JP2824164B2 - 微粒子計測方法 - Google Patents
微粒子計測方法Info
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Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は例えば浄水処理などの際
に、原水中に含まれる懸濁質または凝集剤を添加した後
の凝集体の大きさと個数濃度を測定する場合のように、
比較的高濃度の懸濁液の懸濁質濃度、懸濁質粒径を測定
する方法に関する。
に、原水中に含まれる懸濁質または凝集剤を添加した後
の凝集体の大きさと個数濃度を測定する場合のように、
比較的高濃度の懸濁液の懸濁質濃度、懸濁質粒径を測定
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、懸濁液体中の懸濁物質の濃度を計
測する手段として、一般に次のものが知られている。
測する手段として、一般に次のものが知られている。
【０００３】〔１〕よく知られている濁度計の代表的な
ものは、試料液の光透過率を測定し、Lambert-Beerの式
(1) に従って懸濁物質の濃度を求めるものである。
ものは、試料液の光透過率を測定し、Lambert-Beerの式
(1) に従って懸濁物質の濃度を求めるものである。
【０００４】 −ｌｎＴ＝ＫＣ (1) Ｔ：光透過率 (Ｉ／Ｉ0 ) 但し、Ｉは透過光強度, Ｉ0 は照射光強度 Ｋ：懸濁質の種類と照射光路長によって決まる定数 Ｃ：懸濁物濃度
【０００５】〔２〕液体中の懸濁物質の個数濃度を計測
する手段としては、レーザーの微粒子による散乱光検出
を原理とするパーティクルカウンターのほかに、レーザ
ーやLED のビームを微粒子が通過することによって生ず
る透過光強度の減少を、パルスとしてカウントする光遮
断法に基づくパーティクルカウンター、ピンホールを粒
子が通過することによって生ずる電気伝導度の変化をカ
ウントするコールターカウンターなどが知られている。
する手段としては、レーザーの微粒子による散乱光検出
を原理とするパーティクルカウンターのほかに、レーザ
ーやLED のビームを微粒子が通過することによって生ず
る透過光強度の減少を、パルスとしてカウントする光遮
断法に基づくパーティクルカウンター、ピンホールを粒
子が通過することによって生ずる電気伝導度の変化をカ
ウントするコールターカウンターなどが知られている。
【０００６】〔３〕濁度計の一種で、透過光強度のDC成
分とAC成分を分離して、照射光内を粒子が通過する際の
透過光強度のゆらぎをRMS値 (自乗平均値) として出力
するものもあり、複雑なデータ処理によって平均粒径が
計算できることが、J.Gregory により雑誌J.C.I.S,105
(2),1985,p357-371に記載されている。
分とAC成分を分離して、照射光内を粒子が通過する際の
透過光強度のゆらぎをRMS値 (自乗平均値) として出力
するものもあり、複雑なデータ処理によって平均粒径が
計算できることが、J.Gregory により雑誌J.C.I.S,105
(2),1985,p357-371に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
方法には次のような問題がある。以下に前記の〔１〕〜
〔３〕に対応するこれらの問題点を述べる。
方法には次のような問題がある。以下に前記の〔１〕〜
〔３〕に対応するこれらの問題点を述べる。
【０００８】(1) 濁度は、Mie 散乱理論によれば、粒径
(正確には粒径と波長で決まる粒径パラメータ) の関数
である消滅断面積と粒径分布関数の積の総和であるか
ら、凝集過程のように、個数濃度の低下と粒径の増大が
同時に進行するような系では、有意義な情報を得ること
は困難である。
(正確には粒径と波長で決まる粒径パラメータ) の関数
である消滅断面積と粒径分布関数の積の総和であるか
ら、凝集過程のように、個数濃度の低下と粒径の増大が
同時に進行するような系では、有意義な情報を得ること
は困難である。
【０００９】(2) パーティクルカウンターでは、基本的
にビームまたはピンホールを通過する懸濁質粒子は１個
でなければならない。したがって、凝集沈殿過程で扱う
高濃度の懸濁液を直接測定することは難しい。また、希
釈操作は、凝集反応の条件を変えることになり、本来の
意味を失うことにもなる。
にビームまたはピンホールを通過する懸濁質粒子は１個
でなければならない。したがって、凝集沈殿過程で扱う
高濃度の懸濁液を直接測定することは難しい。また、希
釈操作は、凝集反応の条件を変えることになり、本来の
意味を失うことにもなる。
