JP3951577B2 - 濁度および微粒子の測定方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は濁度および微粒子の測定方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９９６年のクリプトスポリジウム流出事故により、「クリプトスポリジウムによって水道原水が汚染されるおそれのある浄水場ではろ過池出口の濁度を０．１度以下に維持すること」という暫定対策指針が厚生省から発表され、濁度０．１度以下を安定に測定できるオンラインの濁度計が必要となった。そして、これまでに半導体レーザを光源に用い、微粒子が光ビームを通過する際に生じる回折縞をカウントし、カウント数を濁度に変換する特開平７−４９３０２号公報に記載のレーザ濁度計や、微粒子が光ビームを通過する際に、粒径に応じた波高値で観測される散乱光を粒径区分ごとにカウントし、カウントされた一つ一つの信号を微粒子の大きさに応じた濁度に変換する本発明者らが出願中の特開平１０−３１１７８４号公報に記載の微粒子カウント式高感度濁度計などが開発されている。また、前記事故以降の上水分野では、微粒子監視が普及し始めている。
【０００３】
微粒子カウンタの測定方式には、光ビームを試料水に照射し、光ビームの観測領域を微粒子が通過したときに生ずる散乱光パルス信号をカウントする散乱光方式と、光ビームの観測領域を微粒子が通過したときに生ずる、透過光量の減光パルス信号をカウントする光遮断方式とがある。光遮断方式の最小検出粒径は１〜２μｍであり、この粒径以上が光遮断方式の測定粒径となる。散乱光方式の最小検出粒径はパルス信号を検出する受光光学系の位置によって異なるが、側方散乱光方式で０．１μｍ以下、前方散乱光方式で０．１〜０．２μｍである。側方散乱方式では、前記クリプトスポリジウムなどの生物ように大きさがある程度揃い、屈折率が水に近い物質に対してほとんど感度を持たない場合があることが知られている。前方散乱光方式の場合は、前記生物のように光ビームの波長と比較して同程度以上に大きくなると、ほとんどが前方に向けて光ビームが散乱されるようになるので、側方散乱光方式と比較すると屈折率に対する影響は非常に小さいが、吸収成分を検出していない分だけ光遮断方式より粒径に対する感度が小さくなり、実際の大きさより小さい利粒子としてカウントされる場合がある。
【０００４】
上水分野では、クリプトスポリジウム相当径の４〜６μｍの粒子を監視することと、前記クリプトスポリジウムや浄水中にしばしば含まれる藻類は、校正に用いる標準粒子より屈折率が水に近いので、散乱光方式のパルス信号が小さくなるという理由から、主に光遮断方式が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記半導体レーザを用いた濁度計は、従来にない低濁度を安定して測定できるという利点を持つが、その反面、以下に述べる問題がある。その問題とは、濁度の測定値が手分析値（積分球方式）より小さくなる場合があることである。この原因は主に二つあり、その一つは前記半導体レーザを用いた濁度計は光ビームを絞っているため、ビーム幅以上の粒子が通過した場合、見かけの粒径が小さくカウントされてしまうことである。例えば、前記微粒子カウント式の場合、約１０μｍの粒子までは対応するが、それ以上の大きさの粒子は１０μｍ相当として濁度に変換されてしまうことがある。ほとんどの飲料水の中には１０μｍ以上の粒子が含まれていないため、通常は問題ないのであるが、藻類を多く含む原水を取水している浄水場などでは、凝集阻害などにより、ろ過水中に１０μｍ以上の粒子やフロックがしばしば検出され、濁度が手分析値より小さくなる場合がある。また、二つ目の原因は塩素と接触した藻類がろ過池から流出した場合、前記藻類は脱色によって散乱光が小さくなっているため、散乱光量の他に透過光量（吸収成分）を検出する積分球方式の濁度計より測定値が小さくなる場合があることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するため、請求項１から４の発明は濁度および微粒子の測定方法および測定装置（微粒子カウント式高感度濁度計および微粒子カウンタ）において、散乱光をカウントする散乱光方式の光学系と、微粒子が通過する際に減少する透過光量をパルスとしてカウントする光遮断方式を組み合わせることとする。
【０００９】
