JP2004037273A

JP2004037273A - 水分析方法及び装置

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Publication number: JP2004037273A
Application number: JP2002195145A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Hashizume; 橋爪　義雄; Ryuzo Hayashi; 林　隆造
Original assignee: Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】被検水の自動分析を行う際に被検水等から混入する微生物の増殖を防ぐ。
【解決手段】被検水、洗浄水、標準液を供給するそれぞれの配管２，２，４はバルブ５、６、７の下流で合流し、さらに緩衝液を供給する配管１と合流してフローセル１２に導かれている。その合流点とフローセル１２の間の流路には空気ポンプ１１により空気が供給される。配管はケイ酸塩担体に銀を主体とする抗菌剤を担持して練りこんだ樹脂製チューブである。洗浄液又は緩衝液には制菌剤を添加する。制菌剤は、アジ化ナトリウム、ホウ酸又はＥＤＴＡである。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検水の自動分析を行う分析方法及び分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境汚染防止を目的として、被検水中の各種化学物質の定量を高精度で実施することは非常に重要である。同様に各種化学物質が流れ込んだ海洋、湖沼、河川の水の分析も被検水分析の一形態と考えられ、その適用範囲は広い。また集中被検水処理を行う下水道システムにおいて化学物質濃度の正確な把握は、効率的な施設運用を行う上で経済的にも意味がある。
【０００３】
これらの分析では連続して汚染状況を監視する必要があるが、その分析対象は人間が通常居住する場所から離れて存在する可能性があるため、可能な限り自動分析が望まれる。
【０００４】
代表的な分析の項目としては、溶存酸素、ｐＨ、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、全有機体炭素（ＴＯＣ）、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）などがある。これらの分析自体は数多くの方法が知られているが、いずれの場合も、被検水に含まれる微生物により装置が汚染され、その微生物が増殖することにより配管が閉塞して装置が停止したり、検出器が汚染されて精度が低下したりするなどの問題がある。さらに配管に付着した微生物が化学物質を貯留あるいは消費し、一見したところ装置は正常に動作しているが、化学物質濃度が著しく低く見積もられる場合があり、被検水分析装置の精度管理面で、この問題を解決することは極めて重要であった。
【０００５】
もちろん検出機構や配管に強酸、強塩基などが流入する化学分析方法では、微生物自体が増殖困難なことが多く、上記の問題点は軽減されるが、これらの方法では、分析被検水に環境に対する有害物が含有される結果となり、別の問題が発生する。近年そのために、酵素、抗体、遺伝子、微生物など生体由来の物質、あるいは生物そのものを素子として利用したいわゆるバイオセンサを被検水分析に応用し、検出機構内で素子の選択性を利用して検出を行い、分析被検水を無害化する試みがなされている。同時にバイオセンサは素子自体が選択性を有するため、その他の機構を単純化でき、自動かつ連続に動作させる場合の故障を回避する上でも有利である。
【０００６】
しかし、バイオセンサでは素子自体が生物に由来するものであるため、その動作条件は被検水から混入してくる微生物にとっても生育に好適な場合が多い。したがって、バイオセンサ法を利用した分析装置では被検水等に伴なって流入してくる外部の微生物の増殖を抑える意味は大きい。
【０００７】
