JPH09510791A - 光化学反応を監視するための改良セル及び回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 露光中に液体サンプルの電気特性を計測する改良されたセル及び回路は、放射を出す細長いランプ（１２）に一般に平行に延長した主要な管から形成されるガラスセル（１０）と、サンプル管内に軸方向に配置された１対の電極（１４）とを備える。好ましい実施例において、セルの端部は、ガラス製の主要な管に溶接されたガラスの２穴管から形成され、これら２穴に電極（１４）の端部を保持する。この主要な管には、入口管（１８）及び出口管（２０）及び温度センサ溜め（２８）も溶接される。ＣＯ₂の酸化による水中のＴＯＣの測定の実行において、源は低圧水銀灯（１２）を備え、電極（１４）が触媒ＴｉＯ₂面を有する中実Ｔｉから形成される。ＵＶ露光中に液体の電気特性の変化を監視するために用いられた回路は、増幅器（１１４）の電力を制御して、ＵＶ露光セル（１０４）、校正抵抗（１０５）及び温度センサ（１０３）間のドライブ信号を多重化する。

Description

【発明の詳細な説明】 光化学反応を監視するための改良セル及び回路 発明の分野 この発明は、一般に例えば、予め決定された波長の放射がその中の反応を誘導 し又は促進させられる液体サンプルに照射され、一方この液体の伝導度又は他の 電気特性が反応の進展を監視するために測定される光化学反応を監視する分野に 関する。特定の実施例において、本発明は、水の全有機炭素量を測定することに 関する。 発明の背景 本出願の譲受人は、水の全有機炭素量『ＴＯＣ』の測定用の機器を指向した多 くの特許を保有している。これらの特許において開示された機器は、まず、有機 汚染物質を含む水のサンプルを紫外線『ＵＶ』の放射にさらし、有機物の酸化に よる二酸化炭素の形成によってサンプルの電気伝導度の変化を測定して操作され る。そのような機器に指向された米国特許は、番号４，６２６，４１３と、４， ６６６，８６０と、５，０４７，２１２を含む。ＵＶへの露光時に有機物の二酸 化炭素への酸化を促進し加速させるＵＶ刺激触媒として作用するある材料の更な る発見は、特許４，８６８，１２７及び５，２７５，９５７で反映される。ＵＶ への露光期間中にセル内の水サンプルの伝導度を測定するこのような機器に用い られる回路は、特許４，６８３，４３５、５，２６０，６６３及び５，３３４， ９４０に開示される。 代表的に実行されるように、上記一覧された特許において、開示された水の全 有機炭素量を測定するための機器は、水の静止サンプルが伝導度測定電極間で維 持され、一方、サンプル及び電極が１８４及び２５３ナノメータ波長のＵＶを放 射する源に露光されたサンプルセルを含む。好ましくは電極は、ＴｉＯ₂表面を 持つように酸化させられた中実のチタンから形成される。このＮ型半導体は短波 長ＵＶに露光される時に、水中の有機炭素化合物のＣＯ₂への反応を触媒する。 分析されるべき水が通常当該分野で『高純』又は『超純』水と呼ばれるもの代 表的に例えば１〜１８ＭΩ−ｃｍの非常に低伝導度を持つように脱イオンされた 水であるかはこのような機器の操作にとって一般に重要である。水が脱イオンさ れた時にのみ、有機物の酸化によって形成される二酸化炭素が溶液のイオンとし て引き離されて、サンプルの伝導度の監視が有効となって、そのＣＯ₂量を評価 する。比較すると、もしサンプルの伝導度がかなり高いならば、即ち、もし水サ ンプルが超純でないならば、ＣＯ₂の留分が気泡を形成し、溶液中のＣＯ₂の量従 って水の伝導度が水のｐＨと、重炭酸塩と炭酸塩レベルに依存する。これらの変 数は容易に測定することができず、複雑な方法の水の化学に順々に依存する。結 果は、脱イオンされなかった水のサンプルは伝導度の測定が容易にＣＯ₂量毎の 値に変換することができないことである。 更に特許５，２６０，６６３及び５，３３４，９４０で詳細するように、水の 有機炭素量を決定するために水サンプルの伝導度を正確に測定し、例えばその中 の変化を監視することは単純な事ではない。実際、両直列容量及び並列容量がサ ンプルセルに存在し、もし適切に補償されないならば、抵抗値の誤差を含んだ測 定がなされる。更に、電極へのＵＶ照射が光電効果に従ってそれに交差した電圧 を誘導する。これらの特許は、このような固有の容量及び他の誤差源毎に伝導度 の測定を正確に補償する回路の種々の改良を開示している。 譲受人の上記の特許に記述された機器は、高度に成功して、実際この種の機器 毎の世界市場の殆どのシェアを捕捉したが、特に生産コストを下げることに関し ていつも改良する余地がある。特定のゴールは、例えば、幾つかの高価に機械加 工されたチタン部品を含む米国特許５，２７９，９５７に示されたセルデザイン の単純化であった。更に、特許５，２６０，６６３及び５，３３４，９４０で示 された回路を簡単にすること、特に、複雑な補償技術を必要とする直列抵抗を導 入する電解効果トランジスタ・スイッチング要素の数を減少させることが要望さ れた。 上述の一般譲渡された特許に加えて、水の全有機炭素『ＴＯＣ』を分析する主 題と密接な関係がある追加の先行技術は、レーガン氏の米国特許３，９５８，９ ４１と、ヒュルス社のドイツ国の特許出願公告３，２２３，１６７と、エゴジー 氏等の米国特許５，２７２，０９１とを含む。 レーガン特許は、ＵＶの露光による有機物の酸化時に形成されたＣＯ₂の相当 の留分がガスの形態に留まる非超純水中のＴＯＣを分析するシステムを示してい る。従って、レーガン特許においては、ＣＯ₂がサンプルを通る泡状空気によっ てサンプルから除去され、その後ＣＯ₂搬送空気流が超純水の流れに導入され、 ＣＯ₂が引き離されてイオンになる。超純水の伝導度がＣＯ₂量を評価するために 測定される。このようなシステムは幾分複雑で、ＣＯ₂輸送段階が完全な反復精 度をもって実行することができないことが明白である。従ってレーガン機器は、 制限された精度を持ち、非超純水システムにだけ適している。 ヒュルス社の特許は、多種類の伝導度の水でＴＯＣを測定する機器を教示して いる。超純水に関連して使用された基本測定技術は、伝導度の変化がその中の有 機物の測定を形成するように、ＵＶの露光前及び後の流動流の伝導度を測定する ことである。しかしながら、ヒュルス機器は、種々の有機物の酸化速度が非常に 大きく異なるので、いくら良くみても存在する有機物の量の質的指示を形成する だけで、それの正確な測定を形成するのに信頼できない。サンプル中の有機物が 完全に酸化させられないので、有機物の種々の型は、存在する特定の有機物の酸 化度、ＵＶ露光セルにおけるサンプルの平均滞留時間、有効ＵＶ強度及び他の変 数に依存してより大きいか又はより小さい割合で効果的に測定される。 上述の一般譲渡された特許に開示された機器は、代表的に、ＴＯＣがその後正 確に測定することができるように、ＵＶ露光室で静止サンプルを保持し、反応が 実質的に完了した時を決定する時間関数としてサンプルの伝導度を連続的に監視 することによって、この問題を指摘している。一般に各伝導度が時間とともに同 様に変化するように一連の一般に類似したサンプルがとられる限り、最終の伝導 度は、酸化が完了する前に正確に推察することができる。