンプリング容器の内容物を加圧 し、リザーバへ送り込むように切り換えられる。この構成は、サンプルの液量を 一定にし、また同時にサンプルの汚染の危険を回避することを確実にする。

図面の簡単な説明 図１は、本発明に係る装置の一実施例の一部縦断面概略図：そして図２は、図１ に示された装置とともに用いられるサンプリング装置の一実施例のプロＩり概略 図である。

い　の雷日 図１に示す本発明の実施例では、内側絶縁ブロック３７と、外壁３８及び床３９ からなる外側金属部とを有するサンプル容器３０が設けられている。好ましくは 、プロ、り３７はポリテトラフルオロエチレンから構成されており、容器３０は ドインの環１スチールコードに定義されているＶ２Ａグレードのステンレス鋼か ら構成されている。

絶縁ブロック３７の略中央に形成された穴は筒状キャビティ３１を構成しており 、その上端部はさらに直径の大きい筒状リザーバ３２に接続している。筒状キャ ビティ３１の上端には、環状段部３６が設けられており、その中に非腐食金属か らなる環状の第１ｆｉ１１３４が固定されている。床３９は、筒状キャビティ３ １をその下端で閉じており、また第２電極３５をその部分で形成している。

電極３４．３５は、アンプ５６の入力端に接続されており、アンプ５６の出力端 は制御部２２の入力端に接続されている床］９は、拡径部４０に一体に形成され ており、拡径部４０の下端には２つの環状の圧電発振子４４．４５が固着されて いる。圧電発振子４４．４５は、互いに重ね合わされており、ねじ付ボルト４８ とワ１ンヤー４７とによって床に対して圧接（７ている。圧電発振子４４．４５ 間には電極４６が挿入されている。この構造では、圧電発振子４４．４５の外側 の環状面がボルト４８を介して互いに電気的に接続されており、その結果圧電発 振子４４．４５は電気的に並列かつ機械的に直列の状態となっている。それらは 、電極４６及び金属部分３９．／４０．４７．４８を通じ、ドライバアンプ５５ を介して出力する超音波発振器５４により電気的に制御される。これら全ての構 成は、電気的及び機械的構成要素の全てに関して好適な値に発振周波数が自動的 にセブトされるようなフィードバックを含んでいることが好ましい。なお、拡径 部４０の拡径断面形状は、過剰な減衰の防止に役立つ。

絶縁プロ１り３７の下端面には、放射方向の通路４１が形成されている。通路４ １は、通路自身の壁面と床３９とによって形成される断面が、高速道路のトンネ ルに似た円の一部分であるような断面形状のダクトとなっている。通路４１の外 周端に一致する位置において外壁３８には、連結部４２に隣接する穴が形成され ている。連結部４２には、ソレノイドバルブ２８に連通する導管が形成されてお り、それによって連結部４２が出口バイブ２９に連結されている。ソレノイドバ ルブ２８は、制御部２２に制御線を介して連結されている。

筒状キャビティ３１には、ピストン３３が挿入されている。ピストン３３は、電 気的絶縁性の材料で構成されており、またキャビティ３１の壁面を構成する絶縁 ブロック３７とピストン３３の外周面との間に数分の１ｍｍ程度の非常に狭いギ ャップが形成されるように寸法が設定されている。ピストン３３は、下端に平面 を有しており、また他端がモータ５２によって回転駆動され得るクランク５１に シャフト４９を介して連結されている。角度センサ５３は、クランク５１の回転 角度をモニタするためにクランク５１に設けられており、それによってピストン ３３の垂直方間の位置を測定し制御部２２に信号を送る。モータ５２は、駆動ア ンプ５７を介して制御部２２によって制御され、その結果ピストン３３の駆動部 ５０が正確に制御され得る。リザーバ３２部分には３方からの導入がある。その 一つはリンスダクト２６であり、制御部２２によって制御されるソレノイドバル ブ２７を介し、蒸留水等のリンス液で満たされている容器に対して接続可能とな っている。滴定ダクト２４は、またリザーバ３２部分に開口しており、制御部２ ２によって制御されるソレノイドバルブ２５を介して、滴定液が収納された容器 に接続され得る。そして、測定対象の液サンプルは、サンプル容器に対して、リ ザーバ３２部分に開口するダクト１９を介して導入される。このサンプルの導入 は、また制御部２２の制御にしたがって実行される。

