JP3228773U - 水質分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】壁に垂れ流す現象及び液面の傾き現象による影響を受けることなく、より正確的に溶液を調製することができる一方、極微量の液体を計測することができ、非常に低濃度の溶液の調製に適する水質分析装置を提供する。【解決手段】水質分析装置は、容器２と、容器を載せ計量する電子天秤１と、容器と連通し、複数種類の液体を容器に輸送し、溶液を容器内で調製する送液装置３、４と、を備える。水質分析装置は、標準試料溶液を調製する第一作業モード、標準試料溶液を希釈して非標準試料溶液を調製する第二作業モード、および測定試薬を調製する第三作業モードを含む。作動中に、電子天秤により溶液が容器に輸送される前と輸送された後の重量を計量し、試料溶液の重量、体積と比重に換算することができる。電子天秤は感度が高くかつ検出限界が低いため、測定誤差が低下され、溶液の定量制度が向上される。【選択図】図１

Description

本実用新案は、水質検出の分野に関するもので、より具体的には、水質分析装置に関するものである。

オンライン水質分析装置は、水域の1つまたは複数のパラメーターを監視又は測定できる水質監測装置である。監視又は測定中、多くの場合、例えば、標準試料溶液や測定試薬のような幾つかの溶液と合わせて使用する必要があり、これらの溶液は消耗品で、通常、使用可能な量が足りない場合に補充する必要がある。従来の一部の水質分析装置には、このような溶液を頻繁に補充することを避け、装置の自動化度を高めるために、溶液の自動化調製モジュールが合わせて設置されている。

従来の溶液の自動化調製モジュールは、主に２種類に分けられる。
一つは、抽出口の高さを設定する抽出装置を採用し、すなわち抽出チューブの抽出口は、調製されようとする溶液の液体成分が入っている容器内の特定の高さに設けられ、抽出チューブは真空ポンプに接続され、容器内の液体は真空ポンプによって抽出され、容器の断面積に抽出工程中の液面の下がる高さをかけて、抽出された液体の体積が得られるため、異なる体積の液体を混合することで溶液を調製できる。しかし、一方、このような装置は溶液が壁に垂れ流れる現象が生じやすく、また、装置の傾いた配置または揺れによる液面の傾きも抽出された液体の体積に影響を与えるため、定量計測の精度は低い。

もう一つは、同様に、容積がそれぞれ特定された異なる液体を混合することにより溶液を調製し、具体的には、固定容量のシリンジを使用して液体を計測するが、当該装置は、モーターまたはシリンダー装置を利用して作業の精度を高めるのが困難である。
なお、従来の上記装置は、容積の計測の誤差が比較的大きいという問題で、いずれも極微量の液体（例えば、母液）を計測することができないので、濃度の低い溶液を調製することが困難である。

従来技術の上記問題に鑑みて、本実用新案は、壁に垂れ流す現象及び液面の傾き現象による影響を受けることなく、より正確的に溶液を調製することができる一方、極微量の液体を計測することができ、非常に低濃度の溶液の調製に適する水質分析装置が提供される。

具体的には、本実用新案の技術案１に係る水質分析装置は、容器と、容器と連通し、複数種類の液体を容器に輸送し、溶液を容器内で調製するための送液装置と、容器が載せられており、容器及び容器内液体を計量する電子天秤と、電子天秤に設置され、電子天秤によって計量された情報を出力する情報出力モジュールとを備えている。
上記技術案１によれば、電子天秤により、液体が容器に輸送される前と輸送される後の重量を計量し、液体は壁に垂れ流れても、容器の重量を増加させることができ、その重量の変化は情報出力モジュールによって出力された計量結果に反映されるため、壁に垂れ流れても測定結果に影響を与えることがない。なお、電子天秤の計量は従来の体積計量方法と比べ、高い精度を有し、より正確的に溶液を調製することができる。さらに、電子天秤は感度が高く（もしくは、検出限界が低く）、極微量の液体を比較的に正確に計量することができるので、非常に低濃度の溶液の調製に適する効果を有する。

