塩分濃度計

【課題】簡易的な測定でありながら、試料の種類への依存が小さく、試料を希釈する必要のない塩分濃度計を提供する。
【解決手段】本発明の塩分濃度計は、試料の屈折率を検出する屈折率検出手段と、その試料の導電率を検出する導電率検出手段と、屈折率および導電率と塩分濃度との関係を示すデータを記憶するデータ記憶手段と、検出された前記試料の屈折率および導電率、ならびにデータ記憶手段のデータに基づいて、試料の塩分濃度を定める塩分濃度決定手段とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の塩分濃度を簡易的に測定する塩分濃度計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
味噌汁や醤油、ソースなどの塩分濃度をレストランや家庭で測定するのに用いられる塩分濃度計では、導電率により塩分濃度を測定するものが多い（例えば特許文献１参照）。硝酸銀による滴定を行えば、より正確な測定が可能となるが、試薬を必要とし簡便でないためである。また導電率により塩分濃度を測定する方法のほか、屈折率により測定する方法も知られている。
【０００３】
図１３は塩分濃度と導電率の関係の例を示す図である。この例では、食塩水と１０種類の食品とについて測定を行っている。食塩水以外の試料は、減塩醤油や、さいしこみ醤油、たまり醤油、こいくち醤油、しろ醤油、うすくち醤油、濃厚ソース、ウスターソース、トマトジュース、トマトピューレである。塩分濃度が十分に低ければ、塩分濃度と導電率との間に直線関係を見出すことができる。その場合の直線関係は、例えば醤油の種類によって大きく異ならないため、一つの近似直線を予め用意しておくことで、複数種類の醤油に対して塩分濃度を導電率から得ることができる。
【０００４】
図１４は塩分濃度と屈折率の関係の例を示す図である。この例でも、上述の１１種類の試料について測定を行っている。塩分濃度と屈折率との間では、塩分濃度が高くなっても比較的直線関係が保たれている。
【特許文献１】特開２００２−２２５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
導電率により塩分濃度を測定する場合、塩分濃度が高くなると、塩分濃度と導電率との直線関係が保たれない。特に、食塩水以外の各種の食品は、食塩以外のイオン成分を含んでいるため、そのイオン成分との相互作用が濃度によって異なるなどの理由により、図１３に示したように塩分濃度と導電率との関係が食品ごとに大きく相違してしまう。例えば醤油でも、塩分濃度が高い領域では、その種類によって導電率が大きく相違する。このため、塩分濃度の高い試料を導電率により測定する場合、その試料を希釈する必要が生じる。
【０００６】
また屈折率により塩分濃度を測定する場合、塩分濃度と屈折率との直線関係が広い濃度範囲で得られるため試料を希釈する必要がないものの、その直線関係は試料の種類によって大きく相違する。このため、屈折率から塩分濃度を精度良く得るには、試料ごとに近似直線を予め用意しておく必要がある。しかしながら、試料に合った近似直線を選択するには、測定時に試料の種類を特定しなければならないことになる。例えば、試料が醤油かトマト加工品であるかという選別に支障がなくても、醤油の種類を選別しなければ、精度の良い測定ができないとなると、測定上・実用上の不都合が大きい。
【０００７】
したがって、簡易的な測定でありながら、試料の種類への依存が小さく、試料を希釈する必要のない塩分濃度計が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の提供する塩分濃度計は、試料の屈折率を検出する屈折率検出手段と、その試料の導電率を検出する導電率検出手段と、屈折率および導電率と塩分濃度との関係を示すデータを記憶するデータ記憶手段と、検出された前記試料の屈折率および導電率、ならびにデータ記憶手段のデータに基づいて、試料の塩分濃度を定める塩分濃度決定手段とを備える。
【０００９】
