溶存二酸化炭素濃度の計測方法、炭酸ガス濃度計測方法及び溶存二酸化炭素濃度の計測装置
【課題】高濃度の炭酸水の溶存二酸化炭素濃度を計測する。
【解決手段】濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で希釈し、溶存二酸化炭素濃度と散乱光強度との一次近似式を求める。濃度未知の二酸化炭素溶存溶液の散乱光強度を測定し、散乱光強度を一次近似式に当てはめて濃度を算出する。
【解決手段】濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で希釈し、溶存二酸化炭素濃度と散乱光強度との一次近似式を求める。濃度未知の二酸化炭素溶存溶液の散乱光強度を測定し、散乱光強度を一次近似式に当てはめて濃度を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶存二酸化炭素濃度の計測方法、炭酸ガス濃度計測方法及び溶存二酸化炭素濃度の計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭酸泉は優れた保温作用があることから、古くから温泉を利用する浴場等で用いられている。炭酸泉の保温作用は、基本的には、含有炭酸ガスの末梢血管拡張作用により身体環境が改善されるためと考えられる。また炭酸ガスの経皮進入によって毛管血管床の増加及び拡張が起こり、皮膚の血行を改善する。このため退行性病変及び末梢循環障害の治療に効果があるとされている。
【０００３】
このように炭酸泉が優れた効果を持つことから、これを人工的に得る炭酸水の製造方法の一例が、特許文献１に記載されている。
【０００４】
また、炭酸水中の溶存二酸化炭素濃度の計測方法としては、炭酸水から放出された二酸化炭素の圧力を測定することにより濃度を計測する方法（特許文献１参照）や、炭酸水から放出された気相の二酸化炭素中の二酸化炭素濃度を炭酸ガスセンサ素子を用いて計測する方法（特許文献２参照）等がある。また、炭酸水中の水素イオン濃度が炭酸水素イオンの濃度に比例するため、ｐＨを計測することで炭酸水素イオンの濃度を算出する方法もある。
【特許文献１】特開２００４−３３７８４６号公報
【特許文献２】特許第３２３６２５４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１又は２に記載の二酸化炭素濃度の計測方法では、高濃度の炭酸水の溶存二酸化炭素濃度を計測することができなかった。また、ｐＨを計測する方法では、炭酸水中に気泡として存在する二酸化炭素の濃度を計測することはできなかった。
【０００６】
本発明の課題は、高濃度の炭酸水の溶存二酸化炭素濃度を計測することができる溶存二酸化炭素濃度の計測方法、炭酸ガス濃度計測方法及び溶存二酸化炭素濃度の計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で希釈し、これらの溶液にレーザー光を照射し、散乱角が９０度の方向に散乱された散乱光強度（以下では、９０度の散乱光強度と略す）を計測することにより希釈後の溶存二酸化炭素濃度と散乱光強度との近似式を求める近似式検出過程と、濃度未知の二酸化炭素溶存溶液にレーザー光を照射し、９０度の散乱光強度を測定し、前記散乱光強度を前記近似式に当てはめることにより、二酸化炭素濃度を算出することを特徴とする溶存二酸化炭素濃度の計測方法である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、複数の計測セルが載置された分析台と、濃度既知の二酸化炭素溶存溶液、二酸化炭素が溶存していない希釈液、測定対象となる濃度未知の二酸化炭素溶存溶液の３種類の液体を貯留するタンク、及び各タンクに貯留された液体を前記計測セル内に注入するノズルからなる注液装置と、前記計測セル内の液体にレーザー光を照射し、９０度の散乱光強度を計測する散乱光強度計測器と、これらを制御する演算装置と、を備え、前記演算装置は、前記分析台及び前記注液装置を制御して濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で二酸化炭素が溶存していない希釈液に希釈混合した溶液を複数の計測セル内に作成し、希釈後の溶存二酸化炭素濃度を算出するとともに、各計測セル内の溶液の散乱光強度を前記散乱光強度計測器により計測し、二酸化炭素濃度と散乱光強度との近似式を算出し、前記分析台及び前記注液装置を制御して濃度未知の二酸化炭素溶存溶液を計測セル内に注入し、その散乱光強度を前記散乱光強度計測器により測定し、前記散乱光強度を前記近似式に当てはめることにより、二酸化炭素濃度を算出することを特徴とする溶存二酸化炭素濃度の計測装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で希釈し、その散乱光強度を計測することで溶存二酸化炭素濃度と散乱光強度との近似式を求めるとともに、濃度未知の二酸化炭素溶存原液の散乱光強度を測定し、その散乱光強度を近似式に当てはめることにより、濃度未知の二酸化炭素溶存原液の溶存二酸化炭素濃度を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の溶存二酸化炭素濃度の計測方法は、炭酸水中に微小気泡として分散する炭酸ガスにより散乱する散乱光強度を計測することにより二酸化炭素濃度を算出する、というものである。
【００１１】
ここで散乱光強度は、溶液にレーザー光を照射したときに、照射方向に対して９０度の方向への散乱光強度を計測するものである。なお、散乱光強度の計測は、市販の分光光度計等を用いて測定することができる。
【００１２】
以下、溶存二酸化炭素濃度を算出する工程について説明する。
【００１３】
＜Ａ＞検量線の作成
まず、溶存二酸化炭素濃度が異なる複数の溶液に対して、散乱光強度を計測する。次いで、溶存二酸化炭素濃度をｘ軸、散乱光強度をｙ軸にとり、溶存二酸化炭素濃度と散乱光強度との関係を示す検量線を作成する。なお、検量線を作成するに当たり、相関係数を評価するため、少なくとも３点以上の溶存二酸化炭素濃度について散乱光強度を計測することが好ましい。
【００１４】
検量線は、例えば（１）式で表される。
ｙ＝ａｘ＋ｂ…（１）
【００１５】
この式（１）を用いれば、濃度未知の炭酸水について散乱光強度を計測し、散乱光強度ｙ1からｙ切片値ｂを減じた値ｙ1−ｂを係数ａで除することにより、濃度未知の炭酸水の溶存二酸化炭素濃度ｘ1を算出することができる。
【００１６】
