JPH10232203A

JPH10232203A - 配管内微粒子の測定方法および測定装置

Info

Publication number: JPH10232203A
Application number: JP5112997A
Authority: JP
Inventors: Hideto Furumi; 秀人古味; Masayuki Nara; 雅之奈良; Yoji Arata; 洋治荒田
Original assignee: KINOUSUI KENKYUSHO KK
Current assignee: KINOUSUI KENKYUSHO KK
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】配管中の微粒子の濃度を組成毎の定量測定や
配管断面内の濃度分布を求める。【解決手段】配管内微粒子の測定方法および測定装
置は、微粒子の組成によって赤外スペクトルが相違する
ことを利用して、微粒子の組成毎にその濃度の定量分析
を行うものであり、配管内の液体を配管内の位置に応じ
て選別して行うことによって、微粒子の濃度の二次元分
布を測定し、配管断面内の微粒子濃度の分布を求めるも
のである。また、配管内の濃度の二次元分布測定は、微
粒子の組成毎に行うこともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配管内の液体に含
まれる微粒子を測定する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液体の濁度測定は、浄水およ
び排水の処理や、食品工業をはじめ各種製造業における
製造工程中の液体の管理指標として利用されており、透
過・散乱光方式，散乱光方式，積分球方式等の種々の液
体濁度測定方法が提案されている。

【０００３】一方、液体中に含まれる微粒子の濃度は直
接に定量測定を行う方法は知られていない。そのため、
従来、液体中の微粒子濃度と液体の濁りとの間の相関関
係を利用した液体濁度の分布測定や定量測定によって、
液体中に含まれる微粒子の粒度分布測定や微粒子量測定
を行っている。

【０００４】また、水道水の配管やプラント内の種々の
配管内の液体に含まれる微粒子についても直接に定量測
定を行う方法は知られていないため、微粒子の濃度測定
を行う代わりに流水の濁度測定を行い、これによって、
微粒子の粒子分布測定や濃度の定量測定を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】通常、浄水，排水，あ
るいは製造工程中の液体や、配管内の液体中には種々の
組成成分の微粒子が含まれており、該液体中に含まれる
微粒子の組成が既知である場合も、あるいは不知である
場合もある。一般に、液体中に含まれる微粒子は、その
微粒子の組成によって、製造装置や処理施設，あるいは
環境等に与える影響が異なる場合がある。

【０００６】しかしながら、従来より行なわれている液
体中の微粒子の測定では、液体中に異なる組成の微粒子
が含まれる場合であっても、これらの微粒子を同じ組成
の微粒子であるとして扱い、液体の濁度測定によって粒
度分布や微粒子量の測定を行なっている。そのため、従
来より行なわれる濁度測定による微粒子測定では、微粒
子の粒度分布や微粒子量は得られるが、微粒子の組成は
不明であるという問題点がある。

【０００７】また、微粒子がどのような組成であるかに
ついてのデータが得られないため、得られた粒度分布や
微粒子の濃度が同種の組成の微粒子であるのか、あるい
は異種の組成の微粒子が含まれるものであるのかの判定
も不可能であるという問題点がある。また、微粒子の濃
度や組成は配管断面内でその分布が異なる場合がある
が、従来の微粒子測定では配管断面内での微粒子の分布
については測定できない。配管内の断面方向での分布が
異なる場合には、従来のように一採取箇所から得られる
濃度情報を用いると、配管中を流れる液体全体について
微粒子の正確な含有量を求めることができない。さら
に、配管内の断面方向で組成分布が異なる場合には、従
来の方法では配管内の微粒子分布を正確に把握すること
が困難である。

【０００８】そのため、得られた測定結果を用いて流水
の管理を行う場合においても、十分な管理が期待できな
いことになる。

【０００９】そこで、本発明は上記従来の配管内の微粒
子測定の問題点を解決し、配管内微粒子の濃度を組成毎
に測定することができる微粒子の測定方法を提供するこ
とを目的とし、また、配管内の微粒子濃度の二次元分布
を測定することができる測定方法および測定装置を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の配管内微粒子の
測定方法および測定装置は、微粒子の組成によって赤外
スペクトルが相違することを利用して、各組成に特有の
波長の吸収強度から微粒子の濃度を定量分析するもので
ある。液体中の微粒子に赤外領域の光を照射すると、照
射された赤外領域光は、それぞれ特徴的な異なる波長で
吸収が見られ、また、その吸収強度は微粒子の濃度に応
じたものとなる。

【００１１】従って、赤外スペクトルの特徴的な吸収波
長から微粒子の組成を知ることができ、また、微粒子に
特徴的な波長の吸収強度から微粒子の濃度を求めること
ができる。