さらにある状況の下で は、２つの直列接続されたこのような機器は、ＵＶ放射による部分酸化に応答す るサンプル流の伝導度の変化を検知する、例えば連続工程を監視するために使用 することができる。特許４，６６６，８６０のコラム２１〜２２の説明を参照せ よ。 極最近エゴジー氏等の特許が発行された。一般にヒュルス社の特許に類似する エゴジー特許は、連続工程流のＴＯＣを監視するために、ＵＶ露光室の入口及び 出口側の超純水の伝導度を測定することを教示している。エゴジー氏は、流れの ＴＯＣの正確な測定はサンプルを完全に酸化させることが必要であること、或は 最低限、その究極の伝導度が予測することができる単一サンプルに関して酸化を 十分に進ませなければならないことを認識している。また注目されるように、特 定のサンプルの部分酸化後の最終ＴＯＣを予測することは、上述の種々の一般譲 渡された特許において提案されている。 また、ローリンガ氏の英国特許出願２，０２９，０１５は、一般に関連してい る。この開示は、食品にＵＶを露光して食品の酸化度を測定することに関する。 消費された酸素はポーラログラフ電極を用いて測定される。 上記のように、本発明は、主に超純水の全有機炭素量の測定用の機器、測定技 術及び回路における改良を指向しているが、実際本発明の教示のための追加の応 用例がある。必須的に、本発明は、液体サンプルの伝導度（又はインピーダンス 又はインダクタンスのような他の電気特性）を監視し、一方予め決定された周波 数の放射にサンプルを露光する改良された極めて効果的な非常に低コストのセル 及び回路を提供する。このセルは、流れ入射分析の使用、有機温浸、窒素含有化 合物分析又は他の元素分析の監視及び液体クロマトグラフィに見い出されてもよ い。また、ここに開示された回路は、放射期間で液体サンプルの分析を超えた応 用性を持っている。 発明の目的 従って、本発明の目的は、予め決定された波長の放射への露光期間中に、その 中の液体の伝導度又は他の電気特性を監視する、改良された特に高価でないセル を提供することである。 本発明の更なる目的は、液体の伝導度を監視するために使われた電極が放射源 に露光される時に、目標の反応に光触媒的に刺激する材料の表面を持ち、従って 電極の表面が放射源に実質的に直接露光されるこのようなセルを提供することで ある。 本発明の更なる目的は、放射への露光期間中にセル中の液体サンプルの伝導度 のような所定の目的の電気特性を測定し、スプリアス容量及び他の影響を正確に 補償し、伝導度値の広範囲に亙って有用な低コスト回路を提供することである。 本発明の更なる及びより具体的な目的は、極めて信頼できる正確な測定を形成 しながら、かなり安価に実行され得る水のサンプルの全有機炭素量の測定のため の改良された装置、回路及び方法を提供することである。 以下に進展する説明として現れる本発明のこれら及び他の目的は、目標の放射 に透明な材料の管の中央セクションを備え、管の長さに沿って軸方向に延長する ように取付けられた１対の平行電極を持つセルによって達成される。使用におい て、このセルは、管内の液体サンプルが放射にさらされながら、電極が液体の伝 導度を測定するために用いられるように、予め決定された周波数の細長い放射源 に並置される。高純粋水『ＨＰＷ』サンプルのＴＯＣを測定するために最適化さ れたセルの状況において、放射源は、１８５及び２５４ｎｍ波長の紫外線を出力 し、好ましくは電極が酸化によってその上に形成されるＴｉＯ₂被膜を持つ中実 のチタンロッドである。ＴｉＯ₂表面は紫外線に直接露光されて、水中の有機物 のＣＯ₂への酸化を触媒する。 特に便利な実施例において、セルの端部には石英製の２穴管の短い部分が形成 され、この２穴管は、２穴内にぴったりとチタンロッドが装着され、主要な管に 溶接されて、電極の固定及びかなり安い取付構造を形成するように寸法化されて いる。同様に入口及び出口管は、セルの主要部分に溶接させられて、サンプルの 出入を許容する。同様に温度センサ溜め（ウエル）は、その中に配置されたサー ミスタ又は他の温度センサがサンプルと熱的に良導体であるが、流体的に連通し ないように、管の本体に溶接させられる。 システムの部品上でのＵＶの影響を制限するために、入口及び出口管と、端部 部材と、センサ溜めは全てＵＶ吸収ガラス又は石英で作られるが、管の本体が述 べるようにＵＶ透過材料から形成される。ＵＶ透過の主要な管が溜めの基部を形 成する温度センサ溜めの基部では、銅、アルミニウム又は金のようなＵＶ吸収、 熱的に良導金属の被膜が形成され得る。 電極への電気接続は、２穴管に形成された端部部材の１つの向こう側にその末 梢端部から延長して形成され、機械的接合剤又は金属／ガラス密封材が形成され 得る。 首尾よく試された実施例において、合成ゴム密封材は、機械的締め具によって ２穴管に圧入される。これらは、経年劣化を防止するためにＵＶ遮蔽材によって 保護される。 完全な機器において、従来の低圧水銀灯を備えたＵＶ源がセルと共に密封され たハウジングに取付けられる。ストレ酸素即ち密封から漏洩する酸素の存在は、 ＵＶランプを収容する室において、活性炭又はアルミニウムのような、短波長の ＵＶが空気中の酸素に露光した時に発生するオゾンに優先的に反応する材料の量 を与えることによってアドレスされる。このようにして、酸素及びオゾンは機器 の効率を減少させるＵＶを吸収から防止される。 上記されるように、本発明による伝導度回路の主要なデザインゴールは、水中 の有機物質のＣＯ₂への酸化のような光化学反応期間中に、超純水のような液体 サンプルの溶液の伝導度のための正確な値を形成するために必要な部品の費用を 減少させることである。先の特許４，６８３，４３５と５，２６０，６６３と５ ，３３４，９４０の場合のように、ＡＣ方形波ドライブ信号は伝導度セルと容量 的に連結される。本発明によれば、同じドライブ信号は、サーミスタ及び利得校 正抵抗に続いて印加される。入力信号のこの多重化は、各１つがセル、サーミス タ及び校正抵抗と直列になる増幅器のセットにドライブ信号を供給して達成され る。増幅器は、電力がそれに印加され、マイクロプロセッサによって形成された 制御信号の順序に応答する対のスイッチングトランジスタによって制御される時 のみ対応の負荷にドライブ信号を導く。 相互インピーダンス受信器として構築された更なる増幅器が、結果のＡＣ電流 を電圧波形に変換する。このＡＣ電圧は、信号を整流し直列及び並列セル容量を 抑制するために、同期的に繰り返しサンプルされる。結果の直流信号は濾波され て、デジタル信号に変換される。好ましい実施例において、これは直流信号を周 波数に変換し、この周波数を測定することによって行なわれる。その後マイクロ プロセッサは、一般に上記参照された先の一般譲渡された特許の教示に従って、 それのＴＯＣを決定するために、溶液の伝導度と比例した信号を分析する。 従ってＡＣ結合のマルチプレクサは、伝導度セル間で続く入力ドライブ信号、 伝導度測定の温度訂正のために使用されたサーミスタ及び校正抵抗を接続する。 また、入力信号は、オフセット測定がなされた期間、接続されない。マルチプレ クサは、オンオフ制御される電源接続を有する３つの電圧フォロアの増幅器から なる。増幅器用の直流バイアスは、各々が各入力毎にコンダクタンス範囲と変動 する最大オフ時間及び最小オン時間を持って精度を維持するように維持される。 