請求項１の発明は、集光された光ビームを試料水に向けて照射し、試料水中の微粒子によって散乱される光を光電変換素子で電気信号に変換する方法と、前記の光ビームとは異なる偏平光ビームを試料水に向けて照射し、試料水を透過する光を光電変換素子で電気信号に変換する方法とにより、予め定められた所定の粒径より小さい微粒子については、微粒子が前記集光された光ビームを通過する度に発生する散乱光パルス信号に基づいて粒径区分ごとに試料水中の微粒子の個数濃度を求め、また、前記所定の粒径より大きい微粒子については、微粒子が前記偏平光ビームを通過する度に発生する光遮断パルス信号に基づいて、粒径区分ごとに試料水中の微粒子の個数濃度を求め、さらに、前記微粒子の個数濃度に対して粒径区分ごとに個別の係数を乗じて試料水の濁度を求める濁度および微粒子の測定方法であることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、集光された光ビームを試料水に向けて照射する光源と、前記集光された光ビームにより試料水中の微粒子によって散乱される光を光電変換素子で電気信号に変換する光電変換手段と、前記の光ビームとは異なる偏平光ビームを試料水に向けて照射する光源と、前記偏平光ビームにより試料水を透過する光を光電変換素子で電気信号に変換する光電変換手段とを有し、所定の粒径より小さい微粒子については、微粒子が前記集光された光ビームを通過する度に発生する散乱光パルス信号に基づいて、粒径区分ごとに試料水中の微粒子の個数濃度を求める計数手段と、また、前記所定の粒径より大きい微粒子については、微粒子が前記偏平光ビームを通過する度に発生する光遮断パルス信号に基づいて、粒径区分ごとに試料水中の微粒子の個数濃度を求める微粒子の計数手段と、さらに、前記微粒子の個数濃度に対して粒径区分ごとに個別の係数を乗じて試料水の濁度を求める手段とを備えた濁度および微粒子の測定装置であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２記載の濁度および微粒子の測定装置において、試料水が流れるフローセルに対して光源から光ビームを照射し、前記フローセルを介して、光源と対峙する位置で、かつ光ビームの光軸上に設置したビームストップにより光源からの直接の光ビームを遮断し、微粒子からの前方散乱光を検出する光学系と、光源から試料水が流れるフローセルに対して照射された偏平光の光量を検出する光学系を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項２記載の濁度および微粒子の測定装置において、試料水が流れるフローセルに対して光源から光ビームを照射し、試料水が流れる方向に垂直で、かつ前記光ビームの光軸に一定の角度の方向で、微粒子からの側方散乱光を検出する光学系と、試料水が流れるフローセルに対して光源から照射された偏平光の光量を検出する光遮断方式の光学系を有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について詳細に説明する。
〔実施例〕本発明の請求項１〜３に関する実施例として、微粒子による散乱光を検出する光学系に前方散乱光方式を採用した装置の光学系を図１に示す。図１の前方散乱光方式の光学系において、光源１から照射された光ビーム１Ａは、フローセル２の光ビーム照射領域を通過する試料水中の微粒子によって散乱される。試料水を通過する光源１からの直接光は、光源１から見てフローセル２の後ろ側に設置されたビームストップ３によって遮断され、ビームストップ３の外側を通過した前記微粒子による散乱光の一部は光ビームの光軸１Ｂと同一軸上に設置された集光レンズ系４によって集められ、迷光を遮るために設けたピンホール５を通過した後、前記光ビームの光軸１Ｂと同一軸上に設置された光電変換素子６によって電気信号に変換される。前記電気信号は図２のように光ビーム照射領域を微粒子が通過するたびに、微粒子の大きさに応じた波高値を持つ散乱光パルスとして検出される。
【００２０】
一方、図１のコネクタ１０によって、前方散乱光方式の光学系と接続された光遮断方式の光学系において、光源７から偏平に集光された光ビーム７Ａは、フローセル８の光ビーム照射領域を通過する試料水中の微粒子によって一部が遮蔽される。前記光ビームはその光軸７Ｂと同一軸上に設置された光電変換素子９によって電気信号に変換され、図３のように光ビーム照射領域を微粒子が通過するたびに、透過光が微粒子により減光した変化分としての微粒子の大きさに応じた波高値を持つ光遮断パルスとして検出される。
【００２１】
