JP2000088791A - バイオセンサ応用水質計 - Google Patents
バイオセンサ応用水質計Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】水質計測器用の緩衝溶液には、ｐＨ９の炭酸水
素ナトリウム、キレート態鉄とマグネシウムイオンの両
方を含む１０ｍＭ−四ホウ酸ナトリウム水溶液が用いら
れている。 この溶液を使って冷蔵保存しておいた微生物
膜を新たにフローセルに装着し測定すると、微生物膜の
活性が低いためにセンサ出力が安定し測定を開始できる
までに一晩かかるという問題点があった。本発明はこの
課題を解決し、 早期に安定するバイオセンサ応用水質計
を提供することにある。 【解決手段】従来の緩衝溶液に、生合成を促進するオキ
サロ酢酸を添加したものを新緩衝溶液とする。 この溶液
の使用でバイオセンサ立上げ時のセンサ出力の安定化時
間を大幅に短縮でき、水質の安定なモニタリングが可能
となる。
素ナトリウム、キレート態鉄とマグネシウムイオンの両
方を含む１０ｍＭ−四ホウ酸ナトリウム水溶液が用いら
れている。 この溶液を使って冷蔵保存しておいた微生物
膜を新たにフローセルに装着し測定すると、微生物膜の
活性が低いためにセンサ出力が安定し測定を開始できる
までに一晩かかるという問題点があった。本発明はこの
課題を解決し、 早期に安定するバイオセンサ応用水質計
を提供することにある。 【解決手段】従来の緩衝溶液に、生合成を促進するオキ
サロ酢酸を添加したものを新緩衝溶液とする。 この溶液
の使用でバイオセンサ立上げ時のセンサ出力の安定化時
間を大幅に短縮でき、水質の安定なモニタリングが可能
となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、 上下水道の各処理
プロセスの水や河川水、湖沼水などの環境水を対象とし
て、水中の化学成分をモニタリングすること目的とした
バイオセンサ応用水質計測器に関する。
プロセスの水や河川水、湖沼水などの環境水を対象とし
て、水中の化学成分をモニタリングすること目的とした
バイオセンサ応用水質計測器に関する。
【０００２】
【従来の技術】バイオセンサは、検水中の測定対象物質
を認識する分子識別素子として、酵素や抗体などの生体
機能高分子や、微生物や細胞など生体そのものを利用
し、これらの生体材料を多孔性高分子膜に包括または共
有結合させることにより固定化した膜と、電気化学的検
出器などのトランスデューサとを組み合わせて試料中の
化学成分の測定を行うセンサで、最近は化学、生物系の
センシングに用途が広がりつつある。
を認識する分子識別素子として、酵素や抗体などの生体
機能高分子や、微生物や細胞など生体そのものを利用
し、これらの生体材料を多孔性高分子膜に包括または共
有結合させることにより固定化した膜と、電気化学的検
出器などのトランスデューサとを組み合わせて試料中の
化学成分の測定を行うセンサで、最近は化学、生物系の
センシングに用途が広がりつつある。
【０００３】このバイオセンサは、 検水を上記生体材料
の固定化膜に接触させこれによって生じる化学反応によ
り生成または消費される物質の濃度変化を検出器の出力
（電圧、 電流など）変化に変換して測定するもので、 既
知濃度の被測定物質の標準液によって得られた検量線を
用い、 検水に対するセンサ出力から、 検水中の目的物質
の濃度を算出する。 測定にあたっては固定化した生体材
料が安定に機能するように温度とｐＨ条件とを一定にす
ることが必要である。そのため、バイオセンサ応用計測
器は温度を一定に保つため、 検水を一定温度に加温する
熱交換器とセンサ温度を一定にする恒温槽が備えられ、
ｐＨ条件を一定にするために緩衝溶液が用いられてい
る。
の固定化膜に接触させこれによって生じる化学反応によ
り生成または消費される物質の濃度変化を検出器の出力
（電圧、 電流など）変化に変換して測定するもので、 既
知濃度の被測定物質の標準液によって得られた検量線を
用い、 検水に対するセンサ出力から、 検水中の目的物質
の濃度を算出する。 測定にあたっては固定化した生体材
料が安定に機能するように温度とｐＨ条件とを一定にす
ることが必要である。そのため、バイオセンサ応用計測
器は温度を一定に保つため、 検水を一定温度に加温する