電力スイッチングは、電導度測定セルを通る直流電流を除き、マルチプレクサの 直流バイアスを最適化するために、各増幅器毎に形成された入出力結合コンデン サの好ましい電荷を維持するために、伝導度ドライブ信号に同期した一貫サイク ルで実行される。 図面の簡単な説明 本発明は、添付図面を参照したならば、より良く理解される。 図１は、水の全有機炭素量の測定用に実行される本発明によるシステムを概略 的に示す。 図２及び３は、図１のライン２−２及び３−３に各々沿った横断面を示す。 図４は伝導度測定回路のブロック図を示す。 図５は伝導度測定回路のアナログ部分のより詳細な回路図を示す。 図６及び７は回路の操作を説明するタイミング図を示す。 好ましい実施例の説明 上述されるように、ここに開示され主張された本発明は、上記一覧された本出 願の譲受人に発行された５つの米国特許に記載された水の全有機炭素量の測定用 の機器及びそれゆえに上記参照され同譲受人に譲渡された３つの更なる米国特許 に開示され請求された伝導度測定回路の改良に関連してなされている。しかしな がら、本発明はその環境に適用されるものとして説明されているが、本発明の多 数の教示が特に溶液の電気特性が監視されながら、溶液が予め決定された波長の 放射にさらされる他の極めて敏感な機器に応用性を持つことは理解されるべきで ある。このような応用は、例えば溶液中のイオン化された有機化合物が溶液の伝 導度を監視して測定される限り、流れ入射分析期間中の酸化測定、有機温浸或は 窒素含有化合物温浸の分析又は他の元素分析又は、液体クロマトグラフィ検知の ための機器を含んでもよい。水中の有機物質の測定と関連した本発明によって形 成される利点の多くは、言わなかった他の利点と同様にこのような追加の応用に 適用できる。更に、ここに記載された回路は、所定のデバイスの特定の電気特性 の測定が比較によって比べると予め決定された特性の公知値を表す基準デバイス に校正される広範囲の応用に有用である。それゆえに本発明は、水の全有機炭素 量の測定のための完全なシステムに関連して詳細にここに記載されたが、本発明 はそれに限定されない。 図１〜３は、完全な機器の他の主要部品への接続と共に本発明による物理的セ ルを示す。分析されるべき液体サンプルは、ランプ１２からの放射にさらされな がら、セル１０に閉じ込められる。目標のサンプルの電気特性は、ランプ１２の 長手方向に平行で、セル１０内で軸方向に延長した１対の電極１４を交差して測 定される。特に電極の表面は、ランプによって露光される時に、液体内の目標の 反応を触媒又は刺激する材料を有する限り、電極１４は、それらを含む平面がセ ルの中心とランプとを結ぶ線と垂直になるように配置される。図３を参照せよ。 このようにして電極１４の表面積の相当の部分がランプ１２からの放射に直接さ らされる。電極は、伝導度変化に対するそれらの電気応答を最適化するために、 相互に近接して間隔配置される。 セル１０には、入口管１８及び出口管２０が適宜形成される。最小限、液体が 注入され、その後反応が完了した後回収することができるセルの内容積と連通す る少なくとも１つのポートが形成されなければならない。 水サンプル内の有機物のＣＯ₂への酸化の場合において、一般に２２で示され るプロセス源２２等からの水は、入口管１８でセルに入れられて、反応期間中そ の中に閉じ込められる。サンプルの密閉は、出口管２０に接続されたバルブ２４ によって制御される。また、連続流れプロセスでセル１０を使うことは本発明の 範囲内である。どちらの場合でも、有機物のＣＯ₂への酸化は、ランプ１２から の紫外線放射で駆動され、好ましくは２５４及び１８５ｎｍ波長でかなりの成分 を含んでいる。電極の表面は好ましくは酸化を触媒するＮ型半導体である。これ らの表面は、中実チタン電極１４の表面の酸化によって適宜形成されたＴｉＯ₂ である。他の好適な材料はＳｒＴｉＯ₃、ＣＤＳ、ＷＯ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃及びＭＯ₃を 含む。光触媒酸化プロセスの完全な討論のために一般譲渡された特許４，８６８ ，１２７（参照でここに協働する）を参照せよ。 有機物のＣＯ₂への反応の分析は、水サンプルの全有機炭素『ＴＯＣ』を決定 するために、水の伝導度を測定することによって実行される。伝導度に対するＣ Ｏ₂量の関係は、水温と共にかなり変動する。従って、温度検知デバイス代表的 にサーミスタ２６（図２参照）は、温度センサ２６がセル１０の内容積の水と良 熱伝導接触するように、セル１０の１つの壁に固定された温度センサ溜め２８の 基部に固定される。センサ２６によって形成される温度に応答する可変抵抗信号 は、導体３２で運ばれる伝導度信号と共に導体３０で伝導度測定回路４２に供給 される。これらの信号は、サンプルのＣＯ₂量がサンプルのＴＯＣ用の値に変換 されるマイクロプロセッサを代表的に備える制御デバイス３４に導体３３を経て 供給される前に多重化される。示されるように代表的出力デバイスは、可視表示 器３６、プリンタ３８又は遠隔位置等と通信する手段４０を含む。 サンプルのＴＯＣ量が時間関数としてサンプルの伝導度のモニタに応答して決 定される技術は、上記参照の一般譲渡された特許、即ち伝導度測定が温度補正後 ＣＯ₂量毎の値に望ましく変換されることを開示した極最近の特許５，２７５， ９５７（参照でここに協働する）に著しく詳細に説明されている。更に、一連の ＣＯ₂値は、測定値が既に測定されたサンプルに一般に合致する限り、所定のサ ンプルの最終ＣＯ₂量を予測するために使用されてもよい。これの代わりに、特 に好ましい分析技術において、サンプルは、一定時間酸化させられ、その後伝導 度が測定されて、複数の測定が酸化の完了を保証するようになされてもよい。 図１に示されるように、電極１４上の信号は、制御器３４に供給される前に、 図４〜図６に関連して詳細に後述される伝導度測定回路４２で処理される。制御 器３４は、制御器３４によってＵＶランプ電源４６に供給した制御信号４４によ って示されるようにＵＶランプの操作及び信号接続４８によって示されるように ドレーンバルブ２４の操作を含むプロセスの全ての面を制御する。 上記されるように、特に今セルの構成の詳細に向けて、本発明の主要目的は、 非常に敏感な測定が必須であるように、非常に高抵抗率の少量のサンプルの伝導 度を高精度測定するに好適な安価なセルを提供することである。全反応時間は、 ＵＶの強度に依存して減少させられる。従って、ＵＶを効率よく集中させるセル が望まれる。更なる制約としては、水サンプル内の有機物を酸化させる短波長紫 外線放射の使用は、極めて破壊的な紫外線放射を、さもなければセルを形成する ために使用されるプラスチック又はエラストマ密封材のような種々の敏感部品か ら遮断しなければならないことを意味することが当該分野の熟練者によって認識 される。更に、低コストのセルを形成するためには、高価な材料を重大な量機械 加工することを回避することが望ましいことが理解される。例えば上記参照の一 般譲渡された特許において、電極はチタンの相当の量がスクラップになるように 機械加工された。従って、本発明の低コストのセルは、最小の機械加工及び他の 高価操作が要求される組立在庫品を用いている。図１〜３に示されたセルは、こ のゴールの満足に貢献する多くの特徴を持っている。 