JPH0854339A - コロイド状物質を含む溶媒の色度、濁度の測定方法と その装置 - Google Patents
コロイド状物質を含む溶媒の色度、濁度の測定方法と その装置Info
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- JPH0854339A JPH0854339A JP6187970A JP18797094A JPH0854339A JP H0854339 A JPH0854339 A JP H0854339A JP 6187970 A JP6187970 A JP 6187970A JP 18797094 A JP18797094 A JP 18797094A JP H0854339 A JPH0854339 A JP H0854339A
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】濁質（コロイド状の散乱吸光物質）と溶解性吸
光物質の両方を含む溶媒の色度、濁度を、互いの干渉な
しに正確に測定する。 【構成】光源１からの光２を被測定溶媒３に照射し、そ
の透過光５の強度を第１の光検出器１０ａで測定し、散
乱光７の強度を第２の光検出器１０ａで測定する。測定
された透過光強度と散乱光強度のデータを演算部１１に
送る。演算部１１には、輸送方程式によりあらかじめ計
算された吸収係数と散乱係数への変換テーブルを格納し
ておき、透過光強度と散乱光強度を、それぞれ吸収係数
と散乱係数に変換する。この吸収係数と散乱係数を標準
物質への濃度換算係数を乗算した後、それぞれ色度、濁
度として表示装置１２に出力する。
光物質の両方を含む溶媒の色度、濁度を、互いの干渉な
しに正確に測定する。 【構成】光源１からの光２を被測定溶媒３に照射し、そ
の透過光５の強度を第１の光検出器１０ａで測定し、散
乱光７の強度を第２の光検出器１０ａで測定する。測定
された透過光強度と散乱光強度のデータを演算部１１に
送る。演算部１１には、輸送方程式によりあらかじめ計
算された吸収係数と散乱係数への変換テーブルを格納し
ておき、透過光強度と散乱光強度を、それぞれ吸収係数
と散乱係数に変換する。この吸収係数と散乱係数を標準
物質への濃度換算係数を乗算した後、それぞれ色度、濁
度として表示装置１２に出力する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コロイド状物質を含む
溶媒の色度、濁度の測定方法とその装置に関する。
溶媒の色度、濁度の測定方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、上水場から供給される水道水の
水質に関して、色と濁りの目視検査が法律で義務付けら
れているが、色は色度で代用し、濁りは濁度で代用して
もよいとしている。色度は波長３９０ｎｍの吸光度、濁
度は波長６６０ｎｍの吸光度として定義されており、吸
光度は透過光の減衰量を測定する。
水質に関して、色と濁りの目視検査が法律で義務付けら
れているが、色は色度で代用し、濁りは濁度で代用して
もよいとしている。色度は波長３９０ｎｍの吸光度、濁
度は波長６６０ｎｍの吸光度として定義されており、吸
光度は透過光の減衰量を測定する。
【０００３】しかし、被測定溶媒の色度は、その溶媒に
含まれる光吸収物質濃度の指標であり、標準物質の濃度
換算で示されるべきである。色度の測定は、一般に被測
定溶媒に濁質を含まないときにのみ行なわれるが、本来
は水に溶けている吸光成分と、微粒子が分散しているコ
ロイド状物質の吸光成分の両方を考える方が望ましい。
含まれる光吸収物質濃度の指標であり、標準物質の濃度
換算で示されるべきである。色度の測定は、一般に被測
定溶媒に濁質を含まないときにのみ行なわれるが、本来
は水に溶けている吸光成分と、微粒子が分散しているコ
ロイド状物質の吸光成分の両方を考える方が望ましい。
【０００４】基準となる吸光度の測定は、被測定溶媒を
光を透過する容器（光学セル）に入れ、光ビームを照射
して透過光の減衰量を測定することによって行なわれ、
光吸収物質の濃度と吸光度との間に、濁質のない場合、
以下に示すランバート・ベールの法則が成り立つ。 吸光度＝−ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ0 ）＝εＣＬ ここに、Ｉ0 ： 照射光強度 Ｉ ： 透過光強度 Ｃ ： 吸光物質の濃度 Ｌ ： 光路長 ε ： 物質固有の定数（吸光係数） である。
光を透過する容器（光学セル）に入れ、光ビームを照射
して透過光の減衰量を測定することによって行なわれ、
光吸収物質の濃度と吸光度との間に、濁質のない場合、
以下に示すランバート・ベールの法則が成り立つ。 吸光度＝−ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ0 ）＝εＣＬ ここに、Ｉ0 ： 照射光強度 Ｉ ： 透過光強度 Ｃ ： 吸光物質の濃度 Ｌ ： 光路長 ε ： 物質固有の定数（吸光係数） である。
【０００５】被測定溶媒の吸光係数εは、一般に未知で
あるが、標準物質の濃度と吸光度の検量線を作成してお
き、被測定溶媒の吸光度を測定して、検量線から被測定
溶媒の吸光度を標準物質濃度に換算することにより、被
測定溶媒の色度として計算することができる。一方、濁
度の測定についても、濁度は濁質、即ちコロイド状の散
乱吸光物質の濃度の指標であり、標準物質の濃度換算で
示されるべきである。濁質として溶解性の吸光物質を含
むとする考え方もあるが、一般には、溶解性の吸光物質
を除いたコロイド状物質のみで扱われることが多い。
あるが、標準物質の濃度と吸光度の検量線を作成してお
き、被測定溶媒の吸光度を測定して、検量線から被測定
溶媒の吸光度を標準物質濃度に換算することにより、被
測定溶媒の色度として計算することができる。一方、濁
度の測定についても、濁度は濁質、即ちコロイド状の散