その塩分濃度計において、屈折率検出手段が、試料の載置されるプリズムを有し、導電率検出手段が、そのプリズム上の試料載置部に形成された電極を有するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上の構成を採用することにより、屈折率および導電率と塩分濃度との関係を示すデータを用いて、それら両方の検出値から塩分濃度を定めるため、簡易的な測定でありながら、試料の種類への依存が小さく、試料を希釈する必要もない塩分濃度計を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は本実施の形態における塩分濃度計の概略構成の一例を示す図である。この塩分濃度計１０１は、例えば醤油のような液状の試料の屈折率を全反射法により測定するためのプリズム１０２を有している。塩分濃度計１０１の筐体１０３には、そのプリズム１０２の試料載置面１０４を露出させるための開口が設けられており、その開口を通じて試料載置面１０４上に試料１０５が滴下される。
【００１３】
試料１０５とプリズム１０２との界面である試料載置面１０４には、光源１０６からの光が入射し、その試料載置面１０４で反射された光を受光センサ１０７が受光する。光源１０６および受光センサ１０７は、処理回路１０８に接続されている。処理回路１０８は、光源１０６を制御し、受光センサ１０７の検出値に基づいて試料１０５の屈折率を求める。
【００１４】
さらに塩分濃度計１０１では、プリズム１０２の試料載置面上１０４に一対の電極１０９が形成されている。その電極１０９は信号検出回路１１０に接続されており、電極１０９と信号検出回路１１０からなる導電率センサが試料１０５の導電率を検出し、その検出値を処理回路１０８に出力する。
【００１５】
処理回路１０８では、バス１１１を介して、ＭＰＵ１１２、インターフェイス回路１１３、１１４、メモリ１１５が接続されている。インターフェイス回路１１３は、光源１０６や受光センサ１０７、信号検出回路１１０を処理回路１０８に接続するのに用いられている。ＭＰＵ１１２は、そのインターフェイス１１３を介して、光源１０６や受光センサ１０７、信号検出回路１１０に対する入出力を行う。インターフェイス回路１１４は、操作パネル１１６を処理回路１０８に接続する。操作パネル１１６には、液晶ディスプレイのような表示デバイスや、測定開始ボタンのような入力デバイスが用意される。ＭＰＵ１１２は、インターフェイス回路１１４を介して、ユーザからの指示を操作パネル１１６で受け付けたり、測定結果やユーザへのメッセージを表示デバイス等に出力したりする。
【００１６】
メモリ１１５は、制御プログラム１１７のコードなどを格納している。ＭＰＵ１１２は、その制御プログラム１１７の指令にしたがって、バス１１１に接続された回路に対して入出力を行い、塩分濃度計１０１の機能を実現する。
【００１７】
さらにこの実施の形態において、メモリ１１５は、参照テーブル１１８も格納している。参照テーブル１１８は、屈折率および導電率と塩分濃度との関係を示すデータを有している。ＭＰＵ１１２は、試料１０５の屈折率および導電率が検出されると、その検出された屈折率および導電率と、参照テーブル１１８のデータとに基づいて、試料１０５の塩分濃度を決定する。
【００１８】
図２は複数種類のサンプルに対する近似面の一例を示す図であり、図３および図４は近似面を得るのに用いたデータの一例を示す図である。参照テーブルは、屈折率および導電率と塩分濃度との関係を示すこのような近似面のデータを有する。この近似面のデータは、複数種類の醤油のサンプルから得られたものである。サンプルとして用いられた醤油の種類は、減塩醤油や、さいしこみ醤油、たまり醤油、こいくち醤油、しろ醤油、うすくち醤油である。これら醤油の原液の塩分濃度は、減塩醤油が８．７％であり、さいしこみ醤油が１４．３％であり、たまり醤油が１４．８％であり、こいくち醤油が１７．０％であり、しろ醤油が１７．７％であり、うすくち醤油が１８．５％であった。それら原液を段階的に希釈したサンプルを用いてデータを得ている。校正には食塩水を用いている。
【００１９】
図２における黒丸が、図３および図４に示す各サンプル（各種の醤油および食塩水）の塩分濃度値を示す。これらのサンプルから近似誤差の少ない曲面を得るために、本発明者による特許第２８０４４１７号の三成分系溶液の組成測定方法を用いることができる。醤油であれば、水、食塩、その他の成分という形で３成分に分けることができる。このうちの１成分、すなわち塩分の濃度は、互いに独立な屈折率センサおよび導電率センサを用いれば求めることができる。