次に、濃度未知の炭酸水の溶存二酸化炭素濃度を計測する計測装置１の例について説明する。
図１は溶存二酸化炭素の計測装置１を示す模式図である。計測装置１は、複数の計測セル２と、注液装置３と、散乱光強度計測器６と、分析台７と、これらを制御する演算装置８とからなる。
【００１７】
複数の計測セル２は分析台７上に配列されており、注液装置３により内部に濃度既知の炭酸水、二酸化炭素が溶存していない冷蒸留水（希釈用）、溶存二酸化炭素濃度が未知の原液（計測対象）が注入、混合される。計測セル２はガラス等の光透過性の素材からなり、散乱光強度計測器６による散乱光強度計測が可能になっている。
【００１８】
注液装置３は、濃度既知の炭酸水、二酸化炭素が溶存していない冷蒸留水、溶存二酸化炭素濃度が未知の原液の各溶液を貯留するタンク４と、各溶液に対応するノズル５とからなる。ノズル５が演算装置８により開閉されることで、タンク４内の液体を所定量、計測セル２に注入する。
【００１９】
分析台７は演算装置８により駆動され、複数の計測セル２を注液装置３のノズル５の下部に案内し、その後、注液装置３により溶液が注入された計測セル２を散乱光強度計測器６に通過させる。
散乱光強度計測器６は計測セル２の通過経路に設けられ、計測セル２に注入された溶液にレーザー光を照射し、９０度の散乱光強度を計測し、演算装置８に散乱光強度データを出力する。
【００２０】
演算装置８は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備え、注液装置３、分析台７、散乱光強度計測器６を制御する機能を有する。また、演算装置８は、計測した散乱光強度から検量線と一次近似式を求め、未知の原液の溶存二酸化炭素濃度を算出する機能を有する。
【００２１】
なお、上記装置では注液装置３及び散乱光強度計測器６を固定し、分析台７上の計測セル２を移動させることとしたが、計測セル２を固定し、注液装置３及び散乱光強度計測器６を移動させてもよい。
【００２２】
次に、計測装置１を用いて濃度未知の溶液の溶存二酸化炭素濃度を算出する方法について説明する。
【００２３】
まず、分析台７上に配列された計測セル２を、順に注液装置３の下に配置する。次に、注液装置３により、３つ以上の所定数の計測セル２（検量線作成用セル）に濃度既知の炭酸水、二酸化炭素が溶存していない冷蒸留水を所定量注入し、混合することで、所定の溶存二酸化炭素濃度の炭酸水を作成する。
【００２４】
一方、別の計測セル２（第２群セル）には、溶存二酸化炭素濃度が未知の原液を所定量注入する。
【００２５】
次に、散乱光強度計測器６により計測セル２内の溶液の散乱光強度を計測する。散乱光強度計測器６により計測された散乱光強度は、検量線作成用セルの溶存二酸化炭素濃度、第２群セルの希釈率とともに、演算装置８内のＲＡＭに記憶される。
【００２６】
次に、演算装置８内のＣＰＵにより、ＲＡＭに記憶された検量線作成用セルの溶存二酸化炭素濃度と散乱光強度から検量線の式（１）が求められる。
【００２７】
その後、ＣＰＵは、第２群セルの散乱光強度ｙ1から一次近似線を示す式（１）のｙ切片値ｂ1を減じた補正散乱光強度ｙ1−ｂ1を係数ａ0で除することにより、原液の溶存二酸化炭素濃度を算出する。
【００２８】
以下、本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。
＜Ａ＞検量線の作成
濃度既知の炭酸ナトリウム水溶液を用いて、濁度と二酸化炭素濃度との関係を示す検量線を作成した。
（Ａ１）炭酸ナトリウム水溶液の作成
日本薬局方品の乾燥炭酸ナトリウム1.036ｇに、二酸化炭素が溶存していない脱気蒸留水を加えて１Ｌとし、１０３６ｐｐｍの炭酸ナトリウム水溶液を得た。Ｎａ2ＣＯ3の分子量は１０６、ＣＯ2の分子量は４４であるので、１０３６ｐｐｍの炭酸ナトリウム水溶液のＣＯ2濃度は、１０３６×４４／１０６＝４３０．０ｐｐｍとなる。
【００２９】
（Ａ２）水酸化カルシウム水溶液の作成
日本薬局方品の水酸化カルシウム３ｇに、二酸化炭素が溶存していない脱気冷蒸留水を加えて１Ｌとし、空気中の二酸化炭素が溶解しないように密閉容器内で１時間時々振り混ぜた後に静置して水酸化カルシウムを得た。Ｃａ（ＯＨ）2の分子量は７６であるので、水酸化カルシウム水溶液の濃度は０．０４ｍｏｌ／Ｌとなる。
【００３０】
（Ａ３）吸光度測定
（Ａ１）の炭酸ナトリウム水溶液０．１ｍｌ，０．２ｍｌ，０．３ｍｌ，０．４ｍｌ，０．５ｍｌ，０．６ｍｌ，０．７ｍｌを、それぞれ（Ａ２）の水酸化カルシウム水溶液４．０ｍｌに加え、白濁した水溶液の吸光度（４５０ｎｍ）を計測した。
【００３１】
（Ａ４）ＣＯ2濃度の算出
各溶液のＣＯ2濃度は、それぞれ４３０×０．１／（０．１＋４．０）＝１０．４９ｐｐｍ、４３０×０．２／（０．２＋４．０）＝２０．４８ｐｐｍ、４３０×０．３／（０．３＋４．０）＝３０．００ｐｐｍ、４３０×０．４／（０．４＋４．０）＝３９．０９ｐｐｍ、４３０×０．５／（０．５＋４．０）＝４７．７８ｐｐｍ、４３０×０．６／（０．６＋４．０）＝５６．０９ｐｐｍ、４３０×０．７／（０．７＋４．０）＝６４．０４ｐｐｍ、と算出した。
【００３２】
（Ａ５）補正濁度の算出
ＣＯ2濃度をｘ軸に、濁度をｙ軸にプロットし、検量線を作成した（図２）。得られた検量線の式は
ｙ＝０．０１８３１６ｘ＋０．０００４９…（２）
であり、相関係数は０．９８８であった。
【００３３】
（２）式のｙ切片値（０．０００４９）を濁度から減じて補正濁度を算出した。
そして、ＣＯ2濃度をｘ軸に、補正濁度をｙ軸にプロットしたときの一次近似式は
ｙ＝０．０１８３１６ｘ…（３）
となる。
【００３４】
各水溶液に対して計測された吸光度と、算出されたＣＯ2濃度、濁度及び補正濁度を表１に示す。
【表１】
【００３５】
（２）、（３）式より、ＣＯ2濃度と、濁度または補正濁度との相関が高いことがわかる。したがって、ＣＯ2濃度が未知の水溶液に水酸化カルシウム溶液を混合して吸光度を計測し、濁度を算出することで、濁度からＣＯ2濃度を概算することができると考えられる。
【００３６】
＜Ｂ＞指標となる炭酸水のＣＯ2濃度算出
（Ｂ１）炭酸水の作成
炭酸泉製造装置（ＣＣＣａｒｂｏ，三菱レーヨン社製）を用いて指標となる炭酸水を作成した。なお、この炭酸水の濃度は未知なので、検量線により濃度を算出する。
（Ｂ２）第１段階希釈溶液の作成
