JP2004239813A

JP2004239813A - 水質汚染成分の濃度測定装置

Info

Publication number: JP2004239813A
Application number: JP2003030704A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Haketa; 靖羽毛田; Mitsuru Sasakura; 巳鶴笹倉; Keiko Shibuya; 慶子渋谷
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】水質汚染成分濃度を吸光度測定により求める際に、発色試薬との振盪操作や発色反応のための静置操作をタイマー機能を利用して間違いなく自動的に行うと共に、サンプル数が多い場合であっても短時間に効率良く測定することができる簡便な濃度測定装置を提供する。
【解決手段】まとめて発色試薬を混合振盪した複数のサンプル５について、第１番目のサンプル５を測定室３にセットしたときタイマーが静置時間のカウントを開始し、カウント終了と同時に吸光度検出器２が第１番目のサンプルの吸光度の測定を行う。続いて、第２番目のサンプルに入れ換えた後は、上記振盪時間及び静置時間のカウントを行うことなく、第２番目から最後のサンプルまで順番に吸光度の測定のみを行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全窒素や全リンなどの水質汚染成分濃度を吸光度法により測定する場合に、複数のサンプルを短時間で効率良く測定することが可能な濃度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水中に含まれる全窒素、全リン、硝酸、亜硝酸、アンモニア、リン酸、重金属類などの濃度測定は、総量規制に関わる測定や排水基準測定など様々な分野で行われている。また、これらの物質の多くは、ＪＩＳＫ０１０２で定められた吸光度法や、イオンクロマトグラフ法などにより行われている。
【０００３】
しかし、ＪＩＳに定められた吸光度法では、測定操作が複雑であるうえ、検量線を作成して測定値を計算する必要があるなどの理由から、測定値の演算機能を設けた簡便な濃度測定装置が利用される場合も多い。このような濃度測定装置では、予め用意された専用の発色試薬を用い、サンプルと試薬を測定容器中で振り混ぜて発色させた後、測定容器をセットして吸光度を測定する。装置には予め測定したい物質の吸光度と濃度の関係を表す検量線が入力されており、演算して求めた濃度値が表示又は印字されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような濃度測定装置を用いて水質汚染成分濃度を測定する場合、発色試薬との反応による発色時間が測定する物質によって定められているため、発色試薬とサンプルを測定容器中で混合した後、一定時間静置してから吸光度を測定する必要がある。また、発色試薬によっては、混合のため一定時間の振盪操作が必要な場合もある。
【０００５】
そのため、従来の水質汚染成分を吸光度法により測定する簡便な濃度測定装置では、これらの操作を間違いなく自動的に行えるように、振盪時間を表示するタイマー機能や、測定容器をセットしてから一定の静置時間後に自動的に吸光度測定を行うタイマー機能を設けたものが知られている。
【０００６】
しかし、このようなタイマー機能を利用した従来の吸光度測定装置では、１つのサンプルについて吸光度を測定するたびに、振盪や静置のために必ず一定時間待ってから測定を行う必要があるため、多数のサンプルを測定する場合には非常に長い時間がかかるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、発色試薬と反応させたときの吸光度を測定して水質汚染成分濃度を求める際に、発色試薬との振盪操作や発色反応のための静置操作をタイマー機能を利用して間違いなく自動的に行うと共に、サンプル数が多い場合であっても短時間に効率良く測定することができる濃度測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供する水質汚染成分の濃度測定装置は、サンプル中の特定の水質汚染成分を発色試薬と反応させたときの吸光度を測定し、その吸光度から特定成分濃度を求める濃度測定装置であって、予めまとめて発色試薬を添加振盪した複数のサンプルについて、第１番目のサンプルをセットしたときタイマーが発色反応のための静置時間のカウントを開始し、カウント終了と同時に第１番目のサンプルの吸光度測定を行い、第２番目のサンプルに入れ換えた後は、上記振盪時間及び静置時間のカウントを行