JP2001525545A - イオンを検出し、定量化するために水流を継続的に監視する方法および装置 - Google Patents

イオンを検出し、定量化するために水流を継続的に監視する方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明は水流中の汚染物質を検出する方法と装置である。その最も基本的な形式では、本発明（１０）は少なくとも１つのイオン収集部（４２）を有する導管（３０）を備え、導管（３０）を通して水流を流し、複数の目標イオンをイオン収集部（４２）に誘引して、複数の目標イオンがイオン収集部（４２）に固着するようにし、収集されたイオンの導電率をセンサ（４４）で検出し、マイクロプロセッサを利用してイオン収集部（４２）に固着した複数の目標イオンの導電率に基づいて汚染物質を検出することを含んでいる。検出ステップには、固着したイオンの導電率の変化を測定し、その導電率を所定の導電率と比較することが含まれている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 [発明の分野] 本発明は流体の汚染物質監視の分野に関し、特に飲料水、および非飲料水の水
流内の特定の汚染物質を検出する方法と装置に関する。
【０００２】 [発明の背景] 安全飲料水法（ＳＤＷＡ）は自治体の水道施設に水の監視を義務付けている。
ＳＤＷＡの下では、流出する給水システムの監視場所の数は施設が給水する顧客
数によって定められている。例えば、１００，０００以上の顧客に給水する大型
の施設の場合は、施設は給水システム内の１００箇所で監視しなければならない
。
【０００３】 飲料水濾過産業では、当該の共通の汚染物質はトリハロメタン、生物学的汚染
物質、硫酸塩、および鉛のような重金属である。その各々は濾過システム内の異
なる手段によって除去される。トリハロメタンは木炭によって有効に除去される
。包嚢のような生物学的汚染物質は微細メッシュの機械的濾過によって除去され
る。硝酸塩および鉛は逆浸透（ＲＯ）またはイオン交換樹脂の２つの方法のいず
れかによって除去される。
【０００４】 ＲＯシステムは硝酸塩および重金属を除去するのに効果がある。殆どの水質管
理システムは、ＲＯ膜内に破損があり、従ってシステムの膜を交換する必要があ
る旨を表示するモニタを備えている。このようなモニタは一般に流入する水と流
出する水の導電率を測定する。膜が破損していない場合は、流入水の導電率は、
システムが水から無機質の汚染物質を除去する範囲で流出水の導電率と異なって
いる。膜が破損し、流入水が膜を通して流れることができる場合、流入水と流出
水の導電率の差は事前に設定された閾値を超えて低下し、ユーザーに信号を発信
する。ＲＯシステムの欠点は、使用できるように濾過される１ガロンの水毎に膜
をバックフラッシュするために約５ガロンの水が必要であることにある。一日当
たり５ガロンの水を給水する標準的なシステムの場合、ＲＯシステムはバックフ
ラッシュのために一日当たり２５ガロンもの水を使用する。このように、ＲＯシ
ステムは無機汚染物質を除去するのに有効であるものの、大量の水が無駄になる
。
【０００５】 イオン交換樹脂はメーカーからビード上にイオン交換位置を有するビードの形
式で供給される。陽イオン樹脂は一般に交換位置にナトリウムを有しており、陰
イオン樹脂は一般に交換位置に塩素イオンを有している。イオン交換樹脂ではよ
り重いイオンは軽いイオンを押しのける。以下に示した表は選択係数と共に陽イ
オンンのリストを示している。選択係数は水素を基準とした各イオンごとの樹脂
の優先度の指標である。
【０００６】 表１ ４つの陽イオン樹脂の陽イオン選択係数 イオン 記号 選択係数 交差結合（重量％） ４ ８ １２ １６ 水素 Ｈ １．０ １．０ １．０ １．０ 鉄 Ｆｅ ２．４ ２．５５ ２．７ ２．９ 亜鉛 Ｚｎ ２．６ ２．７ ２．８ ３．０ カドミウム Ｃｄ ２．８ ２．９５ ３．３ ３．９５ カルシウム Ｃａ ３．４ ３．９ ４．６ ５．８ ストロンチウム Ｓｒ ３．９ ４．９５ ６．２５ ８．１ 銅 Ｃｕ ３．２ ５．３ ９．５ １４．５ 水銀 Ｈｇ ５．１ ７．２ ９．７ １４．０ 鉛 Ｐｂ ５．４ ７．５ １０．１ １４．５ この表１から分かるように、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、カルシウム（Ｃａ）
、のような陽イオンは水銀（Ｈｇ）および鉛（Ｐｂ）よりも優先度が低い。例え
ば、交換位置にＣａを有する陽イオン樹脂ベッドでは、ベッド内にＨｇが誘導さ
れると、Ｈｇはイオン交換樹脂によってＣａよりも優先されるので、Ｈｇイオン
はＣａイオンを押しのける。引き続いてＰｂが誘導されると、Ｐｂは樹脂上のよ
り軽いイオンを押しのけ、以下同様である。
【０００７】 汚染物質を検出し、その存在を定量化することができる一括オンラインアナラ
イザが幾つか市販されている。しかし、これらのシステムはそれぞれ極めて高価
である。ウィスコンシン州Waukeshaにある応用分光測定アソシエーツ社（Applie
d Spectrometry Associates, Inc.）から市販されているシステムの１つであるC
hemScan処理アナライザは紫外線可視分光測定を利用して汚染物を検出する。こ のアナライザのコストは検出される汚染物に応じて＄２０，０００−＄４０，０
００である。マサチューセッツ州のウォータータウンにあるイオニクス社（Ioni
cs, Inc.）はより軽い金属には湿式化学方式を利用し、より重い金属には陽極ス
トリッピング・ボルタメトリーを利用するＯＶＡ３０００シリーズのトレース化
学アナライザを提供している。これらのシステムのコストは約＄４０，０００で
ある。１００の位置を有する大型のシステムでは、このようなシステムを装備す
る資本コストは＄４，０００，０００にもなり、これは１００，０００の顧客に
給水する施設では一回の水質監視のための料金は顧客当たり＄４０にもなる。こ
のため、経済的な継続的オンライン・システムの必要がある。
【０００８】 水は都市水道プラントから流出する際に監視されるものの、水が家庭の蛇口か
ら配水される前に水中にある種の汚染物質が混入することがある。特に注意する
必要がある汚染物質の一つは極めて有毒な鉛である。家庭の配水管内に、場合に
よっては配管自体に、また場合によっては給水システムに鉛のはんだ材が存在す
る。鉛またはその他の有毒な重金属を除去するために陽イオン交換樹脂に依存し
ている濾水システムは、イオン交換システムが全ての重金属を捕獲できなくなる
まで有効に動作することができる。このポイントは破過段階と呼ばれている。従