【００１０】(3) 〔３〕の方法によれば、透過光の統計
的なゆらぎを測定することにより、高濃度の懸濁液を直
接測定して粒径および個数濃度を得ることを可能として
いるが、計算に粒子総体積の値を必要としているため
に、用途が限定される。また、この方法を応用して測定
器は赤外(830nm) の単一波長を用いているために、凝集
剤として一般的に用いられているアルミニウム塩の加水
分解物を含めた実質的な凝集体 (フロックとよばれる)
の情報は得られない。
的なゆらぎを測定することにより、高濃度の懸濁液を直
接測定して粒径および個数濃度を得ることを可能として
いるが、計算に粒子総体積の値を必要としているため
に、用途が限定される。また、この方法を応用して測定
器は赤外(830nm) の単一波長を用いているために、凝集
剤として一般的に用いられているアルミニウム塩の加水
分解物を含めた実質的な凝集体 (フロックとよばれる)
の情報は得られない。
【００１１】本発明は上述の問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、高濃度懸濁液、例えば
浄水処理などにおける凝集過程の凝集体の個数と粒径を
簡便かつ正確に測定する方法を提供することにある。
されたものであり、その目的は、高濃度懸濁液、例えば
浄水処理などにおける凝集過程の凝集体の個数と粒径を
簡便かつ正確に測定する方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は複数の波長の光を発する光源, この光源
から出射する光を伝達し被測定液に照射する光学的手
段, 被測定液が流れまたは通過する測定部, 被測定液を
透過した光を照射光光軸上で受光し所定の複数の波長に
分光して光電変換部に伝達する光学的手段, 光電変換部
から出力される複数の波長のそれぞれの透過光強度に対
応する電気信号を波形処理して出力し、この電気信号に
対して所定の演算を施す電気回路手段とを備えた検出器
により、被測定液の流れに二つ以上の異なる波長の光を
照射して、それぞれの波長について透過光強度、吸光度
の平均値Ｅ、標準偏差ＥRMS を演算し、(8) 式により各
波長の粒子個数を、(10)式により各波長の粒子の粒径を
計算し、出力するものである。
めに、本発明は複数の波長の光を発する光源, この光源
から出射する光を伝達し被測定液に照射する光学的手
段, 被測定液が流れまたは通過する測定部, 被測定液を
透過した光を照射光光軸上で受光し所定の複数の波長に
分光して光電変換部に伝達する光学的手段, 光電変換部
から出力される複数の波長のそれぞれの透過光強度に対
応する電気信号を波形処理して出力し、この電気信号に
対して所定の演算を施す電気回路手段とを備えた検出器
により、被測定液の流れに二つ以上の異なる波長の光を
照射して、それぞれの波長について透過光強度、吸光度
の平均値Ｅ、標準偏差ＥRMS を演算し、(8) 式により各
波長の粒子個数を、(10)式により各波長の粒子の粒径を
計算し、出力するものである。
【００１３】
【作用】本発明では、被測定液に含まれる懸濁質 (粒
子) が照射光ビーム内に存在する確率はPoisson 分布に
従うというよく知られた仮定、即ち、照射光ビーム内の
懸濁質個数 (粒子個数) の平均値と分散値が等しいこと
を利用して、懸濁質個数と吸光度の関係から粒子個数濃
度および粒径の計算式(8),(10)を導く。
子) が照射光ビーム内に存在する確率はPoisson 分布に
従うというよく知られた仮定、即ち、照射光ビーム内の
懸濁質個数 (粒子個数) の平均値と分散値が等しいこと
を利用して、懸濁質個数と吸光度の関係から粒子個数濃
度および粒径の計算式(8),(10)を導く。
【００１４】
【実施例】はじめに、本発明による粒子個数濃度および
粒径の計算式(8),(10)の導出について説明する。
粒径の計算式(8),(10)の導出について説明する。
【００１５】平均吸光度Ｅおよび吸光度の標準偏差Ｅ
RMS は次式で表わされる。
RMS は次式で表わされる。
【００１６】 Ｅ＝νｃ／Ａ (2) ν：照射光ビーム内の平均粒子個数 ｃ：消滅断面積 Ａ：照射光ビーム断面積
【００１７】 ＥRMS ＝νRMS ｃ／Ａ (3) νRMS ：粒子個数標準偏差
【００１８】ここで、被測定液に含まれる懸濁質 (粒
子) が照射光ビーム内に存在する確率はPoisson 分布に
従うという仮定から、
子) が照射光ビーム内に存在する確率はPoisson 分布に
従うという仮定から、
【００１９】 ν＝νRMS 2 (4)
【００２０】(3) 式を(4) 式を用いて書き直すと、
【００２１】 ＥRMS ＝ν1/2 ｃ／Ａ (5)
