JP2007163162A - Method and apparatus for monitoring contamination with very small amount of toxicant - Google Patents

Method and apparatus for monitoring contamination with very small amount of toxicant Download PDF

Info

Publication number
JP2007163162A
JP2007163162A JP2005356364A JP2005356364A JP2007163162A JP 2007163162 A JP2007163162 A JP 2007163162A JP 2005356364 A JP2005356364 A JP 2005356364A JP 2005356364 A JP2005356364 A JP 2005356364A JP 2007163162 A JP2007163162 A JP 2007163162A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frequency
contamination
action potential
peak
power spectrum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005356364A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kuniaki Yoshitomi
邦明 吉富
Yoshitane Tamura
善胤 田村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyushu University NUC
Original Assignee
Kyushu University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyushu University NUC filed Critical Kyushu University NUC
Priority to JP2005356364A priority Critical patent/JP2007163162A/en
Publication of JP2007163162A publication Critical patent/JP2007163162A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20Controlling water pollution; Waste water treatment

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and rapidly judge the contamination of water to be tested due to a very small amount of a toxicant. <P>SOLUTION: When aquatic life is preliminarily bred in a water tank through which the water to be tested is passed and the presence of the contamination of the water to be tested by the toxicant is monitored on the basis of a change in the action potential of the aquatic life is sampled for a predetermined time at a predetermined sampling interval and the action potential of the aquatic life during the predetermined time is subjected to fast Forier transform before converted to a power spectrum. After the sum total of powers at every frequency up to low frequency in the frequencies of the vallelys on both sides of the peak of the power spectrum and the sum total of the powers at every frequency from low frequency to high frequency are calculated, the sum total ratio of both powers is calculated and, when this sum total ratio is more increased than before, contamination is judged to be present. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、水槽内の水棲生物の活動電位を計測して水の微量毒物汚染を監視する微量毒物汚染監視方法及び装置に関するものである。   The present invention relates to a trace poison contamination monitoring method and apparatus for monitoring the trace poison contamination of water by measuring the action potential of aquatic organisms in an aquarium.

河川、ダム、地下水、事業廃水、工場廃水などの毒物汚染を監視する毒物汚染監視技術として、河川、ダムなどの被検水を導入し排水する水槽の監視部にメダカなどの水棲生物を飼育しておき、その監視部に装備された一対の電極によって水棲生物の活動電位を計測し、その活動電位の変化に基づいて毒物汚染の有無を監視する方法がある(特許文献1)。この毒物汚染監視方法は、水槽内の水棲生物の活動による筋電位の変化を一対の電極により計測し、その筋電位の絶対値を単位時間で積算して活動量とし、この活動量と直前の一定回数の計測時の活動量との移動平均値を求め、その移動平均値が管理限界値を超えたときに水質異常と判定する方法を採っている。
特開平11−125628号公報
As a toxic pollution monitoring technology that monitors toxic pollution of rivers, dams, groundwater, business wastewater, factory wastewater, etc., breeding aquatic organisms such as medaka in the monitoring section of the tank that introduces and drains test water such as rivers and dams There is a method of measuring the action potential of aquatic organisms with a pair of electrodes equipped in the monitoring unit and monitoring the presence or absence of poisonous contamination based on the change of the action potential (Patent Document 1). This toxic contamination monitoring method measures changes in myoelectric potential due to aquatic organism activity in an aquarium using a pair of electrodes, and integrates the absolute value of the myoelectric potential per unit time to obtain an activity amount. A method is used in which a moving average value with the amount of activity during a certain number of measurements is obtained and water quality abnormality is determined when the moving average value exceeds a control limit value.
JP-A-11-125628

この毒物汚染監視方法は、所定時間にわたって水棲生物の筋電位を計測し、その筋電位を増幅器で増幅した後、水棲生物の筋肉活動に起因する0.2〜2Hzの周波数成分をフィルターにより選別し、A/D変換器でA/D変換したものを活動電位とし、この活動電位の絶対値を積算して活動量を求め、その移動平均値が管理限界値を超えるか否かにより、毒物汚染の有無を判定している。   This toxic contamination monitoring method measures the myoelectric potential of aquatic organisms over a predetermined period of time, amplifies the myoelectric potential with an amplifier, and then filters out 0.2-2 Hz frequency components resulting from the muscle activity of aquatic organisms. The A / D converted by the A / D converter is used as the action potential, the absolute value of this action potential is integrated to determine the amount of activity, and the poisoning contamination depends on whether the moving average value exceeds the control limit value. Whether or not there is.

しかし、従来の監視方法は、基本的には水棲生物の活動電位の波高値の振幅計測による判定法であるため、毒物汚染の有無の判定が非常に難しく、微量毒物による汚染に対しては誤判定を招き易いという欠点がある。また筋電位の時間軸データはその波形が非常に複雑であるため、その電圧値をA/D変換をして使用するものの、その後の情報処理が煩雑であり、この点でも誤判定を招き易いという欠点がある。   However, since the conventional monitoring method is basically a determination method based on the amplitude measurement of the peak value of the action potential of aquatic organisms, it is very difficult to determine the presence or absence of toxic contamination. There is a drawback that it is easy to invite judgment. Further, the time axis data of myoelectric potential has a very complicated waveform, and the voltage value is used after A / D conversion. However, subsequent information processing is complicated, and in this respect, erroneous determination is likely to occur. There is a drawback.

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、微量毒物による被検水の汚染を容易且つ迅速に判定できる微量毒物汚染監視方法及び装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a trace poison contamination monitoring method and apparatus that can easily and quickly determine the contamination of test water by trace poisons.

本発明の第1の方法は、被検水が通過する水槽内で水棲生物を飼育しておき、該水棲生物の活動電位の変化に基づいて前記被検水の毒物による汚染の有無を監視する毒物監視方法において、所定のサンプリング間隔で前記水棲生物の前記活動電位を所定時間サンプリングし、該所定時間における前記活動電位を高速フーリエ変換してからパワースペクトルに変換し、該パワースペクトルの山の両側の谷の周波数のうち、その低い周波数までの各周波数毎の電力の総和と、低い周波数から高い周波数までの各周波数の電力の総和とを求め、前記両電力の総和に基づいて汚染の有無を判定するものである。その際に、前記両電力の総和の比を求め、該総和の比が以前よりも増大したときに汚染の可能性ありと判定してもよい。   In the first method of the present invention, aquatic organisms are bred in an aquarium through which the test water passes, and the presence or absence of contamination by the poison of the test water is monitored based on a change in action potential of the aquatic organisms. In the toxic substance monitoring method, the action potential of the aquatic organism is sampled at a predetermined sampling interval for a predetermined time, and the action potential at the predetermined time is fast Fourier transformed and then converted into a power spectrum, and both sides of the peaks of the power spectrum The sum of the power for each frequency up to the lower frequency and the sum of the power of each frequency from the lower frequency to the higher frequency are obtained, and the presence or absence of contamination is determined based on the sum of the two powers. Judgment. At that time, the ratio of the sum of the two electric powers may be obtained, and it may be determined that there is a possibility of contamination when the ratio of the sum is higher than before.

本発明の第2の方法は、被検水が通過する水槽内で水棲生物を飼育しておき、該水棲生物の活動電位の変化に基づいて前記被検水の毒物による汚染の有無を監視する毒物監視方法において、所定のサンプリング間隔で前記水棲生物の前記活動電位を所定時間サンプリングし、該所定時間における前記活動電位を高速フーリエ変換してからパワースペクトルに変換し、該パワースペクトルのピーク値を求め、該ピーク値が以前よりも増大したときに汚染の可能性ありと判定するものである。   In the second method of the present invention, aquatic organisms are bred in an aquarium through which the test water passes, and the presence or absence of contamination by the poison of the test water is monitored based on a change in action potential of the aquatic organisms. In the toxic substance monitoring method, the action potential of the aquatic organism is sampled for a predetermined time at a predetermined sampling interval, and the action potential at the predetermined time is fast Fourier transformed into a power spectrum, and a peak value of the power spectrum is obtained. When the peak value increases more than before, it is determined that there is a possibility of contamination.

本発明の第3の方法は、被検水が通過する水槽内で水棲生物を飼育しておき、該水棲生物の活動電位の変化に基づいて前記被検水の毒物による汚染の有無を監視する毒物監視方法において、所定のサンプリング間隔で前記水棲生物の前記活動電位を所定時間サンプリングし、該所定時間における前記活動電位を高速フーリエ変換してからパワースペクトルに変換し、該パワースペクトルがピーク値となるピーク周波数を求め、該ピーク周波数が以前よりも増大したときに汚染の可能性ありと判定するものである。   In the third method of the present invention, aquatic organisms are bred in a water tank through which the test water passes, and the presence or absence of contamination by the poison of the test water is monitored based on a change in action potential of the aquatic organisms. In the toxic substance monitoring method, the action potential of the aquatic organism is sampled for a predetermined time at a predetermined sampling interval, and the action potential at the predetermined time is converted into a power spectrum after fast Fourier transform, and the power spectrum is a peak value. Is determined, and when the peak frequency increases more than before, it is determined that there is a possibility of contamination.

本発明の第4の方法は、第1の方法の前記総和の比、第2の方法の前記ピーク値及び第3の方法の前記ピーク周波数に基づいて汚染の可能性を複数段階の危険レベルとして判定するものである。   According to the fourth method of the present invention, the possibility of contamination is determined as a multi-stage risk level based on the ratio of the sum of the first method, the peak value of the second method, and the peak frequency of the third method. Judgment.

本発明の装置は、被検水が通過する水槽内で水棲生物を飼育しておき、該水棲生物の活動電位の変化に基づいて前記被検水の毒物による汚染の有無を監視する毒物監視装置において、所定のサンプリング間隔で前記水棲生物の前記活動電位を所定時間サンプリングするサンプリング手段と、前記所定時間の前記活動電位を高速フーリエ変換してパワースペクトルに変換する変換手段と、前記パワースペクトルの山の両側の谷の周波数のうち、その低い周波数までの各周波数毎の電力の総和と低い周波数から高い周波数までの各周波数の電力の総和との比を演算する電力比演算手段と、前記パワースペクトルのピーク値を演算するピーク値演算手段と、前記パワースペクトルがピーク値となるピーク周波数を演算するピーク周波数演算手段と、前記総和の比、前記ピーク値、前記ピーク周波数が増大したときに汚染の可能性ありと判定する判定手段とを備えたものである。   The apparatus of the present invention is a poison monitoring apparatus that keeps aquatic organisms in a water tank through which test water passes, and monitors the presence or absence of contamination by the poison of the test water based on a change in action potential of the aquatic organisms. A sampling means for sampling the action potential of the aquatic organism for a predetermined time at a predetermined sampling interval; a conversion means for converting the action potential for the predetermined time into a power spectrum by fast Fourier transform; and a peak of the power spectrum. Power ratio calculating means for calculating a ratio of the sum of power for each frequency to the lower frequency and the sum of power for each frequency from the lower frequency to the higher frequency among the trough frequencies on both sides of the power spectrum, and the power spectrum A peak value calculating means for calculating a peak value of the power spectrum, a peak frequency calculating means for calculating a peak frequency at which the power spectrum becomes a peak value, The ratio of the serial sum, the peak value, in which the peak frequency and a determination means that there is a possibility of contamination when increased.