特に、図２及び３に示されたセル１０は、目標の放射に透明な材料から形成さ れた細長い主要な管セクション６２を備える。機器が水中の有機物のＣＯ₂への 酸化のために使われる限り、主要な管は、１８５及び２５４ｎｍのＵＶを透過さ せる合成の石英ガラス又は溶融石英材料から形成される。現在好ましい実施例に おいては約０．４ｍｌの全内容積が形成される５ｍｍの内径『ＩＤ』、７ｍｍの 外径『ＯＤ』及び０．７５インチの長さの『Ｓｕｐｒａｃｉｌ』溶融石英管が使 用される。電極１４は、ＴｉＯ₂表層が他の複雑な段階なしで、機械加工なしで 形成されるように、ＵＶに露光されながら、水内で酸化するのを許容し、長さに 切断された２つの０．７５ｍｍ径の中実チタンロッドである。２つのチタン電極 １４を取付けるためには、その中に２つの平行な０．８２ｍｍの穴を持ち、チタ ン電極１４を受入れる基部端部部材６４及び末梢端部部材６６を形成する４．２ ５ｍｍ外径の２穴管の２セクションは使用された。従って電極は、１ｍｍの間隔 で平行に保持たれる。この近い間隔は、機器の有用な範囲を広げて、サンプル水 が低伝導度を持っていてもコンダクタンスが重要なことを保証する。 ２穴管セクションは、従来のガラス吹出し技術による主要な管６２の溶融石英 に溶接する材料から形成される。セリウムをドープした石英は、この目的に好適 でＵＶ吸収の更なる利点を形成する。示されるように末梢端部部材６４は封鎖さ れ、一方電極１４は電気接続がそれに形成することができるように、基部の端部 部材６６から突出している。電極１４及び基部の端部部材６６間の密封は機械的 密封、接着剤又はガラス／金属密封材を含み得る。もし、使用されたならば、ガ ラス／金属密封材用の適切な合金は、ジルコニウムとタングステンとチタンとモ リブデンと白金とタンタルを含む。勿論種々の材料は、セル１０で測定される特 定の反応に依存して、電極１４用に使用され得る。また電極から分離した触媒部 材が用いられてもよい。 水のＴＯＣ測定用に実行されるような本発明の機器の首尾よく試された実施例 において、テフロン又は他の弗素プラスチック層７０と対面し、電極を通す２つ の穴を持つエラストマ壁６８は、電極１４上に置かれて、機械の弛み止め装置７ ２によって基部の端部部材６６の外の端部に対して堅く圧縮される。機械の弛み 止め装置７２は、弗素プラスチック管７４に嵌合する成型とげ部材を備える。こ の管７４には、弗素プラスチック管７４が源１２からのＵＶによって攻撃されな いように、ＵＶ吸収金属等の円筒フォイル７６が順々に覆われる。正味の結果は セル１０への電極１４の密封が外来技術なしで容易に達成されることである。 温度センサ２６は、上記されるように、正確な温度測定がなされて伝導度の測 定を補償することができるように、セル１０の内部容量に含まれた液体と熱接触 されなければならない。この結果、温度変化する抵抗、代表的にサーミスタを持 つ温度センサ２６は、熱伝導性エポキシ材料７８によってセル１０の壁と熱接触 して接着させられる。サーミスタは、Ｈｅｒａｅｕｓ Ｍ３８２として販売され ている内径３ｍｍ、外径５ｍｍの更なるＵＶ吸収セリウムドープされた石英管か ら形成された温度センサ溜め２８内に固定される。溜め２８は、示されるように 接合線８０で主要な管６２の外面に溶接させられる。主要な管６２は、この位置 に穴があいていない。特に、主要な管６２の肉厚は、温度測定が１つのセルから 次に繰り返すことができるように、それに温度センサ溜めを固定するプロセスで 好ましくは影響しない。サーミスタ又は他の温度センサをＵＶから保護するため には、熱伝導性ＵＶ反射金属等のシールド８２が溜めの底に置かれる。この金属 は、銅、アルミニウム又は金である。 また、入口及び出口管１８及び２０は各々形成される。これらは内径１ｍｍ、 外径３ｍｍのＨｅｒａｅｕｓ Ｍ３８２又はＧＥ２５４型石英管から形成され、 ライン８４に沿って主要な管に溶接させられる。勿論、主要な管６２の壁は、こ れらの位置で、流れサンプルが入り、セル１０の内容積から出ることができる穴 が開いている。入口及び出口管１８及び２０には、合成ゴム接続管２１に信頼で きる密封を形成するために、鋭い円周縁の嶺（当該分野で「オリーブ」として参 照する）１８ａ及び２０ａが形成される。その後管２１は、２３で示されるよう に、インジウム又はビスマス含有半田のような低融度合金或いは耐ＵＶエポキシ によってハウジング９０に密封することができる。合成ゴム管２１の形成は、破 損のないセル及びハウジング間の差動熱膨脹を許容する。 セル１０の内容量への紫外線放射を形成するランプ１２の関係が図３で概略的 に示される。代表的な低圧水銀灯は、最も有機物の分解に有効な１８５及び２５ ４ｎｍ波長範囲のＵＶを出力し、特に、１８４．９ｎｍ及び２５３．６ｎｍの放 射の効果的な量を出す。ランプ１２からの放射がセル１０の内容積の中央に集中 する傾向があるように、セルの直径と略等しい距離にセルからランプまでを間隔 配置することは望ましい。勿論追加の集束手段は形成できるが、セルの費用を増 加させる。もし反応速度の更なる増加が望まれるならば、水内の有機物の酸化を 含む多くの反応は、例えば、電源４１から電極１４を交差した直流電力の印加に よって促進される。好ましい実施例において、ランプは、カリフォルニア州パモ ナのＢＨＫ株式会社によって供給されたモデル７１−９０２５−０１であって、 上述されたように外径７ｍｍのセル１０の表面から約５ｍｍ離れて配置されてい る。明らかに他の放射源は、セル１０によって定義されるサンプル量内の効果的 な光化学反応を保証する異なる配列を必要としてもよい。図３に示された部材８ ６は、代表的な低圧水銀灯の水銀アークを含む『Ｄ』型チャンネルを示す。 公知なように、紫外の放射は、空気中の酸素およびオゾンで吸収される。特に 酸素は１８５ｎｍのＵＶによってオゾンに変換され、２５４ｎｍのＵＶがオゾン で吸収される。機器効率を高く保持するためには、コンテナ内にＵＶランプ１２ を密封して、酸素又はオゾンによるＵＶの吸収を防止することが望ましい。本発 明のこの面によれば、ランプ及びセルは、密封室９２を定義する単一ハウジング ９０に取付けられる。例えば、もし酸素がパージポート９４を通る窒素の導入に よって室９２から排気されるならば、ＵＶの酸素による吸収が殆ど妨げられる。 しかしながらこれは、何人かのユーザにとって、例えばもしランプ交換が要求さ れるならば或いは、もし密封が空気を漏らすならば、不便かもしれない。それ故 に、本発明の好ましい実施例によれば、酸素及び／又はオゾン吸収材の相当量９ ６が室９２にも置かれる。これは、例えば繊維ガラスさやに閉じ込められた大量 の活性炭又は大量の細分されたアルミニウム線を備え得る。炭素のＣＯ₂への酸 化又はアルミニウム線のＡｌ２Ｏ₃への酸化は、両反応がオゾンの存在に有効で あり、室９２内の酸素とオゾンを消費する。 最終的にセル１０の好ましい配向が図１に示されるよう、即ち出口２０が入口 １８に垂直で上にあることが当該分野の熟練者によって理解される。これはセル １０の内容積内で泡形成を防止する。好ましくは、ランプ１２が図１に示される より対向して配向され、即ちランプ１２自身の上の電力接続９８を持っている。 これは室９２で対流を制限する。図１に示された配向は、種々の接続を図表で示 すことでより便利である。 