本実用新案の技術案２に係る水質分析装置は、送液装置は、情報出力モジュールを通じ電子天秤と通信接続される。
上記技術案によれば、送液装置は電子天秤に通信接続され、電子天秤の情報出力モジュールから出力された測定データに基づき、送液装置の送液量を制御することができる。

本実用新案の技術案３に係る水質分析装置は、さらに、電子天秤及び送液装置とそれぞれ通信接続する制御システムを有する。
上記技術案によれば、制御システムは、電子天秤の情報出力モジュールから出力された計量結果により送液装置の送液量をフィードバック制御することができ、調製される溶液の濃度の精度を向上させる一方で、制御システムへの設定により、異なる濃度の溶液を自動的に調製することができる。

本実用新案の技術案４に係る水質分析装置は、容器は第一注入口と第二注入口を有し、送液装置は、容器の第一注入口と連通する第一送液装置と、容器の第二注入口と連通する第二送液装置とを有する。
上記技術案によれば、２つの液体が送液装置を通じて容器に輸送される前に混合することはないため、溶液の調製の精度が向上される。

本実用新案の技術案５に係る水質分析装置は、第一送液装置の入口と連通する溶剤貯蔵部と、第二送液装置の入口と連通する母液貯蔵部とを有する。
上記技術案によれば、送液装置の接続回路を制御することにより、容器内に母液を溶剤で希釈することができ、より正確に母液を標準試料溶液に調製することができる。

本実用新案の技術案６に係る水質分析装置は、第二送液装置の入口と連通する標準試料溶液貯蔵部を有する。
上記技術案によれば、送液装置の接続回路を制御することにより、容器内に標準試料溶液を溶剤で希釈することができる。上記形態により、試料の測定に合わせるように異なる濃度の標準試料溶液を取得することができ、測定の精度を向上させることができる。

本実用新案の技術案７に係る水質分析装置は、第一送液装置の入口と連通する第一試薬貯蔵部と、第二送液装置の入口と連通する第二試薬貯蔵部とを、有する。
上記技術案によれば、送液装置の接続回路を制御することにより、当該水質分析装置は測定試薬を自動的に調製することができる。

水質分析装置を、さまざまな作業モードで作動させ、異なる種類の溶液を調製する機能を備えることにより、当該水質分析装置はより多くの種類のパラメーターの測定試験を自動的かつより正確的に完了することができる。

本実用新案の技術案８に係る水質分析装置は、溶剤貯蔵部または第一試薬貯蔵部が、第一送液装置の入口側に設置され、第一送液装置との導通を切り替えるための第一切り替えバルブを備える。
上記技術案によれば、実際の溶液を調製する要求において、バルブの切り替えにより第一送液装置に接続される貯蔵部を変更することができ、よって、実際の生産の利便性が向上される。

本実用新案の技術案９に係る水質分析装置は、母液貯蔵部または標準試料溶液貯蔵部または第二試薬貯蔵部が、第二送液装置の入口側に設置され、第二送液装置との導通を切り替えるための第二切り替えバルブを備える。
上記技術案によれば、実際の溶液を調製する要求において、バルブにより第二送液装置に接続される貯蔵部を切り替えることができ、よって、実際の生産の利便性が向上される。

本実用新案の技術案１０に係る水質分析装置は、第一送液装置は蠕動ポンプであり、第二送液装置は電動シリンジである。
上記技術案によれば、蠕動ポンプと電動シリンジを組み合わせて使用することは、さまざまな用量のニーズに応じて適切な送液装置を選択するのに有利で、その中で、蠕動ポンプは大量の液体の注入を制御するために使用され、電動シリンジは少量の液体の注入を制御するために使用される。

本実施形態の水質分析装置の模式図である。 本実施形態の水質分析装置の第一作業モードの模式図である。 本実施形態の水質分析装置の第二作業モードの模式図である。 本実施形態の水質分析装置の第三作業モードの模式図である。

