JP3931602B2

JP3931602B2 - 濃度測定装置の校正方法

Info

Publication number: JP3931602B2
Application number: JP2001245269A
Authority: JP
Inventors: 浩四元; 美代子久住
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2001-08-13
Filing date: 2001-08-13
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2021-08-13
Also published as: JP2003057224A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水中のアンモニア性窒素の濃度を測定するフローインジェクション（ＦＩＡ）・化学発光法を用いた濃度測定装置の校正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、水中に存在するアンモニア性窒素を測定分析する方法としては、イオンクロマトグラフ法、比色法、中和滴定法、イオン電極法およびフローインジェクション・化学発光法が用いられているが、ここではこれらの内のフローインジェクション（ＦＩＡ）・化学発光法を用いたアンモニア性窒素濃度測定装置（以下、濃度測定装置と称する）について以下説明する。
【０００３】
図３は、ＦＩＡ・化学発光法による一般的な濃度測定装置の概略説明図を示すものである。図３において、符号３０はガス化反応部（液相反応部）、符号３１は化学発光測定部（気相反応部）である。前記のガス化反応部３０の構成において、まず、アンモニア性窒素を含有した被測定対象である試料溶液（試料水）を試料溶液注入口ＷＥから注入し、流体ポンプである定量ポンプ１の駆動によって流路用細管２中を流下させる。
【０００４】
また、前記のように試料溶液を流下させると共に、試薬溶液注入口３から試薬溶液（例えば、有効塩素濃度０．２Ｗ／Ｖ％の次亜塩素酸ナトリウム溶液に１．５％水酸化ナトリウムを添加した溶液）を、バルブインジェクションポート４の流路切換によって流路用細管２に注入する。これにより、前記の試料溶液と試薬溶液とが混合コイル５に流入し、それら両溶液は充分に混合されて反応が促進される。その反応溶液は、気液分離器６に供給される。
【０００５】
前記の化学発光測定部３１の構成において、まず、前記気液分離器６により反応溶液の液相から分離したガス成分（モノクロラミン（ＮＨ₂Ｃｌ））は、加熱酸化炉７にて転換（酸化）され、一酸化窒素（ＮＯ）を含んだガスが得られる。そのガスは、除湿チューブ８を経てから検出部である減圧タイプの化学発光検出部９に供給される。化学発光検出部９には、オゾン発生器１０で得られたオゾンガスが導入され、気相中の一酸化窒素とオゾン（Ｏ₃）との反応によって生じる化学発光強度が応答電圧に変換されて検出される。その検出された応答電圧との関係から試料溶液中のアンモニア性窒素濃度（換算値）を定量することができる。
【０００６】
なお、図３中の符号１１はガス乾燥器、符号１２はフィルタ、符号１３は減圧ポンプ、符号１４は排オゾン処理部を示すものである。また、前記ガス化反応部２０には、気液分離器６からの液体成分（排水）を強制廃液する定量ポンプ１５、ガス乾燥器１１から乾燥空気を混合コイル５に供給するための定量ポンプ１６、および試薬吸引シリンジ１７が設けられている。さらに、試薬の注入操作や発光強度の濃度換算演算処理（以下、演算処理と称する）、あるいは自動計測の条件設定などにおいては、例えば図４（詳細を後述する）に示すコントロールユニット２２によって行われる。
【０００７】
図４は、一般的な濃度測定装置のシステム構成図を示すものである。なお、図３に示すものと同様なものには同一符号を用いて、その詳細な説明を省略する。図４において、コントロールユニット３２は、シーケンサ３２ａ，インターフェイスとして用いられるグラフィックタッチパネル３２ｂから構成され、測定値表示や校正操作（例えば、発光検出器９ｂの校正；詳細を後述する）などの機器操作は、前記のグラフィックタッチパネル３２ｂが用いられる。
【０００８】
