水質分析装置

【課題】水質分析装置において、微量の試料または薬液を簡易かつ精度よく注入することを課題とする。
【解決手段】ポンプ・配管・切換弁・液面検知素子を配した水質分析装置の試料採取・薬液注入ラインにおいて、減圧された一定の径を有する配管に導入された試料等を、空気を媒体として移動し、所定の部材に注入する。定量性は、細管部に設けられた光学素子によって液面検知することで非常に精度を上げることができる。試料や薬液の数を増減する場合においては、特に有効な手段となる。

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【考案が属する技術分野】
本考案は、海水や河川水等の汚染状況の分析に用いられる水質分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、海水や河川水等の汚染状況の分析に用いられる水質分析装置においては、試料及び反応試薬（以下、「試料等」という）を各々一定量採取して所定の反応槽に注入し、両者の反応を特定のパラメータにより観測することで、試料の汚染度を測定する方法が多く用いられている。
【０００３】
図７は、こうした測定方法を用いた分析装置における試料採取・注入ライン（以下、「サンプリングライン」という）のフローの従来の１例を示す。
試料貯留容器７１に採取された試料等は、配管７２・切換弁７３・配管７４を介して定量ポンプ７５のダイアフラム部７５ａに吸引された後、配管７４・切換弁７３・配管７６を介して反応槽（図示せず）に注入される。つまり、ダイアフラム部７５ａのダイアフラム７５ｂと連結棒７５ｃによって直結したソレノイド７５ｄが上下方向に一定のストローク分移動すると、それに連動してダイアフラム７５ｂが上下方向に変動し、その変動分に相応する容積の試料等が吸引・注入されることとなる。
【０００４】
以下に、具体的な動作を示す。
＜試料等の吸引動作＞（１）試料等を貯めた容器７１を配管７２の一方の端部が溶液内に位置するようにセットする。
（２）切換弁７３を図７の黒色状態（配管７２と配管７４を連結した状態）にし、予め最上方部に停止状態にあったソレノイド７５ｄを最下方部に移動させる。
配管７２・切換弁７３・配管７４及びダイアフラム部７５ａが減圧状態となり、ソレノイド７５ｄの移動分に相当する容量の試料等が吸引されて上記部分に充当される。
＜試料等の注入動作＞（３）配管７６の一方の端部が反応槽内上部に位置するように反応槽をセットする。
（４）切換弁７３を切換えて図７の白色状態（配管７４と配管７６を連結した状態）にし、切換弁７３・配管７４及びダイアフラム部７５ａに混入している空気を放出する。
（５）最下部に停止状態にあったソレノイド７５ｄを上方部に移動させる。上記空間が加圧状態となり、ソレノイド７５ｄの移動分に相当する量の試料等が当該空間及び配管７６を移動して反応槽に注入される。
【０００５】
【考案が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術を各種の水質分析において適用する場合においては、以下のような課題を克服する必要があった。
【０００６】
一般に、上記のような定量ポンプにおいては、膜の柔軟性や成形性等の観点から樹脂製のダイアフラムを用いることが多い。しかし、試薬の移送においてはダイアフラムが直接試料等に接するため、ダイアフラムを形成する樹脂の試料等による膨潤や腐蝕が生じるおそれがある。従って、ダイアフラムの材質を耐食性材料に変更したり、表面に例えばフッ素樹脂をコーティングする等の対策を採る必要があった。これらの対策は、ポンプの性能を低下させる要因となったり、コストアップの原因となる。また、長期的な使用に対しても、不安定要素となる可能性があった。定量ポンプ自体も高価なものであり、それに代わる移送手段の要請も強くあった。
【０００７】
また、図７のフローにおいては、ダイアフラム部７５ａの内部空間が試料等導入時にデッドスペースとなって気泡の残留が生じることがあり、試料等の移送が正確にできずに定量性が損なわれることも起りうる。また、気泡のみならず試料等の残留が生じると、試料等の変質や残留物によるコンタミネーションが生じやすくなり測定値に悪影響を及ぼすこともありうる。特に、微量試料等の測定においては、こうした影響は致命的な誤差要因となりうる。
【０００８】
従って、試料等と直接接することのないポンプ機能であって、気泡や試料等の残留を生じない移送機能を有するサンプリングラインが必要となる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本考案は、かかる課題を解決するために、以下の特徴を有する水質分析装置を提供するものである。
【００１０】
海水や河川水等の水質分析装置において、吸引圧送手段、定量管及び切換弁を配した試料採取・注入ラインを具備し、減圧された所定の径を有する定量管に導入された試料等を液面検知素子によって計量し、所定の部材に注入することを特徴とする。（請求項１）
こうした特徴を有する分析装置を採用することにより、高価な定量ポンプ等を用いずに定量性を有する試料等の採取・注入をすることができるようになる。
【００１１】