図４は、機器の伝導度測定回路４２のブロック図を示し、図５が追加のシステ ム部品への接続及び伝導度測定回路４２のより詳細な回路図を示し、図６及び図 ７は時間関数としての種々の制御及び伝導度信号を説明する図を示す。図７は、 図６の１つの部分の効果的拡大図である。 上述したように、ＵＶ放射期間中の水の伝導度を測定するために最適化された 実施回路の操作は、繰り返し、校正抵抗、サーミスタ及びサンプルセルへのコモ ンＡＣ入力信号を多重化し、それらの各応答を分析することを含む。好ましくは システム応答は、入力信号が負荷に印加されない期間も監視される。これは、シ ステムオフセット即ち零伝導度における校正値を測定することができる。各抵抗 性負荷を通るＡＣ電流は、まずＡＣ電圧に変換され、その後直流電圧に整流され て、デジタル値に変換される。好ましい実施例において、デジタル化は、電圧を 可変周波数信号に変換し、その後固定サンプル期間内のゼロ交差数をカウントし て実行されて、電圧の振幅を決定する。 特に、訂正されたセルのコンダクタンスは、全て未接続と述べた３つの主要な 負荷によって測定回路を通して流れる電流に応答するセルの『コンダクタンス周 波数』及び『オフセット周波数』間の差を、『校正周波数』即ち、『オフセット 周波数』を引いた校正抵抗のコンダクタンスに応答して測定された周波数を乗算 することによって比率計的に計算される。従ってオフセットは、測定回路でどん な直流誤差も補償する。 今図４のブロック図を参照して、方形波ドライブ信号は源１００から、詳細な 構造が図５に詳細に示された多重化スイッチ１０２に印加される。スイッチ１０ ２は、負荷群に連続的にドライブ信号を印加し、この実施例において、セル１０ ４と、サーミスタ１０３と、校正抵抗１０５とを含んでいる。伝導度セル１０４ に対応する等価回路は、直列抵抗Ｒ_sol１０６と、直列容量Ｃ_s１０８と、並列コ ンデンサＣ_p１１０とを含む。各源及び近似値は、上記参照の一般譲渡された特 許５，２６０，６６３及び５，３３４，９４０で詳細に説明され、この対照によ ってここに協働する。当該分野の熟練者は、図１〜３のセルが上記参照の一般譲 渡された特許のそれらより高いセル定数を表し、対応のＲ_sol、Ｃ_p及びＣ_sより 低い相対値を表すことを認識する。 多重化された負荷の出力は、帰還抵抗Ｒ_fb１１６及び帰還容量Ｃ_f１１７を持 つ、相互インピーダンス増幅器として構築された増幅器１１４の反転入力１１２ に印加される。増幅器１１４からのＡＣ出力信号は、ＡＣ信号が直流電圧に変換 される整流器１１８に供給される。これは、上記参照の一般譲渡され対照でここ に協働する特許の教示に関連して一般に議論されたように、ＴＯＣ量を計算する マイクロプロセッサ１２２にデジタル出力を形成するＡ／Ｄコンバータ１２０に 順々に供給される。 特に一般に上記議論されるように本発明の１つの面によれば、源１００からの ドライブ信号は、それぞれ図６（ａ）〜（ｃ）のロジックレベル信号によって示 され、図６（ａ）上の「ＳＹＳＴＥＭ ＣＹＣＬＥ」ステータスラインに対応す るように、伝導度セル１０４、サーミスタ１０３又は他の温度センサ及び校正抵 抗１０５の入力端子に連続して印加される。各負荷を通過する電流は、電流を電 圧に変換する相互インピーダンス受信器として構築された演算増幅器（増幅器） １１４によって測定される。この回路を持つ実験は、各入力が誤差を回避するた めに周期的にスイッチ・オンすべきであることを示した。従って、各入力は、図 ６のタイミング図に示された定期的なパターンで繰り返しサンプルされる。この パターンは、最も敏感な入力即ち（１８ＭΩまでの）最低コンダクタンスのサン プルを含む時に極端に低電導度を持つセルは、全精度を増加させるために最長期 間毎にアドレスされるように構築される。全システム時間サイクルは１０個の等 しい７１．１１ｍｓのブロックに分割され、入力ドライブ信号が次の負荷に印加 される。セルへの７つのブロックＩ〜ＶＩＩ（図６（ａ）参照）、温度センサの １ブロックＶＩＩＩ（図６（ｂ））及び校正抵抗測定への１ブロックＩＸ（図６ （ｃ））。第１０ブロックＸ期間中には、入力ドライブ信号がいずれの負荷にも 接続していない。 例えば整流器１１８の出力で形成される伝導度信号は図６（ｄ）に示される。 一般譲渡された特許５，２６０，６６３及び５，３３４，９４０で説明されたよ うに、セル等価回路の並列コンデンサＣ_p及び測定回路の他の容量は、伝導度信 号（図６（ｄ））を各負荷への給電期間中に指数的に変動させる。こういう理由 で、セルの伝導度は図６（ａ）に示されるように、対応の増幅器への給電期間の 終りからのサンプル期間中にサンプルされる。全ての伝導度測定は、入力信号が 沈静化した期間、即ちスイッチ時刻後の約１０ミリ秒で始まり、次の負荷への給 電の開始前の約１ｍｓに終わる約６０ｍｓの存続期間毎のクロスハッチされたサ ンプル期間の後に実行される。セルの伝導度の測定は、ドライブ信号が伝導度セ ルに接続された期間の７ブロックの最後のブロックでのみ実行される。また、伝 導度信号は、全増幅器が給電されないブロックＸにおけるオフセットサンプル期 間に測定される。好ましい実施例においてはマイクロプロセッサ１２２がスイッ チング及びタイミングの制御に使われるが、他の方法も同様に用いることができ る。 今図５に戻って、図１の伝導度測定回路４２特に図４の入力多重化スイッチ１ ０２の重要な部品は、伝導度セル１０４に直列接続された増幅器１３１と、サー ミスタ１０３に直列接続された増幅器１３２と、校正抵抗１０５に直列接続され た増幅器１３３とを備える。各増幅器１３１、１３２及び１３３の非反転入力は 方形波ドライブ信号の源１００に接続されるが、各増幅器は源１３６から給電さ れる時にのみ、関連の負荷にドライブ信号を導く。テキサス州ダラスのテキサス インストルメント社によって型番ＴＬ０８１として販売された増幅器はこれらの 部品にふさわしい。源１３６は、正側スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３及び Ｑ５及び増幅器の負端子を接地に接続する負（戻り）側スイッチングトランジス タＱ２、Ｑ４及びＱ６によって増幅器１３１、１３２及び１３３に接続される。 増幅器１３１への給電を制御し、従って伝導度セル１０４を通るドライブ信号の 流れを制御するトランジスタ対Ｑ１、Ｑ２は、マイクロプロセッサ１２２によっ て制御される同期選択ユニット１３８で形成されるＣＥＬＬ Ａ及びＣＥＬＬ Ｂ信号によって制御される。同様に、サーミスタを通るドライブ信号の流れは、 Ｑ３、Ｑ４のベースに接続された制御信号ＴＨＥＲＭ Ａ及びＴＨＥＲＭ Ｂに 応答して、増幅器１３２への給電が制御される。信号ＣＡＬ Ａ及びＣＡＬ Ｂ は同様にＱ５及びＱ６のベースに供給されて、校正抵抗１０５に直列接続された 増幅器１３３を通る方形波ドライブ信号の伝導を制御する。図６のタイミング図 は、制御信号ＣＥＬＬ Ｂ、ＴＨＥＲＭ Ｂ及びＣＡＬ Ｂの順序を説明し、信 号ＣＥＬＬ Ａ、ＴＨＥＲＭ Ａ及びＣＡＬ Ａは、上記制御信号の逆に動作す るので、示さない。従って、源１００によって供給されたドライブ信号が伝導度 セル、サーミスタ及び校正抵抗間でそれぞれ多重化される順序を説明する。 増幅器１３１、１３２及び1３３の入出力側のカップリングコンデンサ対Ｃ１ とＣ４、Ｃ２とＣ５及びＣ３とＣ６は、それぞれ増幅器をデカップルし、部品等 の経年変化による時間の経過で起こり得るドライブ信号のどんな直流バイアスも 除いている。