従来、制菌剤を添加してこの問題を解決しようとする提案はなされてきたが、満足できる結果は得られていなかった。また近年、清潔さが重要視され、各種日用品の抗菌化処理が行われている。これらの抗菌剤を分析装置に適用することも考えられるが、単純な抗菌処理では、被検水分析装置の微生物増殖を阻止することは容易ではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は被検水の自動分析を行う分析方法及び分析装置に関して、前記のように被検水等から混入する微生物の増殖を防ぎ、長期間安定でメンテナンス負担が少なく、高精度の結果が得られ、かつ環境汚染の可能性が低い方法と装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは各種形態の分析方法及び分析装置を検討した結果、被検水分析装置への微生物汚染は、被検水試料のみに由来するのではなく、外部から取り込まれた空気や、被検水中の有機物が付着して、その上に微生物が増殖するなどの複数の因子が絡み合っていることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の分析方法は、被検水を採取して検出機構に導き、該検出機構において化学物質を検知する分析装置を用いて被検水を分析する方法において、少なくとも前記被検水の通過する流路を、抗菌剤を混入した樹脂チューブにより実質的に構成し、前記被検水の流路のうち前記検出機構に流入する少なくとも前の流路部分に制菌剤水溶液を含む液を流入させることを特徴とする。
【００１１】
抗菌剤を混入した樹脂チューブを使用することにより、抗菌剤による洗浄作用で微生物の増殖を防ぐことができる。さらに、被検水の流路が検出機構に流入する少なくとも前の流路部分に制菌剤水溶液を含む液を流入させることにより、制菌剤による洗浄作用で検出機構における微生物の増殖を防ぐことができる。
【００１２】
ここで、被検水の通過する流路を抗菌剤を混入した樹脂チューブにより「実質的に」構成するというのは、被検水の通過する流路が全長にわたって抗菌剤を混入した樹脂チューブにより構成されている場合のみでなく、その流路の一部のみが抗菌剤を混入した樹脂チューブにより構成されている場合であってもその抗菌剤により意図した洗浄効果が得られる場合も含むという意味である。
【００１３】
被検水の流路の、検出機構に流入する少なくとも前の流路部分に制菌剤水溶液を含む液を流入させる１つの方法として、制菌剤水溶液を被検水が検出機構に導入される前に被検水と混合させることができる。
【００１４】
被検水に制菌剤水溶液を混合させることにより、雑菌を含み得る被検水そのものを洗浄することができるようになり、被検水から混入する微生物の増殖を一層効果的に防ぐことができる。
制菌剤としては、アジ化ナトリウム、ホウ酸、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）などを使用することができる。
【００１５】
検出機構が微生物を固定化した部位と酸素電極とを備えたものである場合には、標準液を送液した場合の酸素消費量と被検水を送液した場合の酸素消費量との比率から生物化学的酸素要求量を算出することができる。
【００１６】
本発明の分析装置は、被検水中の所定の化学物質を検知する検出機構と、前記検出機構を一定温度に保持する恒温化機構と、被検水を採取して前記検出機構に導く配管を備えた送液機構と、前記検出機構の上流で被検水に空気などの酸素含有気体を供給する空気供給路とを備えている。そして、その送液機構の配管には前記検出機構の上流で被検水の通過する流路に制菌剤水溶液を含む液を流入させる流入手段を有しており、少なくともその配管のうち被検水が通過する部分は抗菌剤を混入した樹脂チューブにより実質的に構成されている。
【００１７】
制菌剤水溶液は被検水、緩衝液及び洗浄水のいずれか又は２以上に混合させて検出機構の上流に流入させることができる。上に記載した「流入手段」を有することにより、制菌剤水溶液をいずれの液に混合させてもよいことを意味している。
【００１８】
前記検出機構の好ましい一例は、微生物を固定化した部位と、酸素電極又は酸化還元物質検出電極とを備えたものであり、生物化学的酸素要求量などの測定に適する。
【００１９】