上記〔００１０〕の特徴を有する分析装置であって、吸引圧送手段に試料等を導入することなく、空気を媒体として試料等を移動することを特徴とする。（請求項２）
こうした特徴を有する分析装置を採用することにより、高価な定量ポンプ等を用いずに、かつ、試料等をダイアフラム等の樹脂部に接することなく、定量性を有する試料等の採取・注入をすることが可能となる。
【００１２】
上記〔００１０〕または〔００１１〕の特徴を有する分析装置であって、試料採取口、切換弁、定量管及び液面検知素子からなる試料採取ラインを複数有し、かつ、内容積を異なる定量管からなる試料採取ラインを可能とすることを特徴とする。（請求項３）
こうした特徴を有する分析装置を採用することにより、高価な定量ポンプ等を用いずに、かつ、試料等をダイアフラム等の樹脂部に接することなく、１つの吸引圧送手段を用いて各々異なった容量の定量性を有する複数の試料等の採取・注入をすることが可能となる。
【００１３】
上記〔００１０〕乃至は〔００１２〕の特徴を有する分析装置であって、定量管が取り換えが可能な構造であることを特徴とする。（請求項４）
こうした特徴を有する分析装置に採用することにより、高価な定量ポンプ等を用いずに、かつ、試料等をダイアフラム等の樹脂部に接することなく、１つの吸引圧送手段を用いて各々異なった任意の容量の定量性を有する複数の試料等の採取・注入をすることが可能となる。
【００１４】
【考案の実施の形態】
以下、本考案の実施の形態について、具体例として海水や河川水の分析を行った場合について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本考案を利用した分析装置のフローの一例を示す。
試料採取管の一部を定量管として利用しつつ、空気を媒体として試料等を移動する点に特徴がある。
【００１６】
試料貯留容器１に採取された試料等は、いったん配管２・切換弁３・配管（定量管）５に吸入された後、切換弁３を・配管４を介して反応槽（図示せず）に注入される。試料等の移送については、定量管５に繋がるフィルタ７・配管８・切換弁９・配管１０・配管１２を介したポンプ１１およびポンプ１１ａによって行われる。試料等の定量は、定量管５及びそこに設けられた液面検知素子６によって担保される。
【００１７】
以下に、具体的な動作を示す。
＜試料等の吸引動作＞（１）試料等を貯めた容器１を配管２の一方の端部が溶液内に位置するように、装置にセットする。
（２）切換弁３及び切換弁９を図１の白色状態（配管２と定量管５が連通し、配管８と配管１０とが連通された状態）にし、ポンプ１１を動作させる。
（３）試料等は、配管２から吸引され、切換弁３を経由して定量管５を徐々に充当する。液面検知素子６によってその液面を検知するまで、その状態を継続する。
（４）液面検知素子６によってその液面を検知したとき、切換弁９を図１の黒色状態（配管８と配管１２が連通された状態）に切換え、ポンプ１１を停止する。
＜試料等の注入動作＞（５）配管４の一方の端部が反応槽内上部に位置するように反応槽をセットする。
（６）切換弁３を切換え図１の黒色状態（定量管５と配管４が連通した状態）にし、ポンプ１１ａを動作させる。このとき、空気がフィルタ１３・配管１２ａを経由して導入され、配管１２・切換弁９・配管８・フィルタ７・定量管５・切換弁３及び配管４が加圧状態となり、定量管５内の試料等が反応槽に注入される。
【００１８】
図２は、本考案を利用した分析装置のフローの他の実施例を示す。
基本的な動作は、図１に示す実施例と同様であるが、試料等の吸引・注入動作を定量管２５内の圧力を検出することで、試料等の移動を確認しつつ制御することができる。
【００１９】
具体的に、試料等の吸引・注入動作と圧力測定との関係を示す。
＜試料等の吸引動作＞（１）試料等を貯めた容器２１を装置にセットしポンプ２９を動作させると、定量管２５内に試料等が導入され、そのとき、圧力は図３中のＯ−Ａのように減圧度が高くなる。
（２）試料等が徐々に定量管２５内を充当し、液面検知素子２６が試料等の液面を検知したとき、定量管２５内の圧力は図３中のＡのようになる。
（３）ここで、ポンプ２９を停止すると、定量管２５内の圧力は図３中のＡ−Ｂの状態となる。
＜試料等の注入動作＞（４）ポンプ２９ａを動作し、切換弁２３及び切換弁２８を図２の黒色状態に切換えると、定量管２５内にあった試料等は徐々に配管２４に移動するが、このときの定量管２５内の圧力は図３中のＢ−ＣからＣ−Ｄの状態となる。
（５）配管２４から試料等が反応槽に注入され始めると、徐々に定量管２５内の圧力は上昇し、図３中のＤ−Ｅの状態となる。。
（６）注入は、圧力計２０の出力がＥ−Ｆ状態になったときに完了し、ポンプ２９ａを停止する。
【００２０】
上記いずれの実施例においても、定量管は、同一内径の所定の長さを有するものを用いるのが一般的であるが、計量精度を高めるため若しくは容量が大きく弁等との配管取合いが難しい場合には、図４に示すように部分的に径を変更したものを用いることも有効である。図４は、液面検知素子４５設置部の液面断面積を小さくすることで、定量管４４の計量精度を非常に良くすることができる。
【００２１】
