JPH09257705A

JPH09257705A - 流体試料濃度測定装置

Info

Publication number: JPH09257705A
Application number: JP8088794A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Suzuki; 忠浩鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】フローセルのガラス窓への、試料中の測定対
象物質の付着の影響、フローセルのガラス窓における測
定光の反射の影響を受けず、試料中に含まれる目的成分
の濃度を正確に測定する。【解決手段】１は被測定流体試料２の流路中に配置さ
れたフローセルで、該フローセル１は短光路１ａ部と長
光路１ｂ部が一体的に形成されている。ＣＰＵ２０は、
短光路１ａの透過率を測定する長光路測定手段３と、長
光路１ｂの透過率を測定する短光路測定手段４と、これ
らから得られる透過光の比に基づき、該試料中の成分の
濃度を演算する。発光部１０からの光は、短光路１ａ部
と長光路１ｂ部を透過し、その間に被測定流体２の濃度
によって透過量が減少する。それぞれの透光量を測定手
段３，４によって測定し、その比と入力手段３０から入
力される光路長Ｌ₂−Ｌ₁とより試料中の成分の濃度をＣ
ＰＵ２０により求め、表示部４０にて表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体試料濃度測定
装置、より詳細には、湿式電子写真の現像液濃度セン
サ、例えば、流体（気体・液体・粉体）の光学濃度の測
定装置、透過率を利用した測定装置（沈降式粒度分布測
定装置など）に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料中の所定成分の定量分析を行なうた
め、光学的手段が広く用いられており、特に、試料の吸
光度が該試料中の成分の濃度に精度よく比例することを
利用して、吸光光度法による定量分析が汎用されてい
る。この吸光光度法を用いて、流体試料の吸光度を測定
する場合、一般的には、フローセルを用い、該フローセ
ルにおいて、試料に光を透過し、その透過率を測定し、
該透過率から吸光度を求めるようにしている。ここで、
前記フローセルの光が透過する部分には、ガラス窓が設
けられており、光が十分透過するようになっている。さ
らに、光路長が互いに異なる２つのフローセルの透過率
の比に基づいて濃度を演算する方法が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たフローセルを用いた吸光光度法において、特に、流体
試料中の油分等の濃度を測定する場合、フローセルのガ
ラス窓の部分に次第に試料中の油が付着してきてしま
い、このため、実際の試料中に含まれる油分の他に、前
記フローセルのガラス窓の部分に付着した油までもが測
定光を吸収してしまった透過率を測定してしまうため、
正確な油濃度の測定が行なえないという問題があった。

【０００４】ここで、従来は、前記フローセルのガラス
窓部分に付着した油の影響を除去するために、付着した
油を拭き取る方法を採っていた。しかし、この方法では
拭き取る手間がかかる上、試験中も随時油分が付着して
いくので、常に完全に油分が除去されている状態を維持
することは困難である。従って、この方法においても測
定誤差は免れ得ず、また、作業効率が悪く、連続測定に
おいては大きな弊害となる。さらに、フローセルのガラ
ス窓に測定光が入射する際、該ガラス窓において測定光
が一部反射してしまうことにより、測定誤差が生ずると
いう問題もあった。

【０００５】更に、光路長が互いに異なる２つのフロー
セルの透過率の比に基づいて濃度を演算する方法が提案
されているが、この方法では、セルを２つ使っているの
でコストアップ、装置の大型化につながる。また、セル
には製造上の光路長バラツキがあるため、長光路及び短
光路セルの組み合わせによってバラツキが増大すること
があり高精度が得られにくい、または、十分な測定精度
を得るため製造コストアップにつながる等の問題があ
る。

【０００６】また、フローセル内に段差があると段差付
近の流れが乱され、この部分が付着物が溜まりやすい特
異点となってしまう。そして、長期間使用している間に
この付着物が成長し測定窓付近まで達し、測定に悪影響
を及ぼす恐れがある。