また、出力結合コンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６は、セル分極による直 流誤差を除き、要するに、入力チャンネル間の全ての直流差を除いている。先行 技術の慣例は、代表的に測定された伝導度に関して直列インピーダンスを小さく 保持するために、幾分大容量の高価な出力カップリングコンデンサを必要として いた。本発明の１つの面によれば、この誤差項目は、２％までが許容され、その 後指数関数への２次近似によって補償され、それによって測定された伝導度がサ ンプルのＣＯ₂量用の値にマイクロプロセッサによって変換される。カップリン グコンデンサ用の補正係数は、製造で実行される最大伝導度の自動単一点校正に よって決定される。 各出力カップリングコンデンサは、各入力がオフになった時に、特定の電荷及 び電圧を保持する。この電荷が負及び正の半サイクルで異なるので、新しい負荷 への入力ドライブ信号の印加開始が、伝導度ドライブ信号に同期し、スイッチン グトランジェントの沈静化を許すように、伝導度ドライブ信号のどちら縁も間に 合うように分離される。負のドライブ半サイクル（図７（ｃ）参照）の中央は、 経験的に最も実際的な入力スイッチング時間（図７（ｄ）参照）であることがわ かった。一貫したタイミングサイクルで入力をスイッチすることは、一貫した測 定を保証する。さもなければ、オフしながら入力増幅器電力及びバイアス抵抗の 漏れが、入力がオフした時間の量に応答する誤差を導入する。 特に、図７（ａ）〜（ｆ）は、全回路のタイミングの例として図６のブロック ＶＩＩ及びＶＩＩＩ間の領域を拡大させるタイミング図を示す。図７（ｅ）及び （ｆ）のＣＥＬＬ Ａ、Ｂ及びＴＨＥＲＭ Ａ、Ｂの信号は、各々図６（ａ）及 び（ｂ）のそれらに相当する。図７（ａ）は、図示のクロスハッチされたサンプ リング期間中に伝導度信号（図６（ｄ））のサンプリングを制御するために用い られるＳＡＭＰＬＥ信号を示す。その後入力信号に接続された負荷の伝導度が図 示の間隔即ちＤＲＩＶＥ信号の各サイクル毎に１回の割合でサンプルされる。図 ７（ｂ）は、ドライブ信号が接続された負荷のスイッチングをクロックするため に用いる倍速ＣＬＯＣＫ信号を示す。倍速ＣＬＯＣＫの期間は示されるように、 入力信号が１つの負荷から次に順々にスイッチされる時刻で、倍速ＣＬＯＣＫが ＤＲＩＶＥの負の半分の中央で遷移を形成するように、図７（ｃ）で指示された ＤＲＩＶＥ信号のそれの半分である。図７（ｅ）及び（ｆ）を比較せよ。 システムブロックの状態は、伝導度が測定され、マイクロプロセッサ１２２に よって制御される負荷を決定する。図７に示されるように、代表的にブロック間 の遷移は、マイクロプロセッサがＤＲＩＶＥ信号に同期する必要がないようにド ライブ信号の遷移に対応しない時刻に発生する。従って、１ミリ秒台までの遅延 は、その後ＤＲＩＶＥ信号が連続した負荷に印加される時刻で各ブロックの終り 及びＤＲＩＶＥ信号の次の負の半サイクルの中央間に発生する。これは、伝導度 セルへのＤＲＩＶＥ信号の印加を制御するＣＥＬＬ Ａ、Ｂ信号（図７（ｅ）） 及びサーミスタへのＤＲＩＶＥ信号の印加を制御するＴＨＥＲＭ Ａ及びＢ信号 （図７（ｆ））間の遷移によって説明される。僅か異なって述べると、マイクロ プロセッサが特定のブロック例えば、実施例におけるブロックＶＩＩの終りで中 断した後に、ＤＲＩＶＥ信号は、示されるようにＤＲＩＶＥ信号の次の負の半分 の中央に発生している倍速ＣＬＯＣＫ信号の遷移で次の負荷に順に印加される。 従って、１ｍｓまでの遅延は、各ブロックの終り及び図６のＤＲＩＶＥ信号のス イッチング間で示される。対応のサイクルにおける同じ点でのＤＲＩＶＥ信号を 絶えず開閉することは、カップリングコンデンサの電荷を一定に維持することを 許容する。 特に測定された抵抗率の有限のインピーダンスは、電荷を、正のドライブサイ クル期間に出力ドライブコンデンサに記憶させ、いずれかのチャンネルがオンの 間負のドライブサイクル期間中に引き算される。電荷は、ドライブ電圧、コンデ ンサ値及び、測定された抵抗率に依存し割合で記憶される。コンデンサ中の電荷 の平衡を維持するためには、特定のチャンネルの増幅器は、オフになったドライ ブサイクルの同じ相対時刻でオンにならなければならない。従って上方に議論さ れるように、増幅器は、記憶された負及び正の電荷が等しくなるように、ドライ ブ信号の負の半サイクルの中央でオンオフされる。 好ましい実施例において、Ａ／Ｄ変換は、まずＡＣ出力電流を電圧に変換し、 これを直流電圧に整流し、この電圧を周波数に変換し、その後タイマーを使って 周波数を測定して、その後、回路の出力をデジタル化することによって実行され る。これは、マイクロプロセッサが結果を適宜分析することができるように、伝 導度セル、サーミスタ及び校正抵抗出力信号の各々に関して実行される。電流／ 電圧変換は、相互インピーダンス構築で動作させるために、並列接続の帰還抵抗 Ｒ_fb１１６及び容量Ｃ_f１１７が形成された更なる増幅器１１４によって実行さ れる。類似した変換技術が上記参照の特許５，２６０，６６３及び５，３３４， ９４０の回路に用いられている。しかしながら、ここに用いられた範囲設定用帰 還抵抗ネットワーク２４は、費用の点から本回路から削除されている。 記載のＶ／Ｆ変換技術は、費用を節約するために、デュアルスロープ型積分又 は逐次近似Ａ／Ｄ変換器に亙って選択された。Ｖ／Ｆ変換器はゼロ又は負の周波 数を表すことができないので、入力がいつも正でなければならない。従って直流 オフセットは、バイアス源１３４及び抵抗Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ_bias、Ｒ_drv（図５ 参照）の方法によって測定に故意に導入された。オフセットは、他の入力のどれ もオンでないオフセット期間（図６（ｄ）参照）中に測定によって補償される。 同様に、同期整流器又はＶ／Ｆ変換器は、例えば製造許容度又は温度変動による バイポーラオフセットを表し得る。オフ期間中の実際のオフセットを測定するに よって、これら誤差の源も、セル、サーミスタ及び校正抵抗測定値からオフセッ ト値を引算することによって正確に補償され、従って不正確などんな源もそれら を補償することができる。 従って、本発明のこの面によれば、３つの増幅器１３１，１３２，１３３はス イッチとして用いられたことを理解することができる。これらは、継電器又は電 解効果トランジスタをＡＣ信号路で用いた先行技術スイッチング技術を置換して いる。この回路に増幅器を使用する第１の利点は８００ナノアンペア台のＴＯＣ 測定で経験する非常に低電流を扱うことに好適な電解効果トランジスタ又は継電 器（リレー）のかなりの費用を回避することである。特に、乾燥型コンタクト継 電器は、１０マイクロアンペア以下の電流レベルで信頼できず、従って、水中の ＴＯＣ測定に適していない。ＦＥＴ基準のシリコン・マルチプレクサは、伝導度 測定及び動的計測範囲を制限する重大な抵抗及び漏れ電流を持っている。水銀ス イッチは、電気的に満足を与えるが、機械的に複雑である。 