【００２２】(2) 式および(5) 式より、
【００２３】 Ｅ／ＥRMS ＝ν1/2 (6)
【００２４】 ν＝ (Ｅ／ＥRMS ) 2 (7)
【００２５】 Ｎ＝ (Ｅ／ＥRMS ) 2 ／ (ＡＬ) (8) Ｎ：粒子個数濃度 Ｌ：照射光路長
【００２６】また、(2) 式および(5) 式よりνを消去す
ると、
ると、
【００２７】 ＥRMS 2 ／Ｅ＝ｃ／Ａ＝πｄ2 Ｑ／(4Ａ) (9) Ｑ：消滅係数 ｄ：粒子直径
【００２８】 ｄ＝〔 (ＥRMS 2 ／Ｅ) (4Ａ) ／ (πＱ) 〕1/2 (10)
【００２９】以上の式の展開は、粒子が単分散 (単一粒
径) であることを仮定している。ここで、多分散につい
ても適用可能であることを述べる。粒径分布密度関数を
ｆ(a) とすると(2) 式および(5) 式は、(11)式および(1
2)式に書き直すことができる。
径) であることを仮定している。ここで、多分散につい
ても適用可能であることを述べる。粒径分布密度関数を
ｆ(a) とすると(2) 式および(5) 式は、(11)式および(1
2)式に書き直すことができる。
【００３０】
【数１】
【００３１】
【数２】
【００３２】(11)式および(12)式より
【００３３】
【数３】
【００３４】
【数４】
【００３５】ここで、単分散での個数濃度の式(8) と比
べると、積分項が補正的に付加した形となっていること
がわかる。
べると、積分項が補正的に付加した形となっていること
がわかる。
【００３６】次に、(11)式および(12)式より
【００３７】
【数５】
【００３８】(15)式右辺の積分項の次元はａ2 の次元を
持つことは明らかであるから、見掛けの粒径ａap, 見掛
けの消滅係数Ｑapとすると
持つことは明らかであるから、見掛けの粒径ａap, 見掛
けの消滅係数Ｑapとすると
【００３９】 (ＥRMS 2 ／Ｅ) ＝ (π／Ａ) Ｑapａap 2 (16)
【００４０】 ａap＝〔 (ＥRMS 2 ／Ｅ)(Ａ／πＱap) 〕1/2 (17)
【００４１】 ｄap＝〔 (ＥRMS 2 ／Ｅ) (4Ａ) ／ (πＱap) 〕1/2 (18)
【００４２】(18) 式は(10)式に相当する。
【００４３】続いて以下に本発明の方法が適用される装
置とその作動について述べる。図１は装置の光学系を示
した模式図である。図１において、Ｘｅランプ１から出
る照射光２をリフレクタ３で集光しコリメータ４に導
き、さらにスリット５で所定の断面形状に整形して溶融
石英製フローセル６中を矢印Ｐの方向に流れる試料液７
に照射する。その透過光８をスリット５と全く等しいも
う一つのスリット９を通してハーフミラー10に入射す
る。ハーフミラー10によって２方向に分離した光をそれ
ぞれ透過波長帯域の異なる干渉フィルター11, 12を介し
てフォトダイオード13, 14に入射し、負荷抵抗15, 16の
両端から電圧信号ｖ1 , ｖ2 として出力することができ
る。
置とその作動について述べる。図１は装置の光学系を示
した模式図である。図１において、Ｘｅランプ１から出
る照射光２をリフレクタ３で集光しコリメータ４に導
き、さらにスリット５で所定の断面形状に整形して溶融
石英製フローセル６中を矢印Ｐの方向に流れる試料液７
に照射する。その透過光８をスリット５と全く等しいも
う一つのスリット９を通してハーフミラー10に入射す
る。ハーフミラー10によって２方向に分離した光をそれ
ぞれ透過波長帯域の異なる干渉フィルター11, 12を介し
てフォトダイオード13, 14に入射し、負荷抵抗15, 16の
両端から電圧信号ｖ1 , ｖ2 として出力することができ
る。
【００４４】図１の装置では観測すべき波長を干渉フィ
ルター11, 12により得ているために、波長選択の事由度
が制約されるという欠点はあるものの、光学系とここで
は図示してない信号処理回路が単純であるなどの長所を
持っている。
ルター11, 12により得ているために、波長選択の事由度
が制約されるという欠点はあるものの、光学系とここで
は図示してない信号処理回路が単純であるなどの長所を
持っている。
【００４５】図２は受光系に分光器21を用いた装置の光
学系を示した模式図であり、図１と共通部分を同一符号
で表わしてある。図２では図１のハーフミラー10の代わ
りに集光レンズ20を用いて透過光８を分光器21に入射さ
せ、分光器21の出射口22で得られる透過光８のスペクト
ル23をフォトダイオードアレイ24で受光し光電変換する
ものである。
学系を示した模式図であり、図１と共通部分を同一符号
で表わしてある。図２では図１のハーフミラー10の代わ
りに集光レンズ20を用いて透過光８を分光器21に入射さ