【０００７】図９は、光路長と光量（受光器のアウトプ
ット電位）の対数の関係を対数にて示した図で、光路長
と光量の対数の関係は、図９に示すように、リニアにな
る。つまり、長光路と短光路の透過光量を比較したと
き、光源の光量が同じならば、長光路側の透過光量の方
が小さく、受光器のゲインも小さくなる。従って、長光
路側は小光量を微小な単位で検知する必要がある。ま
た、短光路側は逆に大光量を広い範囲にわたって測定す
る必要がある。例えば、図９の光路長０．６と０．９の
場合、小光量部は０．０９〜０．１０Ｖを０．０００１
Ｖ単位（１００ｓｔｅｐ）で測定し、大光量部は９〜１
０Ｖを０．０１Ｖ単位（１００ｓｔｅｐ）で測定するよ
うなことになり、両者を同じ受光センサで測定しようと
すると、０．０９〜１０Ｖを０．０００１Ｖ単位（９９
１００ｓｔｅｐ）で測定できることが要求される。

【０００８】つまり、長光路と短光路の透過光量差が大
きい場合は、広い範囲を微小電位差まで検知しなければ
ならず、受光センサは高スペックが要求されコストアッ
プにつながる。なお、２種類の測定範囲の異なる受光セ
ンサを使用しても良いが、この場合も、１種類の場合よ
りコストが大きくなる。また、異なる受光センサでは温
度などの環境変動による特性の違いも考慮しなければな
らなくなる。

【０００９】また、長期間の使用でガラス窓の付着物に
よる汚れが進むと、透過光量が低下し、受光器の検出範
囲から外れてしまう恐れがある。また、試料自体の透過
率が低いときにも光量不足で検出範囲から外れてしまう
ので、測定範囲が狭くなっている。また、最初から最大
光量で使用している場合（例えば透過率の低い被測定物
を測定するためなどの理由で）など、光源の光量を大き
くすることが困難な場合がある。更には、圧力の違いに
よってガラス窓への付着物の付着量が変わってしまう等
の問題がある。

【００１０】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、フローセルのガラス窓への、試料中の測定
対象物質の付着の影響、及び、フローセルのガラス窓に
おける測定光の反射の影響を受けず、試料中に含まれる
目的成分の濃度を正確に得ることのできる流体試料濃度
測定装置を提供することを目的としてなされたものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、流体
試料流路上に配置された、長光路と短光路の２つ以上の
異なる光路長を有するフローセルと、前記長光路の透過
率を測定する長光路測定手段と、前記短光路の透過率を
測定する短光路測定手段と、前記長光路測定手段及び短
光路測定手段から得られる透過率の比に基づき、該試料
中の成分の濃度を演算する濃度演算手段とを備えた流体
試料濃度測定装置を特徴とし、もって、長光路及び短光
路を同一フローセル上に設けて、セルを１つにし、コス
トアップ、装置の大型化、高精度が得られにくい、とい
った問題を解決するようにしたものである。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、２つ以上の異なる光路長を有するフローセルが、連
続的に光路長が変化するような（段差のない）形状であ
ることを特徴とし、もって、段差をなくし、試料液の流
れが乱されず、付着物の溜まりやすい特異点が存在しな
いようにしたものである。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記長光路の測定光量（セルを通過する前の光量）
を、前記短光路の測定光量より大きくしたことを特徴と
し、もって、長光路側の測定光量を高くして、長光路と
短光路の透過光量をほぼ等しくし、受光器がそれほど高
スペックのものでなくても両者の光量を十分な精度で測
定できるようにしたものである。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、透過率の低下に伴い、前記長光路及び前記短光路の
測定光量を大きくすることを特徴とし、もって、透過率
が低下しても、測定光量を大きくし、十分な透過光量を
得、長寿命化を図り、セルガラスの汚れが進んでも正常
に測定できるようにしたものである。

【００１５】請求項５の発明は、請求項２の発明におい
て、前記フローセルに光路長が線形的に変化する（側面
が台形）フローセルを用い、透過率の低下に伴って測定
位置を短光路側に移動させることを特徴し、もって、光
源の光量を変えずに、十分な透過光量を得ことができる
ようにしたものである。

