JP2003098084A - 土壌中の重金属系有害物質分析方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 土壌中の重金属系有機化合物を精度よく定量
分析することができる分析方法およびその装置を提供す
る。 【解決手段】 レーザ光を発振するレーザ発振器１１
と、レーザ発振器１１からのレーザ光を土壌に照射する
レーザ照射器１２と、レーザ光の照射に伴う土壌からの
発光を受光する受光器１３と、受光器１３で受光した前
記発光の強度を分光器１７を介して測定する検出器１８
と、土壌中の水分を測定する水分センサ１４と、水分セ
ンサ１４での測定結果から土壌中の水分量を求める水分
分析器１９と、土壌を撮影する撮影カメラ１５と、撮影
カメラ１５からのＣＣＤ受像器２０を介した撮影結果か
ら土壌の粒径を求める画像処理器２１と、水分分析器１
９および画像処理器２１での算出結果に基づいて検出器
１８での測定結果を補正して土壌中の重金属系有害物質
の量を求めるデータ処理器２２とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土壌中に含まれて
いる鉛やカドミウムやクロム等のような重金属系有害物
質を分析する分析方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】土壌中に含まれている鉛やカドミウムや
クロム等のような重金属系有害物質を分析する場合、従
来は、土壌を酸性水溶液中に入れて、土壌中の上記重金
属系有害物質を酸溶液抽出し、土壌を取り除いた酸溶液
に各種処理（妨害物質の除去等）を施した後、当該酸溶
液を発光分光分析等により分析していた。

【０００３】しかしながら、このようにして土壌中の重
金属系有害物質を分析すると、その抽出作業等を含めた
前処理に時間がかかってしまい（約２日間）、分析結果
を得るまでに長時間を有してしまうだけでなく、分析廃
液が多く発生するため、その後処理に難点があった。

【０００４】このため、土壌にレーザ光を照射して土壌
中の重金属系有害物質からの発光を測定することによ
り、土壌中の重金属系有害物質を定量分析するレーザ誘
起発光分析（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy：
ＬＩＢＳ）法が適用され始めている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＬＩＢＳ法
により土壌中の重金属系有害物質を定量分析しようとす
ると、レーザ光のエネルギが土壌中の水分に吸収されて
低下してしまうため、土壌中の水分量によって分析結果
が異なってしまい、さらに、土壌の粒径によっても分析
結果が異なってしまい、実用上に難点があった。

【０００６】このようなことから、本発明は、土壌中の
重金属系有機化合物を精度よく定量分析することができ
る分析方法およびその装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、第一番目の発明による土壌中の重金属系有害物
質分析方法は、土壌中の水分量および土壌の粒径を測定
する一方、レーザ光を土壌に照射して、当該レーザ光の
照射に伴う土壌からの発光の強度を測定し、上記水分量
および上記粒径に基づいて当該発光強度を補正し、補正
した発光強度に基づいて、土壌中の重金属系有害物質の
量を求めることを特徴とする。

【０００８】第二番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析方法は、第一番目の発明において、水分量お
よび粒径と発光強度との予め求められている相関関係に
基づいて、測定した水分量および粒径から、測定した発
光強度を補正することを特徴とする。

【０００９】第三番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析方法は、第二番目の発明において、前記相関
関係が、土壌の種類ごとに定められていることを特徴と
する。

【００１０】また、前述した課題を解決するための、第
四番目の発明による土壌中の重金属系有害物質分析装置
は、レーザ光を発振するレーザ発振手段と、前記レーザ
発振手段からのレーザ光を土壌に照射するレーザ照射手
段と、前記レーザ光の照射に伴う土壌からの発光を受光
する受光手段と、前記受光手段で受光した前記発光の強
度を測定する発光強度測定手段と、土壌中の水分を測定
する水分測定手段と、前記水分測定手段での測定結果に
基づいて、土壌中の水分量を求める水分量算出手段と、
土壌を撮影する撮影手段と、前記撮影手段での撮影結果
に基づいて、土壌の粒径を求める粒径算出手段と、前記
水分算出手段および前記粒径算出手段での算出結果に基
づいて、発光強度測定手段での測定結果を補正すると共
に、補正した発光強度に基づいて、土壌中の重金属系有
害物質の量を求める重金属系有害物質量算出手段とを備
えていることを特徴とする。