うことなく、最後のサンプルまで順番に吸光度測定のみを行うことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、また、上記水質汚染成分の濃度測定装置であって、前記発色試薬と反応させた複数のサンプルの吸光度測定の開始前又は終了後に、各サンプルとそれぞれ同じ複数のブランクサンプルについて、第１番目から最後のブランクサンプルまでまとめて順番に吸光度測定を行い、その測定順に従って前記各サンプルの吸光度からそれぞれ対応する各ブランクサンプルの吸光度を差し引いて、各サンプルの特定成分濃度を求めることを特徴とする濃度測定装置を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の水質汚染成分濃度の濃度測定装置は、河川などの水中に含まれる全窒素、全リン、硝酸、亜硝酸、アンモニア、リン酸、重金属類などの濃度を、吸光度法を用いて測定するための小型で簡便な装置である。特に、本発明の濃度測定装置においては、吸光度測定に必要な発色試薬との振盪操作及び発色反応に要する静置操作に関するタイマー機能を改良することで、多サンプルであっても測定時間を従来に比べて格段に短くすることが可能となった。
【００１１】
本発明の濃度測定装置の基本的構造を、図１に基づいて説明する。この測定装置１には、測定容器４を挿入するための測定室３を備えた吸光度検出器２が設置されている。測定容器４に入れた測定用のサンプル５の吸光度は、吸光度検出器２で検出されてＣＰＵ（演算装置）６に送信され、ＣＰＵ６では測定成分ごとにメモリ７に記憶された吸光度と濃度の検量線から、測定対象である特定成分の濃度を計算して求めるようになっている。得られた特定成分濃度は、自動的に表示器８に表示され、必要に応じてプリンタ９で印字することができる。
【００１２】
また、この測定装置１には、各種の操作キイを備えた操作キイ部１０が設けてある。例えば、全窒素、全リン、硝酸、亜硝酸、アンモニア、リン酸、重金属類など、水質汚染物質のうちの測定すべき特定成分の種類を選択設定する設定キイと、測定するサンプル数の設定並びに測定の開始を指示する測定キイと、測定した特定成分濃度の印字を指示する印字キイなどを備えている。
【００１３】
吸光度の測定に際しては、まず、操作キイ部１０の設定キイにより測定対象である特定成分を指定する。一定量の複数のサンプル５をそれぞれ測定容器４に入れ、特定成分用の発色試薬を滴下し、所定の一定振盪時間だけ振盪して混合する。次に、測定キイを押してサンプル数を設定し、第１番目のサンプルを測定室３にセットすると、タイマーが始動して表示部８に発色反応のための静置時間が表示されカウントダウンが開始される。カウントの終了と同時に、吸光度検出器２により第１番目のサンプルの吸光度が測定され、特定成分濃度が求められる。
【００１４】
その後、第１番目のサンプルの測定容器を抜き取り、第２番目のサンプルを入れた測定容器に入れ換える。このときタイマーは始動せず、従って振盪時間及び発色反応のための静置時間のカウントを行うことなく、直ちに吸光度検出器により第２番目のサンプルの吸光度が測定される。以下同様にして、最後のサンプルまで順番に吸光度の測定のみが行われ、順次特定成分濃度が求められる。このように、第２番目以降のサンプルについては、少なくとも静置時間を置くことなく直ちに吸光度測定ができるため、サンプル毎に静置時間が必要であった従来の測定装置に比べて、測定時間を大幅に短縮することができる。
【００１５】
更に、この濃度測定装置を用いて全窒素を測定する例を詳しく説明する。全窒素の測定には、例えば、全窒素測定試薬キット１３４Ｃ１３１（東亜ディーケーケー（株）製）を使用することができる。全窒素を測定する場合、最初にサンプル中の全ての窒素を硝酸に酸化分解する必要がある。そこで、ガラス製の分解管にサンプル５ｍｌを入れ、分解試薬を所定量添加した後、ドライヒーターＴＮＰ−ＨＴ（東亜ディーケーケー（株）製）にセットし、１２０℃で３０分間加熱してサンプル中の窒素を硝酸に酸化分解する。この分解操作を複数のサンプルについてまとめて行い、加熱後ドライヒーターから分解管を取り出し、冷水で約２５℃に冷却し、複数の測定用サンプルを準備する。
【００１６】
この分解操作でサンプル中の窒素は全て硝酸に酸化分解されるため、硝酸を測定する発色試薬を用いて全窒素の吸光度測定を行うことができる。ところで、吸光度法を用いて硝酸を測定する場合、亜鉛粉末を用いて硝酸を亜硝酸に還元し、スルファニルアミドとナフチルエチレンジアミンを酸性下で亜硝酸と反応させ、赤色のアゾ色素を生成させて吸光度を測定する方法がしばしば用いられる。上記全窒素測定試薬キット１３４Ｃ１３１には、これらの発色試薬が備えられているので、サンプルに混合して簡単に発色させることができる。