【００１６】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、フローセルの前後に流路抵抗を設けたことを特徴と
し、もって、流路抵抗によって試料液の流速を低下さ
せ、フローセル内の流路抵抗を小さくし、セル内に圧力
差をなくし、長光路及び短光路部分の圧力がほぼ等しく
なるようにしたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、請求項１の発明の一実施
例を説明するための概略構成図で、図中、１は透明体の
フローセルで、該フローセル１には、短光路１ａ部と長
光路１ｂ部とが一体的に形成されている。該フローセル
１内には、被測定試料である流体２が矢印方向に流さ
れ、発光部１０からの同一強度の光が前記短光路１ａ，
長光路１ｂ中の試料２を透過し、それぞれの受光部３，
４により、透過光強度が測定される。受光部３，４によ
り測定された透過光強度の測定値は、ＣＰＵ２０へ入力
され、該ＣＰＵ２０にキーボード等の入力部３０より短
光路１ａ部のセル内光路長Ｌ₁と長光路１ｂ部のセル内
の光路長Ｌ₂との差（Ｌ₂−Ｌ₁）を入力しておくことに
より、該ＣＰＵ２０において、発光部１０からの入射光
強度と、受光部３，４において測定された透過光強度と
から演算されたそれぞれの透過率の比に基づき、フロー
セル１中の単位長吸光度が演算され、さらに、該吸光度
に基づき流体試料中の油分の濃度が演算され、該演算さ
れた値がディスプレイ４０に表示される。

【００１８】以上が本発明の一実施例にかかる流体試料
濃度測定装置の概略の構成であるが、次に、各手段及び
各部の作用について説明する。まず、前記フローセル１
内に被測定流体が流れると、フローセル１の内壁には被
測定流体中に含まれる油が、時間の経過と共に徐々に付
着してきてしまう。このため、発光部１０から発せられ
た測定光は、短光路１ａ部及び長光路１ｂ部における試
料中に含まれる油の他、これらの内壁に付着した油によ
っても吸収された透過光となって受光部３及び受光部４
によって受光され、それぞれの透過光強度が測定される
ことになる。

【００１９】従って、短光路１ａ部及び長光路１ｂ部に
おいて測定された透過光強度には、それぞれの内壁部に
付着した油の吸収による透過率の測定誤差が含まれ、そ
れぞれの測定部における試料中の油濃度は正確には測定
されていない。さらに、発光部１０からの測定光がそれ
ぞれの測定部を透過する際、該測定光の一部がそれぞれ
のフローセル部によって反射されることによる透過率の
測定誤差が加わってしまう。

【００２０】しかしながら、短光路１ａ部及び長光路１
ｂ部には、同一の試料が流れているため、それぞれの内
壁部に付着する試料中の油量も同一となる。さらに、そ
れぞれの測定部に入射する測定光も同一のため、それぞ
れの測定部における測定光の反射率も同一となる。従っ
て、それぞれの測定部における内壁部に付着した油の測
定光の吸収による透過率の測定誤差及び測定光の反射に
よる透過率の測定誤差の値も一致する。

【００２１】このため、ＣＰＵ２０において、それぞれ
の受光部３，４で測定されたそれぞれの透過光強度と、
発光部１０から発せられた測定光強度から求められるそ
れぞれの透過率の比を演算することにより、それぞれの
測定部の内壁部に付着した油の測定光の吸収による透過
率の測定誤差及びそれぞれの壁面における測定光の反射
による透過率の測定誤差は相殺されることとなる。そし
て、前記それぞれの透過率の比と、短光路１ａ部と長光
路１ｂ部の光路長の差をＣＰＵ２０において比較演算す
ることにより、フローセル中の試料の単位長吸光度を求
めることができ、さらに、該単位長吸光度に基づき、試
料の油量濃度を得ることができる。

【００２２】上述のように、本発明によると、短光路１
ａ部及び長光路１ｂ部におけるフローセルの内壁部に付
着した油やこれらフローセルにおける測定光の反射によ
る測定誤差をなくすことができるものであるが、このよ
うな測定誤差の相殺については、前述の特開平４−２６
８４４３号公報において既に提案されている。而して、
本願発明が前記特開平４−２６８４４３号公報に記載の
発明と異なる点は、前記特開平４−２６８４４３号公報
の測定装置においては、短光路部のフローセルと長光路
部のフローセルとが別体に構成されていたものを、本発
明では、図１に示したように、これら短光路１ａ部と長
光路１ｂ部を一体のフローセルにて構成したものであ
る。而して、従来技術のように、短光路部と長光路部と
で独立した２つのフローセルを使用するようにすると、
短光路部での光路長Ｌ₁のバラツキを△１、長光路部で
の光路長Ｌ₂のバラツキを△２以下になるように管理し
ても、これらを組み合わせると、最大バラツキが（△１
＋△２）となってしまう。

