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TOC測定装置
説明

TOC測定装置

【課題】水溶液中の有機物の指標としてTOCを光触媒酸化方式によって測定するTOC測定装置は、有機物の酸化分解によって生成された全CO2ガスが流路内に留まり、無駄なくNDIRの信号に変換され出力される。一方、測定終了後は、流路内に残ったCO2ガスは次の測定に備えるために、流路内から排出しもとのベースラインのレベルまで戻す必要がある。このことは、測定終了後余分な待ち時間を必要とされることになる。開放送気光触媒酸化方式でTOC分析を短時間で分析することができる分析方法および測定可能な装置を提供する。
【解決手段】オートサンプラー、リアクタ、NDIRを備えた光触媒酸化方式TOC測定装置において、前記リアクタの出口側に前記NDIRを直接的に接続し、前記NDIRの出口側を大気に開放した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は光触媒酸化方式によるTOC(全有機炭素)測定装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
水溶液中の有機物の指標としてTOCを光触媒酸化方式によって測定するTOC測定装置は、広く活用されてきた(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2006−258619
【0004】
従来の測定装置の特長としては、有機物の酸化分解によって生成された全COガスは流路内に留まり無駄なくNDIRの信号に変換され出力される。一方、測定終了後は、流路内に残ったCOガスは次の測定に備えるために、流路内から排出しもとのベースラインのレベルまで戻す必要がある。このことは、測定終了後余分な待ち時間を必要とされることになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前述した特開2006−258619に開示されている光触媒酸化方式(密閉循環光触媒酸化方式)の装置構成は、図1に示すシステムから構成される。密閉循環光触媒酸化方式の測定装置は有機物の酸化分解によって生成された全COガスは流路内に留まり無駄なくNDIRの信号に変換される。全COガスを流路内に留まらせる為にリアクタの出口側にNDIRが接続され、NDIRの出口側がリアクタの入口側に接続されている。測定動作の際に測定終了後は、次の測定に備えるために流路内に残った全COガスを流路内から排出し、測定前のベースラインのレベルまで戻す必要がある。このために、測定終了後2〜5分の余分な待ち時間を必要としている。本発明は、NDIRの出口側を大気に開放することで待ち時間を削減でき、測定時間の短縮を図ることができる。また、密閉循環光触媒酸化方式の装置においてはNDIRの出口側およびリアクタの入口側を大気に開放できるための流路切換弁およびリアクタへの反応液充填および排出のための流路切換弁が必要であり、流路制御を行なうために7個の電磁弁と1個のポンプが必要であった。本発明は、NDIRの出口側を大気に開放することで1個の電磁弁と3個のポンプで流路制御が可能となる装置構成となり、メンテナンス性および信頼性の向上につながる。
【0006】
密閉循環光触媒酸化方式での測定においては流路内を循環する機構のため大気中のCO濃度変化および大気中の有機物の影響を受けにくい。前記課題を解決し、より精度のよい測定を行なうためにはリアクタの入口側のCO濃度が1ppm以下に調整され、および有機物が除去された高純度空気もしくは大気とする必要性がある。
【0007】
密閉循環光触媒酸化方式での測定において、流量制御において測定時間の短縮することは不可能であった。循環流路の場合CO濃度が安定した状態から測定を開始し、酸化反応が終了し再度CO濃度が安定した状態で測定終了となる。CO濃度が安定した状態を必要とするため、定量性のあるポンプが必要であった。前記課題を解決しおよびCO濃度がピーク値で測定終了できれば、以降の動作はCO排出動作となる。このCO排出動作時間を短縮することで、測定時間の短縮を図ることができる。CO排出動作時間を短縮するには流量制御を行なう必要がある。流量制御を行なうためにはエアーポンプを速度可変ポンプもしくは速度固定ポンプと流量調整弁とする必要性がある。