回路の動作を詳細に記載すると、一般譲渡された特許５，２６０，６６３及び ５，３３４，９４０で代表される先行技術とのある比較が今成すことができる。 これらの特許に詳細に描写されるように、特にＵＶに露光中の水サンプルを含む ために使用される伝導度セルは、直列容量Ｃ_s及び並列コンデンサＣ_pを表す。セ ルの伝導度の測定でＣ_p及びＣ_sの影響を除くために、それらの特許に描写された 技術が非常に効果的であるが、必要とした回路が幾分高価である。本発明によれ ば、動的測定範囲の僅かな犠牲でだけで、大いに安価な回路が形成される。 所望の精度は、３つの主要な回路技術によって達成される。まず、減衰コンデ ンサＣ_att１４４（図５）は、減衰抵抗Ｒ_att１４６と並列に、ドライブ信号源１ ００及び接地１４７の戻りの間で接続されて、形成される。ドライブ信号源１０ ０及び各増幅器の非反転入力間に接続されるＲ_drv１４８及び非反転入力及び戻 り１４７間に接続されるＲ_att１４６間の比率は、入力信号の信号を効果的に制 限する分圧器を形成する。このようにして入力信号は、電力がそれに印加される 時以外、増幅器をイオンにするに十分強力にならない。特に、当該分野の熟練者 が理解するように、一般に増幅器は、多数のダイオード及びトランジスタを備え る。もし入力信号がピークツーピークで約１ボルトを越えるならば、内部ダイオ ードは、回路の他の部品によって成される測定に干渉するドライブ信号に導通し 得る。従って、Ｒ_attを図示のように形成することは、入力信号を制限する。 Ｃ_attの形成は、増幅器の入力端子におけるドライブ信号の最大変化率が各入 力信号の後に続くそれらの能力を越えないことを保証させて、方形波ＤＲＩＶＥ 信号の高周波成分を減衰させる。これは増幅器が閉塞ループ帰還モードに機能す ることを許容する。更に、Ｃ_pに起因する誤差信号が、Ｃ_pによって区別されたド ライブ波形からの高周波から成る。セルを駆動する減衰された高周波によっての み、Ｃ_pによって導入された誤差も減衰させられる。 Ｃ_p誤差を減少させるために用いた第２の主要な技術は、相互インピーダンス 増幅器１１４を交差した帰還コンデンサＣ_f１１７を形成することである。必須 的に示された回路は、−Ｃ_p／Ｃ_fに等しい利得を有するＡＣ反転増幅器を形成す る。Ｃ_fは、Ｃ_pの３又はそれ以上に選択され、従ってＣ_p誤差を減衰させる。 Ｃ_p誤差を減少させる第３の技術は、２つの一般譲渡された特許に示されたも のと事実上同じで、即ち、Ｃ_pによる誤差がフル充電されたＣ_p分減少される時刻 でセルの伝導度だけをサンプルする。図６（ｄ）及び図７（ａ）で示されるよう に、セルの伝導度は、セルに印加されたドライブ信号の印加の細長い期間（図６ （ｄ））の終りの方のクロスハッチされたセルサンプル期間中の間隔で測定され る。各サンプルは、ドライブ信号（図７（ａ））の正の半サイクルの後者の部分 の間に行われる。この点でＣ_pによる伝導度信号中の初期上方ピーク１５０は、 Ｃ_pの充電によって指数的に減少した。 Ｃ_s誤差は、誤差がこの特定の回路によってアドレスされた測定された電導度 の範囲に亙って許容範囲内であることを保証するために、十分なドライブ信号周 波数（代表的に１ＫＨｚ）を使うことによって制御され、Ｃ_sが溶液の電導度と 共に変動することを認識するマイクロプロセッサによって印加された単純な数学 的な補正によって減少することができる。 上述の一般譲渡された特許は、レンジ・スイッチングを形成するために、開閉 （スイッチ）された抵抗ネットワーク２４を用いている。レンジ・スイッチング は、示されるように本発明の回路によれば形成されないが、同じ方法で実行する ことができる。これの代りに、ドライブ周波数又はドライブレベルは、例えば、 Ｒ_att１４６の値を変化させることによって変えることができる。 上述された一般譲渡された特許において、ドライブ信号は、ランプ信号による 相当の高周波のノイズがゼロになるように、ランプ電源信号に同期される。それ は本回路でこのような同期化を避けることを要求された。従って、ランプは、伝 導度測定がなされる時に単にオフになる。これは、測定された伝導度値から光電 効果によるどんなバイアス及びノイズも削除される。代表的に、ランプは、伝導 度測定が実行されることを許容するために約１秒間ランプがオフになった後の、 水の新しいサンプルがセルに導入された後に、９０〜１２０秒間に連続的に給電 される。その後ランプは、５又は１０秒間に再び給電されて、第２の伝導度測定 が続行されてもよい。もし２つの測定が同じであるならば、サンプル中の有機物 が完全に酸化させられ、サンプルのＴＯＣ用の値が出力することができる。もし 少しの変動があるならば、酸化プロセスはしばらくの間続行してもよい。 操作のこの方法が上記参照された一般譲渡された特許のように伝導度を連続的 に追跡できないが、図示のランプ及びセルデザインは、殆ど目標の全ての有機物 が充分に９０〜１２０秒の期間で酸化させられることに十分に有能であることは 事実上見つけられる。勿論これの代わりに、ドライブ信号は上記参照された特許 のようにランプ周波数に同期することができ、或は測定はランプのオン・オフを 繰り返しする必要によるランプ寿命の少しの費用といえどもランプオフ間隔で固 定で実行することができる。現在までのテストは、数分の全間隔で約５秒毎に数 １秒計測用にランプをオフすることは、ランプ寿命が問題になる程度にランプを 冷却できないことを指示する。非常に低伝導度レベルでの高ダイナミックな範囲 及び精度の要求は超純水でのＴＯＣ測定に関連して最もたぶん重要であるが、こ の回路は非常に異なる分野で使用されることが当該分野の熟練者によって理解さ れる。例えば、本発明の回路は、Ａ／Ｄコンバータへの入力はサンプルの電気特 性（インピーダンス、インダクタンス又は抵抗のような）が校正負荷、サーミス タ又は他の多重化デバイスのように他の負荷に比較で測定されるべきである実験 的デバイスの間で多重化されなければならないのはどこだとしても、有用かもし れない。従って、本発明は、それのＴＯＣを評価するために超純水中の伝導度の 測定に限定されるべきでない。同様に上述されたように、本発明のセル及びその 使用の方法は、光化学反応がサンプルの電気特性の分析によって監視されるべき であるのはどこだとしても、有用かもしれない。 それ故、本発明の好ましい実施例が詳細に議論されたが、本発明は、それによ って限定されるべきでなく、以下の請求項によってだけ制限される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペイン，デイビド・エイ アメリカ合衆国80540コロラド州ライアン ズ・エヌ・セント・ブレイン・ドライブ 13930 (72)発明者 バルデズ，ジェイムズ・エイ アメリカ合衆国80301コロラド州ボウルダ ー・オニール・パークウェイ3035・ブイ− 34