【００１２】本発明の配管内微粒子の測定方法および測
定装置は、微粒子の赤外スペクトルが持つ上記特性を利
用して、微粒子の組成毎にその濃度の定量分析を行うも
のである。また、本発明の配管内微粒子の測定では、配
管内の液体を配管内の位置に応じて選別して行うことに
よって、微粒子の濃度の二次元分布を測定し、配管断面
内の微粒子濃度の分布を求めるものである。また、配管
内の濃度の二次元分布測定は、微粒子の組成毎に行うこ
ともできる。

【００１３】微粒子の組成毎の濃度定量分析を行うため
に、本発明の測定方法は、配管内の液体を配管内の位置
に応じて選別して採取する行程と、採取した液体中の微
粒子に赤外領域の光を入射し、得られる透過光又は反射
光から波長毎に吸収強度を測定する工程と、既知組成の
微粒子の濃度と赤外領域光の吸収強度の関係を用いて、
測定した吸収強度から液体中の微粒子濃度を求める工程
とを含む。これによって、配管内の液体中に含まれる微
粒子について、波長から微粒子の組成を特定し、吸収強
度から濃度を定量することができる。また、採取位置か
ら濃度の二次元分布を求めることができ、採取位置を配
管内の断面内で変えることによって、配管断面内の微粒
子濃度や測定の分布を得ることができる。

【００１４】本発明の配管内微粒子の測定方法によれ
ば、配管内の液体中に含まれる微粒子に赤外領域の光を
入射すると、該赤外領域光は、各微粒子の組成に特有の
波長に吸収ピークを有する微粒子によって吸収される。

【００１５】波長に対する吸収度は、グレーティングや
プリズム等を用いた分光器によって透過光あるいは反射
光を分光したり、フーリエ変換分光により波長毎の吸収
度を求めたり、バンドパスフィルターを用いて特定波長
域のみの吸収度を求めることによって測定することがで
きる。この吸収光の測定において、透過光又は反射光で
特徴的な吸収を示す波長位置から微粒子の組成を求める
ことができ、また、その吸収強度から微粒子の流水中で
の濃度を求めることができる。

【００１６】吸収強度に対する微粒子濃度の測定は、あ
らかじめ微粒子の濃度と吸収強度との関係を求めてお
き、該濃度と吸収強度との関係を用いて、測定した吸収
強度から対応する濃度を求めることによって行うことが
できる。この濃度と吸収強度との関係は、例えば標準懸
濁液の既知濃度の微粒子に対する吸収強度を測定し、該
測定値から検量線を作成することによって求めることが
できる。

【００１７】また、微粒子の濃度や組成の二次元分布の
測定においては、液体を採取した位置と濃度および組成
とを対応させることによって求めることができる。

【００１８】微粒子の濃度と吸収強度の関係は、濃度が
既知の微粒子から得られる赤外領域光の吸収強度を測定
し、この吸収強度を用いて検量線により定めることがで
きる。

【００１９】本発明の配管内微粒子の測定装置は、配管
内の液体を、配管内の位置に応じて選別して採取する採
取手段と、採取した液体に赤外領域光を入射する光源
と、吸収光の吸収強度を波長毎に測定する吸収強度測定
手段と、既知組成の微粒子濃度と赤外領域光の吸収強度
の関係を用いて、吸収強度測定手段によって求めた吸収
強度から配管内の微粒子濃度を求める測定手段とを備え
る。

【００２０】これによって、配管内微粒子の濃度を組成
毎に測定することができ、また、微粒子濃度の二次元分
布を求めることができる。また、液体の採取位置を配管
断面内で変更することによって、配管断面内の微粒子分
布を求めることができる。

【００２１】本発明の配管内の微粒子測定装置によれ
ば、採取手段によって配管内の液体を配管内の位置に応
じて選別して採取し、光源から液体に赤外領域光を入射
し、吸収強度測定手段によって吸収光の吸収強度を測定
する。測定手段は、既知組成の波長毎の微粒子濃度と吸
収強度との関係を用いて、液体から求めた吸収強度から
微粒子濃度を測定する。

【００２２】この既知組成の波長毎の微粒子濃度と吸収
強度との関係は、導入手段によって、組成と濃度が既知
の微粒子を含む液体を測定セルに導入し、光源から測定
セルに赤外領域光を入射し、吸収強度測定手段によって
吸収光の波長毎の吸収強度を測定して、微粒子濃度と反
射強度との関係を波長毎に求めることによって得ること
ができる。

【００２３】本発明の実施の態様によれば、採取手段
は、配管内において、径方向および周方向に異なる位置
で液体の採取が可能な採取管を備え、これによって、配
管断面内の微粒子分布を求めることができる。また、採
取手段は、径方向に配列した複数個の採取管により構成
することができ、また、周方向に配列した複数個の採取
管により構成することができる。さらに、径方向に配列
した複数個の採取管を周方向に回転可能とする構成とす
ることもできる。