【0008】
本発明は、前記従来の密閉循環光触媒酸化方式における課題に鑑み、TOC分析を短時間で分析することができる分析方法および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】
【0009】
光触媒酸化方式TOC測定装置において、リアクタの出口側にNDIRを直接的に接続し、NDIRの出口側を大気に開放する配管構成とし、1個の電磁弁と3個のポンプで流路制御が可能となる測定装置とすることにより測定時間の短縮を図る。
【0010】
前述したNDIRの出口側を大気に開放した光触媒酸化方式(開放送気光触媒酸化方式)にする際には、必然的にリアクタの入口側も大気に開放される必要がある。リアクタの入口から通気される際に、大気中のCO濃度変化および大気中の有機物の影響が受けなければ精度のよい測定が可能となる。CO濃度変化および大気中の有機物の影響が無い測定を行なうためにはリアクタの入口側の大気開放部をCO濃度が1ppm以下の高純度空気、もしくはCO濃度が1ppm以下でかつ有機物が除去された大気とする。
【0011】
開放送気光触媒酸化方式TOC測定装置において、測定動作の際にCO濃度が測定前のベースラインのレベルで測定終了するのではなく、その途中のCO濃度がピーク値で測定終了できれば、以降の動作はCO排出動作のみとなる。このCO排出動作時間を短縮すること、すなわち流量制御で測定時間の短縮を図る。流量制御を行なうためにはエアーポンプを速度可変ポンプもしくは速度固定ポンプと流量調整弁とする。
【発明の効果】
【0012】
前述した開放送気光触媒酸化方式にすることにより、TOC分析を短時間で分析することができる分析方法および装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】従来の密閉循環光触媒酸化方式によるTOC計のシステム概略図
【図2】本発明の一実施例の開放送気光触媒酸化方式によるTOC計のシステム概略図
【図3】本発明の一実施例のCO除去ユニットおよび有機物除去ユニットを使用したことによるTOC計のシステム概略図
【図4】本発明の一実施例の高純度空気を使用したことによるTOC計のシステム概略図
【図5】本発明の一実施例の定量性のエアーポンプと流量調整弁を使用したことによるTOC計のシステム概略図
【図6】本発明の一実施例の開放送気光触媒酸化方式による測定動作シーケンスフロー図
【図7】本発明の一実施例の密閉循環および開放送気光触媒酸化方式による測定結果
【図8】本発明の一実施例の流量定量式および流量可変式の開放送気光触媒酸化方式による測定結果
【図9】本発明の一実施例のキャリアガスの違いによる開放送気光触媒酸化方式による測定結果
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。
【0015】
開放送気光触媒酸化方式の装置構成は、図2に示すシステムから構成される。過塩素酸水溶液1はオートサンプラー4と接続されている。オートサンプラー4は計量することが可能な機構(例えばシリンダなど)を有するものである。オートサンプラー4の一方はリアクタ6に接続される。オートサンプラー4はそれ以外に標準液、廃液および試料用のポート1〜4に接続されている。リアクタ6はガラス製の2重管構造にて出来ており、その中心に紫外線ランプ5が設置されている。リアクタ6下部にはエアー取込口兼反応液充填排出口があり、3方分岐管12に接続されている。3方分岐管12の一方は反応液充填用ポンプ10と接続され、その先に反応液2(光触媒)と接続されている。3方分岐管12の一方は3方分岐管13に接続されている。3方分岐管13の一方は反応液排出用ポンプ11と接続され、その先に廃液3と接続されている。3方分岐管13の一方は逆流防止用電磁弁14と接続され、その先にエアーポンプ15と接続されている。エアーポンプ15は外気吸気口8に接続されている。また、エアーポンプ15は定量性のあるエアーポンプである必要性がある。リアクタ6上部にはエアー排出口があり、NDIR検出器7に接続されている。NDIR検出器は排出口9に接続されている。
