JPH0777506A

JPH0777506A - 水分測定装置

Info

Publication number: JPH0777506A
Application number: JP25435393A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Ebara; 勝夫江原; Kouji Akazawa; 興士赤沢; Akihiro Ichiyoshi; 章浩市吉; Masumi Nishitani; 眞澄西谷; Masanori Hirai; 正徳平井; Hiromasa Katou; 弘眞加藤; Yamao Itou; 日本男伊藤
Original assignee: TOKO KAGAKU KENKYUSHO KK; Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: TOKO KAGAKU KENKYUSHO KK; Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1993-07-12
Filing date: 1993-10-12
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【構成】水分測定装置であって、試料を収容する絶縁
性非磁性容器、該絶縁性非磁性容器の周囲に配置された
励起用電極、および、該励起用電極より所定間隔をおい
て前記絶縁性非磁性容器の周囲に捲回された検出用コイ
ルを含有する検出部、前記励起用電極に周波数を掃引し
ながら高周波を印加する高周波発生部、並びに、前記検
出用コイルに電気的に接続され、かつ、試料中の水分を
測定する計測部から構成されてなることを特徴とする。【効果】本発明の水分測定装置によれば、高精度およ
び高再現性の水分測定が可能となるだけでなく、容易な
操作で水分測定が可能となり、測定に供した試料を損な
うことなく、試料の連続測定が可能な、安価な水分測定
装置とすることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は試料中の水分測定装置に
関するものである。さらに詳しくは、試料に非接触で水
分を測定するための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】試料中の水分測定は従来より広く行われ
ており、一般的な測定方法としては、乾燥法、カールフ
ィッシャー法、赤外線吸収法などがあげられる。乾燥法
は、試料を加熱乾燥しその時の重量変化から水分を測定
する方法である。カールフィッシャー法は、ヨウ素、二
酸化硫黄、ピリジンを含有するカールフィッシャー試薬
が、メタノールの存在下で水と特異的に反応することを
利用して水分を測定する方法である。また、赤外線吸収
法は、水分子が特定波長域の赤外線を吸収することを利
用して水分を測定する方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、乾燥法
による水分測定では、水以外の低沸点化合物も水分とし
て測定してしまうこと、カールフィッシャー法による水
分測定においては、試薬が必要であること、試料および
カールフィッシャー試薬が直接電極と接触するため、試
料と試薬とが化学反応して試料が変質してしまう等の難
点があった。また、赤外線吸収法による水分測定では、
高価な精密光学機器を使用すること、特定波長における
吸収を測定するので他の成分の吸収による影響を受ける
こと、例えば試料中に気泡を含有すると測定結果が影響
を受けるので再現性が不十分であり、連続測定において
は送光および受光の窓面が反応系内で汚染される等、長
期使用に際して難点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる難
点を克服して試料中の水分測定を行うことを可能とする
水分測定装置を得るべく鋭意検討の結果、試料に周波数
を掃引しながら印加し、印加位置から所定の間隔離れた
位置で検出された誘起電圧が最大となる周波数と水分の
関係、または、誘起電圧の最大値と水分の関係、また
は、各周波数における誘起電圧積算値と水分の関係に基
づいて、試料の水分量を検出し得るように構成された水
分測定装置とすることにより前記課題が解決されること
を見出し本発明に到達した。

【０００５】本発明の目的は、高精度及び高再現性の水
分測定を可能とする水分測定装置を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、操作が容易な水分測定装置を
提供することにある。本発明の別の目的は、測定によっ
て試料を損なうことなく、試料と測定端子が非接触であ
り、かつ、試料の連続測定を可能とする水分測定装置を
提供することにある。

【０００６】しかして、かかる本発明の目的は、試料を
収容する絶縁性非磁性容器、該絶縁性非磁性容器の周囲
に配置された励起用電極、および、該励起用電極より所
定間隔をおいて前記絶縁性非磁性容器の周囲に捲回され
た検出用コイルを含有する検出部、前記励起用電極に周
波数を掃引しながら高周波を印加する高周波発生部、並
びに前記検出用コイルと電気的に接続され、かつ、試料
中の水分を測定する計測部、から構成されてなることを
特徴とする水分測定装置、によって容易に達成される。

