JPH11108822A - 濃度測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料の実際の濃度を短時間にしかも簡単に得
ることができる濃度測定方法および装置を提供するこ
と。 【解決手段】 光源１３からの平行光を試料に照射した
ときに生ずる散乱光の強度分布と濁度とを同時に測定
し、前記散乱光の強度分布から散乱光相当粒度分布を求
め、この散乱光相当粒度分布と、前記濁度と、予め求め
ておいた散乱係数と粒径との関係とを用いることにより
試料濃度を得るようにしたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、気相中の粒子や
液体中の粒子またはコロイドなどの濃度を測定する方法
および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば液体中の粒子濃度を測定する方法
として、濁度を用いる方法がある。この濁度による試料
濃度の測定は、ＪＩＳ Ｋ０８０１に規定されるよう
に、濁度計測装置を予め特定の試料について校正し、こ
の校正後の装置を用いて濁度を計測し、この濁度を用い
て濃度を求めるのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、校正試
料以外の試料を測定する場合、その濃度を測定するに
は、測定対象の試料を用いて前記装置の校正を改めて行
う必要がある。これは、濁度は、試料中に含まれる粒子
に起因して生ずる散乱による現象であるため、濁度のパ
ラメータとして粒子径と相対屈折率とがあるが、校正デ
ータはこのようなパラメータを持っていないため、試料
ごとに校正データを持つ必要があるからである。

【０００４】つまり、上記従来の手法においては、濃度
と濁度の校正曲線（検量線）を試料の数だけ持つ必要が
あり、この校正曲線を得るための操作が非常に煩わしい
ものであった。また、得られる試料の濃度は、標準試料
に換算された濃度であり、試料そのものの実際の濃度で
はなかった。

【０００５】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、試料の実際の濃度を短時間にし
かも簡単に得ることができる濃度測定方法および装置を
提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の濃度測定方法は、光源からの平行光を試
料に照射したときに生ずる散乱光の強度分布と濁度とを
同時に測定し、前記散乱光の強度分布から散乱光相当粒
度分布を求め、この散乱光相当粒度分布と、前記濁度
と、予め求めておいた散乱係数と粒径との関係とを用い
ることにより試料濃度を得るようにしている。

【０００７】そして、この発明の濃度測定装置は、試料
に平行光を照射する光源と、試料からの散乱光および透
過光を検出する検出器を備えた測定部と、前記検出器の
出力信号が入力され、これに基づいて所定の演算を行う
信号処理部とからなり、この信号処理部において、光源
からの平行光を試料に照射したときに生ずる散乱光に基
づいて散乱光相当粒度分布を求める一方、試料に対する
入射光と試料における透過光に基づいて濁度を求め、前
記散乱光相当粒度分布と、濁度と、予め求めておいた散
乱係数と粒径との関係とを用いることにより試料濃度を
得るようにしている。

【０００８】試料の濃度を測定するには、平行光を試料
セル中の試料に照射し、そのとき生ずる散乱光の強度分
布と濁度とを同時に測定する。散乱光の強度分布から粒
度分布演算を行うことにより試料の散乱光相当粒度分布
が得られる。この散乱光相当粒度分布と濁度と、予め求
めておいた散乱係数と粒径との関係とを用いることによ
って、濃度と濁度の校正曲線を用いることなく、しかも
粒子径が変化しても試料濃度を得ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１〜図３は、この発明の一つの実施
の形態を示す。まず、図１は、この発明の濃度測定方法
において用いるレーザ回折式粒度分布（粒子径分布とも
いう）測定装置の一例を示すもので、この図において、
Ａは測定部で次のような部材からなる。すなわち、１は
分散バスで、その内部にはモータ２によって回転する攪
拌羽根３が設けられているとともに、底面１ａの外部に
は図外の発振器によって振動する超音波振動子４が設け
られている。５は試料粒子を含む分散媒６を収容したタ
ンク、７は分散媒供給管で、電磁弁などの開閉弁８を備
え、分散バス１の開口に開放接続されている。

【００１０】９は懸濁液が充填される試料セルとしての
フローセルで、分散バス１とは、ポンプ１０、切換え弁
１１を備えた循環流路１２によって接続されている。１
３はフローセル９の一方の側に設けられるレーザ光源
で、このレーザ光源１３を発したレーザ光は、反射鏡１
４ａ，１４ｂを経てビーム拡大器１５に至り、所定のビ
ーム径の平行光となってフローセル９に照射される。

