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JPH0561581B2 - - Google Patents
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JPH0561581B2 - - Google Patents

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JPH0561581B2
JPH0561581B2 JP61314814A JP31481486A JPH0561581B2 JP H0561581 B2 JPH0561581 B2 JP H0561581B2 JP 61314814 A JP61314814 A JP 61314814A JP 31481486 A JP31481486 A JP 31481486A JP H0561581 B2 JPH0561581 B2 JP H0561581B2
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water
electrode
concentration
liquid
moving average
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JP61314814A
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JPS63165751A (en
Inventor
Ryohei Tanuma
Hidefumi Toyoshima
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水中のアンモニア性窒素(以下、
NH3−Nと略記する)濃度をオンラインに測定
する水中アンモニアの分析方法に係り、特に、メ
ンテナンスが容易で長期にわたつて安定した測定
が可能であるとともに、NH3−Nの低濃度の測
定にも適用し得る水中アンモニアの分析方法に関
する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is directed to the treatment of ammonia nitrogen (hereinafter referred to as
This method relates to an analysis method for ammonia in water that measures the concentration (abbreviated as NH 3 -N) online, and is especially easy to maintain and allows stable measurement over a long period of time, as well as the ability to measure low concentrations of NH 3 -N. This invention relates to a method for analyzing ammonia in water, which can also be applied to ammonia in water.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

生物学的脱窒プロセスでは、プロセスを監視す
るために処理水中のNH3−Nの濃度を測定する
必要がある。一方、浄水場では原水の汚染の指標
としてNH3−Nの重要性が知られている。この
ようにNH3−N濃度の測定、特にオンラインで
長期にわたり自動分析が可能な装置に対する必要
性が各方面で指摘されている。
In biological denitrification processes, it is necessary to measure the concentration of NH3 -N in the treated water to monitor the process. On the other hand, in water treatment plants, the importance of NH 3 -N is known as an indicator of contamination of raw water. As described above, it has been pointed out in various fields that there is a need for a device capable of measuring NH 3 -N concentration, especially an apparatus capable of automatic online analysis over a long period of time.

このような要求を満たすために本出願人はガス
パージ型アンモニア分析計に関する提案を行な
い、特願昭59−281422号として特許出願中であ
る。
In order to meet these demands, the present applicant has proposed a gas purge type ammonia analyzer and is currently applying for a patent as Japanese Patent Application No. 59-281422.

この装置は検水をアルカリ性にして空気でバブ
リングし、排出ガス中に含まれるNH3濃度を測
定することを基本原理とし、これに標準添加法を
応用したものである。
The basic principle of this device is to make the sample water alkaline, bubble it with air, and measure the NH 3 concentration contained in the exhaust gas, and apply the standard addition method to this.