【０００７】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明の水分測定装置の構成は、試料を流通させる絶縁性
非磁性容器、該非磁性容器の周囲に配置された励起用電
極、および、該励起用電極より所定間隔をおいて前記絶
縁性非磁性容器の周囲に捲回された検出用コイルを含有
する検出部；前記励起用電極に周波数を掃引しながら高
周波を印加する高周波発生部；前記検出用コイルに電気
的に接続され、かつ、試料中の水分を測定する計測部か
ら構成されている。試料を直接検出用コイルを捲回した
絶縁性非磁性容器内に導入すると、試料中の水分の違い
によって生じる誘電率の変化に基づいて前記検出用コイ
ルの静電容量が変化する。この時前記励起用電極に高周
波電圧を印加すると、検出用コイルが特定の周波数に対
して共振状態となり、前記検出用コイルの誘起電圧が最
大となる。従って、共振状態となる周波数、誘起電圧の
最大値、および、各周波数における誘起電圧積算値から
成る群のいずれかを測定し、該誘起電圧が最大となる
周波数と水分の関係、誘起電圧の最大値と水分の関係、
または、各周波数における誘起電圧積算値と水分の関係
により水分を測定する。

【０００８】本発明の水分測定装置において、水分と
は、固体、液体および気体物質に含有される含水率を表
すが、物質表面に付着している付着水や物質に吸着され
ている吸着水、物質に化学的に結合している水和水など
であってもよい。本発明の水分測定装置において、検出
部は、少なくとも試料を収容する絶縁性非磁性容器、該
絶縁性非磁性容器の周囲に配置された励起用電極、およ
び、該励起用電極から所定間隔をおいて、かつ、前記絶
縁性非磁性容器の周囲を捲回するように配置されている
検出用コイルを含有する。

【０００９】本発明の水分測定装置において、絶縁性非
磁性容器は試料を収容するが、試料は容器内を流通して
もよいし、容器内に充填してもよい。本発明の水分測定
装置において絶縁性非磁性容器の形状は、特に限定され
るものではないが、円柱状または多角柱状であることが
一般的であって、円柱状であることが好ましい。また、
容器の一端は、閉鎖されていてもよいが、開放されてい
る場合には試料を流通させることが可能となるので、プ
ロセス等において試料を連続的に測定する際には特に好
適である。

【００１０】本発明の水分測定装置において容器の材質
は、絶縁性および非磁性であれば特に限定はされない
が、例えば石英、ホウ酸ガラス、アルミナ、炭化ケイ素
またはプラスチックなどから適宜選択して用いることが
できる。本発明の水分測定装置において、励起用電極
は、絶縁性非磁性容器の周囲に配置されている。該電極
の形状はリング状であってもよいし、平板状であっても
よい。

【００１１】本発明の水分測定装置において、検出用コ
イルは、試料中の水分の違いによる誘電率の変化を静電
容量の変化として捕らえるため、静電容量の大きな単相
コイルからなることを特徴とする。したがって、容器の
周囲を少なくとも数回以上捲回しないと、試料中の水分
を静電容量の変化として正確に捕らえることが困難とな
ることがある。

【００１２】また本発明の検出部には、検波回路が備え
られていることが好ましい。該検波回路は、検出コイル
からの送信信号の中から必要な信号波形を選択して取り
出すが、一般的に検出コイルと計測部との間に電気的に
接続される。本発明の水分測定装置において、高周波発
生部は周波数を掃引しながら高周波を前記励起電極に印
加する。該高周波発生部の構成は特に限定されるもので
はないが、一般的には、発信器、分周カウンター、Ｄ−
Ａコンバーターおよび電圧制御発振器より構成される。

【００１３】発信器の出力は、分周カウンターで分周さ
れ、特定の発信基準ステップ、特定の掃引周期および特
定の掃引停止ゲートパルス等の各タイミング信号を送り
だす。次に、発信基準ステップ信号からＤ−Ａコンバー
ターを経て出力積算された特定の直流電圧波形を作り、
電圧制御発振器でＶ／Ｆ変換することにより、特定の掃
引周期および特定の周波数範囲を有する高周波を作りだ
す。