抗菌剤としては銀、銅、亜鉛などを使用することができ、このうち銀がもっとも効果が大きい。
また、抗菌剤はケイ酸塩担体に担持されたものであることが好ましい。
送液機構の配管を構成する樹脂チューブは、シリコーン樹脂又はテフロン（登録商標）樹脂などのポリ四フッ化エチレン樹脂とすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
分析装置の一実施例の概要を図１に示す。
被検水を供給する配管２、洗浄水を供給する配管３、標準液を供給する配管４のそれぞれにはバルブ５、６、７が設けられており、それぞれのバルブ５、６、７を開閉することにより供給する液を選択することができる。それらの配管２，３，４は、バルブ５、６、７の下流で合流し、その合流点の下流に送液ポンプ９が配置されている。
【００２１】
緩衝液を供給する配管１には送液ポンプ８が配置されている。
送液ポンプ８の下流の配管と送液ポンプ９の下流の配管が合流してフローセル１２に導かれている。その合流点とフローセル１２の間の流路には空気ポンプ１１により空気が供給される。
【００２２】
フローセル１２はセンサー１３を備え、センサー１３には酸素電極と、端面に微生物を固定化した膜が設置されている。フローセル１２は恒温槽１０内に設置され、フローセル１２を経た測定後の液は廃水として排出口１５から排出される。
【００２３】
送液ポンプ８，９はチューブポンプ、シリンジポンプ、プランジャーポンプなど各種のポンプを利用できるが、特に廃水分析の場合は濁りなどによるつまりを防ぐため、チューブを用いるチューブポンプが好適である。
【００２４】
送液の速度は、被検水から装置までの距離により変更可能であるが、測定条件を一定化するために用いる緩衝液量があまり多大になると分析コストが上昇するため、０．１〜５ｍＬ／分程度が好適である。
バルブ５，６，７は、ポンプの場合と同じく、チューブを挟むことにより閉鎖可能なピンチバルブが好適である。
【００２５】
恒温槽１０は液体方式、空気方式、金属ブロック方式など各種の構成を利用できるが、特に空気方式は装置の軽量化が可能で望ましい。
【００２６】
空気ポンプは、１分間あたりの合計送液量０．２ｍＬ〜１０ｍＬに対して０．１〜１０Ｌ／分程度、より好ましくは０．５〜３Ｌ／分が望ましい。あまり空気量が少ないとベースラインの安定性が得にくく、逆に多すぎると感度が低くなりすぎる。
【００２７】
固定化微生物は、多孔性膜の上に微生物培養液を滴下し、別の多孔性膜で覆うことにより作成できる。より微生物を保持するために２枚の膜を接着剤又は両面粘着シートで接着するか、加熱圧着、超音波接着などの方法で接着することが望ましい。
検知部分は微生物の呼吸活性を酸素電極で検知するか、別途酸化還元物質を検知する電極を接触させて用いる。
【００２８】
これらの被検水が通過する配管は従来より、シリコーン、フッ素樹脂、ポリエチレンなどの樹脂製配管が用いられてきたが、被検水に含まれる微生物が付着し、閉塞、付着後増殖した微生物により被検水中の測定対象が消費されてしまうなどの問題があった。そこでこれらの配管に抗菌作用を持たせるべく各種の検討を行ったところ、無機抗菌剤を含有する抗菌剤が有効であることが判明した。
【００２９】
抗菌剤を樹脂製製品に含有させる方法としては、抗菌性有機化合物を内壁に塗布する方法、銀、銅などの金属微粒子を練りこむ方法などが知られている。
しかし有機化合物を塗布する方法では、わずかに水に溶け出した抗菌剤が検知部分の微生物に作用して、検出を阻害した。また金属微粒子は、被検水や緩衝液中の成分と反応し、その効果が比較的早くなくなった。
【００３０】
一方、ケイ酸塩担体、たとえば無定形酸化ケイ素、珪藻土、ゼオライトなどに銀を主体とする抗菌剤を担持して練りこんだ樹脂製チューブは長期間にわたり抗菌作用を示すことがわかった。
【００３１】
もうひとつ興味ある事実は、抗菌作用がチューブ内面の接液部に限定されており、被検水を貯留するボトルなどの断面積の広いものでは効果がほとんど認められないが、チューブのように断面積の狭いものでは著しい効果が認められた。
【００３２】
樹脂に含有させる抗菌剤量は樹脂重量に対し重量部数で０．３〜２％が望ましい。さらに好ましくは０．５〜１．５％である。０．３％未満では効果が得られにくくなり、また２％を越えると樹脂チューブの強度が低下する。
