JPS632469B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はゼータ電位測定装置に関する。

固体一液体の界面での荷電状態を表すゼータ
（ξ）電位を測定する方法の一つとして流動電位
法がある。流動電位法は粉体や繊維などを電極間
に充てんして充てん層を形成し、この充てん層に
液体を透過させることによつて電極間に発生する
電位差、すなわち流動電位を測定してゼータ電位
を求めるものである。従来の装置では、一定方向
に一定の圧力で液体を流動させたとき発生する直
流電位を測定していたが、電極−液体間の接触電
位や電極間の不整電位によるドリフト分があつて
ゼータ電位の小さい試料や等電位付近の測定にお
いては測定精度の向上が望めない。特に流動液の
イオン強度が大きくなると発生電位が小さくな
り、ドリフト分の割合が大きくなるため、さらに
精度が落ちることになる。このように直流電位を
測定する装置では測定範囲が狭くなる欠点があつ
た。

また、このような不整電位があるために、ゼー
タ電位の計算は、流体の圧力を連続的に一方向に
変化させ、このときの流動電位をＸ−Ｙレコーダ
等に記録して電位と圧力の勾配から行うか、もし
くは少なくとも二点以上の圧力について流動電位
を測定しなければならない欠点があつた。さら
に、この欠点によりPHやイオン強度など液の性質
を変化させたときのゼータ電位の変化を測定した
い場合には液の交換など多くの手間を要し連続的
にかつ、簡単に測定することができなかつた。

この発明の目的は上記従来の欠点に鑑み、広い
測定範囲に亘り、接触電位や不整電位によるドリ
フト分の影響を受けず高精度にかつ連続的にゼー
タ電位を測定することができるゼータ電位測定装
置を提供することにある。

この発明は、上記目的を達成するために、循環
流路およびポンプなどからなり、流動液容器から
流動液を充てん層に循環させる手段と上記流動液
に周期的な圧力変化を与える手段と、上記充てん
層に流入する上記流動液の圧力を測定する手段と
を設けたゼータ電位測定装置であり、循環する上
記流動液の圧力が周期的に変化するときの上流充
てん層に設けられた電極間に発生する交流電位差
を測定してゼータ電位を求めるよう構成されてい
ることを特徴としている。

この発明の交流式ゼータ電位測定原理を以下に
説明する。

粉末などの充てん層に液体を流しその流れを考
えると充てん層は近似的に細管の集合体とみなす
ことができる。第１図に示す原理図はその細管の
１本をモデル化したもので、固体２１の表明が負
に帯電している場合の液とイオンの流れおよび電
極２２の極性との関係を示している。一方向に液
体が流れているとき、イオンの流れは定常状態を
保ち、電極間には一定の電位差が発生する（第１
図Ａ）。さらに液体が逆方向に流れると極性が異
なる一定の電位差が発生する（第１図Ｂ）。従つ
て、圧力Ｐが周期的に変化する液体を流したとき
には、交流の電位差が発生する。この電位差が流
動電位Ｅであり、周期的に変化する圧力との関係
を第２図に示す。第２図のＣはゼータ電位が負の
ときの流動電位Ｅの変化であり、同図Ｄはゼータ
電位が正のとき変化を表す。

以上のことから圧力が周期的に変化する液体を
流すことにより流動電位を交流電圧としてとり出
すことができる。

一方、ゼータ電位（ξ）と流動電位Ｅは、下式
の関係がある。

ξ＝4πη／ε・λE／Ｐ ………(1) η：液体の粘性係数 λ：液体の導電率 ε：液体の誘電率 従つて、η、εを一定とすれば、ゼータ電位は
λ、Ｅ、Ｐを測定して求めることができる。

これに対し、電極間に流れる流動電流Ｉを測定
してもゼータ電位を求めることができる。この場
合のξとＩとの関係は下式で表される。

ξ＝4πη／ε・CI／Ｐ ………(2) ここでＣは充てん層を含む電極間槽定数であ
る。

以下、この発明の実施例を図面に基づき説明す
る。

この実施例は(1)式に基づき、流動電位を測定し
てゼータ電位を求めるよう構成されたゼータ電位
測定装置であり、第３図にその構成図を示す。

流動電位測定槽１６は粉体などの固体試料を充
てんするための充てん層１と、液体が流れる方向
に設けられた一対の電極２からなる。第４図に充
てん層１の断面を拡大した図を示す。電極２は液
が流れるように直径１mm程度の小孔が多数あけら
れた形状をなす。電極の材質については白金また
は銀に塩化銀でメツキされたものなどを用いる。
ろ紙３は充てん層１内に充てんされた固体試料が
流出するのを防ぐためのものである。流動液容器
９内の流動液を充てん層１に流し循環させるため
に、流動電位測定槽１６と流動液容器９を連通す
る循環流路１７が設けられている。流動電位測定
槽１６の流入路には流動液に振動を与える振動子
５と流動液の圧力を測定する圧力センサ４が設け
られている。ポンプ７は流動液容器９から流動液
を吸い上げ流動されるためのものである。循環流
路１７の流入側と流出側を連通する流路に設けら
れたバルブ８は流量調節に用いられる。振動装置
６は発振器１３により駆動される。