【００２４】また、本発明の実施の態様によれば、管内
の液体と、組成および濃度が既知の標準懸濁液を納める
容器とを、測定セルに対して選択的に接続するバルブを
採取手段に設け、これによって、測定セルに対して、配
管内の液体と組成および濃度が既知の微粒子を含む液体
とのいずれかを選択して導入することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の流水中の
微粒子の濃度定量方法を説明するためのフローチャート
であり、図２は本発明の流水中の微粒子の濃度定量方法
に使用する検量線の作成を説明するための概略図であ
り、また、図３，４は本発明の検量線を用いた濃度定量
方法を説明するための概略図である。

【００２６】図１のフローチャートにおいて、はじめ
に、あらかじめ微粒子濃度と吸収強度との関係を求めて
おく。ここでは、検量線によって吸収強度に対する微粒
子濃度の関係を求める場合について説明する。図２にお
いて、組成ａ，ｂ，ｃを含む微粒子を例として説明す
る。なお、図２では、吸収強度を吸光度によって表して
いる。

【００２７】組成ａ，ｂ，ｃの各微粒子は、微粒子毎に
異なるλａ，λｂ，λｃの波長位置に特徴的な吸収波長
がある。そのため、吸収強度は微粒子に特定の波長位置
で吸収ピークを持つことになる。そこで、組成および濃
度が既知の微粒子を含む標準懸濁液を用意する。図２で
は、一例として、組成ａについては濃度Ｃａ，組成ｂに
ついては濃度Ｃｂ，組成ｃについては濃度Ｃｃの微粒子
を含む標準懸濁液の場合について示している。

【００２８】この濃度が既知の微粒子について、各微粒
子に特徴的に吸収ピークを表す波長位置（λａ，λｂ，
λｃ）で吸収強度（図２中では、吸光度で示している）
を求め、この吸収強度を基にして、各微粒子の濃度と吸
収強度との関係を検量線として求める。

【００２９】図２（ａ）において、微粒子の各組成ａ，
ｂ，ｃの吸収強度は吸光度Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃであって、
この吸光度を基にして、それぞれ図２（ｂ），（ｃ），
（ｄ）に示す検量線を作成する。図２（ｂ）は、前記図
２（ａ）の測定で求めた基準濃度Ｃａに対する吸光度Ｅ
ａを基にして作成した検量線を示している。また、図２
（ｃ），（ｄ）に示す組成ｂ，ｃの検量線についても、
図２（ｂ）と同様して検量線を求めることができる（ス
テップＳ１）。

【００３０】次に、検出対象の溶液に赤外領域光を照射
して、透過光又は反射光の波長と強度を測定する。この
測定において、透過光又は反射光の波長毎の吸収強度を
測定して赤外スペクトルを求める。この赤外スペクトル
は、グレーティングやプリズム等の分光器を用いて分光
を行ったり、フーリエ変換分光を用いたり、フィルター
によって特定波長域のみの吸収度を求めることによって
測定することができる。求めた赤外スペクトルから、測
定対象の微粒子に特有の波長の吸光度Ｅを求める。

【００３１】図３は組成ａの未知濃度の微粒子の濃度測
定を説明するための図である。図３（ａ）に示す吸光度
ＥA は、微粒子濃度が未知の組成ａの微粒子を含む溶液
の吸光度測定において、組成ａの微粒子に特徴的な吸収
波長λａにおける吸光度を表している。この吸光度は赤
外スペクトルから求めることができる。（ステップＳ
２）。

【００３２】前記ステップＳ２で求めた吸光度ＥA に対
して、検量線を用いて濃度測定を行う。この吸光度ＥA
を図３（ｂ）に示す組成ａの検量線に適用すると（図３
中の一点鎖線参照）、該検量線から吸光度ＥA に対応す
る濃度ＣA が得られる。上記操作によって、測定した液
体中に含まれる組成ａの微粒子の濃度ＣA を求めること
ができる。なお、図３中には、検量線を求める際に用い
た吸光度Ｅａと濃度Ｃａについても示している（ステッ
プＳ３）。

【００３３】また、図４は、図３の組成ａと同様にし
て、組成ｂの未知濃度の微粒子の濃度ＣB を求める場合
を示している。図４（ａ）は、微粒子濃度が未知の組成
ｂの微粒子において、特徴的に吸収を行う波長λｂの吸
光度がＥB であることを表しており、この吸光度ＥB を
図４（ｂ）に示す組成ｂの検量線に適用すると（図４中
の一点鎖線参照）、該検量線から吸光度ＥB に対応する
濃度ＣB を求めることができ、測定した液体中に含まれ
る組成ｂの微粒子の濃度ＣB を求めることができる。