【００３３】
抗菌剤の主成分は銀、銅、亜鉛などの金属のほか、それらの金属の酸化物などの化合物であるが、銀が最も効果が高い。また複数の抗菌剤主成分を併用することもできる。これらの抗菌剤を使う上での注意点は、流れる液のｐＨが５以下となると銀などが溶出し、検知に用いる微生物に害を与えるので、用いる緩衝液のｐＨを５より大きくすることである。
【００３４】
この測定装置のすべての配管を抗菌材料を添加したチューブで構成してもよい。もし、一部の配管のみを抗菌材料を添加したチューブで構成する場合には、被検水と接触する配管の少なくとも一部は抗菌材料を添加したチューブで構成する。
【００３５】
このチューブに添加された抗菌材料には、一旦被検水中の汚濁物質が付着すると抗菌作用がその上まで及ばないため、そこに菌が増殖してしまうことがある。ひとつの対応策は、定期的にアルカリ性水溶液や次亜塩素酸水溶液などの殺菌作用のある液を通液することであるが、これは手間がかかる。
【００３６】
そこで、送液される液中に、検知に用いる微生物には影響が少なく、被検水中から持ち込まれる微生物を抑える制菌剤を併用することである。
【００３７】
実施例では、制菌剤を洗浄液又は緩衝液に添加する。用いる制菌剤は、アジ化ナトリウム、ホウ酸及びＥＤＴＡのうちの少なくともひとつであることが望ましい。各化合物の濃度は、アジ化ナトリウムの場合は０．５〜２ｍ？、ホウ酸の場合は１０〜２００ｍ？、ＥＤＴＡの場合は１〜５０ｍＭが望ましい。これらのうち、アジ化ナトリウムはｐＨ４．５でアジ化水素酸を発生するため一般にはｐＨ５．０以上で使用する。ホウ酸は添加によりｐＨが変動するため、予め緩衝液を添加してｐＨ調整を行うことが望ましい。ＥＤＴＡは比較的広いｐＨ範囲で作用を有するが、５０ｍＭを超える量を用いると抗菌剤の成分を溶出させてしまい、固定化された微生物に悪影響を及ぼす。
【００３８】
さらにこの方式の測定装置では、溶液に溶けた制菌剤をあらかじめ被検水と混合し、その後、恒温化された空気を流入させることにより精度を向上させられる。この方式では空気により持ち込まれる微生物の増殖が防げることと、一般的に微生物活動に適した温度に保たれたフローセルや配管を、汚染から防ぐことが可能である。
【００３９】
図２は分析装置の第２の実施例を表したものであり、被検水中から持ち込まれる微生物が標準液に含まれる物質を栄養源として繁殖するのを防ぐようにした流路構成をとっている実施例を表したものである。
【００４０】
図１の実施例と比較すると、被検水２、洗浄水３、標準液４を供給するそれぞれの配管の合流点付近の流路が異なっている。図２の実施例では、洗浄水３を供給する配管がバルブ６の下流で２つに分岐し、その分岐した配管の一方が被検水２を供給する配管とバルブ６の下流で合流点２０で合流し、洗浄水３を供給する配管の分岐した配管の他方が標準液４を供給する配管とバルブ７の下流で合流点２２で合流している。それぞれの合流点２０，２２の下流の配管が合流点２４で合流してフローセル１２に導かれている。
【００４１】
この実施例では、被検水２と標準液４をそれぞれ洗浄水３によって希釈して供給するようにすることにより、被検水２と標準液４が直接接触するのを避けることができる。その結果、被検水中から持ち込まれる微生物が標準液に含まれる物質を栄養源として繁殖するのを防ぐことができる。
【００４２】
【実施例】
以下に実施例を挙げて、本発明の内容をさらに詳細に説明するが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４３】
（実施例１）
［樹脂チューブの製作］
抗菌剤としてのゼオミック（シナネン製、ゼオライト−銀）をシリコーン樹脂ペレット１００重量部に対し１．５重量部添加し、内径２ｍｍ、外径４ｍｍのチューブを作成し、これを切断して各部の配管に用いた。
【００４４】
［測定装置］
