(57)【要約】【課題】発光ダイオードの劣化や投光部、受光部前面のガラスの汚れや傷による測定誤差を防ぎ、様々な試料液に対応可能な濁度測定装置の提供。【解決手段】濁度測定装置は、投光部と投光部から照射された光が通過する試料セルと試料セルを透過した光を検出する受光部を備え、試料セルに被測定試料液が存在しない場合と存在する場合の受光部で検出した光の強度の比率から吸光度を求め、吸光度から濁度を演算する濁度演算手段を備えている。また、複数の測定チャンネルをもち、複数の検量線を校正により作成し、それぞれのチャンネルに記憶させることが出来る構成となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光部と該投光部より照射された光が通過する試料セルと該試料セルより透過した光の強度を検出する受光部とを備える計測手段と、
該受光部により検出される該試料セルに濁度が測定される試料液が存在しない状態の光の強度Ｐ０及び該試料セルに該試料液が存在する状態の光の強度Ｐより吸光度Ｌｏｇ（Ｐ０／Ｐ）を求める吸光度演算手段と、
吸光度と濁度との検量線、あるいは、吸光度と濁度との関係式をもちいて、該吸光度Ｌｏｇ（Ｐ０／Ｐ）より濁度を求める濁度演算手段と、
を備えることを特徴とする濁度測定装置。
【請求項２】
前記投光部は発光ダイオードからなる請求項１記載の濁度測定装置。
【請求項３】
複数の種類の試料液にそれぞれ対応する複数の前記検量線あるいは複数の前記濁度演算手段と、測定される試料液と同じ試料液の前記検量線あるいは前記濁度演算手段を指定する指定手段とを持つ請求項１又は２記載の濁度測定装置。
【請求項４】
前記試料液の種類は好気性汚泥試料液と嫌気性汚泥試料液であり、前記検量線は好気性検量線及び嫌気性検量線であり、前記濁度演算手段は好気性濁度演算手段及び嫌気性濁度演算手段である請求項１〜３記載の濁度測定装置。
【請求項５】
異なった種類の試料液用の検量線設定手段あるいは濁度演算手段設定手段を持つ請求項１〜４記載の濁度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被測定試料液の濁度を測定する濁度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定試料液の濁度を測定する方法として「透過光方式」といわれる測定方法が行われている。
【０００３】
「透過光方式」とは、試料セルに存在する被測定試料液に投光部から光を投光し、被測定試料液中を通過した透過光の強度を受光部で測定し、あらかじめ作成してある透過光強度−濁度の関係を示す検量線を使って、測定した透過光強度から濁度を換算する測定方法である。
【０００４】
図１０は上記の従来の濁度測定方法を示す検量線グラフの一例で、横軸に受光部で測定された透過光強度をとり、縦軸には濁度が目盛られている。検量線は被測定試料液の透過光強度と濁度を実際に測定しプロットしたものである。
【０００５】
また、従来の濁度測定装置では測定チャンネルは単チャンネルで測定時の校正は２点校正が一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の透過光強度から濁度検量線を使って濁度を求める方法は、投光部の発光源である発光ダイオードが経時劣化で光量が減少していく。発光ダイオードの温度依存性のため光量が変動する。投光部及び受光部前面のガラスに付着する汚れや傷のため透過光が減少するなどの現象のため、そのまま測定したのでは測定誤差を生じる。
【０００７】
例えば、図１０の検量線を使用した濁度測定で発光ダイオードの劣化や受光部前面のガラスに付着する汚れや傷のため透過光が減少した場合の実験例では以下のような結果となる。
【０００８】
図１０の検量線から導き出される透過光強度から濁度を求める式は次のように表される。
【０００９】
Ｙ＝〔｛（Ｐ０−Ａ）／（Ｐ−Ａ）｝−１〕×ａ……………（１）
ここで、