【００１１】１６はフローセル９の他方の側に設けられ
る集光レンズで、その後方の焦点位置にアレイ状の検出
器１７が配設されている。このアレイ状検出器１７は、
図２に示すように、フローセル９を透過した光を検出す
る透過光強度検出器１７Ａと、この透過光強度検出器１
７Ａを中心にして互いに半径が異なる半リング状の受光
面を持つセンサ素子１７ｂを複数個同心状に配列した散
乱光強度検出器１７Ｂとからなる。

【００１２】そして、図１において、Ｂは信号処理部
で、次のような部材からなる。すなわち、１８はアンプ
およびマルチプレクサなどよりなる信号切換回路、１９
はＡＤ変換器である。また、２０は例えばＣＰＵからな
る信号演算部で、装置の各部に対する各種制御を行うと
ともに、ＡＤ変換器１９を介して入力される検出器１７
の信号をＲＯＭ２１に格納されているプログラムやデー
タに基づいて処理し、粒度分布（粒子径分布）演算や濁
度演算を行い、演算結果をＲＡＭ２２に格納する。２３
はＣＲＴなどよりなる表示画面２３ａの周辺に各種のフ
ァンクションキー２３ｂを備えた表示操作部、２４は演
算結果を出力するプリンタである。

【００１３】上記構成のレーザ回折式粒度分布測定装置
において、フローセル９に懸濁液を供給している状態
で、レーザ光源１３からレーザ光をフローセル９に照射
する。フローセル９に対して照射されたレーザ光の一部
は、試料粒子に当たることなく懸濁液を通過してフロー
セル９の反対側に透過する。この透過光は、集光レンズ
１６を経て透過光強度検出器１７Ａに入射する。この透
過光の入射に基づいて透過光強度検出器１７Ａから光強
度信号が出力され、これが信号切換回路１８を介してＡ
Ｄ変換器に送られ、信号演算部２０に取り込まれる。

【００１４】一方、前記フローセル９に対して照射され
たレーザ光の他の一部は、懸濁液に含まれる試料粒子に
よって散乱された光となる。この散乱光は、集光レンズ
１６を経て各散乱角度ごとに散乱光強度検出器１７Ｂに
入射する。この場合、試料粒子による散乱光は、同じ散
乱角度の光は集光レンズ１６の作用により散乱光強度検
出器１７Ｂ上の同一半径の位置に入射する。したがっ
て、散乱光強度検出器１７ｂの同じセンサ素子１７ｂに
入射する光は、散乱光がきわめて近い光のみとなり、各
センサ素子１７ｂからの出力信号は散乱角ごとの光強度
信号を表し、各センサ素子１７ｂごとの出力信号から散
乱光強度分布が得られ、これが信号切換回路１８を介し
てＡＤ変換器に送られ、信号演算部２０に取り込まれ
る。

【００１５】ところで、セルにおける粉体やコロイドに
よる透過光の減衰は、下記（１）式で表される。 τ_T ＝ｌｎ（Ｉ₀ ／Ｉ）／Ｌ ……（１） ここにおいて、Ｉ，Ｉ₀ はそれぞれ入射光、透過光の強
度であり、Ｌはセルの光路長、τ_T は濁度である。

【００１６】したがって、信号演算部２０においては、
上記（１）式と、レーザ光の入射光強度、透過光強度お
よびセル９の光路長を用いることにより、前記懸濁液の
濁度τ_T を得ることができる。

【００１７】また、信号演算部２０においては、散乱光
の強度分布から粒度分布（粒子径分布）に変換するため
の予め設定されている変換係数行列を用いた演算により
粒度分布が一挙に演算される。なお、変換係数行列は、
対象試料の相対屈折率ごとに用意しておく。

【００１８】次に、濃度を求める手順について説明す
る。粒子１個当たりの光の散乱係数をＫ_ext 、粒子体積
濃度をΦ、粒子径をａとすると、単位体積当たりの濁度
τ_T ／Φは、 τ_T ／Φ＝（３π／４ａ）・Ｋ_ext ……（２） となる。