以下、本実用新案に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態のオンライン水質分析装置の構成模式図である。図１に示すように、本実施形態の水質分析装置において、容器２は電子天秤１に取り付けられ、電子天秤１により載せられ、電子天秤１は、容器２（その内部に含まれる液体を含む）の全重量を計量することができ、かつ電子天秤１は、情報出力モジュール１１を有し、電子天秤１の情報出力モジュール１１は、装置全体の制御システム５に通信接続されている。

容器２には、第一注入口３１と第二注入口４１が設けられている。本実施形態の水質分析装置はさらに、第一送液装置３と第二送液装置４を有し、第一送液装置３は、その液体流路の下流側において、第一注入口３１を通じて容器２と連通し、第二送液装置４は、その液体流路の上流側において、第二注入口４１を通じて容器２と連通する。第一注入口３１と第二注入口４１は、容器２に当接または接続されてもよく、または容器２の底部の上方に懸垂されてもよい。第一注入口３１と第二注入口４１の容器２の底部からの設置高さは、実際のニーズに応じて調整することができ、たとえば、比較的底部に近い位置に設置することができる。それにより、液体９が流動または滴下中に容器２の底部に大きな衝撃を与え、電子天秤１の読み取りが不安定になることを避けることができる。一部の実施形態では、読み取りが安定した後に最終数値を読み取ることで、液体の流れの衝撃による読み取りが不正確になる問題を避けることができる。

本実施形態の水質分析装置は、さらに、標準試料溶液９３の母液９２（または原液）、溶剤９１、標準試料溶液９３、試薬などの異なる種類の液体がそれぞれ貯蔵されている複数の貯蔵部１０を有する。そして、第一送液装置３の入口側には、第一送液装置３と連通する貯蔵部１０を切り替えるための第一切り替えバルブ（図示せず）が設けられており、第二送液装置４の入口側には、第二送液装置４と連通する貯蔵部１０を切り替えるための第二切り替えバルブ（図示せず）が設けられている。溶液を調製する際には、第一送液装置３と第二送液装置４は、必要に応じて第一切り替えバルブ、第二切り替えバルブに連通されている貯蔵部１０を切り替えることにより、対応する貯蔵部１０から対応する液体を抽出し、溶液の調製を実施できる。

具体的には、第一切り替えバルブ、第二切り替えバルブは、マルチポートバルブ（例えば、八ポートバルブ）であってもよく、かつ第一送液装置３、第二送液装置４の各液体流路の入口側に対応的に配置されている。

本実施形態において、溶液を調製する際には、第一切り替えバルブ、第二切り替えバルブを切り替えることにより、第一送液装置３と第二送液装置４の上流側の連通回路を調整することができる。一部の実施形態において、第一送液装置３と第二送液装置４は同一の貯蔵部１０と連通でき、異なる構造や類型を採用する送液装置（第一送液装置３と第二送液装置４）は、大量の液体の迅速な注入と少量の液体の正確な注入を制御する機能をそれぞれ担うことにより、液体注入の速度と精度のバランスを取ることができる。

本実施形態の水質分析装置は、電子天秤１、第一送液装置３と第二送液装置４にそれぞれ通信接続する制御システム５をさらに有し、制御システム５は電子天秤１との間の通信により、電子天秤１の情報出力モジュール１１から出力される計量データを取得することができ、当該計量データに応じて、第一送液装置３と第二送液装置４の動作を制御し、それにより第一送液装置３と第二送液装置４を流れる液体が容器２への流通および遮断を制御する。