【００１１】第五番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析装置は、第四番目の発明において、前記重金
属系有害物質量算出手段が、水分量および粒径と発光強
度との予め求められている相関関係に基づいて、前記水
分量算出手段および前記粒径算出手段での算出結果か
ら、発光強度測定手段での測定結果を補正することを特
徴とする。

【００１２】第六番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析装置は、第五番目の発明において、前記相関
関係が、土壌の種類ごとに定められていることを特徴と
する。

【００１３】第七番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析装置は、第四番目から第六番目の発明のいず
れかにおいて、前記レーザ照射手段、前記受光手段、前
記水分測定手段、前記撮影手段が保持具に一体的に取り
付けられていることを特徴とする。

【００１４】第八番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析装置は、第七番目の発明において、前記保持
具が、ボーリングマシンのボーリング治具の先端側に取
り付けられていることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明による土壌中の重金属系有
害物質分析方法およびその装置の実施の形態を図１〜３
を用いて以下に説明する。図１は、重金属系有害物質分
析装置の概略構成図、図２は、土壌中の水分と発光強度
との関係を土質ごとに表したグラフ、図３は、土壌の粒
径と発光強度との関係を土質ごとに表したグラフであ
る。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるもの
ではない。

【００１６】図１に示すように、本実施の形態にかかる
土壌中の有機系有害物質分析装置は、レーザ光を発振す
るレーザ発振器１１と、レーザ発振器１１に光ファイバ
１０ａを介して接続されたレーザ照射器１２と、上記レ
ーザ光の照射に伴う土壌からの発光を受光する受光器１
３と、土壌中の水分を測定する水分センサ１４と、土壌
を撮影する撮影カメラ１５と、これら部材１２〜１５を
保持するプローブ１６と、前記受光器１３に光ファイバ
１０ｂを介して接続された分光器１７と、この分光器１
７に光路１０ｃを介して接続されて前記光の強度を測定
する検出器１８と、前記水分センサ１４からの信号に基
づいて土壌中の水分量を求める水分分析器１９と、前記
撮影カメラ１５に光ファイバ１０ｄを介して接続された
ＣＣＤ受像器２０と、このＣＣＤ受像器２０の信号を画
像処理して土壌の粒子の大きさを求める画像処理器２１
と、上記水分分析器１９および画像処理器２１からの信
号に基づいて、前記検出器１８での測定結果を補正する
と共に、補正した発光強度に基づいて、土壌中の重金属
系有機化合物の量を求めるデータ処理器２２と、このデ
ータ処理器２２での算出結果を表示する表示器２３とを
備えてなるものである。

【００１７】レーザ発振器１１は、例えば１０６４ｎｍ
の波長のレーザ光１０１をパルス的に発振するようにな
っている。

【００１８】レーザ照射器１２は、レーザ発振器１１か
ら光ファイバ１０ａを介して発振されてきたレーザ光を
土壌へ向けて照射するようになっている。

【００１９】受光器１３は、レーザ光の照射に伴う土壌
中の鉛やカドミウムやクロム等の重金属系有害物質から
の発光を受光するようになっている。

【００２０】水分センサ１４は、土壌の誘電率等の測定
により水分を測定することができるようになっている。

【００２１】撮影カメラ１５は、照明具を備え、土壌の
画像を撮影することができるようになっている。

【００２２】プローブ１６は、上記部材１２〜１５を一
体的に保持すると共に、油圧式やスクリュ式のボーリン
グマシンのボーリング治具の先端側の周面に取り付けら
れ、ボーリングマシンでのボーリングにより土壌中へ挿
入することができるようになっている。

【００２３】分光器１７は、前記受光器１３に光ファイ
バ１０ｂを介して接続し、前記重金属系有害物質から発
光した目的とする波長領域の当該光のみを透過させるよ
うになっている。

【００２４】検出器１８は、前記分光器１７に光路１０
ｃを介して接続し、当該分光器１７で分光された前記光
の強度を測定するようになっている。

【００２５】水分分析器１９は、前記水分センサ１４か
らの信号に基づき、土壌中の水分量を求めるようになっ
ている。

【００２６】ＣＣＤ受像器２０は、前記撮影カメラ１５
に光ファイバ１０ｄを介して接続し、撮影カメラ１５で
撮影された土壌の画像を電気信号に変換するようになっ
ている。