第5図に前記特許出願に係る分析装置の構成図
を示す。第5図において、検水1がサンプリング
ポンプP1により一定量サンプリングされ、気液
接触槽2に注入される。この検水1中にデイフユ
ーザ3を通して空気が注入され、ばつ気が行なわ
れる。P2は空気を供給するためのエアポンプ、
4は空気流量を調節するバルブ、5は背圧弁であ
る。サンプリング後、アルカリ剤注入機構6によ
り検水1中に水酸化ナトリウムが添加され、検水
1のPHを11以上にする。水中のNH3−NはNH3
およびNH4 +として、存在し、両者の関係は、 NH3+H2ONH4 ++OH- (1) と表わされる。ところが、PH>11では反応はほぼ
完全に左側にシフトする。すなわち、NH3−N
は溶存NH3ガスとして存在することになる。こ
の状態で上述のようなばつ気を行なうと、上昇気
泡中へ水中のNH3が放出され、排気ガス中には
NH3が含まれる。今、水中のNH3−N濃度をXL
排ガス中のNH3−N濃度をXGとすると、 XG=αXL (2) となる。ここでαは比例定数である。排ガスはガ
ス透過形NH3電極7が挿入されている電極ハウ
ジング8内を通過して大気中へ放出される。した
がつて、電極7はXGに対応する出力Eを発生す
る。XGとEとの関係は、 E=E0−SloXG S=RT/nF (3) となる。ここでRはガス定数、Tは絶対温度、F
はフアラデイ定数、nは電極内反応に関与するイ
オンの電荷数、E0はXG=1におけるEである。
この式は一般にネルンストの式と呼ばれている。
式(3)に式(2)を代入すると、 E=E0′−SloXL E0′=E0−Slonα (4) を得る。すなわち、XLとEの関係も式(3)と同様、
ネルンストの式で表わすことができる。したがつ
て、検水1をアルカリ性にしてばつ気を行ない、
電極出力が定常値になつた時点では式(4)が成り立
つ。電極出力は変換器9を介して演算器10に入
力されており、演算器10はこの時点の電極出力
をホールドする。このホールド値をE1とすると、 E1=E0′−SloXL (5) となる。次に標準溶液注入機構11が作動し、既
知濃度のNH4Cl溶液が一定量注入される。これ
により検水1中のNH3−N濃度は増加し、電極
出力も変化する。NH3−N濃度変化を△XL、変
化後の電力出力をE2とすると、 E2=E0′−Slo(XL+△XL) (6) となる。式(6)から式(5)を引くと、 △E=E2−E1=−Slo(1+△XL/XL) (7) となる。△Eと△XLは既知であり、温度センサ
12により電極ハウジング8内の温度を測定する
ことによりSを求めることができる。したがつ
て、 により目的とするXLが測定される。測定が終わ
るとピンチ弁13が開いて検水1が排出され、次
の測定に移る。
FIG. 5 shows a configuration diagram of the analyzer according to the patent application. In FIG. 5, a certain amount of test water 1 is sampled by a sampling pump P1 and injected into a gas-liquid contact tank 2. During this water test 1, air is injected through the diffuser 3 to perform aeration. P2 is an air pump for supplying air,
4 is a valve that adjusts the air flow rate, and 5 is a back pressure valve. After sampling, sodium hydroxide is added to the test water 1 by the alkaline agent injection mechanism 6 to make the pH of the test water 1 11 or higher. NH 3 −N in water is NH 3
and NH 4 + , and the relationship between them is expressed as NH 3 +H 2 ONH 4 + +OH - (1). However, at pH > 11, the reaction shifts almost completely to the left. That is, NH 3 −N
will exist as dissolved NH 3 gas. If the above-mentioned aeration is performed in this state, NH 3 in the water will be released into the rising bubbles, and the exhaust gas will contain
Contains NH3 . Now, the concentration of NH 3 −N in water is X L ,
If the NH 3 -N concentration in the exhaust gas is X G , then X G = αX L (2). Here α is a proportionality constant. The exhaust gas passes through an electrode housing 8 into which a gas-permeable NH 3 electrode 7 is inserted and is discharged into the atmosphere. Electrode 7 therefore produces an output E that corresponds to X G . The relationship between X G and E is E=E 0 −Slo X G S=RT/nF (3). Here R is the gas constant, T is the absolute temperature, F
is the Faraday constant, n is the number of charges of ions involved in the reaction within the electrode, and E 0 is E at X G =1.
This equation is generally called the Nernst equation.
Substituting equation (2) into equation (3), we obtain E=E 0−Slo X L E 0 ′=E 0 −Slo nα (4). In other words, the relationship between X L and E is similar to equation (3),
It can be expressed by the Nernst equation. Therefore, make sample water 1 alkaline and aerate it.
Equation (4) holds true when the electrode output reaches a steady value. The electrode output is input to the arithmetic unit 10 via the converter 9, and the arithmetic unit 10 holds the electrode output at this point in time. If this hold value is E 1 , then E 1 =E 0−Slo X L (5). Next, the standard solution injection mechanism 11 is activated, and a fixed amount of NH 4 Cl solution with a known concentration is injected. As a result, the NH 3 -N concentration in the sample water 1 increases, and the electrode output also changes. If the change in NH 3 −N concentration is ΔX L and the power output after the change is E 2 , then E 2 =E 0−Slo ( XL + ΔX L ) (6). Subtracting equation (5) from equation (6) yields △E=E 2 −E 1 = −Slo (1+△ XL / XL ) (7). ΔE and ΔXL are known, and S can be determined by measuring the temperature inside the electrode housing 8 with the temperature sensor 12. Therefore, The desired XL is measured. When the measurement is completed, the pinch valve 13 is opened, the test water 1 is discharged, and the next measurement is started.

上述のアンモニア分析計は排ガス中のNH3
N濃度を測定することにより、水中のNH3−N
濃度を測定するため、検水とセンサが接触せず。
電極膜の汚染によるトラブルを防止することがで
きる。また、電極の特性変化、水質変動等による
αの変化はE0′の変動として現われるが、標準溶
液添加方式によりE0′の変化に影響されないで測
定が可能である。
The ammonia analyzer described above detects NH 3 − in exhaust gas.
By measuring the N concentration, NH 3 −N in water
To measure concentration, there is no contact between the sample water and the sensor.
Trouble caused by contamination of the electrode film can be prevented. Furthermore, changes in α due to changes in electrode characteristics, water quality changes, etc. appear as changes in E 0 ', but the standard solution addition method allows measurement without being affected by changes in E 0 '.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

一方、上述のNH3分析計は以下のような欠点
を有している。
On the other hand, the above-mentioned NH 3 analyzer has the following drawbacks.

まず、第1に、式(2)に示したように、XGはXL
に比例するが、XGはXLに対する平衡濃度よりも
低い。すなわち、排ガス中のNH3分圧は水中の
それよりも低い。このことはNH3電極の定量下
限付近での測定では、電極を直接、液中に挿入す
る通常の測定法(水中のNH3分圧を測定する)
に比較して不利となる。
First, as shown in equation (2), X G is X L
is proportional to , but X G is lower than the equilibrium concentration for X L . That is, the NH3 partial pressure in the exhaust gas is lower than that in water. This means that when measuring near the lower limit of quantification with an NH 3 electrode, the normal measurement method (measuring the NH 3 partial pressure in water) involves inserting the electrode directly into the liquid.
disadvantageous compared to.