乱吸光物質の濃度の指標であり、標準物質の濃度換算で
示されるべきである。濁質として溶解性の吸光物質を含
むとする考え方もあるが、一般には、溶解性の吸光物質
を除いたコロイド状物質のみで扱われることが多い。
【０００６】濁度の測定には、大別して以下に示す三つ
の方法があり、図３（ａ）〜（ｃ）を参照してこれらの
方法を説明する。第１の方法は図３（ａ）に示すよう
に、色度と同様に透過光の減衰量を測定する方式であ
り、光源１からの光２を、被測定溶媒３を入れた光学セ
ル４に照射し、矢印で表わした透過光５を受光器６ａで
測定するものである。このとき、被測定溶媒３中に溶解
性の吸光物質のない場合、コロイド成分濃度に由来する
光の散乱と、光吸収による透過光の減衰量が、近似的に
ランバート・ベールの法則と同じになるとされ、以下の
式が成り立つ。
の方法があり、図３（ａ）〜（ｃ）を参照してこれらの
方法を説明する。第１の方法は図３（ａ）に示すよう
に、色度と同様に透過光の減衰量を測定する方式であ
り、光源１からの光２を、被測定溶媒３を入れた光学セ
ル４に照射し、矢印で表わした透過光５を受光器６ａで
測定するものである。このとき、被測定溶媒３中に溶解
性の吸光物質のない場合、コロイド成分濃度に由来する
光の散乱と、光吸収による透過光の減衰量が、近似的に
ランバート・ベールの法則と同じになるとされ、以下の
式が成り立つ。
【０００７】 透過光減衰量＝−ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ0 ）＝τＴＬ ここに、Ｉ0 ： 照射光強度 Ｉ ： 透過光強度 Ｔ ： 濁質の濃度 Ｌ ： 光路長 τ ： 比例定数 である。
【０００８】被測定溶媒３の濁度は、標準物質の濃度と
透過光減衰量の検量線を作成した後に、試料の透過光減
衰量を測定して、検量線から透過光減衰量を標準物質濃
度に換算することにより、求めることができる。第２の
方法は図３（ｂ）に示すように、散乱光の強度を測定す
る方式であり、光源１からの光２を、被測定溶媒３を入
れた光学セル４に照射し、下方に向かう矢印で表わした
散乱光７を受光器６ｂで測定するものである。このと
き、被測定溶媒３中に溶解性吸光物質を一定量含む場
合、コロイド成分濃度と散乱光強度はほぼ比例し、次式
のようになる。
透過光減衰量の検量線を作成した後に、試料の透過光減
衰量を測定して、検量線から透過光減衰量を標準物質濃
度に換算することにより、求めることができる。第２の
方法は図３（ｂ）に示すように、散乱光の強度を測定す
る方式であり、光源１からの光２を、被測定溶媒３を入
れた光学セル４に照射し、下方に向かう矢印で表わした
散乱光７を受光器６ｂで測定するものである。このと
き、被測定溶媒３中に溶解性吸光物質を一定量含む場
合、コロイド成分濃度と散乱光強度はほぼ比例し、次式
のようになる。
【０００９】 散乱光強度（ＩS ）＝ｋＴ ｋ：比例定数 被測定溶媒３の濁度は、標準物質で検量線を作成した
後、標準物質濃度に換算して示される。第３の方法は、
図３（ｃ）に示すように、積分球８と二つの受光器６
ａ，６ｂを用いてを用いて透過光強度と全散乱光強度を
測定する方式であり、光源１からの光２をレンズ９によ
り集光し、被測定溶媒３を入れた光学セル４を経て、積
分球８に入射した光２の透過光５の強度（Ｉt ）を受光
器６ａで測定し、散乱光７の強度（ＩS ）を受光器６ｂ
で測定するものである。このとき、溶解性吸光物質の影
響を差し引いた後の照射光強度を（Ｉt ＋ＩS ）とし
て、次式により濁質濃度（Ｔ）を求めることができる。
後、標準物質濃度に換算して示される。第３の方法は、
図３（ｃ）に示すように、積分球８と二つの受光器６
ａ，６ｂを用いてを用いて透過光強度と全散乱光強度を
測定する方式であり、光源１からの光２をレンズ９によ
り集光し、被測定溶媒３を入れた光学セル４を経て、積
分球８に入射した光２の透過光５の強度（Ｉt ）を受光
器６ａで測定し、散乱光７の強度（ＩS ）を受光器６ｂ
で測定するものである。このとき、溶解性吸光物質の影
響を差し引いた後の照射光強度を（Ｉt ＋ＩS ）とし
て、次式により濁質濃度（Ｔ）を求めることができる。
【００１０】 ＩS ／（Ｉt ＋ＩS ）＝ｋＴ ｋ：比例定数 被測定溶媒３の濁度は、標準物質で検量線を作成した
後、標準物質濃度に換算する。
後、標準物質濃度に換算する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように色度を光吸収物質濃度の指標とし、濁度をコロイ
ド状の散乱吸光物質の濃度の指標とする考え方に基づい
て、溶解性吸光物質と濁質（コロイド状の散乱吸光物
質）の両方を含む被測定溶媒の色度および濁度を測定す
るには、上に述べた従来の方法では、次のような問題を
生ずる。
ように色度を光吸収物質濃度の指標とし、濁度をコロイ
ド状の散乱吸光物質の濃度の指標とする考え方に基づい
て、溶解性吸光物質と濁質（コロイド状の散乱吸光物
質）の両方を含む被測定溶媒の色度および濁度を測定す
るには、上に述べた従来の方法では、次のような問題を
生ずる。
【００１２】まず、吸光度による色度の測定は、濁質が
存在する場合、濁質の光散乱により透過光量が変わるた
め、ランバート・ベールの法則が適用できず、色度の正
確な測定を行なうことができない。フィルターで濾過し
た試料を測定すれば、濁質の影響を取り除くことはでき
るが、これは濁質に含まれる吸光成分を考慮していない
ことになる。即ち、溶液が色付いて見えるとき、コロイ
ド粒子の光吸収が原因となることがあるにもかかわら
ず、このような光吸収物質（コロイド状物質）の測定を
行なうことができない。
存在する場合、濁質の光散乱により透過光量が変わるた
め、ランバート・ベールの法則が適用できず、色度の正
確な測定を行なうことができない。フィルターで濾過し
た試料を測定すれば、濁質の影響を取り除くことはでき
るが、これは濁質に含まれる吸光成分を考慮していない