【0016】
測定開始前の準備動作として最初に逆流防止用電磁弁14が閉じられ、反応液排出用ポンプ11が駆動しリアクタ6の内部に残留している反応液を排出する。その後、反応液充填用ポンプ10が駆動しリアクタ6に反応液が充填される。反応液充填後に紫外線ランプ5が点灯し逆流防止用電磁弁14が開放されエアーポンプ15が駆動しエアーが送気されNDIR検出器7の出力信号でベースラインの安定が判断される。全てのエアーはNDIR検出器7を経由して装置外へ排出される。ベースラインの安定後に測定開始が可能となる。準備動作は従来の密閉循環光触媒酸化方式においても必要である。
【0017】
次に図6に示す本発明おいての測定開始からの動作シーケンスについて説明する。測定開始が実行されると紫外線ランプ5が消灯する。オートサンプラー4に接続され設定されたポート1〜4何れかの試料をオートサンプラー4にて計量しリアクタ6に注入する。その後、過塩素酸水溶液1をオートサンプラー4にて計量しリアクタ6に注入する。リアクタ6にはエアーポンプ15によりエアーが送気されている為、予め充填されている反応液は注入された試料および過塩素水溶液1と合わせて攪拌される。攪拌されることにより無機炭素はCOガスとなる。この状態が無機炭素除去動作となる。無機炭素が除去されたことはNDIR検出器7の出力信号でベースラインの安定によって判断される。ベースラインの安定後に紫外線ランプ5が点灯され、試料中の有機物は反応液2と紫外線ランプ5によって酸化分解され、生成したCOガスはNDIR検出器7で出力信号に置き換えられる。生成したCOガスが無くなったことはNDIR検出器7の出力信号でベースラインの安定によって判断され測定終了となる。
【0018】
次に図7に示す従来の密閉循環光触媒酸化方式および本発明においての測定結果について説明する。従来の密閉循環光触媒酸化方式における測定結果51は最初にリアクタに取り込まれた大気中のCOガス濃度を示す。試料が加えられ有機物が酸化分解始めるとCOガス濃度が高くなり、有機物の酸化分解が終わり流路内のCOガス濃度は最大となる。COガス濃度が最大でベースラインが安定した状態、すなわち密閉循環方式における測定終了位置53で測定終了となる。測定終了後流路内に残ったCOガスは次の測定に備えるために流路内から排出し、流路内のCOガス濃度を試料が加えられる前の大気中のCOガス濃度でベースラインが安定するまで戻す。すなわち密閉循環光触媒酸化方式によるCOガス排出状態54となり、このときの測定に掛かる時間は密閉循環光触媒酸化方式における1試料の測定処理時間57となる。
【0019】
一方、本発明における測定結果52も最初にリアクタに取り込まれた大気中のCOガス濃度を示す。試料が加えられ有機物が酸化分解始めるとCOガス濃度が徐々に高くなり、有機物の酸化分解が最大のときに流路内のCOガス濃度は最大となる。有機物の酸化分解が減少しCOガス濃度も徐々に減少し、COガス濃度が最初にリアクタに取り込まれた大気中のCOガス濃度と同じ状態、すなわち測定終了位置59で測定終了となる。このときの測定に掛かる時間は開放送気光触媒酸化方式における1試料の測定処理時間58となる。次の測定に備えるために流路内のCOガスを排出する必要がなく、密閉循環方式における測定終了位置53と開放送気光触媒酸化方式における1試料の測定処理時間58は同じとなる。
【0020】
本発明においては密閉循環光触媒酸化方式によるCOガス排出状態54が不要となり、TOC分析時間が短縮された装置を製作できることが分かった。
【0021】
