水質測定装置
【課題】 小型で機械的稼動部のない水質測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 セル内の被測定液の吸光度に基づいて被測定液の特性を測定する水質測定装置において、光源１からの光がセル３に入射され、セル３を透過した光が集光光学手段４に入射され、集光光学手段４で反射集光された光が第１の検出器５に入射され、集光光学手段４から反射集光された光が前記セル３を透過した光が第２の検出器６に入射され、第１の検出器５の出力と第２の検出器６の出力との比に基づいて前記吸光度を測定する。被測定液の濁度及び色度を測定する場合を実施例に示す。
【解決手段】 セル内の被測定液の吸光度に基づいて被測定液の特性を測定する水質測定装置において、光源１からの光がセル３に入射され、セル３を透過した光が集光光学手段４に入射され、集光光学手段４で反射集光された光が第１の検出器５に入射され、集光光学手段４から反射集光された光が前記セル３を透過した光が第２の検出器６に入射され、第１の検出器５の出力と第２の検出器６の出力との比に基づいて前記吸光度を測定する。被測定液の濁度及び色度を測定する場合を実施例に示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸光度測定により色度及び濁度などの被測定液の特性を測定する水質測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は、従来の水質測定装置の構成例を示す図である。１１は光源、１２ａ，１２ｂは光源１１から出た光を平行な光束とするための凹面鏡などからなる光学的手段（以下「ミラー」という）である。１３は基準液や測定液を内部に満たすことができる、所定の長さからなる測定セルで、ミラー１２ａからの平行光が入射される。１４は測定セル１３における測定値との比較用に設けられた、基準液や測定液を内部に満たすことができる所定の長さ（ここでは測定セル１３のセル長より短い）から成る比較セルで、ミラー１２ｂからの平行光が入射される。測定セル１３と比較セル１４は図示しない流路により連結され、同一サンプル液が通るようになっている。１５は円板状のフィルタホイールで、その上に３９０ｎｍ及び６６０ｎｍのフィルタ１６が１個ずつ９０度の角度をおいて取り付けられており、一定速度で回転している。測定セル１３を出た測定光と比較セル１４を出た比較光は間欠的に２個のフィルタ１６を通過した後それぞれ凹面鏡１７ａ，１７ｂにより反射・収束されて検出器１８の位置で焦点を結ぶ。そして測定光及び比較光各々２種の波長光、合わせて４種の透過光の強さが検出器１８により検出される。色度光（３９０ｎｍ）及び濁度光（６６０ｎｍ）の有効セル長における吸光度Ａc，Ａtは次式で示される。
色度光での吸光度：Ac＝-log[(ICMM/ICM0)/( ICRM/ICR0)]＝ｋ1・C(lM-lR) ・・・(1)
濁度光での吸光度：At＝-log[(ITMM/ITM0)/( ITRM/ITR0)]＝ｋ2・T(lM-lR) ・・・(2)
【０００３】
この２個の吸光度から色度C及び濁度Tの濃度は次式により演算される。
色度：C＝β1(Ac−αAt) ・・・(3)
濁度：T＝γ1At ・・・(4)
【０００４】
ただし、
α ： 濁度補償係数
β1 ： 色度係数
γ1 ： 濁度係数
ICR0 ： ゼロ液（基準液）を入れた時の比較セル透過光量（色度光）
ICRM ： 測定液を入れた時の比較セル透過光量（色度光）
ICM0 ： ゼロ液を入れた時の測定セル透過光量（色度光）
ICMM ： 測定液を入れた時の測定セル透過光量（色度光）
ITR0 ： ゼロ液（基準液）を入れた時の比較セル透過光量（濁度光）
ITRM ： 測定液を入れた時の比較セル透過光量（濁度光）
ITM0 ： ゼロ液を入れた時の測定セル透過光量（濁度光）
ITMM ： 測定液を入れた時の測定セル透過光量（濁度光）
lM ： 測定セル長
lR ： 比較セル長
C ： 色度
T ： 濁度
である。
【０００５】
上記のような水質測定装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００６】
【特許文献１】実公平８−９６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような構成の水質測定装置では吸光度の演算において測定セル１３と比較セル１４の透過光量の比をとっているので、ランプ輝度の変動等の影響を相殺することができる。
【０００８】
また、２波長を用いているので一台の装置で色度と濁度を同時に測定することができる。
【０００９】
また、２波長を用いているので、サンプル液に混じる濁度分を補償した色度を測定することができる。
【００１０】
しかし、測定セル１３と比較セル１４の２つのセルを用いるので、装置が大型になるという問題があった。
【００１１】