Ｙ  ：濁度（ｍｇ／ｌ）
Ｐ０：試料セルに試料液が存在しない状態の受光の強度（ｍｖ）〔入射光強度と          する〕
Ｐ  ：試料セルに試料液が存在する状態の受光の強度（ｍｖ）〔透過光強度とす          る〕
Ａ  ：オフセット定数（＝３５９）
ａ  ：スパン校正定数
である。
【００１０】
濁度１００００（ｍｇ／ｌ）の試料液を使用してＰ０の値を変化させて実験を行い、上記の（１）式を使用して濁度を求めると次のようになる。
【００１１】
まず、最初にＰ０＝２４３３（ｍｖ）の時に試料セルに試料液を入れて透過光強度を測定するとＰ＝１０３２（ｍｖ）であった。
【００１２】
次にＰ０を約１／２として同じ試料液を測定した結果は、Ｐ０＝１２１８（ｍｖ）でＰ＝５３２（ｍｖ）であった。なお、スパン校正定数（ａ）は、４８０８である。
【００１３】
この実測データから光量の劣化前と劣化後の濁度（Ｙ）を計算すると
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となり、光量が減少した場合には測定誤差が非常に大きくなっていることがわかる。従って、従来の濁度測定装置では測定のたびに標準液または標準板を使用して校正を行う必要があった。
【００１４】
また、被測定試料液である汚泥は色、粒径など様々であり、特に汚泥の色は好気性、嫌気性、その他管理状況の違いや四季の変化によっても変わってくる。そして、図１１の実測データに示すように汚泥の色によって検量線が異なっており、測定チャンネルが単チャンネルでは様々な試料液に充分対応できないという問題があった。
【００１５】
本発明は上記の事実に鑑み、測定のたびに標準液または標準板を使用して校正を行うことを必要とせず、しかも正しく精度が保たれており、様々な被測定試料液の測定に対応できる濁度測定装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための手段として、本発明の濁度測定装置は、投光部と該投光部より照射された光が通過する試料セルと該試料セルより透過した光の強度を検出する受光部とを備える計測手段と、該受光部により検出される該試料セルに濁度が測定される試料液が存在しない状態の光の強度Ｐ０及び該試料セルに該試料液が存在する状態の光の強度Ｐより吸光度Ｌｏｇ（Ｐ０／Ｐ）を求める吸光度演算手段と、吸光度と濁度との検量線、あるいは、吸光度と濁度との関係式をもちいて、該吸光度Ｌｏｇ（Ｐ０／Ｐ）より濁度を求める濁度演算手段と、を備えている構成としている。
【００１７】
本発明の濁度測定装置では、試料セルに試料液が存在しない状態の光の強度Ｐ０及び試料セルに試料液が存在する状態の光の強度Ｐより試料液の吸光度Ｌｏｇ（Ｐ０／Ｐ）を求め、その吸光度から濁度を演算して求める構成としている。このため、投光部の発光源が経時劣化やその他の理由で光量が減少した場合、あるいは投光部及び受光部前面のガラスの汚れや傷のために光量が減少した場合でも、以下に述べるように、濁度の測定値の変動は小さく問題とならないので、測定のたびに標準液または標準板を使用して校正を行う必要がない。
【００１８】
図５〜図７は吸光度を基にした濁度測定方法である本発明を説明したものである。
【００１９】
図５は発光ダイオードの光量の劣化がなく、ガラスにも汚れや傷などの光量を減少させる劣化がない場合の吸光度測定のモデルを示している。被測定試料液は光量を１／１０に減少させる濁度のものとする。
【００２０】
図５（Ａ）は、試料セル７に試料液が存在しない状態での受光素子（図示せず）で受光した光の強度Ｐ０（入射光強度とする）と発光ダイオードの照射する光Ｐｉｎとの関係を示すもので、このときＰ０＝Ｐｉｎである。
【００２１】
図５（Ｂ）は、試料セル７に試料液８が存在する状態での受光素子（図示せず）で受光した光の強度Ｐ（透過光強度とする）とＰｉｎとの関係を示す。
【００２２】
試料液８は光量を１／１０に減少させる濁度のものであるから、Ｐ＝（１／１０）Ｐｉｎとなる。