本発明によれば、微量毒物による被検水の汚染を容易且つ迅速に判定でき、従来のような誤判定を未然に防止できる。   According to the present invention, it is possible to easily and quickly determine whether or not the test water is contaminated with a trace amount of toxic substances, and prevent erroneous determination as in the prior art.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。図面は本発明の一実施例を例示する。微量毒物汚染監視用の水槽1は、図3、図4に示すように矩形状の内部が流入部2、整流部3、給餌部4、分配部5、第1監視部6、第2監視部7、予備飼育部8、排水部9に区画され、流入部2から排水部9へと水槽1内を被検水が矢印方向に通水するようになっている。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The drawings illustrate one embodiment of the invention. As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the tank 1 for monitoring the trace poison contamination has a rectangular interior with an inflow part 2, a rectification part 3, a feeding part 4, a distribution part 5, a first monitoring part 6, and a second monitoring part. 7, it is divided into the preliminary breeding part 8 and the drainage part 9, and the test water passes through the water tank 1 from the inflow part 2 to the drainage part 9 in the direction of the arrow.

流入部2、整流部3、給餌部4は水槽1の上流側に横方向に配置され、その流入部2に、水槽1内へと被検水が流入する流入管10が設けられ、この流入管10から流入した被検水は、流入部2から整流部3を経て給餌部4へと流れる。給餌部4には給餌器11が設けられている。   The inflow part 2, the rectification part 3, and the feeding part 4 are arranged in the lateral direction on the upstream side of the water tank 1, and an inflow pipe 10 through which the test water flows into the water tank 1 is provided in the inflow part 2. The test water that flows in from the pipe 10 flows from the inflow part 2 to the feeding part 4 through the rectification part 3. The feeding unit 4 is provided with a feeder 11.

分配部5は上流側に、排水部9は下流側に夫々横方向に配置され、その分配部5と排水部9との間に、水棲生物、例えばメダカを飼育する第1監視部6、第2監視部7、予備飼育部8が横方向に配置されている。そして、給餌部4からの被検水は、分配部5で第1監視部6、第2監視部7、予備飼育部8に夫々分配され、その監視部6,7、予備飼育部8を通過した後、排水部9の排水管11aを経て外部に排出されるようになっている。排水管11aは監視部6,7、予備飼育部8に夫々対応して設けられている。   The distribution unit 5 is disposed on the upstream side, and the drainage unit 9 is disposed on the downstream side in the lateral direction. Between the distribution unit 5 and the drainage unit 9, the first monitoring unit 6 and the first monitoring unit 6 for breeding aquatic organisms, for example, medaka fish. 2 Monitoring unit 7 and preliminary breeding unit 8 are arranged in the horizontal direction. The test water from the feeding unit 4 is distributed by the distribution unit 5 to the first monitoring unit 6, the second monitoring unit 7, and the preliminary breeding unit 8, and passes through the monitoring units 6 and 7 and the preliminary breeding unit 8. After that, it is discharged to the outside through the drain pipe 11a of the drainage section 9. The drain pipes 11a are provided corresponding to the monitoring units 6 and 7 and the preliminary breeding unit 8, respectively.

監視部6,7、予備飼育部8は、隔壁12により互いに区画されると共に、餌等が通過しメダカが通過しない程度の編み目、孔等を有する仕切り板13,14により分配部5、排水部9と区画されている。監視部6,7には、例えば13匹、25匹程度の多数(複数)のメダカが飼育されている。予備飼育部8には予備用のメダカが飼育されている。   The monitoring units 6 and 7 and the preliminary breeding unit 8 are partitioned from each other by a partition wall 12, and are divided by partition plates 13 and 14 having stitches, holes and the like that pass bait and the like and do not pass medaka. It is divided into nine. In the monitoring units 6 and 7, for example, a large number (plural) of about 13 or 25 medaka are raised. A spare medaka is raised in the preliminary breeding unit 8.

監視部6,7には、被検水の流れ方向の両端部、即ち上流側(流入口側)と下流側(流出口側)との端部に一対の電極13a,14aが相対向して平行に配置されている。各電極13a,14aにはメダカの活動電位の観測に適した材料、例えば白金酸化物をコーティングした金属板が使用されており、仕切り板13,14を兼用するようになっている。電極13a,14aは仕切り板13,14と別に設けてもよい。また一対の電極13a,14aは平行に配置することが望ましい。更に電極13a,14aは白金酸化物製でもよい。   The monitoring units 6 and 7 have a pair of electrodes 13a and 14a facing each other at both ends in the flow direction of the test water, that is, upstream (inlet side) and downstream (outlet side). They are arranged in parallel. For each electrode 13a, 14a, a material suitable for observing the action potential of the medaka, for example, a metal plate coated with platinum oxide is used, and the partition plates 13, 14 are also used. The electrodes 13a and 14a may be provided separately from the partition plates 13 and 14. The pair of electrodes 13a and 14a are preferably arranged in parallel. Further, the electrodes 13a and 14a may be made of platinum oxide.

監視部6,7には、メダカが下流側で被検水の流れに逆らう方向に遊泳するように、一対の電極13a,14a間に複数のポール等の突起15が設けられている。これは、メダカの身体の方向が一対の電極13a,14a間の方向と同じになった場合に、その筋電位の計測効率が最もよくなるためである。   The monitoring units 6 and 7 are provided with protrusions 15 such as a plurality of poles between the pair of electrodes 13a and 14a so that the medaka swims in the direction against the flow of the test water downstream. This is because when the direction of the body of the medaka is the same as the direction between the pair of electrodes 13a and 14a, the measurement efficiency of the myoelectric potential is the best.

なお、監視部6,7には、被検水の流れ方向と略直交する方向の両側に別の一対の電極を設ける等、一対の電極間を結ぶ方向が異なるように、複数組の電極を異なる方向に配置してもよい。また水槽1は、静電気の影響を防ぐために金属製接地板16の上に配置されている。監視部6,7の一方は省略してもよい。   The monitoring units 6 and 7 are provided with a plurality of sets of electrodes so that the direction connecting the pair of electrodes is different, such as providing another pair of electrodes on both sides of the direction substantially orthogonal to the flow direction of the test water. They may be arranged in different directions. The water tank 1 is disposed on a metal ground plate 16 to prevent the influence of static electricity. One of the monitoring units 6 and 7 may be omitted.

微量毒物汚染監視装置は、図1に示すように水槽1の他に、各監視部6,7で飼育される所定数のメダカの活動電位を所定のサンプリング間隔で一定時間サンプリングするサンプリング手段17と、所定時間の活動電位を高速フーリエ変換等により周波数に対する電力密度分布であるパワースペクトル(図2参照)に変換する変換手段18と、パワースペクトルの山の両側の谷の周波数f1(Hz),f2(Hz)を設定する周波数設定手段19と、周波数設定手段19で設定されたパワースペクトルの山の両側の谷の周波数f1(Hz),f2(Hz)のうち、その低い周波数f1(Hz)までの周波数帯域における各周波数毎の電力の総和と低い周波数f1(Hz)から高い周波数f2(Hz)までの周波数帯域における各周波数の電力の総和との比を演算する電力比演算手段20と、パワースペクトルのピーク値を演算するピーク値演算手段21と、パワースペクトルがピーク値となるピーク周波数を演算するピーク周波数演算手段22と、活動電位の振幅の最大値が基準値A0を超えたとき、総和の比、ピーク値、ピーク周波数が増大したときに汚染の可能性ありと判定する判定手段23と、判定手段23の判定結果を出力し報知する報知手段24とを備え、メダカの活動電位の変化に基づいて被検水の微量毒物による汚染の有無を監視するようになっている。   As shown in FIG. 1, in addition to the aquarium 1, the trace poison contamination monitoring apparatus includes sampling means 17 for sampling the action potentials of a predetermined number of medaka bred in the monitoring units 6 and 7 at a predetermined sampling interval for a certain period of time. , A conversion means 18 for converting an action potential for a predetermined time into a power spectrum (see FIG. 2) which is a power density distribution with respect to the frequency by fast Fourier transform and the like, and frequencies f1 (Hz) and f2 of valleys on both sides of the peak of the power spectrum. Of the frequency setting means 19 for setting (Hz) and the frequencies f1 (Hz) and f2 (Hz) of the valleys on both sides of the peaks of the power spectrum set by the frequency setting means 19, up to the lower frequency f1 (Hz) The sum of the power for each frequency in the frequency band and the power of each frequency in the frequency band from the low frequency f1 (Hz) to the high frequency f2 (Hz) Power ratio calculating means 20 for calculating the ratio with the sum, peak value calculating means 21 for calculating the peak value of the power spectrum, peak frequency calculating means 22 for calculating the peak frequency at which the power spectrum becomes the peak value, and action potential When the maximum value of the amplitude exceeds the reference value A0, the determination means 23 for determining that there is a possibility of contamination when the sum ratio, peak value, and peak frequency increase, and the determination result of the determination means 23 are output. An informing means 24 for informing is provided, and the presence or absence of contamination by a trace amount of toxic water in the test water is monitored based on a change in action potential of the medaka.

なお、微量毒物汚染監視装置の水槽1等を除く主要部分は、CPU、ROM、RAM等により構成されるか、又はパーソナルコンピュータ等により構成されている。   In addition, the main parts except the water tank 1 etc. of a trace poison contamination monitoring apparatus are comprised by CPU, ROM, RAM, etc., or are comprised by the personal computer etc.

サンプリング手段17は監視部6,7の一対の電極13a,14aに接続され、所定の監視時刻毎に、所定のサンプリング間隔Δtで一定時間Tにわたって電極13a,14a間のメダカの活動電位をサンプリングして記録するようになっている。なお、サンプリング手段17は、サンプリングした活動電位の電圧信号を増幅する機能を備えている。   The sampling means 17 is connected to the pair of electrodes 13a, 14a of the monitoring units 6, 7, and samples the action potential of the medaka between the electrodes 13a, 14a at a predetermined sampling interval Δt over a predetermined time T at every predetermined monitoring time. To record. The sampling means 17 has a function of amplifying the sampled action potential voltage signal.

変換手段18は高速フーリエ変換部25とパワースペクトル変換部26とを備え、高速フーリエ変換部25で所定時間Tにおける活動電位を高速フーリエ変換アルゴリズムにより周波数スペクトルに変換し、次いでパワースペクトル変換部26でその周波数スペクトル値を2乗し1/2を掛けて、周波数スペクトルを図2に示すパワースペクトルに変換するようになっている。   The conversion means 18 includes a fast Fourier transform unit 25 and a power spectrum conversion unit 26. The fast Fourier transform unit 25 converts an action potential at a predetermined time T into a frequency spectrum by a fast Fourier transform algorithm. The frequency spectrum value is squared and multiplied by ½ to convert the frequency spectrum into a power spectrum shown in FIG.

周波数設定手段19は、平常時のパワースペクトルの山の両側の谷に対応して所定の周波数f1(Hz),f2(Hz)を任意に設定可能である。平常時のパワースペクトルをみた場合、メダカの呼吸運動及び胸鰭などによる姿勢制御のための筋肉活動に由来するピークがある。従って、ピークの両側の谷の周波数f1(Hz),f2(Hz)のうち、低い方の周波数をf1(Hz)、高い方の周波数をf2(Hz)として、周波数設定手段19により設定する。   The frequency setting means 19 can arbitrarily set the predetermined frequencies f1 (Hz) and f2 (Hz) corresponding to the valleys on both sides of the peak of the power spectrum in normal times. When looking at the power spectrum in normal times, there is a peak derived from muscle activity for posture control by medaka breathing movement and chest fin. Accordingly, the frequency setting means 19 sets the lower frequency of the valley frequencies f1 (Hz) and f2 (Hz) on both sides of the peak as f1 (Hz) and the higher frequency as f2 (Hz).