【００２０】
この実施の形態では、屈折率Ｘおよび導電率Ｙに対する濃度の関数Ｆは、次式のように
与える。
【００２１】
【数１】

ここで、a_i，b_i，c_i，d_i，y0は係数である。図２の例は、この関数Ｆをサンプルにフィッティングし、屈折率Ｚを表す近似面を得たものである。参照テーブルに、その近似面の方程式のデータ（係数などを表すデータ）を予め格納しておけば、導電率および屈折率の検出値をその方程式に代入する演算を処理回路のＭＰＵが実行することにより、試料の塩分濃度を決定することができる。
【００２２】
試料の導電率については、食塩を主とするイオン成分による効果が主体的で、屈折率については、非イオン成分による効果が主体的である。このため、水や食塩以外の成分が複数成分から構成され、その非イオン成分が多少変動しても、導電率および屈折率の両方の検出値を用いることにより、一つの近似面により醤油の種類や濃度にかかわらず比較的高い精度を得ることが可能となる。
【００２３】
図５は導電率のみにより醤油の塩分濃度を測定した場合の測定誤差を示すグラフである。この図において、横軸が硝酸銀による滴定で得た塩分濃度であり、縦軸が塩分濃度の測定誤差である。試料として用いた醤油の種類は、これまでの醤油の例と同様であり、校正には食塩水を用いている。
【００２４】
この図のように、塩分濃度が２％以上になると、非線形性が大きくなって、いずれの種類の醤油についても測定誤差が増加する。さらに、塩分濃度が４％以上になると、醤油の種類によって測定誤差がばらついてくる。イオン成分として食塩のみを含む食塩水については、導電率だけを測定することによって、塩分濃度を求めることができる。しかしながら、醤油のように食塩以外のイオン成分が含まれる場合には、導電率と塩分濃度の関係が変わり、正確な塩分濃度を求めることができない。
【００２５】
図６は導電率および屈折率の両方により醤油の塩分濃度を測定した場合の測定誤差を示すグラフである。この図においても、横軸が硝酸銀による滴定で得た塩分濃度であり、縦軸が塩分濃度の測定誤差である。これらのデータは、図５の例と同様の試料について図２の近似面を使って採取したものである。
【００２６】
この図に示されている通り、いずれの種類の醤油に対しても測定誤差が導電率のみによる測定に比較して大幅に軽減され、また０％から１８％程度の間で塩分濃度が変化しても良好な結果を示している。導電率および屈折率の両方の検出値を用いると、原液の塩分濃度程度まで塩分濃度が高くなっても、測定誤差が１％程度である。これに対し、導電率のみによる測定では、図５に示したように、塩分濃度が４％前後で既に測定誤差が１％に達するから、導電率および屈折率の両方の検出値を用いると、広い濃度範囲にわたって、測定誤差が著しく抑えられていることになる。すなわち、多くの醤油の塩分濃度を希釈することなく測定することが可能となる。
【００２７】
さらに測定誤差が僅かな点は、醤油の種類が異なっても変わらない。屈折率のみにより塩分濃度を得る図１４の例では、醤油の種類が異なると、屈折率と塩分濃度との関係が大きく異なるため、醤油の種類が適当に定められなければ、測定誤差が大きくなる恐れがあった。塩分濃度が十分に低くない場合の導電率のみによる測定についても同様の恐れがあった。それらと比較した場合、導電率および屈折率の両方の検出値を用いると、醤油の種類に関係なく一つの近似面により高い精度の測定値が得られることになる。
【００２８】
したがって、例えば醤油の種類を選別することなく、導電率センサの電極が形成されたプリズムの試料載置面にその醤油を滴下すれば、その醤油を希釈しなくても、塩分濃度を高精度に測定することが可能となる。
【００２９】
醤油とトマト加工品のように基本的な成分が類似していない場合、一のサンプル群と他のサンプル群とで異なる近似面を用いてもよいし、同一の近似面を用いることもできる。異なる近似面を用いる場合には、測定の際、試料を選別し、いずれの近似面を用いるかを特定する必要がある。もっとも、醤油の種類を選別するのに支障があっても、例えば醤油とトマト加工品ではその差異が一目瞭然であり、それらの種類をユーザは操作パネルから容易に選択することができる。したがって、屈折率および導電率の両方を用いて測定していれば、実際上不都合はない。
