JP2542531B2 - 水のクロロフィル濃度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、水中に含まれるクロロフィルの濃度を自動
的かつ連続的に測定する装置に関するものである。

（従来の技術） ダム湖などに発生するクロロフィルは水質の低下を招
くものであり、クロロフィルの濃度を測定することはダ
ム湖などを管理するうえで重要なことである。

クロロフィルの濃度を計測するには（問題となるクロ
ロフィルはクロロフィルａと呼れるものであるが、明細
書では単にクロロフィルという）、化学分析によるほか
吸光度法および蛍光光度法によって化学的に計測されて
いる。吸光度法は、一定範囲の波長の光を照射してクロ
ロフィルによる吸収量を測定して濃度を計測するもので
あり、また蛍光光度法は、特定波長の光をクロロフィル
に照射し、これによって励起される蛍光の量を計測して
濃度を測定するものである。

蛍光光度法によるクロロフィル計として従来使用され
ているものは、採水したサンプルを検出部（フローセ
ル）に通過させながら計測する固定型と、計測器全体を
水中に入れる浸漬型とがある。固定型の計測器はダム湖
などの水をポンプアップしてフローセルに通水して計測
するものであるが、０〜100m深度の測定を行うとすれ
ば、採水ポンプホースの先端を目的深度迄降ろして採水
するか、あるいは耐圧構造の容器で採水することになる
が、採水作業に時間を要し任意の深度においてリアルタ
イムに計測することができないといった問題がある。

又、浸漬型の計測器では各深度においてリアルタイム
に計測できる利点をもっているが、サンプル検出部の自
動洗浄機能がないと有機物や浮遊物の付着によって計測
結果に誤差が生じること、計測部が太陽光などの外光の
影響を受けやすい構造であると外光が雑音になって正確
な測定結果が得にくくなること、旧試水の再取り込みに
よって測定精度が低下すること（contamination:コンタ
ミ）などの問題がある。

このため、ダム湖などにおいて長期間無保守で水面か
ら100m程度の深度までを精度良く測定できる浸漬型の計
測器はなく、開発が望まれていた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、採水したサンプル検出部の自動洗浄機能を
有しかつ外光の影響を受けない浸漬型の蛍光光度法によ
るクロロフィル濃度を長期間無保守で自動的かつ連続的
に精度良く測定することができる装置を提供することで
ある。

（課題を解決するための手段） 試水を収容してクロロフィルの濃度を測定する容器で
あって下端が容器外部と連通し上端が排水管に接続され
かつ容器内部に外光が入らないように遮光されている透
明な筒体と、通孔と該通孔の栓体を有し上記筒体内に収
容され筒体内周面に接触するワイパーと、上記筒体と対
向して設けられる蛍光管と、該蛍光管からの光のうち青
色フィルタを通した特定波長の光をクロロフィルに照射
しクロロフィルから発する蛍光を赤色フィルタを通した
光とこれら２つのフィルタを通さない光とを受光する光
電子増培管と、該光電子増培管で受光した２つの光を比
較演算する演算回路とを具備したものであって、上記ワ
イパーが往復運動し往復運動によって筒体内周面を洗浄
しかつワイパーの栓体がワイパー上昇時に通孔を塞ぎワ
イパー下降時に通孔を開いて試水の入れ替えを行うこと
を特徴とすると共に、上記筒体並びに蛍光管及び光電子
増培管が耐圧構造のケース内に収容され当該ケースをケ
ーブルによって吊り下げてダム湖などに設置することを
特徴としている。

（作用） ケース１をケーブル12で吊り下げてダム湖などの水中
に降下し測定する深度にケース１を設置する。モータ７
を駆動してワイパー５を上昇させると、ワイパーの栓体
60によりワイパーの通孔は塞がれているため、蓋体43の
注水孔45から透明筒体42内に水が注入される。これと同
時に透明筒体42内の水は排水管11からケース１の外へ排
出される。クロロフィルの濃度測定が終わったのちは、
ワイパー５を下降する。ワイパー５を下降するとワイパ
ーの栓体60が通孔を開くため、水は誘導孔57及び空洞部
52から通孔すなわち軸孔53及び通出孔54を経て移動し、
筒体内の水は排出されずに残る。そして次のワイパー５
を引き上げる動作で排出管11から排出される。