【００２３】
従って、この時の吸光度は次のようになる。
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次に、図６は発光ダイオードの光量の劣化はないが、ガラスに汚れや傷などの光量を減少させる劣化がある場合の吸光度測定のモデルを示している。ガラスの汚れや傷による光量の変化は１／１０に減少するものとする。また、被測定試料液は光量を１／１０に減少させる濁度のものとする。
【００２４】
図６（Ａ）は、試料セル７に試料液が存在しない状態での受光素子（図示せず）で受光した光の強度Ｐ０（入射光強度とする）と発光ダイオードの照射する光Ｐｉｎとの関係を示すもので、ガラス５及びガラス６で光量が１／１０に減少するので、Ｐ０＝（１／１０）Ｐｉｎである。
【００２５】
図６（Ｂ）は、試料セル７に試料液８が存在する状態での受光素子（図示せず）で受光した光の強度Ｐ（透過光強度とする）とＰｉｎとの関係を示す。
【００２６】
ガラス５及びガラス６で光量が１／１０に減少し、試料液８で光量が１／１０に減少するので、Ｐ＝（１／１０）（１／１０）Ｐｉｎとなる。
【００２７】
この時の吸光度は次のようになる。
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また、図７は発光ダイオードの劣化により発光ダイオードの発光量が１／２に減少したものとし、ガラスにも汚れや傷などの光量を減少させる劣化がある場合の吸光度測定のモデルを示している。ガラスの汚れや傷による光量の変化は１／１０に減少するものとする。また、被測定試料液は光量を１／１０に減少させる濁度のものとする。
【００２８】
図７（Ａ）は、試料セル７に試料液が存在しない状態での受光素子（図示せず）で受光した光の強度Ｐ０（入射光強度とする）と光量が減少した発光ダイオードの照射する光との関係を示すもので、照射する光が（１／２）Ｐｉｎとなり、ガラス５及びガラス６で光量が１／１０に減少するので、Ｐ０＝（１／２）（１／１０）Ｐｉｎである。
【００２９】
図７（Ｂ）は、試料セル７に試料液８が存在する状態での受光素子（図示せず）で受光した光の強度Ｐ（透過光強度とする）とＰｉｎとの関係を示す。
【００３０】
照射する光が（１／２）Ｐｉｎで、ガラス５及びガラス６で光量が１／１０に減少し、試料液８で光量が１／１０に減少するので、Ｐ＝（１／２）（１／１０）（１／１０）Ｐｉｎとなる。
【００３１】
この時の吸光度は次のようになる。
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以上（２）式、（３）式及び（４）式に示されるように発光ダイオードの劣化による発光ダイオードの発光量の減少、ガラスの汚れや傷による光量の減少などがある場合でも吸光度は発光ダイオード及びガラスの劣化のない場合と同一となるので、吸光度から濁度を求める本発明は、発光ダイオードやガラスの劣化の影響を受けることがない。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の濁度測定装置は、計測手段と、吸光度演算手段と、濁度演算手段と、を備える。
【００３３】
計測手段は、図１に示すように投光部と受光部と試料セル及び投光部に電源を供給し、駆動させるためのＬＥＤ発光回路とパルス回路とで構成できる。
【００３４】
投光部は試料セルに光を照射するためのもので、例えばＬＥＤ発光回路により構成することができる。試料セルに照射された光は試料セルを通過して受光部に到達し、受光部ではその光の強度を電気信号に変換して出力することができる。
【００３５】
吸光度演算手段は、計測手段の受光部から出力されてくる微弱な電気信号（試料セルに試料液が存在しない状態の光の強度Ｐ０あるいは試料セルに試料液が存在する状態の光の強度Ｐが変換されたもの）を必要なレベルに増幅してＣＰＵ演算器に送り込み、ＣＰＵ演算器で吸光度Ｌｏｇ（Ｐ０／Ｐ）を演算するために信号増幅器、データ入出力装置、Ａ／Ｄコンバータ及びＣＰＵ演算器を備えるものとすることができる。