【００２３】図２は、請求項１の発明の変形実施例を説
明するための要部拡大図で、図示のように、フローセル
１の一方の壁面の段差部分に勾配１ｃを設けたもので、
このように段差部に勾配をつけると、段差部に付着物が
溜まるようなことはない。また、この発明で問題になる
のは、Ｌ₂−Ｌ₁の部分のみであり、２つのフローセルの
組み合わせによる誤差もなく、従来技術における管理寸
法が１つ減り、倍の精度が得られる。

【００２４】図３は、請求項２の発明の一実例を説明す
るための要部構成図で、この実施例は、フローセル１に
段差を設けずに一方の壁面を連続した傾斜面としたもの
で、このように、連続的に光路長の変わるような形状に
しても、前記実施例と同様に長光路と短光路の透過率か
ら流体の濃度を測定することができる。而して、この発
明によると、段差がないので、付着物の溜りやすい特異
点が存在しない。

【００２５】図４は、請求項３の発明の一実例を説明す
るための構成図で、この実施例は、短光路１ａの側の発
光部１０とフローセル１の間に光学的フィルタ５を入れ
て、短光路１ａ側の光量が小さくなるように（長光路１
ｂ側の方が大きくなるように）したものである。このよ
うにすると、短光路１ａ側と長光路１ｂ側のそれぞれの
受光部３，４に当たる光量（透過光量）がほぼ等しくな
るので、この光学的フィルタ５の透過率を含む適当な範
囲を適当な精度で測定できる受光器と構成することがで
きる。

【００２６】図５は、請求項４の発明の一実例を説明す
るための構成図で、前述のように、ＣＰＵ２０では、発
光部１０の光量および短光路１ａ，長光路１ｂの透過光
量が認識されており、短光路１ａまたは長光路１ｂの光
量が低いと判断されたときは、発光光量調整手段６によ
り発光部１０の光量を大きくすることで、透過光量を高
くすることができ、透過率が低い条件でも測定が可能に
なる。

【００２７】図６は、請求項５の発明の一実例を説明す
るための図で、この実施例は、ＣＰＵ２０により短光路
または長光路の透過光量が小さい（透過率小）と判断さ
れたときに、「発光部１０と受光部３，４からなる一体
型ユニット」を図６（Ａ）示す状態から、図６（Ｂ）に
示す状態、つまり、長光路側から短光路側に一体型ユニ
ット移動手段７によって平行移動するようにしたもので
ある

【００２８】今、図６（Ａ）に示すように、長光路と短
光路の間隔Ｗは一定であるので、フローセルの傾斜面の
傾き角をθとすれば、長光路長と短光路長の差（Ｌ₂−
Ｌ₁＝Ｗ・ｔａｎθ）も一定であり、平行移動しても測
定値は変わらない。平行移動により、長光路長・短光路
長ともに短くなり、透過光量が高くなるので、透過率が
低い条件でも測定が可能となる。なお、この実施例で
は、ＣＰＵ２０により透過光量を検知し自動的に移動さ
せることを提案したが、フローセル１のガラスの汚れが
問題となる場合には、ユーザまたはサービスマンが定期
的に透過光量をチェックし、必要に応じて一体型ユニッ
トの位置を調整しても良い。

【００２９】図７は、請求項６の発明の一実例を説明す
るための図で、この実施例は、フローセル１の長光路側
出口の流路断面積を流路抵抗８によって絞って流速を低
下させ、フローセル１内の流路抵抗を小さくし、セル内
の圧力差を殆どなくし、長光路１ｂと短光路１ａ部分の
圧力をほぼ等しくしたものである。なお、図示の実施例
では、フローセル１の出口に流路抵抗８を設けたが、流
路（パイプ）中に流路抵抗を設けても良い。

【００３０】図８は、測定光の光源１０の一例を説明す
るための図で、図８に示すように、光源を同一の光源１
０ａとし、分光器１０ｂによって２つの測定光に分光す
るようにしたもので、このようにすると、同一光源とす
ることにより両測定光の変動率が等しくなり（比を演算
しているので）、光源光量変動による測定バラツキを殆
ど無くすことができる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の発明によると、流体試料流路
上に配置された、長光路と短光路の２つ以上の異なる光
路長を有するフローセルと、前記長光路の透過率を測定
する長光路測定手段と、前記短光路の透過率を測定する
短光路測定手段と、前記長光路測定手段及び短光路測定
手段から得られる透過率の比に基づき、該試料中の成分
の濃度を演算する濃度演算手段と、を備えたので、長光
路及び短光路が同一フローセル上にあるため、セルは１
つでよく、コストアップ、装置の大型化、高精度が得ら
れにくい、といった問題が無くなった。