【００３４】図５は、本発明の配管内微粒子の測定装置
の一構成例の概略図である。図５に示す測定装置１は、
配管内から液体を採取する採取部と採取した液体の組
成，濃度を測定する濃度測定部とを備える。なお、図５
において、濃度測定部の各部分を示す符号は一桁の数字
で表し、採取部の各部分を示す符号は１０番代の数字で
表している。

【００３５】採取部は、配管１０中から液体を抽出して
測定セル１４に導く採取管１１と、微粒子濃度と組成が
既知である標準懸濁液を蓄液する蓄液容器１２と、配管
内の液体と蓄液容器１２内の標準懸濁液を選択的に導入
するバルブ１３と、吸収光を得るための測定セル１４
と、液体を配管１０に戻すための管１６と、測定セル１
４からの液体を排出するための排出管１７と、測定セル
１４からの液体を管１６と排出管１７に選択的に導くバ
ルブ１５と、標準懸濁液を撹拌する撹拌装置１８と、導
管に導入した液体を送液するペリスタルティックポンプ
１９を備える。なお、バルブ１３において、採取管１１
側をＡ、測定セル１４側をＢ、蓄液容器１２側をＣと
し、バルブ１５において、管１６側をＡ、測定セル１４
側をＢ、排出管１７側をＣとする。

【００３６】また、採取管１１は、駆動機構２１によっ
て配管１０内の位置が変更可能である。駆動機構２１は
駆動制御装置２０によって制御され、少なくとも採取管
１１の採取口が配管断面内で位置変更するように駆動を
行う。これによって、配管１０の断面内の異なる位置に
ある液体を選別して採取することができる。また、駆動
制御装置２０は、バルブ１３，１５の開閉制御も行う。

【００３７】図５に示す濃度測定部は、レンズで構成す
る光学系を通して得た透過光を分光器で分光する構成例
である。濃度測定部は、測定セル１４に赤外領域の光を
放出する光源２と、赤外領域光を測定セル１４内に集光
させる第１光学系３と、測定セル１４内の液体に含まれ
る微粒子によって吸収された吸収光を分光器５側に集光
させる第２光学系４と、前記吸収光から特定波長の光を
分光する分光器５と、分光した特定波長の吸収光を検出
する検出器６と、吸収光に基づいて液体中の微粒子の濃
度を測定する測定装置７を備える。

【００３８】分光器５は、入射した吸収光を波長に応じ
て分光する装置であり、グレーティングを用いて構成す
ることができる。また、この分光器５として分光波長の
設定が変更可能な分光器を用いたり、あるいは異なる分
光波長の分光器と検出器との組み合わせを複数設けるこ
とによって、複数種類の微粒子の検出を同時に行うこと
ができる。検出器６で検出した吸収強度は測定装置７に
入力される。測定装置７は、あらかじめ求めておいた検
量線を用いて、入力した吸収強度から各組成の微粒子の
濃度を求める機能を備え、配管内の液体の濃度と組成を
求めることができる。

【００３９】測定装置７で求めた濃度や組成に関するデ
ータは、演算装置８で演算処理され、配管断面における
二次元分布が求められる。演算装置８は、制御器８１と
演算器８２とメモリ８３を備え、測定装置７で求めた濃
度や組成に関するデータと、駆動制御装置２０から送ら
れる採取管１１の位置データとを基にして、配管断面内
の液体の濃度や組成の分布を演算し、求めたデータを記
憶しておく。また、演算装置８は、求めた配管断面内の
液体の濃度や組成の分布に基づいて、配管内を流れる液
体中に含まれる微粒子のトータルの含有量を求めること
ができる。また、各組成毎の含有量を求めることもでき
る。

【００４０】次に、上記測定装置を用いた微粒子の濃度
の定量測定について、図６，７のフローチャートを用い
て説明する。測定装置による配管内微粒子の測定では、
配管内において液体を採取する測定点を設定し（ステッ
プＳ１０）、設定した測定点で液体の採取を行い、採取
した液体中に含まれる微粒子の濃度ないし微粒子の組成
を求める（ステップＳ２０）。前記ステップＳ１０の測
定点のデータとステップＳ２０の濃度や組成のデータを
記憶する。これによって、配管内のある位置の濃度と組
成のデータを得ることができる（ステップＳ３０）。

【００４１】前記ステップＳ１０，２０，３０の工程を
測定点を変えながら繰り返して（ステップＳ４０）、各
測定点における濃度データや組成データを求めることに
よって、配管断面内の各所における濃度と組成のデータ
を求め、濃度分布を得ることができる（ステップＳ５
０）。

【００４２】図７のフローチャートは微粒子の濃度を求
める手順（図６中ステップＳ２０）を表している。な
お、ここで示す手順は、微粒子濃度と吸収強度との関係
を、組成と微粒子濃度が既知の標準懸濁液を用いて求め
る操作を含む場合について示している。