【００１４】前記発信器は、特に限定されるものではな
いが、水晶発信器であることが好ましい。前記特定の発
信基準ステップは、周波数の精度を決める基準であっ
て、一般的には０．０１〜１ミリ秒の範囲から選択され
る。前記掃引周期は、応答時間（測定時間）に応じて決
定される。該掃引時間は特に限定されるものではない
が、水分測定であることを考慮すると、一般的には０．
１〜数秒の範囲から選択される。

【００１５】前記掃引停止ゲートパルスは、一般的には
０．００１〜１ミリ秒の範囲から選択される。前記特定
の直流電圧波形は、特に限定されるものではないが、水
分測定であることを考慮すると、特定周期のランプ波
形、即ち図１に示すような横軸に時間、縦軸に電圧をプ
ロットした際に鋸歯状となる波形であることが好まし
い。

【００１６】前記特定の周波数範囲は、特に限定される
ものではないが、一般的には、数ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ
の範囲から選択される。本発明の水分測定装置において
計測部は、前記検出用コイルと電気的に接続され、誘起
電圧が最大となる共振周波数、および、誘起電圧の最大
値、または、各周波数における誘起電圧積算値から成る
群のいずれかに基づいて試料中の水分を測定する。

【００１７】該計測部は、特に限定はされないが、誘起
電圧のピ−ク値を検出、記憶するピークホールド回路；
後述する基準値との比較を行うコンパレ−タ−回路；誘
起電圧ピ−ク時の周波数を計測する周波数計測回路；水
分の測定範囲の設定／校正／表示／出力等を行うＩ／Ｏ
回路より構成されていることが一般的で、これらはＣＰ
Ｕ（Central Processing Unit ）で制御されている。

【００１８】図２に示すように、高周波発生部１より掃
引しながら高周波を試料に印加すると、検出部２におい
て検出コイルの静電容量は容器内に存在する試料中の水
分によって変化し、特定周波数に対して共振現象を引き
起こす。そして共振時に生じた誘起電圧は検波回路を通
じて計測部３に送出される。また、計測部３には、高周
波発生部１より掃引信号、掃引停止ゲ−トパルス等の信
号が送出されている。

【００１９】計測部３においては、例えば図３（１）に
示すように、まず１回めの掃引で検出コイルに誘起され
る誘起電圧のピ−ク値Ｖ（ｆ₁）をピ−クホ−ルド回路
により検出し、同ピ−ク値から所定の値ΔＶ（ｆ₁）低
下した値をコンパレ−タ−の基準値として設定する。次
に、図３（２）に示すように、２回目の掃引で検出用コ
イルに誘起された誘起電圧のピ−ク値の低下点（ΔＶ，
ｆ₁）をコンパレ−タ−回路で検出し、同時に周波数計
測回路により同点における掃引周波数ｆ₂およびｆ₃を
計測し、誘起電圧Ｖにおける共振周波数ｆ₀（ｆ₀＝
（ｆ₂＋ｆ₃）／２）を求める。次に、得られた共振周
波数ｆ₀を用いて、予め作成された共振周波数と水分の
検量線より試料の水分を算出する。

【００２０】また、検出部２においては、誘起電圧が最
大となる周波数と水分の関係だけでなく、誘起電圧の最
大値と水分の関係、または、各周波数における誘起電圧
積算値と水分の関係からも試料中の水分を算出すること
ができる。また、前記検出コイルの近傍には、温度測定
素子が備えられていることが好ましい。該温度測定素子
が備えられている場合には、例えば図４に示すような、
共振周波数を縦軸に、水分を横軸として作成した測定試
料の各温度における検量線から試料の水分をより正確に
算出することが可能となる。

【００２１】そして、試料中に電解質が含有されている
場合には、試料の誘起電圧の最大値が低くなるので、本
発明の水分測定装置には、導電率測定素子が設けられて
いるとさらに好適である。一般的に、試料中に電解質が
含有されている場合には、試料の誘起電圧の最大値が低
くなる。該導電率測定素子が備えられている場合には、
得られた導電率をＡ／Ｄ変換して計測部３へ送出し、例
えば図６に例示するように、測定された水分に得られた
導電率に対応する補正係数を乗じることにより、試料の
より正確な水分を計測することが可能となる。