【００３６】
濁度演算手段は、吸光度演算手段で求めた吸光度を用いて試料液の濁度を演算するもので、被測定試料液の吸光度と濁度との検量線（あるいは吸光度と濁度との関係式）を記憶しておくメモリーを備え、濁度を演算するためのＣＰＵ演算器を持っている。また、複数の検量線の作成や測定時の検量線の選択のための操作機能も備えるものとすることができる。
【００３７】
本発明の濁度測定装置では投光部として発光ダイオードを用いることができる。また、本発明の濁度測定装置において、測定チャンネル数を複数チャンネルとし、複数の被測定試料液に対応できるように複数の検量線あるいは複数の濁度演算手段を持ち、かつ、被測定試料液に最適の検量線、あるいは濁度演算手段を選択できるようにしているので濁度の測定誤差を小さくすることができる。これにより複数種類の被測定試料液を１台の濁度測定装置で測定することができる。
【００３８】
さらに、本発明の濁度測定装置において、試料液の種類を好気性汚泥試料液と嫌気性汚泥試料液とすることができる。これらは最も代表的な被試料液である。ここで、検量線としては好気性検量線及び嫌気性検量線を用い、濁度演算手段は好気性濁度演算手段及び嫌気性濁度演算手段を用いる。
【００３９】
試料液の種類を好気性汚泥試料液と嫌気性汚泥試料液とすることにより本発明の濁度測定装置の活用できる試料液の種類の幅が大きく広がる。例えば、図１１に各種試料液である種々の汚泥を実際に測定したデータを示す。図１１において、縦軸は吸光度を表し、横軸は濁度を表している。
【００４０】
図１１のグラフより明らかなように試料液は好気性汚泥試料液と嫌気性汚泥試料液に大きく分けられるので、好気性汚泥試料液あるいは嫌気性汚泥試料液を代表する検量線を作成して、それぞれ分類１、分類２として複数のチャンネルにあらかじめ両方の検量線を記憶させることにより本発明の濁度測定装置の利用価値が大きく高まる。
【００４１】
本発明の濁度測定装置には、新たな種類の試料液用の検量線設定手段あるいは濁度演算手段設定手段を持つようにすることもできる。これにより、本発明の濁度測定装置はほぼ全ての試料溶液についてその濁度を測定できるようになる。
【００４２】
検量線設定手段は、本発明の濁度測定装置に予め設定されている検量線を基にして、２点校正あるいは３点の校正を行い、新たな試料液に適合する新しい検量線あるいはその検量線から導かれる濁度演算手段を作成しその測定チャンネルに記憶させるものである。
【００４３】
図８及び図９は、検量線の２点校正、３点校正について説明したものである。
【００４４】
図８の２点校正は、純水中におけるゼロ点と排水原水の２点で校正し作成した検量線２１が実線で示されている。それに対して実際に被測定試料液である排水の濃度を変えて測定したデータが鎖線で示されている。この例のように２点校正では校正点以外の濃度で、実際の値との誤差が大きくなる場合もある。
【００４５】
一方、図９の３点校正は、純水中におけるゼロ点と排水原水と１／２希釈水の３点で校正したもので、検量線２１は実線で示されている。そして被測定試料液である排水の濃度を変えて測定した鎖線で示すデータもほぼこの実線に一致している。    測定チャンネルを複数備えている場合には、新たな被測定試料液に近い検量線を選択できるのでより精度の高い検量線を作ることができ、結果的に新たな試料液の濁度をより正確に測定することができる。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の濁度測定装置の構成を示す図である。
【００４７】
図１に示す如く、本発明の濁度測定装置は被測定試料液に光を照射して通過した光の強度を検出する計測手段と、入射光強度と透過光強度から被測定試料液の吸光度を演算する吸光度演算手段と、吸光度から被測定試料液の検量線を用いて濁度を求める濁度演算手段とを備えた構成となっている。