本実施形態の水質分析装置の溶液自動化調製モジュールは、異なる貯蔵部１０と連通することにより、異なる種類の溶液を調製することができる。具体的には、分析装置の測定要求によって、本実施形態から提供される溶液自動化調製モジュールは、調製方法やパラメータを対応して調整することで異なる調製要求を満たすように、異なる調製要求に対して予め異なる作業モードが設定されることができる。具体的には、本実施形態における溶液自動化調製モジュールは、標準試料溶液９３を調製するための第一作業モード、標準試料溶液９３を希釈して異なる濃度の標準試料溶液９３を取得するための第二作業モード、および測定試薬を調製するための第三作業モードを含む。以上の作業モードの例示及び使用は例示的なものであり、一部の他の実施形態では、溶液自動化調製モジュールは、その中の一種または二種の作業モードを含んでもよく、または他の作業モードを含んでもよい。なお、一部の実施形態では、例えば、本実施形態の第三作業モードにおいて、同一の送液装置は複数の試薬の貯蔵部１０と同時に連通することもできる（例えば、電動シリンジ４２は試薬Ｂの第二試薬貯蔵部７−１、及び試薬Ｃの第三試薬貯蔵部８−１と同時に連通される）、又は、異なる時間帯にそれぞれ異なる貯蔵部１０と連通することもできる（例えば、電動シリンジ４２は第１回の液体抽出作業時に、試薬Ｂの第二試薬貯蔵部７−１と連通され、第２回の液体抽出作業時に、試薬Ｃの第三試薬貯蔵部８−１と連通される）。

また、本実施形態における水質分析装置中の容器２は、測定試薬を調製するためのプラットフォームを提供することができるが、測定試薬を調製する具体的な取得方法を限定するものではなく、たとえば、一部の実施形態では、測定試薬の調製は、測定試薬の母液９２を希釈することにより取得でき、異なる測定試薬、希釈水、標準試薬などを混合したり、さらには反応させたりすることによっても取得できる。
図２は本実施形態の水質分析装置の第一作業モードの模式図で、図３は本実施形態の水質分析装置の第二作業モードの模式図で、図４は本実施形態の水質分析装置の第三作業モードの模式図である。

図２から図４に示すように、本実施形態の水質分析装置の各作業モードにおいて、第一送液装置３は蠕動ポンプ３２を採用し、第二送液装置４は電動シリンジ４２を採用する。制御システム５は、検出器５１とＰＣシステム５２からなり、検出器５１は、電子天秤１の情報出力モジュール１１から出力された測定値を検出し、当該値をＰＣシステム５２にフィードバックできる。ＰＣシステム５２は、検出器５１のフィードバック数値により、内部プログラムを通じ、密度、体積、質量、濃度などのパラメーターの換算関係に従い、液体９（たとえば、母液９２または溶剤９１）の追加を継続する必要があるかどうかを計算し、次に、ＰＣシステムにおける制御モジュールは計算結果とフィードバック数値との間を比較することにより、蠕動ポンプ３２と電動シリンジ４２の開閉を制御できる。

図２に示すように、本実施形態の水質分析装置の第一作業モードにおいて、母液貯蔵部７には調製される標準試料溶液９３の母液９２が貯蔵されていて、溶剤貯蔵部６には溶剤９１(例えば、希釈水)が貯蔵されている。標準試料溶液９３の調製中に、まずＰＣシステム５２は、第二切り替えバルブを制御して電動シリンジ４２を母液貯蔵部７と連通させ、電動シリンジ４２を作動させ、電動シリンジ４２は母液９２を抽出する。次に、母液９２は、電動シリンジ４２と第二注入口４１を順に流れて容器２に入り、母液９２が入ると、容器２の重量を計量する電子天秤１の数値が変化していき、検出器５１は電子天秤１の数値ｍ_０をリアルタイムで取得し、当該数値ｍ_０をＰＣシステム５２にフィードバックする。ＰＣシステム５２は、数値ｍ_０と予め決定された閾値ｍ_１（調製された標準試料溶液９３の目標濃度、目標体積により決定される必要な母液９２の質量）との間を比較することにより、電動シリンジ４２の動作を制御する。例えば、ｍ_０＜ｍ_１であれば、電動シリンジ４２を使用して母液９２を送り続け、ｍ_０がｍ_１に達していれば、電動シリンジ４２の動作を停止し、ｍ_０＞ｍ_１であれば、必要な溶剤９１の目標重量または目標体積を改めて計算されることになる。