第2の欠点はばつち気による気液接触槽内での
発泡の問題である。特に、廃水を対象とした測定
では泡が生じやすく、泡が液面上に蓄積して電極
ハウジング8内にまで達することがある。さらに
発泡は気液接触槽2および配管内部を濡らして汚
染する。この汚染された部分にはNH3が吸収さ
れやすいため、XLの変化に対するXGの応答が著
しく遅れ、ついには測定不能となる。
The second drawback is the problem of foaming in the gas-liquid contact tank due to uneven air. In particular, when measuring wastewater, bubbles are likely to occur, and the bubbles may accumulate on the liquid surface and reach the inside of the electrode housing 8. Furthermore, the foaming wets and contaminates the gas-liquid contact tank 2 and the inside of the piping. Since NH 3 is easily absorbed in this contaminated area, the response of X G to changes in X L is significantly delayed, and eventually becomes unmeasurable.

第3の欠点は電極出力のドリフト補償に関す
る。電極出力のドリフトは標準添加方式により補
償されるが、急激なドリフトに対して影響が現わ
れる。特に問題なのは気温の日間変動による影響
である。温度補償は基本的には電極部の温度を測
定することで可能であるが、実際には電極内部の
温度が均一になるのに時間を要することから温度
変化の影響を完全に取り除くのは難しい。
A third drawback relates to electrode output drift compensation. Drifts in electrode output are compensated by the standard addition method, but effects appear for sudden drifts. A particular problem is the effect of daily fluctuations in temperature. Temperature compensation is basically possible by measuring the temperature of the electrode, but in reality it takes time for the temperature inside the electrode to become uniform, so it is difficult to completely eliminate the effects of temperature changes. .

そこで、本発明は上述のような従来のアンモニ
ア分析装置の欠点を解決するためになされたもの
であつて、その目的はメンテナンスが容易で長期
にわたる安定な測定が可能であるとともに、低濃
度のNH3−N濃度の測定にも適用し得、さらに
温度変化等の環境変動による影響を最小限におさ
え得るオンライン用水中アンモニアの分析方法を
提供することにある。
Therefore, the present invention was made to solve the above-mentioned drawbacks of the conventional ammonia analyzer.The purpose of the present invention is to provide easy maintenance and stable measurement over a long period of time, as well as to make it possible to measure low concentrations of NH. An object of the present invention is to provide an on-line method for analyzing ammonia in water that can be applied to the measurement of 3 -N concentration and can also minimize the effects of environmental changes such as temperature changes.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

前述の目的を達成するため、本発明によれば、
検水にアンモニア性窒素濃度が既知の標準溶液を
任意の混入率で混入し、かかる混入水にアルカリ
剤を混合してなる被測定液が連続的に導入され、
この被測定液との間に一定容積の気相部が形成さ
れるように構成された測定セルと、この測定セル
に前記気相部と接触するように装着されたアンモ
ニア電極とを備えた分析装置を用い、前記標準溶
液の混入率を一定周期で変化させつつ、混入率変
化周期の整数倍に相当する時間にわたる電極出力
の移動平均と、移動平均時間の1/2に相当する時
間だけ過去の電力出力値を用いて被測定液(検
水)中のアンモニア性窒素濃度を求めることを特
徴とする。
In order to achieve the aforementioned object, according to the present invention:
A standard solution with a known ammonia nitrogen concentration is mixed into the test water at an arbitrary mixing rate, and a test liquid made by mixing an alkaline agent into the mixed water is continuously introduced,
An analysis comprising a measurement cell configured to form a gas phase portion of a fixed volume between the liquid to be measured and an ammonia electrode attached to the measurement cell so as to be in contact with the gas phase portion. Using a device, while changing the mixing rate of the standard solution at a constant cycle, the moving average of the electrode output over a period of time corresponding to an integer multiple of the mixing rate change period and the past period corresponding to 1/2 of the moving average time are calculated. The method is characterized in that the ammonia nitrogen concentration in the liquid to be measured (sample water) is determined using the power output value of .

上述の先願にかかる水中アンモニア分析計がば
つ気方式を採用しているのは気液間でNH3を平
衡状態とするためには長期間を要するという考え
に基づいている。すなわち、ばつ気方式では排ガ
ス中のNH3−N濃度は水中のNH3−N濃度に対
する平衡濃度とはならないが、式(2)の比例関係は
成り立つ。平衡関係ではないからαは水質、気泡
径等により変化するが、標準添加法によりαの変
動に依存しない形で測定できればよいという考え
方である。
The reason why the ammonia in water analyzer according to the above-mentioned prior application uses the aeration method is based on the idea that it takes a long time to bring NH 3 into an equilibrium state between gas and liquid. That is, in the aeration method, the NH 3 -N concentration in the exhaust gas does not reach an equilibrium concentration with respect to the NH 3 -N concentration in water, but the proportional relationship of equation (2) holds true. Since α is not an equilibrium relationship, α changes depending on water quality, bubble diameter, etc., but the idea is that it is sufficient to be able to measure it in a manner that does not depend on fluctuations in α using the standard addition method.