【００１９】したがって、粒子体積濃度Φは、 Φ＝｛４ａ／（３πＬＫ_ext ）｝・ｌｎ（Ｉ₀ ／Ｉ） ……（３） と表すことができる。

【００２０】そして、粒子１個当たりの光の散乱係数Ｋ
_ext は、粒子が均一な球形の場合、Ｍｉｅの散乱式から
理論的に求めることができる。なお、図３は、散乱係数
と粒子径との関係の一例を示す図で、符号Ａは散乱断面
積（または遮光効率）を表している。

【００２１】この場合、測定に用いるセル（この例では
フローセル９）と試料が一定の場合は、セルの光路長Ｌ
および粒子１個当たりの光の散乱係数Ｋ_ext および粒子
径ａは一定であるので、従来の濁度測定方法と同じであ
る。

【００２２】そして、粒子径に分布がある場合は、粒子
径分布をｆ（ａ）とすると、そのときの光の散乱係数Ｋ
ａ_ext は、下記（４）式で表すことができる。

【００２３】

【数１】

【００２４】上記（４）式において、ａ₀ は最小粒子径
を、また、ａ_n は最大粒子径をそれぞれ示している。

【００２５】したがって、上述のように、粒子径分布が
ある試料については、前記（３）式において、Ｋ_ext に
代えてＫａ_ext を用いるのである。

【００２６】そして、粒子径分布があるときの散乱係数
から前記測定した濁度を用いて試料体積濃度を計算で求
める。なお、散乱係数は、測定対象の試料の屈折率ごと
に予め求め、これを記憶しておく。

【００２７】上述の説明から理解されるように、この発
明の濃度測定方法は、試料の粒度分布や種類が変化して
も一つの校正データから試料濃度を演算により求めるこ
とができるので、試料ごとに校正データを測定する必要
がなくなり、従来技術に比べて、短時間かつ簡単に測定
を行うことができる。そして、前記濃度測定方法におい
ては、測定対象試料の実際の濃度を得ることができ、試
料における粒子の分布が均一でなく変化するような試料
測定系においても濃度測定を行うことができるようにな
った。

【００２８】この発明は、上述の実施の形態に限られる
ものではなく、種々に変形して実施することができ、例
えば、測定対象としては、液中に分散した粉体やコロイ
ドのほかに、気相中に分散した粉体であってもよい。そ
して、試料が液中に分散した粉体やコロイドである場
合、フローセル９に代えて、図４に示すようなセル２５
を用いてもよい。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、試料の実際の濃度を
短時間にしかも簡単に得ることができる。また、この発
明においては、粒度分布測定を行うための装置を用いる
ことができるといった利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の濃度測定方法において用いる装置の
一構成を概略的に示す図である。

【図２】前記装置において用いられる検出器の一例を概
略的に示す図である。

【図３】散乱係数と粒子径との関係の一例を示す図であ
る。

【図４】この発明の濃度測定方法において用いる装置の
他の構成を概略的に示す図である。

【符号の説明】

Ａ…測定部、Ｂ…信号処理部、９…試料セル、１３…光
源。

フロントページの続き (72)発明者 森本 清 静岡県三島市加茂71−11 (72)発明者 昼田 了 静岡県駿東郡長泉町竹原43−１ ダイヤパ レス竹原402号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの平行光を試料に照射したとき
   に生ずる散乱光の強度分布と濁度とを同時に測定し、前
   記散乱光の強度分布から散乱光相当粒度分布を求め、こ
   の散乱光相当粒度分布と、前記濁度と、予め求めておい
   た散乱係数と粒径との関係とを用いることにより試料濃
   度を得るようにしたことを特徴とする濃度測定方法。
2. 【請求項２】 試料に平行光を照射する光源と、試料か
   らの散乱光および透過光を検出する検出器を備えた測定
   部と、前記検出器の出力信号が入力され、これに基づい
   て所定の演算を行う信号処理部とからなり、この信号処
   理部において、光源からの平行光を試料に照射したとき
   に生ずる散乱光に基づいて散乱光相当粒度分布を求める
   一方、試料に対する入射光と試料における透過光に基づ
   いて濁度を求め、前記散乱光相当粒度分布と、濁度と、
   予め求めておいた散乱係数と粒径との関係とを用いるこ
   とにより試料濃度を得るようにしたことを特徴とする濃
   度測定装置。