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NITEからの話題（仮題）
現場での水質計の校正 － ｐＨ計と導電率（伝導度）計 － 三興コントロール（株） 校正技術部 田村純 2012-03-02 ｂｙ TMR. 校正が要求される主な分野 ～弊社のサービス対象産業での～ ｐＨ，導電率計の校正に関して ・製剤産業（FDA、ICH、WHO-GMP） ・高機能食品産業（HACCP） ・農業プラント ・化学（中間体）プラント トレーサビリティの確保できた標準物質（液）での校正要求 製剤分野 ～バイオ（リアクタ）プロセス～ 温度 Ｎ２ガス、Ｏ２ガス 、空気 ｐＨ ＤＯ ＤＣＯ2 福岡大学より バイオリアクタ模式図 攪拌装置 フィードポンプ 媒体 空気 反応槽 計測制御システム センサプローブ サーマルジャケット 曝気装置 排出ライン Wikipediaより 制御と管理 -1 ～ｐＨの計測制御～ クローズド・ループ オープン・ループ 調節計による目標（数）値の分解能 例えば 調節計の場合 1/100台の桁で制御するのか？ 1/10台の桁で制御するのか？ ｐＨ計の絶対値と不確かさ 「シンスキー著：非線形調節計の不感帯とゲイン」より 顧客説明チャート ～標準値、偏差、不確かさと許容値の関係（私見）～ ④要求許容値（幅） ③不確かさ ②偏差 ①、②、③と④の相互 の位置関係を考える 校正値 ①標準値 産業分野の導電率計測例 ～電気導電率（伝導度）計の利用分野～ 分野 対象 海水 1 自然 地下水 ○ 備考 標準海水電気伝導値は15℃時表示 汽水域の把握 比抵抗 ○ 地質成分の把握等 地震発生メカニズムの指標 地質学 土壌・岩石等の含水率研究等の時使用 肥料測定 0.0-0.2mS/cm：肥料少ない 土:水=1:5（日本）の割合で、土壌の肥料適量値の把握（主 0.2-0.5mS/cm：肥料適量 0.5-1.0mS/cm：肥料少し多い に窒素量） 1.0mS/cm以上：肥料過多 ※土壌の性状により混合の割合は変わります ※土壌・作物等により数値は変わります 塩分濃度 ○ 漁業 ○ ‰ 養殖等の生産における環境管理・調整 水族館における水質管理 ○ 導電率 原料管理・品質管理・純水管理 注射用水・精製水等の管理 局方改正（第16局）に伴う導電率計の導入 ○ 比抵抗 健康管理 骨・内蔵・血液・皮膚等の測定 インク 比抵抗 地質学 地震 農業 洗剤 ○ T&C推奨製品 押出工程管理 粘性サンプルの導電率測定 ○ T&C推奨製品 押出工程管理 粘性サンプルの導電率測定 ○ T&C推奨製品 品質管理 導電率測定/ユーザ検量線による%、mg/ℓ等による管理 ○ T&C推奨製品 添加剤量の調整 適正添加量の把握 ○ T&C推奨製品 調合管理・色取り換え時の配管管理 化学 ○ メッキ ○ セメント ○ 金属 濃度換算 比抵抗 製造時の原料・調合過程・製品管理等に利用 補充若しくは交換再生の制御 品質管理 塩分含有濃度の把握 品質管理 金属固有の指標抵抗率を目安に材料管理 ボイラー ○ 導電率 ボイラー管理 工業用水 ○ 比抵抗 供給水・純水・超純水などの管理 食品分野 ○ 電気伝導度 サニタリー管理 ○ 工場排水 浄水場 生活 ○ 排水管理 警報 対象サンプルの濃度・温度・導電率から検量性を作成し濃度換算 塗装の際の色の取り換え時の配管管理 調合管理 劣化管理 飲料水（ジュース等）管理 3 補足 塩分濃度 ○ 化粧品 産業 ○ 目的 土壌 医薬 2 測定方法 電気伝導度 その他 ○ ‰ 対象サンプルの濃度・温度・導電率から検量性を作成し濃度換算 純水・超純水等の場合は比抵抗測定が多い 配管洗浄後の洗浄残渣確認のために測定 添加前の純水管理・添加後の製品管理 トマトジュース等においては塩分濃度管理として使用しているところあり 重金属等の処理コントロール 重金属等の流出管理 油分検知 電気伝導度差による検知 ○ 海水検知 取水口における海水給水防止対策 ○ 重金属監視 取水口における重金属給水防止監視 添加塩素の調整 薬液濃度計としての導電率計の利用 添加濃度はポーラログラフ法/比色計による濃度管理：上水試験法 公害防止法及び総量規制などによる管理 ○ 濃度換算 ○ 濃度換算 添加塩素の調整 薬液濃度計としての導電率計の利用 再生センター ○ 重金属監視 排水中のイオン物質の監視 産業廃棄物処理場 ○ シート破断などによる流出監視 pH計とともに使用されることが多い 株式会社 ティ・アンド・シー・テクニカル 殿提供 主にCaClの流出を検知するが、pH濃度によりCaClのイオン化傾向が 変わるため 超純水と純水の規格・基準例 分析化学・バイオ関係 ・JIS Ｋ0557：用水・排水の試験に用いる水 ・ＪＩＳ Ｋ 0102：工場排水試験方法 ・日本薬局方第16改訂 ・ＩＳＯ 3696-1987：分析実験用水-仕様および試験方法 ・ＡＳＴＭ Ｄ 5196-06：バイオメディカル用水の規格 ・ＡＳＴＭ Ｄ 1193-06：試薬用水の標準仕様 耐候試験用純水の規格 ・ＪＩＳ（耐候性試験機本体、・・・・・・・・） ・ＪＡＳＯ、ＩＳＯ、・・・・・・ 臨床検査ラボでの純水 ・ＣＬＳＩ Ｃ3-Ａ4 校正対象機器 ～弊社で使用中の導電率計～ ハンドヘルド ラボ プロセス ｐＨ計と導電率計の校正 ｐＨに関し弊社の主な顧客に於いては 既にＪＣＳＳロゴ付きの標準液での校正、 トレーサビリティについての認識は高い ただ残念なことに導電率（伝導度）に関して は上記の顧客でも校正、トレーサビリティ についての認識は低い、ＪＩＳは？？？ 