って、破過段階に達したことを検出する必要がある。しかし、ＲＯ膜の破損を検
知するために使用されるモニタは、ＲＯ膜の破損と共に発生するような明確に検
知できない事象と共に、交換樹脂が次第に飽和状態になるので、このような用途
では役に立たない。従って、モニタは濾水システムにおける限界値イオンである
特定のイオンの存在を検出する必要がある。
【０００９】 表を参照すると、都市水道システムからの陽イオンの水への破過を検出する論
理段階は、濾過カートリッジの寿命を最大にし、健康上のリスクを最小限にする
効果を有する銅のレベルにある。しかし、都市水道システムでは除去されるが、
井戸には存在することがあるカドミウムのような有害なイオンからユーザーを保
護するために、井戸水用には亜鉛のような陽イオン破過のより早い段階での限界
値イオンの方が好ましい。
【００１０】 最近までは、水から硝酸塩を除去するために標準型の陰イオン交換樹脂が使用
されていた。しかし、自然に一般に存在する硫酸塩は硝酸塩よりも選択係数が高
い。その結果、硝酸塩の落ち込み(sloughing) 、もしくは傾注(dumping) が生ず
る。すなわち、樹脂の柱が硝酸塩で飽和され、硫酸塩が柱内に誘導されると、硫
酸塩は硝酸塩を押しのけ、ひいては以前に累積した硝酸塩がフィルタからの流出
水に傾注される。硝酸塩は無味、無色、無臭であるので、ユーザーはこのことに
気づかない。この問題を是正するため、イオン交換樹脂メーカーは硝酸塩および
硫酸塩の選択係数を逆転する硝酸塩選択性の陰イオン交換樹脂を開発して問題を
解決してきた。しかしながら、硝酸塩選択性の陰イオン樹脂を使用すると、その
効率が約３３％も低下するという欠点がある。すなわち、硝酸塩選択性の樹脂は
従来の陰イオン交換樹脂の柱よりも寿命が約１／３も短い。従って、限界値イオ
ンとして硝酸塩を使用したモニタによって、より効率が高い従来の陰イオン樹脂
を使用でき、その寿命が最大限になり、フィルタ・カートリッジを交換する必要
があることをユーザーに警告することが可能になろう。
【００１１】 ＳＤＷＡに加えて、清浄水法（ＣＷＡ）は排水処理プラントがプラントへの流
入水の特定の汚染物質を監視することを要求している。ＣＷＡはまた、産業企業
が排水管に流す流入水を監視することをも規定している。このような企業は産業
用大量水ユーザー（ＳＩＵ）と言われている。これらのＳＩＵは標準的には監視
の必要性の頻度と監視されるべき汚染物質を規定した事前処理協定を排水処理プ
ラントと締結している。
【００１２】 以下の表は清浄水法の下で環境保護庁（ＥＰＡ）によって指定された選択され
た無機汚染物質の最大汚染レベル（ＭＣＬ）をｐｐｍ単位で示している。 汚染物質 記号 ＭＣＬ（ｐｐｍ） 銅 Ｃｕ １．３ 鉛 Ｐｂ ０．０１５ 亜鉛 Ｚｎ ５．０ 水銀 Ｈｇ ０．００２ 砒素 Ａｓ ０．０５０
【００１３】 排水処理プラントとＳＩＵの双方による排水の監視頻度は年に一度以上であり
うる。監視の一般的な実施は排水管内の水の標本を収集し、これらの標本を試験
所に提出して分析することである。現在の実施形態は清浄水法の規定を遵守する
のに充分であるが、汚染物の急増または漏出が未検出のままに排水処理プラント
の汚泥に混入する可能性がある。このような事象によってコストが高い清浄化プ
ロセスを行う必要があり、ＥＰＡからの罰金が課せられることがある。このよう
に、水流中の汚染物の漏出を検出し、定量化するインラインの継続的なモニタが
必要である。
【００１４】 上記の表に示すように、ＭＣＬが５ｐｐｍである亜鉛はＭＣＬが２ｐｐｂであ
る亜鉛と異なっている。水銀濃度が１００ｐｐｂになると、迅速な対応を必要と
する漏出状態である。しかし、亜鉛の示度が同じ１００ｐｐｂでもそれは限界内
にあり、対策は必要ない。従って、重金属のモニタは、異なる汚染物質の極めて
異なる濃度レベルを測定するのに充分に感度が高いことが必要である。
【００１５】 前述したように、米国環境庁は特定の化学物質に特定のＭＣＬを規定している
。しかし、基準が連邦基準と少なくとも同程度に厳重であれば、個々の州は独自
の基準を設定する権限を有している。従って、モニタ・システムは別の州での異
なるＭＣＬに対する感度を有するように調整可能でなければならない。
【００１６】 水流中の汚染の漏出を検出し、異なる汚染物質の大幅に異なる濃度レベルを測
定するのに充分な感度があり、異なる州での異なるＭＣＬに感応するような監視
が可能であり、経済的であり、水が無駄にならず、重金属フィルタの破過が生じ
た場合にそれを検知することができ、このようなフィルタを交換する必要がある
場合にその旨をユーザーに指示するアラームを発することができる重金属のため
の継続的な、インラインの汚染物モニタはこれまで公知ではない。
【００１７】 [発明の概要] 本発明は水流中の汚染物質を検出する方法および装置に関する。最も基本的な
形態では、本発明の方法は、少なくとも１つのイオン収集部を有する導管を備え
、導管を通して水流を流し、複数の目標イオンをイオン収集部に誘引して、複数
の目標イオンがイオン収集部に固着するようにし、イオン収集部に固着した複数
の目標イオンの所定の特性に基づいて少なくとも１つのの汚染物質を検出するこ
とを含んでいる。本発明の方法の好適な実施形態では、所定の特性とは目標イオ
ンの導電率であり、検出ステップは、複数の目標イオンがイオン収集部に固着す
る前に、イオン収集部の初期導電率を測定し、目標イオンがイオン収集ポイント
に固着している間に、該イオン収集部の複数の後続の導電率を測定し、各々の後
続の導電率を初期導電率と比較することによって導電率の変化を計算し、導電率
の変化が導電率の所定の変化とは異なっているか否かを判定するステップを含ん
でいる。ある実施形態では、導電率の変化は定電流の電圧の変化を測定すること
によって測定される。
【００１８】 本発明の方法の別の実施形態群には、導管内に所定のイオン交換樹脂を配置し
て導管内にイオン交換部品を配置し、複数の目標イオンをイオン交換樹脂上にド
ーピングする付加的なステップが含まれている。この樹脂は、イオン交換樹脂に
対する選択係数が目標イオンの選択係数よりも高い汚染物質のイオンを誘引し、
汚染物質のイオンをイオン交換樹脂にドーピングされた目標イオンと交換して、
汚染物質のイオンがイオン交換樹脂に固着され、かつ目標イオンが水流内に配さ
れるようにする付加的なステップを実施する。さらに別の実施形態では、所定の
特定の値を計算し、該計算された値に基づいて表示またはアラームを提供するス
テップを含む。
【００１９】 最も基本的な形態では、本発明の装置は、イオン収集部品が内部に配置される
