JPS5928369Y2

JPS5928369Y2 - 界面電位測定装置

Info

Publication number: JPS5928369Y2
Application number: JP234679U
Authority: JP
Inventors: 啓治入山; 勝白木; 淑夫石井
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1979-01-12
Publication date: 1984-08-16
Also published as: JPS55103570U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、気−液界面または液＝液界面における界面電
位を測定する界面電位測定装置に関するものである。

従来、気−液界面または液−液界面における界面電位を
測定する手段としては、イオン化法や振動容量法が一般
に使用されている。

イオン化法は、気相または油相（液−液界面の場合にお
ける電気抵抗の大きい側の液相）側の電極に放射性元素
をつけ、気相また油相の電気抵抗を小さくして測定する
方法であるが、液−液界面に用いる場合には、ベンゼン
のような比較的電気抵抗の小さな油相にしか適用できな
い。

また、振動容量法では、気相または油相側の電極の面積
をある程度大きくして、それを電気抵抗のより大きい液
（一般には水を用いることが多いので、以下水と略記す
る）の面に近づけておき、これを上下に振動させると、
電極と水面との間に機械的振動に伴なう電気容量の変化
によって交番電圧が発生するので、これを利用して表面
電位が測定できる。

而して、この方法によれば、石油エーテルのように電気
抵抗が著しく大きい油相にも使用できるが、機械的に電
極を振動させなければならないために測定系が著しく擾
乱されることになる。

本考案は上記に鑑みなされたもので、電極に放射性元素
を付着したり、電極を機械的に振動させたりすることな
く、界面電位を測定できる測定装置を提供するものであ
る。

以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

まず、本考案の原理を第１図により説明すると、図示の
槽１内においては、互いに層状に接触する気相２及び水
相３の両方に純金板などからなる電極４，５をそれぞれ
配置し、水相３側の電極５には、外部のポテンショメー
タを利用してバイアス電圧をかけられるようにし、気相
２側の電極４は抵抗Ｒ１を介して高インピーダンス増幅
器６の入力部の一端に接続している。

両相２，３が共に液相の場合には、電極４は高インピー
ダンス液相側に配置することになる。

上記抵抗Ｒ１は、電極４，５間の電位差の逆転に対して
高感度で速やかな応答を得ると共に、増幅器６の入力部
に過大電圧がかかったときに回路を保護するためのもの
で、この抵抗Ｒ１を大きくすることにより時定数から測
定系の電気容量などを調べることができる。

また、上記増幅器６の入力部の他側には、電極４によっ
て感知した界面電位をパルスまたは矩形状のような交流
に変換して検出するために必要な変換素子７を接続して
いる。

この変換素子７は、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ−Ｔｒチョッ
パー等を利用して増幅器６の入力部に接続した接地抵抗
Ｒ２を変化させ、それによって増幅器６の増幅率を変化
させて入力電圧を交流に変換するものである。

即ち、増幅器６の増幅率Ａは、Ａ＝（Ｒ２＋Ｒ４）／
Ｒ２で表わすことができるから、チョッパーにより接
地抵抗Ｒ２を一定値から零に近い値（零にすると理論上
無限大増幅となるのでＲ３で調整するようにしている。

）の間で振動させると、それに応じて増幅率Ａは変化し
、入力電圧×最大増幅率による波高の矩形波が出力とし
て得られる。

上記振動の周期や出力波形等は、変換素子７を動かして
いる発振器によって適当に設定することができる。

界面電位の測定に当っては、交流に変換された上記出力
波形を、増幅器６の出力端子に接続した各種電位計、レ
コーダ、オシロスコープなどで検出し、このとき、水相
３側の電極５に加えたバイアス電圧を変化させて気（油
）相２側と水相３側の両電極４，５間の電位差が零にな
る点を読み取る。