これに対して、本発明者らは実験、研究を重ね
た結果、NH3の場合、ばつ気あるいは強力な機
械撹拌等により気液接触効率を高める手段を用い
ることなく、容易に気液平衡に達することを見出
した。本発明はこのような知見に基づくものであ
り、以下、実施例により詳細に説明する。
On the other hand, as a result of repeated experiments and research, the present inventors found that in the case of NH3 , it is possible to easily achieve gas-liquid equilibrium without using means to increase the gas-liquid contact efficiency such as aeration or strong mechanical stirring. I found that I could reach it. The present invention is based on such knowledge, and will be explained in detail below with reference to Examples.

第1図は本発明に用いられる装置の構成図であ
り、第2図は第1図における測定セルの拡大断面
図である。第1図中、実線は物質の流れを、破線
は信号の流れをそれぞれ表わす。検水は採水ポン
プP1によりくみ上げられ、分析装置ロツカ外に
設置された採水槽21に導入される。ロツカ内へ
は少量の検水が導入され、ピンチ弁V1、チユー
ブポンプP3を通つて測定セル22に入る。その
過程でNH4Cl標準溶液およびNaOHを検水中に
混入する。NaOHはアルカリタンク23から定
量ポンプP4によりチユウーブポンプP3の吐出
側の検水流路に注入される。注入流量は被測定液
のPHが11以上になるように定められる。このよう
にして検水とアルカリ剤とを混入してなる被測定
液が測定セル22に連続的に導入される。
FIG. 1 is a block diagram of an apparatus used in the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of the measurement cell in FIG. 1. In FIG. 1, solid lines represent the flow of material, and broken lines represent the flow of signals. Test water is pumped up by a water sampling pump P1 and introduced into a water sampling tank 21 installed outside the analyzer rocker. A small amount of test water is introduced into the rocker and enters the measurement cell 22 through the pinch valve V1 and tube pump P3. During this process, NH 4 Cl standard solution and NaOH are mixed into the test water. NaOH is injected from the alkali tank 23 into the test water channel on the discharge side of the tube pump P3 by the metering pump P4. The injection flow rate is determined so that the pH of the liquid to be measured becomes 11 or higher. In this way, a liquid to be measured containing test water and an alkaline agent is continuously introduced into the measurement cell 22.

一方、第1図のAは標準溶液混入機構であり、
標準溶液が標準溶液タンク24からピンチ弁V2
を通つてチユーブタンクP3の吸引流路に入る。
On the other hand, A in Figure 1 is the standard solution mixing mechanism,
The standard solution is transferred from the standard solution tank 24 to the pinch valve V2.
and enters the suction flow path of the tube tank P3.

被測定液は第2図示の液流入口31から測定セ
ル22内に導入され、液滞留部32を通つて液排
出口33から流出する。液滞留部32の被測定液
は外部でマグネツト34との磁気カツプリングに
より回転する撹拌マグネツト35により緩速撹拌
される。
The liquid to be measured is introduced into the measurement cell 22 from the liquid inlet 31 shown in the second diagram, passes through the liquid reservoir 32, and flows out from the liquid outlet 33. The liquid to be measured in the liquid reservoir 32 is slowly stirred by a stirring magnet 35 that rotates by magnetic coupling with a magnet 34 externally.

また、第2図において、25はアンモニア電
極、例えば隔膜式アンモニア電極であつて、測定
セル22内に後述の気相部42と接触するように
装着される。例えば、第2図示のようにステンレ
ススチール製の電極ホルダー36に挿入され、フ
ツ素樹脂製のスペーサー37により支持されるこ
とにより装着される。電極ホルダー36はバンド
ヒータ38で加熱されるようになつており、白金
測温抵抗体39とこの図には示していない温度調
節計を用いて電極ホルダー36の温度が被測定液
の温度より高く保たれるようになつている。これ
はスペーサー37内面および電極測定面40の水
蒸気が凝縮してNH3が吸収されるのを防ぐとと
もに、温度ドリフトによる測誤差を少なくするた
めである。
Further, in FIG. 2, reference numeral 25 is an ammonia electrode, for example, a diaphragm type ammonia electrode, which is installed in the measurement cell 22 so as to be in contact with a gas phase portion 42, which will be described later. For example, as shown in the second figure, it is inserted into an electrode holder 36 made of stainless steel and supported by a spacer 37 made of fluororesin. The electrode holder 36 is heated by a band heater 38, and the temperature of the electrode holder 36 is kept higher than the temperature of the liquid to be measured using a platinum resistance thermometer 39 and a temperature controller not shown in this figure. It's starting to be preserved. This is to prevent water vapor on the inner surface of the spacer 37 and the electrode measurement surface 40 from condensing and absorbing NH 3 and to reduce measurement errors due to temperature drift.