前記のシーケンサ３２ａからは、第１，第２の制御信号がそれぞれガス化反応部３０と化学発光測定部３１とに送出される。また、前記のシーケンサ３２ａには、化学発光測定部３１からの計測信号が供給される。さらに、シーケンサ３２ａの出力は、外部出力として送出される。なお、化学発光測定部３１の化学発光検出部９は、発光チャンバー９ａと発光検出器９ｂとから構成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図３，４に示したような濃度測定装置は、繰り返し使用すると発光検出器９ｂにおいて微細粉じん等による汚れの付着や劣化が徐々に進行し、その発光検出器９ｂの検出感度が低下して所望の応答電圧が得られなくなる。すなわち、被測定対象である試料溶液において換算値と真の値（試料溶液の実際の濃度）との誤差が大きくなり、その換算値の信頼性が低下してしまうため、定期的にメンテナンス（例えば、付着物の除去や部品の交換）を行う必要があった。
【００１０】
そこで、近年の濃度測定装置では、前記のように性能が変化した発光検出器を自動校正する機能を備え、長期間（例えば、約１〜６ケ月）に渡ってメンテナンスを行わなくとも、その換算値の信頼性を維持できるように工夫されている。
【００１１】
例えば、標準物質（例えば、標準液やスパン液）を濃度測定装置に搭載して、予め設定した一定周期毎（例えば、各週毎，各月毎）に前記の標準物質を通水（試料溶液と同様に通水）して発光検出器で検出し、その検出された標準物質の応答電圧値（以下、標準電圧値と称する）を基準値として発光検出器を校正する方法が知られている。すなわち、予め設定された使用初期時における発光検出器９ｂの基準値がｘ（ｘ；実数）Ｖとし、性能変化（例えば、汚れの付着や劣化）後の発光検出器９ｂの標準物質に対する標準電圧値がｙ（ｙ；ｘよりも小さい実数）Ｖであった場合、その発光検出器９ｂの基準値をｘＶからｙＶへ校正するものである。
【００１２】
しかし、前記の校正方法は、発光検出器の性能を根本的に改善するものではなく、その発光検出器を単に数値的に校正することにより、求められる結果（限りなく真の値に近似した結果）と換算値との辻褄を合わせるものである。このため、前記のように基準値を単に数値的に校正する方法では、校正操作毎に基準値が小さくなることから、発光検出器における単位電圧当たりの計測値幅（検出可能な範囲）が小さくなってしまうと共に、その発光検出器の誤差範囲が広くなってしまう。その結果、発光検出器が有する本来の性能（使用初期時の性能）を発揮することができなくなると共に、その発光検出器による応答電圧値の換算値の信頼性が低下してしまう。
【００１３】
本発明は、前記課題に基づいてなされたものであり、単位電圧当たりの計測値幅を維持することにより、発光検出器が有する本来の性能を発揮すると共に、その発光検出器による応答電圧値の換算値の信頼性を維持する濃度測定装置の校正方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、アンモニア性窒素を含んだ試料溶液をポンプの駆動により流路用細管中に流下させながら、試薬溶液注入部から前記の試料溶液中に対し試薬溶液を選択的に注入混合して反応溶液を得、前記の反応溶液を気化分離器に供給して、液相から分離したガス成分を加熱酸化炉にてそれぞれ一酸化窒素に転換し、その一酸化窒素とオゾンとの反応によって生じる化学発光強度を応答電圧に変換し発光検出器にて検出することにより、前記の試料溶液中のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定装置の校正方法において、前記加熱酸化炉の温度を制御することにより、前記発光検出器における基準値を校正することを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記の加熱酸化炉の温度を経験的設定により上昇させた後、前記試料溶液の代わりに標準液を通水し発光検出器にて標準電圧値を得、その標準電圧値を前記基準値として校正することを特徴とする。なお、前記の経験的設定とは、時間経過に対する発光検出器の性能変化（微細粉じん等による劣化度合い）を予め試験し、加熱酸化炉の温度に対する発光検出器の応答電圧特性（後述する図１に示すような特性）と比較して行う設定を示すものである。