JPS6353438A - 水溶液中の有機材料の濃度測定方法及びその装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、有機材料が溶解された水溶液中の有機材料濃
度を連続的に、しかも短時間で、また安価な構造で測定
することができる水溶液中の有機材料の濃度測定方法及
びその装置に関する。

〔従来技術〕

−Ｉ’ｌに、例えばエチルアルコールなどの有機材料が
溶解された水溶液中の有機材料濃度を測定する場合には
、比重による差異を利用した浮標式比重計や、光学原理
に基づく赤外線液体分析器、若しくは内容積既知のもの
との重量計算によるビクノメーターあるいはパイセンサ
ー等を使用する方法が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、前記浮標式比重計や、赤外線液体分析器、と
クツメーターを用いた方法では、測定ごとにサンプルを
採取する必要があって、連続測定できないという欠点が
あり、また特に赤外線液体分析器を使用する方法では高
価なものとなり、さらに前記バイオセンサーによる？Ｈ
ｔ度測定方法ではその寿命が短い上に高価であるという
欠点があった。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、
連続測定が可能であり、また安価であり、さらに測定寿
命の長い水溶液中の有機材料の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。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本第−発明に係る水溶液中の有機材料の濃度
測定方法の特徴構成は、ｔＯ水性多孔質材料で形成され
るガス透過隔壁を有する気液分離室を、有機材料が溶解
される水溶液に接触させ、前記気液分離室に気体を連続
して流入させるとともに有機材料を気液分離室内に透過
させて、気液分離室から前記有機材料が混入された気体
を取り出し、この混合気体をガスセンサーに供給して有
機材料の濃度を測定する点にあり、その作用及び効果は
次の通りである。

〔作　用〕

つまり、（Ｄ水性多孔質材料で形成されるガス透過隔壁
は水をはじき、ガス状の有機材料を特に透過させ易いと
いう特性を有していることから、このガス透過隔壁を有
する気液分離室を有機材料が溶解された水溶液に接触さ
せて、気液分離室の一方側から気体を連続して供給する
とともに、気液分離室の他方側から気体を取り出すこと
により、有機材料の気液分離室内への透過と、この有機
材料の蒸気が前記気体とともにガスセンサ側へ吸引され
る平衡状態において、混合気体中の有機材料の濃度と前
記水溶液中の有機材料の濃度は比例関係にあり、しかも
その応答性も早いことから、混合気体中の有機材料濃度
をガスセンサへ導いて測定すれば、前記水溶液中の有機
材料の濃度を短時間で連続して測定することができる。

しかも、この装置は（θ水性多孔質材料で形成されるガ
ス透過隔壁を用いただけのものであるから、安価であり
、測定寿命も長いものである。

［発明の効果］ その結果、水溶液中における有機材料の濃度が変化する
ものであっても、前記のように連続測定が可能であるか
ら、逐次測定することができ、例えば醸造用アルコール
の製造等において、そのアルコール濃度の熟成あるいは
抑制等に対して早急に対応することができる。しかも、
安価で測定寿命の長い水溶液中の有機材料の濃度測定方
法が達成できた。

〔問題点を解決するための手段〕

また、本第二発明に係る水溶液中の有機材料の濃度測定
装置の特徴構成は、↑Ｄ水性多孔質材料で形成されるガ
ス透過隔壁を有する気液分離室に、気体を流入する流入
管を接続するとともに、前記気液分離室から有機材料が
混入された混合気体をガスセンサーへ送る流出管を気液
分離室に接続しである点にあり、その作用及び効果は次
の通りである。

〔作　用〕

上記したように、水をはじき、ガス状の有機材料を透過
させるというガス透過隔壁の選択的特性を利用して、水
溶液中の有機材料の濃度を連続して測定することができ
、しかも、この装置はガス透過隅壁に流入管と流出管と
を設けただけの構造であるから、安価であり、また測定
寿命も長いものである。