ことになる。即ち、溶液が色付いて見えるとき、コロイ
ド粒子の光吸収が原因となることがあるにもかかわら
ず、このような光吸収物質（コロイド状物質）の測定を
行なうことができない。
【００１３】次に、濁度の測定について、第１の方法
（透過光による測定）は、溶解性吸光物質が存在する場
合、その量の変動によって透過光量が変わるので、正確
な測定を行なうことができない。また溶解性吸光物質の
量が一定であっても、コロイド成分が増えると、多重散
乱の影響により散乱光の実質的な光路長が長くなり、溶
解性吸光物質由来の光吸収も増えるため、正確な測定が
できない。例えば、コロイド状物質に溶解性吸光物質を
含めて、濁度を定義することもあるが、本来は両者を区
分して濁度を求めるべきであると考えられる。
（透過光による測定）は、溶解性吸光物質が存在する場
合、その量の変動によって透過光量が変わるので、正確
な測定を行なうことができない。また溶解性吸光物質の
量が一定であっても、コロイド成分が増えると、多重散
乱の影響により散乱光の実質的な光路長が長くなり、溶
解性吸光物質由来の光吸収も増えるため、正確な測定が
できない。例えば、コロイド状物質に溶解性吸光物質を
含めて、濁度を定義することもあるが、本来は両者を区
分して濁度を求めるべきであると考えられる。
【００１４】第２の方法（散乱光による測定）では、第
１の方法と同様に、溶解性吸光物質の影響によって散乱
光強度が変化し、コロイド成分由来の散乱光強度変化と
溶解性吸光物質由来の散乱光強度変化とを、それぞれ単
独に取り扱うことができず、濁度の正確な測定を行なう
ことができない。第３の方法（積分球方式）について
は、吸光物質の影響が第１，第２の方法に比べて小さく
なるが、コロイド成分が増えると、透過光の光路長がほ
ぼ一定であるのに、多重散乱により散乱光の実質的な光
路長が長くなり、やはり、溶解性吸光物質の影響を受
け、正確な測定ができなくなる。
１の方法と同様に、溶解性吸光物質の影響によって散乱
光強度が変化し、コロイド成分由来の散乱光強度変化と
溶解性吸光物質由来の散乱光強度変化とを、それぞれ単
独に取り扱うことができず、濁度の正確な測定を行なう
ことができない。第３の方法（積分球方式）について
は、吸光物質の影響が第１，第２の方法に比べて小さく
なるが、コロイド成分が増えると、透過光の光路長がほ
ぼ一定であるのに、多重散乱により散乱光の実質的な光
路長が長くなり、やはり、溶解性吸光物質の影響を受
け、正確な測定ができなくなる。
【００１５】ここで、溶媒中に照射された光の挙動をさ
らに詳細に考察する。入射された光子は、まずある確率
で溶媒中に溶けている吸光物質に吸収されるが、吸収さ
れなかった光子はある確率でコロイド粒子に遭遇し、散
乱または吸収される。そして散乱された光子がある確率
で方向を変えるという上記の過程を繰り返し、最後まで
吸収されなかった光子のみが検出される。検出される光
量は、光子が最後まで吸収されずに検出器に到達する確
率に比例する。
らに詳細に考察する。入射された光子は、まずある確率
で溶媒中に溶けている吸光物質に吸収されるが、吸収さ
れなかった光子はある確率でコロイド粒子に遭遇し、散
乱または吸収される。そして散乱された光子がある確率
で方向を変えるという上記の過程を繰り返し、最後まで
吸収されなかった光子のみが検出される。検出される光
量は、光子が最後まで吸収されずに検出器に到達する確
率に比例する。
【００１６】散乱成分の濃度（コロイド状物質の濃度）
を変えずに、溶解性の吸光物質の濃度を増加させた場
合、光路長分布は、たとえ散乱成分の濃度を変化させな
くても、散乱成分の濃度の絶対値が異なれば、同じ分布
にはならない。そして溶解性物質の吸光による光子の吸
収確率は光路長に比例するから、吸光物質の濃度を増加
させると、長い光路を通った光子の数は減少する。この
減少の仕方は、光路長分布に依存するので、散乱成分の
濃度の絶対値が異なると、減少の仕方も変わることにな
る。即ち、吸光物質の濃度を増加させたときに測定され
る光量の変化率は、散乱成分の濃度が一定であっても、
その絶対値が異なる場合に変わるのである。
を変えずに、溶解性の吸光物質の濃度を増加させた場
合、光路長分布は、たとえ散乱成分の濃度を変化させな
くても、散乱成分の濃度の絶対値が異なれば、同じ分布
にはならない。そして溶解性物質の吸光による光子の吸
収確率は光路長に比例するから、吸光物質の濃度を増加
させると、長い光路を通った光子の数は減少する。この
減少の仕方は、光路長分布に依存するので、散乱成分の
濃度の絶対値が異なると、減少の仕方も変わることにな
る。即ち、吸光物質の濃度を増加させたときに測定され
る光量の変化率は、散乱成分の濃度が一定であっても、
その絶対値が異なる場合に変わるのである。
【００１７】次に、吸光成分の濃度（コロイド状物質の
吸光成分濃度と溶解性物質の吸光成分濃度とを含む）を
変えることなく、散乱成分の濃度を変化させた場合、あ
る検出位置に到達した光子の光路長は、多重散乱の影響
により散乱の程度が強くなるほど長くなる。そのため同
じ吸光成分の濃度であっても、散乱が強くなるほど吸収
確率は高い。また、光路長分布も散乱成分の濃度変化に
よって変わるので、検出される光量は、散乱成分の濃度
に比例しない。
吸光成分濃度と溶解性物質の吸光成分濃度とを含む）を
変えることなく、散乱成分の濃度を変化させた場合、あ
る検出位置に到達した光子の光路長は、多重散乱の影響
により散乱の程度が強くなるほど長くなる。そのため同
じ吸光成分の濃度であっても、散乱が強くなるほど吸収
確率は高い。また、光路長分布も散乱成分の濃度変化に
よって変わるので、検出される光量は、散乱成分の濃度
に比例しない。
【００１８】次は、溶解性の吸光成分濃度を変えること
なく、コロイド状物質の濃度（コロイド状物質の吸光成
分濃度と散乱成分濃度とを含む）を変化させた場合であ