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記試料溶液の代わりに標準液を通水し発光検出器にて標準電圧値を得、その標準電圧値を標準液特性と比較して、前記加熱酸化炉の温度を上昇させることを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、前記加熱酸化炉の上昇させる温度の上限を設定したことを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、前記試料溶液は上水または下水であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における濃度測定装置の校正方法を図面に基づいて説明する。なお、図３，４に示したものと同様なものには同一符号を用いて、その詳細な説明を省略する。
【００２０】
図３，４に示した濃度測定装置において、その加熱酸化炉７の温度を上昇させると、発光検出器９ｂにおける応答電圧が上昇することを判明している（例えば、後述する図１）。この理由として、加熱酸化炉７内の温度上昇と共に、その加熱酸化炉７におけるモノクロラミンから一酸化窒素への酸化効率が上昇するためと考えられる。
【００２１】
そこで、本実施の形態における濃度測定装置の校正方法では、予め設定された一定周期毎に加熱酸化炉の温度を制御することにより反応効率を変え、その加熱酸化炉で得られる一酸化窒素の濃度を調整する。これにより、発光検出器において検出感度等の性能が変化（例えば、微細粉じん等による汚れの付着や劣化を要因とする変化）して校正操作を行っても、その発光検出器の単位電圧当たりの計測値幅を殆ど縮小することなく基準値を一定に保つことができるため、発光検出器が有する本来の性能を発揮すると共に、その発光検出器による応答電圧値の換算値の信頼性を長期間維持することができる。そして、被測定対象である試料溶液をより正確に分析することが可能となる。
【００２２】
次に、本実施の形態における濃度測定装置の校正方法の第１〜第４実施例を以下に説明する。
【００２３】
（第１実施例）
本第１実施例では、図３，４に示したように構成された明電舎製の上水用アンモニア性窒素測定装置（型式ＭＡＮ−１０００（計測範囲０〜２ｍｇ／ｌ）；以下、測定装置Ｍと称する）を用いた。まず、流路用細管２中にアンモニア性窒素を含んだ試料溶液を流下させると共に試薬溶液（０．２Ｗ／Ｖ％の次亜塩素酸ナトリウム溶液）を注入して反応溶液を得、その反応溶液を気化分離器６に供給した。
【００２４】
そして、加熱酸化炉７をコントロールユニット３２により種々の温度（４００℃〜１２００℃）に設定しながら、その加熱酸化炉７にて前記の分離されたガス成分（ＮＨ₂Ｃｌ）を一酸化窒素に転換した後、その一酸化窒素とオゾンガスとの反応によって生じる化学発光強度を化学発光検出部９にて検出（発光検出器９ｂで応答電圧を検出）した。その結果、図１の温度に対する応答電圧特性図に示すように、発光検出部９ｂにて検出される応答電圧は、加熱酸化炉７の温度上昇に比例して増加することが判明した。通常、前記の測定装置Ｍは加熱酸化炉７の温度を６００℃に設定して用いられている。
【００２５】
そこで、コントロールユニット３２により、図２の校正方法の概略説明図に示すように加熱酸化炉７の温度を６００℃に設定して測定装置Ｍを運転開始（測定開始）し、その運転開始からの時間経過を記録すると共に、自動的に前記加熱酸化炉７内を周期Ａ（時間）毎に温度Ｂ℃上昇させた後、試料溶液の替わりに標準液を通水するように設定した。
【００２６】
なお、前記の周期Ａ，温度Ｂは、時間経過に対する発光検出器９ｂの性能変化（微細粉じん等による劣化度合い）を予め試験し、図１に示したような温度に対する応答電圧特性と比較することにより設定（以下、経験的設定と称する）することができる。また、図２中の記号「ＯＮ」は前記の加熱酸化炉の温度を上昇させて標準液を通水する操作を行う場合、記号「ＯＦＦ」は前記の温度を上昇させる操作を行わず、試料溶液（および試薬溶液）を通水する場合を示すものとする。
【００２７】