導管と、イオン収集部に収集された複数のイオンを検出し、イオンの所定の特性
の値に対応する信号を送信するセンサと、センサと通信し、信号を処理して、処
理された信号に基づいて少なくとも１つの汚染物質の存在を判定するようにプロ
グラムされたマイクロプロセッサと、を含んでいる。
【００２０】 この装置の好適な実施形態では、所定の特性は目標イオンの導電率であり、か
つつセンサは、絶縁層と、導電パッドと、目標イオンごとに選択されるイオン収
集層とを含むセンサ担体と、導電パッドに取り付けられた定電流電源と、定電流
電源からの電圧を測定し、かつ電圧に対応する信号をマイクロプロセッサに送る
電圧計と、を備える。この実施形態では、目標イオンは導電パッド間の導電性ブ
リッジを形成するイオン収集層に固着し、導電性ブリッジは導電パッドを導通す
る電流の電圧を変更し、電圧計は電圧変化を検出して対応する信号をマイクロプ
ロセッサに送信し、マイクロプロセッサは信号を処理して、導電率の変化に基づ
いて汚染物質の存在を検出する。
【００２１】 ある実施形態では、イオン収集層は例えばポリビニールピリジンであるポリマ
ーであり、このポリマーは例えば銅である目標イオンごとに選択される。別の実
施形態では、センサは鉄、亜鉛、カドミウム、カルシウム、ストロンチウム、銅
、水銀、鉛、硝酸塩、および硫酸塩イオンのような特定のイオンを検出するよう
にされている。１つの実施形態群では、この装置はまた、イオン収集部の上流位
置で導管内に配置された、目標イオンがドーピングされたイオン交換樹脂からな
るイオン交換部品を含んでいる。更に別の実施形態群では、複数の汚染物を測定
するために複数個のセンサが使用される。
【００２２】 従って、本発明の一態様はオンラインであり、かつ継続的な水モニタ・システ
ムを提供することにある。
【００２３】 本発明の別の態様は個々の汚染物ごとに選択されるモニタを提供することにあ
る。
【００２４】 本発明の別の態様は濾水システム中の限界値イオンの存在を検出するモニタを
提供することにある。
【００２５】 本発明の別の態様は異なる汚染物質の異なる濃度レベルを検出し、報告できる
モニタ・システムを提供することにある。
【００２６】 本発明の別の態様はユーザーにとって経済的なモニタ・システムを提供するこ
とにある。
【００２７】 本発明の上記態様はそれ以外の態様を排除することを意味せず、本発明のその
他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添
付図面を参照することにより当業者には容易に明らかになろう。
【００２８】 [発明の詳細な説明] 本発明は水流中の特定のイオンを検出し、定量化するモニタ装置および監視方
法である。その最も基本的な形態では、本発明の監視には、イオン交換樹脂上に
目標イオンをドーピングし、樹脂の下流側の分析試料の流れの中の目標イオンの
存在を測定することが含まれる。
【００２９】 ここで図１および図２を参照すると、濾水フィルタの欠陥を検出するモニタと
してイオン検出技術を利用した本発明の好適な実施形態が開示されている。図１
に示すように、モニタ１０はイオン交換樹脂（図示せず）が内部に配置されてい
る導管を有する濾水システム１４の流出端部１２に位置している。濾水システム
１４はネジ付きの雄コネクタ１８を有する給水栓１６を有している。給水栓１６
の下には給水栓の鍔２０が配置されており、この鍔はその栓係合穴２２を貫いて
延在するネジ付き雄コネクタ１８を有している。給水栓の鍔２０は緑のランプ２
４と赤のランプ２６とを有している。緑のランプ２４は栓１６から給水される際
に、モニタ１０が目標イオンＴの存在を検出するまで点灯し、その時点で給水栓
の鍔２０に赤ランプ２６が点灯する。
【００３０】 図２に示すように、モニタ１０は導管３０を有している。導管３０は流入口３
２と、流出口３４と、制限スクリーン４０によって分離されている上部領域３６
と下部領域３８とを有している。目標イオンＴがドーピングされたイオン交換樹
脂ベッド４２は導管３０の上部領域３６内に含まれている。センサ担体４４は導
管３０の下部領域３８内に位置している。センサ担体４４は絶縁層４６と、導電
パッド４８と、目標イオンＴによって選択されるポリマー層５０とを有している
。導電パッド４８は定電流電源（図示せず）に接続され、好適な実施形態では金
である。しかし、このような用途で一般に使用されているその他の導電性材料を
使用しても同様の結果を達成できる。
【００３１】 濾水フィルタ１４から出る分析試料の水はモニタの流入口３２に流入し、イオ
ン交換樹脂ベッド４２内へと通過する。目標イオンＴよりも選択係数が高い分析
試料中のイオンは目標イオンを押しのける一方、目標イオンＴよりも選択係数が
低いイオンはイオン交換樹脂ベッド４２内の目標イオンを押しのけない。イオン
交換樹脂ベッド４２を通過した分析試料水はセンサ担体４４のポリマー層５０を
横切って通過する。分析試料中にある目標イオンはいずれも導電パッド４８の間
の導電性ブリッジ５２内のポリマー層５０に固着し、定電流源内の通電電圧を変
化させる。オームの法則によれば、 Ｉ＝Ｅ／Ｒ であり、但し、Ｉはアンペア単位で測定された電流であり、Ｅはボルトで表され
る起電力であり、ＲはオームΩで表される抵抗である。
【００３２】 目標イオンＴによって導電パッド４８の間の導電率が変化すると、結果として
方程式中の抵抗Ｒが変化し、定電流Ｉを保持するには対応してＥが変化する必要
がある。電圧の変化は電圧計によって検出される。電圧変化がプリセットされた
閾値レベルと異なっている場合は、給水栓の鍔２０上の緑ランプ２４が消灯し、
赤ランプ２６が点灯して、ユーザーに対して濾水フィルタの交換時期であること
を効果的に報知する。
【００３３】 前述の実施形態は目標イオンが銅である、表１に示した８％の交差結合イオン
交換樹脂に関して説明されたものである。この実施形態では、流入水中に水銀Ｈ
ｇ、または鉛Ｐｂが存在する場合は、これらの元素はイオン交換樹脂の柱上のＣ
ｕイオンを押しのけ、センサを起動させる。表１は８％の交差結合樹脂とは異な
る選択係数を有する４％の交差結合樹脂である別のプロライト(Purolite)陽イオ
ン樹脂をも示している。
【００３４】 ４％樹脂の場合は、Ｃｕよりも選択係数が高いイオンはＣａ、Ｓｒ、Ｈｇ、お
よびＰｂである。このように、ＣａとＳｒの選択係数は４％樹脂ではＣｕよりも
高く、８％樹脂ではＣｕよりも低い。このように、モニタに４％樹脂を使用する
ことによって、信号手段はＣａおよびＳｒの存在によって起動される一方、８％
樹脂を使用することによって、信号手段はＣａおよびＳｒの存在によっては起動