液面検知素子には、いくつかの方法が実用されているが、細管部４３に設けられた光学素子によって液面検知する方法がある。図４に示すように、管の径方向に光源部４１と受光素子４２を配置し、定量管４４内にある試料等の最上面の位置４６を光学的手段で検知する方法が一般的である。また、試料等が空気の導電率よりも大きい場合には、電極を用いる方法も多く用いられている。複数の電極の端面に試料等が接したときに導電率が変化することから、試料等の最上面の位置を検知することができる。
【００２２】
また、上記実施例では、吸引・吐出ポンプを別体として表示したが、図５のように一定のストロークで上下運動を行う一体型ポンプ５５の使用も可能である。
従来技術として明示した定量ポンプと同一構成ではあるが、ポンプの定量性は必要とされずダイアフラムを特殊な材質に変更する必要もない。連結棒５５ｃによって直結したソレノイド５５ｄが下方向に移動すると、それに連動してダイアフラム５５ｂが下方向に変動して減圧状態を作り出し、上記の吸引動作が実現される。逆に、ソレノイド５５ｄが上方向に移動すると、それに連動してダイアフラム５５ｂが上方向に変動して加圧状態を作り出し、上記の注入動作が実現される。図１の実施例にあるような切換弁９等が不要となり、１つのポンプで試料等の吸引・注入動作が可能となる。
【００２３】
以上は、１つの試料等に対する実施例について説明したが、この装置を複数の試料等を扱う場合にも適用が可能である。図６にその実施例を示す。試料等が入った各容器６１、６１ａ・・に対し、配管６２・切換弁６３・配管６４・定量管６５・液面検出素子６６のセットを複数マニホールド６７に接続することで、各容器内の試料等の吸引・注入を行うことができる。このとき、各定量管６５、６５ａ・・は個々に内容量を異なるものにすることができ、同一試料を異なった混合比で試薬と混ぜたり種々の分析が可能となる。
【００２４】
以上のように、本考案による定量方法を用いることで、試料等は空気によって移送され、切換弁・配管・マニホールド以外にポンプ等接することはなく、また、経路に気泡や試料の残留が生じるおそれもない。また、測定終了後に、再度試料等を用いずに吸引・注入操作をすることで、サンプリングラインを空気でパージすることも可能であり、別途試料等の代りに洗浄液を吸引・注入することでラインの洗浄が可能となる。こうした、洗浄操作は、次なる分析における測定誤差の原因となる試薬の残留を防止することになる。
【００２５】
【考案の効果】
以上のような特徴を有する分析装置を使用することにより、非常に安定性の高い精度のよい分析結果が得ることができる。つまり、本考案のような簡便な分析装置であっても、試料等によるサンプリングラインの腐蝕や破損がないばかりでなく、試料等の変質も生じさせることなく、気泡やコンタミネーションによる分析誤差・悪影響を発生させること防ぐことができることとなった。
【００２６】
試料等の高い定量性を確保しつつ、分析の誤差要因を極端に少なくすることができることとなったことから、特に、正確な量の試薬等を注入し高度な測定精度を必要とする場合には、非常に高い有用性を有しているといえる。
【００２７】
また、本考案を用いた分析装置においては、多種多様な試料等の測定に対しても特別な部材の変更を必要とせずに精度の高い分析が可能であり、複数の試料液の分析に対しても容易に対応することができる。かかる意味において、本考案は非常に高い汎用性を有しているといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案の実施例を示した説明図である。
【図２】本考案の他の実施例を示した説明図である。
【図３】本考案の実施例の一部分を示した説明図である。
【図４】本考案の実施例の一部分を示した説明図である。
【図５】本考案の他の実施例を示した説明図である。
【図６】本考案の他の実施例を示した説明図である。
【図７】従来の実施例を示した説明図である。
【符号の説明】
１、２１、６１、７１試料容器
３、９、２３、２８、６３、７３切換弁
５、２５、６５定量管
６、２６、６６液面検知素子
１１、２９、５５ポンプ
２７圧力計
６７マニホールド

【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】海水や河川水等の水質分析装置において、吸引圧送手段、定量管及び切換弁を配した試料採取・注入ラインを具備し、減圧された所定の径を有する定量管に導入された試料や反応試薬（以下、「試料等」という）を液面検知素子によって計量し、所定の部材に注入することを特徴とする水質分析装置。
【請求項２】海水や河川水等の水質分析装置において、吸引圧送手段に試料等を導入することなく、空気を媒体として試料等を移動することを特徴とする請求項１の水質分析装置。
【請求項３】海水や河川水等の水質分析装置において、試料採取口、切換弁、定量管及び液面検知素子からなる試料採取ラインを複数有し、かつ、内容積を異なる定量管からなる試料採取ラインを可能とすることを特徴とする請求項１または２の水質分析装置。
【請求項４】海水や河川水等の水質分析装置において、定量管が取り換えが可能な構造であることを特徴とする請求項１乃至は３の水質分析装置。

【図１】