JPH0324441A - 濃度測定方法及び濃度測定装置 - Google Patents
濃度測定方法及び濃度測定装置Info
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- JPH0324441A JPH0324441A JP1160104A JP16010489A JPH0324441A JP H0324441 A JPH0324441 A JP H0324441A JP 1160104 A JP1160104 A JP 1160104A JP 16010489 A JP16010489 A JP 16010489A JP H0324441 A JPH0324441 A JP H0324441A
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、混合溶液中の被測定溶媒の濃度を測定する方
法及びその濃度測定装置に関する。本発明−は、化学工
業、食品工業、医薬品等の工程管理、環境計測又は医療
診断、計測等に利用される。
法及びその濃度測定装置に関する。本発明−は、化学工
業、食品工業、医薬品等の工程管理、環境計測又は医療
診断、計測等に利用される。
従来の混合溶液中の被測定溶媒の濃度測定方法及びその
装置としては、（１）光の吸収スペクトルを測定するも
の、（２）発色剤を加えて着色させて吸光度を測定する
もの、（３）電気伝導度を求めるもの、（４）屈折率を
求めるもの、（５）比重を測定するもの等が知られてい
る。
装置としては、（１）光の吸収スペクトルを測定するも
の、（２）発色剤を加えて着色させて吸光度を測定する
もの、（３）電気伝導度を求めるもの、（４）屈折率を
求めるもの、（５）比重を測定するもの等が知られてい
る。
前記（１）、（３）、（４〉、（５）の方法及び装置は
連続測定に適さず、またこの（１）の方法等は装置の大
型化が避けられない。更に、前記（２）、（３）の方法
等は発色するもの又は電気伝導性を示すものに限られ、
その適用範囲が限定される。
連続測定に適さず、またこの（１）の方法等は装置の大
型化が避けられない。更に、前記（２）、（３）の方法
等は発色するもの又は電気伝導性を示すものに限られ、
その適用範囲が限定される。
本発明は、上記観点に鑑みてなされたものであり、管状
体内に混合溶液を流すとともに該管状体の一端から光を
入射させると、この人射光が管軸の方向へ絞られてくる
ことを見出して完成されたものである。
体内に混合溶液を流すとともに該管状体の一端から光を
入射させると、この人射光が管軸の方向へ絞られてくる
ことを見出して完成されたものである。
本発明は、連続測定に好適で、電気ノイズを受けに＜＜
、簡便で安価で小型化ができ、適用範囲が広く、並びに
光源の照度変動、小さな気泡等の不意の混入等の影響を
受｛ノに＜＜、更に必要に応じて工程の遠隔管理ができ
る濃度測定方法及びその装置を提供することを目的とす
る。
、簡便で安価で小型化ができ、適用範囲が広く、並びに
光源の照度変動、小さな気泡等の不意の混入等の影響を
受｛ノに＜＜、更に必要に応じて工程の遠隔管理ができ
る濃度測定方法及びその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〕
本第１発明の濃度測定方法は、管状体内に混合溶液を層
流状態で流すとともに、該管状体の一端から光を入射さ
せ、前記混合溶液中を透過させて、他端から射出光を取
り出し、その後、該射出光の受光量又は集束点の位置を
検出して、前記混合溶液中の被測定溶媒の濃度により該
受光量又は集東点の位置が異なることを利用して該被測
定溶媒の濃度を測定することを特徴とする。
流状態で流すとともに、該管状体の一端から光を入射さ
せ、前記混合溶液中を透過させて、他端から射出光を取
り出し、その後、該射出光の受光量又は集束点の位置を
検出して、前記混合溶液中の被測定溶媒の濃度により該