（Ｂ１）の炭酸水０．３ｍｌ，０．５ｍｌ，０．８ｍｌ，１．５ｍｌ，２．０ｍｌ，３．０ｍｌ，４．０ｍｌ，５．０ｍｌ，６．０ｍｌを、それぞれ二酸化炭素が溶存していない蒸留水５．０ｍｌに希釈した。希釈率はそれぞれ、０．３／（０．３＋５．０）＝０．０５６６，０．５／（０．５＋５．０）＝０．０９０９，０．８／（０．８＋５．０）＝０．１３７９，１．５／（１．５＋５．０）＝０．２３０８，２．０／（２．０＋５．０）＝０．２８５７，３．０／（３．０＋５．０）＝０．３７５０，４．０／（４．０＋５．０）＝０．４４４４，５．０／（５．０＋５．０）＝０．５０００，６．０／（６．０＋５．０）＝０．５４５５、となる。
【００３７】
（Ｂ３）吸光度測定
（Ｂ２）の第１段階希釈溶液０．０５ｍｌを、それぞれ（Ａ２）の水酸化カルシウム水溶液３．０ｍｌに加え、白濁した水溶液の吸光度（４５０ｎｍ）を計測した。ここで、第１段階希釈溶液は、さらに３．０５／０．０５＝６１倍に希釈されることとなる。
【００３８】
（Ｂ４）補正濁度の算出
第１段階の希釈率をｘ軸に、吸光度をｙ軸にプロットし、一次近似直線を作成した（図３）。得られた一次近似直線の式は
ｙ=０．２４０４ｘ＋０．０９０４…（４）
であり、相関係数は０．９１２６であった。
【００３９】
第１段階希釈溶液の補正濁度は、以下の式により算出した。
補正濁度＝２．３０３×６１×（吸光度−０．０９０４）…（５）
【００４０】
（Ｂ５）第１段階希釈溶液のＣＯ2濃度の算出
（Ｂ４）で算出した補正吸光度を、（２）式または（３）式のｘの係数０．０１８３１２で除することにより、第１段階希釈溶液のＣＯ2濃度を算出した。
【００４１】
（Ｂ６）第１段階希釈溶液の散乱光強度測定
散乱光強度は、第１段階希釈溶液中に微小気泡として存在する炭酸ガスの濃度に比例すると考えられる。
各第１段階希釈溶液の散乱光強度測定にレーザー光を照射し、９０度の散乱光強度（Ｒ９０値）を計測した。また、コントロールとして、純水のＲ９０値も計測したところ、７２２３であった。
各第１段階希釈溶液の散乱光強度（Ｒ９０値）から、純水のＲ９０値（７２２３）を減じた値（ΔＲ９０値）を算出した。
【００４２】
各第１段階希釈溶液に対して、計測された吸光度と、算出された希釈率、補正濁度、ＣＯ2濃度、Ｒ９０値及びΔＲ９０値を表２に示す。
【表２】
【００４３】
また、ＣＯ2濃度をｘ軸に、ΔＲ９０値をｙ軸にプロットし、一次近似直線を作成した（図４）。得られた一次近似直線の式は
ｙ＝３５．０９３ｘ＋１２７７９…（６）
であり、相関係数は０．８７８９であった。
【００４４】
したがって、濃度未知の炭酸水の散乱光強度（Ｒ９０値）を計測し、ΔＲ９０値を算出し、これを（６）式に当てはめれば、測定対象の炭酸水の濃度を算出することができる。
【００４５】
なお、指標となる炭酸ガス溶解液の炭酸ガス濃度算出を以下の＜Ｃ＞に示す方法で行ってもよい。そして、この結果を用いて、以下の＜Ｄ＞に示すように、他の炭酸ガス溶解液の炭酸ガス濃度を計測することができる。ここで、炭酸ガス溶解液とは、溶液中に炭酸ガスが微小気泡として分散する水溶液であり、炭酸ガス濃度とは、炭酸ガス溶解液中に微小気泡として分散する炭酸ガスの総量を、炭酸ガス溶解液の体積で除したものである。
【００４６】
＜Ｃ＞指標となる炭酸水の炭酸ガス濃度算出
（Ｃ１）検量線の作成
濃度既知の炭酸ナトリウム水溶液を用いて、検量線を作成する。例えば実施例１と同様に、適当に希釈した炭酸ナトリウム水溶液を、濃度既知の水酸化カルシウム水溶液（例えば、飽和水酸化カルシウム水溶液の上清）と所定量ずつ反応させ、吸光度を測定し、濁度を計測する。次いで、二酸化炭素濃度を横軸に、濁度を縦軸にプロットすると、二酸化炭素濃度と濁度との間に比例関係が見出され、検量線を作成することができる。
（Ｃ２）炭酸ガスの総量計測
【００４７】
次に、測定対象溶液となる炭酸ガス溶解液について、微小気泡として分散する炭酸ガスの総量を求める。
【００４８】
まず、計測装置１０について説明する。図５に示すように、計測装置１０は、炭酸ガスの微小気泡が分散する炭酸水を測定対象溶液として入れた容器２０と、飽和水酸化カルシウム水溶液を入れた複数の容器（１番目の炭酸ガス吸収容器２１、２番目の炭酸ガス吸収容器２２、…、ｎ番目の炭酸ガス吸収容器（２０＋ｎ））とが配列されてなる。ここで、ｎは３以上の任意の整数である。
なお、測定対象溶液は、（Ｃ１）の測定対象溶液と同濃度である。
【００４９】
各容器には、蓋３０，３１，３２，…（３０＋ｎ）がされており、蓋には２本の管４０，４１，４２，…（４０＋ｎ），５０，５１，５２，…（５０＋ｎ）が貫通している。一方は流入管４０，４１，４２，…（４０＋ｎ）であり、蓋３０，３１，３２，…（３０＋ｎ）の上部から測定対象溶液の液面下まで達している。他方は流出管５０，５１，５２，…（５０＋ｎ）であり、蓋３０，３１，３２，…（３０＋ｎ）の上部から測定対象溶液の液面よりも上方まで達している。
【００５０】
流入管４０には、図示しない二酸化炭素吸収フィルターが設けられており、後述するように二酸化炭素を除去した外部の空気が流入する。流出管５０の上端と、流入管４１の上端とは、第１接続管６１で接続されている。同様に、流出管５１の上端と流入管４２の上端とが第２接続管６２で接続され、…流出管（５０＋ｎ−１）の上端と流入管（４０＋ｎ）の上端とが第ｎ接続管（６０＋ｎ）で接続されている。流出管（５０＋ｎ）の上端は、真空ポンプに接続されている。
【００５１】
次に、測定対象溶液中の二酸化炭素の総量を求める方法について説明する。
真空ポンプを駆動して炭酸ガス吸収容器内（２０＋ｎ）の空気を吸引すると、炭酸ガス吸収容器（２０＋ｎ）内が減圧され、流入管（４０＋ｎ）、第ｎ接続管（６０＋ｎ）、及び流出管（５０＋ｎ−１）を介して炭酸ガス吸収容器（２０＋ｎ−１）内の気体が炭酸ガス吸収容器（２０＋ｎ）内に流入する。以下同様にして、炭酸ガス吸収容器２１内の気体が炭酸ガス吸収容器２２内に流入し、測定対象溶液を入れた容器２０内の気体が炭酸ガス吸収容器２１内に流入する。測定対象溶液を入れた容器２０には、流入管４０を介して二酸化炭素を除去した外部の空気が流入する。
【００５２】
外部の空気は、流入管４０の下端から測定対象溶液内に気泡として流入し、水面に浮上するが、このとき測定対象溶液内の微小気泡と合体する。微小気泡が合体した気泡は水面で破裂し、微小気泡内にあった炭酸ガスも水面上に放出される。なお、測定対象溶液中の炭酸（Ｈ2ＣＯ3）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ3−）、炭酸イオン（ＣＯ32−）は放出されない。
【００５３】