されない。従って、本発明によってイオン交換柱用にどのイオン交換樹脂が選択
されるかに応じて、検出されるイオンを選択することができる。
【００３５】 本発明の別の実施形態では、２個またはそれ以上のモニタが並列に設置される
。前節の例を用いると、水流中のＣａまたはＳｒの存在を判定するためにモニタ
を使用する場合は、Ｃｕを目標イオンとして、一方のモニタは８％樹脂を使用し
、他方のモニタは４％の樹脂を使用することになろう。双方のモニタとも信号手
段を起動しない場合は、水流はＣａまたはＳｒの破過状態にはなく、この例では
ＣａまたはＳｒがモニタ２を起動するであろう。モニタ２は起動したが、モニタ
１が起動しない場合は、水流はＣａまたはＳｒを含有しる筈である。何故ならば
、他のいずれかのイオンがモニタ２を起動した場合は、モニタ１も起動されるか
らである。このように、各々が樹脂の柱中に異なるイオン交換樹脂を有している
１個以上のモニタを使用することによって、本発明のモニタは特定のイオンまた
はイオン群を分離することができる。
【００３６】 本発明の１実施形態では、モニタは基準イオンと、目標イオンと、マーカー・
イオンとを利用する。基準イオンとはイオン交換樹脂選択係数の図表で選択係数
が目標イオンの次に高いイオンのことである。目標イオンは、検出され、定量化
されるイオンのことである。マーカー・イオンは選択係数が目標イオンの次に低
いイオンである。選択係数はイオン交換樹脂へのイオン誘引の尺度である。陽イ
オンの場合、係数は水素に対する誘引率として表される。陰イオンの場合は、係
数は酸化水素に対する誘引率として表される。
【００３７】 第１の目標イオンを検出し、定量化するために、モニタはマイクロプロセッサ
による計算と組合わせて分析試料中の第１の基準イオン数を判定する第１センサ
を有している。第１のマーカー・イオンを利用する第２センサはマイクロプロセ
ッサでの計算による計算と組合わせて分析試料中の第１の目標イオンの総数を判
定する。モニタは分析試料の流量を計測する流量計を有している。マイクロプロ
セッサは、第１の目標イオンの濃度を分析試料の流量で除算することによって、
イオン交換樹脂の捕獲率によって調整された分析試料中の第１の目標イオンの濃
度を計算する。
【００３８】 第３センサは第２の目標イオンを検出し、定量化するために使用される。第２
センサで検出され、定量化された第１の目標イオンは第３センサで検出された第
２の目標イオンのための第２の基準イオンになり、また、第２センサで利用され
る第１のマーカー・イオンは第３センサで検出される第２の目標イオンになる。
【００３９】 本発明の単一のモニタによって検出され、定量化できる異なる目標イオン数は
、イオンを識別するために利用できるイオン交換樹脂によってのみ制限される。
モニタには目標イオンの次に高いか、次に低い選択係数を有するイオンが必要で
ある。検出されるイオンは陽イオンでも陰イオンでもよい。
【００４０】 隣接する陽イオンの選択係数は最大限に離れていることが好ましい。このよう
に、表１を参照して目標イオンとして銅を有するセンサでは、８％と１２％の双
方の交差結合樹脂にとって、ストロンチウムが選択係数が次に低い隣接イオンで
ある。好適な樹脂の選択は１２％の樹脂であるが、それは分離（９．５−６．２
５＝２．２５）が８％の樹脂（５．３−４．９５＝０．３５）よりも大きいから
である。
【００４１】 モニタはマイクロプロセッサに接続することができ、ベースユニットの水流入
口と、ベースユニットの水流出口と、センサ・カートリッジとを備えるベースユ
ニットを有している。各々のセンサ・カートリッジは水流入口と、センサと、水
流出口とを有している。実施形態によっては、センサはイオン交換樹脂層と、イ
オン交換樹脂層の質量変化を検出するバルク音波（ＢＡＷ）装置と、絶縁体とを
有しているものもある。このような実施形態では、樹脂層はバルク音波（ＢＡＷ
）装置上、またはＢＡＷ装置と振動接触する担体上に積層される。
【００４２】 ＢＡＷ装置は上面と底面とを覆う金属電極を有する薄く平坦な圧電水晶からな
っている。圧電水晶は当技術分野で公知であり、多様なセンサの用途を含む多く
の用例に採用されてきている。ＢＡＷ担体は圧電の性質を有しているので、電位
を印加すると、それに対応して機械的に変形する。更に、その弾性により、電位
を除去すると元の形状に「スプリング」バックする。しかし、水晶の慣性が限定
されているので、水晶はばね上の質量の性状を呈し、音波が最終的に減衰するま
でのある程度の期間は特性周波数で振動する。このような状況は引っ張られた後
に特定のピッチで振動するひょうたんバネと類似している。しかし、この特定の
ケースでは、担体に圧電の性質があるので、対応する電気信号は装置の金属電極
上に現れる。この電気信号を増幅し、これを水晶にフィードバックすることによ
って、極めて安定した発振子を実現することができる。この振動周波数はＢＡＷ
装置の共振周波数とほぼ全く同一であるが、唯一の相違点は増幅器を経た電気的
位相ずれである。しかし、ＢＡＷ装置の共振周波数は音波が固体水晶を貫いて進
行する速度ｖ、水晶の厚さｔ、およびＢＡＷと装置の表面との相互作用（すなわ
ち境界状態）とを含む多くのパラメータによって大きく左右される。最初の近似
値では、最初の２つのパラメータｖとｔは一定に留まっている。しかし、装置の
表面に何らかの薄膜を被覆すると、共振周波数は薄膜の弾性特性、薄膜の導電率
、および薄膜の質量に大きく左右されるようになる。このように、ＢＡＷ水晶発
振子を質量をナノグラムの範囲までの測定のための極めて感度が高い微量秤とし
て使用することができる。
【００４３】 当該の薄膜が水晶の表面に凝縮すると、質量の変化はＢＡＷ共振周波数の変化
として発現される一方、この変化は振動周波数の変化として発現される。この周
波数変化はソーエルブレーの方程式によって下記のようにモデル化することがで
きる。
【数１】 但し、ｍは装置にかかる質量（ｋｇ）であり、ｆ0は装置の定格共振周波数（Ｈ ｚ）であり、Δｆは周波数変化（Ｈｚ）であり、ｖsは担体内でのＢＡＷの速度 （ｍ／秒）であり、ρsは担体の密度（Ｋｇ／ｍ3）であり、Ａは装置の能動表面
積（ｃｍ2）である。この方程式は薄膜の弾性と導電率を無視しているものの、 装置の質量装荷による周波数変化の優れたモデルをもたらす。１５ＭＨｚのＡＴ
カット水晶の場合、検出可能な最小の周波数変化（１Ｈｚ）は約２ナノグラム／
ｃｍ2の質量変化に相当する。
【００４４】 ＢＡＷ装置に被覆された薄膜の質量変化は、裸の装置上に薄膜を積層すること
に関して前述したと同様の作用を装置の周波数に及ぼす。このように、本発明で
は第１の金属電極に、好適には約１ミクロンの厚さでイオン交換樹脂層が被覆さ