また、本発明と合わせて繰返し測定を行なう多検体を自動で交換できるシステム(オートサンプルチェンジャ)を使用することにより、TOC分析時間が更に大幅に短縮された装置を製作できることが分かった。密閉循環光触媒酸化方式TOC計の1検体あたりの測定時間を10分と仮定し、開放送気光触媒酸化方式TOC計の1検体あたりの測定時間を8分と仮定した場合、2分の測定時間短縮となる。多検体のシステムで60検体の設置が可能となれば2時間の測定時間短縮となる。また、オンライン計として連続して測定する必要性があるものなどの場合にこれ以上の時間短縮につながる。
【0022】
本発明におけるリアクタに反応液の充填を行なうためには反応液充填用ポンプ10と逆流防止用電磁弁14のみが必須となる。同様にリアクタから反応液の排出を行なうためには反応液排出用ポンプ11と逆流防止用電磁弁14のみが必須となる。また、COガス排出動作の流路変更自体が不要なため、密閉循環光触媒酸化方式で流路変更に必要とした電磁弁が不要となる。密閉循環光触媒酸化方式では流路制御を行なうために7個の電磁弁と1個のポンプが必要であったが、本発明では1個の電磁弁と3個のポンプで流路制御が可能となる。図2に示すような装置構成となり構成部品点数が削減され、装置自体のメンテナンス性の向上、信頼性の向上につながることになる。
【0023】
次に図8に示す定量式および流量制御式の本発明においての測定結果について説明する。定量式における開放送気光触媒酸化方式の測定結果61は前述の測定結果52と同様である。測定結果のCOガス濃度最大のときすなわちピーク検出方式での測定終了位置63を測定終了位置とした場合、以降の測定動作は測定処理時間として余分となる。このときの測定に掛かる時間は定量式における開放送気光触媒酸化方式での1試料の測定処理時間64となる。本発明のエアーポンプ15を速度可変可能で定量性のあるエアーポンプ(例えば、エアーポンプのモーターがステッピングモーターであり、パルス制御などで速度可変可能のもの)もしくはエアーポンプ15と逆流防止用電磁弁14の間に図5に示す流量調整弁41(例えば、流量制御可能なマスフローメーターなど)を使用して制御できるものに変更する。ピーク検出方式での測定終了位置63以降の流量を上げることにより、COガス濃度が最初にリアクタに取り込まれた大気中のCOガス濃度と同じになるまでの時間を短くすることが可能である。すなわち流量制御式における開放送気光触媒酸化方式の測定結果62となる。このときの測定に掛かる時間は流量制御式における開放送気方式での1試料の測定処理時間65となる。また、測定終了後にCOガス濃度が最初にリアクタに取り込まれた大気中のCOガス濃度と同じになった時点で流量を元に戻せばよい。この測定方法で行なう場合には、全ての測定をCOガス濃度最大の状態すなわちピーク検出方式での測定終了位置63で測定終了と判断する必要がある。
【0024】
本発明と合わせて測定時のNDIRの出力信号がCOガス濃度最大の状態で測定終了とし、以降にエアーポンプの流量を上げることで測定時間を短縮された装置ができることが分かった。
【0025】
次に図9に示すキャリアガスの違いによる測定結果について説明する。本発明においては大気中のCOガス濃度を基準としてCOガス濃度の測定を行っており、その測定結果が大気中のCOガス濃度での測定結果72となる。大気中の二酸化炭素を取込んでいるため、大気中のCOガス濃度におけるベースライン71のように大気中のCOガス濃度に変化が発生した場合には影響を受ける。COガス濃度が最初にリアクタに取り込まれた大気中のCOガス濃度と同じ状態で測定終了とする場合には、終了判定などに影響を受けデータのばらつきなどの要因になる。この影響を排他した図4に示す本発明について説明する。外気吸気口に高純度空気31を使用すると、リアクタに取り込まれたCOガス濃度は高純度空気中のCOガス濃度におけるベースライン73となる。高純度空気はCOガスが1ppm以下であるため、大気中のCOガス濃度におけるベースライン71よりCOガス濃度が低いベースラインとなる。高純度空気中のCOガス濃度におけるベースライン73はCOガス濃度が一定であるため、大気中のCOガス濃度変化の影響を受けることがなく測定することが可能となる。高純度空気中のCOガス濃度におけるベースライン73での測定結果は高純度空気中のCOガス濃度での測定結果74となり、終了判定などにベースラインの影響を受けずにより正確な測定が可能となる。