測定対象溶液の水面上に放出された炭酸ガスは、流出管５０、第１接続管６１、流入管４１を介して炭酸ガス吸収容器２１内に流入し、流入管４１の下端から飽和水酸化カルシウム水溶液内に気泡として流入する。このとき、炭酸ガスの一部は飽和水酸化カルシウム水溶液に吸収され、生成した炭酸カルシウムにより飽和水酸化カルシウム水溶液が白濁する。
【００５４】
炭酸ガス吸収容器２１内の飽和水酸化カルシウム水溶液に吸収されなかった炭酸ガスは、飽和水酸化カルシウム水溶液の水面に浮上し、流出管５１、第２接続管６２、流入管４２を介して２番目の炭酸ガス吸収容器内に流入する。以下、同様にして炭酸ガスが各炭酸ガス吸収容器内の飽和水酸化カルシウム水溶液に吸収され、生成した炭酸カルシウムにより飽和水酸化カルシウム水溶液が白濁する。
【００５５】
なお、炭酸ガスが炭酸ガス吸収容器（２０＋ｎ−１）内の飽和水酸化カルシウム水溶液までに全て吸収され、最後の炭酸ガス吸収容器（２０＋ｎ）内の飽和水酸化カルシウム水溶液が白濁しないように、ｎを充分に大きくする。
【００５６】
次に、白濁した炭酸ガス吸収容器２１，２２，…（２０＋ｎ−１）内の各飽和水酸化カルシウム水溶液の濁度を計測し、補正濁度を算出し、（Ｃ１）で求めた検量線から各飽和水酸化カルシウム水溶液の二酸化炭素濃度を算出する。次いで、求めた濃度から、各飽和水酸化カルシウム中の二酸化炭素量を求め、加算する。以上により、測定対象溶液中に微小気泡として分散していた炭酸ガス（ＣＯ2）の総量を求めることができる。これを測定対象溶液の体積で除することにより、測定対象溶液中に微小気泡として分散する炭酸ガス濃度を算出することができる。
【００５７】
＜Ｄ＞散乱光強度による炭酸ガス濃度の算出
上記結果を用いて、他の炭酸ガス溶解液の炭酸ガス濃度を計測することができる。
まず、上記測定対象溶液の一部をあらかじめ適当な倍率、例えばｎ倍（ｎは２以上の自然数）に希釈し、原液及び希釈液にレーザー光を照射し、微小気泡により散乱される９０度の散乱光強度を計測しておく。そして、希釈率を横軸に、散乱光強度（Ｒ９０）を縦軸にプロットすると、希釈率と散乱光強度との間に比例関係が見出される。ここで、散乱光強度は炭酸ガス（ＣＯ2）の微小気泡が反映されるが、水溶液中の炭酸（Ｈ2ＣＯ3）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ3−）、炭酸イオン（ＣＯ32−）は反映されない。
【００５８】
ここで、（Ｃ２）で求めた炭酸ガスの総量から、炭酸ガス濃度が算出されるので、希釈率を炭酸ガス濃度に置き換えることで、炭酸ガス濃度と散乱光強度との関係式を求めることができる。この関係式を用いれば、他の炭酸ガス濃度未知の炭酸水についても、散乱光強度を測定し、散乱光強度を関係式に当てはめることで、炭酸ガス濃度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る溶存二酸化炭素濃度の計測装置１を示す模式図である。
【図２】ＣＯ2濃度をｘ軸に、吸光度をｙ軸にプロットしたグラフである。
【図３】第１段階の希釈率をｘ軸に、吸光度をｙ軸にプロットしたグラフである。
【図４】ＣＯ2濃度をｘ軸に、補正散乱光強度をｙ軸にプロットしたグラフである。
【図５】炭酸ガス濃度の計測装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 計測装置
２ 計測セル
３ 注液装置
４ タンク
５ ノズル
６ 散乱光強度計測器
７ 分析台
８ 演算装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶存二酸化炭素濃度の計測方法、炭酸ガス濃度計測方法及び溶存二酸化炭素濃度の計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭酸泉は優れた保温作用があることから、古くから温泉を利用する浴場等で用いられている。炭酸泉の保温作用は、基本的には、含有炭酸ガスの末梢血管拡張作用により身体環境が改善されるためと考えられる。また炭酸ガスの経皮進入によって毛管血管床の増加及び拡張が起こり、皮膚の血行を改善する。このため退行性病変及び末梢循環障害の治療に効果があるとされている。
【０００３】
このように炭酸泉が優れた効果を持つことから、これを人工的に得る炭酸水の製造方法の一例が、特許文献１に記載されている。
【０００４】
また、炭酸水中の溶存二酸化炭素濃度の計測方法としては、炭酸水から放出された二酸化炭素の圧力を測定することにより濃度を計測する方法（特許文献１参照）や、炭酸水から放出された気相の二酸化炭素中の二酸化炭素濃度を炭酸ガスセンサ素子を用いて計測する方法（特許文献２参照）等がある。また、炭酸水中の水素イオン濃度が炭酸水素イオンの濃度に比例するため、ｐＨを計測することで炭酸水素イオンの濃度を算出する方法もある。
【特許文献１】特開２００４−３３７８４６号公報
【特許文献２】特許第３２３６２５４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１又は２に記載の二酸化炭素濃度の計測方法では、高濃度の炭酸水の溶存二酸化炭素濃度を計測することができなかった。また、ｐＨを計測する方法では、炭酸水中に気泡として存在する二酸化炭素の濃度を計測することはできなかった。
【０００６】
本発明の課題は、高濃度の炭酸水の溶存二酸化炭素濃度を計測することができる溶存二酸化炭素濃度の計測方法、炭酸ガス濃度計測方法及び溶存二酸化炭素濃度の計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で希釈し、これらの溶液にレーザー光を照射し、散乱角が９０度の方向に散乱された散乱光強度（以下では、９０度の散乱光強度と略す）を計測することにより希釈後の溶存二酸化炭素濃度と散乱光強度との近似式を求める近似式検出過程と、濃度未知の二酸化炭素溶存溶液にレーザー光を照射し、９０度の散乱光強度を測定し、前記散乱光強度を前記近似式に当てはめることにより、二酸化炭素濃度を算出することを特徴とする溶存二酸化炭素濃度の計測方法である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、複数の計測セルが載置された分析台と、濃度既知の二酸化炭素溶存溶液、二酸化炭素が溶存していない希釈液、測定対象となる濃度未知の二酸化炭素溶存溶液の３種類の液体を貯留するタンク、及び各タンクに貯留された液体を前記計測セル内に注入するノズルからなる注液装置と、前記計測セル内の液体にレーザー光を照射し、９０度の散乱光強度を計測する散