れる。この層には引き続き目標イオンＴ、基準イオンＲ、およびマーカー・イオ
ンＭがドーピングされる。
【００４５】 目標イオンを検出し、定量化するように構成されたモニタのベースユニットで
は、ベースユニットは基準イオンＲ、選択係数が第１の目標イオンＴの次に高い
Ｒ、でドーピングされたイオン交換樹脂の容器と、第１センサ・カートリッジと
、第２センサ・カートリッジとを有している。第１センサ・カートリッジは第１
センサを有している。第２センサ・カートリッジは第２センサを有している。第
１センサは目標イオンＴがドーピングされた第１のＢＡＷ装置の上部電極に組込
まれたイオン交換樹脂層を有している。第２センサの第２電極に組込まれた第２
イオン交換樹脂層にはマーカー・イオンＭがドーピングされ、このイオンのイオ
ン交換樹脂内の選択係数は目標イオンＴの次に低い。
【００４６】 分析試料水はモニタのベースユニットの流入口からイオン交換樹脂の容器内に
流入する。選択係数が基準イオンＲよりも高い分析試料中の全てのイオンは、イ
オン交換樹脂に固着し、基準イオンＲと交換される。このようにして、容器から
流出する水はＲ、または目標イオンＴを含め、選択係数がＲよりも低いイオンを
含有するようになる。容器から流出した水は、目標イオンＴでドーピングされた
イオン交換樹脂層を備えた第１センサを有する第１センサ・カートリッジ内へと
入る。
【００４７】 水中の基準イオンＲは層に固着し、層上の目標イオンＴと交換される。水中の
目標イオンＴはいずれも第１層上の目標イオンＴを押しのけるか、または目標イ
オンを押しのけずに第１層を通過する。いずれの場合も、層の質量に及ぼす実質
的な作用はゼロである。選択係数が低いイオンは第１層上の目標イオンＴを押し
のけない。このように、第１センサを通過した水は分析試料中に残存している目
標イオンか、押しのけられた目標イオンか、または目標イオンよりも選択係数が
低いイオンを含有している。第１層上で基準イオンＲが交換されると、第１層の
質量は、基準イオンＲによって押しのけられた目標イオンＴの質量よりも少ない
質量の基準イオンＲが水中に存在する程度まで増大する。
【００４８】 動作時には、水は容器から第１センサ・カートリッジ内に通過し、ＢＡＷ装置
の上部電極に組込まれたイオン交換樹脂の第１層の上を通過する。この実施形態
では、イオン交換樹脂のベッドは各センサの下流側にあることが好適であり、樹
脂は先行のセンサ上にドーピングされたものと同じイオンでドーピングされる。
第１センサから流出した水がマーカー・イオンＭでドーピングされた第２センサ
上の第２層を通過すると、水中の目標イオンＴは層上にあるマーカー・イオンＭ
と交換される。
【００４９】 第２イオン交換樹脂層上の目標イオンＴの交換によって、第２層の質量は、押
しのけられたマーカー・イオンＭの質量よりも少ない質量の目標イオンＴが水中
に存在する程度まで増大する。第１センサの質量変化ｍ1 は押しのけられた目標
イオンＴよりも少ない基準イオンＲの質量となり、次のように表すことができる
。 ｍ1＝ＲAＷR−ＲAＷT 但し、ＲAは基準イオンの数であり、 ＷRは基準イオンの原子量であり、 ＷTは目標イオンの原子量である。 かくして、基準イオンの数ＲAは下記のように表される。
【数２】
【００５０】 第２センサ上の質量変化ｍは基準イオンＲによって押しのけられた目標イオン
の質量プラス、目標イオンＴによって押しのけられたマーカー・イオンＭの質量
よりも少ない分析試料中の目標イオンＴの質量であり、下記のように表すことが
できる。 ｍ2＝ＲAＷT＋ＴAＷT−（ＲA＋ＴA）ＷM 但し、ＴAは分析試料中の目標イオンの数であり、 ＷMはマーカー・イオンの原子量である。 かくして、分析試料中の目標イオンの数は下記のように表される。
【数３】 第２層上の質量の増大の結果、ＭＨｚ単位で測定されたＢＡＷの周波数が低減す
る。周波数低下は１秒間隔でマイクロプロセッサによって記録される。低下した
周波数は、その期間中の第２センサ層上の質量変化であるｍ2 に変換される。同
時に、マイクロプロセッサはｍｌ／秒単位でモニタのベースユニットに流入する
水量を記録する流量計からの入力を受ける。マイクロプロセッサは周波数変化を
毎秒の原子数に変換し、イオン交換樹脂の捕獲率によって原子数を調整し、流量
計によって記録されたｍｌ／秒で除算する。その結果が目標イオンＴ存在の示度
である。ＢＡＷはサブ−ピクトグラムの質量変化をマイクログラムの範囲で記録
するので、その結果の測定値はｐｐｂ（１０億分の１）単位となる。
【００５１】 第２目標イオンＴ’の検出と定量化のために、モニタのベースユニットはマー
カー・イオンＭ’でドーピングされた第３の層を備えた第３センサを有する第３
カートリッジを有している。第２イオンＴ’を定量化するために、第２目標イオ
ンＴ’を定量化するために必要な計算では、目標イオンＴの数は基準イオンＲ’
の数であるＲA となる。第２センサの第２層上のマーカー・イオンＭは第２目標
イオンＴ’を検出するための目標イオンＴ’となる。このように、第２目標イオ
ンＴ’の計算は下記のように行われる。 ｍ3＝Ｒ’AＷT'＋Ｔ’AＷT'−（Ｒ’A＋Ｔ’A）ＷM' 但しＲ’Aは目標イオンＴの数であるＴAであり、 Ｔ’Aは分析試料中の目標イオンの数であり、 ＷM'はマーカー・イオンＭ’の原子量である。 かくして、分析試料中の目標イオンの数は下記のように表される。
【数４】
【００５２】 上記の説明から明らかであるように、本発明のモニタを使用して複数のイオン
を検出し、定量化することができる。例えば、モニタを水銀と銅を検出するよう
に構成してもよい。このようなモニタでは、イオン交換樹脂の容器は鉛でドーピ
ングされる。分析試料は容器内に流入し、鉛よりも重いイオンは鉛と交換される
。分析試料は水銀でドーピングされたイオン交換樹脂を有する第１センサ層の上
を通過する。鉛は水銀と交換される。水は第１センサ層上で水銀とイオン交換さ
れなかった鉛イオンを捕獲するために、水銀でドーピングされた樹脂ベッドを通
過する。このように、この時点で水は押しのけられた水銀と、分析試料中の水銀
と、水銀よりも軽い陽イオンを含有している。水は銅でドーピングされた第２セ
ンサの上を通過する。水銀は、また水銀だけが銅と交換される。第３センサの層
はカルシウムでドーピングされる。第２センサからの銅は第３センサ上のカルシ
ウム・イオンを押しのけ、以下同様である。
【００５３】 第１センサ層上の重量変化は、鉛によって押しのけられた水銀の重さよりも軽
い鉛の重さ分である。鉛と水銀の単位重量は周知であるので、鉛イオンの数が計