【００３０】
図７は複数種類のサンプルに対する近似面の他の例を示す図であり、図８はその近似面を得るのに用いたトマト加工品のデータの一例を示す図である。参照テーブルは、図２及び図７のような近似面のデータを基本的な成分が異なっている試料ごとに複数有することができる。この近似面のデータは、トマトジュースやトマトピューレのようなトマト加工品のサンプルについて得られたものである。トマトジュースの原液の塩分濃度は０．３１％であり、トマトピューレの原液の塩分濃度は０．１９％である。それら原液を段階的に希釈したサンプルを用いてデータを得ている。校正には食塩水を用いている。この例における黒丸は、図４および図８に示す各サンプル（各種のトマト加工品および食塩水）の塩分濃度を示す。
【００３１】
醤油に適した近似面を用いるかトマト加工品に適した近似面を用いるかは、操作パネルからユーザが指定することができる。ＭＰＵは、その指定にしたがって参照テーブルからデータを読み出し、検出された屈折率および導電率から塩分濃度を得る。
【００３２】
図９は導電率のみによりトマト加工品の塩分濃度を測定した場合の測定誤差を示すグラフである。この図においても、横軸が硝酸銀による滴定で得た塩分濃度であり、縦軸が塩分濃度の測定誤差である。試料として用いたトマト加工品は、図７の例と同様、トマトジュースおよびトマトピューレである。校正には食塩水を用いている。トマト加工品では、原液の塩分濃度が醤油と比べると低いものの、かなり低濃度から測定誤差が増加する傾向にある。このため、導電率のみによりトマト加工品の塩分濃度を精度良く測定するのは難しい。
【００３３】
図１０は導電率および屈折率の両方によりトマト加工品の塩分濃度を測定した場合の測定誤差を示すグラフである。この図においても、横軸が硝酸銀による滴定で得た塩分濃度であり、縦軸が塩分濃度の測定誤差である。これらのデータは、図９の例と同様の試料について図７の近似面を使って採取したものである。
【００３４】
この図に示されている通り、トマトジュースおよびトマトピューレのいずれについても、導電率のみによる測定に比較して測定誤差が大幅に軽減されている。醤油の例と同様、トマト加工品の種類に関係なく、一つの近似面により、トマト加工品の塩分濃度を精度良く測定している。
【００３５】
図１１は複数種類のサンプルに対する近似面のさらに他の例を示す図である。この近似面のデータは、上述の各種の醤油および各種のトマト加工品について得られたものである。図１１における黒丸が、図３、図４および図８に示す各サンプル（各種の醤油、各種のトマト加工品、食塩水）の塩分濃度値を示す。これらのサンプルのように基本的な成分が類似していない場合でも、同一の近似面を用いることができる。この場合、測定対象によって近似面を選択する必要がない。
【００３６】
図１２は導電率および屈折率の両方により各種の醤油およびトマト加工品の塩分濃度を測定した場合の測定誤差を示すグラフである。これらのデータは、図５および図９の例と同様の試料について図１１の近似面を使って採取したものである。
【００３７】
この図に示されている通り、減塩、さいしこみ、たまりなど各種の醤油、トマトジュース、トマトピューレのいずれについても、導電率のみによる測定に比較して測定誤差が大幅に軽減されている。基本的な成分が類似していないサンプルに対して同一の近似面を用いる場合でも、それらのサンプルの塩分濃度を精度良く測定している。
【００３８】
このように本実施の形態における塩分濃度計では、導電率および屈折率の両方の検出値を用いて塩分濃度を測定することにより、試料の種類や塩分濃度にかかわらず高い精度で塩分濃度を測定することが可能となる。
【００３９】
またこの実施の形態における塩分濃度計では、数式１のように屈折率と導電率の乗算項を含む関数により近似面を得ている。屈折率および導電率という互いに独立した複数の測定系からデータを得ている場合でも、塩分濃度を得るのに好適な近似面を得られる。
【００４０】
さらに本実施の形態における塩分濃度計では、プリズムの試料載置面に電極が形成されており、また導電率と屈折率の測定では、測定試料の量や様式が類似しているため、同一の試料について屈折率と導電率の測定を並列に行うことが可能となる。双方が開放系のセンサ構造をとるので、試料ののせかえや、センサの洗浄等も行い易い。