例えばオシロスコープを使用する場合には、波形が逆転
する点でのバイアス電圧から電位差が零になることを確
かめ、それによって界面電位を求めることができる。

次に、本考案により実際に行った測定実験について説明
する。

第２図は、この実験に使用した装置の構成図である。

実験では、テフロン製のシャーレ（６Ｑｍｍφ、高さ
３０ｍｍ）１０内に純水２５ｍｌとｎ−ヘキサデカ
ン２５ｍ１を入れ、それらの間に液−液界面１１を作っ
た。

この界面１１をはさんで２枚の電極１２．１３を配置し
、水相１４側の電極１２を、油相１５と導通しないよう
に絶縁した導線によって外部のポテンショメータ・Ｐに
接続し、油相１５側の電極１３は、増幅回路１６におけ
る初段増幅器１６ａの入力部１７ａに抵抗Ｒ１を介して
接続した。

この電極１３は、中軸用コネクタを利用して接続し、必
要に応じて性能の異なる電極と交換できるようにしであ
る。

また、上記電極としては、油相１５側に２０ｍｍ角の純
金板（厚さ３ｍｍ）を用い、水相１４側に３０ｍｍ
角の純金板（厚さ０．０５ｍｍ）を用いている。

上記抵抗Ｒ１は１０７〜１０８Ｊ７．Ｃ，は２ＰＦ程度
として、電極１２．１３間の電位差が逆転した点を感度
よく読みとれるようにし、また、Ｒ工≧１０１０ｇにし
た場合、測定系の時定数が増大し、これを利用して測定
系の電気容量を求めることができた。

増幅回路１６の他側の入力部１７ｂは抵抗Ｒ２゜Ｒ３を
介して接地し、抵抗Ｒ３の前には変換素子１８としてＭ
ＯＳ−ＦＥＴ−Ｔｒチョッパーを挿入して出力波形が約
２００止の矩形波となるように設定した。

さらに、増幅回路１６は、抵抗Ｒ，，Ｒ，、Ｒ６でネガ
ティブフィードバック接続とし、各増幅器１６ａ、１６
ｂの端子に増幅回路が安定して作動できるような適当な
周辺回路を定め、各増幅器１６ａ、１６ｂの電源電圧は
±１２Ｖを使用している。

このように構成した装置において、電極１３により取出
された電位は、変換素子１８により矩形波に変換される
と共に、増幅回路１６で増幅されて出力されるため、こ
れをオシロスコープで検出し、このとき、ポテンショメ
ータＰを介して電極１２にかけたバイアス電圧を変えて
、増幅回路１６への入力電圧が零になる点をオシロスコ
ープ上で波形の反転または変化時に消失することから求
めた。

このときの電圧感度は非常に高く、±０．０１ｍＶまで
読み取ることができた。

次に、液−液界面に膜を作ったときのポテンショメータ
の読みを求めることにより、膜の表面電位を求めた。

また、空気−水界面の界面電位を調べるために、電極１
３を直径ｌＱＱｍｍの銅製電極としたところ、この電極
１３をかなり水面に近ずけることによって上記入力電圧
が零になる点を確認することができた。

この空気−水界面における界面電位測定のための専用装
置としては、上記第２図と同様に構成し、初段増幅器１
６ａのインピーダンスを１０１５〜１０”１度にしたも
のを使用すればよい。

以上詳述したように、本考案によれば、電極に放射性元
素を付着したり、電極を機械的に振動させたりすること
なく、界面電位を測定することができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本考案の原理を説明するための構成図、第２図
は本考案により行った実験に使用した装置の構成接続図
である。２・・・・・・気相、３・・・・・・水相、４・・・・
・・電極、６・・・・・・増幅器、７・・・・・・変換
素子。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

互いに層状に接触する気相と液相または液相と液相間に
おける界面電位を検出するための上記気相または高イン
ピーダンス液相側に静止状態で配置する電極と、低イン
ピーダンス液相側に配置する外部ポテンショメータでバ
イアス電圧をかけられる電極と上記電極で感知した界面
電位を増幅回路の増幅率を変化させることによってパル
スまたは矩形波等の交流に変換するための変換素子と、
上記変換素子によって変換された交流を増幅する高イン
ピーダンス増幅器とからなることを特徴とする界面電位
測定装置。