算される。水銀と鉛の交換は対一交換である。このようにして、押しのけられた
水銀イオンの数が判明する。第２層上の重量変化は（１）鉛によって押しのけら
れた水銀の重さ、（２）分析試料中の水銀の重さであり、（３）押しのけられた
銅イオンの重さよりも軽い。水銀と銅の単位重量は周知であるので、層上の水銀
の総重量と水銀イオンの総重量とが判明する。押しのけられた水銀イオンの数を
層上の全水銀イオンから減算すると、分析試料中の水銀イオン数が算出される。
銅検出のための計算は水銀の場合と同様である。
【００５４】 検出されるイオンの選択係数が隣接している限りは、モニタは複数のイオンを
検出し、定量化することが理解されよう。選択度の連続性が遮断している場合は
、連続する群のうちの最も高い選択度を有するイオン用のセンサ・カートリッジ
より、樹脂の交換位置での選択係数が次に高いイオン交換樹脂の容器を先行させ
なければならない。
【００５５】 ここで図３を参照すると、２つのイオンを監視するように構成された本発明の
装置の１実施形態が示されている。モニタ５４はマイクロプロセッサ５８に接続
されたモニタのベースユニット５６を有している。モニタのベースユニット５６
はベースユニットの水流口６０と、ベースユニットの水流出口６２と、第１セン
サ・カートリッジ６４と、第２センサ・カートリッジ６６とを有している。
【００５６】 図４に示すように、センサ・カートリッジ６４と６６はモニタのベースユニッ
ト５６上に載置されるとカートリッジ係合スロット７０と係合する。載置される
と、第１センサ・カートリッジ６４は第１水流入口７４内に位置する第１水流入
口ニップル７２と、第１水流出口７８内に位置する第１水流出口ニップル７６と
、モニタのベースユニット５６の裏面８２に位置する一対の電気コネクタピン８
０と係合する。第２センサ・カートリッジ６６は第２水流入口８６内に位置する
第２水流入口ニップル８４と、第２水流出口９０内に位置する第２水流出口ニッ
プル８８と、モニタのベースユニット５６の裏面８２に位置する一対の電気コネ
クタピン９２と係合する。水流入口ニップルおよび水流出口ニップル７２、７６
、８４、８８はＯリング溝９５（図６に示す）内に位置する周囲に取り付けられ
たＯリング９４を有している。一対の表示ランプ９６が各センサ・カートリッジ
６４と６６の裏面８２の上部領域９８に配置されている。一対の表示ランプ９６
はセンサ・カートリッジ６４と６６が作動中は緑が点滅し、センサ・カートリッ
ジ６４と６６の交換が必要な場合は赤が点滅する。
【００５７】 図５に示すように、分析試料水はベースユニットの水流入口６０に入り、基準
イオンＲでドーピングされたイオン交換樹脂のベッドを収納する容器１００内に
流入し、そこで基準イオンよりも重いイオンは基準イオンと交換される。容器１
００から流出した水は第１の水流入口７４に入る。第１センサ・カートリッジ６
４から流出した水は第１の水流出口７８を通過して、管１０４を経て第２の水流
入口８６へと流入する。第２センサ・カートリッジ６６から流出した水は第２の
水流出口９０を通過してベースユニットの水流出口６２に入る。
【００５８】 図６は第１センサ・カートリッジ６４を示している。図３に示すようにカート
リッジが着座位置にある場合は、第１の水流入口ニップル７２は水流入溝１１０
と係合し、第１の水流出口ニップル７６は水流出溝１１２と係合し、電気コネク
タピン８０は電気ピン溝１１６と係合する。
【００５９】 流路１２０内に示された分析水は水流入溝１１０を経て第１ＢＡＷ装置１３２
の上面を横切って通過し、水流出路１３４を通過して、イオン樹脂交換樹脂１３
６の第１ベッドを通って流れる。第１ＢＡＷ装置１３２は目標イオンＴでドーピ
ングされたイオン交換樹脂の層１３７と、上部電極１３８と、圧電水晶層１４０
と、底部電極１４２と、絶縁体１４４とを有している。フロリダ州オーランドに
あるSawtek, Inc.およびアリゾナ州フェニックスにあるモトローラInc.から市販
されているような水晶が好適な圧電水晶であるが、圧電特性を備えたその他の水
晶を使用しても同様の結果を達成できる。また、底部電極１４２を分析水から絶
縁するために、絶縁体１４４が底部電極１４２を封入していることが好適である
。
【００６０】 次に分析水は第１の水流出口７８を通過して図７に示した第２のセンサ・カー
トリッジ６６へと流れる。流路１２０内に示した分析水は水流入溝１５０を経て
第２センサ・カートリッジ６６に入り、マーカー・イオンＭでドーピングされた
イオン交換樹脂層１５６を有する第２ＢＡＷ装置１５４の上面１５２を横切って
通過し、水流出路１５７を通って、マーカー・イオンＭでドーピングされたイオ
ン交換樹脂１５８の第２ベッドを通って流れる。
【００６１】 これらの実施形態では、分析水の流量は流量計（図示せず）によって判定され
、その流量（ｍｌ／秒）はマイクロプロセッサ２０に入力される。流量は０．１
２５ｇｐｍ未満であり、かつ分析水の温度範囲は４５ないし７５°Ｆの間である
ことが好適である。このように、上記の流量および温度範囲の流体を測定可能で
あり、かつ信号をマイクロプロセッサに送信可能である任意の種類の流量計を使
用してもよい。例えば、磁気流量計、コリオリ質量流量計、渦巻きシェッダー(v
ortex shedder)、差圧計、または可変面積流量計が当技術分野で公知であり、そ
れらの全てを所望の流量を測定し、所望の出力を発生するようにすることができ
る。
【００６２】 マイクロプロセッサは内蔵された変換表をアクセスすることによって、ソーエ
ルブレーの方程式によって計算された質量を目標イオンＴおよびＴ’の数に変換
する。イオンの数はイオン交換樹脂の捕獲率によって調整される。次にマイクロ
プロセッサ２０は累積したイオン数を時間ｔで除算し、時間ｔ中の分析水の流量
で除算する。その結果が分析試料中のＴおよびＴ’の濃度である。ｐｐｂ単位の
濃度はＰＣ（図示せず）のような出力装置に伝送される。好適な実施形態では、
モトローラ社の６８ＨＣ１１のようなマイクロプロセッサ２０を使用して周波数
計数、線形化、計算機能、周波数の質量への変換、質量をイオン数に変換し、か
つ検出された各イオンごとにＭＣＬを出力することを含む表の探索機能、ｐｐｍ
（１００万分の１）またはｐｐｂ（１０億分の１）単位での演算機能、および出
力装置へのデータ変換を実行できる。しかし、別の実施形態では必要な計算の別
の部分を実行し、必要な出力を行うようにされた一連のマイクロプロセッサを使
用しても同様の結果が得られる。
【００６３】 前述のように、本発明の方法を利用して、水流中のある汚染物質の濃度レベル
を検出することができる。しかし、ＢＡＷシステムを好適な実施形態の導電率シ