るが、全体の吸光成分濃度（コロイド状物質の吸光成分
濃度と溶解性物質の吸光成分濃度）と散乱成分の濃度の
両方が変わっていることになるので、検出される光量
は、さらに複雑になり、やはり散乱成分の濃度に比例し
ない。
なく、コロイド状物質の濃度（コロイド状物質の吸光成
分濃度と散乱成分濃度とを含む）を変化させた場合であ
るが、全体の吸光成分濃度（コロイド状物質の吸光成分
濃度と溶解性物質の吸光成分濃度）と散乱成分の濃度の
両方が変わっていることになるので、検出される光量
は、さらに複雑になり、やはり散乱成分の濃度に比例し
ない。
【００１９】以上を要約すると、従来の測定方法は、吸
光成分濃度（コロイド状物質の吸光成分濃度と溶解性物
質の吸光成分濃度）の変化に由来する光量変化と、散乱
成分の濃度（コロイド状物質の散乱成分濃度）の変化に
由来する光量変化とを、それぞれ単独に評価することが
できず、また、コロイド状物質の濃度（コロイド状物質
の吸光成分濃度と散乱成分濃度）の変化に由来する光量
変化と、溶解性吸光物質の濃度の変化に由来する光量変
化とを、それぞれ単独に測定することができない。した
がって、濁質（コロイド状の散乱吸光物質）と溶解性吸
光物質の双方を含む被測定溶媒の色度，濁度を検出する
際、上記のいずれに由来するものであるかを、正確に把
握することができないというのが問題である。
光成分濃度（コロイド状物質の吸光成分濃度と溶解性物
質の吸光成分濃度）の変化に由来する光量変化と、散乱
成分の濃度（コロイド状物質の散乱成分濃度）の変化に
由来する光量変化とを、それぞれ単独に評価することが
できず、また、コロイド状物質の濃度（コロイド状物質
の吸光成分濃度と散乱成分濃度）の変化に由来する光量
変化と、溶解性吸光物質の濃度の変化に由来する光量変
化とを、それぞれ単独に測定することができない。した
がって、濁質（コロイド状の散乱吸光物質）と溶解性吸
光物質の双方を含む被測定溶媒の色度，濁度を検出する
際、上記のいずれに由来するものであるかを、正確に把
握することができないというのが問題である。
【００２０】
１．被測定溶媒を透過、散乱した光強度を、被測定溶媒
の単位体積当たりの吸収断面積（吸収係数）と、被測定
溶媒の単位体積当たりの散乱断面積（散乱係数）に変換
して、被測定溶媒の吸収係数を色度に対応するものとし
て測定し、被測定溶媒の散乱係数を濁度に対応するもの
として測定する。これら変換方法は輸送方程式の解法に
よる光強度を計算した変換テーブルを格納した演算部を
備えた装置により行なうことができる。
の単位体積当たりの吸収断面積（吸収係数）と、被測定
溶媒の単位体積当たりの散乱断面積（散乱係数）に変換
して、被測定溶媒の吸収係数を色度に対応するものとし
て測定し、被測定溶媒の散乱係数を濁度に対応するもの
として測定する。これら変換方法は輸送方程式の解法に
よる光強度を計算した変換テーブルを格納した演算部を
備えた装置により行なうことができる。
【００２１】２．被測定溶媒を透過、散乱した光強度
を、吸収係数と散乱係数に変換する。次に被測定溶媒を
フィルター濾過し、透過光の減衰量を測定して、溶解性
成分に起因する被測定溶媒の部分吸収係数に変換する。
そして被測定溶媒の吸収係数から溶解性成分に起因する
部分吸収係数を差し引いて、コロイド成分に起因する部
分吸収係数を求める。溶解性成分に起因する部分吸収係
数と、コロイド成分に起因する部分吸収係数と、被測定
溶媒の散乱係数と、これら相互の加算、減算の結果に、
さらに標準物質の濃度換算係数を乗算して色度、濁度を
求めることができる。
を、吸収係数と散乱係数に変換する。次に被測定溶媒を
フィルター濾過し、透過光の減衰量を測定して、溶解性
成分に起因する被測定溶媒の部分吸収係数に変換する。
そして被測定溶媒の吸収係数から溶解性成分に起因する
部分吸収係数を差し引いて、コロイド成分に起因する部
分吸収係数を求める。溶解性成分に起因する部分吸収係
数と、コロイド成分に起因する部分吸収係数と、被測定
溶媒の散乱係数と、これら相互の加算、減算の結果に、
さらに標準物質の濃度換算係数を乗算して色度、濁度を
求めることができる。
【００２２】
【作用】溶媒の単位体積当たりの吸収断面積（吸収係
数）は光吸収物質量に比例し、溶媒の単位体積当たりの
散乱断面積（散乱係数）は光散乱物質量に比例する。色
度、濁度の定義として、それぞれ吸収係数と散乱係数を
用いると、これら二つの物理量は互いに独立なものであ
るから、互いに干渉することがない。
数）は光吸収物質量に比例し、溶媒の単位体積当たりの
散乱断面積（散乱係数）は光散乱物質量に比例する。色
度、濁度の定義として、それぞれ吸収係数と散乱係数を
用いると、これら二つの物理量は互いに独立なものであ
るから、互いに干渉することがない。
【００２３】被測定溶媒の吸収係数と散乱係数の測定
は、直接行なうことはできないが、これらは、輸送方程
式により吸収係数と散乱係数に関係付けることは可能で
ある。そこで、これらの変換テーブルをあらかじめ作成
しておくことにより、被測定溶媒の透過光強度と散乱光
強度の測定から、吸収係数と散乱係数が求めることがで
きる。
は、直接行なうことはできないが、これらは、輸送方程
式により吸収係数と散乱係数に関係付けることは可能で
ある。そこで、これらの変換テーブルをあらかじめ作成
しておくことにより、被測定溶媒の透過光強度と散乱光
強度の測定から、吸収係数と散乱係数が求めることがで
きる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。コ
ロイド状物質を含む被測定溶媒に対して、光の散乱を起
こすのは、コロイド成分のみであるが、光を吸収するの
は溶解性成分とコロイド状成分の双方で起こる。そこ
で、色度の指標として吸光物質の濃度、濁度の指標とし
て散乱物質の濃度を考えるのが適切であるとして、被測
定溶媒の色度および濁度を測定するに当たり、本発明者
らは、以下のような考察を行なった。