熱交換器とセンサ温度を一定にする恒温槽が備えられ、
ｐＨ条件を一定にするために緩衝溶液が用いられてい
る。
【０００４】最近、本発明者らは、微生物をセンサとし
て利用し、上水道の原水にに混入したフェノール、シア
ン、重金属類、農薬、有機塩素化合物などの有害物質の
検出方法を開発し、これは特公平７−８５０７２号の
「毒物検出装置とこれを用いた水質監視システム」とし
て公告されている。その概要を以下で説明する。この水
中の毒物検出用バイオセンサは、生体材料として微生物
で有毒物質に極めて弱い亜硝酸生成細菌（以下硝化菌と
記載する）を用い、トランスデューサとして溶存酸素電
極を用いている。このバイオセンサを応用した水中毒物
検出装置の構成を示すフロー図を図１に、バイオセンサ
（微生物センサ）の構成を示す模式図を図２に示す。
て利用し、上水道の原水にに混入したフェノール、シア
ン、重金属類、農薬、有機塩素化合物などの有害物質の
検出方法を開発し、これは特公平７−８５０７２号の
「毒物検出装置とこれを用いた水質監視システム」とし
て公告されている。その概要を以下で説明する。この水
中の毒物検出用バイオセンサは、生体材料として微生物
で有毒物質に極めて弱い亜硝酸生成細菌（以下硝化菌と
記載する）を用い、トランスデューサとして溶存酸素電
極を用いている。このバイオセンサを応用した水中毒物
検出装置の構成を示すフロー図を図１に、バイオセンサ
（微生物センサ）の構成を示す模式図を図２に示す。
【０００５】図２に示すようにフローセル１８内にステ
ンレス製金網２６を入れ、硝化菌の一種であるニトロソ
モナスユーロピア（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｅｕｒ
ｏｐａｅａ ＡＴＣＣ２５９７８）を固定化した固定化
微生物膜２５に入れ、その上に溶存酸素電極１９を取付
け、図示しないナットで固定し、固定化微生物膜２５と
密着させて、有害物質検出用微生物センサ１を構成す
る。これを図１に示すように３０℃に設定された恒温槽
２に取り付ける。
ンレス製金網２６を入れ、硝化菌の一種であるニトロソ
モナスユーロピア（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｅｕｒ
ｏｐａｅａ ＡＴＣＣ２５９７８）を固定化した固定化
微生物膜２５に入れ、その上に溶存酸素電極１９を取付
け、図示しないナットで固定し、固定化微生物膜２５と
密着させて、有害物質検出用微生物センサ１を構成す
る。これを図１に示すように３０℃に設定された恒温槽
２に取り付ける。
【０００６】図１において、はじめゼロ点校正のため緩
衝溶液Ａ−１の６ａと純水４とを流し、微生物センサ１
の安定化した電流値を記憶する。次に、有害物質のない
状態のセンサ出力として、電磁弁７ｄを閉め、バルブ７
ｅを開にして、アンモニア性窒素を含む緩衝溶液Ｂ−１
の６ｂと純水４とを流し、センサ出力安定化後の電流値
を記憶する。次にバルブ７ｂを閉め、バルブ７ａを開に
して検水３の測定を開始する。本装置は１日１回程度、
前記のようにセンサの自動校正を行いながら連続的に検
水のモニタリングを行う。
衝溶液Ａ−１の６ａと純水４とを流し、微生物センサ１
の安定化した電流値を記憶する。次に、有害物質のない
状態のセンサ出力として、電磁弁７ｄを閉め、バルブ７
ｅを開にして、アンモニア性窒素を含む緩衝溶液Ｂ−１
の６ｂと純水４とを流し、センサ出力安定化後の電流値
を記憶する。次にバルブ７ｂを閉め、バルブ７ａを開に
して検水３の測定を開始する。本装置は１日１回程度、
前記のようにセンサの自動校正を行いながら連続的に検
水のモニタリングを行う。
【０００７】この硝化菌を用いたバイオセンサ用の緩衝
溶液として、当初はこのバイオセンサがｐＨ８〜９で安
定に機能するために、ｐＨ８付近に緩衝能をもつリン酸
緩衝溶液が用いられていた。しかし、検水が河川水や地
下水などの環境水や浄水、下水などの場合には、水中の
硬度成分（カルシウムイオン）の濃度が２０ｍｇ／Ｌ以
上であると、カルシウムイオンと上記の緩衝溶液中のリ
ン酸イオンが反応し、水に溶けないリン酸カルシウムが
生成する。その沈殿物が流路の閉塞や固定化膜に付着す
るため、応答性や測定感度の低下の原因となることが判
った。そのため、リン酸緩衝溶液に、検水中のカルシウ