〔発明の効果〕

その結果、連続測定が可能であり、しかも安価であり、
また構造も簡単でコンパクトであるから、各プラント等
に而単に取り付けることもできる。さらに、測定寿命の
長い水溶液中の有機材料の濃度測定装置が得られた。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を、水溶液としてエチルアルコール
が含まれるビール、ウィスキー、清酒などの醸造タンク
（７）内のエチルアルコール濃度の測定について説明す
る。

まず、濃度測定装置（１０）について説明すると、第２
図に示すようにポリエチレンの焼結体で円筒状に形成さ
れるガス透過隔壁（１）の底部に底板（８）を気密的に
取り付けて閉塞するとともに、ガス透過隔壁（１）の上
部に蓋体（９）を取り付けて気液分離室（２）を形成し
、この気液分離室（２）の蓋体（９）に流入管（５）と
流出管（６）とをそれぞれ気密的に接続して濃度測定装
置（１０）が構成されている。

前記ガス透過隔壁（１）は、ＩΩ水性を有し、かつ多孔
質なものであって、水はこのガス透過隔壁（１）を透過
しないけれども、有機材料とは親和性が良く、特にこの
有機材料のガス状分子を良好に透過させるという特性を
有しているものである。

さて、第１図は前記測定装置（１０）を用いて、醸造タ
ンク（７）内のエチルアルコール濃度を測定する装置全
体の概略を示したもので、図中（１１）は補助タンクで
、循環ポンプ（１２）を備えた供給管（１３）と返送管
（１４）とで醸造タンク（７）に接続され、醸造タンク
（７）内のエチルアルコール水溶液（３）が補助タンク
（１１）との間で循環するようになっている。この補助
タンク（１１）内には前記本発明に係る濃度測定装置（
１０）の下部が浸漬されている。また、図中（４）はガ
スセンサであって、このガスセンサ（４）はガスセンサ
回路部（１５）、このガスセンサ回路部（１５）に電源
を供給するセンサ直流安定化電源（１６）、ガスセンサ
回路部（１５）からの出力を増幅する増幅器（１７）、
増幅器（１７）に接続された濃度指示計（１８）から構
成され、前記濃度指示計（１８）は記録計（１９）に接
続されている。

前記濃度測定装置（１０）に接続され流出管（６）はポ
ンプ（２０）及び一対の電磁弁（２１）（２１）を備え
た連結管（２２）を介してガスセンサ回路部（１５）に
接続され、また濃度測定装置（１０）に接続された前記
流入管＜５）の先端部は大気に開放している。

次に濃度測定方法について説明する。

前記濃度測定装置（１０）を補助タンク（１１）内に浸
漬した状態でポンプ（２０）を駆動させると、流入管（
５）から空気が気液分離室（２）内に吸い込まれ、それ
からこの気液分離室（２）内で補助タンク（１１）ら透
過した有機材料の蒸気を含んだ空気は流出管（６）及び
連結管（２２）を介して前記ガスセンサ回路部（１５）
に送られ、ガスセンサ回路部（１５）において混合気体
に含まれる有機材料の濃度が測定されるのである。

すなわち、ガス透過隔壁（１）は撥水性であり、かつ有
機材料の蒸気を特に選択的に透過するという性質を有し
ていることから、ガス透過隔壁（１）と水溶液（３）と
の接触面から有機材料の蒸気が気液分離室（２）内に透
過し、この有機材料が空気と一緒にガス状態で前記ガス
センサ回路部（１５）に送られるのである。そして、ポ
ンプ（２０）による空気の吸引流量、エチルアルコール
水溶液（３）の液温、水溶液（３）とガス透過隔壁（１
）との接触面積及びガス透過隔壁（１）の厚さ等が設定
されて平衡状態に達すると、水溶液（３）内のエチルア
ルコールの濃度と前記混合空気内に含まれる有機材料の
濃度（即ち前記ガスセンサにおける値）とは比例関係に
あることから、濃度が既知の水溶液（３）に対してガス
センサ（４）の値をサンプリングしておけば、未知のエ
チルアルコール水溶液（３）に対してもガスセンサ（４
）の値を演算することで、短時間で水溶液（３）内のエ
チルアルコール濃度を測定することができるのである。