【００２７】画像処理器２１は、前記ＣＣＤ受像器２０
からの信号を画像処理して、土壌の粒径を求めるように
なっている。

【００２８】データ処理器２２は、土壌中の水分量およ
び土壌の粒径と発光強度との予め求められている相関関
係に基づいて、前記水分分析器１９および前記画像処理
器２１での算出結果から、前記検出器１８で測定された
発光強度を補正すると共に、当該補正発光強度に基づい
て、土壌中の重金属系有害物質の量を求めるようになっ
ている。

【００２９】表示器２２は、データ処理器２２での算出
結果を表示するようになっている。

【００３０】なお、本実施の形態では、レーザ発振器１
１等によりレーザ発振手段を構成し、レーザ照射器１２
等によりレーザ照射手段を構成し、受光器１３等により
受光手段を構成し、水分センサ１４等により水分測定手
段を構成し、撮影カメラ１５等により撮影手段を構成
し、プローブ１６等により保持具を構成し、分光器１
７、検出器１８等により発光強度測定手段を構成し、水
分分析器１９等により水分量算出手段を構成し、ＣＣＤ
受像機２０、画像処理器２１等により粒径算出手段を構
成し、データ処理器２２等により重金属系有害物質量算
出手段を構成し、表示器２３等により表示手段を構成し
ている。

【００３１】このような重金属系有害物質分析装置を使
用した土壌中の重金属系有害物質分析方法を次に説明す
る。

【００３２】まず、始めに、油圧式やスクリュ式のボー
リングマシンのボーリング治具の先端側の周面に上記プ
ローブ１６を取り付け、当該ボーリングマシンでボーリ
ングを開始し、目的とする位置までボーリングして当該
プローブ１６を土壌中へ挿入する。

【００３３】次に、レーザ発振器１１を作動してレーザ
照射器１２からレーザ光を土壌へ向けて照射すると、土
壌中に含まれている重金属系有害物質からの発光を受光
器１３が受光し、分光器１７が目的とする波長領域の当
該光のみを選択し、検出器１８が当該光の強度を測定す
る。

【００３４】これと同時に、水分センサ１４が土壌中の
水分を測定し、当該水分センサ１４からの信号に基づい
て、水分分析器１９が土壌中の水分量を求めると共に、
撮影カメラ１５が土壌の影像を撮影して、ＣＣＤ受像器
２０が電気信号に変換し、当該ＣＣＤ受像器２０からの
信号に基づいて、画像処理器２１が土壌の粒径を求め
る。なお、撮影カメラ１５が礫や木片等のような土壌以
外のものを撮影した場合には、土壌の粒径を算出できる
ように前記ボーリングマシンを作動して測定箇所を変更
し、誤差因子を排除する。

【００３５】このようにして土壌中の水分量および土壌
の粒径が求められると、データ処理器２２は、土壌中の
水分量および土壌の粒径と発光強度との予め求められて
いる相関関係に基づいて、水分分析器１９および画像処
理器２１での算出結果から、検出器１８で測定された発
光強度を補正する。

【００３６】すなわち、図２に示すように、土壌中に含
まれている水分量が多いほど、土壌中の重金属系有害物
質からの発光強度が低下し、また、図３に示すように、
土壌の粒径が小さいほど、土壌中の重金属系有害物質か
らの発光強度が低下するため、各土質ごとに予め求めら
れているこれらの相関関係に基づいて、実測された水分
量および粒径から、実測した発光強度を補正するのであ
る。

【００３７】このようにして補正発光強度を求めると、
データ処理器２２は、当該補正発光強度に基づいて、土
壌中の重金属系有害物質の量を求める。

【００３８】続いて、表示器２２は、データ処理器２２
で求められた重金属系有害物質の量を表示する。これに
より、土壌中の重金属系有害物質量の知見を得ることが
できる。

【００３９】つまり、土壌中の水分量および土壌の粒径
を測定する一方、レーザ光を土壌に照射して、当該レー
ザ光の照射に伴う土壌からの発光の強度を測定し、土壌
中の水分量および土壌の粒径と発光強度との予め求めら
れている土壌の種類ごとの相関関係に基づいて、測定し
た水分量および粒径から、測定した発光強度を補正し、
補正した発光強度に基づいて、土壌中の重金属系有害物
質の量を求めるようにしたのである。