前記装置の動作を以下に説明する。

まず、液サンプルの所定量がリザーバ３２部分にダクト１９を介して導入される 。ピストン３３が駆動部５ｏによって往復駆動され、また発生流動電位が電極３ ４．３５及びアンプ５６を介して制御部２２に伝達される。制御部２２は、その データを処理し、測定器５８によって測定値を表示しあるいは記録し、またはこ の７ステムの他の部分（図示せず）に対して制御信号として測定値を利用できる ようにする。同時に、ダクト２４を用いて滴定動作が行われる。

測定が完了した後、バルブ２８が、ピストン３３が下降する間開き、上昇する開 閉じる。その結果、容器内に収容された液体のすべてが出口バイブ２９へと押し 出され、排出される。容器内に残っているサンプル量が確実に検出されなくなる のに充分な回数だけポンプ動作を行った後、リンスバルブ２７が開かれ、リンス 液がダクト２６を通じてリザーバ３２部分に入り込む。それが行われている間、 ピストン３３は往復運動を続けており、バルブ２８が上述したようにその往復運 動に同期して開閉する。同時に、超音波発振器５４が制御部２２によってオンさ れ、その結果リンス液内に超音波が導入される。ピストン動作に伴う室内でのリ ンス液の流動に加えて、液の超音波振動によるキャビテーション効果によって、 サンプルに接触した部分が徹底的に洗浄される。通路４１もまた徹底的に洗浄さ れる。これは、通路４１の壁面の一部が超音波発振ユニット４３によって発振さ せられる床３９で構成されているからである。

リンス工程が充分な時間連続して行われれば、導入リンス液の流れがバルブ２７ を閉じることによって停止させられる。そして、残つたリンス液が、ピストン３ ３の運動によって押し出される。これによって、新たなサンプルが導入可能とな る。

プロセス導管２０（図２）あるいはプロセス容器からサンプルを取り出す場合に は、図２を用いて次に説明する装置を使用するのが有利である。この装置は吸引 パイプ１１を有しており、吸引パイプ１１は一端がプロセス導管２０またはプロ セス容器に連通し、他端がポンプｌＯの入口側に連通している。ポンプＩＯの出 口側は圧力バイブ１２を介して、第１ソレノイドバルブ１３の入口ポートａに接 続されている。第１ソレノイドバルブ１３の出口ポートｂは、チューブ状サンプ リング容器１５の一端に取り付けられている。サンプリング容８１５の他端は、 第２ソレノイドバルブ１４の入口ポートｂに接続されている。第２ソレノイドバ ルブ１４の出口ポートａは、戻しパイプ１６を介してプロセス導管２０またはプ ロセス容器に連通している。ソレノイドバルブ１３．１４が図２に示された状態 では、液体はプロセス導Ｗ２０から連続的に吸い上げられ、サンプリング容器１ ５へ押し出されている。これによって、サンプリング容器１５の内容物は、その ときのプロセス導管２０の内容物と同じとなっている。

第１ソレノイドバルブ１３の第２人ロポートＣは、圧縮ガスパイプ１７を介して 圧縮ガス源１８に接続されている。第２バルブ１４の東２出ロポートＣは、リザ ーバ３２部分に開口するサンプリングパイプ１９に接続されている。

