JPS5830541B2 - ソウタンソリヨウソクテイホウホウオヨビソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は総炭素量測定方法および装置（こ関し、さらに
詳しくは、炭素含有物質の水性分散物の総炭素量を測定
する方法および装置に関する。

河川水や工場排水などの汚濁の程度を表す指標のひとつ
に、総炭素量（ＴＣ：Ｔｏｔａｌ Ｃａｒｂｏｎ）が
ある。

この総炭素量の測定は、従来、酸素を含むガスを燃焼管
内に一定の速度で連続的ｌこ供給し、かかる状態におい
て燃焼管内に炭素含有物質の水性分散物（以下試料とい
う）を注入して燃焼させ、この燃焼（こまって生じたガ
ス中の二酸化炭素濃度の増加部分（以下ピークという）
を二酸化炭素測定器に搬送することによって行なってい
る。

しかしながら、かかる従来の技術は、測定精度が低いう
えにランニングコストや装置コストが高いという欠点が
あった。

すなわち、このような測定技術において高精変な測定を
広なうためには、燃焼管内に注入した試料の全量を完全
（こ燃焼させること、および試料の燃焼によって生じた
ピークをその形状を乱さないように二酸化炭素測定器ま
で搬送することの２条件が要求される。

しかるに、ガスの速度は、試料の燃焼（こ関しては、炭
素含有物質が試料の主成分である水の蒸気で覆われて燃
焼しにくい状態になっているので、できるたけ遅いほう
がよいのに対し、ピークの搬送に関しては、遅すぎると
ピークの拡散や混合が起り、逆に速すぎるとガスの乱流
が起り、いずれの場合（こおいてもピークの形状が乱れ
てしまうから、上記２条件を同時に満足させることはほ
とんど不可能であり、結局ガスの速度カ常に一定である
上記従来の技術によっては、総炭素量の高精度な測定は
困難であったのである。

また、上記従来の技術ζこおいては、試料の燃焼を、燃
焼管内を流れるガスの速度が時ｌこは５００（ｃｍ／分
）以上にも達するような高い状態において行なうので、
計量した試料の全量を瞬時に燃焼管内に注入するための
精密な装置を必要としたり、燃焼管の温度を著しく高温
に維持するために極めて大容量の炉を設置したりする必
要があるので、結局装置コストが高くなり、ランニング
コストも高くなっていたのである。

本発明の目的は、従来技術の上記欠点を解決し、試料の
総炭素量を高精度で測定することができ、かつ装置コス
トやランニングコストの安い総炭素量測定方法および装
置を提供する（こある。

上記目的を達成するために、不発明番こおいては、酸素
を含むガスを５５０〜８０００の湿度に加熱された燃焼
管内に７０〜１８０ （ｃｍ１分）の速度で連続的に供
給するとともにその燃焼管内を通過したガスを二酸化炭
素測定器に導入する第１工程と、前記ガスの速度を前記
第１工程における速度の１７１０以下におとして前記燃
焼管内（こ供給する第２工程と、前記第２工程を継続中
において前記燃焼管内に炭素含有物質の水性分散物を注
入して燃焼させる第３工程と、前記炭素含有物質の水性
分散物の注入後金なくとも１０秒間を経過して再び前記
第１工程ｌこ戻し前記燃焼管内に生じたピークを前記二
酸化炭素測定器に搬送する第４工程とを含むことを特徴
とする総炭素量測定方法が提供される。

また、本発明においては、上記目的を達成するために、
酸素を含むガスを供給する装置と、前記供給装置から送
られるガスの速度を７０〜１８０（Ｃｒｎ／分）の速度
とその速度の１／ｌＯ以下の速度の２段階に調節する装
置と、前記調節装置を通過したガスの入口および出口を
有しかつ触媒床を内蔵した燃焼管と、前記燃焼管を５５
０〜８００（Ｃ）の任意の温度に加熱する装置と、前記
燃焼管から流出するガス中の二酸化炭素濃度を測定する
装置と、前記燃焼管内を通過するガスの速度が前記１／
１０以下である状態において前記燃焼管内にその燃焼管
の入口から所定量の炭素含有物質の水性分散物質の水性
分生物を注入する装置とを設けたことを特徴とする総炭
素量測定装置が提供される。