ステムで代用して、フィルタ・カートリッジの欠陥検知器にしてもよい。例えば
、Ｈｇ、Ｐｂ、およびＢａを検出する必要がある場合は、選択係数の表で上記の
金属に先行するＣｕが検出されると、それはイオン交換樹脂が上記のいずれの元
素にとっても破過段階にあることを示している。限界イオンが銅のレベルにある
場合は、銅が樹脂を破過する飽和段階にイオン交換樹脂が達していれば、より重
い、より有害な金属が濾水に溶出する前にフィルタ・カートリッジを交換する必
要がある。この実施形態では、濾水フィルタを通過する水はセンサ・カートリッ
ジを有するモニタのベースユニットの水流入口へと流入する。センサはＢＡＷ装
置の上部電極に組込まれたイオン交換樹脂層を有している。この層は、この実施
形態ではカルシウムであるマーカー・イオンでドーピングされている。選択係数
がカルシウムよりも高いどのイオンも層に固着し、カルシウムイオンを押しのけ
る。カルシウムよりも選択係数が低いイオンは樹脂層に固着しない。カルシウム
よりも重いイオンが層上のカルシウムと交換されると、層の質量は、押しのけら
れたカルシウム・イオンの質量よりも少ない質量の、カルシウムよりも重いイオ
ンが水中に存在する程度まで増大する。ＢＡＷ装置の周波数低下によって、層の
質量ｍが或るレベル以上に増大したことが示されると、マイクロプロセッサは濾
水フィルタがフィルタ・カートリッジの交換を必要としていることをユーザーに
報知する赤ランプのような電子出力装置にその旨を伝送する。
【００６４】 イオンを検出し、定量化するための別の実施形態では、ＢＡＷ装置の代わりに
導電パッドを有するセンサ担体が使用され、質量の変化ではなく、電圧の変化を
測定することによって基準イオンと目標イオンが検出され、定量化される。この
実施形態は、電圧の変化を、当該の汚染物質のｐｐｍ、またはｐｐｂで測定され
た汚染レベルへと変換するために流量計とマイクロプロセッサが追加されている
こと以外は、図１および２を参照して説明したモニタと同様である。
【００６５】 別の実施形態では、銅のレベルを検出するためにカルシウムをドーピングした
イオン交換樹脂の代わりにイオン選択ポリマーが使用される。ポリビニールピリ
ジン、ＰＶＰのようなポリマーがＢＡＷ装置の上部電極に被覆される。ポリビニ
ールピリジンは銅に対する選択性がある。すなわち、ＰＶＰよりも重いか、また
は軽いイオンがＰＶＰ被覆層を通過すると、そのイオンは表面に固着しない。こ
のように、ＰＶＰ層の質量負荷を測定することによって、ＰＶＰ層を含むセンサ
は分析試料中の銅イオンの数を定量化する。この実施形態は銅のモニタ、イオン
交換樹脂の柱の閾値モニタ、またはイオン定量化モニタの基準イオンとして利用
される銅イオンの数であるＲA の検査装置として使用することができる。
【００６６】 本発明をある好適な実施形態を参照してかなり詳細に説明してきたが、当業者
にはその他の代替実施形態も容易に明らかであろう。従って、添付の特許請求の
範囲の精神と範囲はここに記載した好適な実施形態の説明に限定されるものでは
ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のモニタの１実施形態を使用した家庭用濾水システムの等
角図である。
【図２】 図１のモニタの好適な実施形態の等角断面図である。
【図３】 マイクロプロセッサに接続されたモニタのベースユニットおよび
２個のセンサ・カートリッジを有するモニタの等角図である。
【図４】 センサ・カートリッジと係合するスロットと、水および電気系統
のコネクタとを示したモニタのベースユニットの等角図である。
【図５】 ドーピングされたイオン交換樹脂の容器と、２個のセンサ・カー
トリッジ間の配管を示したモニタのベースユニットの背面図である。
【図６】 水の流入口と流出口、および樹脂を組込んだＢＡＷ装置を示した
第１のセンサ・カートリッジの破断側面図である。
【図７】 水の流入口と流出口、および樹脂を組込んだＢＡＷ装置を示した
第２のセンサ・カートリッジの破断側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ ，ＺＷ (71)出願人 ３ Ａｄａｍｓ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｓｏｕ ｔｈ Ｐｏｒｔｌａｎｄ， ＭＥ 04106， Ｕ．Ｓ．Ａ．

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水流内の少なくとも１つのの汚染物質を検出する方法であっ
    て、 少なくとも１つのイオン収集部を有する導管を設けるステップと、 導管を通して水流を流すステップと、 複数の目標イオンを前記イオン収集部に誘引して、前記複数の目標イオンが前
    記イオン収集部に固着するようにするステップと、 前記イオン収集部に固着した前記複数の目標イオンの所定の特性に基づいて前
    記少なくとも１つのの汚染物質を検出するステップと、 を含む、方法。
  2. 【請求項２】 前記所定の特性は前記複数の目標イオンの導電率であり、か
    つ前記検出ステップは、 前記複数の目標イオンが前記イオン収集部に固着する前に、前記イオン収集部
    の初期導電率を測定するステップと、 目標イオンが前記イオン収集ポイントに固着している間に、該イオン収集部の
    複数の後続の導電率を測定するステップと、 各々の後続の導電率を初期導電率と比較することによって導電率の変化を計算
    するステップと、 該導電率の変化が所定の導電率の変化と異なるか否かを決定するステップと、
    を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記測定ステップは、 前記イオン収集部内に配置された複数の導電性パッドに定電流を給電するステ
    ップと、 前記給電の電圧を測定するステップと、 前記電圧を複数の導電率に対応する複数の所定電圧と比較するステップと、 を含む、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記導電率の変化が導電率の前記所定の変化とは異なってい
    る場合は、アラームを発するステップを更に含んでいる請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記導管内にイオン交換部品を配置するステップを更に含み
    、該イオン交換部品を配置するステップは、 前記導管内に所定のイオン交換樹脂を配置するステップと、 複数の目標イオンを前記イオン交換樹脂上にドーピングするステップと、 からなる請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記イオン交換樹脂に対する選択係数が前記目標イオンの選