【００４８】
計測手段は、図１及び図２に示すように発光素子である発光ダイオード１を内設した投光部３と受光部４と試料セル７及び発光ダイオード１に駆動電圧を供給しているＬＥＤ発光回路１７とパルス回路１８から形成されている。
【００４９】
投光部３の受光部４と相対する前面は投光部内部に連通する開口３１となっており、開口３１には平板状の透明なガラス５が接着剤を用いて接着されている。ガラス５の背面には発光ダイオード１が配設されている。
【００５０】
受光部４の前面も内部に連通する開口４１が設けられており、開口４１には平板状の透明なガラス６が接着剤を用いて接着されている。そして、ガラス６の背面には受光素子２が配設されている。
【００５１】
投光部３と受光部４はお互いの先端面が所定の間隔（約数ｍｍの間隔）で固定されており、その間が試料セル７となっており、試料セル７の中には被測定試料液８が満たされる構造となっている。
【００５２】
なお、ガラス５及びガラス６は特にガラスに限定されるものではなく、透明な光をよく通すものであればよい。
【００５３】
パルス回路１８により制御されたＬＥＤ発光回路１７は発光ダイオード１を発光させるためのパルス駆動電圧を供給している。
【００５４】
投光部３から照射され試料セル７を通過した入射光または透過光は受光部４の受光素子２によりその強度が電気信号に変換され吸光度演算手段の濁度アンプ９に出力される。
【００５５】
吸光度演算手段は濁度アンプ９、マルチプレクサ１０、Ａ／Ｄコンバータ１１、ＣＰＵ演算器１２により構成される。
【００５６】
濁度アンプ９では入力されてくる受光部４からの電気信号出力を所定の強さに増幅し、マルチプレクサ１０に出力する。
【００５７】
マルチプレクサ１０は濁度アンプ９からの入射光または透過光の電気信号、電源回路１９からのバッテリ−チェック信号、ＣＰＵ演算器１２からのチャンネル切り替え信号等を整理してＡ／Ｄコンバータ１１に出力する。
【００５８】
Ａ／Ｄコンバータ１１はマルチプレクサ１０からの信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ演算器１２に出力する。
【００５９】
ＣＰＵ演算器１２では入力してくる入射光及び透過光の電気信号をもとに吸光度を演算する。
【００６０】
濁度演算手段はＣＰＵ演算器１２、ＥＥＰ−ＲＯＭ１３、操作スイッチ１４により構成される。
【００６１】
先に述べたようにＣＰＵ演算器１２で被測定試料液８の吸光度が計算されるので、あらかじめ設定してＥＥＰ−ＲＯＭ１３に記憶させてある検量線（または吸光度と濁度との関係式）をＣＰＵ演算器１２に読み込み、吸光度から被測定試料液８の濁度を演算し、表示部１５に出力し、表示する。
【００６２】
濁度演算においては測定試料液に最も適した検量線（または吸光度と濁度との関係式）を使用することが測定値の誤差を少なくする上で重要なことである。
【００６３】
本発明の濁度測定装置では図３に示すように測定チャンネル数を５チャンネルとし、チャンネル１には検量線「分類１」が、チャンネル２には、検量線「分類２」が記憶されている。検量線「分類１」、「分類２」は図１１に示す検量線である。
【００６４】
チャンネル３〜チャンネル５には、検量線「分類１」が記憶されていて、測定試料液がチャンネル１の検量線「分類１」あるいは、チャンネル２の検量線「分類２」に当てはまらない場合に、記憶されている「分類１」の検量線をもとに２点校正あるいは３点校正を行うことにより、被測定試料液に最適の検量線を作成して記憶させることができる構成としている。
【００６５】
各チャンネルの校正は操作スイッチ１４により条件設定され、ＣＰＵ演算器１２で行われる。校正作成された検量線はＥＥＰ−ＲＯＭ１３に収納される。
【００６６】
なお、チャンネル１及びチャンネル２も検量線の校正及び校正した検量線の記憶が可能な構成となっている。