次に、所定重量の母液９２を計量してから、ＰＣシステム５２は電動シリンジ４２の作動を停止し、第一切り替えバルブを制御し、蠕動ポンプ３２を溶剤貯蔵部６と連通させた後、蠕動ポンプ３２を作動させ、容器２に所定の体積または重量の溶剤９１（希釈水）を入れる。当該所定の体積または重量は、ＰＣシステム５２が調製される標準試料溶液９３の目標濃度、目標容積などによって決定された必要な溶剤９１の体積または重量であってもよいし、ｍ_０から再計算して得られた必要な溶剤９１の目標重量、目標体積であってもよいし、他のいずれの適切な計算方法によって決定された重量または体積数値であってもよい。なお、目標を所定の重量の溶剤９１に入れると、フィードバック制御の方式は母液９２の入れ方を参考して実行することができる。

本実施形態の水質分析装置の第一作業モードにおいて、検出器51とＰＣシステム５２からなる制御システム５は、電子天秤１の計量データ結果を取得し、そのデータ結果から蠕動ポンプ３２と電動シリンジ４２の動作を制御することにより、母液９２を容器２内で標準試料溶液９３に調製する。電子天秤１の計量は感度、精度が高くかつ検出下限が低いため、固定容量装置を使用して母液９２の体積を計量することで発生する計量誤差を避け、標準試料溶液９３の調製の精度を向上させるとともに、非常に低濃度の標準試料溶液９３であっても、自動的に調製できる。容器２内で標準試料溶液９３の調製を完了した後、調製された標準試料溶液９３を、排出口２０から排出してから使用する、或いは対応する貯蔵部に輸送して貯蔵する。

図３に示すように、本実施形態の水質分析装置の第二作業モードにおいて、蠕動ポンプ３２に連通された溶剤貯蔵部6には溶剤９１が貯蔵されており、ＰＣシステム５２は第二切り替えバルブを制御し、電動シリンジ４２を標準試料溶液貯蔵部８と連通させ、標準試料溶液貯蔵部8には、標準試料溶液９３が貯蔵されている。第一作業モードと類似するように、容器２は、標準試料溶液９３を希釈するためのプラットフォームとすることができ、抽出された標準試料溶液９３に溶剤９１（例えば、希釈水）を加えることにより標準試料溶液９３を特定の倍数に希釈し、希釈された標準試料溶液９３を、排出口２０より排出してから使用する、或いは対応する貯蔵部に輸送して貯蔵する。

図４に示すように、本実施形態の水質分析装置の第三作業モードにおいて、ＰＣシステム５２は第一切り替えバルブを制御し、蠕動ポンプ３２を試薬Ａが貯蔵される第一試薬貯蔵部６−１と連通させるとともに、第二切り替えバルブを制御し、電動シリンジ４２を試薬Ｂが貯蔵される第二試薬貯蔵部７−１と連通させ、さらに、第二切り替えバルブを制御し電動シリンジ４２を試薬Ｃが貯蔵される第三試薬貯蔵部８−１と連通させることもできる。第一作業モードと類似するように、容器２は、測定試薬を調製するためのプラットフォームとすることができ、容器に所定質量又は体積の試薬Ａ、試薬Ｂ、試薬Ｃをそれぞれ加えることにより、所定の配合比率で測定試薬を調製するとともに、調製された測定試薬を、排出口２０より排出してから使用する、又は対応する貯蔵部に輸送して貯蔵する。

本実施形態において、溶剤９１と母液９２は、それぞれ第一注入口３１と第二注入口４１から容器２に入るため、容器２に入る前に溶剤９１と母液９２との間に混合または交差汚染の発生が回避され、溶液の調製の精度を向上させる。そして、蠕動ポンプ３２と電動シリンジ４２は択一に送液し、異なる時間に異なる回路の液体が容器に注入されるため、電子天秤１の計量結果は特定の回路（液体を抽出している回路）中の注入液体の重量を唯一で反映でき、重量パラメータの特定方法が簡素化される。

なお、蠕動ポンプ３２と電動シリンジ４２を合わせて使用することは、異なる用量のニーズに対応して適切な送液装置を選択するのに有利で、その中で、蠕動ポンプ３２は大量の液体の注入を制御するために使用され、電動シリンジ４２は少量の液体の注入を制御するために使用される。