受光量又は集東点の位置が異なることを利用して該被測
定溶媒の濃度を測定することを特徴とする。
本第２発明の装置は、前記の第１発明の方法を実施する
ためのものであり、前記のような管状体と、混合溶液を
導入する導入手段と、これを導出する導出手段と、該管
状体の一端側に、直接に又は送光用光ファイバを介して
、配置される発光素子と、該管状体の他端側から取り出
された射出光の受光量又は収束点の位置を検出する検出
手段と、を具備することを特徴とする。
ためのものであり、前記のような管状体と、混合溶液を
導入する導入手段と、これを導出する導出手段と、該管
状体の一端側に、直接に又は送光用光ファイバを介して
、配置される発光素子と、該管状体の他端側から取り出
された射出光の受光量又は収束点の位置を検出する検出
手段と、を具備することを特徴とする。
例えば、第２図及び第３図に示すように、管状体１が加
熱又は冷却されない状態でも、管状体内部に所定の混合
溶液八を層流状態で流すと共に、この管状体１の一端か
ら入射した光を他端へ透過させると、この人射した光が
管軸の方向へ絞られてくる。この絞られ方は、これらの
図に示すように、溶媒の種類、混合率により変わる。こ
の絞りの理由は未だ明らかでないが、所定条件下で溶液
を流す場合は、以下の実験により明らかに生じているの
を発見したのである。
熱又は冷却されない状態でも、管状体内部に所定の混合
溶液八を層流状態で流すと共に、この管状体１の一端か
ら入射した光を他端へ透過させると、この人射した光が
管軸の方向へ絞られてくる。この絞られ方は、これらの
図に示すように、溶媒の種類、混合率により変わる。こ
の絞りの理由は未だ明らかでないが、所定条件下で溶液
を流す場合は、以下の実験により明らかに生じているの
を発見したのである。
更に、所定位置（例えば、スクリーン６の位置）で、受
光頃の受光面積（ファイバ５２の先端面の面積〉を、例
えばこの所定位置での最小投影光面積（第３図のスクリ
ーン上の投影面積）よりも小さい受光面積として測定す
れば、その濃度により、その受光量又は集束点の位置（
例えばＰ１ｌ，）が異なる。
光頃の受光面積（ファイバ５２の先端面の面積〉を、例
えばこの所定位置での最小投影光面積（第３図のスクリ
ーン上の投影面積）よりも小さい受光面積として測定す
れば、その濃度により、その受光量又は集束点の位置（
例えばＰ１ｌ，）が異なる。
従一って、溶媒の種類を予め決めておき、その混合率に
より被測定溶媒の濃度との関係を予めｆＩ！保１，でお
けば、その受光量又は集束点の位置を測定４−ることに
より、その濃度を測定することができろ。
より被測定溶媒の濃度との関係を予めｆＩ！保１，でお
けば、その受光量又は集束点の位置を測定４−ることに
より、その濃度を測定することができろ。
１実鞄例〕
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例ｌ
（ １． ）装置の概要
本装置は、永−エタノール混合溶液中のエタノヘル濃度
を測定するものであり、第１図に示すように，管状体ｌ
と混合溶液導入手段としての導入部２と導出手段として
の導出部３ （以上をモジュールという）とＨｅ−Ｎｅ
レーザ４と受光量検出手段５と恒温層９とからなる。
を測定するものであり、第１図に示すように，管状体ｌ
と混合溶液導入手段としての導入部２と導出手段として
の導出部３ （以上をモジュールという）とＨｅ−Ｎｅ
レーザ４と受光量検出手段５と恒温層９とからなる。
この管状体ｌは内径が２叩φ、外径３叩φ、長さ１ ２
０ ｉｎの両端開口の鋼管である。この管状体ｌの両
端側には、内側に配置される基部２ｌ１ ３ｌと端部に
配置されるガラス窓２３、３３とその間に配置される筒
部２２、３２とこの筒部２２、３２の側邪に取りつけら
れる導入口２４又は導出口３４とからなる導入部２又は
導出部３が、取外しができるように取付けられている。
０ ｉｎの両端開口の鋼管である。この管状体ｌの両