また、前記気液分離室り２）内はポンプ（２０）で吸引
されていてやや減圧状態となっており、このことも水溶
液り３）内の有機材料が気液分離室（２）内に透過する
のを助長するとともに、有機材料の蒸発を促進している
。

また、前記ガス透過隔壁（１）は、長時間の連続測定に
よって細孔内に水溶液が侵入し、応答が低下する傾向に
あるが、その場合には前記電磁弁（２１）　（２１）を
切り換えるとともに、ポンプ（２０）の吹き出し方向を
変えて分岐管（２４）から空気を吸い込み、返送管（２
５）を介して気液分離室（２）内に空気を送るようにす
ればガス透過隔壁（１）の細孔内に詰まった水溶液（３
）を除去して応答を回復することができる。向上記実施
例では補助タンク（１１）内に濃度測定装置（１０）を
浸漬したが、直接装置（１０）を醸造タンク（７）内に
浸漬して測定するようにしても良い。

次に具体的数値を挙げて説明する。

第２図に示すように、濃度測定装置（１０）のガス透過
隔壁（１）として、内径が１０鶴、外径が１４０、長さ
が１００ｍｍ、水溶液との接触部分の長さが８０１のポ
リエチレン焼結バイブを使用し、この装置（１０）を第
３図のように８０ｍ　！２のエチルアルコール水溶液（
３）が入れられたＬｏｏｍ　１のメスシリンダに浸漬し
て、水溶液（３）の液温２５度、吸引流量４００ｃｃ／
ｍｉｎに設定した場合の水溶液（３）中に於けるエチル
アルコール濃度とガスセンサ（４）におけるガス検知器
出力の値を測定した。

測定結果を第４図に示す。また、その際の水溶液中のエ
チルアルコール（濃度１０容量パーセント）に対する注
入開始から平衡に達するまでの応答曲線を第５図に示す
。

前記第４図及び第５図から水溶液におけるエチルアルコ
ール濃度とガスセンサ検知器出力は比例関係にあり、し
かもその応答が非常に早いことが確認された。

〔別実施例〕

第６図には濃度測定装置（１０）をＵ字状に構成したも
のが示されている。ガス透過隔壁（１）は孔径１．０ミ
クロンの多孔質材料である四弗化エチレン樹脂（商標テ
フロン）で筒状に形成し、このガス透過隔壁（１）をＵ
字状に屈曲して形成される気液分離室（２）の両端部に
それぞれ塩化ビニル樹脂から成る流入管（５）と流出管
（６）とを樹脂製の蓋体（９）で気密状態で接続して濃
度測定装置（１０）が構成されている。なお、筒状のガ
ス透過障壁（１）の外径は１０　、０　鶴厚さは１鶴、
長さは１０５＊ｍ、全体の長さは１７５ｆｌに設定され
ている。

この装置を第６図に示すようにエチルアルコール水溶液
３００ｍ　ｌが入れられたポリ容器（２３）内に装置（
１０）の下端部の５０１１を浸漬し、前記と同様な条件
で吸引してエチルアルコール濃度とガスセンサ（４）に
おけるガス検知器出力の値と応答性を測定した。

その測定結果は第７図及び第８図に示すように、水溶液
におけるエチルアルコール濃度とガスセンサ検知器出力
が比例関係にあり、しかもその応答の非常に早いことが
確認された。