ワイパー５が筒体４内を往復運動するときに筒体内周
面を洗浄する。透明筒体42の先端部に設けた蓋体43は遮
光効果があり、注水孔45から筒体内に水は入るが光は遮
断され従って外光は検出部内に入らない。

この測定をワイパーで筒体内に試水を吸引導入するご
とに連続的に行なう。長期間水中に設置された場合、筒
体内面に汚れが付着し測定値に悪影響を及ぼすが、本発
明においてはワイパーが筒体内面接触して移動するの
で、試水を吸引するたびに筒体内面が拭かれ筒体内面を
常に清浄に保つことができ正確な測定が可能となる。筒
体の外面は密閉されたケース内に収納されているので汚
れるおそれはない。

又、一日に１回程度の測定となる間欠測定時において
は水中に設置されたままワイパーが長時間停止するが、
日光や酸素などの供給が自由に行われると微生物が付
着、繁殖するおそれがあるが、本発明では筒体内は遮光
されており、酸素の補給もされ難いのでワイパーの作動
が間欠的であっても筒体内を清浄に保つことができる。

さらにワイパーの通孔（軸孔53及び通出孔54）と栓体
60によって試水が吸水口とは異なる排水管から排出され
るため、旧試水の再取り込みによる誤差発生の影響が抑
えられ、測定精度の低下を防ぐことができる。

この他、筒体開口部に設けた蓋43は微生物が嫌う銅製
であるから、ワイパー停止中に水の注水孔45から筒体内
に微生物が侵入するのを防止でき、従って筒体内を清浄
に保持する。

（実施例） 第１図は全体の組立図、第２図は水を注入する筒体の
詳細図、第３図は計測部の構成図である。

これらの図において、ケース１は耐圧構造ならびにケ
ース外に対して遮光構造を有する筒状容器で、下部ケー
ス２と上部ケース３とによって形成されている。前記下
部ケース２内に透明な筒体４を水の注入口をケースから
露出して下部ケース２の底部に設置している。前記筒体
４は試水を注入してクロロフィルの濃度を測定する容器
であって、内部に筒体内面に接触しながら往復運動する
ワイパー５が設けられている。又、前記ワイパー５には
駆動軸６が取り付けられ、これが前記筒体４の基端部か
ら摺動自在に突出している。前記上部ケース３内に設置
したモータ７にカップリング８を介してねじ軸９が取り
付けられている。さらに又、前記ねじ軸９に摺動体10が
ねじ結合され、この摺動体10に前記駆動軸６が取り付け
られている。すなわち、モータ７の回転でねじ軸９を回
転させ、摺動体10を軸に沿って移動させてワイパー５を
筒体４内で往復運動させるものである。

第２図において、筒体４は基部口金40と先端口金41と
の間にガラスなどで構成される透明筒体42が設けられて
おり、前記ワイパー５は透明筒体42内を昇降すると共
に、駆動軸６が基部口金40から突出している。前記先端
口金41には、例えば銅製で形成される蓋体43が設けられ
ると共に、この蓋体43の内側周縁に凹条溝44が形成さ
れ、さらこの凹条溝44に向って開口する複数の注水孔45
が設けられている。なお、前記凹条溝44を形成する内側
の壁体は前記先端口金41の外側に隙間を設けて取り付け
られており、このため、注入孔45から透明筒体42内に水
は進入するが光は遮断される構造となっている。この
他、前記排水管11は基部口金40に接続されている。

一方、前記ワイパー５は、中央部に前記透明筒体42よ
りも小径な円柱状の栓筒体50が設けられており、該栓筒
体50の内部にテーパ面51を有する空洞部52が形成される
と共に、前記テーパ面51に至る軸孔53が形成されてい
る。前記駆動軸６の先端は前記栓体50の軸孔53内を経て
空洞部52内に収容され、空洞部52内において栓体60が設
けられている。又、駆動軸６に前記栓筒体50の基端面に
接合させるフランジ61が設けられており、このフランジ
61とテーパのついた栓体60との間のロッド62の直径は前
記軸孔53の直径よりも小径であり、従って軸孔53とロッ
ド62との間に隙間が形成されている。さらに又、栓筒体
50には軸孔53に向って開口する通出孔54が設けられてい
る。