本発明１こいう「炭素含有物質」とは、炭素原子を含む
化合物であり、「水性分散物」とは炭素含有物質の水溶
液と懸濁液である。

また「総炭素量−とは、炭素含有物質の水性分散物、す
なわち試料（こ含まれている炭素の合計量である。

次に、本発明の総炭素量測定方法および装置をその一実
施例（こ基づいｉ明する。

第１図において、１は酸素を含むガスのボンベである。

このボンベ・１は、配管２を介して流量調節装置３番こ
接続されている。

流量調節装置３は、ポートＸ、Ｙ、Ｚを有する１個の三
方電磁弁４と３個のニードル弁５，６゜７を有し、３つ
のガス施賂、すなわち配管８、ニードル弁５、配管９、
配管１５を経て燃焼管１６の入口に至るガスの流路（以
下第１流路という）と、配管１０、三方電磁弁４のポー
トＸおよびＺ１配管１１、ニードル弁６、配管１２、配
管１５を経て燃焼管１６の入口に至るガスの流路（以下
第２流路という）と、配管１０、三方電磁弁４のポート
Ｘおよび￥１配管１３、ニードル弁７、配管１４を通り
、燃焼管１６の出口と除湿器１９とを結ぶ配管１８に至
るガスの流路（以下第３流路という）を構成している。

１６は上述した燃焼管であり、上部にガスの入口を、下
部（こガスの出口を有し、かつ触媒床２０を内蔵してい
る。

そして、この燃焼管１６は電気炉２１内に収容され、５
５０〜８０００の範囲の任意の温度に加熱されている。

２２は電気炉２１の温度調節器であり、１７は燃焼管１
６の入口に接続した試料注入器である。

燃焼管１６の出口には、上述したように、配管１８を介
して除湿器１９が接続されている。

さらに、この除湿器１９（こは、配管２３を介してドレ
ンポット２４が、また配管２５を介して二酸化炭素測定
器２６がそれぞれ接続されている。

２７は、二酸化炭素測定器２６に接続された記録計であ
る。

上記のような装置の作用を説明するに、第１工程におい
ては、ボンベ１から供給される酸素を含むガスは第１流
路と第２流路の双方を通って燃焼管１６内に供給され、
燃焼管１６内を通り、さらｌこ配管１８、除湿器１９、
配管２５を通って二酸化炭素測定器２６に導入されてい
る。

このとき、燃焼管１６内に導入されるガスの流量はニー
ドル弁５および６によって調節され、第１流路の流量を
Ｆｌ、第２流路の流量をＦ２としたとき両者はＦ〆ｙ２
の関係にある。

かかる第１工程においては、三方電磁弁４はそのポート
ＸおよびＺの間のみが開、放され、ポートＸおよびＹの
間は閉止されているので、第３流路をガスが流れること
はない燃焼管１６内ｌこは、上述したように（Ｆ１＋Ｆ
２）なる流量のガスが導入されるが、これは燃焼管１６
内に７０〜１８０（Ｃｍ７分）の範囲の一定の速度のガ
スの流れを生ずるような流量である。

換言すれば、第１および第２流路を流れるガスの流量Ｆ
１．Ｆ２の和（Ｆｌ ＋Ｆ２）は、燃焼管１６内に７０
〜１８０ （Ｃｒｒｌ／分）の範囲の一定の速度のガス
の流れを生ずるような値に設定される。

この７０〜１８０ （ｃＷｌ／分）というガスの速度は
、後述するようｌこ、燃焼管１６内ｌこ生じたピークを
その形状を乱すことなく二酸化炭素測定器２６に搬送す
るために極めて重要である。

上記第１工程に続く第２工程においては、三方電磁弁４
のポートＸおよびＺの間が閉止され、ポートＸおよびＹ
の間が開放される。

したがって、燃焼管１６内には第１流路を流れるＦｌな
る流量のガスのみが導入されること（こなる。

第１流路のＦｌ なる流量は、かかる第２工程における
燃焼管１６内のガスの速度が、上記第１工程における速
度の１／１０以下であるようシこ、第１工程においてニ
ードル弁５によってあらかじめ調節されている。

この第２工程におけるガスの速度は、後述するようｌこ
、燃焼管１６内ｌこ注入した試料の全量を完全に燃焼さ
せるために極めて重要である。

一方、三方電磁弁４のポートＸおよびＹの間が開放され
たことによって第３流路をガスが流れることになるが、
その流量Ｆ３は、ニードル弁７によって、上記第１流路
を流れるガスの流量Ｆ１ と等しくなるように調節され
ている。

そのため、この第２工程において二酸化炭素測定器２６
に導入されるガスの流量は第１工程と全く変りがなく、
いつも一定である。

このことは、二酸化炭素測定器２６をより安定して作動
させるうえで好ましいことである。

さて、上記第２工程を継続中において試料注入器１７を
作動させ、所望する一定量の試料を燃焼管１６内にその
入口から注入する。

燃焼管１６は、上述したように５５０〜８００（ｃ）ｃ
；ｒｔ湿温度加熱されているので、注入された試料はガ
ス中の酸素を消費して燃焼し、試料中【こ含まれている
炭素含有物質が安定な二酸化炭素に変換され、ガス中に
ピークを生ずる（第３工程）。