上記形態によれば、本実施形態により提供される水質分析装置の溶液自動化調製モジュールは、電子天秤１により液体９が容器２に輸送される前と輸送される後の重量を計量し、液体９は壁に垂れ流れても、容器２の重量を増加させることができ、電子天秤１の情報出力モジュール１１によって得られた計量結果に反映されるため、測定結果に影響を与えることがない。

そのため、電子天秤１の計量は従来の体積計量方法と比べ、高い精度を有し、より正確的に溶液を調製することができる。さらに、電子天秤１は感度が高く（もしくは、検出限界が低く）、極微量の液体を比較的に正確に計量することができるので、非常に低濃度の溶液の調製にも適する。

以上は、図面を参照して本実用新案の実施形態を説明したが、当業者にとって、本実用新案の保護範囲がこれら具体的な実施形態に限定されないことは容易に理解できる。当業者は、本実用新案の思想から外れないことを前提にして、関連する技術特徴に相当なる変更または置換をでき、これらの変更または置換後の技術案は本実用新案の保護範囲に含まれるものである。

１ 電子天秤
１１ 情報出力モジュール
２ 容器
２０ 排出口
３ 第一送液装置
３１ 第一注入口
３２ 蠕動ポンプ
４ 第二送液装置
４１ 第二注入口
４２ 電動シリンジ
５ 制御システム
５１ 検出器
５２ ＰＣシステム
６ 溶剤貯蔵部
７ 母液貯蔵部
８ 標準試料溶液貯蔵部
６−１ 第一試薬貯蔵部
７−１ 第二試薬貯蔵部
８−１ 第三試薬貯蔵部
９ 液体
９１ 溶剤
９２ 母液
９３ 標準試料溶液
１０ 貯蔵部

Claims (10)

1. 容器と、
   前記容器と連通し、複数種類の液体を前記容器に輸送する送液装置とを備える水質分析装置であって、
   前記容器が載せられており、前記容器及び容器内液体を計量する電子天秤と、
   前記電子天秤に設置され、前記電子天秤によって計量された情報を出力する情報出力モジュールと
   を有することを特徴とする水質分析装置。
2. 前記送液装置は、前記情報出力モジュールを通じて前記電子天秤と通信接続されることを特徴とする請求項１に記載の水質分析装置。
3. 前記電子天秤と前記送液装置とそれぞれ通信接続する制御システムを有することを特徴とする請求項１または２に記載の水質分析装置。
4. 前記容器は第一注入口と第二注入口を有し、
   前記送液装置は、
   前記容器の第一注入口と連通する第一送液装置と、前記容器の第二注入口と連通する第二送液装置と、
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載の水質分析装置。
5. 前記第一送液装置の入口と連通する溶剤貯蔵部と、
   前記第二送液装置の入口と連通する母液貯蔵部と
   を有することを特徴とする請求項４に記載の水質分析装置。
6. 前記第二送液装置の入口と連通する標準試料溶液貯蔵部を、
   更に有することを特徴とする請求項５に記載の水質分析装置。
7. 前記第一送液装置の入口と連通する第一試薬貯蔵部と
   前記第二送液装置の入口と連通する第二試薬貯蔵部とを、
   更に有することを特徴とする請求項５または６に記載の水質分析装置。
8. 前記溶剤貯蔵部または前記第一試薬貯蔵部が、前記第一送液装置の入口側に設置され、前記第一送液装置との導通を切り替える第一切り替えバルブを備える
   請求項７に記載の水質分析装置。
9. 前記母液貯蔵部または前記標準試料溶液貯蔵部または前記第二試薬貯蔵部が、前記第二送液装置の入口側に設置され、前記第二送液装置との導通を切り替える第二切り替えバルブを備える
   請求項７に記載の水質分析装置。
10. 前記第一送液装置は蠕動ポンプであり、前記第二送液装置は電動シリンジであることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の水質分析装置。

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