【００４０】このため、本実施の形態では、土壌中の水
分量や土壌の粒径が異なっていても、土壌中の重金属系
有害物質を精度よく定量分析することができる。

【００４１】したがって、本実施の形態によれば、ＬＩ
ＢＳ法による土壌中の重金属系有機化合物の定量分析を
実用化することができる。

【００４２】なお、本実施の形態では、ボーリングマシ
ンのボーリング治具にプローブ１６を取り付けて現地で
土壌を直接的に測定できるようにしたが、例えば、プロ
ーブ１６を試料台に変更すれば、分析室での分析器とし
て利用することも可能である。

【００４３】また、本実施の形態では、ＬＩＢＳ法によ
り土壌中の重金属系有害物質を分析する場合について説
明したが、例えば、レーザ照射器１２から照射するレー
ザ光の波長を変更（例えば２６６ｎｍ）すれば、レーザ
誘起蛍光分析（ＬＩＦ）法により土壌中の有機系有害物
質を分析することも可能となる。

【００４４】

【発明の効果】第一番目の発明による土壌中の重金属系
有害物質分析方法は、土壌中の水分量および土壌の粒径
を測定する一方、レーザ光を土壌に照射して、当該レー
ザ光の照射に伴う土壌からの発光の強度を測定し、上記
水分量および上記粒径に基づいて当該発光強度を補正
し、補正した発光強度に基づいて、土壌中の重金属系有
害物質の量を求めるので、土壌中の水分量や土壌の粒径
が異なっていても、土壌中の重金属系有害物質を精度よ
く定量分析することができる。

【００４５】第二番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析方法は、第一番目の発明において、水分量お
よび粒径と発光強度との予め求められている相関関係に
基づいて、測定した水分量および粒径から、測定した発
光強度を補正するので、土壌中の水分量や土壌の粒径が
異なっていても、土壌中の重金属系有害物質を正確かつ
精度よく定量分析することができる。

【００４６】第三番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析方法は、第二番目の発明において、前記相関
関係が、土壌の種類ごとに定められているので、土壌の
種類が異なっていても、土壌中の重金属系有害物質を正
確かつ精度よく定量分析することができる。

【００４７】第四番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析装置は、レーザ光を発振するレーザ発振手段
と、前記レーザ発振手段からのレーザ光を土壌に照射す
るレーザ照射手段と、前記レーザ光の照射に伴う土壌か
らの発光を受光する受光手段と、前記受光手段で受光し
た前記発光の強度を測定する発光強度測定手段と、土壌
中の水分を測定する水分測定手段と、前記水分測定手段
での測定結果に基づいて、土壌中の水分量を求める水分
量算出手段と、土壌を撮影する撮影手段と、前記撮影手
段での撮影結果に基づいて、土壌の粒径を求める粒径算
出手段と、前記水分算出手段および前記粒径算出手段で
の算出結果に基づいて、発光強度測定手段での測定結果
を補正すると共に、補正した発光強度に基づいて、土壌
中の重金属系有害物質の量を求める重金属系有害物質量
算出手段とを備えているので、土壌中の水分量や土壌の
粒径が異なっていても、土壌中の重金属系有害物質を精
度よく定量分析することができる。

【００４８】第五番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析装置は、第四番目の発明において、前記重金
属系有害物質量算出手段が、水分量および粒径と発光強
度との予め求められている相関関係に基づいて、前記水
分量算出手段および前記粒径算出手段での算出結果か
ら、発光強度測定手段での測定結果を補正するので、土
壌中の水分量や土壌の粒径が異なっていても、土壌中の
重金属系有害物質を正確かつ精度よく定量分析すること
ができる。

【００４９】第六番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析装置は、第五番目の発明において、前記相関
関係が、土壌の種類ごとに定められているので、土壌の
種類が異なっていても、土壌中の重金属系有害物質を正
確かつ精度よく定量分析することができる。

