JP2896575B2 - Method for separating and measuring suspended substances - Google Patents

Method for separating and measuring suspended substances

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JP2896575B2 JP1019877A JP1987789A JP2896575B2 JP 2896575 B2 JP2896575 B2 JP 2896575B2 JP 1019877 A JP1019877 A JP 1019877A JP 1987789 A JP1987789 A JP 1987789A JP 2896575 B2 JP2896575 B2 JP 2896575B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は例えば海洋・湖沼等の一般水域の懸濁態物質
をフィールドで計測を行う方法及びその装置に関するも
のであり、更に付言するならば、前記水域の濁りの因子
のうちの懸濁態物質を植物性プランクトンとそれ以外の
懸濁態物質(以下デトリタスとする。)に分けて各々の
濃度を連続自動的に計測する水質測定方法に関するもの
である。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for measuring suspended substances in general water bodies such as oceans and lakes in the field and, more particularly, to an apparatus therefor. And a water quality measurement method for continuously and automatically measuring the concentration of each of the suspended substances among the turbidity factors in the water area into phytoplankton and other suspended substances (hereinafter referred to as detritus). Things.

[従来の技術] 従来の濁りのモニタリング装置は、おおむね散乱光測
定法、吸光度測定法、体積消散係数測定法のいずれかの
方法によっている。これらの装置は単一物質による濁り
の程度を知る目的や、濁りの構成員までは考慮せず、一
括した水質の指標として濁りの程度を知る目的で使用さ
れてきた。
[Prior Art] A conventional turbidity monitoring device generally uses any one of a scattered light measurement method, an absorbance measurement method, and a volume extinction coefficient measurement method. These devices have been used for the purpose of knowing the degree of turbidity due to a single substance and for the purpose of knowing the degree of turbidity as a collective index of water quality without considering the members of the turbidity.

また、海域等の一般水域における濁りの構成員は第1
表のように大別できる。
In addition, turbid members in general waters such as seas are the first
They can be roughly classified as shown in the table.

第1表に示すように、一般水域の富栄養化の進展につ
れ、濁りのモニタリングにおいても自然の濁り(植物性
プランクトンによる濁り等)と人工による濁り(工事に
より発生した濁り等)との対比を目的としたものや、植
物性プランクトンによる濁りとその他の濁り(土粒子や
有機デトリタス等による濁り)との対比を目的としたも
の等、濁りの構成員を分離して計測を行う技術に対する
要望が増大している。
As shown in Table 1, with the progress of eutrophication in general water bodies, in monitoring turbidity, natural turbidity (turbidity caused by phytoplankton, etc.) and artificial turbidity (turbidity caused by construction, etc.) are compared. There is a need for a technology to separate and measure turbidity members, such as those for the purpose and those for the purpose of comparing turbidity due to phytoplankton with other turbidity (turbidity due to soil particles or organic detritus etc.) Is growing.

このため、吸光度測定や体積消散係数測定の分野で
は、多波長の光束を用いた測定法により濁りの構成員を
分離して計測するモニタリング方法及び装置が提唱され
ている。
For this reason, in the fields of absorbance measurement and volume extinction coefficient measurement, monitoring methods and apparatuses for separating and measuring turbid members by a measurement method using a multi-wavelength light flux have been proposed.

本願発明者らも以前に特公昭60−38654号「水中の懸
濁物濃度及び有機物指標濃度測定法」、特願昭58−2071
68号「三波長体積消散係数による水質測定方法」で、体
積消散係数測定を用いて水中の濁りを測定する方法を提
案した。
The present inventors have also previously disclosed Japanese Patent Publication No. 60-38654, "Method for Measuring the Concentration of Suspended Solids in Water and the Index of Organic Substances," Japanese Patent Application No. 58-2071.
No. 68, "Water quality measurement method using three-wavelength volume extinction coefficient", proposed a method to measure turbidity in water using volume extinction coefficient measurement.