この測定セル22の内部には液滞留部32の水
面、スペーサー37および電極測定面40により
一定容量の気相部41が形成される。この測定セ
ル22に被測定液を流通すると気相部41の
NH3−N濃度XGは被測定液中のNH3−N濃度XL
と平衡状態となる。すなわち、 XG=1/HXL (9) となる。ここでHはヘンリー定数である。したが
つて。アンモニア電極25の出力Eは E=E0″−SloXL E0″=E0−SloH (10) であり、この信号が第1図の演算装置26に入力
される。演算装置26はピンチ弁V1とV2を交
互に開くためのオンオフ信号を発生し、そのオン
オフ比率を調節することにより標準溶液混入率r
を調節する。
Inside the measurement cell 22, a gas phase portion 41 with a constant volume is formed by the water surface of the liquid retention portion 32, the spacer 37, and the electrode measurement surface 40. When the liquid to be measured flows through this measurement cell 22, the gas phase part 41
NH 3 −N concentration X G is NH 3 −N concentration X L in the liquid to be measured
It becomes an equilibrium state. That is, X G =1/HX L (9). Here H is Henry's constant. Therefore. The output E of the ammonia electrode 25 is E=E 0−Slo X L E 0 ″=E 0 −Slo H (10), and this signal is input to the arithmetic unit 26 in FIG. The arithmetic unit 26 generates on/off signals for alternately opening the pinch valves V1 and V2, and adjusts the on/off ratio to adjust the standard solution mixing rate r.
Adjust.

本実施例では混入率rを2段階(γ1およびγ2
γ1<γ2)に周期的(周期Tn=1時間)に変化さ
せる。ここでr1は被測定液のNH3−N濃度がアン
モニア電極の測定限界以上になるように決める。
したがつて検水のNH3−N濃度が測定限界以上
であれば、γ1=0とする。以下であればγ1≠0と
した議論を進めるが、式中のγ1をゼロとおくこと
によりγ1=0の場合も同様に扱えることはもちろ
んである。
In this example, the mixing rate r is set in two stages (γ 1 and γ 2 ,
γ 12 ) periodically (period T n =1 hour). Here, r 1 is determined so that the NH 3 --N concentration of the liquid to be measured is equal to or higher than the measurement limit of the ammonia electrode.
Therefore, if the NH 3 -N concentration of the sample water is above the measurement limit, γ 1 =0. In the following case, we will proceed with the discussion assuming that γ 1 ≠ 0, but it goes without saying that the case of γ 1 =0 can also be handled in the same way by setting γ 1 in the formula to zero.

γの変化に伴つて電極出力Eも周期的に変化
し、これを利用して測定を行なう。問題はEの変
化にはγの変化によるものでなく、環境条件(特
に温度)の変化による変動が含まれることであ
る。
As γ changes, the electrode output E also changes periodically, and this is used to perform measurements. The problem is that changes in E include fluctuations not due to changes in γ but also due to changes in environmental conditions (especially temperature).

そこで、本発明者らはこの問題を解決するため
に、移動平均の周波特性に着目した。
Therefore, in order to solve this problem, the present inventors focused on the frequency characteristics of the moving average.

時間区間Lの移動平均を伝達関数で表わすと、 GMAL(S)=1−GL(S)/SL (11) ここで、GL(S)はおくれ時間Lのむだ時間要素
の伝達関数であり、 GL(S)=e-SL (12) である。なお、Sはラプラス変換パラメータであ
る。
Expressing the moving average of time interval L as a transfer function, G MAL (S)=1−G L (S)/SL (11) Here, G L (S) is the transfer function of the dead time element of the delay time L. , and G L (S)=e -SL (12). Note that S is a Laplace transform parameter.

周波数特性を検討するために式(11)にS=jwを
代入すると、 GMAL(jw)=1−e-jwL/jwL (13) が得られる。ここでwは角周波数、j=−√1で
ある。式(13)をe-jwL=cos wL−jsin wLを用いて
変形すると、 GMAL(jw) =1/wL〔sin wl−j(1−cos wL〕 (14) となり、さらに、 sin wL=2sin(wL/2)・cos(wL/2) 1−cos wL=2sin2(wL/2)であるから、 GMAL(jw) =2/wLsinwL/2(coswL/2−jsinwL/2) =2/wLsinwL/2・e-jw(L/2) (15) となる。また、sin(wL/2)を級数展開すると
式(15)は GMAL(jw) =〔1−1/3〓(wL/2)2+1/5〓(wL/2)4
−…〕-j w(L/2) =〔1−1/3〓(wL/T)2+ 1/5〓(πL/T)4−…〕e-jw(L/2) (16) と表わすことができる。ここでTは信号の周期で
ある。これらからわかるように、平均時間に比べ
て長い周期の信号、すなわち、(1/3〓)
(πL/T)2≪1の信号に対しては式(16)の第2項以
下は無視することができ、 GMAL(jw)e-jw(L/2) =GL/2(jw) (17) となる。すなわち、移動平均は平均時間に比べて
長い周期の信号に対しては、その平均時間の1/2
のおくをもつむだ時間要素として働く。また式(15)
から |GMAL(jw)|=T/πL|sinπL/T| (18) が得られ、これをグラフで表わすと第3図に示す
ように移動平均要素のゲイン曲線が得られる。第
3図から移動平均のゲインはL/T1で急激に
低下し、とくにL/T=n(n=1、2、…)の
信号は移動平均操作により完全に消滅することが
わかる。
When S=jw is substituted into equation (11) to study the frequency characteristics, G MAL (jw)=1−e −jwL /jwL (13) is obtained. Here w is the angular frequency and j=-√1. Transforming equation (13) using e -jwL = cos wL−jsin wL, G MAL (jw) = 1/wL[sin wl−j(1−cos wL] (14), and further, sin wL= 2sin(wL/2)・cos(wL/2) 1−cos wL=2sin 2 (wL/2), so G MAL (jw) =2/wLsinwL/2(coswL/2−jsinwL/2) = 2/wLsinwL/2・e -jw(L/2) (15) Also, when sin(wL/2) is expanded into a series, equation (15) becomes G MAL (jw) = [1-1/3〓 (wL/2) 2 +1/5〓(wL/2) 4
−…] -j w(L/2) = [1-1/3〓(wL/T) 2 + 1/5〓(πL/T) 4 −…〕e -jw(L/2) (16) It can be expressed as Here, T is the period of the signal. As can be seen from these, the signal has a long period compared to the average time, that is, (1/3〓)
(πL/T) 2 <<1, the second term and the following in equation (16) can be ignored, and G MAL (jw)e -jw(L/2) = G L/2 (jw ) (17) becomes. In other words, the moving average is 1/2 of the average time for signals with a longer period than the average time.
It also acts as a wasted time element. Also, equation (15)
From this, |G MAL (jw)|=T/πL|sinπL/T| (18) When expressed graphically, the gain curve of the moving average element is obtained as shown in FIG. It can be seen from FIG. 3 that the gain of the moving average decreases rapidly at L/T1, and in particular, the signal of L/T=n (n=1, 2, . . . ) completely disappears due to the moving average operation.