ムイオンと錯体を形成するキレート剤（ＥＤＴＡ−４Ｎ
ａ）を添加しリン酸カルシウムの沈殿生成を防ぐことに
した。
溶液として、当初はこのバイオセンサがｐＨ８〜９で安
定に機能するために、ｐＨ８付近に緩衝能をもつリン酸
緩衝溶液が用いられていた。しかし、検水が河川水や地
下水などの環境水や浄水、下水などの場合には、水中の
硬度成分（カルシウムイオン）の濃度が２０ｍｇ／Ｌ以
上であると、カルシウムイオンと上記の緩衝溶液中のリ
ン酸イオンが反応し、水に溶けないリン酸カルシウムが
生成する。その沈殿物が流路の閉塞や固定化膜に付着す
るため、応答性や測定感度の低下の原因となることが判
った。そのため、リン酸緩衝溶液に、検水中のカルシウ
ムイオンと錯体を形成するキレート剤（ＥＤＴＡ−４Ｎ
ａ）を添加しリン酸カルシウムの沈殿生成を防ぐことに
した。
【０００８】しかし、 この溶液組成では、検水中のカル
シウム濃度によってＥＤＴＡ−４Ｎａの添加量を変える
必要があり、試薬調製時の操作が煩雑になることと、カ
ルシウム濃度に対しＥＤＴＡ−４Ｎａを過剰に添加する
と硝化菌に悪影響を及ぼし寿命が短くなるという問題が
あった。さらに、排水水質基準の改正により、窒素およ
びリンの環境中への排水規制が強化されるために、バイ
オセンサの緩衝溶液を窒素およびリン成分を含む試薬を
削減した緩衝溶液組成とする必要があった。
シウム濃度によってＥＤＴＡ−４Ｎａの添加量を変える
必要があり、試薬調製時の操作が煩雑になることと、カ
ルシウム濃度に対しＥＤＴＡ−４Ｎａを過剰に添加する
と硝化菌に悪影響を及ぼし寿命が短くなるという問題が
あった。さらに、排水水質基準の改正により、窒素およ
びリンの環境中への排水規制が強化されるために、バイ
オセンサの緩衝溶液を窒素およびリン成分を含む試薬を
削減した緩衝溶液組成とする必要があった。
【０００９】そこで、本発明者らは、リン酸緩衝溶液に
代わる緩衝液としてｐＨ９の炭酸水素ナトリウム、キレ
ート態鉄とマグネシウムイオンの両方を含む四ホウ酸ナ
トリウム水溶液を開発し、特願平９−３１６９８７号と
して出願している。
代わる緩衝液としてｐＨ９の炭酸水素ナトリウム、キレ
ート態鉄とマグネシウムイオンの両方を含む四ホウ酸ナ
トリウム水溶液を開発し、特願平９−３１６９８７号と
して出願している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】水質計測器用の緩衝溶
液には、上記のようにｐＨ９の炭酸水素ナトリウム、キ
レート態鉄およびマグネシウムイオンの両方を含む１０
ｍＭ−四ホウ酸ナトリウム水溶液が用いられている。 従
来、この緩衝溶液を使用して、冷蔵保存しておいた微生
物膜を新たにフローセルに装着し、測定を行う場合、微
生物膜の活性が低いために、センサ出力が安定し測定を
開始できるまでに一晩かかるという問題点があった。そ
のため、微生物膜を装着した当日から測定することがで
きず、この間の計測データが欠測となる可能性があっ
た。
液には、上記のようにｐＨ９の炭酸水素ナトリウム、キ
レート態鉄およびマグネシウムイオンの両方を含む１０
ｍＭ−四ホウ酸ナトリウム水溶液が用いられている。 従
来、この緩衝溶液を使用して、冷蔵保存しておいた微生
物膜を新たにフローセルに装着し、測定を行う場合、微
生物膜の活性が低いために、センサ出力が安定し測定を
開始できるまでに一晩かかるという問題点があった。そ
のため、微生物膜を装着した当日から測定することがで
きず、この間の計測データが欠測となる可能性があっ
た。
【００１１】本発明はこの課題を解決するためになされ
たものであり、 安定かつ環境にやさしいバイオセンサ応
用水質計を提供することにある。
たものであり、 安定かつ環境にやさしいバイオセンサ応
用水質計を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】硝化菌を含む化学合成独
立栄養細菌は、二酸化炭素（炭酸イオン）を細菌の分裂
増殖の場合に必要な唯一の炭素源としており、硝化菌の
場合は、アンモニアを代謝活性に必要なエネルギー源と
している。炭酸イオンは、炭酸固定を行う代謝経路をへ
て、オキサロ酢酸へ変換される。さらにオキサロ酢酸
は、クエン酸、コハク酸、リンゴ酸などに変換され、こ
れらを材料に微生物の構成成分である核酸、アミノ酸、