また、第９図に示すように、筒体（２６）の下端部の開
口に膜状のガス透過隔壁（１）を気密状態で取り付けて
気液分離室（２）を構成するようにしても良い。

尚、ガスセンサ（４）としては、種々のものが使用可能
であり、例えば有機材料の測定濃度に応じてガスセンサ
（４）の種類を選択するようにしても良い。例えばエチ
ルアルコールが１容量パ一セント以上程度の高濃度の測
定には、接触燃焼式センサを使用し、エチルアルコール
が１容量パ一セント以下程度の低濃度の測定には熱線形
半導体式センサを使用することができる。

これらのガスセンサは共に低消費電力型であって電力が
電池式の携帯型濃度計としても制作が可能なものである
。

さらに、ガス透過隔壁（１）の材料としては、撥水性を
有し、且つ多孔質なものであれば種々のものを使用する
ことができ、上記以外に例えばポリエチレン、ポリプロ
ピレン、シリコン樹脂系、ふっ素樹脂系などの多孔膜や
、ポリプロピレンの焼結多孔体、シリコン樹脂、ふっ素
の多孔体または中空多孔体等を使用することもできる。

さらに、上記実施例及び別実施例では、それぞれエチル
アルコール水溶液におけるエチルアルコールの濃度測定
について説明したが、メチルアルコール、ブチルアルコ
ール等のモノアルコール類を初め、グリコール、グリセ
リン等の多価アルコール類や、アセトン等のケトン類、
ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族溶剤の濃度測
定についても適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は醸造タンク内のエチルアルコール濃度を測定す
る装置全体を示した概略図、第２図は、濃度測定装置の
一部切欠断面図、第３図は濃度測定装置によるエチルア
ルコール濃度測定方法を示す断面図、第４図はガス検知
器の出力を示すグラフ、第５図はガス検知器の応答曲線
を示すグラフ、第６図は別実施例の濃度測定装置による
エチルアルコール濃度測定方法を示す断面図、第７図は
ガス検知器の出力を示すグラフ、第８図はガス検知器の
応答曲線を示すグラフ、第９図は別実施例の濃度測定装
置の断面図である。 （１）・・・・・・ガス透過隔壁、（２）・・・・・・
気液分離室、（３）・・・・・・水溶液、（４）・・・
・・・ガスセンサ、（５）・・・・・・流入管、（６）
・・・・・・流出管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］撥水性多孔質材料で形成されるガス透過隔壁（１
   ）を有する気液分離室（２）を、有機材料が溶解される
   水溶液（３）に接触させ、前記気液分離室（２）に気体
   を連続して流入させるとともに有機材料を気液分離室（
   ２）内に透過させて、気液分離室（２）から前記有機材
   料が混入された気体を取り出し、この混合気体をガスセ
   ンサー（４）に供給して有機材料の濃度を測定すること
   を特徴とする水溶液中の有機材料の濃度測定方法。 ［２］撥水性多孔質材料で形成されるガス透過隔壁（１
   ）を有する気液分離室（２）に、気体を流入する流入管
   （５）を接続するとともに、前記気液分離室（２）から
   有機材料が混入された混合気体をガスセンサー（４）へ
   送る流出管（６）を気液分離室（２）に接続してあるこ
   とを特徴とする水溶液中の有機材料の濃度測定装置。 ［３］前記気液分離室（２）が、有底筒状である特許請
   求の範囲第［２］項に記載の水溶液中の有機材料の濃度
   測定装置。 ［４］前記ガス透過隔壁（１）が、ポリエチレンの焼結
   体である特許請求の範囲第［２］項又は第［３］項に記
   載の水溶液中の有機材料の濃度測定装置。 ［５］前記ガス透過隔壁（１）が、ふっ素樹脂である特
   許請求の範囲第［２］項又は第［３］項に記載の水溶液
   中の有機材料の濃度測定装置。 ［６］前記有機材料が、エチルアルコールである特許請
   求の範囲第［２］項乃至第［３］項のいずれかに記載の
   水溶液中の有機材料の濃度測定装置。