なお、平常時のメダカの活動電位を長時間観測した場合、パワースペクトルのピークは日周変化するため、パワースペクトルを求める都度、新たに周波数f1(Hz),f2(Hz)を設定し直す必要があるが、平常時の実測結果から、その周波数に大きな変化がない場合にはそれらの平均値に固定してもよい。   In addition, when the action potential of a medaka in a normal condition is observed for a long time, the peak of the power spectrum changes daily, so it is necessary to newly set the frequencies f1 (Hz) and f2 (Hz) every time the power spectrum is obtained. However, if there is no significant change in the frequency based on the actual measurement result, the average value may be fixed.

電力比演算手段20は総和電力演算部27と電力比演算部28とを備えている。総和電力演算部27は周波数設定手段19で設定された両周波数f1,f2のうち、0(Hz)から低い周波数f1(Hz)までの周波数範囲における各周波数毎の電力を総和した総和電力P1と、低い周波数f1(Hz)から高い周波数f2(Hz)までの周波数帯域における各周波数の電力を総和した総和電力P2とを夫々演算するようになっている。電力比演算部28は、総和電力演算部27で演算された両総和電力P1,P2の比である電力比(P2/P1)を演算するようになっている。   The power ratio calculation means 20 includes a total power calculation unit 27 and a power ratio calculation unit 28. The total power calculation unit 27 includes a total power P1 obtained by summing the power for each frequency in the frequency range from 0 (Hz) to the lower frequency f1 (Hz) among both frequencies f1 and f2 set by the frequency setting means 19. The total power P2 obtained by summing the power of each frequency in the frequency band from the low frequency f1 (Hz) to the high frequency f2 (Hz) is calculated. The power ratio calculation unit 28 calculates a power ratio (P2 / P1) that is a ratio of the total power P1 and P2 calculated by the total power calculation unit 27.

ピーク値演算手段21は周波数設定手段19で設定された0(Hz)から低い周波数f1(Hz)まで、低い周波数f1(Hz)から高い周波数f2(Hz)までの各周波数範囲において、パワースペクトルのピーク値D1,D2を演算するようになっている。なお、ピーク値D2のみでもよい。ピーク周波数演算手段22は周波数設定手段19で設定された0(Hz)から低い周波数f1(Hz)まで、低い周波数f1(Hz)から高い周波数f2(Hz)までの各周波数帯域においてパワースペクトルがピークになる周波数(ピーク値D1,D2を示すピーク周波数)F1,F2を演算するようになっている。なお、ピーク周波数F2のみでもよい。   The peak value calculation means 21 has a power spectrum in each frequency range from 0 (Hz) to a low frequency f1 (Hz) set by the frequency setting means 19 and from a low frequency f1 (Hz) to a high frequency f2 (Hz). Peak values D1 and D2 are calculated. Only the peak value D2 may be used. The peak frequency calculation means 22 has a peak power spectrum in each frequency band from 0 (Hz) to a low frequency f1 (Hz) set by the frequency setting means 19 and from a low frequency f1 (Hz) to a high frequency f2 (Hz). Are calculated (peak frequencies indicating peak values D1 and D2) F1 and F2. Only the peak frequency F2 may be used.

判定手段23は振幅判定部29、電力比判定部30、ピーク値判定部31、ピーク周波数判定部32、総合判定部33を備えている。振幅判定部29は、サンプリング手段17でサンプリングされた活動電位の振幅の最大値を基準値A0と比較して、振幅の最大値が基準値A0を超えたときに毒物汚染の可能性ありと判定し、また最大値が基準値A0に対して急激に大きくなったときに「毒物混入等の異常事態」と判定するようになっている。なお、メダカの活動電位の平均振幅は日周変動するため、所定時間毎(例えば1 時間)に活動電位の最大値を記録し、その最大値を基準値A0として設定することが望ましい。   The determination unit 23 includes an amplitude determination unit 29, a power ratio determination unit 30, a peak value determination unit 31, a peak frequency determination unit 32, and a comprehensive determination unit 33. The amplitude determination unit 29 compares the maximum value of the action potential amplitude sampled by the sampling means 17 with the reference value A0, and determines that there is a possibility of poisoning when the maximum value of the amplitude exceeds the reference value A0. In addition, when the maximum value suddenly increases with respect to the reference value A0, it is determined that "abnormal situation such as poisoning". Since the average amplitude of the action potential of medaka varies daily, it is desirable to record the maximum value of the action potential every predetermined time (for example, 1 hour) and set the maximum value as the reference value A0.

ピーク値判定部31はピーク値演算手段21で演算されたピーク値がそれ以前の平常値よりも増大したときに「毒物汚染の可能性あり」と判定するようになっている。ピーク周波数判定部32はピーク周波数演算部で演算されたピーク周波数がそれ以前のピーク周波数(平常値)よりも増大したときに「毒物汚染の可能性あり」と判定するようになっている。総合判定部33は振幅判定部29、電力比判定部30、ピーク値判定部31、ピーク周波数判定部32の判定結果を総合的に判断して、毒物汚染の可能性を数段階の危険レベルとして判定するようになっている。   The peak value determination unit 31 determines “possibility of poisoning” when the peak value calculated by the peak value calculation means 21 increases from the previous normal value. The peak frequency determination unit 32 determines that there is a possibility of poisoning when the peak frequency calculated by the peak frequency calculation unit is higher than the previous peak frequency (normal value). The comprehensive determination unit 33 comprehensively determines the determination results of the amplitude determination unit 29, the power ratio determination unit 30, the peak value determination unit 31, and the peak frequency determination unit 32, and determines the possibility of poison contamination as several levels of danger levels. It comes to judge.

報知手段24はモニタ等から成り、判定手段23の振幅判定部29、電力比判定部30、ピーク値判定部31、ピーク周波数判定部32、総合判定部33の各判定結果を画像等により表示するようになっている。例えば報知手段24は、活動電位の振幅の基準値A0及びその判定結果(異常時の電圧振幅の倍率)、電力比P2/P1の平常値及びその判定結果(異常時の電力比P2/P1の値の倍率)、パワースペクトルのピーク値の平常値及びその判定結果(異常時のピーク値の倍率)、パワースペクトルのピーク周波数の平常値及びその判定結果(異常時のピーク周波数の値の倍率)、更にはそれらを総合的に判断した段階的な総合判定結果等をモニタに表示するようになっている。なお、報知手段24には、判定結果を視覚的に報知するモニタ等の視覚的報知手段の他、聴覚的に報知する聴覚的報知手段を採用してもよい。   The notification means 24 is composed of a monitor or the like, and displays each determination result of the amplitude determination unit 29, the power ratio determination unit 30, the peak value determination unit 31, the peak frequency determination unit 32, and the comprehensive determination unit 33 of the determination unit 23 as an image or the like. It is like that. For example, the notification unit 24 uses the action potential amplitude reference value A0 and its determination result (voltage amplitude magnification at the time of abnormality), the normal value of the power ratio P2 / P1 and its determination result (abnormal power ratio P2 / P1). Value magnification), power spectrum peak value normal value and its determination result (abnormal peak value magnification), power spectrum peak frequency normal value and its determination result (abnormal peak frequency value magnification) Furthermore, a stepwise comprehensive judgment result or the like obtained by comprehensively judging them is displayed on the monitor. In addition to the visual notification means such as a monitor that visually notifies the determination result, the notification means 24 may be an auditory notification means that provides an audible notification.

次に図5のフローチャートを参照しながら、被検水の監視方法を説明する。監視中は、サンプリング手段17により所定の監視時刻毎に所定のサンプリング間隔Δtで所定時間Tにわたって電極13a,14a間のメダカの活動電位をサンプリングする(ステップS1)。サンプリングは、例えば一定時間Tにサンプリング間隔0.01秒で8192点(T=81.92秒間)行う。   Next, a method for monitoring the test water will be described with reference to the flowchart of FIG. During monitoring, the sampling means 17 samples the action potential of the medaka between the electrodes 13a and 14a at a predetermined sampling interval Δt at a predetermined monitoring time over a predetermined time T (step S1). For example, sampling is performed at a fixed time T at 8192 points (T = 81.92 seconds) at a sampling interval of 0.01 seconds.

そして、サンプリング手段17がメダカの活動電位をサンプリングすると、判定手段23の振幅判定部29が活動電位の振幅の大小により毒物汚染の有無を判定する。メダカの活動電位は、後述のように毒物汚染の有無によって振幅が変化する。そこで、判定手段23の振幅判定部29により、サンプリングされたメダカの活動電位の振幅の最大値Aを求めて基準値A0と比較し(ステップS2)、最大値Aが基準値A0を超えれば「毒物汚染の可能性あり」と判定して(ステップS3)、報知手段24によりそれを報知する。   When the sampling means 17 samples the action potential of the medaka, the amplitude determination unit 29 of the determination means 23 determines the presence or absence of poisonous contamination based on the amplitude of the action potential. As will be described later, the amplitude of the action potential of the medaka changes depending on the presence or absence of poisoning. Therefore, the amplitude determination unit 29 of the determination unit 23 obtains the maximum value A of the amplitude of the action potential of the sampled medaka and compares it with the reference value A0 (step S2), and if the maximum value A exceeds the reference value A0, “ It is determined that there is a possibility of poisoning "(step S3), and the notification means 24 notifies the fact.

一方、これに並行して変換手段18の高速フーリエ変換部25、パワースペクトル変換部26を経て、サンプリングされたメダカの活動電位をパワースペクトルに変換する(ステップS4)。先ず高速フーリエ変換部25にて一定時間におけるメダカの活動電位を高速フーリエ変換アルゴリズムにより変換して周波数スペクトルに変換し、次いでその周波数スペクトルをパワースペクトル変換部26にてパワースペクトルに変換する(周波数スペクトル値を2乗して1/2を掛ける)。   On the other hand, in parallel with this, the action potential of the sampled medaka is converted into a power spectrum through the fast Fourier transform unit 25 and the power spectrum conversion unit 26 of the conversion means 18 (step S4). First, the action potential of the medaka at a fixed time is converted by a fast Fourier transform unit 25 by a fast Fourier transform algorithm and converted into a frequency spectrum, and then the frequency spectrum is converted into a power spectrum by the power spectrum conversion unit 26 (frequency spectrum). Square the value and multiply by 1/2).

続いて電力比演算手段20の総和電力演算部27、電力比演算部28を経て、総和電力P1,P2及びその電力比(P2/P1)を演算する(ステップS5,S6)。即ち、総和電力演算部27により、0(Hz)から低い周波数f1(Hz)までの周波数範囲の総和電力P1と、低い周波数f1(Hz)から高い周波数f2(Hz)までの周波数範囲の総和電力P2とを演算し、電力比演算部28によりその両総和電力P1,P2の電力比P2/P1を演算する。   Subsequently, the total power P1, P2 and the power ratio (P2 / P1) are calculated through the total power calculation unit 27 and the power ratio calculation unit 28 of the power ratio calculation means 20 (steps S5 and S6). That is, the total power calculator 27 calculates the total power P1 in the frequency range from 0 (Hz) to the low frequency f1 (Hz) and the total power in the frequency range from the low frequency f1 (Hz) to the high frequency f2 (Hz). P2 is calculated, and the power ratio calculation unit 28 calculates the power ratio P2 / P1 of the total power P1, P2.