脂質が合成される。微生物膜は冷蔵保存されているた
め、微生物膜装着直後は、硝化菌の活性が弱く、炭酸固
定能も低くなっていると考えられる。したがって、分裂
増殖に必要な核酸、アミノ酸、脂質などの生合成する能
力が低くなっていて、そのために微生物の生合成能が安
定してセンサ出力が安定するまでに時間がかかると考え
られる。
立栄養細菌は、二酸化炭素（炭酸イオン）を細菌の分裂
増殖の場合に必要な唯一の炭素源としており、硝化菌の
場合は、アンモニアを代謝活性に必要なエネルギー源と
している。炭酸イオンは、炭酸固定を行う代謝経路をへ
て、オキサロ酢酸へ変換される。さらにオキサロ酢酸
は、クエン酸、コハク酸、リンゴ酸などに変換され、こ
れらを材料に微生物の構成成分である核酸、アミノ酸、
脂質が合成される。微生物膜は冷蔵保存されているた
め、微生物膜装着直後は、硝化菌の活性が弱く、炭酸固
定能も低くなっていると考えられる。したがって、分裂
増殖に必要な核酸、アミノ酸、脂質などの生合成する能
力が低くなっていて、そのために微生物の生合成能が安
定してセンサ出力が安定するまでに時間がかかると考え
られる。
【００１３】そこで、緩衝液中にあらかじめ微生物の構
成成分の材料となるオキサロ酢酸を添加しておくこと
で、微生物の生合成がスムーズに行われ、センサ出力が
すみやかに安定化すると考えられる。本発明では、 従来
の炭酸水素ナトリウム、キレート態鉄およびマグネシウ
ムイオンを含む四ホウ酸ナトリウム水溶液に、生合成を
促進するオキサロ酢酸を添加したホウ酸緩衝溶液を使用
することとする。 この緩衝溶液を使用することにより、
上記の過程によりバイオセンサをすみやかに立上げるこ
とができ、安定なモニタリングが可能となる。
成成分の材料となるオキサロ酢酸を添加しておくこと
で、微生物の生合成がスムーズに行われ、センサ出力が
すみやかに安定化すると考えられる。本発明では、 従来
の炭酸水素ナトリウム、キレート態鉄およびマグネシウ
ムイオンを含む四ホウ酸ナトリウム水溶液に、生合成を
促進するオキサロ酢酸を添加したホウ酸緩衝溶液を使用
することとする。 この緩衝溶液を使用することにより、
上記の過程によりバイオセンサをすみやかに立上げるこ
とができ、安定なモニタリングが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に実施例に基づいて説明す
る。表１は従来の緩衝溶液と本発明の緩衝溶液組成を示
す。
る。表１は従来の緩衝溶液と本発明の緩衝溶液組成を示
す。
【００１５】
【表１】 この２種類の緩衝溶液を用いて、バイオセンサを立上
げ、センサ出力が安定するまでの時間を比較した。 図３は、オキサロ酢酸を添加したホウ酸緩衝液と添加し
ないもので、バイオセンサを立上げ、センサ出力が安定
するまでの時間を比較した例である。この図から明らか
なように、従来のホウ酸緩衝液ではセンサ出力が安定す
るまでに１２時間以上かかっているが、オキサロ酢酸を
添加したホウ酸緩衝液をバイオセンサ立上げ時に使用し
た場合、約２時間でセンサ出力が安定している。
げ、センサ出力が安定するまでの時間を比較した。 図３は、オキサロ酢酸を添加したホウ酸緩衝液と添加し
ないもので、バイオセンサを立上げ、センサ出力が安定
するまでの時間を比較した例である。この図から明らか
なように、従来のホウ酸緩衝液ではセンサ出力が安定す
るまでに１２時間以上かかっているが、オキサロ酢酸を
添加したホウ酸緩衝液をバイオセンサ立上げ時に使用し
た場合、約２時間でセンサ出力が安定している。
【００１６】この結果より、 従来の炭酸水素ナトリウ
ム、キレート態鉄およびマグネシウムイオンの両方を添
加した四ホウ酸ナトリウム水溶液に、オキサロ酢酸を添
加したホウ酸緩衝溶液がバイオセンサを短時間に立上げ
るに適していると言える。また、別の実験結果から、オ
キサロ酢酸のほかにクエン酸やコハク酸、リンゴ酸を用
いても同様な効果が得られることも判明した。
ム、キレート態鉄およびマグネシウムイオンの両方を添
加した四ホウ酸ナトリウム水溶液に、オキサロ酢酸を添
加したホウ酸緩衝溶液がバイオセンサを短時間に立上げ
るに適していると言える。また、別の実験結果から、オ
キサロ酢酸のほかにクエン酸やコハク酸、リンゴ酸を用
いても同様な効果が得られることも判明した。
【００１７】