ロイド状物質を含む被測定溶媒に対して、光の散乱を起
こすのは、コロイド成分のみであるが、光を吸収するの
は溶解性成分とコロイド状成分の双方で起こる。そこ
で、色度の指標として吸光物質の濃度、濁度の指標とし
て散乱物質の濃度を考えるのが適切であるとして、被測
定溶媒の色度および濁度を測定するに当たり、本発明者
らは、以下のような考察を行なった。
【００２５】溶媒を均質な物質と仮定すると、その均質
な物質の無限小の体積での散乱物質の存在確率と吸光物
質の存在確率は、無限小の体積における散乱確率と吸収
確率にそれぞれ比例する。単位空間当たりの散乱確率
は、単位空間当たりの散乱断面積に比例し、単位空間当
たりの吸収確率は、単位空間当たりの吸収断面積に比例
する。散乱断面積と吸収断面積は、本来、単一微粒子の
光散乱強度と光吸収強度の指標であり、単位断面積に単
位時間当たり入射するエネルギーに対する散乱と吸収の
それぞれによるエネルギー損失の割合として定義するこ
とができる。ここでは、単位空間当たりの散乱断面積
は、全てのコロイド粒子の散乱断面積の合計を空間体積
で割ったもの（次元は距離の逆数）とし、単位空間当た
りの吸収断面積は、全てのコロイド粒子の吸収断面積
と、全ての溶解性吸光物質の吸収断面積の合計を空間体
積で割ったもの（次元は距離の逆数）とし、物質の単位
空間当たりの散乱断面積を散乱係数と呼び、単位空間当
たりの吸収断面積を吸収係数と呼ぶことにする。以上を
纏めると、コロイド状物質の濃度は、散乱物質の濃度に
比例し、また散乱係数に比例する。吸光物質の濃度は吸
収係数に比例する。
な物質の無限小の体積での散乱物質の存在確率と吸光物
質の存在確率は、無限小の体積における散乱確率と吸収
確率にそれぞれ比例する。単位空間当たりの散乱確率
は、単位空間当たりの散乱断面積に比例し、単位空間当
たりの吸収確率は、単位空間当たりの吸収断面積に比例
する。散乱断面積と吸収断面積は、本来、単一微粒子の
光散乱強度と光吸収強度の指標であり、単位断面積に単
位時間当たり入射するエネルギーに対する散乱と吸収の
それぞれによるエネルギー損失の割合として定義するこ
とができる。ここでは、単位空間当たりの散乱断面積
は、全てのコロイド粒子の散乱断面積の合計を空間体積
で割ったもの（次元は距離の逆数）とし、単位空間当た
りの吸収断面積は、全てのコロイド粒子の吸収断面積
と、全ての溶解性吸光物質の吸収断面積の合計を空間体
積で割ったもの（次元は距離の逆数）とし、物質の単位
空間当たりの散乱断面積を散乱係数と呼び、単位空間当
たりの吸収断面積を吸収係数と呼ぶことにする。以上を
纏めると、コロイド状物質の濃度は、散乱物質の濃度に
比例し、また散乱係数に比例する。吸光物質の濃度は吸
収係数に比例する。
【００２６】媒体の散乱係数と吸収係数が与えられ、媒
体の形状と光源が与えられると、透過、散乱した出力光
量は、下記の輸送方程式を解くことにより得られる。
体の形状と光源が与えられると、透過、散乱した出力光
量は、下記の輸送方程式を解くことにより得られる。
【００２７】
【数１】
【００２８】 ここに、 μa ： 吸収係数 μs ： 散乱係数 Ｌ（ｒ，Ω） ： 位置ｒにおける単位面積、単位時
間、単位立体角ｄΩ当たり方向Ωに向かうエネルギー ｄμs （ｒ，Ω′→Ω）： 位置ｒにおける方向Ω′か
ら方向Ωに向かう散乱確率 ｓ（ｒ，Ω）： 光源 である。
間、単位立体角ｄΩ当たり方向Ωに向かうエネルギー ｄμs （ｒ，Ω′→Ω）： 位置ｒにおける方向Ω′か
ら方向Ωに向かう散乱確率 ｓ（ｒ，Ω）： 光源 である。
【００２９】この方程式は、一般にモンテカルロ法を用
いて解くことができる。また、散乱が支配的な場合は、
拡散近似法を用いて解くこともできる。図１は本発明の
方法が適用される装置の要部構成を示す模式図であり、
図３と共通部分を同一符号で表わしたものである。図１
において、光源１からの光２をレンズ９により収束し、
直方体の光学セル４内に保持された被測定溶媒３に照射
して、その透過光５の強度を第１の光検出器１０ａで測
定し、一方散乱光７の強度を第２の光検出器１０ｂで測
定する。測定されたこの透過光強度と散乱光強度のデー
タは演算部１１に送られるが、演算部１１には、輸送方
程式によりあらかじめ計算された表１，表２に示す変換
テーブルを格納してある。
いて解くことができる。また、散乱が支配的な場合は、
拡散近似法を用いて解くこともできる。図１は本発明の
方法が適用される装置の要部構成を示す模式図であり、
図３と共通部分を同一符号で表わしたものである。図１
において、光源１からの光２をレンズ９により収束し、
直方体の光学セル４内に保持された被測定溶媒３に照射
して、その透過光５の強度を第１の光検出器１０ａで測
定し、一方散乱光７の強度を第２の光検出器１０ｂで測
定する。測定されたこの透過光強度と散乱光強度のデー
タは演算部１１に送られるが、演算部１１には、輸送方
程式によりあらかじめ計算された表１，表２に示す変換
テーブルを格納してある。
【００３０】表１は、縦方向に記入した散乱係数μ
s と、横方向に記入した吸収係数μa のそれぞれの係数
に対応する透過光強度を表わしており、表２は同様にし
て散乱光強度を表わすものである。
s と、横方向に記入した吸収係数μa のそれぞれの係数
に対応する透過光強度を表わしており、表２は同様にし
て散乱光強度を表わすものである。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】 以上のようにして演算部１１に送られた透過光強度と散
乱光強度のデータは、この変換テーブルを検索すること
により、吸収係数と散乱係数に変換することができる。
そして色度の出力として被測定溶媒の吸収係数を、濁度
の出力として被測定溶媒の散乱係数を、それぞれ標準物
質への濃度換算係数を乗算した後、表示装置１２に示す
ことができる。
乱光強度のデータは、この変換テーブルを検索すること