このとき、触媒２０は試料のより一層完全な燃焼を促す
よう作用する。

次に、試料注入後再なくとも１０秒間を経過して再び上
記第１工程に戻す。

この切換えは、三方電磁弁４を再び作動させ、第２工程
（こおいて開放されていたポートＸおよびＹの間を閉止
し、ポートＸおよびＺの間を開放することによって行な
う。

この切換えにより、燃焼管１６内の上記ピークが７０〜
１８０ （Ｃｍ１分）の範囲の一定速度のガスによって
押出され、配管１８、除湿器１９、配管２５を通って二
酸化炭素測定器２６に搬送される。

二酸化炭素測定器２６は、ガス中の二酸化炭素濃度と関
連した電気信号を発生するので、それを記録計２７で読
取ることにより、試料の総炭素量を求めることができる
（第４工程）。

なお、燃焼管１６から流出したガスは除湿器１９に導入
されるが、この除湿器１９で冷却され、凝縮されたドレ
ンは配管２３を介してドレンポット２４内に補集される
。

また、試料注入後再び第１工程に戻すまで（こは少なく
とも１０秒間を必要とするが、この時間があまり長すぎ
ると拡散や混合によるピークの乱れが起ったり、第１工
程（こ戻す前に燃焼管１６内からピークが押出されてし
まうので、そのようなことが起らないような適当な上限
を定めておくものとする。

上記実施例１こおいて、酸素を含むガスとしては、自然
界に存在する空気や、酸素を含む不活性ガスなどを用い
ることができる。

そして、これらのガスの供給は必ずしもボンベによらな
くてもよい。

流量調節装置は、燃焼管内（こ供給するガスの速度を、
７０〜ｌ ８０ （ｔｙｎ１分）とその速度のｌ／１０
以下の速度の２段階に調節するものであり、このよう
な２段階の速度を与え得る流量の調節をできるものであ
れば、従来公知のどのようなものであってもよい。

試料注入器は、スライディング・プレート・パルプやマ
イクロシリンジのようなもので、所望量の試料を液状や
霧状、あるいは蒸気の状態で燃焼管内ｌこ注入できるも
のであればよい。

触媒床は白金、コバルト、ニッケル、シリカゲル、石英
などの１種または２種以上をゆるく詰めたものである。

必要に応じて、これらをアスベスト綿や石英綿で支持し
てもよい。

二酸化炭素測定器は、たとえば非分散型赤列線分析計な
ど、従来公知のものを用いればよい。

なお、試料の注入量や燃焼管の加熱塩ｉ、第３工程【こ
おいて燃焼管内に試料を注入した後再び第１工程に戻す
までの時間などの諸条件は、測定中は通常一定の値に維
持される。

次に、燃焼管内に供給するガスの速度（こついて説明す
る。

第２図は、上記第１図に示した装置において、直径１７
（ｍａｎ）の燃焼管を用い、燃焼管の加熱温度を６５０
（６）、第２工程ｌこおけるガスの速度を第１工程にお
ける速度の１７２０ １第３工程において燃焼管内に試
料を注入した後再び第１王程ｌこ戻すまでの時間を３０
秒とした場合ｌこ測定したガスの速度と二酸化炭素測定
器の出力との関係を示すグラフである。

第２図から明らかなように、ガスの速度が７０〜１８０
（Ｃｍ７分）の範囲においてはほぼ一定の出力が得られ
ているが、７０ （ｔｙｎ１分）未満ノ範囲や１８０
（Ｃｒｒｌ／分）を越えるような範囲においては出力が
急激に低下している。

これは、７０（ｃｒｒｌ／分）未満の速度においてはピ
ークの拡散や混合が起り、また１８０（Ｃｎ１／分）を
越える速度においてはガスの乱流が起り、ピークの形状
が二酸化炭素測定器に搬送されるまで（こ乱れてしまう
ためであると考えられる。

このような傾向は、本測定の前提となった上記諸条件を
変えた場合でもほとんど同様に現れることが実験的に確
認されている。

それゆえ、本発明ンこおいては第１工程におけるガスの
速度、換言すれば、第４工程において二酸化炭素測定器
にピークを搬送する場合のガスの速度を７０〜１８０（
ｔｗ／分）に選定している。

次（こ、本発明においては、燃料管の加熱温度を装置コ
ストやランニングコストが急激に増大し始める臨界湿度
である５ｏｏ（ｃ）を上限とし、試料の燃焼に不可欠な
温ｉである５５００を下限とする範囲に規定している。