【発明の効果】本発明により、 バイオセンサ立上げ時の
センサ出力の安定化を従来の１２時間から２時間へ短縮
化が可能となった。これにより、安定に水質を連続監視
でき、より実用性の高いバイオセンサ応用水質計を提供
できる。
センサ出力の安定化を従来の１２時間から２時間へ短縮
化が可能となった。これにより、安定に水質を連続監視
でき、より実用性の高いバイオセンサ応用水質計を提供
できる。
【図１】バイオセンサ応用水質計の構成を示すフロー
図。
図。
【図２】バイオセンサ( 微生物センサ) の構成を示す模
式図。
式図。
【図３】バイオセンサ立上げ時のセンサ出力安定化に対
するオキサロ酢酸の効果の比較を示す図。
するオキサロ酢酸の効果の比較を示す図。
１： バイオセンサ ２： 恒温槽 ３： 検水 ４： 純水 ５： 酸洗浄水 ６ａ： 緩衝液A ６ｂ： 緩衝液B ７ａ〜７ｇ： 電磁弁 ７ａ〜７ｇ： 送液ポンプ ９： 熱交換器 １０： エアポンプ １１： 圧力センサ １２： ローラークランプ １３： 二方切換三方弁 １４： 表示部 １５： 制御部 １６： 記録計 １７： 測定部 １８： フローセル １９： 溶存酸素電極 ２０： 試料流路 ２１： 正極 ２２： 負極 ２３： 電極液 ２４： 隔膜 ２５： 固定化微生物膜 ２６： ステンレス製金網 ２７ａ〜２７ｃ： Ｏリング ２８ａ〜２８ｂ： リード線 ２９： ワッシャー
Claims (1)
- 【請求項１】固定化微生物膜とｐＨ条件調整用の緩衝溶
液とを備え、河川水や地下水などの水道原水や下、 排水
処理プロセスの流入水中の化学物質を計測するバイオセ
ンサ応用水質計において、 前記緩衝溶液が、オキサロ酢
酸またはクエン酸、炭酸水素ナトリウム、キレート態鉄
とマグネシウムイオンを添加した四ホウ酸ナトリウム水
溶液であることを特徴とするバイオセンサ応用水質計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10262518A JP2000088791A (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | バイオセンサ応用水質計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10262518A JP2000088791A (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | バイオセンサ応用水質計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000088791A true JP2000088791A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=17376928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10262518A Pending JP2000088791A (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | バイオセンサ応用水質計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000088791A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007189952A (ja) * | 2006-01-19 | 2007-08-02 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 硝化細菌固定化膜の保存液 |
-
1998
- 1998-09-17 JP JP10262518A patent/JP2000088791A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007189952A (ja) * | 2006-01-19 | 2007-08-02 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 硝化細菌固定化膜の保存液 |
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