【0026】
本発明と合わせてキャリアガスに高純度空気を使用することで、終了判定などにベースラインの影響受けずに正確な測定が可能となる装置ができることが分かった。
【0027】
次にキャリアガスに高純度空気を使用せずに高純度空気中のCOガス濃度でのベースライン73と同様になる図3に示す本発明について説明する。高純度空気はCOガスが1ppm以下であるため同様に1ppm以下に除去する必要性がある。COガス除去ユニット22(例えば水酸化ナトリウムなど)を使用して除去する。また、COガスの除去の際に大気中の有機物も除去(例えばモレキュラシーブスなど)する必要がある。この有機物除去ユニット21を設置することにより、高純度空気中のCOガス濃度でのベースライン73と同様になる。高純度空気中のCOガス濃度でのベースライン73と同様になることにより、COガス濃度が一定であるため、大気中のCOガス濃度変化の影響を受けることがなく、正確な測定が可能となる。
【0028】
本発明と合わせてキャリアガスに高純度空気を使用せず、高純度空気中のCOガス濃度のベースラインと同様で正確な測定が可能となる装置ができることが分かった。
【符号の説明】
【0029】
1 過塩素酸水溶液
2 反応液
3 廃液
4 オートサンプラー
5 紫外線ランプ
6 リアクタ
7 NDIR検出器
8 外気吸気口
9 排出口
10 反応液充填用ポンプ
11 反応液排出用ポンプ
12 3方分岐管
13 3方分岐管
14 逆流防止用電磁弁
15 エアーポンプ
21 有機物除去ユニット
22 COガス除去ユニット
31 高純度空気
41 流量調整弁
51 密閉循環方式における測定結果
52 開放送気方式における測定結果
53 密閉循環方式における測定終了位置
54 密閉循環光触媒酸化方式によるCOガス排出状態
55 密閉循環光触媒酸化方式におけるCOガス濃度
56 開放送気光触媒酸化方式におけるCOガス濃度
57 密閉循環光触媒酸化方式における1試料の測定処理時間
58 開放送気光触媒酸化方式における1試料の測定処理時間
59 開放送気方式における測定終了位置
61 定量式における開放送気方式の測定結果
62 流量制御式における開放送気光触媒酸化方式の測定結果
63 ピーク検出方式での測定終了位置
64 定量式における開放送気光触媒酸化方式での1試料の測定処理時間
65 流量制御式における開放送気光触媒酸化方式での1試料の測定処理時間
71 大気中のCOガス濃度でのベースライン
72 大気中のCOガス濃度での測定結果
73 高純度空気中のCOガス濃度でのベースライン
74 高純度空気中のCOガス濃度での測定結果

【特許請求の範囲】
【請求項1】
オートサンプラー、リアクタ、NDIRを備えた光触媒酸化方式TOC測定装置において、前記リアクタの出口側に前記NDIRを直接的に接続し、前記NDIRの出口側を大気に開放したことを特徴とするTOC測定装置。
【請求項2】
前記リアクタの入口側のCO濃度を1ppm以下、かつ有機物を除去する手段を設け、大気に開放することを特徴とする請求項1に掲げるTOC測定装置。
【請求項3】
前記リアクタの入口側のCO濃度を1ppm以下、かつ有機物を除去する高純度空気もしくは大気に開放された流量制御手段を備えたことを特徴とする請求項1に掲げるTOC測定装置。
【請求項4】
速度可変ポンプもしくは速度固定ポンプと流量調節弁により流量制御することを特徴とする請求項1から3の何れかに掲げるTOC測定装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2013−54019(P2013−54019A)
【公開日】平成25年3月21日(2013.3.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−206597(P2011−206597)
【出願日】平成23年9月2日(2011.9.2)
【出願人】(000240042)平沼産業株式会社 (9)
【Fターム(参考)】