    択係数よりも高い前記汚染物質のイオンを誘引するステップと、 前記汚染物質の前記イオンを前記イオン交換樹脂にドーピングされた前記目標
    イオンと交換して、前記汚染物質の前記イオンが前記イオン交換樹脂に固着され
    、かつ前記目標イオンが前記水流内に配されるようにするステップと、 を更に含む請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記所定の特性の値を測定するステップと、 前記値を前記所定の特性の所定値と比較するステップと、 前記値が前記所定値とは異なる場合にアラームを発するステップと、 を更に含む請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記所定の特性の値を測定するステップと、 前記値を表示して、この値をユーザーに対して定量化できるようにするステッ
    プと、 を更に含む請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 水流内の少なくとも１つのの汚染物質を検出する装置であっ
    て、 導管と、 該導管内に配置されるイオン収集部と、 前記イオン収集部に収集された複数のイオンを検出し、前記イオンの所定の特
    性の値に対応する信号を送信するセンサと、 前記信号を処理して、処理された信号に基づいて前記少なくとも１つの汚染物
    質の存在を判定するようにプログラムされた、前記センサと通信するマイクロプ
    ロセッサと、 を備え、 前記導管を通して水流が流れ、複数の目標イオンが前記イオン収集部に誘引さ
    れ、前記イオン収集部に固着され、前記センサは前記イオン収集部への目標イオ
    ンの固着を検出し、目標イオンの所定の特性の値に対応する信号を前記マイクロ
    プロセッサに送信し、前記マイクロプロセッサは信号を処理して、処理された信
    号に基づいて前記少なくとも１つの汚染物質の存在を判定する、装置。
  10. 【請求項１０】 前記所定の特性は前記目標イオンの導電率であると共に、
    前記センサは、 絶縁層と、導電パッドと、目標イオンごとに選択されるイオン収集層とを含む
    センサ担体と、 前記導電パッドに取り付けられた定電流電源と、 前記定電流電源からの電圧を測定し、かつ電圧に対応する信号を前記マイクロ
    プロセッサに送る電圧計と、 を備えてなり、 目標イオンは導電パッド管の導電性ブリッジを形成するイオン収集層に固着し
    、導電性ブリッジは導電パッドを導通する電流の電圧を変更し、前記電圧計は前
    記電圧変化を検出して対応する信号をマイクロプロセッサに送信し、マイクロプ
    ロセッサは信号を処理して、導電率の変化に基づいて汚染物質の存在を検出する
    請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記イオン収集層はポリマーからなり、該ポリマーは目標
    イオンごとに選択される請求項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記ポリマーはポリビニールピリジンであり、前記目標イ
    オンは銅イオンである請求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記センサは鉄、亜鉛、カドミウム、カルシウム、ストロ
    ンチウム、銅、水銀、鉛、硝酸塩、および硫酸塩イオンからなる群から選択され
    たイオンを検出する請求項９に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記イオン収集部の上流位置で前記導管内に配置されたイ
    オン交換部品を更に備えていると共に、該イオン交換部品はイオン交換樹脂と、
    該イオン交換樹脂にドーピングされた複数の目標イオンとを備える請求項９に記
    載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記所定の特性は前記目標イオンの導電率であると共に、
    前記センサは、 絶縁層と、導電パッドと、目標イオンごとに選択されるイオン収集層とを含む
    センサ担体と、 前記導電パッドに取り付けられた定電流電源と、 前記定電流電源からの電圧を測定し、かつ電圧に対応する信号を前記マイクロ
    プロセッサに送る電圧計と、 を備えてなり、 目標イオンは導電パッド間の導電性ブリッジを形成するイオン収集層に固着し
    、導電性ブリッジは導電パッドを導通する電流の電圧を変更し、前記電圧計は前
    記電圧変化を検出して対応する信号をマイクロプロセッサに送信し、マイクロプ
    ロセッサは信号を処理して、導電率の変化に基づいて汚染物質の存在を検出する
    請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記イオン収集層はポリマーからなり、該ポリマーは目標
    イオンごとに選択される請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記ポリマーはポリビニールピリジンであり、前記目標イ
    オンは銅イオンである請求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 表示装置を更に備えていると共に、前記マイクロプロセッ
    サは更に、前記表示装置が所定の特性の値を通信して、この値をユーザーに定量
    化できるように、前記表示装置と通信する出力を備えている請求項９に記載の装
    置。
  19. 【請求項１９】 アラームを更に備えていると共に、前記マイクロプロセッ
    サは更に前記アラームと通信して、前記所定の特性の値が所定値と異なっている
    場合は前記アラームを起動させる出力を備えている請求項９に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 複数の付加的なイオンを検出し、前記マイクロプロセッサ
    に付加的な信号を送信する付加的なセンサを更に備えていると共に、前記マイク
    ロプロセッサは前記付加的な信号を処理し、かつ処理された信号に基づいて付加
    的な汚染物質を検出するようにプログラムされている請求項９に記載の装置。
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