本発明は移動平均の上記性質を利用している。
温度変化による出力変動の主要周波数成分の周期
は24時間であるが、日照の急変時等に現われる変
動ではさらに短周期信号成分が重畳されることも
ある。今、電極出力EをバツクグラウンドEB
混入率変化による変動成分ε(周期=Tn=1時
間)との和 E=EB+ε (19) で表わし、EBには6時間周期の変動成分が含ま
れているとする。Eを平均時間=1時間の移動平
均要素に通すと、その出力Eは E=GMAL(S)E=GMAL(S)EB+GMAL(S)ε (20) となるが、 1/3〓(π×1/6)2=0.046≪1(21) であり、平均時間がεの周期と等しいため GMALε=0 (22) であるから、 EGL(S)EB (23) となる。すなわち、移動平均の出力はEBのみと、
おくれ時間Tn/2のむだ時間要素に通したのと
ほぼ等しい信号となる。一方、Eを実際におくれ
時間Tn/2のむだ時間要素に通せばその出力EL
は EL=GL(S)EB+GL(S)ε (24) であるから E*=EL−GL(S)ε (25) により混入率変化による変動成分のみが得られる
ことになる。
The present invention utilizes the above-mentioned properties of the moving average.
The cycle of the main frequency components of output fluctuations due to temperature changes is 24 hours, but shorter-period signal components may be superimposed on fluctuations that occur during sudden changes in sunlight. Now, the electrode output E is expressed as the sum of the background E B and the fluctuation component ε (period = T n = 1 hour) due to the change in the mixing rate, E = E B + ε (19), where E B has a 6-hour period fluctuation. Assume that the ingredients are included. When E is passed through a moving average element with an average time of 1 hour, the output E becomes E=G MAL (S)E=G MAL (S)E B +G MAL (S)ε (20), but 1/ 3〓(π×1/6) 2 =0.046≪1(21), and since the average time is equal to the period of ε, G MAL ε=0 (22), so EG L (S)E B (23 ) becomes. In other words, the output of the moving average is only E B ,
This results in a signal approximately equal to that passed through a dead time element of delay time T n /2. On the other hand, if E is actually passed through a dead time element of delay time T n /2, the output E L
Since E L = G L (S)E B + G L (S)ε (24), only the fluctuation component due to the change in the mixing rate can be obtained by E * = E L −G L (S)ε (25). become.

このようにして得られた信号E*の定常値を考
えれば、 E*=E0″−−SloXL (26) であり、 =0″−o LE0″−So L (27) であるから、 E*=So L−SloXL (28) となるため、E*は環境変動によるE0″変化の影響
を受けない。
Considering the steady-state value of the signal E * obtained in this way, E * = E 0 ″−−Sl o XL (26), and = 0 ″− o L E 0 ″−S o L (27 ) Therefore, E * = S o L − S l o XL (28) Therefore, E * is not affected by changes in E 0 ″ due to environmental changes.

本発明におけるドリフト補償の原理は以上のよ
うなものであり、信号E*を演算処理することに
より最終出力を得る。
The principle of drift compensation in the present invention is as described above, and the final output is obtained by processing the signal E * .

以下、最終出力を得るまでの演算内容を第4図
のブロツク線図により説明する。図中、51は移
動平均要素、52はむだ時間要素であり、これら
の機能はすでに説明したとおりである。次に信号
E*は割算器53に入力され、−E*/Sを得る。式
(28)から −E*/S=−o L+loXL (29) であり、指数関数要素54を通つて y=e-E*/S=e−loXL・XL (30) となる。o Lには混入率rの変化による周期変動
は含まれないが、検水NH3−H濃度の変化に伴
つて変化する。しかし、これはXLの変化に比べ
ればゆるやかであるので、 y=αXL、α=定数 (31) とみなすことができる。
The contents of the calculations until the final output is obtained will be explained below with reference to the block diagram of FIG. In the figure, 51 is a moving average element, and 52 is a dead time element, the functions of which have already been described. Then the signal
E * is input to the divider 53 to obtain -E * /S. From equation (28), −E * /S = − o L + l o X L (29) and through the exponential function element 54, y = e -E*/S = e−l o X L 30) becomes. o L does not include periodic fluctuations due to changes in the mixing rate r, but changes with changes in the sample water NH 3 -H concentration. However, since this change is gradual compared to the change in XL , it can be regarded as y= αXL and α=constant (31).