そして、電力比P2/P1が求まると、判定手段23の電力比判定部30により、その電力比P2/P1の変化により毒物汚染の有無を判定する(ステップS7)。即ち、毒物汚染があれば、後述のように電力比P2/P1が増大するため、判定手段23の電力比判定部30により、現在の電力比P2/P1をそれ以前のものと比較して、現在の電力比P2/P1が以前よりも増大しておれば「毒物汚染の可能性あり」と判定して(ステップS8)、報知手段24によりそれを報知する。   When the power ratio P2 / P1 is obtained, the power ratio determination unit 30 of the determination unit 23 determines the presence / absence of poisonous contamination based on the change in the power ratio P2 / P1 (step S7). That is, if there is poisonous contamination, the power ratio P2 / P1 increases as will be described later, so the power ratio determination unit 30 of the determination means 23 compares the current power ratio P2 / P1 with the previous one, If the current power ratio P2 / P1 is higher than before, it is determined that there is a possibility of poisoning (step S8), and the notification means 24 notifies it.

またピーク値演算手段21により0(Hz)から周波数f1(Hz)まで、周波数f1(Hz)から周波数f2(Hz)までの各周波数範囲におけるパワースペクトルのピーク値D1,D2を演算する(ステップS9)。そして、ピーク値D1,D2が求まると、判定手段23のピーク値判定部31によりそのピーク値D2の変化により毒物汚染の有無を判定する(ステップS10)。毒物汚染があれば、後述のようにピーク値D2が増大するため、判定手段23のピーク値判定部31により、現在のピーク値D2をそれ以前のものと比較し、現在のピーク値D2が以前よりも増大しておれば「毒物汚染の可能性あり」と判定して(ステップS11)、報知手段24によりそれを報知する。   The peak value calculation means 21 calculates the peak values D1 and D2 of the power spectrum in each frequency range from 0 (Hz) to the frequency f1 (Hz) and from the frequency f1 (Hz) to the frequency f2 (Hz) (step S9). ). When the peak values D1 and D2 are obtained, the peak value determination unit 31 of the determination unit 23 determines the presence / absence of poisonous contamination based on the change of the peak value D2 (step S10). If there is poisonous contamination, the peak value D2 increases as will be described later. Therefore, the peak value determination unit 31 of the determination means 23 compares the current peak value D2 with the previous peak value, and the current peak value D2 is If it has increased, it is determined that there is a possibility of poisoning (step S11), and the notification means 24 notifies it.

更にピーク周波数演算手段22により0(Hz)から周波数f1(Hz)まで、周波数f1(Hz)から周波数f2(Hz)までの各周波数範囲においてパワースペクトルがピークになるピーク周波数F1,F2を演算する(ステップS12)。そして、ピーク周波数F2が求まると、判定手段23のピーク周波数判定部32がそのピーク周波数F2の変化により毒物汚染の有無を判定する(ステップS13)。毒物汚染があれば、後述のようにピーク周波数F2が増大するため、判定手段23のピーク周波数判定部32により、現在のピーク周波数F2をそれ以前のものと比較し、現在のピーク周波数F2が以前よりも増大しておれば「毒物汚染の可能性あり」と判定して(ステップS14)、報知手段24によりそれを報知する。   Further, the peak frequency calculation means 22 calculates peak frequencies F1 and F2 at which the power spectrum peaks in each frequency range from 0 (Hz) to frequency f1 (Hz) and from frequency f1 (Hz) to frequency f2 (Hz). (Step S12). Then, when the peak frequency F2 is obtained, the peak frequency determination unit 32 of the determination unit 23 determines the presence / absence of poisonous contamination based on the change in the peak frequency F2 (step S13). If there is poisonous contamination, the peak frequency F2 increases as will be described later, so the peak frequency determination unit 32 of the determination means 23 compares the current peak frequency F2 with the previous peak frequency F2, and the current peak frequency F2 is If it has increased, it is determined that there is a possibility of poisoning (step S14), and the notification means 24 notifies it.

判定手段23は、その振幅判定部29、電力比判定部30、ピーク値判定部31、ピーク周波数判定部32で個々の判定を行うと共に、最大振幅値、電力比、ピーク値、ピーク周波数を総合的に判断して、「毒物汚染の可能性」を数段階の危険レベルとして判定する。そして、その総合的判定の判定結果を報知手段24により報知する。   The determination means 23 performs individual determination by the amplitude determination unit 29, the power ratio determination unit 30, the peak value determination unit 31, and the peak frequency determination unit 32, and combines the maximum amplitude value, power ratio, peak value, and peak frequency. Judgment is made to determine the “possibility of poisoning” as several levels of danger. And the determination means 24 notifies the determination result of the comprehensive determination.

なお、活動電位の振幅の最大値A、電力比P2/P1、ピーク値D2、ピーク周波数F2は、順次記憶手段により記憶して、データベースを作成する。そして、判定手段23の各判定部で現在値と比較する際に、それ以前の比較基準値等として活用する。   Note that the maximum value A of the amplitude of the action potential, the power ratio P2 / P1, the peak value D2, and the peak frequency F2 are sequentially stored by the storage means to create a database. And when each determination part of the determination means 23 compares with a present value, it utilizes as a comparison reference value before that.

このように本発明は、水槽1内で飼育される所定数のメダカ(例えば20匹から30匹程度)から発生する活動電位の電圧振幅だけではなく、その活動電位のパワースペクトルを計測することにより、毒物汚染に対するメダカの生理反応と活動電位及びパワースペクトルの関連性から毒物汚染を検出するものである。   As described above, the present invention measures not only the voltage amplitude of the action potential generated from a predetermined number of medakas (for example, about 20 to 30) raised in the aquarium 1, but also the power spectrum of the action potential. The poison contamination is detected from the relationship between the physiological response of the medaka to the poison contamination, the action potential and the power spectrum.

水槽1内でメダカを飼育する場合、メダカからその筋肉活動に由来する活動電位が発生する。即ち、メダカの遊泳運動、摂食や呼吸に伴う顎や鰓蓋の開閉などはすべて筋肉の働きによるものであり、その筋肉には骨や鰭を動かす骨格筋、内臓諸器官の構成要素となっている内蔵筋、及び心臓の壁を構成する心筋に大別される。そして、活動電位は、その骨格筋の活動によって発生する電位である。   When a medaka is raised in the aquarium 1, an action potential derived from the muscle activity is generated from the medaka. That is, medaka swimming movements, opening and closing of jaws and lids during feeding and breathing are all due to the action of muscles, and these muscles are components of skeletal muscles and internal organs that move bones and heels. It is roughly divided into a built-in muscle and a myocardium constituting the heart wall. The action potential is a potential generated by the activity of the skeletal muscle.

筋肉を随意筋と不随意筋に分類すると、骨格筋は随意筋、内臓筋は不随意筋である。心筋は形態的には骨格筋であるが、機能的には自立神経系の支配を受ける不随意筋であるとされる。この分類に従うと、顎や鰓蓋の筋肉は随意筋であるが、これらは常時呼吸に伴う不随意的な運動をしている。また常時姿勢を保つために胸鰭を動かしていることから、この運動も不随意的な運動と考えられる。   When the muscles are classified into voluntary muscles and involuntary muscles, skeletal muscles are voluntary muscles and visceral muscles are involuntary muscles. Although the myocardium is skeletal muscle morphologically, it is functionally considered to be an involuntary muscle that is controlled by the autonomous nervous system. According to this classification, the muscles of the chin and pallid are voluntary muscles, but they are involuntarily exercised with breathing at all times. This movement is also considered involuntary because the chest is moved to maintain the posture at all times.

毒物汚染に対するメダカの生理反応と活動電位及びパワースペクトルの関連性には、次のようなものがある。   The relationship between the medaka physiological response to toxic contamination and the action potential and power spectrum is as follows.

関連性I:毒物濃度が十分高い場合は、メダカの活動電位は異常に大きくなる。     Relevance I: When the toxic concentration is sufficiently high, the action potential of medaka is abnormally high.

関連性II:毒物濃度がそれほど高くない場合は、メダカの活動電位はあまり大きく変 化しないが、呼吸に伴う口及び鰓蓋の開閉運動が速くなり、その開閉運動に対応 するパワースペクトルのピーク周波数は高くなる。     Relevance II: When the concentration of toxic substances is not so high, the action potential of medaka does not change so much, but the opening and closing movements of the mouth and lids accompanying breathing become faster, and the peak frequency of the power spectrum corresponding to the opening and closing movements Becomes higher.

関連性III :毒物汚染により随意的な運動(遊泳運動)は不活発になり、不随意的な 運動(呼吸に伴う口や鰓蓋の運動、胸鰭による姿勢制御)が主になる。
<関連性Iについて>
関連性Iはメダカの狂奔行動によるものである。毒物の濃度が高いとメダカは狂奔行動を取るが、濃度が比較的低い場合は狂奔行動は見られない。例えば、毒物がKCN(シアン化カリウム)の場合のメダカの活動電位を図6に示す。図6の(a)〜(e)は、KCN濃度が1ppm、0.5ppm、0.1ppm、0.05ppm、2.0ppmの場合であり、水流のある水槽1内にt=0.5minでKCNを投入している。(a)〜(e)の何れにおいても、活動電位の最大値に大きな変化はない。なお、(d)のt=0.5min付近で電圧振幅が±1.5 Vまで振れているが、これは外部からのノイズである。KCN濃度が2ppmの(e)では、t=4min付近で電圧振幅が±5 Vまで振れている。これは大きなメダカの狂奔行動によるものである。
Relevance III: Voluntary movement (swimming movement) becomes inactive due to poisoning, and involuntary movement (movement of mouth and lids accompanying breathing, posture control by chest ribs) is the main.
<About Relevance I>
Relevance I is due to medaka's madness. Medaka takes madness when the concentration of poison is high, but no madism appears when the concentration is relatively low. For example, the action potential of medaka when the poison is KCN (potassium cyanide) is shown in FIG. (A) to (e) in FIG. 6 are cases where the KCN concentration is 1 ppm, 0.5 ppm, 0.1 ppm, 0.05 ppm, 2.0 ppm, and t = 0.5 min in the water tank 1 with a water flow. KCN is used. In any of (a) to (e), there is no significant change in the maximum value of the action potential. Note that the voltage amplitude fluctuates to ± 1.5 V in the vicinity of t = 0.5 min in (d), but this is noise from the outside. In (e) where the KCN concentration is 2 ppm, the voltage amplitude fluctuates to ± 5 V around t = 4 min. This is due to the big medaka's madness.