圧力センサ４は圧力センサ用電源兼整流器１２
に接続され、整流されて同期整流器１１の基準信
号となるとともに液の圧力を示す信号として演算
装置１５に導入される。電極２の間に発生する電
位差の出力は同期整流器１１に接続されている。
なお、同期整流器１１の前段にはインピーダンス
変換回路が含まれている。同期整流器１１におい
て、電極２間に発生する交流信号は圧力センサ４
の出力信号を基準信号として同期整流される。導
電率測定器１４は、流動液の電気抵抗から液の導
電率を測定するものであり、測定は導電率測定用
電極１０を流動液中に浸して行われる。演算装置
１５は、同期整流器１１、圧力センサ用電源兼整
流器１２および導電率測定器１４のそれぞれの出
力、すなわち流動電位Ｅ、液の圧力Ｐ、および導
電率λに対応する信号を入力して(1)式に基づきゼ
ータ電位ξを算出する。

以上の構成において、充てん層１内に粉末状あ
るいは繊維状の固体試料を充てんして、流動液容
器９から循環流路１７を通じて流動液を循環させ
る。このときの流量は、充てんすべき固体試料の
粒度によつて決まる液の透過率を考慮して決めら
れる。循環流路１７内に液がみたされたとき、振
動装置６を振動させる。流動液に振動による圧力
変化が生じると、電極２間に交流の流動電位Ｅが
発生し、同期整流器１１において交流分のみが同
期整流されて演算装置１５に出力される。また、
演算装置１５には、流動液の圧力Ｐ、導電率λが
入力されゼータ電位ξが求められる。

この流動電位の測定は、充てん層１に液をみた
したのちポンプ７の駆動を停止し液の流れを止め
てから振動を与えて行つてもよい。また、電極２
間で発生する信号を同期整流するための基準信号
に、発振器１３からの信号を用いてもよい。さら
に、液に振動を与える手段として、クランク機構
からなる機械的構成で振動を発生させてもよく、
ポンプ自体が脈流を発生させるものでもよい。

また、(2)式に基づいてゼータ電位の測定を行う
場合には同期整流器１１の入力インピーダンスを
低くして流動電流Ｉを測定して行うことができ
る。

以上のように、この発明によれば交流の流動電
位を測定するから電極−液体間の接触電位や電極
間の不整電位によるドリフト分の影響を受けず、
そのようなドリフト分を補償する回路を設けるこ
となく構成が簡単である。また、ドリフト分の影
響を受けないから、測定の感度を上げることによ
つて液のイオン強度が高い場合、または液のPHが
非常に高いかあるいは非常に低い場合さらに流動
電位の発生が少ないの条件での測定などに対して
ゼータ電位を高精度に測定することができる。ま
た、固体試料が同じで液の性質、たとえばPHや電
解質濃度を変えて行う測定定が簡単に行え、さら
に経時変化の測定が可能であつて測定範囲が広い
ゼータ電位測定装置が得られる。液の圧力変化に
対する流動電位を直続することができるからデー
タを計算機に直接入力してゼータ電位を算出する
ことができ、測定が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のゼータ電位測定原理を説明
するための図、第２図はこの測定原理における液
の圧力Ｐと流動電位Ｅの出力波形図、第３図はこ
の発明の実施例の構成図、第４図はこの実施例の
充てん層１を示す断面拡大図である。 １……充てん層、２……電極、４……圧力セン
サ、５…振動子、６……電磁石、７……ポンプ、
９……流動液容器、１０……導電率測定用電極、
１１……同期整流器、１２……圧力センサ用電源
兼整流器、１３……発振器、１４……導電率測定
器、１５……演算装置、１６……流動電位測定
槽、１７……循環流路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固体試料の充てん層からなる流動電位測定槽
   と、流動液容器と、上記充てん層を挾み流動液の
   流動方向に設けた一対の電極とを備え、上記充て
   ん層内に上記流動液を流し上記電極間に発生する
   流動電位からゼータ電位を測定する装置におい
   て、上記流動液を上記流動液容器から上記充てん
   層に循環させる手段と、上記流動液に周期的な圧
   力変化を与える手段と、上記充てん層に流入する
   上記流動液の圧力を測定する手段とを設け、上記
   流動液の圧力が周期的に変化するときの上記電極
   間に発生する交流電位を測定して上記ゼータ電位
   を求めるよう構成されたゼータ電位測定装置。