【００４３】図７のフローチャートにおいて、はじめ
に、バルブ１３およびバルブ１５の開閉操作を行う。こ
のバルブ操作において、バルブ１３のＡを閉じるととも
にＢとＣを開いて、蓄液容器１２を測定セル１４に接続
し、また、バルブ１５のＡを閉じるとともにＢとＣを開
いて、排出管１７を測定セル１４に接続する。このバル
ブ操作によって、蓄液容器１２中の標準懸濁液が測定セ
ル１４を通って排出管１７に排出される流路が形成され
る（ステップＳ２１）。

【００４４】ステップＳ２１のバルブ操作の後、ペリス
タルティックポンプ１９を作動させることによって、測
定セル１４内には蓄液容器１２から組成と微粒子濃度が
既知の標準懸濁液が導入され、排出管１７から排出され
る。光源２から測定セル１４に赤外領域の光を放出す
る。測定セル１４内に導入された赤外領域光は、微粒子
によって吸収される。分光器５は、この吸収光を導入
し、微粒子の組成に対して特徴的に吸収を行う波長で分
光を行い、検出器６は吸収強度を検出して吸光度の測定
を行う。この測定によって、ある組成の微粒子に特有の
波長において、既知の濃度に対する吸収強度を求めるこ
とができる（ステップＳ２２）。測定装置７は、検出器
６で求めた吸収強度と標準懸濁液の既知の微粒子濃度を
基にして検量線を作成し、図示しない記憶手段に格納し
ておく（ステップＳ２３）。

【００４５】上記ステップＳ２１からステップＳ２３の
検量線を作成する工程を、標準懸濁液の微粒子の組成を
代えながら繰り返すことによって、複数種の組成の検量
線を作成することができる。なお、このステップＳ２１
からステップＳ２３の工程は、前記図６のステップＳ１
０より前の時点で行うことができる。

【００４６】次に、バルブ１３およびバルブ１５の開閉
操作を行って管接続の切り換えを行う。このバルブ操作
では、バルブ１３のＣを閉じるとともにＡとＢを開い
て、蓄液容器１２を測定セル１からはずして採取管１１
を測定セル１４に接続し、バルブ１５のＣを閉じるとと
もにＡとＢを開いて、排出管１７をはずして配管１０側
の管１６を測定セル１４に接続する。この管接続の切り
換えによって、配管中を流れる液体は、採取管１１から
測定セル１４を通過して再び配管１０に戻る流路が形成
される（ステップＳ２４）。

【００４７】ステップＳ２４のバルブ操作の後、ペリス
タルティックポンプ１９を作動させることによって、測
定セル１４内には配管中を流れる液体を採取し、バルブ
１５を通過して配管１０に戻す。このとき、光源２から
測定セル１４に赤外領域の光を放出する。以下、ステッ
プＳ２５〜ステップＳ２７によって、配管内の液体中に
含まれる未知の微粒子の組成とその濃度を測定する。

【００４８】測定セル１４内に導入された赤外領域光
は、液体に含まれる種々の微粒子によって吸収される。
分光器５は、この吸収光を導入して分光を行い、検出対
象の微粒子の組成に対応する波長の吸収光を選択的に取
り出す。分光器５は、吸収光の選択的な取り出しを行う
ために、検出対象の微粒子に特有の波長に分光波長を設
定する。検出器６は選別した吸収光の吸収強度を検出し
て吸光度の測定を行う。分光波長を異ならせながら吸光
度を測定することによって、吸収スペクトルを求めるこ
ともできる（ステップＳ２５）。前記ステップＳ２５に
おいて、検出対象に特有の波長で分光を行った場合に
は、検出対象の微粒子に特有の吸光度が得られる。ま
た、分光波長を異ならせながら吸収スペクトルを求めた
場合には、該吸収スペクトルから検出対象に特有の波長
位置の吸収量から検出対象の微粒子に特有の吸光度を求
めることができ、この波長位置を異ならせることによっ
て、複数種の微粒子について測定を行うことができる。

【００４９】この吸光度の測定において、検出対象の微
粒子に特有の波長について吸収強度がノイズ程度の微小
値である場合には、配管内の液体中にその検出対象の微
粒子が存在しないことを示しており、また、ある波長に
ついてノイズ以上の有意な大きさの吸収強度が得られた
場合には、配管内の液体中にその検出対象の微粒子が存
在することを示している。これによって、配管内の液体
中に含まれる微粒子の組成を識別することができる。

【００５０】なお、吸収スペクトルの測定は、分光器の
設定波長を変更して測定したり、あるいは、分光器およ
び検出器を複数用いることによって行うことができる
（ステップＳ２６）。