従って、毒物濃度が高い場合(例えば2ppm以上などの場合)には、このような狂奔行動による電圧振幅の増大が頻繁に発生するため、その電圧振幅の最大値により「毒物汚染の可能性あり」、「毒物混入等の異常事態」と判定することができる。しかし、活動電位は、平常時でも電極13a,14a付近にメダカが集まったり、急に泳ぎだしたりした場合などに大きくなることがある。また低濃度の毒物汚染では狂奔行動が見られず、活動電位の振幅自体はほとんど変化しないこともある。
<関連性II及びIII について>
水流のない水槽1、水流のある水槽1、KCN濃度1ppmが投入された水流のある水槽1内で夫々メダカが遊泳する場合の各活動電位を比較すると、次のようになる。
Therefore, when the poison concentration is high (for example, 2 ppm or more, etc.), the voltage amplitude is frequently increased due to such a frenzy action. Therefore, the maximum value of the voltage amplitude indicates “possibility of poison contamination”. , “Abnormal situation such as poisoning” can be determined. However, the action potential may increase when the medaka gathers near the electrodes 13a and 14a or suddenly starts swimming even in normal times. Also, at low concentrations of poisoning, no frenzy behavior is observed, and the action potential amplitude itself may change little.
<Relevance II and III>
A comparison of the action potentials when the medaka swims in the water tank 1 without water flow, the water tank 1 with water flow, and the water tank 1 with water flow into which KCN concentration is 1 ppm is as follows.

図7は水流のない水槽1内で遊泳するメダカ(13匹)から発生する電圧信号(約5万倍に増幅)を示し、図8はそのパワースペクトルを示す。図7では約3.2Hzの周期的な波形が見られるが、これは呼吸に伴う顎や鰓蓋の運動及び姿勢を保つ胸鰭の運動(不随意的運動)による活動電位である。図8のパワースペクトルから基本周波数である3.2Hzと高調波成分である6.4Hzに電力が集中していることが判る。   FIG. 7 shows a voltage signal (amplified by about 50,000 times) generated from a medaka (13 animals) swimming in a water tank 1 having no water flow, and FIG. 8 shows its power spectrum. In FIG. 7, a periodic waveform of about 3.2 Hz is seen, which is an action potential due to the movement of the jaw and the lid and the movement of the thorax (involuntary movement) that maintains the posture during breathing. It can be seen from the power spectrum of FIG. 8 that power is concentrated at the fundamental frequency of 3.2 Hz and the harmonic component of 6.4 Hz.

水流がなく静かな水中では、メダカの運動は極めて緩慢であるが、口と鰓蓋は呼吸のために規則的に運動し、また胸鰭も姿勢制御のために規則的に運動している。このため水槽1内には13匹のメダカがいるが、その活動電位は1匹の場合とよく似た波形となっている。パワースペクトルのピーク値は約3Hzの周波数に見られるが、これは1秒間に約3回の繰返し速度で口と鰓蓋及び胸鰭が動いているためである。   In quiet water with no water flow, the medaka moves very slowly, but the mouth and wings move regularly for breathing, and the chest fin also moves regularly for posture control. For this reason, there are 13 medaka fish in the aquarium 1, but the action potential has a waveform very similar to that of one. The peak value of the power spectrum is seen at a frequency of about 3 Hz, because the mouth, lid and chest are moving at a repetition rate of about 3 times per second.

図9は水流のある水槽1内で遊泳するメダカ(25匹) から発生する電圧信号を示し、図10はそのパワースペクトル(黒太線は周波数幅0.1Hz毎に平均したパワースペクトル)を示す。この図9、図10では、メダカの呼吸や姿勢制御(不随意的運動)による活動電位は約4Hzの周波数成分が主であり、そのほかに遊泳運動(随意的運動)による不規則な活動電位が重畳されている。   FIG. 9 shows a voltage signal generated from medaka (25 animals) swimming in the water tank 1 with water flow, and FIG. 10 shows its power spectrum (the black thick line is a power spectrum averaged for each frequency width of 0.1 Hz). In FIG. 9 and FIG. 10, the action potential due to medaka respiration and posture control (involuntary movement) mainly has a frequency component of about 4 Hz, and in addition, irregular action potential due to swimming movement (voluntary movement) It is superimposed.

水流が激しい場合は、メダカは水流に流されずに泳ぐために、その運動は激しくなる。このとき25匹のメダカはばらばらに水流に逆らって泳いでいるため、その活動電位の波形の周期性はかなり乱れており、またパワースペクトルも0Hzから10Hzに分散している。しかし、平均を取ると、4Hz付近にピーク値が見られる。これは激しい運動に伴い、呼吸や胸鰭の動きが速くなったからと考えられる。   When the water current is intense, the medaka swims without being swept away by the water current, so the movement becomes intense. At this time, since 25 medakas are swimming against the water flow apart, the periodicity of the waveform of the action potential is considerably disturbed, and the power spectrum is also dispersed from 0 Hz to 10 Hz. However, when taking an average, a peak value is seen around 4 Hz. This is thought to be due to the rapid movements of breathing and thorax accompanying intense exercise.

図11はメダカ(25匹) が遊泳する水流のある水槽1にKCN(濃度1ppm)を加えた場合の電圧信号を示し、図12はそのパワースペクトルを示す。水槽1の流水にKCNを加えると、図11、図12に示すようにメダカの活動電位が規則的になる。そして、呼吸や姿勢制御による活動電位の周波数は約5.8Hzに上昇しており、電力密度もKCNを加える前よりも増大している。   FIG. 11 shows a voltage signal when KCN (concentration of 1 ppm) is added to the aquarium 1 with a water flow where medaka (25 animals) swim, and FIG. 12 shows its power spectrum. When KCN is added to the running water of the water tank 1, the action potential of the medaka becomes regular as shown in FIGS. And the frequency of the action potential by respiration and posture control has risen to about 5.8 Hz, and the power density has also increased compared with before adding KCN.

水流が激しい水槽1内にKCNを投入すると、メダカの活動電位の波形とパワースペクトルの分布が図5と図6に示すように変化し、水流が激しいにも拘わらず、活動電位は再び周期的になり、パワースペクトルも5.6Hz付近に電力が集中する。パワースペクトルの形状は、水流がない場合の形状によく似ており、この現象はKCN濃度が1ppm以下であっても同様である。   When KCN is introduced into the water tank 1 where the water flow is intense, the action potential waveform and power spectrum distribution of the medaka change as shown in FIGS. 5 and 6, and the action potential is cyclic again even though the water flow is intense. In the power spectrum, power is concentrated around 5.6 Hz. The shape of the power spectrum is very similar to the shape without water flow, and this phenomenon is the same even when the KCN concentration is 1 ppm or less.

本発明は、このように毒物汚染があった場合に電力が集中する現象を利用して、毒物汚染の有無を判定するものである。即ち、毒物投入前の平常時には、図10に示すように、4Hzにパワースペクトルのピークがあり、そのピークの両側では2.5Hz付近及び7.5Hz付近に谷がある。一方、毒物が投入された場合は、図12に示すように、パワースペクトルのピークは6Hz付近に移動する。しかし、2.5Hz付近と7.5Hz付近に毒物投入前と同様に谷がある。そして、2.5Hz以下の総和電力と2.5Hzから7.5Hzまでの総和電力とを比較すると、毒物投入前と投入後では総和電力の割合が急変する。従って、この電力比の変化から毒物汚染を判定することができる。   The present invention determines the presence / absence of poisonous contamination by utilizing the phenomenon of electric power concentration when there is poisonous contamination. That is, as shown in FIG. 10, the peak of the power spectrum is at 4 Hz in the normal state before the poison is charged, and there are valleys near 2.5 Hz and 7.5 Hz on both sides of the peak. On the other hand, when a poison is introduced, the peak of the power spectrum moves to around 6 Hz as shown in FIG. However, there are valleys in the vicinity of 2.5 Hz and 7.5 Hz in the same manner as before the poisoning. When the total power of 2.5 Hz or less is compared with the total power from 2.5 Hz to 7.5 Hz, the ratio of the total power changes abruptly before and after the poisoning. Therefore, toxic contamination can be determined from the change in the power ratio.

関連性II及びIII は、この測定結果からも判る。即ち、図9と図11との活動電位の電圧幅を比較すると、図9の電圧幅は3V、図11の電圧幅は3.5Vであり、KCN濃度が1ppm以下での電圧振幅には毒物汚染による影響は見られない。しかし、図10と図12とのパワースペクトルを比較すると、鰓蓋の開閉運動に対応する周波数は図10では約4Hz、図12では約5.8Hzであり、ピーク周波数に変化が見られる。   Relevance II and III can also be seen from this measurement result. That is, comparing the voltage width of the action potential between FIG. 9 and FIG. 11, the voltage width of FIG. 9 is 3V, the voltage width of FIG. 11 is 3.5V, and the voltage amplitude when the KCN concentration is 1 ppm or less is toxic. There is no effect of contamination. However, comparing the power spectra of FIG. 10 and FIG. 12, the frequency corresponding to the opening / closing movement of the lid is about 4 Hz in FIG. 10 and about 5.8 Hz in FIG. 12, and a change is seen in the peak frequency.

毒物の影響が、活動電位のパワースペクトルに現れる様子を濃度の異なるKCN水溶液で調べると、次のとおりである。KCN濃度は2ppm、1ppm、0.5ppm、0.1ppm、0.05ppmの5 種類であり、水温は27°C、水流は少し強めであるが、メダカが流されない程度の強さである。各濃度でメダカの数は25匹であり、その大きさは大小さまざまである。水槽1の大きさは幅100mm、長さ245mm、水深123mm、水量3000ml(井戸水)、水流1.5l/minである。   Examining how the effects of toxic substances appear in the power spectrum of action potentials using KCN aqueous solutions with different concentrations is as follows. There are five types of KCN concentrations: 2 ppm, 1 ppm, 0.5 ppm, 0.1 ppm, and 0.05 ppm. The water temperature is 27 ° C., and the water flow is a little stronger, but it is strong enough to prevent medaka from flowing. The number of medaka at each concentration is 25, and the size varies. The size of the water tank 1 is a width of 100 mm, a length of 245 mm, a water depth of 123 mm, a water volume of 3000 ml (well water), and a water flow of 1.5 l / min.

メダカの活動電位の周波数帯域別の電力と最大電力周波数を次のように定める。まず、活動電位をサンプリング間隔0.01秒で8192点(81.92秒間)サンプリングする。サンプリングで得られた時間信号から高速フーリエ変換アルゴリズムで周波数スペクトルを得た後、その周波数スペクトルをパワースペクトルに変換する。そして、パワースペクトルの0.0Hzから2.5Hzまで、2.5Hzから7.5Hzまでの各周波数帯域別の総和電力P1,P2を求め、それらの電力比P2/P1を演算する。また0.0Hzから2.5Hzまで、2.5Hzから7.5Hzまでの各周波数帯域別のパワースペクトルのピーク周波数F1,F2を求める。   The power and maximum power frequency for each action band of the medaka action potential are determined as follows. First, the action potential is sampled at 8192 points (81.92 seconds) at a sampling interval of 0.01 seconds. After obtaining a frequency spectrum from the time signal obtained by sampling by a fast Fourier transform algorithm, the frequency spectrum is converted into a power spectrum. Then, total powers P1 and P2 for each frequency band from 0.0 Hz to 2.5 Hz and 2.5 Hz to 7.5 Hz of the power spectrum are obtained, and their power ratio P2 / P1 is calculated. Further, peak frequencies F1 and F2 of the power spectrum for each frequency band from 0.0 Hz to 2.5 Hz and from 2.5 Hz to 7.5 Hz are obtained.