また、フィルタホイール１５を回転させるためにモータを用いており、機械的稼動部があるため定期的交換が必要になり、保守が面倒という問題があった。
【００１２】
本発明はこのような課題を解決しようとするもので、小型化でき、機械的稼動部のない水質測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
セル内の被測定液の吸光度に基づいて前記被測定液の特性を測定する水質測定装置において、
光源と、
該光源から出射され前記セルを透過した光が集光される集光光学手段と、
該集光光学手段で集光された光が検出される第１の検出器と、
前記集光光学手段で集光された光が再び前記セルを透過した後検出される第２の検出器とを備え、
前記第１の検出器の出力と前記第２の検出器の出力との比に基づいて前記吸光度を測定する
ことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である水質測定装置において、
前記検出器が濁度検出器及び色度検出器で構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように、本発明によれば、単一セルの往路光と往復路光の透過光を検出し、両検出出力の比から求めた吸光度に基づいて色度及び濁度を測定することにより、小型化が可能で、機械的稼動部が不要な水質測定装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明につき図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明に係る水質測定装置の一実施例を示す説明図である。
【００１７】
図１において、光源１から出射された光は光学手段を構成するレンズ２で平行光にされる。測定セル３において、セル前面に設けられた例えばガラス（窓ガラス）等で構成された入射窓３ａにはレンズ２からの平行光が入射される。入射窓３ａを通過した光はセル３ｂに入射される。セル３ｂは所定の光路長を有し、基準液や測定液を内部に満たすことができる。出射窓３ｃはセル３ｂ後面に設けられ、セル３ｂ内部を通過した光が入射される。球面鏡４は集光光学手段を構成し、出射窓３ｃを通過した光が入射される。第１の検出器５には球面鏡４で反射・集光された光の一部が入射されて検出される。第２の検出器６には球面鏡４で集光された光の他の一部が測定セル３の出射窓３ｃ、セル３ｂ、入射窓３ａを経由して入射され、検出される。ここで、光源１、レンズ２、入射窓３ａ、セル３ｂ、出射窓３ｃ、球面鏡４、第１の検出器５、第２の検出器６は同一光軸上に配置される。
【００１８】
なお、図１では検出器を２つ示しているが、実際には色度と濁度についてそれぞれ２つづつ計４個の検出器を用いる。すなわち、図１において、第１の検出器５は濁度検出器５ａと色度検出器５ｂが紙面に垂直方向に並んで配置され、第２の検出器６は濁度検出器６ａと色度検出器６ｂが紙面に垂直方向に並んで配置される。この場合、濁度検出器５ａ，６ａの前面には濁度光（６６０ｎｍ）用フィルタが貼付され、色度検出器５ｂ，６ｂの前面には色度光（３９０ｎｍ）用フィルタが貼付される。
【００１９】
上記の水質測定装置の動作を以下に説明する。レンズ２から出た平行光はその往路においてセル３ｂ内の所定光路長を伝播中にセル３ｂ内の液（基準液又は測定液）による吸収を受ける。第１の検出器５はこの往路において吸収を受けた透過光を検出する。第２の検出器６に入射する透過光は、球面鏡４で収束された光がその復路（往路と逆方向）においてセル３ｂ内の液による吸収を再度受けているので、通過したセル３ｂ内の光路長は第１の検出器５の入射光の場合の２倍となる。このとき吸光度、濁度及び色度は次式で演算される。
【００２０】
濁度の場合、
IT1／IT10＝10-kT*l*T
IT2／IT20＝10-kT*2*l*T
Abs(T)＝−log{(IT2／IT20)／(IT1／IT10)}
＝kT*T*(2*l−l)
＝kT*l*T ・・・(5)
T＝γ2*Abs(T) ・・・(6)
となる。ただし、
IT10 : ゼロ液（基準液）を入れた時の濁度検出器５ａの透過光信号
IT1 : 測定液を入れた時の濁度検出器５ａの透過光信号
IT20 : ゼロ液を入れた時の濁度検出器６ａの透過光信号
IT2 : 測定液を入れた時の濁度検出器６ａの透過光信号
kT : 濁度の吸光係数
l ： 測定セル３の単光路の光路長
T ： 濁度
Abs(T) ： 濁度の吸光度
γ2 ： 濁度係数（実際には(6)式で濁度標準液の吸光度Abs(T)を測定して求める）
である。
【００２１】
色度の場合、
IC1／IC10＝10-kC*l*C
IC2／IC20＝10-kC*2*l*C
Abs(C)＝−log{(IC2／IC20)／(IC1／IC10)}
＝kC*C*(2*l−l)
＝kC*l*C ・・・(5)
C＝β2*Abs(C) ・・・(6)
となる。ただし、
IC10 : ゼロ液（基準液）を入れた時の色度検出器５ｂの透過光信号
IC1 : 測定液を入れた時の色度検出器５ｂの透過光信号