により、吸収係数と散乱係数に変換することができる。
そして色度の出力として被測定溶媒の吸収係数を、濁度
の出力として被測定溶媒の散乱係数を、それぞれ標準物
質への濃度換算係数を乗算した後、表示装置１２に示す
ことができる。
【００３３】以上の過程で注目すべきは、吸収係数と散
乱係数は物質の持つ定数値であるから互いに独立に存在
し、吸収係数は、コロイド成分の吸収を起こす能力と、
溶解性吸光物質の吸収を起こす能力とを足したもので、
全吸光物質の濃度に比例するから、色度を定義するのに
適当なものであり、一方の散乱係数はコロイド成分の散
乱を起こす能力とみることができ、コロイド物質の濃度
（散乱成分の濃度）に比例するので、濁度を定義するの
に適当なものであるということである。
乱係数は物質の持つ定数値であるから互いに独立に存在
し、吸収係数は、コロイド成分の吸収を起こす能力と、
溶解性吸光物質の吸収を起こす能力とを足したもので、
全吸光物質の濃度に比例するから、色度を定義するのに
適当なものであり、一方の散乱係数はコロイド成分の散
乱を起こす能力とみることができ、コロイド物質の濃度
（散乱成分の濃度）に比例するので、濁度を定義するの
に適当なものであるということである。
【００３４】さらに、本発明者らは、本発明を行なうに
当たり、以下の考察を行なった。前述のように、色度は
吸光物質濃度の指標であって、吸光物質には溶解性の吸
光成分とコロイド状の吸光成分があり、濁度はコロイド
状物質の指標であって、コロイド粒子には散乱成分と吸
光成分の両方がある。そこで、便宜的に溶媒の成分とし
て、 溶解性吸光成分濃度 コロイド状吸光成分濃度 コロイド状散乱成分濃度 の三つを考えると、これらは互いに独立であり、成分分
析を行なう上で大変便利である。吸収係数は（＋）
に比例し、散乱係数はに比例する。
当たり、以下の考察を行なった。前述のように、色度は
吸光物質濃度の指標であって、吸光物質には溶解性の吸
光成分とコロイド状の吸光成分があり、濁度はコロイド
状物質の指標であって、コロイド粒子には散乱成分と吸
光成分の両方がある。そこで、便宜的に溶媒の成分とし
て、 溶解性吸光成分濃度 コロイド状吸光成分濃度 コロイド状散乱成分濃度 の三つを考えると、これらは互いに独立であり、成分分
析を行なう上で大変便利である。吸収係数は（＋）
に比例し、散乱係数はに比例する。
【００３５】前述の本発明の測定方法では、全吸光物質
による色度（＋）のうち、コロイド成分由来のもの
（）と、溶解性成分由来のもの（）とを区分するこ
とはできないが、媒質をフイルター濾過したものの吸光
度を測定すると、溶解性成分由来の吸光度を定量するこ
とになり、溶解性吸光物質のみに由来する色度が求めら
れる。そして、前述の本発明の測定方法を併用し、全吸
光物質による色度から溶解性成分由来の色度を差し引く
ことにより、コロイド成分由来の色度を求めることがで
きる。
による色度（＋）のうち、コロイド成分由来のもの
（）と、溶解性成分由来のもの（）とを区分するこ
とはできないが、媒質をフイルター濾過したものの吸光
度を測定すると、溶解性成分由来の吸光度を定量するこ
とになり、溶解性吸光物質のみに由来する色度が求めら
れる。そして、前述の本発明の測定方法を併用し、全吸
光物質による色度から溶解性成分由来の色度を差し引く
ことにより、コロイド成分由来の色度を求めることがで
きる。
【００３６】図２はこのような考えに基づいて行なわれ
た本発明の方法が適用される装置の要部構成を示す模式
図である。図２において、被測定溶媒３はバルブ１３に
よって分流し、一方はそのまま光学セル４ａに保持され
（第１の測定部）、他方はフィルター１４で濾過された
後、別の光学セル４ｂに保持される（第２の測定部）。
た本発明の方法が適用される装置の要部構成を示す模式
図である。図２において、被測定溶媒３はバルブ１３に
よって分流し、一方はそのまま光学セル４ａに保持され
（第１の測定部）、他方はフィルター１４で濾過された
後、別の光学セル４ｂに保持される（第２の測定部）。
【００３７】光学セル４ａに保持された被測定溶媒３
は、図１に示したのと同様に、光源１ａからの光をレン
ズ９ａで収束した後、被測定溶媒３に照射し、その透過
光５ａの強度を第１の光検出器１０ａで測定し、散乱光
７の強度を第２の光検出器１０ｂで測定する。得られた
透過光強度と散乱光強度は演算部１１ａに送り、演算部
１１ａに格納された表１，表２に示す変換テーブルを用
いて、被測定溶媒３の吸収係数と散乱係数を計算するこ
とができる（第１の過程）。
は、図１に示したのと同様に、光源１ａからの光をレン
ズ９ａで収束した後、被測定溶媒３に照射し、その透過
光５ａの強度を第１の光検出器１０ａで測定し、散乱光
７の強度を第２の光検出器１０ｂで測定する。得られた
透過光強度と散乱光強度は演算部１１ａに送り、演算部
１１ａに格納された表１，表２に示す変換テーブルを用
いて、被測定溶媒３の吸収係数と散乱係数を計算するこ
とができる（第１の過程）。
【００３８】光学セル４ｂに保持された被測定溶媒３の
方は、もう一つの光源１ｂからの光２ｂをレンズ９ｂで
収束した後、被測定溶媒３に照射し、その透過光５ｂの
強度を第３の光検出器１０ｃで測定し、演算部１１ｂに
送る。演算部１１ｂでは透過光強度は、ランバート・ベ
ールの演算式により、溶解性吸光物質のみに由来する部
分吸収係数に変換することができる（第２の過程）。
方は、もう一つの光源１ｂからの光２ｂをレンズ９ｂで
収束した後、被測定溶媒３に照射し、その透過光５ｂの
強度を第３の光検出器１０ｃで測定し、演算部１１ｂに
送る。演算部１１ｂでは透過光強度は、ランバート・ベ
ールの演算式により、溶解性吸光物質のみに由来する部
分吸収係数に変換することができる（第２の過程）。
【００３９】そして、フィルター１４で濾過されていな
い被測定溶媒３を測定して得られた吸収係数から、この
溶解性成分由来の部分吸収係数を差引き、コロイド成分
由来の部分吸収係数が求められる（第３の過程）。色度