周波数帯域別の総和電力P1,P2、電力比P2/P1、ピーク周波数F1,F2の時間変化とKCN濃度の関係を図13、図14に示す。図14はKCN水溶液中のメダカの活動電位の周波数帯域別の電力と最大電力周波数を示し、図13はKCN水溶液中のメダカの活動電位の周波数帯域別の電力の電力比を示す。なお、図13、図14において、KCNの投入時刻は0分であり、約82秒ごとに求めた値がプロットされている(フーリエ変換は観測時間81.92秒毎に行うため)。   FIG. 13 and FIG. 14 show the relationship between the total power P1, P2, the power ratio P2 / P1, the time change of the peak frequencies F1, F2 and the KCN concentration for each frequency band. FIG. 14 shows the power and frequency of the action potential of the medaka in the KCN aqueous solution for each frequency band, and FIG. 13 shows the power ratio of the action potential of the medaka in the KCN aqueous solution for each frequency band. In FIG. 13 and FIG. 14, the KCN input time is 0 minute, and the values obtained every about 82 seconds are plotted (because Fourier transformation is performed every observation time 81.92 seconds).

KCNが加えられると、図13及び図14に示すように、周波数帯域別の電力比P2/P1が上昇することが判る。特にKCN濃度が0.5ppm以上の場合は電力比P2/P1の上昇が顕著に見られる。ただし、2ppmの場合は濃度が濃すぎて、メダカの活動がすぐに低下するようである。0.5ppm以下の濃度では、時間の経過に伴い電力比P2/P1の上昇が認められるが、それは緩やかである。活動電位の周波数帯域別の最大電力周波数F2も、KCNが加えられると、直ちに上昇することが判る。   When KCN is added, it can be seen that the power ratio P2 / P1 for each frequency band increases as shown in FIGS. In particular, when the KCN concentration is 0.5 ppm or more, the power ratio P2 / P1 is significantly increased. However, in the case of 2 ppm, the concentration is too high, and it seems that the activity of medaka decreases immediately. At a concentration of 0.5 ppm or less, an increase in the power ratio P2 / P1 is observed over time, but it is moderate. It can be seen that the maximum power frequency F2 for each frequency band of the action potential also increases immediately when KCN is added.

活動電位の周波数帯域別の最大電力周波数とパワースペクトルのピーク値は、次のようになる。即ち、前述のように活動電位の周波数帯域別の最大電力周波数F2は、KCNが加えられたときに上昇するが、図15ないし図19から判るように最大電力周波数F2におけるパワースペクトル値そのものもKCNが加えられると上昇する。   The maximum power frequency and the peak value of the power spectrum for each frequency band of the action potential are as follows. That is, as described above, the maximum power frequency F2 for each action potential frequency band rises when KCN is added, but as can be seen from FIGS. 15 to 19, the power spectrum value itself at the maximum power frequency F2 is also KCN. Rises when is added.

図15の(a1)〜(a4)は濃度1ppmのKCNを投入する前後のパワースペクトルを示す。(a1)はKCN投入前(即ち、平常状態)の11分間のメダカのパワースペクトルであるが、11分間を8区間(1区間の長さは81.92秒)に分割して、夫々の区間でパワースペクトルを求め、それを重ねて表示している。(a2)はKCN投入後11分間、(a3)はKCN投入後11〜22分間、(a4)はKCN投入後22〜33分間のパワースペクトルを同様に重ねて表示している。   (A1) to (a4) in FIG. 15 show power spectra before and after introducing KCN having a concentration of 1 ppm. (A1) is a medaka power spectrum for 11 minutes before KCN is input (that is, in a normal state), but the 11 minutes are divided into 8 sections (the length of one section is 81.92 seconds). The power spectrum is obtained with and superimposed. (A2) shows the power spectrum for 11 minutes after the introduction of KCN, (a3) shows the power spectrum for 11 to 22 minutes after the introduction of KCN, and (a4) shows the power spectrum for 22 to 33 minutes after the introduction of KCN.

KCN投入前の11分間の時点では、水槽1内の水は水流ポンプで撹拌され、その水流に逆らって大小25匹のメダカが泳ぎまわっている。従って、パワースペクトルは略一定の周波数にピークを持っており、ピーク値もわずかに変動する程度である。これは、81.92秒間というかなり長い時間の電圧データをフーリエ変換しているため、電圧信号の周波数成分が平均化されているからである。   At the time of 11 minutes before the introduction of KCN, the water in the aquarium 1 is agitated by a water pump, and 25 large and small medaka are swimming against the water flow. Therefore, the power spectrum has a peak at a substantially constant frequency, and the peak value is only slightly changed. This is because the frequency component of the voltage signal is averaged because the voltage data of a fairly long time of 81.92 seconds is Fourier transformed.

毒が投入される(KCN濃度=1ppm)と、4Hz付近にあったパワースペクトルのピーク値は5.8Hz付近に移動している。これは、図15の(a1)と(a2)との比較、又は図14(b)のKCN濃度=1ppmでt=0の前後でピーク値(破線)が4Hzから5.8Hzに急変していることから判る。   When poison is introduced (KCN concentration = 1 ppm), the peak value of the power spectrum that was in the vicinity of 4 Hz has moved to around 5.8 Hz. This is because the peak value (broken line) suddenly changed from 4 Hz to 5.8 Hz before or after comparison with (a1) and (a2) in FIG. 15 or KCN concentration in FIG. 14 (b) = 1 ppm and t = 0. I know from that.

またパワースペクトルのピーク値は0.025から0.075へと3倍の値に増大している。このときのピーク周波数F2は呼吸に伴う口及び鰓蓋の開閉運動が発生する筋電位の周波数と考えられる。t=0以前では11分間も安定していたこの周波数F2が、t=0(毒物投入)以後、急変することは毒物投入などという異常事態が引き起こしたと判断して妥当だといえる。   Further, the peak value of the power spectrum increases from 0.025 to 0.075, which is a triple value. The peak frequency F2 at this time is considered to be the myoelectric potential frequency at which the opening and closing movements of the mouth and lid are accompanied by respiration. It can be said that it is appropriate that the frequency F2, which has been stable for 11 minutes before t = 0, suddenly changes after t = 0 (poisoning) is caused by an abnormal situation such as poisoning.

図16の(b1)〜(b5)は濃度0.5ppmのKCNを投入する前後のパワースペクトルを示す。(b1)は平常時の11分間、(b2)はKCN投入の直後から約11分間、(b3)はKCN投入後から約11〜22分間、(b4)はKCN投入後から約22〜33分間、(b5)はKCN投入後から約33〜44分間分のパワースペクトルであり、同様に重ね書きしている。   (B1) to (b5) in FIG. 16 show power spectra before and after the introduction of KCN having a concentration of 0.5 ppm. (B1) is 11 minutes in the normal state, (b2) is about 11 minutes immediately after the KCN input, (b3) is about 11-22 minutes after the KCN input, and (b4) is about 22-33 minutes after the KCN input. , (B5) is a power spectrum for about 33 to 44 minutes after the introduction of KCN, and is overwritten in the same manner.

(b1)では4.8Hzにピークがあるが、このピークは(b2)では5.2Hzに移動している。パワースペクトルのピーク値は0.014から0.019に(平均的に)増大している。更に(b3)ではピークの周波数は5.2Hzのままであるが、ピーク値は0.02に増大し、(b4)ではピーク周波数が5.8Hz、ピーク値は0.23へ、(b5)ではピーク周波数は5.0Hz、ピーク値は0.024へと変化している。図14(c)からは低周波側(F1付近)のピーク値周辺の総和電力P1と周波数F2にあるピーク値周辺の総和電力P2との電力比P2/P1(太い破線)がt=0以後時間の経過とともに増大していることが判る。このように電力比P2/P1が時間に比例して変化するということは、毒物の影響によってメダカの口や鰓蓋の動きが徐々に速く激しくなっていったことを示している。   In (b1), there is a peak at 4.8 Hz, but this peak moves to 5.2 Hz in (b2). The peak value of the power spectrum increases from 0.014 to 0.019 (on average). Further, in (b3), the peak frequency remains at 5.2 Hz, but the peak value increases to 0.02. In (b4), the peak frequency is 5.8 Hz and the peak value is 0.23, (b5) Then, the peak frequency changes to 5.0 Hz and the peak value changes to 0.024. From FIG. 14C, the power ratio P2 / P1 (thick broken line) between the total power P1 around the peak value on the low frequency side (near F1) and the total power P2 around the peak value at the frequency F2 is after t = 0. It can be seen that it has increased over time. Thus, the fact that the power ratio P2 / P1 changes in proportion to time indicates that the movement of the mouth and lid of the medaka gradually and rapidly became violent due to the influence of the poisonous substance.

図17の(c1)〜(c5)は濃度0.1ppmのKCNを投入する前後のパワースペクトルを示す。(c1)は平常時の11分間、(c2)はKCN投入の直後から約11分間、(c3)はKCN投入後から約11〜22分間、(c4)はKCN投入後から約22〜33分間、(c5)はKCN投入後から約33〜44分間分のパワースペクトルであり、同様に重ね書きしている。   (C1) to (c5) in FIG. 17 show power spectra before and after introducing KCN having a concentration of 0.1 ppm. (C1) is 11 minutes in the normal state, (c2) is about 11 minutes immediately after the KCN input, (c3) is about 11-22 minutes after the KCN input, and (c4) is about 22-33 minutes after the KCN input. , (C5) is a power spectrum for about 33 to 44 minutes after the introduction of KCN, and is overwritten in the same manner.

KCNの投入前と投入後で5Hz付近に見えるパワースペクトルのピークは、周波数はあまり変わらないが、ピーク値が0.016から0.017、0.022、0.21、0.019と変化している。KCNの投入前には(c1)から判るように5Hzにおけるピーク値は11分間観測してもせいぜい0.016程度だったものが、KCNの投入後は約30分間にわたり約0.02(平常時のピーク値の約1.2倍)に増大している。   The peak of the power spectrum that appears around 5 Hz before and after the KCN is charged does not change much, but the peak value changes from 0.016 to 0.017, 0.022, 0.21, and 0.019. ing. As shown in (c1), the peak value at 5 Hz was about 0.016 at most even if observed for 11 minutes before KCN was added, but it was about 0.02 for about 30 minutes after KCN was added (normally (About 1.2 times the peak value).

図18の(d1)〜(d5)は濃度0.05ppm(今回の観測で最小濃度)のKCNを投入する前後のパワースペクトルを示す。(d1)は平常時の11分間、(d2)はKCN投入の直後から約11分間、(d3)はKCN投入後から約11〜22分間、(d4)はKCN投入後から約22〜33分間、(d5)はKCN投入後から約33〜44分間分のパワースペクトルであり、同様に重ね書きしている。   (D1) to (d5) in FIG. 18 show power spectra before and after introducing KCN having a concentration of 0.05 ppm (minimum concentration in this observation). (D1) is 11 minutes in the normal state, (d2) is about 11 minutes immediately after the KCN input, (d3) is about 11-22 minutes after the KCN input, and (d4) is about 22-33 minutes after the KCN input. , (D5) is a power spectrum for about 33 to 44 minutes after the introduction of KCN, and is overwritten in the same manner.

KCNの投入前後でパワースペクトルに変化は認められない。図13に示す電力比P2/P1は、t=0以降わずかに上昇しているようにも見えるが、明確な上昇とはいえない。従って、今回の実験からは、KCN濃度が0.1ppm以上であればパワースペクトルのピーク値の周波数F2の変化、ピーク値D2の変化、更に電力比P2/P1の変化からKCNの混入を判定できるといえる。   There is no change in the power spectrum before and after the introduction of KCN. Although it seems that the power ratio P2 / P1 shown in FIG. 13 slightly increases after t = 0, it cannot be said to be a clear increase. Therefore, from this experiment, if the KCN concentration is 0.1 ppm or more, it is possible to determine the mixing of KCN from the change of the frequency F2 of the peak value of the power spectrum, the change of the peak value D2, and the change of the power ratio P2 / P1. It can be said.