IC20 : ゼロ液を入れた時の色度検出器６ｂの透過光信号
IC2 : 測定液を入れた時の色度検出器６ｂの透過光信号
kC : 色度の吸光係数
l ： 測定セル３の単光路の光路長
C ： 色度
Abs(C) ： 色度の吸光度
β2 ： 色度係数（実際には(6)式で色度標準液の吸光度Abs(C)を測定して求める）
である。
【００２２】
上記のような構成の水質測定装置によれば、従来のように比較セルと測定セルの２種類のセルを必要とせず、単一の測定セルを使用しているので、小型化することができる。
【００２３】
また、往復路光と往路光の検出出力に基づいて吸光度を測定しているので、機械的稼動部が不要で、定期的交換が不要となる。
【００２４】
また、（５）式に示すように、吸光度の演算の際に往復路と往路の透過光信号の比をとっているので、光源１のランプ輝度の変動の影響を相殺することができる。
【００２５】
また、２波長を用いているので一台の装置で色度と濁度を同時に測定できる。
【００２６】
また、２波長を用いているので、（３）式と同様にしてサンプル液に混じる濁度分を補償した色度を測定することができる。
【００２７】
なお、上記の実施例では被測定液の特性が色度及び濁度である場合を示したが、色度検出器又は濁度検出器を用いて色度又は濁度の一方を検出してもよい。
【００２８】
また、色度及び濁度に限らず、吸光度に基づいて測定される被測定液の様々な特性の測定に適用することができる。
また、上記の実施例では集光光学手段として球面鏡を用いているが、干渉膜等測定セル３に再入射させることのできる、各種の集光光学手段を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る水質測定装置の一実施例を示す説明図である。
【図２】従来の水質測定装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 光源
３ セル
４ 集光光学手段
５ 第１の検出器
６ 第２の検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸光度測定により色度及び濁度などの被測定液の特性を測定する水質測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は、従来の水質測定装置の構成例を示す図である。１１は光源、１２ａ，１２ｂは光源１１から出た光を平行な光束とするための凹面鏡などからなる光学的手段（以下「ミラー」という）である。１３は基準液や測定液を内部に満たすことができる、所定の長さからなる測定セルで、ミラー１２ａからの平行光が入射される。１４は測定セル１３における測定値との比較用に設けられた、基準液や測定液を内部に満たすことができる所定の長さ（ここでは測定セル１３のセル長より短い）から成る比較セルで、ミラー１２ｂからの平行光が入射される。測定セル１３と比較セル１４は図示しない流路により連結され、同一サンプル液が通るようになっている。１５は円板状のフィルタホイールで、その上に３９０ｎｍ及び６６０ｎｍのフィルタ１６が１個ずつ９０度の角度をおいて取り付けられており、一定速度で回転している。測定セル１３を出た測定光と比較セル１４を出た比較光は間欠的に２個のフィルタ１６を通過した後それぞれ凹面鏡１７ａ，１７ｂにより反射・収束されて検出器１８の位置で焦点を結ぶ。そして測定光及び比較光各々２種の波長光、合わせて４種の透過光の強さが検出器１８により検出される。色度光（３９０ｎｍ）及び濁度光（６６０ｎｍ）の有効セル長における吸光度Ａc，Ａtは次式で示される。
色度光での吸光度：Ac＝-log[(ICMM/ICM0)/( ICRM/ICR0)]＝ｋ1・C(lM-lR) ・・・(1)
濁度光での吸光度：At＝-log[(ITMM/ITM0)/( ITRM/ITR0)]＝ｋ2・T(lM-lR) ・・・(2)
【０００３】
この２個の吸光度から色度C及び濁度Tの濃度は次式により演算される。
色度：C＝β1(Ac−αAt) ・・・(3)
濁度：T＝γ1At ・・・(4)
【０００４】
ただし、
α ： 濁度補償係数
β1 ： 色度係数
γ1 ： 濁度係数
ICR0 ： ゼロ液（基準液）を入れた時の比較セル透過光量（色度光）
ICRM ： 測定液を入れた時の比較セル透過光量（色度光）
ICM0 ： ゼロ液を入れた時の測定セル透過光量（色度光）
ICMM ： 測定液を入れた時の測定セル透過光量（色度光）
ITR0 ： ゼロ液（基準液）を入れた時の比較セル透過光量（濁度光）
ITRM ： 測定液を入れた時の比較セル透過光量（濁度光）
ITM0 ： ゼロ液を入れた時の測定セル透過光量（濁度光）
ITMM ： 測定液を入れた時の測定セル透過光量（濁度光）
lM ： 測定セル長
lR ： 比較セル長
C ： 色度
T ： 濁度
である。
【０００５】
上記のような水質測定装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００６】