せ、分光器21の出射口22で得られる透過光８のスペクト
ル23をフォトダイオードアレイ24で受光し光電変換する
ものである。
【００４６】図２の装置は分光器21の波長校正やフォト
ダイオードアレイ24の図示してないドライバー回路な
ど、図１の光学系に比べて煩雑な面が多いが、透過光８
がスペクトル23として観測されるため、波長選択が容易
に可能であるという利点を有する。
ダイオードアレイ24の図示してないドライバー回路な
ど、図１の光学系に比べて煩雑な面が多いが、透過光８
がスペクトル23として観測されるため、波長選択が容易
に可能であるという利点を有する。
【００４７】次に図１の装置を例として以降の信号処理
回路について説明する。
回路について説明する。
【００４８】図３は図１の光学系で得られる異なる２波
長の透過光信号ｖ1 , ｖ2 および図１に示してない光源
からの直接光の各波長の光信号ｖＲ1 , ｖＲ2 の処理回
路ブロック図である。図３において、対数アンプ, ロー
パスフィルター (ＬＰＦ) で構成されるアナログ信号処
理回路31, サンプルホールド回路 (Ｓ／Ｈ),マルチプレ
クサー (ＭＵＸ),Ａ／Ｄコンバータおよび高速シークェ
ンサで構成される高速Ａ／Ｄ変換部32, バッファメモ
リ, インターフェイス, メインメモリおよびＣＰＵで構
成されるデジタル信号処理部33, さらにＣＲＴ, プリン
ター, キイボードなどマンマシーンインターフェイス34
により全体を構成してある。アナログ信号処理回路31は
入力電圧信号ｖ1 , ｖ2 ,ｖＲ1 , ｖＲ2 に対数比演算
を施し、ノイズ除去した後Ｖ1 , Ｖ2 として出力し、高
速Ａ／Ｄ変換部32によりデジタル信号に変換した後デジ
タル信号処理部33によって演算処理され、その結果をＣ
ＲＴやプリンターに表示する。また、演算に必要な種々
のパラメータの入力やシステム全体の操作はキイボード
からＣＰＵを介して行うようになっている。
長の透過光信号ｖ1 , ｖ2 および図１に示してない光源
からの直接光の各波長の光信号ｖＲ1 , ｖＲ2 の処理回
路ブロック図である。図３において、対数アンプ, ロー
パスフィルター (ＬＰＦ) で構成されるアナログ信号処
理回路31, サンプルホールド回路 (Ｓ／Ｈ),マルチプレ
クサー (ＭＵＸ),Ａ／Ｄコンバータおよび高速シークェ
ンサで構成される高速Ａ／Ｄ変換部32, バッファメモ
リ, インターフェイス, メインメモリおよびＣＰＵで構
成されるデジタル信号処理部33, さらにＣＲＴ, プリン
ター, キイボードなどマンマシーンインターフェイス34
により全体を構成してある。アナログ信号処理回路31は
入力電圧信号ｖ1 , ｖ2 ,ｖＲ1 , ｖＲ2 に対数比演算
を施し、ノイズ除去した後Ｖ1 , Ｖ2 として出力し、高
速Ａ／Ｄ変換部32によりデジタル信号に変換した後デジ
タル信号処理部33によって演算処理され、その結果をＣ
ＲＴやプリンターに表示する。また、演算に必要な種々
のパラメータの入力やシステム全体の操作はキイボード
からＣＰＵを介して行うようになっている。
【００４９】デジタル処理の過程をさらに詳しく説明す
る。Ｖ1 ,Ｖ2 はそれぞれ同時にサンプリング時間Ｔの
間Ａ／Ｄ変換され、Ｎ個の離散データｅ11, ｅ21として
バッファメモリに記憶される。ＣＰＵはデータサンプリ
ング終了後直ちにデータを読み込み次の演算を行う。
る。Ｖ1 ,Ｖ2 はそれぞれ同時にサンプリング時間Ｔの
間Ａ／Ｄ変換され、Ｎ個の離散データｅ11, ｅ21として
バッファメモリに記憶される。ＣＰＵはデータサンプリ
ング終了後直ちにデータを読み込み次の演算を行う。
【００５０】
【数６】
【００５１】
【数７】
【００５２】
【数８】
【００５３】
【数９】
【００５４】ここで、特に清浄水を測定して得られる各
計算値を、Ｅ10, Ｅ20, Ｓ10, Ｓ20として記憶してお
く。各波長の吸光度および標準偏差は次の式で計算され
る。
計算値を、Ｅ10, Ｅ20, Ｓ10, Ｓ20として記憶してお
く。各波長の吸光度および標準偏差は次の式で計算され
る。
【００５５】 Ｅ1 ＝Ｅ' 1 −Ｅ10 (23)
【００５６】 Ｅ2 ＝Ｅ' 2 −Ｅ20 (24)
【００５７】 ＥRMS1＝ (Ｓ' 1 −Ｓ10 2 ) 1/2 (25)
【００５８】 ＥRMS2＝ (Ｓ' 2 −Ｓ20 2 ) 1/2 (26)
【００５９】以上の値より、(8),(10)式の計算を行う。
ただし、ＥとＥRMS 以外の定数はひとまとめにしてＲお
よびＺとし、(8),(10)式を書き直して(27),(28) 式とす
る。ＲおよびＺは、濃度と粒径の既知な標準粒子を測定
して決定した。