【００３２】請求項２の発明によると、請求項１の発明
において、２つ以上の異なる光路長を有するフローセル
を、連続的に光路長が変化するような（段差のない）形
状としたので、試料液の流れが乱されず、また、付着物
の溜まりやすい特異点も存在しない。

【００３３】請求項３の発明によると、請求項１の発明
において、前記長光路の測定光量（セルを通過する前の
光量）を、前記短光路の測定光量より大きくしたので、
長物路と短光路の透過光量をほぼ等しくでき、それほど
高スペックの受光器でなくても両者の光量を十分な精度
で測定できる。

【００３４】請求項４の発明によると、請求項２の発明
において、透過率の低下に伴い、前記長光路及び前記短
光路の測定光量を大きくするようにしたので、フローセ
ルのガラスの汚れが進んで透過率が低下しても、測定光
量を大きくして十分な透過光量を得て正常に測定がで
き、更には、試料自体の透過率が低い場合にも適用可能
なので、測定範囲を広げることができる。

【００３５】請求項５の発明によると、請求項２の発明
において、前記光路長が線形的に変化し（側面が台
形）、透過率の低下に伴って測定位置を短光路側に移動
させるようにしたので、光源の光量を変えずに、十分な
透過光量を得ことができる。

【００３６】請求項６の発明によると、請求項１の発明
において、前記フローセルに流路抵抗を設け、該流路抵
抗によって試料液の流速を低下させ、フローセル内の流
路抵抗を小さくし、セル内に圧力差がないようにしたの
で、長光路離び短光路部分の圧力がほぼ等しくなり、よ
り精度よく流体濃度の測定をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の一実例を説明するための構
成図である。

【図２】請求項１の発明の変形実施例を説明するため
の要部拡大図である。

【図３】請求項２の発明の一実例を説明するための要
部構成図である。

【図４】請求項３の発明の一実例を説明するための構
成図である。

【図５】請求項４の発明の一実例を説明するための構
成図である。

【図６】請求項５の発明の一実例を説明するための要
部構成図である。

【図７】請求項６の発明の一実例を説明するための構
成図である。

【図８】測定光の光源について説明するための要部構
成図である。

【図９】「光路長」と「光量（受光器のアウトプット
電位）の対数」の関係を示した図である。

【符号の説明】

１…フローセル、２…被測定流体、３…第１受光部、４
…第２受光部、５…光学的フィルタ、６…光量調整手
段、７…発光部及びセル一体化ユニット移動手段、８…
流路抵抗、１０…発光部、２０…ＣＰＵ、３０…入力
部、４０…表示部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体試料流路上に配置された、長光路と
短光路の２つ以上の異なる光路長を有するフローセル
と、前記長光路の透過率を測定する長光路測定手段と、
前記短光路の透過率を測定する短光路測定手段と、前記
長光路測定手段及び短光路測定手段から得られる透過率
の比に基づき、該試料中の成分の濃度を演算する濃度演
算手段と、を備えたことを特徴とする流体試料濃度測定
装置。
【請求項２】前記２つ以上の異なる光路長を有するフ
ローセルが、連続的に光路長が変化するような形状であ
ることを特徴とする請求項１に記載の流体試料濃度測定
装置。
【請求項３】前記長光路の測定光量を、前記短光路の
測定光量より大きくしたことを特徴とする請求項１に記
載の流体試料濃度測定装置。
【請求項４】透過率の低下に伴い、前記長光路及び前
記短光路の測定光量を大きくすることを特徴とする請求
項１に記載の流体試料濃度測定装置。
【請求項５】前記光路長が線形的に変化し、透過率の
低下に伴い測定位置を短光路側に移動させることを特徴
とする請求項２に記載の流体試料濃度測定装置。
【請求項６】前記フローセルの前後に流路抵抗を設け
たことを特徴とする請求項１に記載の流体試料濃度測定
装置。