【特許文献１】実公平８−９６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような構成の水質測定装置では吸光度の演算において測定セル１３と比較セル１４の透過光量の比をとっているので、ランプ輝度の変動等の影響を相殺することができる。
【０００８】
また、２波長を用いているので一台の装置で色度と濁度を同時に測定することができる。
【０００９】
また、２波長を用いているので、サンプル液に混じる濁度分を補償した色度を測定することができる。
【００１０】
しかし、測定セル１３と比較セル１４の２つのセルを用いるので、装置が大型になるという問題があった。
【００１１】
また、フィルタホイール１５を回転させるためにモータを用いており、機械的稼動部があるため定期的交換が必要になり、保守が面倒という問題があった。
【００１２】
本発明はこのような課題を解決しようとするもので、小型化でき、機械的稼動部のない水質測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
セル内の被測定液の吸光度に基づいて前記被測定液の特性を測定する水質測定装置において、
光源と、
該光源から出射され前記セルを透過した光が集光される集光光学手段と、
該集光光学手段で集光された光が検出される第１の検出器と、
前記集光光学手段で集光された光が再び前記セルを透過した後検出される第２の検出器とを備え、
前記第１の検出器の出力と前記第２の検出器の出力との比に基づいて前記吸光度を測定する
ことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である水質測定装置において、
前記検出器が濁度検出器及び色度検出器で構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように、本発明によれば、単一セルの往路光と往復路光の透過光を検出し、両検出出力の比から求めた吸光度に基づいて色度及び濁度を測定することにより、小型化が可能で、機械的稼動部が不要な水質測定装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明につき図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明に係る水質測定装置の一実施例を示す説明図である。
【００１７】
図１において、光源１から出射された光は光学手段を構成するレンズ２で平行光にされる。測定セル３において、セル前面に設けられた例えばガラス（窓ガラス）等で構成された入射窓３ａにはレンズ２からの平行光が入射される。入射窓３ａを通過した光はセル３ｂに入射される。セル３ｂは所定の光路長を有し、基準液や測定液を内部に満たすことができる。出射窓３ｃはセル３ｂ後面に設けられ、セル３ｂ内部を通過した光が入射される。球面鏡４は集光光学手段を構成し、出射窓３ｃを通過した光が入射される。第１の検出器５には球面鏡４で反射・集光された光の一部が入射されて検出される。第２の検出器６には球面鏡４で集光された光の他の一部が測定セル３の出射窓３ｃ、セル３ｂ、入射窓３ａを経由して入射され、検出される。ここで、光源１、レンズ２、入射窓３ａ、セル３ｂ、出射窓３ｃ、球面鏡４、第１の検出器５、第２の検出器６は同一光軸上に配置される。
【００１８】
なお、図１では検出器を２つ示しているが、実際には色度と濁度についてそれぞれ２つづつ計４個の検出器を用いる。すなわち、図１において、第１の検出器５は濁度検出器５ａと色度検出器５ｂが紙面に垂直方向に並んで配置され、第２の検出器６は濁度検出器６ａと色度検出器６ｂが紙面に垂直方向に並んで配置される。この場合、濁度検出器５ａ，６ａの前面には濁度光（６６０ｎｍ）用フィルタが貼付され、色度検出器５ｂ，６ｂの前面には色度光（３９０ｎｍ）用フィルタが貼付される。
【００１９】
上記の水質測定装置の動作を以下に説明する。レンズ２から出た平行光はその往路においてセル３ｂ内の所定光路長を伝播中にセル３ｂ内の液（基準液又は測定液）による吸収を受ける。第１の検出器５はこの往路において吸収を受けた透過光を検出する。第２の検出器６に入射する透過光は、球面鏡４で収束された光がその復路（往路と逆方向）においてセル３ｂ内の液による吸収を再度受けているので、通過したセル３ｂ内の光路長は第１の検出器５の入射光の場合の２倍となる。このとき吸光度、濁度及び色度は次式で演算される。
【００２０】
濁度の場合、
IT1／IT10＝10-kT*l*T
IT2／IT20＝10-kT*2*l*T
Abs(T)＝−log{(IT2／IT20)／(IT1／IT10)}
＝kT*T*(2*l−l)
＝kT*l*T ・・・(5)
T＝γ2*Abs(T) ・・・(6)
となる。ただし、
IT10 : ゼロ液（基準液）を入れた時の濁度検出器５ａの透過光信号
IT1 : 測定液を入れた時の濁度検出器５ａの透過光信号