端側には、内側に配置される基部２ｌ１ ３ｌと端部に
配置されるガラス窓２３、３３とその間に配置される筒
部２２、３２とこの筒部２２、３２の側邪に取りつけら
れる導入口２４又は導出口３４とからなる導入部２又は
導出部３が、取外しができるように取付けられている。
この基部２１、３１は恒温槽９の一部をｖｔ戊している
。尚、この基部は恒温槽と別体であってもよい。混合溶
液Ａはこの導入口２４に入り、導出口３４から出る構戊
となっている。尚、混合溶液Ａの導入、導出は上記と逆
にしてもよい。この管状体ｌと導入部２又は導出部３の
接触部にはシール材が配置され、シール性を確保した。
。尚、この基部は恒温槽と別体であってもよい。混合溶
液Ａはこの導入口２４に入り、導出口３４から出る構戊
となっている。尚、混合溶液Ａの導入、導出は上記と逆
にしてもよい。この管状体ｌと導入部２又は導出部３の
接触部にはシール材が配置され、シール性を確保した。
そして、導入口側のガラス窓２３に所定のレーザ装置４
を対置し、その他方のガラス窓３３に受光量検出手段５
を対置した。尚、このレーザ装置４と検出手段５を逆に
配置してもよい。この検出手段５として、所定間隔（約
２０００ｍｍ）をおいてスクリーン６を対置し、この透
過光のスクリーン上のほぼ中心に光ファイバ（コア径５
０μｍ）５２を配置し、更にこれを光パワーメータ（「
アンリツＭＬ−９ １ ０ ＢＪ 、アンリツ■製）５
１に接続した。尚、この光ファイバ５２をガラス窓３３
に貫通させる構戊としてもよい。Ｈ ｅ −Ｎ ｅレー
ザ（波長５４３ｎｍ，出力１ｍＷ）４は発光源となり、
このレーザ光がガラス窓２３を介して管状体１内部にほ
ぼ平行光となって送光され、他端側に配置された光ファ
イバ５２を介して光バワーメータ５１により受光量を検
出する。また、この管状体の主要部はは恒温槽（２８℃
〉 ９内に配置されており、他の恒温槽（２８℃）１１
内に貯留された混合溶液Ａが、ポンプ１０を介してこの
導入口２４に導入される構成となっている。
を対置し、その他方のガラス窓３３に受光量検出手段５
を対置した。尚、このレーザ装置４と検出手段５を逆に
配置してもよい。この検出手段５として、所定間隔（約
２０００ｍｍ）をおいてスクリーン６を対置し、この透
過光のスクリーン上のほぼ中心に光ファイバ（コア径５
０μｍ）５２を配置し、更にこれを光パワーメータ（「
アンリツＭＬ−９ １ ０ ＢＪ 、アンリツ■製）５
１に接続した。尚、この光ファイバ５２をガラス窓３３
に貫通させる構戊としてもよい。Ｈ ｅ −Ｎ ｅレー
ザ（波長５４３ｎｍ，出力１ｍＷ）４は発光源となり、
このレーザ光がガラス窓２３を介して管状体１内部にほ
ぼ平行光となって送光され、他端側に配置された光ファ
イバ５２を介して光バワーメータ５１により受光量を検
出する。また、この管状体の主要部はは恒温槽（２８℃
〉 ９内に配置されており、他の恒温槽（２８℃）１１
内に貯留された混合溶液Ａが、ポンプ１０を介してこの
導入口２４に導入される構成となっている。
（２）最適条件の設定のための試験
まず、エタノール（試薬特級）と水〈純水〉の各々につ
いて単独で流速と受光量との関係を試験し、その結果を
第４図に示した。この結果に示すように、流速により各
々の受光量が異なり、しかもその両者の差も異なる。両
者の最も大きな差があり、好ましい流速を０．５ｍＲｌ
分と決めた。
いて単独で流速と受光量との関係を試験し、その結果を
第４図に示した。この結果に示すように、流速により各
々の受光量が異なり、しかもその両者の差も異なる。両
者の最も大きな差があり、好ましい流速を０．５ｍＲｌ
分と決めた。
この場合、モジュールとスクリーンとの間隔は好ましい
値として前記のものとしたが、これは溶媒の種類、流速
等により最適条件として種々選択される。尚、混合溶液
を流さない場合には、受光量が−５４ｄｂで一定となり
、良好な結果を示さなかった。
値として前記のものとしたが、これは溶媒の種類、流速