ただし、ＥとＥRMS 以外の定数はひとまとめにしてＲお
よびＺとし、(8),(10)式を書き直して(27),(28) 式とす
る。ＲおよびＺは、濃度と粒径の既知な標準粒子を測定
して決定した。
【００６０】 Ｎｉ＝Ｒｉ (Ｅｉ／ＥRMS ｉ) 2 (27) ｉ＝１ｏｒ２
【００６１】 ｄｉ＝〔 (106 ／Ｚｉ) ( ＥRMS ｉ2 ／Ｅｉ) 〕1/2 (28)
【００６２】次に、先に示した図１および図３の装置を
用いて、市販の標準粒子 (ポリスチレンラテックス) を
測定した例について述べる。用いた標準粒子の粒径は、
2.057, 4.992, 7.127, 20.19および41.7μｍである。ま
た、波長１として 860nm, 波長２として253.7nm を設定
した。
用いて、市販の標準粒子 (ポリスチレンラテックス) を
測定した例について述べる。用いた標準粒子の粒径は、
2.057, 4.992, 7.127, 20.19および41.7μｍである。ま
た、波長１として 860nm, 波長２として253.7nm を設定
した。
【００６３】上記の標準粒子の種々の試料について、Ｒ
ｉ＝１として個数濃度を測定した結果を、両対数目盛り
でプロットすると図４の線図が得られる。図４中の各プ
ロットの上に標準粒子の粒径を付記してある。図４中実
線のＮ１は波長 860nmで測定した個数濃度、点線のＮ２
は波長253.7nm で測定した個数濃度を表わす。図４の線
図から、少なくとも５μｍの大きさを持つ粒子について
は、相関係数は両波長ともに0.995 以上の良好な直線性
が見られ、回帰直線の傾きからＲ１＝123,Ｒ２＝74が適
当であることがわかった。
ｉ＝１として個数濃度を測定した結果を、両対数目盛り
でプロットすると図４の線図が得られる。図４中の各プ
ロットの上に標準粒子の粒径を付記してある。図４中実
線のＮ１は波長 860nmで測定した個数濃度、点線のＮ２
は波長253.7nm で測定した個数濃度を表わす。図４の線
図から、少なくとも５μｍの大きさを持つ粒子について
は、相関係数は両波長ともに0.995 以上の良好な直線性
が見られ、回帰直線の傾きからＲ１＝123,Ｒ２＝74が適
当であることがわかった。
【００６４】図５はＺｉ＝１として、上記の標準粒子の
種々の個数濃度の試料について、粒径を測定した結果を
プロットした線図である。測定粒径範囲で、両波長とも
相関係数が0.999 以上の良好な直線性を示し、回帰直線
の傾きからＺ１＝0.368,Ｚ２＝0.337 と決定された
種々の個数濃度の試料について、粒径を測定した結果を
プロットした線図である。測定粒径範囲で、両波長とも
相関係数が0.999 以上の良好な直線性を示し、回帰直線
の傾きからＺ１＝0.368,Ｚ２＝0.337 と決定された
【００６５】次にこれら決定された各係数を設定して、
カオリンの硫酸アルミニウムによる凝集実験を行い、凝
集過程のフロックの成長と個数濃度変化をインラインで
測定した例を説明する。
カオリンの硫酸アルミニウムによる凝集実験を行い、凝
集過程のフロックの成長と個数濃度変化をインラインで
測定した例を説明する。
【００６６】実験は、カオリンが５mg／ｌに調製された
懸濁液２ｌに、強撹拌しながら硫酸アルミニウムを５pp
m となるように添加した。また、試料液のｐＨは硫酸ア
ルミニウム添加直後にｐＨ７になるように、あらかじめ
水酸化ナトリウム溶液を添加しておいた。撹拌強度は30
0rpmから徐々に下げて、最終的に20rpm となるようにし
た。このような条件下で良好なフロックが形成されるこ
とが目視で確認された。また、凝集過程にある試料液
は、形成されたフロックが壊れない程度の流量で前述の
装置のフローセルに導入し、撹拌槽に還流した。選択し
た波長は、前述と同じく波長１として 860nm, 波長２と
して253.7nm である。波長１では硫酸アルミニウムの加
水分解生成物の吸収はなく、カオリンのみが散乱による
吸収を示す。一方、波長２では、これら二つの成分が吸
収を示す。
懸濁液２ｌに、強撹拌しながら硫酸アルミニウムを５pp
m となるように添加した。また、試料液のｐＨは硫酸ア
ルミニウム添加直後にｐＨ７になるように、あらかじめ
水酸化ナトリウム溶液を添加しておいた。撹拌強度は30
0rpmから徐々に下げて、最終的に20rpm となるようにし
た。このような条件下で良好なフロックが形成されるこ
とが目視で確認された。また、凝集過程にある試料液
は、形成されたフロックが壊れない程度の流量で前述の
装置のフローセルに導入し、撹拌槽に還流した。選択し
た波長は、前述と同じく波長１として 860nm, 波長２と
して253.7nm である。波長１では硫酸アルミニウムの加