制御と管理 -2 ～導電率（≒水の純度）の計測制御～ オープン・ループ クローズド・ループ プロセス導電率計の設置方法 電極の設置は２方式：ダイレクト・マウント方式 とサンプリング方式 現場での校正には工夫が必要 安定した標準の場の確保と 配管関係からのコンタミを考慮 プロセス導電率（値）の信頼性の検証 単体校正 ：いわゆる引き取り校正の場合 導電率計のみを校正する、カタログ仕様 の確認か？ 工場から一歩でも外へ出たら・・・・・・？ ループ校正：導電率電極から計測・制御システムまでの 信号系を全て接続したまま校正する 導電率の計測系としての検証が可能 ＋ 生産時間と導電率計の校正時間との バランスから生産現場での出張校正が主体 不確かさ（誤差）の外的要因 生産現場の導電率計 校正での導電率計 設置環境 校正方法・手段 プロセス条件 校正条件 管理精度 不確かさ カタログ表記精度ではプロセス 現象を測定していない場合が ほとんどのはず 標準器の不確かを利用する には校正条件が重要 導電率計の計測と校正の仕様の違い 計測の場合 校正の場合 ・再現性 ・繰り返し性 ・感受性 ・数種の標準 物質（液） ・動的測定 ・静的測定 ・長期安定性 ・短期安定性 導電率計の校正 ～ 校正と適格性～ 電極 導電率計の校正 ：電気標準による適格性 表示器 ：電気標準による適格性 電極＋表示器の組み合わせ ： 標準液による方法、標準器による方法 校正の特性式 ～電極と表示器～ 1) 既にメーカや学術文献等であきらかで、誰もが 認める計測に関する計測機器の特性式の存在 2) 上記がダメなら自らが特性式を決定する 最小二乗法などの利用 本来はメーカが公開すべきもの C・Pに深く関与する 導電率計の標準 ～海外の標準機関の例～ κ= ΔＬ A・ΔR A :有効断面積 ＤＦＭのＨＰから ＰＴＢのＨＰから 導電率計の校正システム例 ～flow-thru system～ ＭILLIPORE/PTB資料より 確保したい導電率計の標準 ・純水領域（10～100μＳ/cm）の標準物質 液恒温循環方式に拠る ・交流（50～10000Hz）抵抗標準 表示器の適格性 ・LCRメータ（標準） ・温度標準（15～60℃） 電極（&表示器）の適格性 液温の管理 導電率計用標準物質（液）の例 ～海外供給メーカの例～ HAMILTONホームページより これからの弊社の取り組み ・標準供給機関から合理的に低導電率標準値の供給を受ける 方法と手段の確立と展開 ・社内において10～100μS/cmで国際的に整合した受託校正 システムの構築 ・出張校正においてOn-site、In-situでの実利的な校正方法の SOP化と高信頼性化 ２つの校正方法 ～ 比較と絶対 ～ Dip-fill. method 導電率計（電極＋表示器） Flow-thru. method Ｓｔｄ．ＭＴＬ． 管理精度の必要性 製品品質 プロセスの管理値 （数値化） （生産工程） 信頼性のある 信頼性のある 校正データ 校正データ 導電率計の 管理精度（不確かさ） 校正システムの安定性 標準物質の 管理精度（不確かさ） 導電率計に対するメーカとユーザの思い ユーザーは自社の製品の品質 に合わせたオーダーメード的な 使い方を望んでいる。 VS メーカーは設計基準、カタログ仕様 の確認の為に工場内で出荷検査を 行う。 製品はあくまでレディメードでの提供 ハンドヘルド導電率計の仕様例 ～某メーカの例～ ● 2012-02-26確認 もうJISでは?? 望むこと(私見) ～導電率の計測＆校正に関して～ ・ユーザ → 校正は導電率計のカタログ仕様の確認なのか？ それとも生産管理の履歴データが必要なのか？ 重要管理値(CP.)を決めて下さい。 ・メーカ → 実液標準での出荷検査とアフターサービス の充実、信頼性の高い国際標準の確保。 アフターサービスと出張校正の切り分けは？ ・校正機関→ 科学的で合理的（C/P）な校正方法の採用、 依頼者への啓蒙。 ・N M I → ？！ ご静聴ありがとうございました、今後とも宜しくお願い致します。 三興コントロール㈱ 田村 純 044-599-6047 [email protected]