【００５１】次に、前記ステップＳ２３で作成した検量
線を用いて微粒子の濃度測定を行う。あらかじめ求めて
おいた検量線の中から、検出対象の微粒子に対応した検
量線を選択し、ステップＳ２６で求めた吸光度に対応す
る濃度を検量線から求める。この検量線の選択は、ステ
ップＳ２６で用いた分光波長と同じ波長の検量線を用い
ることにより行うことができる。これによって、検出対
象の微粒子の濃度を求めることができる（ステップＳ２
７）。

【００５２】前記構成および測定によって、配管内断面
内の各位置における微粒子の濃度ないし組成のデータを
得ることができる。また、これらデータを用いて、配管
面内の微粒子の濃度分布を組成毎に求めることができ
る。さらに、配管内を流れる液体の流速を求めることに
よって、配管内の微粒子のトータルの含有量を組成毎に
求めたり、該組成毎の含有量を合計することによって、
配管内の微粒子の前含有量を求めることもできる。

【００５３】次に、図８，９，１０を用いて、測定装置
の採取部の一構成例について説明する。なお、図８，
９，１０は,それぞれ採取部を説明するための概略ブロ
ック図,一部を切り欠いた斜視図、および配管断面図で
ある。

【００５４】図８，９において、採取管１１は、複数個
の採取口１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを備えた導入
管２２を備え、各採取口は配管１０の中心（図中の一点
鎖線で示す）から外周に向かって径方向に配列されてい
る。この構成によって、配管１０内の液体は、配管断面
内の異なる位置で採取することができる。

【００５５】導入管２２は、配管１０の中心において束
ねられ、フレキシブルジョイント２３によって同心円多
層構造の配管２４に回転可能に接続され、さらに、該導
入管２２は、駆動機構２１によって回転駆動される。こ
の駆動機構２１によって、配管１０の中心軸を回転中心
として導入管２２を回転させると、図１０に示すように
径方向に配列された採取口１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１
１ｄは配管断面内を回転し、配管断面内の各部分での液
体の採取を行うことができる。

【００５６】駆動機構２１は、例えば、モーター等の駆
動装置２１ａ，駆動を伝達するためのギヤ機構２１ｂ，
配管１０内の採取管１１の駆動を伝達するための伝達機
構２１ｄ，および配管１０内の採取口の位置を求めるた
めの位置検出器２１ｃを備える。また、複数個の採取口
と接続する配管２４は、多方バルブ２５およびペリスタ
ルティックポンプ２６を介して測定セルないし分光器５
に接続され、採取した液体の測定を行う。

【００５７】駆動制御装置２０は、駆動機構２１，多方
バルブ２５およびペリスタルティックポンプ２６を制御
することによって、配管１０の断面内の液体を選別して
採取し、測定することができる。

【００５８】なお、採取口１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１
１ｄの個数や配置間隔は、配管１０の内径、配管断面内
の二次元分布の精度、採取管１１の配置による配管１０
内の液体の流れに及ぼす影響等に応じて設定することが
できる。

【００５９】また、駆動機構による採取管１１の回転速
度は、採取した液体の濃度測定に要する時間や測定点の
個数等に応じて設定することができる。

【００６０】以下、濃度測定における別の構成につい
て、図１１〜図２５を用いて説明する。図１１に示す光
学系は反射鏡４ｂを用いたものであり、図５に示す構成
例中の光学系に代えて構成することができる。前記図
５，１１に示した構成例は、透過光をグレーティングを
用いた分光器によって分光する例であるが、図１２，１
３に示すようにプリズムを用いた分光器で構成すること
もできる。図１２はレンズ系とプリズムを用いた光学系
５ｂによる構成例であり、プリズム５ｂ１で分光した光
をスリット５ｂ２で絞って検出器６に導くものである。
また、図１３は、反射鏡４ｂとプリズム５ｂ１を用いた
光学系５ｂによる構成例であり、図１２と同様にプリズ
ム５ｂ１で分光した光をスリット５ｂ２で絞って検出器
６に導く。

【００６１】図１４〜図１７は干渉光を用いて赤外スペ
クトルを求める構成であり、ＭＣＴ検出器を用いて得た
測定信号をフーリエ変換する構成例を図１４，１５に示
し、フィルターを用いて特定の波長域のみを通過させる
構成例を図１６，１７に示す。

【００６２】図１４，図１５の構成例は、レンズ系４ａ
あるいは反射鏡４ｂを介して得られた光をＭＣＴ検出器
８に直接に導く構成であり、測定装置７においてＭＣＴ
検出器８で得られた測定信号をフーリエ変換して、赤外
スペクトルを求める。また、図１６，図１７の構成例
は、レンズ系４ａあるいは反射鏡４ｂを介して得られた
光をバンドパスフィルター５ｃに通し、該バンドパスフ
ィルター５ｃで設定される特定波長域のみを選択的に通
過させ検出器６に導く構成である。