【００６７】
図４は、本発明の濁度測定装置の吸光度をもとにした濁度測定の効果を実験により確認したものである。実験は図１の構成で行った。その他の測定条件はチャンネル１で検量線は分類１を使用し、３点校正を行っている。
【００６８】
図４のＣＡＳＥ１は、図１の構成で発光ダイオード１、ガラス５及びガラス６がともに劣化がないものとして正規の状態で試料セル７に測定試料液を入れて測定し、表示部１５に表示された値である。
【００６９】
ＣＡＳＥ２は発光ダイオード１が劣化し光量が減少した場合を想定し、発光ダイオード１の光量を１／２に設定した（試料セル７に試料液がない状態で受光素子２の出力電圧が１／２となるように発光ダイオード１の光量を減らした）。
【００７０】
ＣＡＳＥ３はガラスが汚れや傷により劣化した場合を想定してガラス５及びガラス６に半透明テープを貼ったものである。発光ダイオード１は、光量の劣化はない状態に設定されている。
【００７１】
実験の結果は、測定試料液の濁度の理論値２００００（ｍｇ／ｌ）に対しＣＡＳＥ１、ＣＡＳＥ２、ＣＡＳＥ３の測定値は２００１４（ｍｇ／ｌ）、１９５３３（ｍｇ／ｌ）、１８８８４（ｍｇ／ｌ）であり、これはすべて測定器の許容誤差（±２０００ｍｇ／ｌ以内）の範囲内にあり、吸光度をもとにした本発明の濁度測定は従来のように測定の度に標準液／標準板による校正を行わなくとも正しい測定値が得られることを示している。
【００７２】
【発明の効果】
本発明は以上説明したものであるから、次に述べるような効果がある。
【００７３】
被測定試料液に投光される入射光の強度と被測定試料液を通過した透過光の強度から求めた吸光度をもとにして濁度を演算する濁度測定方法なので発光源である発光ダイオードの劣化による光量の減少や投光部や受光部のガラスの汚れや傷による光量の減少の影響が測定値に反映されないので、従来のように測定の度に標準液校正をおこなわずともゼロ校正のみで正確な測定が期待できる。
【００７４】
また、測定チャンネル数を複数チャンネルとしたので様々な試料液に最も適した検量線を作成することができ、より正確な測定値を得ることができる。
【００７５】
さらに、検量線の校正に用いる校正方法は１点校正、２点校正、３点校正と複数の校正方法をもっているので、それぞれの試料液に合わせた検量線を作成することができる。従って測定値も正確なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の濁度測定装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の濁度測定装置の投光部及び受光部の説明図である。
【図３】本発明の濁度測定装置の測定チャンネルと検量線及び校正の関係を示すブロックダイヤである。
【図４】本発明の濁度測定装置の濁度測定実験結果である。
【図５】吸光度測定の説明図である。
【図６】ガラス劣化の場合の吸光度測定の説明図である。
【図７】発光ダイオード、ガラス劣化の場合の吸光度測定の説明図である。
【図８】２点校正の説明図である。
【図９】３点校正の説明図である。
【図１０】従来の濁度換算式の説明図である。
【図１１】被測定試料液である排水サンプルの分類図である。
【符号の説明】
１：発光ダイオード
１６：メンテナンススイッチ
２：受光素子
１７：ＬＥＤ発振回路
３：投光部
１８：パルス回路
４：受光部
１９：電源回路
５：投光部ガラス
２０：ＤＣ電源
６：受光部ガラス
２１：検量線
７：試料セル
３１：投光部の開口
８：試料液
４１：受光部の開口
９：濁度アンプ
１０：マルチプレクサ
１１：Ａ／Ｄコンバータ
１２：ＣＰＵ演算器
１３：ＥＥＰ−ＲＯＭ
１４：操作スイッチ
１５：表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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