IT20 : ゼロ液を入れた時の濁度検出器６ａの透過光信号
IT2 : 測定液を入れた時の濁度検出器６ａの透過光信号
kT : 濁度の吸光係数
l ： 測定セル３の単光路の光路長
T ： 濁度
Abs(T) ： 濁度の吸光度
γ2 ： 濁度係数（実際には(6)式で濁度標準液の吸光度Abs(T)を測定して求める）
である。
【００２１】
色度の場合、
IC1／IC10＝10-kC*l*C
IC2／IC20＝10-kC*2*l*C
Abs(C)＝−log{(IC2／IC20)／(IC1／IC10)}
＝kC*C*(2*l−l)
＝kC*l*C ・・・(5)
C＝β2*Abs(C) ・・・(6)
となる。ただし、
IC10 : ゼロ液（基準液）を入れた時の色度検出器５ｂの透過光信号
IC1 : 測定液を入れた時の色度検出器５ｂの透過光信号
IC20 : ゼロ液を入れた時の色度検出器６ｂの透過光信号
IC2 : 測定液を入れた時の色度検出器６ｂの透過光信号
kC : 色度の吸光係数
l ： 測定セル３の単光路の光路長
C ： 色度
Abs(C) ： 色度の吸光度
β2 ： 色度係数（実際には(6)式で色度標準液の吸光度Abs(C)を測定して求める）
である。
【００２２】
上記のような構成の水質測定装置によれば、従来のように比較セルと測定セルの２種類のセルを必要とせず、単一の測定セルを使用しているので、小型化することができる。
【００２３】
また、往復路光と往路光の検出出力に基づいて吸光度を測定しているので、機械的稼動部が不要で、定期的交換が不要となる。
【００２４】
また、（５）式に示すように、吸光度の演算の際に往復路と往路の透過光信号の比をとっているので、光源１のランプ輝度の変動の影響を相殺することができる。
【００２５】
また、２波長を用いているので一台の装置で色度と濁度を同時に測定できる。
【００２６】
また、２波長を用いているので、（３）式と同様にしてサンプル液に混じる濁度分を補償した色度を測定することができる。
【００２７】
なお、上記の実施例では被測定液の特性が色度及び濁度である場合を示したが、色度検出器又は濁度検出器を用いて色度又は濁度の一方を検出してもよい。
【００２８】
また、色度及び濁度に限らず、吸光度に基づいて測定される被測定液の様々な特性の測定に適用することができる。
また、上記の実施例では集光光学手段として球面鏡を用いているが、干渉膜等測定セル３に再入射させることのできる、各種の集光光学手段を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る水質測定装置の一実施例を示す説明図である。
【図２】従来の水質測定装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 光源
３ セル
４ 集光光学手段
５ 第１の検出器
６ 第２の検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル内の被測定液の吸光度に基づいて前記被測定液の特性を測定する水質測定装置において、
光源と、
該光源から出射され前記セルを透過した光が集光される集光光学手段と、
該集光光学手段で集光された光が検出される第１の検出器と、
前記集光光学手段で集光された光が再び前記セルを透過した後検出される第２の検出器とを備え、
前記第１の検出器の出力と前記第２の検出器の出力との比に基づいて前記吸光度を測定する
ことを特徴とする水質測定装置。
【請求項２】
前記検出器が濁度検出器及び色度検出器で構成されることを特徴とする請求項１記載の水質測定装置。
【請求項１】
セル内の被測定液の吸光度に基づいて前記被測定液の特性を測定する水質測定装置において、
光源と、
該光源から出射され前記セルを透過した光が集光される集光光学手段と、
該集光光学手段で集光された光が検出される第１の検出器と、
前記集光光学手段で集光された光が再び前記セルを透過した後検出される第２の検出器とを備え、
前記第１の検出器の出力と前記第２の検出器の出力との比に基づいて前記吸光度を測定する
ことを特徴とする水質測定装置。
【請求項２】
前記検出器が濁度検出器及び色度検出器で構成されることを特徴とする請求項１記載の水質測定装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−７０２９３（Ｐ２００８−７０２９３Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５０５８６（Ｐ２００６−２５０５８６）
【出願日】平成１８年９月１５日（２００６．９．１５）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１５日（２００６．９．１５）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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