図14の(e1)〜(e5)は濃度2ppm(今回の観測で最高濃度)のKCNを投入する前後のパワースペクトルを示す。(e1)は平常時の11分間、(e2)はKCN投入の直後から約11分間、(e3)はKCN投入後から約11〜22分間、(e4)はKCN投入後から約22〜33分間、(e5)はKCN投入後から約33〜44分間分のパワースペクトルであり、同様に重ね書きしている。   (E1) to (e5) in FIG. 14 show power spectra before and after the KCN having a concentration of 2 ppm (the highest concentration in this observation) is input. (E1) is 11 minutes in the normal state, (e2) is about 11 minutes immediately after the KCN input, (e3) is about 11-22 minutes after the KCN input, and (e4) is about 22-33 minutes after the KCN input. , (E5) is a power spectrum for about 33 to 44 minutes after the introduction of KCN, and is overwritten in the same manner.

パワースペクトルのピーク値の周波数F2はKCNの投入前後で4.6Hz付近を上下しているが、ピーク値は毒物の投入前は0.013、投入直後の11分間は0.022(平常時の1.7倍)、投入後11分から22分の間は0.018(1.38倍)、投入後22分から33分の間は0.022(1.7倍)と変化している。この場合にはKCN濃度が高濃度すぎて、メダカがKCNの投入後すぐに狂奔行動を起こし弱ってしまった。(E2)は毒物投入直後の11分間のパワースペクトルであるが、図15から図18と違って、パワースペクトルの周波数分布が11分間で複雑に変化したため、きれいに重なったパワースペクトルの山が見られない。これは、極めて不自然な狂奔行動により周波数成分も乱れたためである。   The frequency F2 of the peak value of the power spectrum fluctuates around 4.6 Hz before and after the introduction of KCN, but the peak value is 0.013 before the introduction of the toxic substance and 0.022 for 11 minutes immediately after the introduction of the poison. 1.7 times), from 11 minutes to 22 minutes after charging, 0.018 (1.38 times), and from 22 minutes to 33 minutes after charging, 0.022 (1.7 times). In this case, the KCN concentration was too high, and the medaka became crazy immediately after the introduction of KCN and weakened. (E2) is the power spectrum for 11 minutes immediately after the poison is added, but unlike FIGS. 15 to 18, the frequency distribution of the power spectrum has changed in a complicated manner in 11 minutes. Absent. This is because frequency components are also disturbed by extremely unnatural crazy behavior.

図20はKCN濃度毎におけるKCNの投入前後の各時間のパワースペクトルのピーク値とその周波数を示す。図15〜図19及び図20から、KCNを加えると、2.5Hzから7.5Hzの周波数帯域のパワースペクトルのピーク値が上昇し、そのピーク値を与える周波数も一般に上昇することが判る。なお、パワースペクトルのピーク値の上昇は、KCNの投入直後直ちに現れ、0.1ppmという低濃度の場合でさえ、投入後11分から22分の間に1.4倍に増大している。   FIG. 20 shows the peak value of the power spectrum at each time before and after the introduction of KCN and the frequency thereof for each KCN concentration. From FIG. 15 to FIG. 19 and FIG. 20, it can be seen that when KCN is added, the peak value of the power spectrum in the frequency band from 2.5 Hz to 7.5 Hz increases, and the frequency giving the peak value generally increases. The increase in the peak value of the power spectrum appears immediately after the introduction of KCN and increases 1.4 times between 11 minutes and 22 minutes after the introduction even in the case of a low concentration of 0.1 ppm.

このようにしてメダカの活動電位の時間データをサンプリングした後、先ず活動電位の振幅を基準値A0と比較して、基準値A0を超えておれば「毒物混入の惧れあり」と判定する。なお、メダカが毒物以外のものの影響で行動が激しいだけである場合もある。次にパワースペクトルから電力比P2/P1、ピーク値D2、ピーク周波数F2を以前のもの(平常値)と比較して、電力比P2/P1、ピーク値D2、ピーク周波数F2が増大しておれば「毒物混入の惧れあり」と判定する。   After sampling the action potential time data of the medaka in this way, the amplitude of the action potential is first compared with the reference value A0, and if it exceeds the reference value A0, it is determined that there is a “possibility of poisoning”. In some cases, the medaka may only act intensely due to the effects of things other than poisonous substances. Next, if the power ratio P2 / P1, peak value D2, and peak frequency F2 are compared with the previous one (normal value) from the power spectrum, and the power ratio P2 / P1, peak value D2, and peak frequency F2 are increased, It is determined that there is a risk of contamination.

報知手段24のモニタには、活動電位の基準値A0及び異常時の電圧振幅の倍率、電力比P2/P1の平常値及び異常時の値の倍率、ピーク値の平常値及び異常時の値の倍率、ピーク周波数の平常値及び異常時の周波数の変化幅を夫々表示する。これらの判定用変数の値がどの程度であれば「毒物混入」と判定するかは、平常時のデータに基づき、判定用変数の統計データを参考にして決めればよい。例えば倍率をカラー表示して、倍率が低いときは青色だが、倍率が高いと赤色で危険とする。警報を鳴らすレベルは、対象とする被検水の用途その他の条件に応じて適宜設定すればよい。   The monitor of the notification means 24 includes the action potential reference value A0, the voltage amplitude magnification at the time of abnormality, the normal value of the power ratio P2 / P1, the magnification of the value at the time of abnormality, the normal value of the peak value, and the value at the time of abnormality. The magnification, the normal value of the peak frequency, and the frequency change width at the time of abnormality are displayed. What is the value of these determination variables may be determined as “poisonous contamination” based on the normal data and referring to the statistical data of the determination variables. For example, when the magnification is displayed in color, it is blue when the magnification is low, but red when the magnification is high. What is necessary is just to set the level which sounds an alarm suitably according to the use of the target water to be tested and other conditions.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、実施例では、水棲生物としてメダカを例示しているが、その生理反応により活動電位を発生するものであれば、メダカ以外の魚類、貝類、蟹類、けら類その他を利用してもよい。またパワースペクトルの周波数帯域別の総電力P1,P2を求めた後、その電力比P2/P1の変化から毒物混入の有無を判定するのが望ましいが、両総電力P1,P2を加算して、その変化から毒物混入の有無を判定してもよい。   As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, a various change is possible within the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, in the examples, medaka is illustrated as an aquatic organism, but fish, shellfish, moss, horns, etc. other than medaka may be used as long as action potential is generated by the physiological reaction. . Further, after obtaining the total power P1 and P2 for each frequency band of the power spectrum, it is desirable to determine the presence or absence of poisoning from the change in the power ratio P2 / P1, but adding both the total power P1 and P2, You may determine the presence or absence of poisoning from the change.

両総電力P1,P2を加算してその加算電力値を平常時の電力値と比較し、加算電力値が平常時の電力値と略同程度か否かにより、加算電力値が平常時よりも低いときに、「メダカの活動が静かすぎるので、異常かも知れない」とし、加算電力値が平常時よりも高いときに、「メダカの活動が活発すぎるので、異常かも知れない」と判断することも可能である。   The total power P1 and P2 are added and the added power value is compared with the normal power value. The added power value is higher than the normal power value depending on whether or not the added power value is substantially the same as the normal power value. When it is low, “Medaka's activity is too quiet and may be abnormal”, and when the added power is higher than normal, it is judged that “Medaka's activity is too active and may be abnormal” Is also possible.

水槽1の飼育部は1個でもよい。水槽1内には被検水の流れ方向に配置される一対の電極13a,14aに加えて、被検水の流れ方向と交差する方向の両側、例えば被検水の流れを挟んでその左右方向に相対向し、又は上下方向に相対向するように配置してもよい。なお、上下両側に電極13a,14aを配置する場合には、上側の電極13a,14aは被検水の水面近傍に水没するように配置することが望ましい。また水槽1の対角線方向の両側に電極13a,14aを配置してもよい。一対の電極13a,14aは略平行に配置することが望ましい。   One rearing part of the aquarium 1 may be sufficient. In the water tank 1, in addition to the pair of electrodes 13a and 14a arranged in the flow direction of the test water, both sides of the direction intersecting the flow direction of the test water, for example, the left and right directions sandwiching the flow of the test water May be arranged so as to face each other, or to face each other in the vertical direction. In addition, when arrange | positioning the electrodes 13a and 14a on both upper and lower sides, it is desirable to arrange | position so that the upper electrodes 13a and 14a may be immersed in the water surface vicinity of test water. Moreover, you may arrange | position the electrodes 13a and 14a on the both sides of the diagonal direction of the water tank 1. FIG. The pair of electrodes 13a and 14a are desirably arranged substantially in parallel.

微量毒物汚染監視装置ブロック図である。It is a block diagram of a trace poison contamination monitoring device. 活動電位のパワースペクトルの説明図である。It is explanatory drawing of the power spectrum of action potential. 水槽の平面図である。It is a top view of a water tank. 水槽の断面図である。It is sectional drawing of a water tank. 微量毒物汚染監視のフローチャートである。It is a flowchart of trace poison contamination monitoring. 毒物を投入したときの活動電位の波形図である。It is a wave form diagram of action potential when a toxic substance is thrown in. 水流のない水槽でのメダカの活動電位の波形図である。It is a wave form diagram of the action potential of the medaka in the water tank without a water flow. 水流のない水槽でのメダカの活動電位のパワースペクトル図である。It is a power spectrum figure of the action potential of the medaka in the water tank without a water flow. 水流のある水槽でのメダカの活動電位の波形図である。It is a wave form diagram of the action potential of the medaka in the water tank with a water flow. 水流のある水槽でのメダカの活動電位のパワースペクトル図である。It is a power spectrum figure of the action potential of the medaka in the water tank with a water flow. 水流のある水槽にKCNを投入したときのメダカの活動電位の波形図である。It is a wave form diagram of the action potential of a medaka when KCN is thrown into the water tank with a water flow. 水流のある水槽にKCNを投入したときのメダカの活動電位のパワースペクトル図である。It is a power spectrum figure of the action potential of the medaka when KCN is thrown into the water tank with a water flow. KCNを投入したときのメダカの活動電位の周波数帯域別の電力の電力比を示す図である。It is a figure which shows the power ratio of the electric power according to the frequency band of the action potential of a medaka when KCN is thrown in. KCNを投入したときのメダカの活動電位の周波数帯域別の電力と最大電力周波数とを示す図である。It is a figure which shows the electric power according to the frequency band of the action potential of a medaka when KCN is thrown in, and the maximum power frequency. KCN1ppmの場合のパワースペクトル図である。It is a power spectrum figure in the case of KCN1ppm. KCN0.5ppmの場合のパワースペクトル図である。It is a power spectrum figure in the case of KCN0.5ppm. KCN0.1ppmの場合のパワースペクトル図である。It is a power spectrum figure in the case of KCN0.1ppm. KCN0.05ppmの場合のパワースペクトル図である。It is a power spectrum figure in the case of KCN0.05ppm. KCN2ppmの場合のパワースペクトル図である。It is a power spectrum figure in the case of KCN2ppm. KCN投入前後のパワースペクトルのピーク値とピーク周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the peak value and peak frequency of the power spectrum before and behind KCN injection.