の出力は、フィルター１４で濾過した被測定溶媒３を含
む吸収係数と、散乱係数を加算または減算して、溶解性
成分由来の部分吸収係数、コロイド成分由来の部分吸収
係数および全吸光物質由来の吸収係数の三つを、標準物
質への濃度換算係数を乗算した後、表示装置１２に表示
する。
い被測定溶媒３を測定して得られた吸収係数から、この
溶解性成分由来の部分吸収係数を差引き、コロイド成分
由来の部分吸収係数が求められる（第３の過程）。色度
の出力は、フィルター１４で濾過した被測定溶媒３を含
む吸収係数と、散乱係数を加算または減算して、溶解性
成分由来の部分吸収係数、コロイド成分由来の部分吸収
係数および全吸光物質由来の吸収係数の三つを、標準物
質への濃度換算係数を乗算した後、表示装置１２に表示
する。
【００４０】同様にして濁度の出力は、フィルター１４
で濾過した被測定溶媒３を含む吸収係数と散乱係数を加
算または減算して、散乱係数（コロイド状物質の散乱成
分由来の濁度）、散乱係数とコロイド成分由来の部分吸
収係数を加えたもの（コロイド状物質由来の濁度）、散
乱係数と吸収係数を加えたもの（全散乱吸光物質由来の
濁度）の三つを、標準物質への濃度換算係数を乗算した
後、表示装置１２に表示する。
で濾過した被測定溶媒３を含む吸収係数と散乱係数を加
算または減算して、散乱係数（コロイド状物質の散乱成
分由来の濁度）、散乱係数とコロイド成分由来の部分吸
収係数を加えたもの（コロイド状物質由来の濁度）、散
乱係数と吸収係数を加えたもの（全散乱吸光物質由来の
濁度）の三つを、標準物質への濃度換算係数を乗算した
後、表示装置１２に表示する。
【００４１】なお、この実施例で述べてきた散乱光につ
いては、その特別の場合として反射光が含まれるのは勿
論である。
いては、その特別の場合として反射光が含まれるのは勿
論である。
【００４２】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、濁質と溶解性吸光物質の両方を含む被測定溶媒の色
度、濁度を測定するとき、濁質の濃度変化と溶解性吸光
物質の濃度変化をそれぞれ単独に測定することが可能に
なった。色度は、溶解性成分由来の色度、コロイド成分
由来の色度、全吸光物質由来の色度を個別に測定するこ
とができ、濁度は、コロイド状物質の散乱成分由来の濁
度、コロイド状物質の散乱と吸収由来の濁度、全散乱吸
光物質由来の濁度をそれぞれ単独に測定することができ
る。
ば、濁質と溶解性吸光物質の両方を含む被測定溶媒の色
度、濁度を測定するとき、濁質の濃度変化と溶解性吸光
物質の濃度変化をそれぞれ単独に測定することが可能に
なった。色度は、溶解性成分由来の色度、コロイド成分
由来の色度、全吸光物質由来の色度を個別に測定するこ
とができ、濁度は、コロイド状物質の散乱成分由来の濁
度、コロイド状物質の散乱と吸収由来の濁度、全散乱吸
光物質由来の濁度をそれぞれ単独に測定することができ
る。
【００４３】これらのことから、本発明の方法と装置に
より被測定溶媒の色度、濁度の測定に関して、従来に比
べて極めて正確で詳細な結果が得られる。
より被測定溶媒の色度、濁度の測定に関して、従来に比
べて極めて正確で詳細な結果が得られる。
【図１】被測定溶媒の吸収係数と散乱係数を求める本発
明の方法が適用される装置の要部構成を示す模式図
明の方法が適用される装置の要部構成を示す模式図
【図２】被測定溶媒の吸収成分と散乱成分をそれぞれ独
立に測定可能な本発明の方法が適用される装置の要部構
成を示す模式図
立に測定可能な本発明の方法が適用される装置の要部構
成を示す模式図
【図３】従来の三つの濁度測定方法を示し、それぞれ
（ａ）は透過光検出方式、（ｂ）は散乱光検出方式、
（ｃ）は積分球方式を表わす模式図
（ａ）は透過光検出方式、（ｂ）は散乱光検出方式、
（ｃ）は積分球方式を表わす模式図
１ 光源 １ａ 光源 １ｂ 光源 ２ 光 ２ａ 光 ２ｂ 光 ３ 被測定溶媒 ４ 光学セル ４ａ 光学セル ４ｂ 光学セル ５ 透過光 ５ａ 透過光 ５ｂ 透過光 ６ａ 受光器 ６ｂ 受光器 ７ 散乱光 ８ 積分球 ９ レンズ ９ａ レンズ ９ｂ レンズ １０ａ 第１の光検出器 １０ｂ 第２の光検出器 １０ｃ 第３の光検出器 １１ 演算部 １１ａ 演算部 １１ｂ 演算部 １２ 表示装置 １３ バルブ １４ フィルター
Claims (8)
- 【請求項１】コロイド状物質を含む被測定溶媒に光ビー
ムを照射し、被測定溶媒を透過、散乱する光強度から被
測定溶媒の色度と濁度を測定する方法であって、透過、
散乱する光強度を被測定溶媒の単位体積当たりの吸収断
面積（吸収係数）と、被測定溶媒の単位体積当たりの散
乱断面積（散乱係数）に変換し、それぞれ標準物質の濃
度換算係数を乗算して色度と濁度を測定することを特徴
とするコロイド状物質を含む溶媒の色度、濁度の測定方
法。 - 【請求項２】請求項１記載の方法において、吸収係数と
散乱係数への変換は、輸送方程式の解法により種々の吸
収係数と散乱係数に対する透過、散乱する光強度を計算
した変換テーブルを参照して行なうことを特徴とするコ
ロイド状物質を含む溶媒の色度、濁度の測定方法。 - 【請求項３】コロイド状物質を含む被測定溶媒に光ビー
ムを照射し、被測定溶媒を透過、散乱する光強度から被
測定溶媒の色度と濁度を測定する装置であって、被測定
溶媒を収容する光学セル，被測定溶媒に照射する光の光
源，被測定溶媒を透過する光強度を測定する第１の光検
出器，被測定溶媒から散乱する光強度を測定する第２の
光検出器，得られたこれら光強度を被測定溶媒の単位体
積当たりの吸収断面積（吸収係数）と、被測定溶媒の単
位体積当たりの散乱断面積（散乱係数）に変換する演算
部，および表示装置を備えてなることを特徴とするコロ
イド状物質を含む溶媒の色度、濁度の測定装置。 - 【請求項４】請求項３記載の装置において、輸送方程式
の解法により種々の吸収係数と散乱係数に対する透過、