等により最適条件として種々選択される。尚、混合溶液
を流さない場合には、受光量が−５４ｄｂで一定となり
、良好な結果を示さなかった。
（３）本実施例の効果
次いで、第５図に示すような種々の混合率の溶液を調製
し、２８℃の恒温槽に配置し、前記装置に流し、その濃
度と受光量との関係を第５図に示した。同図によれば、
濃度と受光量とは良好な直線関係を示した。この検量線
を利用して未知の濃度の混合液の受光量を測定すれば、
容易にエタノールの濃度を測定できる。
し、２８℃の恒温槽に配置し、前記装置に流し、その濃
度と受光量との関係を第５図に示した。同図によれば、
濃度と受光量とは良好な直線関係を示した。この検量線
を利用して未知の濃度の混合液の受光量を測定すれば、
容易にエタノールの濃度を測定できる。
従って本装置を用いて濃度測定をすれば、広い濃度範囲
においてエタノール濃度を簡単に、良好にしかも感度よ
く測定することができ、更に電気的ノイズを受けずに高
速度で、連続測定をすることもできる。
においてエタノール濃度を簡単に、良好にしかも感度よ
く測定することができ、更に電気的ノイズを受けずに高
速度で、連続測定をすることもできる。
実施例２
本実施例は、第６図に示すように混合溶液導入手段及び
導出手段として直接管状体ｌに取付けられた各導入口２
ａ及び導出口３ａを用いる。更に、モジュールＭの他端
側には第７図に示すように、収東点検出手段７が配置さ
れている。この検出手段７は、光束量を検出する光ファ
イバ７ｌ付きオブチカルメータ７２とこの光ファイバ（
コア径５０μｍ）を固定する固定具７３と位置を決定す
るノギス７４とからなる。尚、実際には第８図に示すよ
うに装置を小型化するために光軸に対して４５゜に２枚
の反射鏡８ａ、８ｂを備える。
導出手段として直接管状体ｌに取付けられた各導入口２
ａ及び導出口３ａを用いる。更に、モジュールＭの他端
側には第７図に示すように、収東点検出手段７が配置さ
れている。この検出手段７は、光束量を検出する光ファ
イバ７ｌ付きオブチカルメータ７２とこの光ファイバ（
コア径５０μｍ）を固定する固定具７３と位置を決定す
るノギス７４とからなる。尚、実際には第８図に示すよ
うに装置を小型化するために光軸に対して４５゜に２枚
の反射鏡８ａ、８ｂを備える。
また、ヘリウムーネオンレーザ（波長５４３０ｍ、出力
ｌ’ ｍ Ｗ ）を管状体１内に管軸と略平行になるよ
うに入射させるとともに、光ファイバの受光面を前後さ
せて、最も受光エネルギーの高い位置を射出光の収束点
位置Ｐ０とする。
ｌ’ ｍ Ｗ ）を管状体１内に管軸と略平行になるよ
うに入射させるとともに、光ファイバの受光面を前後さ
せて、最も受光エネルギーの高い位置を射出光の収束点
位置Ｐ０とする。
本実施例でも、実施例ｌと同様に広い濃度範囲において
、濃度と集束点位置の関係が傾きの大きな良好な直線関
係を示すので、広い濃度範囲において濃度を良好にしか
も感度よく測定することができ、電気的ノイズを受けず
に高速度で、連続測定をすることもでき、更に光源の照
度変動、小さな気泡の混入等の影響も受けにくい。また
、本装置は、全体構造が簡便でかつ小型とすることがで
き、特に反射鏡を持つのでその効果が大きい。
、濃度と集束点位置の関係が傾きの大きな良好な直線関
係を示すので、広い濃度範囲において濃度を良好にしか
も感度よく測定することができ、電気的ノイズを受けず
に高速度で、連続測定をすることもでき、更に光源の照
度変動、小さな気泡の混入等の影響も受けにくい。また
、本装置は、全体構造が簡便でかつ小型とすることがで
き、特に反射鏡を持つのでその効果が大きい。
尚、本発明においては、上記具体的実施例に示すものに
限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変
更した実施例とすることができる。即ち、上記管状体と
は、所定の混合溶液を通過させるものであればよく、そ