前記のように各周期Ａ毎に加熱酸化炉７の温度上昇させた後、標準液（アンモニア性窒素濃度２ｍｇ／ｌ）を通水して標準電圧値を得、その標準電圧値と基準値（運転開始時の発光検出器９ｂにおける標準電圧値）との差を算出したところ、その差はそれぞれ極めて僅かであった。そして、前記の標準電圧値を発光検出器９ｂの基準値として校正することにより、単位電圧当たりの計測値幅を殆ど縮小することなく、その発光検出器９ｂによる応答電圧値の換算値を限りなく真の値に近似させることができた。
【００２８】
ゆえに、本第１実施例のように、測定装置Ｍの加熱酸化炉７の温度を上昇させて酸化効率を高めることにより、たとえ発光検出器９ｂにおいて微細粉じん等による汚れの付着や劣化が起こっても、基準値を単に数値的に校正して真の値との辻褄を合わせる従来法と比較して、単位電圧当たりの計測値幅を殆ど縮小することなく発光検出器を校正できることを確認できた。
【００２９】
（第２実施例）
第２実施例では、前記の第１実施例に示した校正方法において、ＦＩＡ・化学発光法による下水用アンモニア性窒素測定装置（計測範囲０〜約５０ｍｇ／ｌ；以下、下水用測定装置と称する））に適用することを検討した。
【００３０】
まず、試薬溶液として１０％水酸化ナトリウム溶液を用い、アンモニア性窒素を含んだ試料溶液と反応させて反応溶液を得た。そして、前記の第１実施例と同様の方法により、気化分離器６で分離されたガス成分（ＮＨ₃ガス）を種々の温度（４００℃〜１２００℃）に設定された加熱酸化炉７にて一酸化窒素に転換し、オゾンガスとの反応によって生じる化学発光強度を化学発光検出部９にて検出（発光検出器９ｂで応答電圧を検出）した。
【００３１】
その結果、図１に示した結果と同様に、発光検出器９ｂにて検出された応答電圧は加熱酸化炉７の温度上昇に比例して増加した。そこで、前記下水用測定装置においても、前記の第１実施例と同様（図２と同様）に、運転開始（測定開始）からの時間経過を記録すると共に、自動的に前記加熱酸化炉７内を周期Ａ（時間）毎に温度Ｂ℃上昇させるように設定した。そして、前記の各周期Ａ毎に温度上昇させた後、標準液（アンモニア性窒素濃度５０ｍｇ／ｌ）を通水して標準電圧値を検出し、その標準電圧値と基準値との差をそれぞれ算出したところ、その差は極めて僅かであった。そして、前記の標準電圧値を発光検出器９ｂの基準値として校正することにより、単位電圧当たりの計測値幅を殆ど縮小することなく、その発光検出器９ｂによる応答電圧値の換算値を限りなく真の値に近似させることができた。
【００３２】
ゆえに、本第２実施例によれば、下水用測定装置においても前記の第１実施例と同様に、加熱酸化炉７の温度を上昇させて酸化効率を高めることにより、たとえ発光検出器９ｂにおいて一酸化窒素等による汚れの付着や劣化が起こっても、基準値を単に数値的に校正して真の値との辻褄を合わせる従来法と比較して、単位電圧当たりの計測値幅を殆ど縮小することなく発光検出器を校正できることを確認できた。
【００３３】
（第３実施例）
前記の第１，第２実施例の周期Ａ，温度Ｂは経験的設定により予め設定されたものであり、被測定対象である試料溶液の水質に応じて一酸化窒素の濃度や発光検出器９ｂで検出される応答電圧は変化してしまうため、発光検出器９ｂによる応答電圧値の換算値と真の値との差が大きくなってしまう恐れがある。また、前記の試料溶液が同一の水源によるものであっても、その水質は季節等により変化し易い。
【００３４】
そこで、本第３実施例では前記測定装置Ｍ，下水用測定装置において、標準液（例えば、スパン濃度の標準液）における図１に示したような温度に対する応答電圧特性（以下、標準液特性と称する）をそれぞれ予め調べ、それら各標準液特性を利用すると共に周期Ａ毎に加熱酸化炉７の温度（温度Ｂ）を試料溶液の水質に応じて制御することをそれぞれ検討した。
【００３５】
まず、前記測定装置Ｍ，下水用測定装置において、それぞれ前記の第１，第２実施例と同様（図２と同様）に運転開始（測定開始）からの時間経過を記録すると共に周期Ａ毎に標準液を通水し、その標準液による標準電圧値と予め調べた標準液特性とを各々比較する。これにより、前記の発光検出器９ｂを校正（後工程の標準電圧値を基準値として構成）するために必要な各々の温度上昇幅を周期Ａ毎に読み取ることができる。
【００３６】