なお、前記駆動軸６をワイパー５に向って移動させる
とフランジ61が栓筒体50の基端面に接合し、このとき栓
体60は空洞部52内に進入してテーパ面51との間に隙間が
形成される。駆動軸６を逆方向に移動させれば栓体60は
テーパ面51にシールされる。

前記栓筒体50の先端に透明筒体42の内周面と接合させ
た椀状のワイパ輪55がボルトねじ5bで固定されており、
さらにこのボルトねじ56に前記空洞部52と連通する誘導
孔57が設けられている。

なお、前記下部ケース２には筒体４の水をケース１か
ら排出するための配水管11が、又、上部ケース３にはケ
ース１を吊るためのケーブル12が設けられている。

第３図に本発明の実施例の測定方法のブロック図を示
す。図示のように前記筒体４を挟んで熱陰極蛍光管20と
光電子増培管21が設けられている。そして熱陰極蛍光管
20から光電子増培管21への光路中の熱陰極蛍光管20と筒
体４との管にモータ22で回転駆動され光を連続して交互
に通過、遮断する回転スリット23を設けてある。この回
転スリット23で光をパルス状としている。又、この回転
スリット23と筒体４との間に青色フィルタ25が設けら
れ、筒体４と光電子増培管21との間に赤色フィルタ26、
レンズ27が設けられている。

すなわち、熱陰極蛍光管20からの光を青色フィルタ2
5、筒体４の試水、および赤色フィルタ26を通して光電
子増培管21で受光させるが、回転スリット23でパルス状
にして受光させている。

さらに又、試水を通ってクロロフィルから発する蛍光
と熱陰極蛍光管20の参照光とを比較するため熱陰極蛍光
管20の光を直接光電子増培管21へ受光させている。その
ため前記熱陰極蛍光管20からの光を第２赤色フィルタ2
8、光ファイバ29を経て前記回転スリット23を介しても
う一つの光ファイバ30を通して光電子増培管21で受光さ
せている。前記回転スリット23は、双方の光パルスを同
期させるためのもので、熱陰極蛍光管20からの光を通過
させる位置と、光ファイバ29を経た光を通過させる位置
の二種のスリット（図示せず）を備えている。

熱陰極蛍光管20からの光は青色フィルタ25を通って筒
体４内の試水に当った後、赤色フィルタ26を通り、余分
な光がカットされてクロロフィルから発している蛍光の
みが光電子増培管21に受光される。一方、第２赤色フィ
ルタ28を通り光ファイバ29,30からの光は、第２赤色フ
ィルタ28で余分な光をカットしているので、電子増培管
21は蛍光管20の光の強さをも受光する。

上記のように、この光増培管21への受光は回転スリッ
ト23によってパルス状にして行われる。この受光した光
を電気信号に換え、プリアンプ31で増幅した後バンドパ
スフィルタ32で所定の周波数帯域のみを通し、さらにこ
れをメインアンプ33で増幅する。このようにしてクロロ
フィルから発している蛍光と参照光とを計測し、図示の
ように零点補正をしたのち、蛍光の計測値を参照光の計
測値で割って試水中に含まれるクロロフィルの濃度を測
定する。この実施例は光をパルス状にしてバンドパスフ
ィルタ32を通すので、外来光ノズルをカットすることが
でき正確な計測を行うことができる。

実施例において上記の測定を行うには、ケース１をケ
ーブル12で吊り下げてダム湖などの水中に降下する。測
定する深度にケース１が達した位置で本装置を設置し、
モータ７を駆動してワイパー５を上昇する。第２図Ａに
おいて駆動軸６が上昇すると栓体60及びテーパ面51を介
してワイパー５が上昇するが、ワイパ輪55が透明筒体42
の内面を摺って上昇しかつ栓体60が通孔を塞いでいるの
で、蓋体43に形成された注水口45から透明筒体42内に水
が誘導注入される。これと同時にワイパー５の上部側に
あった透明筒体42内の水は排水管11からケース１の外へ
排出される。