散乱する光強度を計算した変換テーブルを格納した演算
部を備えることを特徴とするコロイド状物質を含む溶媒
の色度、濁度の測定装置。 - 【請求項５】コロイド状物質を含む被測定溶媒に光ビー
ムを照射し、被測定溶媒を透過、散乱する光強度から被
測定溶媒の色度と濁度を測定する方法であって、透過、
散乱する光強度を被測定溶媒の単位体積当たりの吸収断
面積（吸収係数）と、被測定溶媒の単位体積当たりの散
乱断面積（散乱係数）に変換する第１の過程と、フィル
ター濾過した被測定溶媒を透過、散乱する光強度から透
過光減衰量を被測定溶媒の溶解性成分に起因する被測定
溶媒の部分吸収係数に変換する第２の過程と、被測定溶
媒の吸収係数から溶解性成分に起因する部分吸収係数を
差し引き、コロイド成分に起因する被測定溶媒の部分吸
収係数を求める第３の過程を有し、前記被測定溶媒の散
乱係数，溶解性成分に起因する部分吸収係数，コロイド
成分に起因する部分吸収係数またはこれら相互の加算、
演算結果に、さらに標準物質の濃度換算係数を乗算して
色度と濁度を測定することを特徴とするコロイド状物質
を含む溶媒の色度、濁度の測定方法。 - 【請求項６】請求項５記載の方法において、第１の過程
における吸収係数と散乱係数への変換は、輸送方程式の
解法により種々の吸収係数と散乱係数に対する透過、散
乱する光強度を計算した変換テーブルを参照して行な
い、第２の過程における部分吸収係数への変換は、ラン
バート・ベールの法則を用いて行なうことを特徴とする
コロイド状物質を含む溶媒の色度、濁度の測定方法。 - 【請求項７】コロイド状物質を含む被測定溶媒に光ビー
ムを照射し、被測定溶媒を透過、散乱する光強度から被
測定溶媒の色度と濁度を測定する装置であって、被測定
溶媒を収容する光学セル，被測定溶媒に照射する光の光
源，被測定溶媒を透過する光強度を測定する第１の光検
出器，被測定溶媒から散乱する光強度を測定する第２の
光検出器，得られたこれら光強度を被測定溶媒の単位体
積当たりの吸収断面積（吸収係数）と被測定溶媒の単位
体積当たりの散乱断面積（散乱係数）に変換する演算部
を備える第１の測定部と、フィルター濾過した被測定溶
媒を収容する光学セル，被測定溶媒に照射する光の光
源，被測定溶媒を透過する光強度を測定する第３の光検
出器、被測定溶媒の部分吸収係数に変換する演算部を備
える第２の測定部，および第１、第２の測定部に共通の
表示装置を備えてなることを特徴とするコロイド状物質
を含む溶媒の色度、濁度の測定装置。 - 【請求項８】請求項７記載の装置において、第１の測定
部に属する演算部に輸送方程式の解法により種々の吸収
係数と散乱係数に対する透過、散乱する光強度を計算し
た変換テーブルを格納し、第２の測定部に属する演算部
にランバート・ベールの演算式を格納することを特徴と
するコロイド状物質を含む溶媒の色度、濁度の測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18797094A JP3246209B2 (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | コロイド状物質を含む溶媒の色度、濁度の測定方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18797094A JP3246209B2 (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | コロイド状物質を含む溶媒の色度、濁度の測定方法とその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0854339A true JPH0854339A (ja) | 1996-02-27 |
| JP3246209B2 JP3246209B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=16215339
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18797094A Expired - Fee Related JP3246209B2 (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | コロイド状物質を含む溶媒の色度、濁度の測定方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246209B2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007077966A1 (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 排ガス分析装置および排ガス分析方法 |
| JP2008064594A (ja) * | 2006-09-07 | 2008-03-21 | Yokogawa Electric Corp | 濁度計 |
| JP2009531659A (ja) * | 2006-03-23 | 2009-09-03 | ハック・カンパニー | ２重機能の測定システム |
| US7936460B2 (en) | 2006-05-31 | 2011-05-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Sensor unit in exhaust gas analyzer |
| US8085404B2 (en) | 2006-08-23 | 2011-12-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Gas analyzer and gas analyzing method |
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