ソレノイドバルブ１３．１４が図２の外側に示されたもう一方の状態に切り換え られると、サンプリング容器１５の内容物及びバルブ１３．１４内の残留物が、 圧縮ガス源１８からの圧縮ガスによってサンプリングパイプ１９を通じてリザー バ３２部分へと押し出される。ガスは、残留する液滴がリザーバ３２部分へすっ かり導入されるまで供給されるのが好ましい。このサンプリング方法によれば、 概ね正確かつ再現性のある役液が、サンプルの組成を変えることなく簡単に行え る。さらに、このサンプリング装置は、浸食性のある固体を含む取扱いが難しい 液体に対して耐久性がある。これは、すべての構成部分が処理液の余分及び圧縮 エアにより洗浄されるからである。この利点は、汚水をモニタする場合に特に重 要であり、また図１の装置の各部を特に効果的に浄化することによって補完され る。

電極３４．３５の表面の状態は、実質的に定量残る液体によって引き起こされる 初期電位によってモニタされ得る。本発明の別の実施例では、一定の標準液がサ ンプルの代わりにリザーバ３２部分に導入される。これにより、その初期電位が 正確な指標となり、電極３４．３５の表面状態の評価が行える。初期電位がある 臨界レベルを下回れば、それに続いて制御部２２が警告システムを作動させ、Ｎ 極が点検され得る。

Ｉ紛豊 高分子電解質測定装置、特に汚水等の液体処理対象の高分子電解質測定装置では 、大径のリザーバの下方に配置された電気的絶縁性の円筒状キャビティを有する サンプル容器が使用される。撹散の電極が、円筒状キャビティの実質的両端に配 置され、また牛ヤビティ内で所定の僅かなりリアランスを伴って絶縁性ピストン が往復駆動され得る。１！！極間の電位差を測定するための手段も設けられてい る。高分子７４Ｍ’１２測定を自動的に行うために、本発明では、円筒状キャビ ティの床で開口しかつ出口バイブに連結された出口通路と、リザーバにリンス液 を導入するための制御バルブを備えたリンスダクトと、ピストンを往復駆動する ための駆動手段と出口バイブに設けられたバルブとリンスバルブとに接続された 制御部とが設けられている。制御部は、各高分子亀解買測定後に、ピストンの往 復運動に伴って、測定対象の処理物質をサンプル容器から出口通路を通じて除去 し、リンス液を導入し、そして出口通路を通じてリンス液を除去するように動作 するようになっている。ピストンの往復運動は、処理物質を排出し、効果的に洗 浄し、装置を清浄にするポンプ動作を、手操作を介在させることなく実現する。