【００６３】図１８〜図２５に示す構成例は、試料Ｓか
らの反射光を測定光とする場合である。図１８に示す構
成例は、光源２からの光をハーフミラー４Ａを介して試
料Ｓに照射し、試料Ｓで吸収が行われ放出される反射光
を再びハーフミラー４Ａを介して分光器５に導いて分光
する例であり、図１９に示す構成例は、光源２からの光
をカセグレン式対物鏡４Ｂを介して試料Ｓに照射し、試
料Ｓから反射される吸収光を分光器５に導いて分光する
例である。

【００６４】また、図２０，２１に示すようにプリズム
を用いた構成とすることもできる。図２０はハーフミラ
ー４Ａとプリズム５ｂ１を用いた光学系５ｂによる構成
例であり、プリズム５ｂ１で分光した光をスリット５ｂ
２で絞って検出器６に導く。また、図２１は、カセグレ
ン式対物鏡４Ｂとプリズム５ｂ１を用いた光学系５ｂに
よる構成例であり、図２０と同様にプリズム５ｂ１で分
光した光をスリット５ｂ２で絞って検出器６に導く。

【００６５】図２２〜図２５は干渉光を用いて赤外スペ
クトルを求める構成であり、ＭＣＴ検出器を用いて得た
測定信号をフーリエ変換する構成例を図２２，２３に示
し、フィルターを用いて特定の波長域のみを通過させる
構成例を図２４，２５に示す。図２２，図２３の構成例
は、ハーフミラー４Ａあるいはカセグレン式対物鏡４Ｂ
を介して得られた光をＭＣＴ検出器８に直接に導く構成
であり、測定装置７においてＭＣＴ検出器８で得られた
測定信号をフーリエ変換して、赤外スペクトルを求め
る。また、図２４，図２５の構成例は、ハーフミラー４
Ａあるいはカセグレン式対物鏡４Ｂを介して得られた光
をバンドパスフィルター５ｃに通し、該バンドパスフィ
ルター５ｃで設定される特定波長域のみを選択的に通過
させ検出器６に導く構成である。

【００６６】以下に、微粒子の組成毎に異なる吸収波長
の一例について説明する。例えば、ＣａＣＯ₃ の微粒子
の場合には、１４２０ｃｍ^-1付近にＣＯ₃ ^2- の縮重伸縮
振動の吸収があり、ＣａＳＯ₄ の微粒子の場合には、１
１３０ｃｍ^-1付近にＳＯ₄ ^2-の縮重伸縮振動の吸収があ
る。図２６はＣａＣＯ₃ の懸濁液の赤外吸収スペクトル
の図であり、顕微赤外装置を用いてフーリエ変換により
求めたスペクトルデータである。図２７の赤外吸収スペ
クトルから、ＣａＣＯ₃ を０．２ｍｏｌ／ｌ溶存する水
溶液の１４２０ｃｍ^-1付近のＣＯ₃ ^2- の縮重伸縮振動の
吸収による吸収量は３７であり、Ｈ₂Ｏの１４２０ｃｍ
^-1付近の吸収量は２１．５であるから、図２７に示す検
量線を求めることができる。

【００６７】従って、図２７の検量線を用いることによ
って、吸収量からＣａＣＯ₃ の微粒子の濃度を求めるこ
とができる。また、他の組成の微粒子についても同様に
検量線を求めておき、微粒子に対応する波長について吸
収量を求めることによって、各組成の微粒子の濃度を求
めることができる。

【００６８】また、図示していないが、ＣａＳＯ₄ の微
粒子についても同様にして赤外吸収スペクトルおよび検
量線を求めることができる。

【００６９】なお、本発明による微粒子の濃度測定で
は、吸収強度は、微粒子の組成によって生じるため、微
粒子の粒子径による影響はない。

【００７０】本発明の実施形態によれば、配管内の液体
中に含まれる微粒子の濃度を組成毎に求めることがで
き、配管断面内の微粒子の濃度分布を組成毎に求めるこ
とができる。

【００７１】また、本発明の実施形態によれば、配管内
の微粒子の組成毎の含有量あるいは前含有量を求めるこ
とができる。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流水中の
微粒子の濃度定量方法によれば、流水中の微粒子の濃度
を組成毎に定量測定することができ、また、本発明の流
水中の微粒子の濃度定量装置によれば、１つの装置で流
水中の微粒子の濃度を組成毎に定量測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微粒子の測定方法を説明するための図
である。