水分解生成物の吸収はなく、カオリンのみが散乱による
吸収を示す。一方、波長２では、これら二つの成分が吸
収を示す。
【００６７】図６は、凝集過程において、インラインで
測定されたフロックの個数濃度の変化をプロットした線
図である。図６において、二つの波長に共通した傾向と
しては、撹拌強度の低下に伴って、急激に個数濃度の減
少が見られ、 700秒以降は数個／mlとなる。
測定されたフロックの個数濃度の変化をプロットした線
図である。図６において、二つの波長に共通した傾向と
しては、撹拌強度の低下に伴って、急激に個数濃度の減
少が見られ、 700秒以降は数個／mlとなる。
【００６８】図７は、同時に測定された粒径変化をプロ
ットした線図である。図７では個数濃度変化とは逆の傾
向を示し、粒径十分に撹拌強度が低下した時点から急激
に増大している。これは、強撹拌状態で形成と破壊の平
衡を保ちつつ、ゆっくりと成長していたマイクロフロッ
クが撹拌強度の低下に伴って、一方的に衝突と合一が開
始される様子を示すものである。また、紫外部で観測さ
れる粒径が赤外部で観測される粒径に比べて大きく推移
し、最終的に大きな開きを生じていることがわかる。こ
のことは、赤外部ではカオリンだけの粒径を測定してい
るのに対して、紫外線ではカオリン粒子の表面を覆うよ
うに吸着していると考えられる凝集剤を含めた粒径を測
定していることで定性的に説明することができる。
ットした線図である。図７では個数濃度変化とは逆の傾
向を示し、粒径十分に撹拌強度が低下した時点から急激
に増大している。これは、強撹拌状態で形成と破壊の平
衡を保ちつつ、ゆっくりと成長していたマイクロフロッ
クが撹拌強度の低下に伴って、一方的に衝突と合一が開
始される様子を示すものである。また、紫外部で観測さ
れる粒径が赤外部で観測される粒径に比べて大きく推移
し、最終的に大きな開きを生じていることがわかる。こ
のことは、赤外部ではカオリンだけの粒径を測定してい
るのに対して、紫外線ではカオリン粒子の表面を覆うよ
うに吸着していると考えられる凝集剤を含めた粒径を測
定していることで定性的に説明することができる。
【００６９】これら２波長の粒子個数濃度および粒径の
乖離の様子から、適正な凝集剤の注入量が概ね推測され
る可能性がある。
乖離の様子から、適正な凝集剤の注入量が概ね推測され
る可能性がある。
【００７０】本実施例では、上述したように２波長で同
時に測定される粒子個数濃度、粒径の有用性について、
浄水における凝集過程のインライン測定を例として説明
した。一方、単一波長による測定としても、高濃度の懸
濁液の懸濁質粒子個数濃度と粒径の測定を前処理なし
で、かつ同時測定することができるという特徴は、従来
法には見られない大きな利点である。
時に測定される粒子個数濃度、粒径の有用性について、
浄水における凝集過程のインライン測定を例として説明
した。一方、単一波長による測定としても、高濃度の懸
濁液の懸濁質粒子個数濃度と粒径の測定を前処理なし
で、かつ同時測定することができるという特徴は、従来
法には見られない大きな利点である。
【００７１】
【発明の効果】従来、高濃度懸濁液については、懸濁質
粒子の個数濃度および粒径をリアルタイムで同時に、し
かも前処理なしで測定する方法はなかったが、本発明の
方法によれば、実施例で述べたように、複数の波長の光
を発する光源、この光源から出射する光を伝達し被測定
液に照射する光学的手段、被測定液が流れまたは通過す
る測定部、被測定液を透過した光を照射光軸上で受光し
所定の複数の波長に分光して光電変換部に伝達する光学
的手段、光電変換部から出力される複数の波長のそれぞ
れの透過光強度に対応する電気信号を波形処理して出力
し、この電気信号に対して所定の演算を施す電気回路手
段とを備えた検出器により、被測定液の流れに二つ以上
の異なる波長の光を照射し、それぞれの波長について吸
光度の平均値、標準偏差を演算し、(8) 式により各波長
の粒子個数を、(10)式により各波長の粒子の粒径を計算
し出力することにより、高濃度でしかも複数の懸濁質の
個数濃度と粒径を、それぞれの懸濁質に特有の吸収を持
つ波長で同時に、希釈などの前処理なしで測定すること
ができるようになった。また、本発明の方法で計算に要
する時間は、マイクロコンピュータによる演算で数秒で
あるから、リアルタイム計測が可能であり、今後の浄水
処理における凝集プロセスの制御に道を開くものであ
る。
粒子の個数濃度および粒径をリアルタイムで同時に、し
かも前処理なしで測定する方法はなかったが、本発明の
方法によれば、実施例で述べたように、複数の波長の光
を発する光源、この光源から出射する光を伝達し被測定
液に照射する光学的手段、被測定液が流れまたは通過す
