JPH10232202A

JPH10232202A - 微粒子の濃度定量方法

Info

Publication number: JPH10232202A
Application number: JP5112897A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nara; 雅之奈良; Hideto Furumi; 秀人古味; 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】液体中の微粒子の濃度を組成毎の定量測定す
る。【解決手段】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
度から液体中の微粒子の濃度を定量分析するものであ
り、液体中の微粒子に赤外領域の光を入射し、得られる
透過光又は反射光を分光して波長毎に吸収強度を測定す
る工程と、組成と濃度が既知の微粒子に対する赤外領域
光の吸収強度を波長毎に求める工程と、前記工程により
求めた既知の微粒子濃度に対する吸収強度を用いて、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、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体中に含まれる
微粒子の濃度を測定する定量方法に関する。

【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】

【発明が解決しようとする課題】通常、浄水，排水，あ
るいは製造工程中に生成される液体中には種々の組成成
分の微粒子が含まれており、そ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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】そのため、得られた測定結果を用いて液体
の管理を行う場合、微粒子の組成に対応した十分な管理
が期待できないことになる。

【０００８】そこで、本発明は上記従来の液体中の微粒
子測定の問題点を解決し、液体中の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濃度定量方法を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の微粒子の濃度定
量方法は、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、微粒子の組成にそれぞれ特徴的な異なる波長で吸
収がみられ、また、その吸収の強度はその微粒子の濃度
に応じたものとなる。

【００１０】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。

【００１１】本発明の微粒子の濃度定量方法は、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。

【００１２】微粒子の組成毎の濃度定量分析を行うため
に、本発明の微粒子の濃度定量方法は、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を
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、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。

【００１３】本発明の液体中の微粒子の濃度定量方法に
よれば、液体中の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。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
粒子の濃度を求めることができる。

【００１４】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。

【００１５】

【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は本発明の液体中の
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は本発明の液体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。

【００１６】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、吸収強度
を吸光度によって表している。

【００１７】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。

【００１８】この濃度が既知の微粒子について、各微粒
子に特徴的な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。

【００１９】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であり、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についての検量線につ
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）。

【００２０】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したり、フーリエ変換を用い
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。

【００２１】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）。

【００２２】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）。

【００２３】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にお
いて吸光度がＥB であることを表している。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。

【００２４】次に、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について説明する。図５〜図２
０は、本発明の微粒子の濃度定量方法を適用することが
できる装置の概略図であり、図５〜図１２に透過光を測
定光とする場合を示し、図１３〜図２０に反射光を測定
光とする場合を示す。また。赤外スペクトルを測定する
方法として、図５，６，１３，１４にグレーティングを
用いて分光を行う場合を示し、図７，８，１５，１６に
プリズムを用いて分光を行う場合を示し、図９，１０，
１７，１８にＭＣＴ検出器の出力をフーリエ変換する場
合を示し、図１１，１２，１９，２０にフィルターを用
いて特定波長域のみを選択的に通過させ検出する場合の
各構成例について示す。なお、透過光を用いる例では、
光学系としてレンズ系を用いた場合（図５，７，９，１
１）と反射鏡を用いた場合（図６，８，１０，１２）に
ついて示し、反射光を用いる例では、ハーフミラーを用
いた場合（図１３，１５，１７，１９）とカセグレン式
対物鏡を用いた場合（図１４，１６，１８，２０）につ
いて示している。

【００２５】以下、図５〜図２０の各構成例において、
図５に示す構成を例として構成および動作について説明
する。

【００２６】図５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。図５にお
いて、濃度測定部は、測定セルＳ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Ｓ内に集光させる
第１光学系３と、測定セルＳ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４ａ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
定する測定測定７を備える。

【００２７】また、図６は光学系として反射鏡４ｂを用
いた構成例であり、光学系以外は図５の構成例と同様の
構成である。

【００２８】図５，６において、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に用いて、入力した吸収強度
から各組成の微粒子の濃度を求める。

【００２９】次に、上記濃度測定装置を用いた微粒子の
濃度の定量測定について説明する。

【００３０】はじめに、測定セルＳ内に組成と微粒子濃
度が既知の標準懸濁液を導入し、光源２から測定セルＳ
に、レンズ系３ａ，４ａあるいは反射鏡４ｂを通して赤
外領域の光を放出する。測定セルＳ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な吸収
を示す波長で分光を行い、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。測定装置７は、検出器６で
求めた吸収強度値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す
る。

【００３１】上記した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。

【００３２】次に、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。測定セルＳ内に液体を導入
し、光源２から測定Ｓに赤外領域光を放出する。測定セ
ルＳ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
収光を選択的に取り出すために、分光波長を検出対象の
微粒子に特有の波長に設定する。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ができる。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。

【００３３】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、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、液体中にその検出対象の微粒子が存在しすることを
示す。これによって、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。

【００３４】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。

【００３５】次に、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、検出対象の液体か
ら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、検出対象の液体の分光で用いた波長
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、吸収スぺクトル中の吸収ピークを表す波長から求め
ることができる。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。

【００３６】前記図５，６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７，８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７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８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７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。

【００３７】図９〜図１２は干渉光を用て赤外スペクト
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９，１０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１１，１２に示す。

【００３８】図９，図１０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１１，図１２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。

【００３９】図１３〜図２０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１３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１４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。

【００４０】また、図１５，１６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１５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１６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１５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。

【００４１】図１７〜図２０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１７，１８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１９，２０に示す。図１７，図１８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１９，図２０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。

【００４２】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２１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２１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２２に示す検
量線を求めることができる。

【００４３】従って、図２２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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の微粒子の
濃度定量方法によれば、液体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】本発明の微粒子の濃度定量方法を説明するため
の図である。

【図２】本発明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る。

【図３】本発明の検量線を用いた濃度定量方法を説明す
るするための概略図である。

【図４】本発明の検量線を用いた濃度定量方法を説明す
るするための概略図である。

【図５】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１の概略図である。

【図６】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７】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８】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９】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１０】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７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８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９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１０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１１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１２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１３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１４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１５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１６の概略図である。

【図２１】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２２】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濃度測定装置２光源３，４光学系４ａレンズ系４ｂ反射鏡４Ａハーフミラー４Ｂカセグレン式対物鏡５分光器５ａグレーティング５ｂ光学系５ｂ１プリズム５ｂ２スリット５ｃバンドパスフィルター６検出器７測定装置８ＭＣＴ検出器Ｓ測定セル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、微粒子の組成と
濃度を求めることを特徴とする微粒子の濃度定量方法。
【請求項２】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記載の微粒子の濃度定量方法。