【図２】本発明の微粒子の測定方法に使用する検量線の
作成を説明するための概略図である。

【図３】本発明の検量線を用いた定量方法を説明するた
めの概略図である。

【図４】本発明の検量線を用いた定量方法を説明するた
めの概略図である。

【図５】本発明の微粒子の測定方法を適用することがで
きる装置の第１の概略図である。

【図６】本発明の微粒子の測定装置を用いた微粒子の濃
度の定量測定を説明するためのフローチャートである。

【図７】本発明の微粒子の測定装置を用いた微粒子の濃
度を求める手順を説明するためのフローチャートであ
る。

【図８】本発明の測定装置の採取部の一構成例について
説明するための概略ブロック図である。

【図９】本発明の測定装置の採取部の一構成例について
説明するための一部を切り欠いた斜視図である。

【図１０】本発明の測定装置の採取部の一構成例につい
て説明するための配管断面図である。

【図１１】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第２の概略図である。

【図１２】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第３の概略図である。

【図１３】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第４の概略図である。

【図１４】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第５の概略図である。

【図１５】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第６の概略図である。

【図１６】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第７の概略図である。

【図１７】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第８の概略図である。

【図１８】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第９の概略図である。

【図１９】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第１０の概略図である。

【図２０】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第１１の概略図である。

【図２１】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第１２の概略図である。

【図２２】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第１３の概略図である。

【図２３】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第１４の概略図である。

【図２４】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第１５の概略図である。

【図２５】本発明の微粒子の濃度定量方法を適用するこ
とができる装置の第１６の概略図である。

【図２６】本発明の微粒子の濃度定量によるＣａＣＯ₃
の懸濁液の赤外吸収スペクトルの図である。

【図２７】本発明の微粒子の濃度定量によるＣａＣＯ₃
の懸濁液の赤外吸収スペクトルから求めた検量線の図で
ある。

【符号の説明】

１濃度定量装置２光源３，４光学系５分光器６検出器７測定装置１０配管１１採取管１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ採取口１２蓄液容器１３，１５，２５バルブ１４測定セル１６管１７排出管１８撹拌装置１９，２６ペリスタルティックポンプ２０駆動制御装置２１駆動機構２２導入管２３フレキシブルジョイント２４同心円多層配管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配管内の液体を、配管内の位置に応じて
選別して採取する行程と、採取した液体中の微粒子に赤
外領域の光を入射し、得られる透過光又は反射光から波
長毎に吸収強度を測定する工程と、既知組成の微粒子の
濃度と赤外領域光の吸収強度の関係を用いて、測定した
吸収強度から液体中の微粒子濃度を求める工程とを含
み、微粒子の配管内位置と微粒子の組成および濃度を求
めることを特徴とする配管内微粒子の測定方法。
【請求項２】液体を採取した配管内位置と該位置にお
ける微粒子濃度から、配管内の微粒子の濃度分布を求め
ることを特徴とする請求項１記載の配管内微粒子の測定
方法。
【請求項３】前記微粒子の濃度と吸収強度の関係は、
濃度が既知の微粒子から得られる赤外領域光の吸収強度
を測定し、該吸収強度を用いて検量線により定めること
を特徴とする請求項１、又は２記載の配管内微粒子の測
定方法。
【請求項４】配管内の液体を、配管内の位置に応じて
選別して採取する採取手段と、採取した液体に赤外領域
光を入射する光源と、吸収光の吸収強度を波長毎に測定
する吸収強度測定手段と、既知組成の微粒子濃度と赤外
領域光の吸収強度の関係を用いて、前記吸収強度測定手
段によって求めた吸収強度から配管内の微粒子濃度を求
める測定手段とを備えたことを特徴とする配管内微粒子
の測定装置。
【請求項５】前記採取手段は、配管内の流水と、組成
と濃度が既知の微粒子を含む液体とを選択的に導入する
手段を備え、前記測定手段は、組成と濃度が既知の微粒
子を含む液体を用いて、組成と濃度が既知の微粒子に対
する波長毎の吸収強度を求める手段を備えることを特徴
とする請求項４記載の配管内微粒子の測定装置。
【請求項６】前記測定手段は、液体を採取した配管内
位置と該位置における微粒子濃度とから、配管内の微粒
子の濃度分布を求める手段を備えることを特徴とする請
求項４、又は５記載の配管内微粒子の測定装置。
【請求項７】前記採取手段は、配管内の液体と、組成
と濃度が既知の微粒子を含む液体とを選択的に導入する
手段を備え、前記測定手段は、組成と濃度が既知の微粒
子を含む液体を用いて、組成と濃度が既知の微粒子に対
する波長毎の吸収強度を求める手段を備えることを特徴
とする請求項４、５又は６記載の配管内微粒子の測定装
置。
【請求項８】前記採取手段は、液体を導入する複数の
導入口を、配管内の径方向に配置したことを特徴とする
請求項４、５、６又は７記載の配管内微粒子の測定装
置。
【請求項９】前記複数の導入口は、配管内において周
方向に回転することを特徴とする請求項７記載の配管内
微粒子の測定装置。