【００４１】
またセンサの検出値について温度補償を行う温度補償回路を塩分濃度計がさらに備えるようにしてもよい。
【００４２】
また上述の例では、醤油に適した近似面を得るのに６種類の醤油と食塩水のデータを用いたが、これに限られるものではない。これより少ない種類の醤油のサンプルを用いて近似面を生成し、その近似面のデータを参照テーブルに予め格納するようにしてもよい。検出された屈折率および導電率と近似面とを用いて塩分濃度を測定するため、近似面を得るのに使っていない種類のサンプルについて測定をする場合でも、高い精度が得られる。さらに、近似面のデータを得るのに食塩水のデータを用いると、精度の確認や校正に有用であり実用的であるが、食塩水のデータも用いずに近似面を得るようにしてもよい。
【００４３】
また操作パネルが、試料が希釈済みであることの指定を受け付けた場合、処理回路が、導電率のみにより塩分濃度を演算するようにし、その指定がない場合に、屈折率および導電率の両方により塩分濃度を測定するようにしてもよい。
【００４４】
上述した実施の形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば上述の実施の形態では、醤油やトマト加工品の塩分濃度を測定する例を説明したが、味噌汁やソースなどのその他の食品、料理、調味料の塩分を簡易に測定する塩分濃度計に本発明を適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る塩分濃度計は、簡易的な測定でありながら、試料の種類への依存が小さく、試料を希釈する必要がなく、その測定が高精度であるから、醤油やトマト加工品、ソース、味噌汁など様々な試料についてレストランや家庭等で塩分濃度を測定するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施の形態における塩分濃度計の概略構成の一例を示す図である。
【図２】複数のサンプルに対する近似面の一例を示す図である。
【図３】近似面を得るのに用いた醤油のデータを示す図である。
【図４】近似面を得るのに用いた食塩水のデータを示す図である。
【図５】導電率のみにより醤油の塩分濃度を測定した場合の測定誤差を示す図である。
【図６】導電率および屈折率の両方により醤油の塩分濃度を測定した場合の測定した場合の測定誤差を示す図である。
【図７】複数種類のサンプルに対する近似面の他の例を示す図である。
【図８】近似面を得るのに用いたトマトのデータを示す図である。
【図９】導電率のみによりトマト加工品の塩分濃度を測定した場合の測定誤差を示す図である。
【図１０】導電率および屈折率の両方によりトマト加工品の塩分濃度を測定した場合の測定誤差を示す図である。
【図１１】複数種類のサンプルに対する近似面のさらに他の例を示す図である。
【図１２】導電率および屈折率の両方により醤油およびトマト加工品の塩分濃度を測定した場合の測定誤差を示す図である。
【図１３】塩分濃度と導電率の関係の例を示す図である。
【図１４】塩分濃度と屈折率の関係の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０１塩分濃度計
１０２プリズム
１０３筐体
１０４試料載置面
１０５試料
１０６光源
１０７受光センサ
１０８処理回路
１０９導電率センサの電極
１１０導電率センサの信号検出回路
１１７制御プログラム
１１８参照テーブル

【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の屈折率を検出する屈折率検出手段と、
前記試料の導電率を検出する導電率検出手段と、
屈折率および導電率と塩分濃度との関係を示すデータを記憶するデータ記憶手段と、
検出された前記試料の屈折率および導電率、ならびに前記データ記憶手段のデータに基づいて、前記試料の塩分濃度を定める塩分濃度決定手段と
を備える塩分濃度計。
【請求項２】
前記屈折率検出手段が、前記試料の載置されるプリズムを有し、
前記導電率検出手段が、前記プリズム上の試料載置部に形成された電極を有する請求項１記載の塩分濃度計。

【図１】