の大きさ、長さ、全体形状、断面形状、材質等は、目的
、用途により種々のものを選択することができる。例え
ば、その全体形状も直管状でなく曲管状であってもよい
し、その横断面形状も通常は真円であるが四角、六角、
楕円等とすることもでき、更にはハニカム状又は蓮根状
のように複数の流路孔を有してもよい。この材料は銅に
限定されることなく、他の金属、ガラス等とすることも
できる。
限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変
更した実施例とすることができる。即ち、上記管状体と
は、所定の混合溶液を通過させるものであればよく、そ
の大きさ、長さ、全体形状、断面形状、材質等は、目的
、用途により種々のものを選択することができる。例え
ば、その全体形状も直管状でなく曲管状であってもよい
し、その横断面形状も通常は真円であるが四角、六角、
楕円等とすることもでき、更にはハニカム状又は蓮根状
のように複数の流路孔を有してもよい。この材料は銅に
限定されることなく、他の金属、ガラス等とすることも
できる。
混合溶液も前記種類の媒体に限定されず、その種類、混
合率等により受光量等が異なりその濃度を測定できるも
のであればよく、使用溶媒により最適条件を選択して実
施できる。また、通常２戊分混合溶液を用いるが、これ
に限定されず３成分等であっても適切に検量線がかける
ものであればよい。
合率等により受光量等が異なりその濃度を測定できるも
のであればよく、使用溶媒により最適条件を選択して実
施できる。また、通常２戊分混合溶液を用いるが、これ
に限定されず３成分等であっても適切に検量線がかける
ものであればよい。
発光素子及び検出手段としても、他の公知のものを用い
ることができる。収東点検出手段としても種々の公知の
手段を用いることができる。前記実施例ではこの検出は
手動操作であったが、受光面の移動、受光量の測定及び
記憶、並びに収束点の決定、濃度への換算等の操作−を
自動化したもの、例えば画像処理装置とすることもでき
る。これらは直接管状体に取りつけた構或としてもよい
。
ることができる。収東点検出手段としても種々の公知の
手段を用いることができる。前記実施例ではこの検出は
手動操作であったが、受光面の移動、受光量の測定及び
記憶、並びに収束点の決定、濃度への換算等の操作−を
自動化したもの、例えば画像処理装置とすることもでき
る。これらは直接管状体に取りつけた構或としてもよい
。
更に、発光素子による光の照射方法は、通常、ほぼ平行
光線を照射し、また管状体端面全体をほぼ均等に照射す
るが、これに限定されない。また光東径も目的等により
種々選択する。
光線を照射し、また管状体端面全体をほぼ均等に照射す
るが、これに限定されない。また光東径も目的等により
種々選択する。
光ファイバの長さ、太さ、材質、形態、取付け位置等も
種々選択でき、例えば材質は樹脂に限らずガラスでもよ
い。光ファイバを両端側の両方又はその一方に配置して
もよく、この場合は遠隔操作に便利である。更に、この
光ファイバを直接に管状体に取りつけた構戊としてもよ
いし、更には素子を直接取りつけたｔＩ４戊としてもよ
い。
種々選択でき、例えば材質は樹脂に限らずガラスでもよ
い。光ファイバを両端側の両方又はその一方に配置して
もよく、この場合は遠隔操作に便利である。更に、この
光ファイバを直接に管状体に取りつけた構戊としてもよ
いし、更には素子を直接取りつけたｔＩ４戊としてもよ
い。
上記作用に示すように、本濃度測定装置及びこれを用い
た濃度測定方法においては、簡単な光学系部分と管状体
との組合せにより広い濃度範囲まで良好な比例関係特に
直線性を示すので、その広い濃度範囲でかつ信頼性の高
い連続測定ができ、ｐＨに影響されず、電気的方法と比
べて電磁気的ノイズを受けにくいので安定して測定する
ことができる。しかも発熱又は吸熱をしないものまでも
適用できるので大変その適用範囲が広い。