図１の測定装置に、トリコスポロン　クタネウム　ＩＦＯ−１０４６６株を固定化した微生物膜を装着した。恒温槽温度を３５℃とし、緩衝液には１００ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ７．０）を用いた。その緩衝液に制菌剤として１ｍＭのアジ化ナトリウムを添加した。ＢＯＤ値として２０ｍｇ／Ｌ相当のグルコース、グルタミン酸水溶液を標準液とし、被検水は食品廃水を用いた。洗浄液は蒸留水を用いた。
【００４５】
［測定］
図１の装置を用いて、１ヶ月間にわたり、１時間に１回５分間被検水を流し、同時間標準液を流した場合の酸素消費量の変動を調べた。
その結果、標準液の測定値は安定した値を示し、被検水測定結果も従来法と良好な相関性を示した。
【００４６】
（比較例１）
配管に抗菌剤を添加しないチューブを用い、緩衝液にも制菌剤を添加しなかった以外、実施例１と同様な測定を実施した。
その結果、１週間目以降測定値がゼロとなり、標準液の測定結果も著しい低下が認められた。
【００４７】
（比較例２）
抗菌チューブを用い、緩衝液から制菌剤を除いて実施例１と同様の測定を実施した。その結果測定値が不安定となり、標準液の測定結果も著しく低下した。
実施例と比較例について、標準液感度の変化を表１に示す。
【００４８】
【表１】

【００４９】
なお、実施例で使用した測定装置は、ＪＩＳ３６０２「微生物電極による生物化学的酸素消費量（ＢＯＤｓ）計測器」（１９９０）に準拠する装置である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の水分析方法及び装置は、少なくとも被検水の通過する流路を、抗菌剤を混入した樹脂チューブにより実質的に構成し、被検水の流路のうち検出機構に流入する少なくとも前の流路部分に制菌剤水溶液を含む液を流入させるようにしたので、抗菌剤による洗浄作用で微生物の増殖を防ぐことができ、さらに、制菌剤による洗浄作用で検出機構における微生物の増殖を防ぐことができる。その結果、長期間安定でメンテナンス負担が少なく、高精度の結果が得られる。また、強酸、強塩基などを流さないので、環境汚染の可能性が低い。
【図面の簡単な説明】
【図１】分析装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】分析装置の他の実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　　　緩衝液を供給する配管
２　　　被検水を供給する配管
３　　　洗浄液を供給する配管
４　　　標準液を供給する配管
５　　　被検水用ピンチバルブ
６　　　洗浄液用ピンチバルブ
７　　　標準液用ピンチバルブ
８　　　緩衝液用チューブポンプ
９　　　被検水用チューブポンプ
１０　　　恒温槽
１１　　　空気ポンプ
１２　　　フローセル
１５　　　排出口

Claims

被検水を採取して検出機構に導き、該検出機構において化学物質を検知する分析装置を用いて被検水を分析する方法において、
少なくとも前記被検水の通過する流路を、抗菌剤を混入した樹脂チューブにより実質的に構成し、
前記被検水の流路の前記検出機構に流入する少なくとも前の流路部分に制菌剤水溶液を含む液を流入させることを特徴とする被検水の分析方法。
前記制菌剤水溶液は前記被検水が前記検出機構に導入される前に前記被検水と混合させる請求項１記載の被検水の分析方法。
前記検出機構が微生物を固定化した部位と酸素電極とを備えたものであり、
標準液を送液した場合の酸素消費量と被検水を送液した場合の酸素消費量との比率から生物化学的酸素要求量を算出する請求項１又は２記載の分析方法。
被検水中の所定の化学物質を検知する検出機構と、
前記検出機構を一定温度に保持する恒温化機構と、
被検水を採取して前記検出機構に導く配管を備え、前記配管には前記検出機構の上流で被検水の通過する流路に制菌剤水溶液を含む液を流入させる流入手段を有しており、少なくとも前記配管のうち被検水が通過する部分は抗菌剤を混入した樹脂チューブにより実質的に構成されている送液機構と、
前記検出機構の上流で被検水に酸素含有気体を供給する空気供給路とを備えたことを特徴とする分析装置。
前記検出機構は微生物を固定化した部位と、酸素電極又は酸化還元物質検出電極とを備えている請求項４記載の分析装置。
前記抗菌剤はケイ酸塩担体に担持されたものである請求項４又は５記載の分析装置。