乱光強度計測器と、これらを制御する演算装置と、を備え、前記演算装置は、前記分析台及び前記注液装置を制御して濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で二酸化炭素が溶存していない希釈液に希釈混合した溶液を複数の計測セル内に作成し、希釈後の溶存二酸化炭素濃度を算出するとともに、各計測セル内の溶液の散乱光強度を前記散乱光強度計測器により計測し、二酸化炭素濃度と散乱光強度との近似式を算出し、前記分析台及び前記注液装置を制御して濃度未知の二酸化炭素溶存溶液を計測セル内に注入し、その散乱光強度を前記散乱光強度計測器により測定し、前記散乱光強度を前記近似式に当てはめることにより、二酸化炭素濃度を算出することを特徴とする溶存二酸化炭素濃度の計測装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で希釈し、その散乱光強度を計測することで溶存二酸化炭素濃度と散乱光強度との近似式を求めるとともに、濃度未知の二酸化炭素溶存原液の散乱光強度を測定し、その散乱光強度を近似式に当てはめることにより、濃度未知の二酸化炭素溶存原液の溶存二酸化炭素濃度を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の溶存二酸化炭素濃度の計測方法は、炭酸水中に微小気泡として分散する炭酸ガスにより散乱する散乱光強度を計測することにより二酸化炭素濃度を算出する、というものである。
【００１１】
ここで散乱光強度は、溶液にレーザー光を照射したときに、照射方向に対して９０度の方向への散乱光強度を計測するものである。なお、散乱光強度の計測は、市販の分光光度計等を用いて測定することができる。
【００１２】
以下、溶存二酸化炭素濃度を算出する工程について説明する。
【００１３】
＜Ａ＞検量線の作成
まず、溶存二酸化炭素濃度が異なる複数の溶液に対して、散乱光強度を計測する。次いで、溶存二酸化炭素濃度をｘ軸、散乱光強度をｙ軸にとり、溶存二酸化炭素濃度と散乱光強度との関係を示す検量線を作成する。なお、検量線を作成するに当たり、相関係数を評価するため、少なくとも３点以上の溶存二酸化炭素濃度について散乱光強度を計測することが好ましい。
【００１４】
検量線は、例えば（１）式で表される。
ｙ＝ａｘ＋ｂ…（１）
【００１５】
この式（１）を用いれば、濃度未知の炭酸水について散乱光強度を計測し、散乱光強度ｙ1からｙ切片値ｂを減じた値ｙ1−ｂを係数ａで除することにより、濃度未知の炭酸水の溶存二酸化炭素濃度ｘ1を算出することができる。
【００１６】
次に、濃度未知の炭酸水の溶存二酸化炭素濃度を計測する計測装置１の例について説明する。
図１は溶存二酸化炭素の計測装置１を示す模式図である。計測装置１は、複数の計測セル２と、注液装置３と、散乱光強度計測器６と、分析台７と、これらを制御する演算装置８とからなる。
【００１７】
複数の計測セル２は分析台７上に配列されており、注液装置３により内部に濃度既知の炭酸水、二酸化炭素が溶存していない冷蒸留水（希釈用）、溶存二酸化炭素濃度が未知の原液（計測対象）が注入、混合される。計測セル２はガラス等の光透過性の素材からなり、散乱光強度計測器６による散乱光強度計測が可能になっている。
【００１８】
注液装置３は、濃度既知の炭酸水、二酸化炭素が溶存していない冷蒸留水、溶存二酸化炭素濃度が未知の原液の各溶液を貯留するタンク４と、各溶液に対応するノズル５とからなる。ノズル５が演算装置８により開閉されることで、タンク４内の液体を所定量、計測セル２に注入する。
【００１９】
分析台７は演算装置８により駆動され、複数の計測セル２を注液装置３のノズル５の下部に案内し、その後、注液装置３により溶液が注入された計測セル２を散乱光強度計測器６に通過させる。
散乱光強度計測器６は計測セル２の通過経路に設けられ、計測セル２に注入された溶液にレーザー光を照射し、９０度の散乱光強度を計測し、演算装置８に散乱光強度データを出力する。
【００２０】
演算装置８は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備え、注液装置３、分析台７、散乱光強度計測器６を制御する機能を有する。また、演算装置８は、計測した散乱光強度から検量線と一次近似式を求め、未知の原液の溶存二酸化炭素濃度を算出する機能を有する。
【００２１】
なお、上記装置では注液装置３及び散乱光強度計測器６を固定し、分析台７上の計測セル２を移動させることとしたが、計測セル２を固定し、注液装置３及び散乱光強度計測器６を移動させてもよい。
【００２２】
次に、計測装置１を用いて濃度未知の溶液の溶存二酸化炭素濃度を算出する方法について説明する。
【００２３】
まず、分析台７上に配列された計測セル２を、順に注液装置３の下に配置する。次に、注液装置３により、３つ以上の所定数の計測セル２（検量線作成用セル）に濃度既知の炭酸水、二酸化炭素が溶存していない冷蒸留水を所定量注入し、混合することで、所定の溶存二酸化炭素濃度の炭酸水を作成する。
【００２４】
一方、別の計測セル２（第２群セル）には、溶存二酸化炭素濃度が未知の原液を所定量注入する。
【００２５】
次に、散乱光強度計測器６により計測セル２内の溶液の散乱光強度を計測する。散乱光強度計測器６により計測された散乱光強度は、検量線作成用セルの溶存二酸化炭素濃度、第２群セルの希釈率とともに、演算装置８内のＲＡＭに記憶される。
【００２６】
次に、演算装置８内のＣＰＵにより、ＲＡＭに記憶された検量線作成用セルの溶存二酸化炭素濃度と散乱光強度から検量線の式（１）が求められる。
【００２７】
その後、ＣＰＵは、第２群セルの散乱光強度ｙ1から一次近似線を示す式（１）のｙ切片値ｂ1を減じた補正散乱光強度ｙ1−ｂ1を係数ａ0で除することにより、原液の溶存二酸化炭素濃度を算出する。
【００２８】
以下、本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。
＜Ａ＞検量線の作成
濃度既知の炭酸ナトリウム水溶液を用いて、濁度と二酸化炭素濃度との関係を示す検量線を作成した。
（Ａ１）炭酸ナトリウム水溶液の作成
日本薬局方品の乾燥炭酸ナトリウム1.036ｇに、二酸化炭素が溶存していない脱気蒸留水を加えて１Ｌとし、１０３６ｐｐｍの炭酸ナトリウム水溶液を得た。Ｎａ2ＣＯ3の分子量は１０６、ＣＯ2の分子量は４４であるので、１０３６ｐｐｍの炭酸ナトリウム水溶液のＣＯ2濃度は、１０３６×４４／１０６＝４３０．０ｐｐｍとなる。