た濃度測定方法においては、簡単な光学系部分と管状体
との組合せにより広い濃度範囲まで良好な比例関係特に
直線性を示すので、その広い濃度範囲でかつ信頼性の高
い連続測定ができ、ｐＨに影響されず、電気的方法と比
べて電磁気的ノイズを受けにくいので安定して測定する
ことができる。しかも発熱又は吸熱をしないものまでも
適用できるので大変その適用範囲が広い。
更に、光源の照度変動、小さな気泡等の不意の混入等の
影響を受けにくいので、測定の信頼性が高い。しかも、
特別に高精度の受光素子又は安定な光源を必要としない
ので、簡便かつ安価な方法とすることができる。
影響を受けにくいので、測定の信頼性が高い。しかも、
特別に高精度の受光素子又は安定な光源を必要としない
ので、簡便かつ安価な方法とすることができる。
特に、光ファイバを用いる場合には、この光ファイバを
延長することにより工程の遠隔管理ができ、大変有用で
ある。
延長することにより工程の遠隔管理ができ、大変有用で
ある。
第ｌ図は実施例ｌに係わる濃度測定装置の模式的説明図
、第２図は実施例ｌにおいてエタノールを媒体とした場
合の透過光が収東する状態を示す説明図、第３図は実施
例１において水を媒体とした場合の透過光が収束する状
態を示す説明図、第４図は実施例ｌにおいて流速と受光
量の関係を示すグラフ、第５図は実施例ｌにおいてエタ
ノール濃度と受光量の関係を示すグラフ、第６図は実施
例２に係わるモジュールの説明断面図、第７図は実施例
２において収束点位置の検出手段を示す説明図、第８図
は実施例１において反射鏡を用いて収束点位置を検出す
る説明図である。 １；管状体、２；導入手段、３；導出手段、４；レーザ
装置（発光素子）、５；受光量検出手段６；スクリーン
、７：収東点位置検出手段、８；反射鏡、Ａ；混合溶液
、Ｍ；モジュール、Ｐ；集束点の位置。
、第２図は実施例ｌにおいてエタノールを媒体とした場
合の透過光が収東する状態を示す説明図、第３図は実施
例１において水を媒体とした場合の透過光が収束する状
態を示す説明図、第４図は実施例ｌにおいて流速と受光
量の関係を示すグラフ、第５図は実施例ｌにおいてエタ
ノール濃度と受光量の関係を示すグラフ、第６図は実施
例２に係わるモジュールの説明断面図、第７図は実施例
２において収束点位置の検出手段を示す説明図、第８図
は実施例１において反射鏡を用いて収束点位置を検出す
る説明図である。 １；管状体、２；導入手段、３；導出手段、４；レーザ
装置（発光素子）、５；受光量検出手段６；スクリーン
、７：収東点位置検出手段、８；反射鏡、Ａ；混合溶液
、Ｍ；モジュール、Ｐ；集束点の位置。
Claims (2)
- （１）管状体内に混合溶液を層流状態で流すとともに、
該管状体の一端から光を入射させ、前記混合溶液中を透
過させて、他端から射出光を取り出し、その後、該射出
光の受光量又は集束点の位置を検出して、前記混合溶液
中の被測定溶媒の濃度により該受光量又は集束点の位置
が異なることを利用して該被測定溶媒の濃度を測定する
ことを特徴とする濃度測定方法。 - （２）混合溶液を層流状態で内部に流す管状体と、該管
状体の一端側に取り付けられ該管状体の内部に混合溶液
を導入する導入手段と、該管状体の他端側に取り付けら
れ該管状体から前記混合溶液を導出する導出手段と、該
管状体の一端側に、直接に又は送光用光ファイバを介し
て、配置される発光素子と、該管状体の他端側から取り
出された射出光の受光量又は収束点の位置を検出する検
出手段と、を具備することを特徴とする濃度測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1160104A JP2691366B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | 濃度測定方法及び濃度測定装置 |
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