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、細長い内容積のサンプル量を定義し、放射に透明な材料から形成された少 なくとも１つのウィンドウを備えた管状部材と、 前記内容積に連通する少なくとも１つの液体ポートと、 前記サンプル量の軸に沿って相互に平行に延長している１対の細長い電極と、 さらに前記内容積を定義して、管状部材の端部内に前記電極の対向端部を密封 する第１及び第２密封手段と、 電気接続が、放射への露光中に前記内容積中の液体の電気特性を監視するため に前記電極及び外部の回路間で維持されるように、前記電極の末梢端部に接続さ れ前記第１密封手段を交差して延長している電気伝導度部材と、 前記管状部材の長手方向と平行に延長して、前記放射源が前記内容積の液体に 入射する予め決定された波長の細長い放射源とを備えた放射への露光中に液体の 電気特性を監視する機器。 ２、前記電極は、両方の電極の有効面が直接前記放射源にさらされるように、 前記放射源に関して配向され、 前記電極の表面が前記源からの前記予め決定された波長の放射への露光時に前 記液体に対する目標の反応を刺激する光触媒的材料から形成される請求項１に記 載の機器。 ３、目標の前記反応は、二酸化炭素への超純水中の有機炭素含有材料の酸化で あり、予め決定された波長の前記放射が紫外線を合み、前記電極の表面の材料は ＴｉＯ₂と、ＳｒＴｉＯ₃と、ＣｄＳと、ＷＯ₃と、Ｆｅ₂Ｏ₃と、ＭＯ₃とからなる 群から選択されるＮ−型半導体である請求項２の機器。 ４、前記半導体材料が、固体のチタン電極部材の表面の酸化によって形成され るＴｉＯ₂であり、 紫外線の前記源は、略１８４．９及び２５３．７ｎｍ波長で放射を出している 低圧水銀灯である請求項３に記載の機器。 ５、内部のサンプル量を定義している前記細長い管状部材は、ＵＶ透過ガラ ス、石英及び合成の石英ガラスからなる群から選択される、前記放射源に透明な 材料の主要な管を含み、 前記第１及び第２密封手段は、前記主要な管の第１及び第２端部に溶接させら れたガラス製の２穴管のセクションを含み、前記電極存在の前記端部が前記２穴 の第１及び第２内腔内で管を受入れる請求項４に記載の機器。 ６、第１及び第２液体の入口及び出口ポートは形成され、各々は連通がそれら の間で確立された前記主要な管に溶接させられたガラス管を含む請求項５の機器 。 ７、液体サンプルを含みながら、源からの予め決定された波長の放射によって その中の液体を同時に露光し、液体の予め決定された電気特性を監視するための セルを作る方法であって、 予め決定された波長の前記放射に実質的に透明なガラス、溶融石英又は石英材 料から形成される管の細長い第１セクションを形成し、 管の前記第１セクションの端部を密封するために前記管の材料に可融性の材料 の端部部材を形成し、前記端部部材は、管の前記第１セクションの心板の下に延 長している２つの平行な細長い電極を支持する支持手段を備え、 露光中に前記液体の前記予め決定された電気特性を監視するために好適な材料 の２つの細長い電極を形成し、 管の前記第１セクションの材料に可融性の材料の少なくとも１つの管を形成し 、 連通路が管の前記第１セクションの内部に確立するように、管の前記第１セク ションへの前記少なくと１つの管と溶接し、 前記端部部材に前記電極を取付け、 前記電極が管の前記第１セクションに沿って軸方向に相互に平行に延長し、電 極の基部の端部が１つの端部部材内で密封され、一方電極の末梢端部が対向端部 部材から延長するように管の前記第１セクションに前記端部部材を溶接する段階 を備えた方法。 ８、管の前記第１セクションの材料に可融性の材料の少なくとも１つの温度セ ンサ溜め管を形成する更なる段階を備え、 前記温度センサ溜めは、管の前記第１セクションの内部と連通しないように、 前記少なくとも１つの温度センサ溜め管を管の前記第１セクションに溶接させる 請求項７に記載の方法。 ９、前記電極の表面の材料がＴｉＯ₂であり、中実のチタン電極部材の表面の 酸化によって前記電極の表面上に前記ＴｉＯ₂を形成する段階を含む請求項７に 記載の方法。 １０、紫外線放射を含む、予め決定された波長の放射を出しているランプをも 含む密封されたハウジングに前記セルを取付ける更なる段階を含む請求項７に記 載の方法。 １１、前記第１及び第２端部部材が、管の前記第１セクションの第１及び第２ 端部に溶接させられたガラス製の２穴管のセクションから形成され、 前記電極の前記端部が、前記２穴管の第１及び第２内腔内で受入れられる請求 項７に記載の方法。 １２、各々がコモン電気特性を表す負荷のグループの入力端子間の予め決定さ れた入力信号を多重化し、負荷の前記グループが、測定されるべき量を有する前 記電気特性における変化を表す少なくともセルを含み、基準デバイスが前記電気 特性の知られている値を表し、負荷の前記グループが、前記特性を表す更なるデ バイスを任意に含み、前記負荷の各々の出力端子は、それを通って通過している 信号を分析するための手段に接続される回路であって、 前記予め決定された入力信号の源と、 前記負荷の数に等しい数の増幅器であって、前記入力信号の前記源が各非反転 入力端子に接続され、各出力端子が前記負荷の対応の入力端子に接続される複数 の増幅器と、 前記増幅器の動作用の電源と、 前記予め決定された入力信号が予め決定された順序の前記負荷の各々に印加さ れるように、前記増幅器の各々に前記電源を順に連続的に接続するスイッチング 手段とを備えた回路。 １３、前記スイッチング手段は前記増幅器の各々に協働する１対のスイッチン グトランジスタを備え、前記１対のスイッチングトランジスタは前記増幅器への 給電の前記予め決定された順序を実行するマイクロプロセッサによって制御され る請求項１２に記載の回路。 １４、測定されるべき前記電気特性が抵抗率であり、前記校正デバイスは固定 抵抗を含み、前記更なるデバイスは、可変抵抗温度センサを含む請求項１２の回 路。 １５、入力信号の源を形成し、 それを通る信号を分析する手段に前記所定のデバイスの出力端子を接続し、 入力信号の前記源に接続される入力端子及び前記所定のデバイスの入力端子に 接続される出力端子を有し、電力がそれに印加される時にだけ前記所定のデバイ スに前記入力信号を導く増幅器を形成し、 前記増幅器に給電することに好適な電源を形成し、 前記電源及び前記増幅器間に制御できるスイッチング手段を接続して、前記ス イッチング手段が前記増幅器を通る前記所定のデバイスへの前記入力信号の伝導 を制御し、 前記入力信号が予め決定された順序に従って前記所定のデバイスに前記増幅器 を通して導かれ、前記順序は、 前記入力信号が前記所定のデバイスに印加された少なくとも１つの期間と、前 記入力信号が前記所定のデバイスに印加されなかった第２期間を含むように、前 記スイッチング手段を制御し、 前記順序の両方の前記期間中に前記所定のデバイスの出力端子で存在する信号 を測定して、前記入力信号及びシステムオフセット値に対する前記所定のデバイ スの応答を決定し、 前記システムオフセット値に関する前記デバイスの前記応答を分析する、段階 を備えた所定のデバイスの予め決定された電気特性の測定を校正する方法。 １６、前記スイッチング手段は、前記増幅器のパワー入力端子及び前記電源間 に接続されるトランジスタを備える請求項１５に記載の方法。 １７、前記スイッチング手段がマイクロプロセッサによって制御された請求項 １５の方法。 １８、入力信号の前記源に接続している更なる増幅器に前記電気特性の公知値 を表す校正デバイスを接続し、 前記入力信号が前記第２期間中に前記校正デバイスに接続されるように前記更 なる増幅器を制御し、 前記第２期間中に前記校正デバイスの出力端子に存在する信号を測定する、更 なる段階を備えた請求項１５に記載の方法。