る測定部、被測定液を透過した光を照射光軸上で受光し
所定の複数の波長に分光して光電変換部に伝達する光学
的手段、光電変換部から出力される複数の波長のそれぞ
れの透過光強度に対応する電気信号を波形処理して出力
し、この電気信号に対して所定の演算を施す電気回路手
段とを備えた検出器により、被測定液の流れに二つ以上
の異なる波長の光を照射し、それぞれの波長について吸
光度の平均値、標準偏差を演算し、(8) 式により各波長
の粒子個数を、(10)式により各波長の粒子の粒径を計算
し出力することにより、高濃度でしかも複数の懸濁質の
個数濃度と粒径を、それぞれの懸濁質に特有の吸収を持
つ波長で同時に、希釈などの前処理なしで測定すること
ができるようになった。また、本発明の方法で計算に要
する時間は、マイクロコンピュータによる演算で数秒で
あるから、リアルタイム計測が可能であり、今後の浄水
処理における凝集プロセスの制御に道を開くものであ
る。
【００７２】一方、単一波長による測定としても、高濃
度の懸濁液の懸濁質粒子個数濃度と粒径の測定を前処理
なしで、かつ同時測定することができるという特徴は、
従来法には見られない優れた利点であり、本発明の方法
の大きな効果の一つであることは勿論である。
度の懸濁液の懸濁質粒子個数濃度と粒径の測定を前処理
なしで、かつ同時測定することができるという特徴は、
従来法には見られない優れた利点であり、本発明の方法
の大きな効果の一つであることは勿論である。
【図１】本発明の装置の光学系の一例を示した模式図
【図２】図１とは異なる光学系の例を示した模式図
【図３】図１の光学系で得られる２波長の透過信号の処
理回路ブロック図
理回路ブロック図
【図４】本発明の方法により標準粒子の個数濃度を測定
した結果を示す線図
した結果を示す線図
【図５】本発明の方法により標準粒子の粒径を測定した
結果を示す線図
結果を示す線図
【図６】本発明の方法によりインライン測定したフロッ
クの個数濃度変化を示す線図
クの個数濃度変化を示す線図
【図７】本発明の方法によりインライン測定したフロッ
クの粒径変化を示す線図
クの粒径変化を示す線図
１ Ｘｅランプ ２ 照射光 ３ リフレクタ ４ コリメータ ５ スリット ６ フローセル ７ 試料液 ８ 透過光 ９ スリット １０ ハーフミラー １１ 干渉フィルター １２ 干渉フィルター １３ フォトダイオード １４ フォトダイオード １５ 負荷抵抗 １６ 負荷抵抗 ２０ 集光レンズ ２１ 分光器 ２２ 出射口 ２３ スペクトル ２４ フォトダイオードアレイ ３１ アナログ信号処理回路 ３２ 高速Ａ／Ｄ変換部 ３３ デジタル信号処理部 ３４ マンマシーンインターフェイス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 財津 靖史 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 平岡 睦久 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 星川 寛 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 伊藤 晴夫 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 審査官 野村 伸雄 (56)参考文献 松井佳彦、外４名、”２波長の透過光 変動を利用した凝集機構の解析”、土木 学会第45回年次学術講演会講演概要集第 ２部、平成２年９月、ｐ884−885 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 15/00 - 15/14 G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】懸濁質を含む被測定液の流れに光を照射
し、その透過光を光電変換手段を用いて電気信号に変
え、被測定液中に含まれる微粒子を計測するに当たり、
吸光度の平均値Ｅ、標準偏差ＥRMS を測定し、次式によ
り粒子個数濃度を計算することを特徴とする微粒子計測
方法。 Ｎ＝ (Ｅ／ＥRMS ) 2 ／ (ＡＬ) Ｎ：粒子個数濃度 Ｌ：照射光路長 Ａ：照射光ビーム断面積 - 【請求項２】懸濁質を含む被測定液の流れに光を照射
し、その透過光を光電変換手段を用いて電気信号に変
え、被測定液中に含まれる微粒子を計測するに当たり、
吸光度の平均値Ｅ、標準偏差ＥRMS を測定し、次式によ
り粒子の粒径を計算することを特徴とする微粒子計測方
法。 ｄ＝〔 (ＥRMS 2 ／Ｅ) ( ４Ａ) ／ (πＱ) 〕1/2 ｄ：粒子の粒径 Ａ：照射光ビーム断面積 Ｑ：消滅係数 - 【請求項３】懸濁質を含む被測定液の流れに二つ以上の