前記散乱光パルス信号と光遮断パルス信号は電子回路にて各々独立に増幅され、粒径に応じたしきい値とパルスの波高値を比較し、規定時間内に発生したパルスのカウント数が試料水中に含まれる微粒子個数濃度として出力される。ここで、例えば２μｍ未満の微粒子は前記散乱光パルス信号を基にカウントし、２μｍ以上の微粒子は光遮断パルス信号を基にカウントするようにしておけば、１μｍ以下の極微粒子から１００μｍ程度の微粒子までの幅広い粒径範囲で微粒子個数濃度を測定することが可能となる。また、特に塩素によって脱色された数μｍオーダーの藻類に対して、散乱光方式の微粒子カウンタより粒径感度の高い、光遮断方式によるパルスカウントが可能となる。
【００２２】
尚、本実施例では前方散乱光方式と光遮断方式の組合せを示したが、請求項４に関する側方散乱光方式と光遮断方式の組合せでも同じ効果が得られる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は微粒子および濁度の測定方法と、その装置にかかり、請求項１〜４の発明により一つの計測器で、サブミクロンから数百μｍの幅広い粒径レンジで微粒子の検出を可能とし、藻類や塩素により脱色された藻類、フロックに対する検出粒径の精度を向上させ、さらに微粒子カウント式濁度計に適用した場合は、積分球と同等の濁度測定値を得ることを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の装置で、微粒子による散乱光を検出する光学系として前方散乱光方式と光遮断方式とを組み合わせた光学系の構成と配置を示す図
【図２】実施例の装置における散乱光パルスの検出例を示す図
【図３】実施例の装置における光遮断パルスの検出例を示す図
【符号の説明】
１、７： 光源
１Ａ、７Ａ： 光ビーム
２、８： フローセル
３： ビームストップ
４： 集光レンズ系
１Ｂ、７Ｂ： 光ビームの光軸
５： ピンホール
６、９： 光電変換素子
１０： コネクタ

Claims (4)

1. 集光された光ビームを試料水に向けて照射し、試料水中の微粒子によって散乱される光を光電変換素子で電気信号に変換する方法と、前記の光ビームとは異なる偏平光ビームを試料水に向けて照射し、試料水を透過する光を光電変換素子で電気信号に変換する方法とにより、予め定められた所定の粒径より小さい微粒子については、微粒子が前記集光された光ビームを通過する度に発生する散乱光パルス信号に基づいて粒径区分ごとに試料水中の微粒子の個数濃度を求め、また、前記所定の粒径より大きい微粒子については、微粒子が前記偏平光ビームを通過する度に発生する光遮断パルス信号に基づいて、粒径区分ごとに試料水中の微粒子の個数濃度を求め、さらに、前記微粒子の個数濃度に対して粒径区分ごとに個別の係数を乗じて試料水の濁度を求めることを特徴とする濁度および微粒子の測定方法。
2. 集光された光ビームを試料水に向けて照射する光源と、前記集光された光ビームにより試料水中の微粒子によって散乱される光を光電変換素子で電気信号に変換する光電変換手段と、前記の光ビームとは異なる偏平光ビームを試料水に向けて照射する光源と、前記偏平光ビームにより試料水を透過する光を光電変換素子で電気信号に変換する光電変換手段とを有し、所定の粒径より小さい微粒子については、微粒子が前記集光された光ビームを通過する度に発生する散乱光パルス信号に基づいて、粒径区分ごとに試料水中の微粒子の個数濃度を求める計数手段と、また、前記所定の粒径より大きい微粒子については、微粒子が前記偏平光ビームを通過する度に発生する光遮断パルス信号に基づいて、粒径区分ごとに試料水中の微粒子の個数濃度を求める微粒子の計数手段と、さらに、前記微粒子の個数濃度に対して粒径区分ごとに個別の係数を乗じて試料水の濁度を求める手段とを備えたことを特徴とする濁度および微粒子の測定装置。
3. 請求項２記載の濁度および微粒子の測定装置において、試料水が流れるフローセルに対して光源から光ビームを照射し、前記フローセルを介して、光源と対峙する位置で、かつ光ビームの光軸上に設置したビームストップにより光源からの直接の光ビームを遮断し、微粒子からの前方散乱光を検出する光学系と、光源から試料水が流れるフローセルに対して照射された偏平光の光量を検出する光学系を有することを特徴とする濁度および微粒子の測定装置。
4. 請求項２記載の濁度および微粒子の測定装置において、試料水が流れるフローセルに対して光源から光ビームを照射し、試料水が流れる方向に垂直で、かつ前記光ビームの光軸に一定の角度の方向で、微粒子からの側方散乱光を検出する光学系と、試料水が流れるフローセルに対して光源から照射された偏平光の光量を検出する光遮断方式の光学系を有することを特徴とする濁度および微粒子の測定装置。