今、γ=γ1であるとし、XLが定常値となつた
時の値をXL1とすると、 XL1=(1−γ1)X0+γ1XS (32) となる。ここで、X0は検水のNH3−N濃度、XS
は標準溶液のNH3−N濃度である。また、この
時のyの値は y=y1=αXL1 (33) である。次にγ=γ2でのXLの定常値XL2は XL2=(1−γ1−△γ)X0 +(γ1+△γ)XS (34) となる。ここで、△γ=γ2−γ1である。また、 y=y2=αXL2 (35) である。式(32)から X0=XL1−γ1XS/1−γ1 (36) となり、これを式(34)に代入すると、 XL2≒(1−△γ/1−γ1)XL1 +(1+γ/1−γ1)△γXS (37) となる。第4図でサンプルホールド要素55は
γ=γ1のときのyを、サンプルホールド要素5
6はγ=γ2のときのyをそれぞれホールドする。
すなわち、それぞれの出力はy1およびy2である。
次に割算器57はy2/y1を計算する。これをRと
おくと、 R=y2/y1=XL2/XL1=(1−△γ/1−γ1) +(1+γ/1−γ1)XS/XL1△r(38) となり、これを整理すると、 XL1=1/(1−γ1)(R−1)+△γXS (39) となり、△γ、γ1、R、XSからXL1が求まる。さ
らに式(36)により検水のNH3−N濃度X0を求
める。第4図中、58は式(39)、(36)の演算に
よりX0をもとめる四則演算部である。
Now, assuming that γ=γ 1 and the value when XL reaches a steady value is XL1 , then XL1 = (1−γ 1 )X 01 X S (32). Here, X 0 is the NH 3 −N concentration of the sample water, X S
is the NH 3 −N concentration of the standard solution. Moreover, the value of y at this time is y=y 1 =αX L1 (33). Next, the steady value X L2 of X L at γ=γ 2 is X L2 = (1−γ 1 −Δγ)X 0 +(γ 1 +Δγ)X S (34). Here, Δγ=γ 2 −γ 1 . Also, y=y 2 =αX L2 (35). From equation ( 32 ), we get X 0 = X L1 −γ 1 L1 + (1+γ/1-γ 1 )△γX S (37). In FIG. 4, the sample hold element 55 calculates y when γ=γ 1 .
6 holds y when γ=γ 2 .
That is, the respective outputs are y 1 and y 2 .
Next, the divider 57 calculates y 2 /y 1 . Letting this be R, R=y 2 /y 1 =X L2 /X L1 = (1-△γ/1-γ 1 ) + (1+γ/1-γ 1 )X S /X L1 △r(38 ), rearranging this, X L1 = 1/(1-γ 1 ) (R-1) + ΔγX S (39), and X L1 can be found from Δγ, γ 1 , R, and X S. Furthermore, the NH 3 −N concentration X 0 of the sample water is determined using equation (36). In FIG. 4, reference numeral 58 denotes an arithmetic operation section that calculates X 0 by calculating equations (39) and (36).

〔作用〕[Effect]

本発明は上述のとおり、水中アンモニアの分析
に際し、移動平均出力と、むだ時間要素を用いて
検水中のアンモニア性窒素濃度を求める。移動平
均の出力はEBのみと、おくれ時間Tn/2のむだ
時間要素に通したのとほゞ等しい信号となり、一
方、Eを実際におくれ時間Tn/2のむだ時間要
素に通せば、式(25)により混入率変化による変
動成分のみが得られる。
As described above, in the present invention, when analyzing ammonia in water, the ammonia nitrogen concentration in the sample water is determined using the moving average output and the dead time element. The output of the moving average becomes a signal that is almost the same as passing only E B through a dead time element with a delay time T n /2, whereas if E is actually passed through a dead time element with a delay time T n /2. , only the fluctuation component due to the change in the mixing rate can be obtained by Equation (25).

このようにして得られた信号E*の定常値を考
えれば、E*は式(28)となるため、環境変動に
よるE0″変化の影響を受けない。このため、本発
明によれば、むだ時間要素と移動平均を用いるこ
とにより電極出力のドリフトを効率良く除去で
き、したがつて、温度変化等の環境変動による影
響を最少限におさえることができる。
Considering the steady-state value of the signal E * obtained in this way, E * becomes Equation (28), so it is not affected by changes in E 0 ″ due to environmental changes. Therefore, according to the present invention, By using the dead time element and the moving average, drift in the electrode output can be efficiently removed, and therefore the influence of environmental changes such as temperature changes can be minimized.