【００５０】第七番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析装置は、第四番目から第六番目の発明のいず
れかにおいて、前記レーザ照射手段、前記受光手段、前
記水分測定手段、前記撮影手段が保持具に一体的に取り
付けられていることから、重金属系有害物質を分析した
箇所の水分測定や粒径測定を行うことが容易にできるの
で、土壌中の重金属系有害物質を正確かつ精度よく定量
分析することが容易にできる。

【００５１】第八番目の発明による土壌中の重金属系有
害物質分析装置は、第七番目の発明において、前記保持
具が、ボーリングマシンのボーリング治具の先端側に取
り付けられていることから、ボーリングマシンにより保
持具を地中にまで挿入することができるので、現地でサ
ンプリングすることなく目的とする箇所の土壌を分析す
ることができ、分析の容易化および迅速化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による土壌中の重金属系有害物質分析装
置の実施の形態の概略構成図である。

【図２】土壌中の水分と発光強度との関係を土質ごとに
表したグラフである。

【図３】土壌の粒径と発光強度との関係を土質ごとに表
したグラフである。

【符号の説明】

１０ａ，１０ｂ，１０ｄ 光ファイバ １０ｃ 光路 １１ レーザ発振器 １２ レーザ照射器 １３ 受光器 １４ 水分センサ １５ 撮影カメラ １６ プローブ １７ 分光器 １８ 検出器 １９ 水分分析器 ２０ ＣＣＤ受像器 ２１ 画像処理器 ２２ データ処理器 ２３ 表示器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江間 晴彦 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 浜崎 彰弘 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 北 吉博 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 厚見 真喜男 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目８番19号 高菱エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2G043 AA01 BA01 CA06 EA01 EA10 HA05 JA01 KA01 KA03 KA05 KA08 KA09 LA03 NA01 NA05 NA13

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 土壌中の水分量および土壌の粒径を測定
   する一方、レーザ光を土壌に照射して、当該レーザ光の
   照射に伴う土壌からの発光の強度を測定し、上記水分量
   および上記粒径に基づいて当該発光強度を補正し、補正
   した発光強度に基づいて、土壌中の重金属系有害物質の
   量を求めることを特徴とする土壌中の重金属系有害物質
   分析方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 水分量および粒径と発光強度との予め求められている相
   関関係に基づいて、測定した水分量および粒径から、測
   定した発光強度を補正することを特徴とする土壌中の重
   金属系有害物質分析方法。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記相関関係が、土壌の種類ごとに定められていること
   を特徴とする土壌中の重金属系有害物質分析方法。
4. 【請求項４】 レーザ光を発振するレーザ発振手段と、 前記レーザ発振手段からのレーザ光を土壌に照射するレ
   ーザ照射手段と、 前記レーザ光の照射に伴う土壌からの発光を受光する受
   光手段と、 前記受光手段で受光した前記発光の強度を測定する発光
   強度測定手段と、 土壌中の水分を測定する水分測定手段と、 前記水分測定手段での測定結果に基づいて、土壌中の水
   分量を求める水分量算出手段と、 土壌を撮影する撮影手段と、 前記撮影手段での撮影結果に基づいて、土壌の粒径を求
   める粒径算出手段と、 前記水分算出手段および前記粒径算出手段での算出結果
   に基づいて、発光強度測定手段での測定結果を補正する
   と共に、補正した発光強度に基づいて、土壌中の重金属
   系有害物質の量を求める重金属系有害物質量算出手段と
   を備えていることを特徴とする土壌中の重金属系有害物
   質分析装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記重金属系有害物質量算出手段が、水分量および粒径
   と発光強度との予め求められている相関関係に基づい
   て、前記水分量算出手段および前記粒径算出手段での算
   出結果から、発光強度測定手段での測定結果を補正する
   ことを特徴とする土壌中の重金属系有害物質分析装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記相関関係が、土壌の種類ごとに定められていること
   を特徴とする土壌中の重金属系有害物質分析装置。
7. 【請求項７】 請求項４から請求項６のいずれかにおい
   て、 前記レーザ照射手段、前記受光手段、前記水分測定手
   段、前記撮影手段が保持具に一体的に取り付けられてい
   ることを特徴とする土壌中の重金属系有害物質分析装
   置。
8. 【請求項８】 請求項７において、 前記保持具が、ボーリングマシンのボーリング治具の先
   端側に取り付けられていることを特徴とする土壌中の重
   金属系有害物質分析装置。