符号の説明Explanation of symbols

1 水槽
6 第1監視部
7 第2監視部
13a,14a 電極
17 サンプリング手段
18 変換手段
19 周波数設定手段
20 電力比演算手段
21 ピーク値演算手段
22 ピーク周波数演算手段
23 判定手段
24 報知手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water tank 6 1st monitoring part 7 2nd monitoring part 13a, 14a Electrode 17 Sampling means 18 Conversion means 19 Frequency setting means 20 Power ratio calculation means 21 Peak value calculation means 22 Peak frequency calculation means 23 Determination means 24 Notification means

Claims (6)

被検水が通過する水槽内で水棲生物を飼育しておき、該水棲生物の活動電位の変化に基づいて前記被検水の毒物による汚染の有無を監視する毒物監視方法において、所定のサンプリング間隔で前記水棲生物の前記活動電位を所定時間サンプリングし、該所定時間における前記活動電位を高速フーリエ変換してからパワースペクトルに変換し、該パワースペクトルの山の両側の谷の周波数のうち、その低い周波数までの各周波数毎の電力の総和と、低い周波数から高い周波数までの各周波数の電力の総和とを求め、前記両電力の総和に基づいて汚染の有無を判定することを特徴とする微量毒物汚染監視方法。 In a poison monitoring method for raising aquatic organisms in a water tank through which test water passes and monitoring the presence or absence of contamination by the poison of the test water based on a change in action potential of the aquatic organisms, a predetermined sampling interval is used. The action potential of the aquatic organism is sampled for a predetermined time, and the action potential at the predetermined time is subjected to fast Fourier transform and then converted to a power spectrum, and the lower one of the frequencies of the valleys on both sides of the peak of the power spectrum. A trace amount toxic substance characterized by obtaining a sum of power for each frequency up to a frequency and a sum of power of each frequency from a low frequency to a high frequency and determining the presence or absence of contamination based on the sum of both powers Contamination monitoring method. 前記両電力の総和の比を求め、該総和の比が以前よりも増大したときに汚染の可能性ありと判定することを特徴とする請求項1に記載の微量毒物汚染監視方法。 2. The trace poison contamination monitoring method according to claim 1, wherein a ratio of the sum of the two electric powers is obtained, and it is determined that there is a possibility of contamination when the ratio of the sum is larger than before. 被検水が通過する水槽内で水棲生物を飼育しておき、該水棲生物の活動電位の変化に基づいて前記被検水の毒物による汚染の有無を監視する毒物監視方法において、所定のサンプリング間隔で前記水棲生物の前記活動電位を所定時間サンプリングし、該所定時間における前記活動電位を高速フーリエ変換してからパワースペクトルに変換し、該パワースペクトルのピーク値を求め、該ピーク値が以前よりも増大したときに汚染の可能性ありと判定することを特徴とする微量毒物汚染監視方法。 In a poison monitoring method for raising aquatic organisms in a water tank through which test water passes and monitoring the presence or absence of contamination by the poison of the test water based on a change in action potential of the aquatic organisms, a predetermined sampling interval is used. The action potential of the aquatic organism is sampled for a predetermined time, and the action potential at the predetermined time is subjected to fast Fourier transform and then converted to a power spectrum to obtain a peak value of the power spectrum, and the peak value is more than before. A trace poison contamination monitoring method, characterized by determining that there is a possibility of contamination when increased. 被検水が通過する水槽内で水棲生物を飼育しておき、該水棲生物の活動電位の変化に基づいて前記被検水の毒物による汚染の有無を監視する毒物監視方法において、所定のサンプリング間隔で前記水棲生物の前記活動電位を所定時間サンプリングし、該所定時間における前記活動電位を高速フーリエ変換してからパワースペクトルに変換し、該パワースペクトルがピーク値となるピーク周波数を求め、該ピーク周波数が以前よりも増大したときに汚染の可能性ありと判定することを特徴とする微量毒物汚染監視方法。 In a poison monitoring method for raising aquatic organisms in a water tank through which test water passes and monitoring the presence or absence of contamination by the poison of the test water based on a change in action potential of the aquatic organisms, a predetermined sampling interval is used. The action potential of the aquatic organism is sampled for a predetermined time, and the action potential at the predetermined time is subjected to fast Fourier transform and then converted into a power spectrum, and a peak frequency at which the power spectrum becomes a peak value is obtained, and the peak frequency A trace poison contamination monitoring method, characterized in that it is determined that there is a possibility of contamination when the amount of water increases from before. 請求項1に記載の前記総和の比、請求項2に記載の前記ピーク値及び請求項4に記載の前記ピーク周波数に基づいて汚染の可能性を複数段階の危険レベルとして判定することを特徴とする微量毒物汚染監視方法。 The possibility of contamination is determined as a multi-stage risk level based on the ratio of the sum total according to claim 1, the peak value according to claim 2, and the peak frequency according to claim 4. To monitor micro-toxic contamination. 被検水が通過する水槽内で水棲生物を飼育しておき、該水棲生物の活動電位の変化に基づいて前記被検水の毒物による汚染の有無を監視する毒物監視装置において、所定のサンプリング間隔で前記水棲生物の前記活動電位を所定時間サンプリングするサンプリング手段と、前記所定時間の前記活動電位を高速フーリエ変換してパワースペクトルに変換する変換手段と、前記パワースペクトルの山の両側の谷の周波数のうち、その低い周波数までの各周波数毎の電力の総和と低い周波数から高い周波数までの各周波数の電力の総和との比を演算する電力比演算手段と、前記パワースペクトルのピーク値を演算するピーク値演算手段と、前記パワースペクトルがピーク値となるピーク周波数を演算するピーク周波数演算手段と、前記総和の比、前記ピーク値、前記ピーク周波数が増大したときに汚染の可能性ありと判定する判定手段とを備えたことを特徴とする微量毒物汚染監視装置。
In a poison monitoring apparatus that keeps aquatic organisms in a water tank through which the test water passes and monitors the presence or absence of contamination by the poison of the test water based on a change in action potential of the aquatic organisms, a predetermined sampling interval Sampling means for sampling the action potential of the aquatic organism for a predetermined time; conversion means for converting the action potential of the predetermined time into a power spectrum by fast Fourier transform; and frequency of valleys on both sides of the peak of the power spectrum A power ratio calculation means for calculating a ratio between the sum of the power for each frequency up to the low frequency and the sum of the power of each frequency from the low frequency to the high frequency, and the peak value of the power spectrum is calculated A peak value calculating means, a peak frequency calculating means for calculating a peak frequency at which the power spectrum becomes a peak value, a ratio of the sum, Peak value, there is a possibility of contamination when the peak frequency is increased the determining means and trace toxic pollution monitoring apparatus characterized by comprising a.
JP2005356364A 2005-12-09 2005-12-09 Method and apparatus for monitoring contamination with very small amount of toxicant Pending JP2007163162A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005356364A JP2007163162A (en) 2005-12-09 2005-12-09 Method and apparatus for monitoring contamination with very small amount of toxicant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005356364A JP2007163162A (en) 2005-12-09 2005-12-09 Method and apparatus for monitoring contamination with very small amount of toxicant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007163162A true JP2007163162A (en) 2007-06-28

Family

ID=38246234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005356364A Pending JP2007163162A (en) 2005-12-09 2005-12-09 Method and apparatus for monitoring contamination with very small amount of toxicant

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007163162A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010008056A (en) * 2008-06-24 2010-01-14 Kyushu Univ Toxicity evaluation of chemical substance using sound production from fishes
CN107192805A (en) * 2017-06-29 2017-09-22 南京信息工程大学 A kind of online drinking water source water quality monitoring system
CN107942027A (en) * 2018-01-08 2018-04-20 江苏省农业科学院 A kind of crab class undersea habitat environment fitness detection method and device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS612075A (en) * 1984-04-13 1986-01-08 ウオ−タ−・リサ−チ・センタ− Device and method of continuously monitoring water
JPH11125628A (en) * 1997-10-22 1999-05-11 Yokohama City Method of continuously monitoring water quality by using aquatic organism

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS612075A (en) * 1984-04-13 1986-01-08 ウオ−タ−・リサ−チ・センタ− Device and method of continuously monitoring water
JPH11125628A (en) * 1997-10-22 1999-05-11 Yokohama City Method of continuously monitoring water quality by using aquatic organism

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010008056A (en) * 2008-06-24 2010-01-14 Kyushu Univ Toxicity evaluation of chemical substance using sound production from fishes
CN107192805A (en) * 2017-06-29 2017-09-22 南京信息工程大学 A kind of online drinking water source water quality monitoring system
CN107942027A (en) * 2018-01-08 2018-04-20 江苏省农业科学院 A kind of crab class undersea habitat environment fitness detection method and device
CN107942027B (en) * 2018-01-08 2023-03-28 江苏省农业科学院 Method and device for detecting suitability of underwater living environment of crabs

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Noatch et al. Non-physical barriers to deter fish movements
Escabi et al. The rat animal model for noise-induced hearing loss
Rapport Evaluating ecosystem health
Wimmer et al. Sustaining sleep spindles through enhanced SK2-channel activity consolidates sleep and elevates arousal threshold
Zhang et al. Measuring cytotoxicity: a new perspective on LC50
Yang et al. Behavior responses of zebrafish (Danio rerio) to aquatic environmental stresses in the characteristic of circadian rhythms
Hinchcliffe et al. Rat 50 kHz calls reflect graded tickling-induced positive emotion
Ho et al. Inhibitory networks of fast-spiking interneurons generate slow population activities due to excitatory fluctuations and network multistability
JP2007163162A (en) Method and apparatus for monitoring contamination with very small amount of toxicant
CN106940363A (en) A kind of marine pollution method for early warning based on marine organisms behavior reaction
Bojsen et al. In situ studies on heart rate and locomotor activity in the freshwater crayfish, Astacus astacus (L.) in relation to natural fluctuations in temperature and light intensity
Cauture et al. Using respiratory sinus arrhythmia to estimate inspired tidal volume in the bottlenose dolphin (Tursiops truncatus)
CN106248901A (en) A kind of utilize the method for noxious substance in fish movement current potential changed power monitoring water
JP4399476B2 (en) Method and apparatus for detecting behavior of small animals
Polonschii et al. Appraisal of fish behaviour based on time series of fish positions issued by a 3D array of ultrasound transducers
Calub et al. Revisiting the autoconditioning hypothesis for acquired reactivity to ultrasonic alarm calls
Culver et al. Shocking results: assessing the rates of fish injury from pulsed-DC electrofishing
Mackey et al. Three psychophysical metrics of auditory temporal integration in macaques
JP4121589B2 (en) Water quality continuous monitoring method using aquatic organisms
Cooke et al. Literature Review, Synthesis and proposed guidelines related to the biological evaluation of" fish Friendly" very low head turbine technology in Canada
Fuong et al. Social security: less socially connected marmots produce noisier alarm calls
JP2006317228A (en) Continuous monitoring method of water quality
Shofner Perception of the periodicity strength of complex sounds by the chinchilla
JP4652119B2 (en) Water quality continuous monitoring method
JP2019002814A (en) Toxicity evaluation device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20081204

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110809

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20111206