このような温度範囲において燃焼管内に注入した試料の
全量を完全に燃焼させ、高い測定精変を得るためには、
第２工程におけるガスの速度を第１工程ｌこおける７０
〜１８０（、ｘ／分）という速度の１／１０以下にする
こと、および第３工程において燃焼管内に試料を注入し
た後再び第１工程に戻すまでの時間を少なくとも１０秒
間維持することが必要である。

第３図は、燃焼管の温度と第１工程におけるガスの速度
を、試料の燃焼に関して最も過酷な条件である５ ５ｏ
（ｃ）、 １ ｓｏ （Ｃｒｒ１／／分）にそれぞれ設
定し、第２王程ｌこおけるガスの速度と、第３工程にお
いて燃焼管内に試料を注入した後再び第１工程に戻すま
での時間を変えながら二酸化炭素測定器の出力を測定し
た結果を示すグラフである。

この第３図から、第２工程におけるガスの速度が第１工
程における速度のＩ／１０以下である場合ｌこおいて試
料の完全燃焼を達成しようとすれば、少なくとも１０秒
間必要であることがわかる。

以上説明したよう（こ、本発明の総炭素量測定方法およ
び装置は、燃焼管内に生じたピークの二酸化炭素測定器
への搬送を７０〜ｌ ８０ （Ｃｍ１分）のガス速度で
行なうので、搬送時のピークの形状の乱れを防止するこ
とができる。

さらに、燃焼管内（こ注入した試料の燃焼を５５０〜８
００（０の温度で、かつ第１工程における７０〜１８０
（−）というガス速度の１／１０以下のガス速度下に
おいて少なくとも１０秒間行なうので完全燃焼を達成す
ることができる。

そのため、試料の総炭素量の測定を高精度で行なうこと
ができる。

また、試料の燃焼を５５０〜８００（Ｃ）の温度で、か
つ第１工程における７０〜ｌ ８０ （ｚ／分）という
ガス速度の１／１０以下において少なくとも１０秒間行
なうので、燃焼管内に計量した試料の全量を瞬時ｌこ注
入する必要が必ずしもすくすり、精密な試料注入器を必
要としない。

さらに燃焼管の加熱温度の上限が５ｏｏ（’ｃ）と低い
ので、大容量の炉を設置する必要がない。

そのため、装置コストを安くすることができる。

さらに、燃焼管の加熱温度が５５０〜８００（’Ｃ）と
低いので、ランニングコストを大幅に安くすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の総炭素量測定方法および装置の一実施
例を示す概略ブロック図、第２図は第１工程におけるガ
スの速度と二酸化炭素測定器の出力との関係を示すグラ
フ、第３図は第２工程におけるガスの速度と二酸化炭素
測定器の出力との関係を示すグラフである。 １・・・・・・ボンベ、３・・・・・・流量調節装置、
４・・・・・・三方電磁弁、５，６．７・・・・・・ニ
ードル弁、１６・・・・・・燃焼管、１７・・・・・・
試料注入器、２０・・・・・・触媒床、２１・・・・・
・電気炉、２６・・・・・・二酸化炭素測定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸素を含むガスを５５０〜８０■の温度に加熱され
   た燃焼管内（こ７０〜１８０ （ｃｍ１分）の速度で連
   続的に供給するととも（こその燃焼管内を通過したガス
   を二酸化炭素測定器に導入する第１工程と、前記ガスの
   速度を前記第１工程Ｉこおける速度のｌ／１０以下にお
   として前記燃焼管内に供給する第２工程と、前記第２工
   程を継続中において前記燃焼管内（こ炭素含有物質の水
   性分散物を注入して燃焼させる第３工程と、前記炭素含
   有物質の水性分散物の注入後少なくとも１０秒間を経過
   して再び前記第１工程に戻し前記燃焼管内に生じたピー
   クを前記二酸化炭素測定器に搬送する第４工程とを含む
   ことを特徴とする総炭素量測定方法。 ２ 酸素を含むガスを供給する装置と、前記供給装置か
   ら送られるガスの速度を７υ〜１８０（ｃｍ１分）の速
   度とその速度のｌ／１０以下の速度の２段階に調節する
   装置と、前記調節装置を通過したガスの人口および出口
   を有しかつ触媒床を内蔵した燃焼管と、前記燃焼管を５
   ５０〜８０００の任意の温度に加熱する装置と前記燃焼
   管から流出するガス中の二酸化炭素濃度を測定する装置
   と、前記燃焼管内を通過するガスの速度が前記１７１０
   以下である状態において前記燃焼管内（こその燃焼管の
   入口から所望量の炭素含有物質の水性分散物を注入する
   装置とを設けたことを特徴とする総炭素量測定装置。