【００１７】
この発色反応を行う場合、亜鉛粉末と硝酸を反応させて亜硝酸に還元する過程で３０秒間の振盪時間が必要であり、更に生成した亜硝酸をスルファニルアミド及びナフチルエチレンジアミンと反応させるために１０分間の静置時間が必要である。これらの振盪時間及び静置時間は、一般に内蔵されたタイマー機能により行うことができるが、従来の装置では１サンプル毎に振盪時間と静置時間をタイマー管理していた。そのため、測定時間や表示時間を含めて１サンプルを測定するのに１０分３０秒程度、１０サンプルを測定する場合には１０５分程度の時間が必要であり、非常に効率が悪かった。
【００１８】
一方、本発明の装置では、まず、本装置の操作キイ部の設定キイを用いて、測定項目として全窒素測定を選択する。続いて、測定開始のための測定キイを押すと、測定を行うサンプル数の設定表示が表示器に表示されるので、準備されたサンプル数を設定する。サンプル数の設定は、メモリの容量次第ではほぼ無限に設定できるが、操作性を考慮すると１０サンプル以下が適当である。また、事前にサンプル数の設定を行わず、最後のサンプルの測定が終わった時点で、測定キイにより測定終了を指示するように設定することも可能である。
【００１９】
続いて、上記のごとく窒素を全て硝酸に酸化分解して準備した複数のサンプルについて、各サンプル２ｍｌずつをディスベンサで分取して別々の測定容器に入れ、それぞれ所定量の発色試薬を加える。すぐに操作キイ部の測定キイを押して測定操作をスタートさせると、表示器に３０秒間のタイマーが表示されてカウントダウンするので、その間だけ全ての測定容器を振り混ぜる。この振盪操作は、全ての測定容器をセットできる治具などを用いると簡単である。
【００２０】
３０秒の振盪操作が終わると、亜鉛が硝酸を亜硝酸に還元すると同時に試薬が溶解して発色反応が進行する。そこで、第１番目のサンプルの測定容器を吸光度検出器にセットすると、吸光度検出器に内蔵された容器検出センサが測定容器を検出し、表示器の表示が５５０秒の静置時間の表示に変わり、測定開始までのカウント表示を行う。カウントダウンが終了すると、吸光度検出器で第１番目のサンプルの吸光度が自動的に測定され、メモリに記憶された全窒素用の検量線によりＣＰＵが吸光度から全窒素濃度を計算して、表示器５に測定結果を表示され、必要に応じてプリンタに印字することができる。
【００２１】
第１番目のサンプルの測定が終了したら測定容器を取り出し、続けて第２番目のサンプルの測定容器をセットする。このときには、容器検出センサが容器を検出しても振盪時間及び静置時間のカウントを行うことなく、直ちに第２番目のサンプルの吸光度が測定され、同様に全窒素濃度を計算して表示器に表示する。以降も同様に第１０番目のサンプルまで、静置時間のカウントダウンを行うことなく、次々と測定することができる。
【００２２】
従って、本発明の測定装置では、第１番目のサンプルの測定には１０分３０秒の時間を要するが、残り９サンプルは表示時間などを含めて１０秒以下で測定可能であるため、１０サンプルのトータルの測定時間は１２分程度になり、従来の測定装置の１０５分に比べて測定時間を格段に短縮することができる。
【００２３】
また、サンプル自体が着色していて吸光度測定に妨害を生じる場合には、着色サンプルのブランク吸光度を測定して補正する方法が有効である。このようなブランク測定を行う場合、本発明の測定装置では、発色試薬を混合していないサンプル（ブランクサンプル）の吸光度測定を、発色試薬と反応させたサンプルについての吸光度の実測定の開始前あるいは終了後に行い、その測定順に従って各サンプルの吸光度からそれぞれ対応する各ブランクサンプルの吸光度を差し引く計算を行い、各サンプルの真の吸光度を求めるようになっている。この場合も、発色試薬と反応させたサンプルは、第２番目以降のサンプルでは振盪時間及び静置時間のカウントなしに、吸光度測定を行うことができる。
【００２４】
このような着色したサンプルの吸光度測定を、亜硝酸の測定を例に説明する。亜硝酸の測定は、スルファニルアミドとナフチルエチレンジアミンを酸性下で亜硝酸と反応させ、赤色のアゾ色素を生成させて発色させ、その吸光度を測定して亜硝酸濃度を測定する方法が用いられている。これらの試薬は、例えば東亜ディーケーケー（株）製の亜硝酸測定試薬キットＯＢＢ００００８を使用することができる。これらの試薬を用いた発色反応は、試薬をサンプルに滴下して３０秒振盪した後、５分間の静置時間を保つ必要がある。
【００２５】