そして、前記のように読み取ったそれぞれの温度上昇幅で加熱酸化炉７の温度を上昇させた後、各周期Ａ毎に標準液（測定装置Ｍではアンモニア性窒素濃度２ｍｇ／ｌ，下水用測定装置ではアンモニア性窒素濃度５０ｍｇ／ｌ）を通水して標準電圧値を得、その標準電圧値と基準値との差を各々算出したところ、その差はそれぞれ極めて僅かであった。そして、前記の標準電圧値を発光検出器９ｂの基準値としてそれぞれ校正することにより、単位電圧当たりの計測値幅を殆ど縮小することなく、その発光検出器９ｂによる応答電圧値の換算値を限りなく真の値に近似させることができた。
【００３７】
ゆえに、本第３実施例によれば、測定装置Ｍ，下水用測定装置において、第１，第２実施例と同様の作用・効果が得られると共に、加熱酸化炉の温度を試料溶液の水質に応じて制御することができるため、季節等の水質の変化に影響を受けることがなく、第１，第２実施例よりも単位電圧当たりの計測値幅を縮小することなく化学発光検出器を校正できることを確認できた。
【００３８】
（第４実施例）
前記の第１〜第３実施例のように時間経過と共に加熱酸化炉７の温度を上昇させる場合、その温度が高くなるに連れて、加熱酸化炉の構造に応じて安全性が低下すると共に、温度上昇に要する単位温度当たりのコストは高くなってしまう。そこで、本第４実施例では、前記の第１〜第３実施例における加熱酸化炉７の温度上昇における上限を予め設定（コントロールユニット３２にて設定）することにした。これにより、前記の第１〜第３実施例と比較して濃度測定装置の安全性および経済性を維持することができる。
【００３９】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【００４０】
【発明の効果】
以上、本発明の濃度測定装置によれば、一定周期毎に加熱酸化炉の温度を制御して反応効率を変え、その加熱酸化炉で得られる一酸化窒素の濃度を調整することにより、発光検出器において検出感度等の性能が変化しても単位電圧当たりの計測値幅を殆ど縮小することなく、その発光検出器の基準値を略一定に保つことができる。
【００４１】
ゆえに、発光検出器が有する本来の性能を発揮すると共に、その発光検出器による応答電圧値の換算値の信頼性を長期間維持することができるため、長期間に渡ってメンテナンスを行わなくとも被測定対象である試料溶液をより正確に分析することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】試料溶液における加熱酸化炉の温度に対する応答電圧特性図。
【図２】本実施の形態における濃度測定装置の校正方法の概略説明図。
【図３】一般的な濃度測定装置の概略説明図。
【図４】一般的な濃度測定装置のシステム構成図。
【符号の説明】
２…流路用細管
５…混合コイル
６…気化分離器
７…加熱酸化炉
９…化学発光検出部
９ｂ…発光検出部
３０…ガス反応部
３１…化学発光測定部

Claims

アンモニア性窒素を含んだ試料溶液をポンプの駆動により流路用細管中に流下させながら、試薬溶液注入部から前記の試料溶液中に対し試薬溶液を選択的に注入混合して反応溶液を得、
前記の反応溶液を気化分離器に供給して、液相から分離したガス成分を加熱酸化炉にてそれぞれ一酸化窒素に転換し、その一酸化窒素とオゾンとの反応によって生じる化学発光強度を応答電圧に変換し発光検出器にて検出することにより、前記の試料溶液中のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定装置の校正方法において、
前記加熱酸化炉の温度を制御することにより、前記発光検出器における基準値を校正することを特徴とする濃度測定装置の校正方法。
前記の加熱酸化炉の温度を経験的設定により上昇させた後、前記試料溶液の代わりに標準液を通水し発光検出器にて標準電圧値を得、その標準電圧値を前記基準値として校正することを特徴とする請求項１記載の濃度測定装置の校正方法。
前記試料溶液の代わりに標準液を通水し発光検出器にて標準電圧値を得、その標準電圧値を標準液特性と比較して、前記加熱酸化炉の温度を上昇させることを特徴とする請求項１記載の濃度測定装置の校正方法。
前記加熱酸化炉の上昇させる温度の上限を設定したことを特徴とする請求項１乃至３記載の濃度測定装置の校正方法。
前記試料溶液は上水または下水であることを特徴とする請求項１乃至４記載の濃度測定装置の校正方法。