さらに本発明ではばつ気や急速な撹拌を用い
ず、混入率を一定周期で変化させつつその電極出
力の移動平均とむだ時間要素を用いるため発泡に
よる測定セルの汚れがなく、かつ低濃度領域のア
ンモニア分析が可能である。
Furthermore, the present invention does not use aeration or rapid stirring, but uses the moving average of the electrode output and the dead time element while changing the mixing rate at a constant cycle, so there is no contamination of the measurement cell due to foaming, and the measurement cell is not contaminated in the low concentration region. Ammonia analysis is possible.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

従来法によるNH3の分析装置がばつ気排ガス
中のNH3−N濃度と水中のNH3−N濃度の比例
関係、すなわち、式(2)を利用しているのに対し、
本発明では気液平衡の式(9)を用いる。したがつ
て、α>1/Hであるため、同じXLに対して後
者のXGは前者のXGより大きい。さらに本発明で
はγ1≠0とすることにより従来のアンモニア電極
では測定不能であつた低濃度領域の測定が可能に
なつた。
While conventional NH 3 analyzers utilize the proportional relationship between the NH 3 -N concentration in the exhaust gas and the NH 3 -N concentration in water, that is, equation (2),
In the present invention, equation (9) of vapor-liquid equilibrium is used. Therefore, since α>1/H, the latter X G is larger than the former X G for the same X L. Furthermore, in the present invention, by setting γ 1 ≠0, it has become possible to measure low concentration regions that were impossible to measure with conventional ammonia electrodes.

また、本発明では、ばつ気や急速撹拌を用いな
いため、発泡あるいは飛沫による測定セル内面の
汚れも少なく、NH3の吸収による応答の遅れも
ほとんど生じない。
Further, in the present invention, since no aeration or rapid stirring is used, there is little contamination of the inner surface of the measurement cell due to foaming or splashing, and there is almost no delay in response due to absorption of NH 3 .

さらに、本発明はむだ時間要素と移動平均を用
いることにより電極出力のドリフトを効率よく除
去できるため、温度変化等の環境変動による影響
を最少限におさえることができる。
Furthermore, since the present invention can efficiently remove drift in electrode output by using a dead time element and a moving average, the influence of environmental changes such as temperature changes can be minimized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に用いられる装置の一具体例の
構成図を示し、第2図は第1図における測定セル
の拡大断面図を示し、第3図は移動平均要素の周
波数特定曲線を示し、第4図は測定演算内容を表
わすブロツク線図を示し、第5図は従来にかかる
装置の構成図を示す。 22……測定セル、23……アルカリタンク、
24……標準溶液タンク、25……アンモニア電
極、26……演算装置、31……液流入口、33
……液排出口、34……外部マグネツト、35…
…撹拌マグネツト、40……電極測定面、41…
…気相部、51……移動平均要素、52……むだ
時間要素、53,57……割算器、54……指数
関数要素、55……サンプルホールド要素、5
6……サンプルホールド要素、58……四則演
算部、A……標準溶液混入機構。
FIG. 1 shows a configuration diagram of a specific example of the device used in the present invention, FIG. 2 shows an enlarged sectional view of the measurement cell in FIG. 1, and FIG. 3 shows a frequency specific curve of a moving average element. , FIG. 4 shows a block diagram representing the content of measurement calculations, and FIG. 5 shows a configuration diagram of a conventional apparatus. 22...Measurement cell, 23...Alkaline tank,
24... Standard solution tank, 25... Ammonia electrode, 26... Arithmetic device, 31... Liquid inlet, 33
...Liquid outlet, 34...External magnet, 35...
...Stirring magnet, 40... Electrode measurement surface, 41...
... Gas phase part, 51 ... Moving average element, 52 ... Dead time element, 53, 57 ... Divider, 54 ... Exponential function element, 55 ... Sample hold element, 5
6...Sample holding element, 58...Four arithmetic operation section, A...Standard solution mixing mechanism.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 検水にアンモニア性窒素濃度が既知の標準溶
液を任意の混入率で混入し、かかる混入水にアル
カリ剤を混合してなる被測定液が連続的に導入さ
れ、この被測定液との間に一定容積の気相部が形
成されるように構成された測定セルと、この測定
セルに前記気相部と接触するように装着されたア
ンモニア電極とを備えた分析装置を用い、前記標
準溶液の混入率を一定周期で変化させつつ、混入
率変化周期の整数倍に相当する時間にわたる電極
出力の移動平均と、移動平均時間の1/2に相当す
る時間だけ過去の電極出力値を用いて被測定液中
のアンモニア性窒素濃度を求めることを特徴とす
る水中アンモニアの分析方法。
1. A standard solution with a known ammonia nitrogen concentration is mixed into the test water at an arbitrary mixing rate, and a test solution made by mixing an alkaline agent into the mixed water is continuously introduced, and the distance between the test solution and the test solution is continuously introduced. The standard solution is While changing the mixing rate at a constant cycle, the moving average of the electrode output over a period of time corresponding to an integral multiple of the mixing rate change period and the past electrode output value for a period corresponding to 1/2 of the moving average time are used. A method for analyzing ammonia in water, which is characterized by determining the ammonia nitrogen concentration in a liquid to be measured.
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