【００２２】前記試料の導電率の測定方法としては、特
に限定はされないが、例えば、不活性な金属電極からな
る導電率セルを用いて、試料の導電率を測定する方法、
及び、導電率と誘起電圧の最大値の間には相関関係があ
ることから、図５のような誘起電圧の最大値と導電率の
関係を示すグラフから導電率を求める方法などがあげら
れる。

【００２３】前記導電率に対応する補正係数は、特に限
定はされないが、例えば以下のようにして算出すること
ができる。まず、電解質を含有する複数の溶液につい
て、カールフィッシャー滴定装置、及び、本願発明水分
測定装置の両方を用いて、それぞれ水分濃度及び導電率
を測定する。次に、横軸を導電率、縦軸を（本願発明装
置を用いて測定した水分／カールフィッシャー滴定装置
を用いて測定した水分）、として検量線を作成する。こ
れにより、試料の導電率に対する補正係数を求めること
ができる。

【００２４】次に、得られた水分は、表示器に送信され
て水分を表示し、アナログ出力、シリアル出力、およ
び、制御出力を各出力端子に送出する。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の
実施例に何ら限定されるものではない。実施例１円柱状の絶縁性非磁性容器を用いて、水分量１８．３％
としたＮ−メチル−２−ピロリドンを標準試料とし、本
発明の水分測定装置を用いて試料中の水分量を連続測定
した。その際、検出用コイル近傍には試料温度測定素子
を設け、温度補正を行った。

【００２６】測定結果は、１８．０％であり、容易な操
作で高精度の測定結果が得られた。実施例２実施例１と同様に、円柱状の絶縁性非磁性容器を用い
て、水分量１７．２％とした、複数の互いに異なる濃度
の電解質を含有するＮ−メチル−２−ピロリドンを標準
試料とし、本発明の水分測定装置を用いて試料中の水分
量を測定した。その際、検出用コイル近傍に試料温度測
定素子及び導電率測定セルを設け、温度補正及び図７と
して示すグラフを用いて補正係数を算出し、導電率補正
を行った。

【００２７】測定結果を表−１に示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】測定結果は、１７．２±０．２％であり、
容易な操作で高精度の測定結果が得られた。

【００３０】

【発明の効果】本発明の水分測定装置によれば、高精度
及び高再現性の水分測定が可能となるだけでなく、容易
な操作で水分測定が可能となり、測定に供した試料を損
なうことなく、試料の連続測定が可能な、安価な水分測
定装置とすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋸歯状の掃引基準信号を示す模式図である。

【図２】水分測定装置の模式図である。

【図３】共振周波数（ｆ₀）の計測方法を示す模式図で
ある。

【図４】試料中の水分を求める検量線の一例である。

【図５】試料の導電率に対するピーク電圧の値を示すグ
ラフである。

【図６】試料の導電率に対する補正係数を求めるグラフ
の一例である。

【図７】実施例２において、試料の導電率に対する補正
係数を求めるグラフである。

【符号の説明】

１高周波発生部２検出部３計測部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者市吉章浩東京都杉並区高井戸西一丁目18番８号株式会社東興化学研究所内 (72)発明者西谷眞澄東京都杉並区高井戸西一丁目18番８号株式会社東興化学研究所内 (72)発明者平井正徳東京都千代田区丸の内二丁目５番２号三菱化成株式会社内 (72)発明者加藤弘眞神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地三菱化成株式会社総合研究所内 (72)発明者伊藤日本男神奈川県茅ヶ崎市円蔵370番地三菱化成株式会社茅ヶ崎事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を収容する絶縁性非磁性容器、該絶
縁性非磁性容器の周囲に配置された励起用電極、およ
び、該励起用電極より所定間隔をおいて前記絶縁性非磁
性容器の周囲に捲回された検出用コイルを含有する検出
部、前記励起用電極に周波数を掃引しながら高周波を印加す
る高周波発生部、並びに前記検出用コイルに電気的に接
続され、かつ、試料中の水分を測定する計測部、から構
成されてなることを特徴とする水分測定装置。