クロロフィルの濃度測定が終ったのちは、ワイパー５
を下降する。第２図Ｂにおいて駆動軸６が下降するとフ
ランジ61が栓筒体50の端部に接合してワイパー全体を押
し下げるので、ロッド62の先端に設けた栓体60がテーパ
面51と離れ、空洞部52内は軸孔53を介して通出孔54と連
通する。この状態でワイパー５が下降するため、若干の
水は蓋体43の注水孔45から排出されるが、大部分の水は
誘導孔57、空洞部52から軸孔53および通出孔54を経て移
動し、筒体内の水は排出されずに残る。そして次のワイ
パー５を引き上げる動作で排出管11から排出されること
になる。従って試水は給水口とは異なる排出管から排出
されることとなり、所謂コンタミと称する測定精度の低
下が防がれる。

ワイパー５が透明筒体42を往復移動するときに筒体内
側を洗浄することは前述した通りである。

一方、透明筒体42の先端部に設けた蓋体43はケース外
部に対して遮光効果があり、注水孔45は凹条溝44内に開
口されると共に凹条溝44が先端口金41の外側に設けられ
ているので、注水孔45から筒体内に水は入るが光は遮断
され従って外光が検出部内に入ることがない。

（発明の効果） 本発明は、計測部の主要部である水を注入する筒体の
自動洗浄手段を備えると共に、筒体は水のみを注入し、
外光が侵入するのを防止した構造となっているので、ダ
ム湖などにおいて所望する深度のクロロフィル濃度を長
期間無保守で自動的かつ連続的に測定することができる
ものとなる。又、試水の吸水と排水が異なる場所でなさ
れるため、旧試水の再取り込みによる測定誤差の発生が
抑えられ測定精度の低下を防ぐ効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を組み立てた全体の断面図、 第２図は水を注入する筒体の詳細を表わし、Ａは筒体内
に水を注入する状態、Ｂは筒体内の水を排出する状態を
表わす各断面図、 第３図は計測部の概略を表わす構成図である。 １……ケース、２……下部ケース、３……上部ケース ４……筒体、40……基部口金、41……先端口金 42……透明筒体、43……蓋体、44……凹条溝 45……注水孔、５……ワイパー、50……栓筒体 51……テーパ面、52……空洞部、53……軸孔 54……通出孔、55……ワイパ輪、56……ボルトねじ 57……誘導孔、６……駆動軸、60……栓体 61……フランジ、62……ロッド、７……モータ ８……カップリング、９……ねじ軸、10……摺動体 11……排水管、12……ケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大池 高保 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目２ 番20号 株式会社鶴見精機内 (56)参考文献 特開 昭61−71339（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−102855（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−1575（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試水を収容してクロロフィルの濃度を測定
   する容器であって下端が容器外部と連通し上端が排水管
   （11）に接続されかつ容器内部に外光が入らないように
   遮光されている透明な筒体（42）と、通孔（57、52、5
   3、54）と該通孔の栓体（60）を有し上記筒体（42）内
   に収容され筒体内周面に接触するワイパー（５）と、上
   記筒体（42）と対向して設けられる蛍光管（20）と、該
   蛍光管からの光のうち青色フィルタを通した特定波長の
   光をクロロフィルに照射しクロロフィルから発する蛍光
   を赤色フィルタを通した光とこれら２つのフィルタを通
   さない光とを受光する光電子増培管（21）と、該光電子
   増培管で受光した２つの光を比較演算する演算回路とを
   具備したものであって、上記ワイパー（５）が往復運動
   し往復運動によって筒体内周面を洗浄しかつワイパーの
   栓体（60）がワイパー上昇時に通孔（57、52、53、54）
   を塞ぎワイパー下降時に通孔を開いて試水の入れ替えを
   行い、上記筒体（42）並びに蛍光管（20）及び光電子増
   培管（21）が耐圧構造のケース（１）内に収容され当該
   ケースをケーブル（12）によって吊り下げてダム湖など
   に設置することを特徴とする水のクロロフィル濃度測定
   装置。
2. 【請求項２】前記筒体（42）は、水の注入孔（45）が銅
   製であることを特徴とする請求項第１項記載の水のクロ
   ロフィル濃度測定装置。