国際調査報告 ｋｌｌ−１ｓ−＾−−悔−Ｉｔ−，ＰＣＴ／ＥＰ　９１１００４４１国際調査報 告 ＥＰ　９１００４４１ Ｓ＾　４５３０９

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．電気的に絶縁性の円筒状キャビティと、前記円筒伏キャビティよりも大きな 直径を有しかつ前記キャビディの上方で前記キャビティに達通するりザーバとを 有するサンプル容器と、 前記円筒伏キャビティの実質的両端にそれぞれ配置された複数の電極と、前記円 筒伏キャビティを構成する壁に対して所定のクリアランスを有するように構成さ れた電気的絶縁性のピストンと、前記円筒状キャビティ内で前記ピストンを往復 駆動するための駆動手段と、前記電極間の電位差を測定する手段と、を備えた自 動的に物質の高分子電解質を測定する装置において、前記円筒状キャビティの底 部に配置された出口部と、前記出口部を通適する液体を制御すろための第１バル ブと、前記リザーバ内にリンス液を導入するためのリンスダクトと、前記リンス ダクトに設けられ、前記リンスダクトを通過すろ前記リンス液の流れを制御する 第２バルブと、 前記駆動手段、前記第１バルブ及び前記第２バルブに接続されかつ動作制動可能 で、高分子電解質測定を実行した後に、前記ピストンの往復運動に伴って、前記 円両状キャビティから前記出口部を通じて測定対象の前記物質を排出し、そして 前記リザーバ内に前記リンス液を導入し、かつ前記出口部を通じて前記リンス液 を排出すろ制御部と、 を備えたことを特徴とする自動高分子電解質測定装置。
2. ２．洗浄中において、前記ピストンが下降している間前記第１バルブが開き、前 記ピストンが上昇している間前記第１バルブが閉じるように前記制御部が構成さ れている、請求項１に記載の装置。
3. ３．前記駆動手段が前記ピストンの位置をモニタする位置センサを有している、 請求項１に記載の装置。
4. ４．前記サンプル容器に対して機械的に連結され、前器リンス液中で超音波振動 を引き起こし得るように制御される超音波発振器を備えている請求項１に記載の 装置。
5. ５．前器円筒伏キャビティの下端部が、前記超音波発振器に結合される金属体を 有している、請求項４に記載の装置。
6. ６．前記金属体が、インピーダンス整合用の拡径部を介して超音波発振器に連結 されている、請求項５に記載の装置。
7. ７．前器金属体が前記拡径部に一体に形成されている、請求項６に記載の装置。
8. ８．前記サンプル容器は、絶縁ブロックが挿入される実質的に円筒状の内部スペ ースを形成する金属製外側容器を有しており、前記ブロックは、前記円筒伏キャ ビティ及び前器リザーバを構成するように直径が異なりかつ連通する複数の穴を 有している、請求項１に記載の装置。
9. ９．前記外側容器は、前記円筒状キャビティの長手方向の軸と直角の平面床を有 し、前記出口部は、前記床と同一高さに配置されかつ前記容器の外側に配置され た外側部分を含んでおり、前記絶縁ブロックは、前記サンプル容器の円筒状キャ ビティに対して放射方向に延びかつ前記出口部の内側部分となるダクトを構成す るように、前記床によって閉じられかつ前記床に対面している通路を有している 、請求項８に記載の装置。
10. １０．前記絶縁ブロックがポリテトラフルオロエチレンで構成されている、請求 項８に記載の装置。
11. １１．前記サンプル容器が本願で定義されているＶ２Ａ銅で構成されている、請 求項１に記載の装置。
12. １２．前記金属体が前記電極の１つを含んでいる、請求項５に記載の装置。
13. １３．サンプリングバイブを通じて前記リザーバへ送られる液体処理物質のサン プルを得るための手段が設けられており、その手段が、前記処理物質の源に接続 された吸引バイブと、前記吸引バルブに対し入力側が接続されたポンプ手段と、 前記ポンプ手段の出口側に接続された圧力バイブと、サンプリング容器と、 前記サンプリング容器に前妃圧力バイブを接続可能なように、前記制御部に接続 されかつ制動される第１バルブ手段と、前記源に接続された戻バイブと、 前記サンプリング容器内に前記ポンプ手段によって導入された前記処理物質を前 記源に戻すために、前記サンプリング容器を前記戻しバイブに接続するように、 前記制御部に接続されかつ制御される第２バルブ手段と、前記サンプリング容器 の内容物を前記サンプリングバイブを通じて前記リザーバに導入するように、前 記サンプリング容器に対して圧縮ガスを供給する手段とを備えた、請求項１に記 載の装置。
14. １４．前記サンプリング容器は、前記処理物質が搬送され得る導管として構成さ れている、請求項１３に記載の装置。
15. １５．前記第１及び第２バルブ手段は、前者が前記圧力バ寸イブを前記サンプリ ング容器に接続しかつ後者が前記サンプリング容器を前記戻しバイブに接続する 第１姿勢と、前者が前記圧縮ガスを供給する手段を前記サンプリング容器に接続 しかつ後者が前記サンプリング容器を前記サンプリングバブに接続する第２姿勢 とをとり得る三方向バルブを含んでいる、請求項１３に記載の装置。
16. １６．前記圧縮ガスを供給する手段が、加圧状態にある不活性ガスを供給する圧 縮ガス源を有している、請求項１３に記載の装置。