【００２９】
（Ａ２）水酸化カルシウム水溶液の作成
日本薬局方品の水酸化カルシウム３ｇに、二酸化炭素が溶存していない脱気冷蒸留水を加えて１Ｌとし、空気中の二酸化炭素が溶解しないように密閉容器内で１時間時々振り混ぜた後に静置して水酸化カルシウムを得た。Ｃａ（ＯＨ）2の分子量は７６であるので、水酸化カルシウム水溶液の濃度は０．０４ｍｏｌ／Ｌとなる。
【００３０】
（Ａ３）吸光度測定
（Ａ１）の炭酸ナトリウム水溶液０．１ｍｌ，０．２ｍｌ，０．３ｍｌ，０．４ｍｌ，０．５ｍｌ，０．６ｍｌ，０．７ｍｌを、それぞれ（Ａ２）の水酸化カルシウム水溶液４．０ｍｌに加え、白濁した水溶液の吸光度（４５０ｎｍ）を計測した。
【００３１】
（Ａ４）ＣＯ2濃度の算出
各溶液のＣＯ2濃度は、それぞれ４３０×０．１／（０．１＋４．０）＝１０．４９ｐｐｍ、４３０×０．２／（０．２＋４．０）＝２０．４８ｐｐｍ、４３０×０．３／（０．３＋４．０）＝３０．００ｐｐｍ、４３０×０．４／（０．４＋４．０）＝３９．０９ｐｐｍ、４３０×０．５／（０．５＋４．０）＝４７．７８ｐｐｍ、４３０×０．６／（０．６＋４．０）＝５６．０９ｐｐｍ、４３０×０．７／（０．７＋４．０）＝６４．０４ｐｐｍ、と算出した。
【００３２】
（Ａ５）補正濁度の算出
ＣＯ2濃度をｘ軸に、濁度をｙ軸にプロットし、検量線を作成した（図２）。得られた検量線の式は
ｙ＝０．０１８３１６ｘ＋０．０００４９…（２）
であり、相関係数は０．９８８であった。
【００３３】
（２）式のｙ切片値（０．０００４９）を濁度から減じて補正濁度を算出した。
そして、ＣＯ2濃度をｘ軸に、補正濁度をｙ軸にプロットしたときの一次近似式は
ｙ＝０．０１８３１６ｘ…（３）
となる。
【００３４】
各水溶液に対して計測された吸光度と、算出されたＣＯ2濃度、濁度及び補正濁度を表１に示す。
【表１】
【００３５】
（２）、（３）式より、ＣＯ2濃度と、濁度または補正濁度との相関が高いことがわかる。したがって、ＣＯ2濃度が未知の水溶液に水酸化カルシウム溶液を混合して吸光度を計測し、濁度を算出することで、濁度からＣＯ2濃度を概算することができると考えられる。
【００３６】
＜Ｂ＞指標となる炭酸水のＣＯ2濃度算出
（Ｂ１）炭酸水の作成
炭酸泉製造装置（ＣＣＣａｒｂｏ，三菱レーヨン社製）を用いて指標となる炭酸水を作成した。なお、この炭酸水の濃度は未知なので、検量線により濃度を算出する。
（Ｂ２）第１段階希釈溶液の作成
（Ｂ１）の炭酸水０．３ｍｌ，０．５ｍｌ，０．８ｍｌ，１．５ｍｌ，２．０ｍｌ，３．０ｍｌ，４．０ｍｌ，５．０ｍｌ，６．０ｍｌを、それぞれ二酸化炭素が溶存していない蒸留水５．０ｍｌに希釈した。希釈率はそれぞれ、０．３／（０．３＋５．０）＝０．０５６６，０．５／（０．５＋５．０）＝０．０９０９，０．８／（０．８＋５．０）＝０．１３７９，１．５／（１．５＋５．０）＝０．２３０８，２．０／（２．０＋５．０）＝０．２８５７，３．０／（３．０＋５．０）＝０．３７５０，４．０／（４．０＋５．０）＝０．４４４４，５．０／（５．０＋５．０）＝０．５０００，６．０／（６．０＋５．０）＝０．５４５５、となる。
【００３７】
（Ｂ３）吸光度測定
（Ｂ２）の第１段階希釈溶液０．０５ｍｌを、それぞれ（Ａ２）の水酸化カルシウム水溶液３．０ｍｌに加え、白濁した水溶液の吸光度（４５０ｎｍ）を計測した。ここで、第１段階希釈溶液は、さらに３．０５／０．０５＝６１倍に希釈されることとなる。
【００３８】
（Ｂ４）補正濁度の算出
第１段階の希釈率をｘ軸に、吸光度をｙ軸にプロットし、一次近似直線を作成した（図３）。得られた一次近似直線の式は
ｙ=０．２４０４ｘ＋０．０９０４…（４）
であり、相関係数は０．９１２６であった。
【００３９】
第１段階希釈溶液の補正濁度は、以下の式により算出した。
補正濁度＝２．３０３×６１×（吸光度−０．０９０４）…（５）
【００４０】
（Ｂ５）第１段階希釈溶液のＣＯ2濃度の算出
（Ｂ４）で算出した補正吸光度を、（２）式または（３）式のｘの係数０．０１８３１２で除することにより、第１段階希釈溶液のＣＯ2濃度を算出した。
【００４１】
（Ｂ６）第１段階希釈溶液の散乱光強度測定
散乱光強度は、第１段階希釈溶液中に微小気泡として存在する炭酸ガスの濃度に比例すると考えられる。
各第１段階希釈溶液の散乱光強度測定にレーザー光を照射し、９０度の散乱光強度（Ｒ９０値）を計測した。また、コントロールとして、純水のＲ９０値も計測したところ、７２２３であった。
各第１段階希釈溶液の散乱光強度（Ｒ９０値）から、純水のＲ９０値（７２２３）を減じた値（ΔＲ９０値）を算出した。
【００４２】
各第１段階希釈溶液に対して、計測された吸光度と、算出された希釈率、補正濁度、ＣＯ2濃度、Ｒ９０値及びΔＲ９０値を表２に示す。
【表２】
【００４３】
また、ＣＯ2濃度をｘ軸に、ΔＲ９０値をｙ軸にプロットし、一次近似直線を作成した（図４）。得られた一次近似直線の式は
ｙ＝３５．０９３ｘ＋１２７７９…（６）
であり、相関係数は０．８７８９であった。
【００４４】
したがって、濃度未知の炭酸水の散乱光強度（Ｒ９０値）を計測し、ΔＲ９０値を算出し、これを（６）式に当てはめれば、測定対象の炭酸水の濃度を算出することができる。
【００４５】
なお、指標となる炭酸ガス溶解液の炭酸ガス濃度算出を以下の＜Ｃ＞に示す方法で行ってもよい。そして、この結果を用いて、以下の＜Ｄ＞に示すように、他の炭酸ガス溶解液の炭酸ガス濃度を計測することができる。ここで、炭酸ガス溶解液とは、溶液中に炭酸ガスが微小気泡として分散する水溶液であり、炭酸ガス濃度とは、炭酸ガス溶解液中に微小気泡として分散する炭酸ガスの総量を、炭酸ガス溶解液の体積で除したものである。
【００４６】
＜Ｃ＞指標となる炭酸水の炭酸ガス濃度算出
（Ｃ１）検量線の作成
濃度既知の炭酸ナトリウム水溶液を用いて、検量線を作成する。例えば実施例１と同様に、適当に希釈した炭酸ナトリウム水溶液を、濃度既知の水酸化カルシウム水溶液（例えば、飽和水酸化カルシウム水溶液の上清）と所定量ずつ反応させ、吸光度を測定し、濁度を計測する。次いで、二酸化炭素濃度を横軸に、濁度を縦軸にプロットすると、二酸化炭素濃度と濁度との間に比例関係が見出され、検量線を作成することができる。
（Ｃ２）炭酸ガスの総量計測
【００４７】
次に、測定対象溶液となる炭酸ガス溶解液について、微小気泡として分散する炭酸ガスの総量を求める。
【００４８】