異なる波長の光を光軸を一致させて照射し、それぞれの
前記波長について前記被測定液の流れを透過する光を光
電変換手段を用いて電気信号に変え、前記各波長の平均
値Ｅ、標準偏差ＥRMS を測定し、請求項１記載の式によ
り各波長の粒子個数濃度、請求項２記載の式により各波
長の粒子の粒径を計算することを特徴とする微粒子計測
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3140494A JP2824164B2 (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 微粒子計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3140494A JP2824164B2 (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 微粒子計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04366750A JPH04366750A (ja) | 1992-12-18 |
| JP2824164B2 true JP2824164B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=15269933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3140494A Expired - Lifetime JP2824164B2 (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 微粒子計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2824164B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009000672A (ja) * | 2007-05-18 | 2009-01-08 | Metawater Co Ltd | 凝集沈殿処理を行う水処理方法における凝集剤注入率の決定方法及び装置 |
| US8303893B2 (en) | 2007-05-18 | 2012-11-06 | Metawater Co., Ltd. | Apparatus for determining coagulant amount |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006272228A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Kurita Water Ind Ltd | 汚泥の脱水方法および脱水装置 |
| JP2006343200A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Nippon Soken Inc | 粒子濃度検出方法及び粒子濃度検出装置 |
| CN1300014C (zh) * | 2005-07-13 | 2007-02-14 | 哈尔滨工业大学 | 高锰酸盐复合药剂除污染效能在线检测方法 |
-
1991
- 1991-06-13 JP JP3140494A patent/JP2824164B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 松井佳彦、外４名、"２波長の透過光変動を利用した凝集機構の解析"、土木学会第４５回年次学術講演会講演概要集第２部、平成２年９月、ｐ８８４−８８５ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009000672A (ja) * | 2007-05-18 | 2009-01-08 | Metawater Co Ltd | 凝集沈殿処理を行う水処理方法における凝集剤注入率の決定方法及び装置 |
| US8303893B2 (en) | 2007-05-18 | 2012-11-06 | Metawater Co., Ltd. | Apparatus for determining coagulant amount |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04366750A (ja) | 1992-12-18 |
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