次に、本発明の濃度測定装置による、ブランク測定を含めた亜硝酸の測定操作を詳しく説明する。まず、操作キイ部の設定キイを用いて、測定項目として亜硝酸測定を選択する。更に、測定モードとしてサンプル自体の着色を補正するためブランク測定を行うか行わないかを選択する機能があり、例えばブランク測定を行った後に実測定を行うように設定する。続いて、測定開始のための測定キイを押し、サンプル数の設定表示が表示器に表示されるので、必要なサンプル数を設定する。
【００２６】
試薬の入っていない空の測定容器と、試薬が封入された測定容器を、それぞれサンプルの数だけ用意する。最初に、空の測定容器に測定する各サンプルを２ｍｌずつディスペンサで分取して入れ、ブランクサンプルを準備する。第１番目のブランクサンプルを吸光度検出器にセットすると、吸光度検出器に内蔵された容器検出センサが容器を検出し、サンプル自体のブランク吸光度を測定し、ＣＰＵがメモリに第１番目のブランク吸光度として記憶する。同様にして、第２番目から最後のブランクサンプルまで順番に吸光度を測定し、それぞれのブランク吸光度として記憶する。
【００２７】
ブランク測定を終了したら、試薬が封入された各測定容器にそれぞれサンプルを２ｍｌずつディスペンサで分取し、全ての測定容器を振盪して試薬を溶解させる。第１番目のサンプルが入った測定容器を吸光度検出器にセットすると、容器検出センサが測定容器を検出して、表示器が静置時間である３００秒のカウント表示に変わり、測定開始までの静置時間のカウントダウンが開始される。３００秒のカウントダウンが終了すると、吸光度検出器が第１番目のサンプルの吸光度を測定し、この吸光度からメモリに記憶された第１番目のサンプルのブランク吸光度を差し引き、メモリに記憶された亜硝酸用の検量線によりＣＰＵが亜硝酸濃度を計算して、表示器に測定結果が表示される。
【００２８】
第１番目のサンプルの測定が終了したら測定容器を取り出し、続けて第２番目のサンプルの測定を行う。第２番目のサンプルでは、容器検出センサが容器を検出すると、振盪時間及び静置時間をカウントすることなく、吸光度検出器がサンプル吸光度を測定し、同様にメモリで記憶された第２番目のサンプルのブランク吸光度を差し引いた値から、メモリに記憶された亜硝酸用の検量線によりＣＰＵが亜硝酸濃度を計算して、表示器に表示する。同様に最後のサンプルまで順番に測定を行い、複数の着色しているサンプルの亜硝酸濃度を正確に求めることができる。
【００２９】
この本発明の測定装置によれば、ブランク吸光度測定に要する時間は１サンプルあたり１０秒程度であり、１０サンプルを測定した場合にはトータル１００秒のブランク測定時間となる。また、試薬で発色させたサンプルの実測定では、第１番目のサンプル吸光度の測定には１０分３０秒の時間を要するが、残り９サンプルの吸光度の測定は表示や印字を含め１０秒以下で終了するため、１０サンプルのトータルの測定時間は１３分２０秒程度になる。従って、従来の測定装置では１０６分程度であったのに比べて、本発明の測定装置は測定時間を格段に短縮することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、水質汚染成分濃度を簡便に測定する濃度測定装置について、発色試薬と反応させたときの吸光度を測定する際に、発色試薬との振盪操作や反応に必要な静置操作をタイマー機能を利用して間違いなく自動的に行いながら、サンプル数が多い場合であっても短時間に効率良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の濃度測定装置の一具体例を示す概略の構成図である。
【符号の説明】
１測定装置
２吸光度検出器
３測定室
４測定容器
５サンプル
６ＣＰＵ
７メモリ
８表示器
９プリンタ
１０操作キイ部

Claims

サンプル中の特定の水質汚染成分を発色試薬と反応させたときの吸光度を測定し、その吸光度から特定成分濃度を求める濃度測定装置であって、予めまとめて発色試薬を添加振盪した複数のサンプルについて、第１番目のサンプルをセットしたときタイマーが発色反応のための静置時間のカウントを開始し、カウント終了と同時に第１番目のサンプルの吸光度測定を行い、第２番目のサンプルに入れ換えた後は、上記振盪時間及び静置時間のカウントを行うことなく、最後のサンプルまで順番に吸光度測定のみを行うことを特徴とする水質汚染成分の濃度測定装置。
前記発色試薬と反応させた複数のサンプルの吸光度測定の開始前又は終了後に、各サンプルとそれぞれ同じ複数のブランクサンプルについて、第１番目から最後のブランクサンプルまでまとめて順番に吸光度測定を行い、その測定順に従って前記各サンプルの吸光度からそれぞれ対応する各ブランクサンプルの吸光度を差し引いて、各サンプルの特定成分濃度を求めることを特徴とする、請求項１に記載の水質汚染成分の濃度測定装置。