まず、計測装置１０について説明する。図５に示すように、計測装置１０は、炭酸ガスの微小気泡が分散する炭酸水を測定対象溶液として入れた容器２０と、飽和水酸化カルシウム水溶液を入れた複数の容器（１番目の炭酸ガス吸収容器２１、２番目の炭酸ガス吸収容器２２、…、ｎ番目の炭酸ガス吸収容器（２０＋ｎ））とが配列されてなる。ここで、ｎは３以上の任意の整数である。
なお、測定対象溶液は、（Ｃ１）の測定対象溶液と同濃度である。
【００４９】
各容器には、蓋３０，３１，３２，…（３０＋ｎ）がされており、蓋には２本の管４０，４１，４２，…（４０＋ｎ），５０，５１，５２，…（５０＋ｎ）が貫通している。一方は流入管４０，４１，４２，…（４０＋ｎ）であり、蓋３０，３１，３２，…（３０＋ｎ）の上部から測定対象溶液の液面下まで達している。他方は流出管５０，５１，５２，…（５０＋ｎ）であり、蓋３０，３１，３２，…（３０＋ｎ）の上部から測定対象溶液の液面よりも上方まで達している。
【００５０】
流入管４０には、図示しない二酸化炭素吸収フィルターが設けられており、後述するように二酸化炭素を除去した外部の空気が流入する。流出管５０の上端と、流入管４１の上端とは、第１接続管６１で接続されている。同様に、流出管５１の上端と流入管４２の上端とが第２接続管６２で接続され、…流出管（５０＋ｎ−１）の上端と流入管（４０＋ｎ）の上端とが第ｎ接続管（６０＋ｎ）で接続されている。流出管（５０＋ｎ）の上端は、真空ポンプに接続されている。
【００５１】
次に、測定対象溶液中の二酸化炭素の総量を求める方法について説明する。
真空ポンプを駆動して炭酸ガス吸収容器内（２０＋ｎ）の空気を吸引すると、炭酸ガス吸収容器（２０＋ｎ）内が減圧され、流入管（４０＋ｎ）、第ｎ接続管（６０＋ｎ）、及び流出管（５０＋ｎ−１）を介して炭酸ガス吸収容器（２０＋ｎ−１）内の気体が炭酸ガス吸収容器（２０＋ｎ）内に流入する。以下同様にして、炭酸ガス吸収容器２１内の気体が炭酸ガス吸収容器２２内に流入し、測定対象溶液を入れた容器２０内の気体が炭酸ガス吸収容器２１内に流入する。測定対象溶液を入れた容器２０には、流入管４０を介して二酸化炭素を除去した外部の空気が流入する。
【００５２】
外部の空気は、流入管４０の下端から測定対象溶液内に気泡として流入し、水面に浮上するが、このとき測定対象溶液内の微小気泡と合体する。微小気泡が合体した気泡は水面で破裂し、微小気泡内にあった炭酸ガスも水面上に放出される。なお、測定対象溶液中の炭酸（Ｈ2ＣＯ3）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ3−）、炭酸イオン（ＣＯ32−）は放出されない。
【００５３】
測定対象溶液の水面上に放出された炭酸ガスは、流出管５０、第１接続管６１、流入管４１を介して炭酸ガス吸収容器２１内に流入し、流入管４１の下端から飽和水酸化カルシウム水溶液内に気泡として流入する。このとき、炭酸ガスの一部は飽和水酸化カルシウム水溶液に吸収され、生成した炭酸カルシウムにより飽和水酸化カルシウム水溶液が白濁する。
【００５４】
炭酸ガス吸収容器２１内の飽和水酸化カルシウム水溶液に吸収されなかった炭酸ガスは、飽和水酸化カルシウム水溶液の水面に浮上し、流出管５１、第２接続管６２、流入管４２を介して２番目の炭酸ガス吸収容器内に流入する。以下、同様にして炭酸ガスが各炭酸ガス吸収容器内の飽和水酸化カルシウム水溶液に吸収され、生成した炭酸カルシウムにより飽和水酸化カルシウム水溶液が白濁する。
【００５５】
なお、炭酸ガスが炭酸ガス吸収容器（２０＋ｎ−１）内の飽和水酸化カルシウム水溶液までに全て吸収され、最後の炭酸ガス吸収容器（２０＋ｎ）内の飽和水酸化カルシウム水溶液が白濁しないように、ｎを充分に大きくする。
【００５６】
次に、白濁した炭酸ガス吸収容器２１，２２，…（２０＋ｎ−１）内の各飽和水酸化カルシウム水溶液の濁度を計測し、補正濁度を算出し、（Ｃ１）で求めた検量線から各飽和水酸化カルシウム水溶液の二酸化炭素濃度を算出する。次いで、求めた濃度から、各飽和水酸化カルシウム中の二酸化炭素量を求め、加算する。以上により、測定対象溶液中に微小気泡として分散していた炭酸ガス（ＣＯ2）の総量を求めることができる。これを測定対象溶液の体積で除することにより、測定対象溶液中に微小気泡として分散する炭酸ガス濃度を算出することができる。
【００５７】
＜Ｄ＞散乱光強度による炭酸ガス濃度の算出
上記結果を用いて、他の炭酸ガス溶解液の炭酸ガス濃度を計測することができる。
まず、上記測定対象溶液の一部をあらかじめ適当な倍率、例えばｎ倍（ｎは２以上の自然数）に希釈し、原液及び希釈液にレーザー光を照射し、微小気泡により散乱される９０度の散乱光強度を計測しておく。そして、希釈率を横軸に、散乱光強度（Ｒ９０）を縦軸にプロットすると、希釈率と散乱光強度との間に比例関係が見出される。ここで、散乱光強度は炭酸ガス（ＣＯ2）の微小気泡が反映されるが、水溶液中の炭酸（Ｈ2ＣＯ3）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ3−）、炭酸イオン（ＣＯ32−）は反映されない。
【００５８】
ここで、（Ｃ２）で求めた炭酸ガスの総量から、炭酸ガス濃度が算出されるので、希釈率を炭酸ガス濃度に置き換えることで、炭酸ガス濃度と散乱光強度との関係式を求めることができる。この関係式を用いれば、他の炭酸ガス濃度未知の炭酸水についても、散乱光強度を測定し、散乱光強度を関係式に当てはめることで、炭酸ガス濃度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る溶存二酸化炭素濃度の計測装置１を示す模式図である。
【図２】ＣＯ2濃度をｘ軸に、吸光度をｙ軸にプロットしたグラフである。
【図３】第１段階の希釈率をｘ軸に、吸光度をｙ軸にプロットしたグラフである。
【図４】ＣＯ2濃度をｘ軸に、補正散乱光強度をｙ軸にプロットしたグラフである。
【図５】炭酸ガス濃度の計測装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 計測装置
２ 計測セル
３ 注液装置
４ タンク
５ ノズル
６ 散乱光強度計測器
７ 分析台
８ 演算装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で希釈し、これらの溶液にレーザー光を照射し、散乱角が９０度の方向に散乱された散乱光強度（以下では、９０度の散乱光強度と略す）を計測することにより希釈後の溶存二酸化炭素濃度と散乱光強度との近似式を求める近似式検出過程と、
濃度未知の二酸化炭素溶存溶液にレーザー光を照射し、９０度の散乱光強度を測定し、
前記散乱光強度を前記近似式に当てはめることにより、二酸化炭素濃度を算出することを特徴とする溶存二酸化炭素濃度の計測方法。
【請求項２】
複数の計測セルが載置された分析台と、
濃度既知の二酸化炭素溶存溶液、二酸化炭素が溶存していない希釈液、測定対象となる濃度未知の二酸化炭素溶存溶液の３種類の液体を貯留するタンク、及び各タンクに貯留された液体を前記計測セル内に注入するノズルからなる注液装置と、
前記計測セル内の液体にレーザー光を照射し、９０度の散乱光強度を計測する散乱光強度計測器と、
これらを制御する演算装置と、を備え
前記演算装置は、前記分析台及び前記注液装置を制御して濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で二酸化炭素が溶存していない希釈液に希釈混合した溶液を複数の計測セル内に作成し、希釈後の溶存二酸化炭素濃度を算出するとともに、各計測セル内の溶液の散乱光強度を前記散乱光強度計測器により計測し、二酸化炭素濃度と散乱光強度との近似式を算出し、
前記分析台及び前記注液装置を制御して濃度未知の二酸化炭素溶存溶液を計測セル内に注入し、その散乱光強度を前記散乱光強度計測器により測定し、前記散乱光強度を前記近似式に当てはめることにより、二酸化炭素濃度を算出することを特徴とする溶存二酸化炭素濃度の計測装置。
【請求項３】
炭酸ガス溶解液中に微小気泡として分散した炭酸ガスの濃度を計測する炭酸ガス濃度計測方法であって、
濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で濃度既知の水酸化カルシウム水溶液に希釈混合し、
生成した炭酸カルシウムにより白濁した溶液の濁度を計測することにより希釈後の溶存二酸化炭素濃度と濁度との検量線を求める検量線検出過程と、
指標とする炭酸ガス溶解液の一部を脱気し、炭酸ガス溶解液から放出させた炭酸ガスを前記検量線検出過程で用いたのと同じ濃度の水酸化カルシウム水溶液に吸収させ、
生成した炭酸カルシウムにより白濁した溶液の濁度を計測し、この濁度を前記検量線に当てはめて溶存二酸化炭素濃度を求め、指標とする炭酸ガス溶解液中に微小気泡として分散した炭酸ガス量を求める炭酸ガス含有量計測過程と、
前記炭酸ガス溶解液の一部を別々の希釈率で希釈した複数の第１段階希釈溶液を作成し、
前記第１段階希釈溶液の散乱光強度を計測し、
炭酸ガス濃度と散乱光強度との関係式を求める関係式検出過程と、
炭酸ガス濃度未知の炭酸ガス溶解液の散乱光強度を計測し、この散乱光強度を前記関係式に当てはめて炭酸ガス濃度を算出する炭酸ガス濃度算出過程と、
からなることを特徴とする炭酸ガス濃度計測方法。
【請求項１】
濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で希釈し、これらの溶液にレーザー光を照射し、散乱角が９０度の方向に散乱された散乱光強度（以下では、９０度の散乱光強度と略す）を計測することにより希釈後の溶存二酸化炭素濃度と散乱光強度との近似式を求める近似式検出過程と、
濃度未知の二酸化炭素溶存溶液にレーザー光を照射し、９０度の散乱光強度を測定し、
前記散乱光強度を前記近似式に当てはめることにより、二酸化炭素濃度を算出することを特徴とする溶存二酸化炭素濃度の計測方法。
【請求項２】
複数の計測セルが載置された分析台と、
濃度既知の二酸化炭素溶存溶液、二酸化炭素が溶存していない希釈液、測定対象となる濃度未知の二酸化炭素溶存溶液の３種類の液体を貯留するタンク、及び各タンクに貯留された液体を前記計測セル内に注入するノズルからなる注液装置と、
前記計測セル内の液体にレーザー光を照射し、９０度の散乱光強度を計測する散乱光強度計測器と、
これらを制御する演算装置と、を備え
前記演算装置は、前記分析台及び前記注液装置を制御して濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で二酸化炭素が溶存していない希釈液に希釈混合した溶液を複数の計測セル内に作成し、希釈後の溶存二酸化炭素濃度を算出するとともに、各計測セル内の溶液の散乱光強度を前記散乱光強度計測器により計測し、二酸化炭素濃度と散乱光強度との近似式を算出し、
前記分析台及び前記注液装置を制御して濃度未知の二酸化炭素溶存溶液を計測セル内に注入し、その散乱光強度を前記散乱光強度計測器により測定し、前記散乱光強度を前記近似式に当てはめることにより、二酸化炭素濃度を算出することを特徴とする溶存二酸化炭素濃度の計測装置。
【請求項３】
炭酸ガス溶解液中に微小気泡として分散した炭酸ガスの濃度を計測する炭酸ガス濃度計測方法であって、
濃度既知の二酸化炭素溶存溶液を複数の希釈率で濃度既知の水酸化カルシウム水溶液に希釈混合し、
生成した炭酸カルシウムにより白濁した溶液の濁度を計測することにより希釈後の溶存二酸化炭素濃度と濁度との検量線を求める検量線検出過程と、
指標とする炭酸ガス溶解液の一部を脱気し、炭酸ガス溶解液から放出させた炭酸ガスを前記検量線検出過程で用いたのと同じ濃度の水酸化カルシウム水溶液に吸収させ、
生成した炭酸カルシウムにより白濁した溶液の濁度を計測し、この濁度を前記検量線に当てはめて溶存二酸化炭素濃度を求め、指標とする炭酸ガス溶解液中に微小気泡として分散した炭酸ガス量を求める炭酸ガス含有量計測過程と、
前記炭酸ガス溶解液の一部を別々の希釈率で希釈した複数の第１段階希釈溶液を作成し、
前記第１段階希釈溶液の散乱光強度を計測し、
炭酸ガス濃度と散乱光強度との関係式を求める関係式検出過程と、
炭酸ガス濃度未知の炭酸ガス溶解液の散乱光強度を計測し、この散乱光強度を前記関係式に当てはめて炭酸ガス濃度を算出する炭酸ガス濃度算出過程と、
からなることを特徴とする炭酸ガス濃度計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−８５１０（Ｐ２００９−８５１０Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６９５６１（Ｐ２００７−１６９５６１）
【出願日】平成１９年６月２７日（２００７．６．２７）
【出願人】（５０４３８５４７６）株式会社 オムシー (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２７日（２００７．６．２７）
【出願人】（５０４３８５４７６）株式会社 オムシー (7)
【Ｆターム（参考）】
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