前者は、紫外光と近赤外光による体積消散係数測定に
より、溶存態有機物(溶存態のCODを指標としている)
と懸濁態有機物(懸濁態のCODを指標としている)、懸
濁態物質(SSを指標としている)をそれぞれ計測し濁り
のなかの有機物指標濃度(COD等)を計測するモニタリ
ング方法及び装置である。
For the former, dissolved organic matter (using COD as an index) by measuring the volume extinction coefficient using ultraviolet light and near-infrared light
A monitoring method and device for measuring organic substances (suspended COD as an index) and suspended substances (SS as an index), and measuring the concentration of organic substances in turbidity (COD, etc.) It is.

後者は、前者の方法を改善して一般水域でも連続して
測定を可能にするため、懸濁態物質の構成員が変化して
も誤差を生じないように、三波長の体積消散係数を測定
することにより、懸濁態物質を植物性プランクトンとそ
れ以外の懸濁態物質(デトリタス)に分離し、それぞれ
モニタリング計測を行う方法である。
For the latter, the volumetric extinction coefficient of three wavelengths is measured so that no error occurs even if the constituents of the suspended substance change because the former method is improved to enable continuous measurement even in general water bodies. In this method, the suspended substances are separated into phytoplankton and other suspended substances (detritus), and each of them is monitored and measured.

また、蛍光法を用いた方法でも特開昭54−89796号
「水中の有機物濃度指標の測定方法および装置」が提案
されている。これは、水中の有機物の発する蛍光を計測
することにより有機物指標濃度(COD,BOD,TOC)をモニ
タリングする装置の開発である。またクロロフィル−a
の出す赤色蛍光(クロロフィル蛍光)を計測して水域の
植物性プランクトンのみの分布を測定する方法及び装置
もすでに考案されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-89796, "Method and Apparatus for Measuring Index of Concentration of Organic Substances in Water" has also been proposed as a method using a fluorescence method. This is the development of a device that monitors the concentration of organic matter indicators (COD, BOD, TOC) by measuring the fluorescence emitted by organic matter in water. Also chlorophyll-a
A method and an apparatus for measuring the distribution of only phytoplankton in a water body by measuring red fluorescence (chlorophyll fluorescence) emitted from the water have already been devised.

以上の様に吸光法、蛍光法共に、濁りの構成員を分離
して計測する方法についての開発が行われている。
As described above, in both the absorption method and the fluorescence method, methods for separating and measuring turbid members have been developed.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、改善された三波長体積消散係数測定に
よる方法では、予め測定された値により、係数を決定し
た三波長の体積消散係数の三元連立方程式を使い、測定
される被測定水の三波長の体積消散係数の測定値を用
い、前記三元連立方程式を解いてデトリタス、植物性プ
ランクトン、溶存態有機物の濃度を計測するため、予め
決定される方程式中の係数に含まれる小さな誤差が、最
終的な計測値に大きく影響するものとなり、各係数を決
定するのに、膨大なデータが必要となり、決定された係
数の変動が少ない場合のみ精度良い計測が実現される等
の問題があった。また、蛍光法を使って植物プランクト
ンとデトリタスを分離する方法も発明されていない。
[Problem to be Solved by the Invention] However, in the method using the improved three-wavelength volume extinction coefficient measurement, the measurement is performed by using a three-dimensional simultaneous equation of the three-wavelength volume extinction coefficient whose coefficient is determined by a previously measured value. Using the measured value of the volume extinction coefficient of the three wavelengths of the water to be measured, detritus by solving the ternary simultaneous equation, phytoplankton, to measure the concentration of dissolved organic matter, a coefficient in a predetermined equation The small errors contained in the data have a large effect on the final measured value, and a large amount of data is required to determine each coefficient.Accurate measurement can be realized only when the fluctuation of the determined coefficient is small. Problems. Further, a method of separating phytoplankton and detritus using a fluorescence method has not been invented.

そこで本発明は、懸濁態物質のみを計測対象として、
濁りの中の懸濁態物質を植物性プランクトンとそれ以外
の懸濁態物質(デトリタス)との2種類の物質としてと
らえることによる水質測定方法であり、簡便であり、か
つ安定した計測方法を得ることを目的とする。
Therefore, the present invention is intended to measure only suspended substances,
This is a method for measuring water quality by treating suspended substances in turbidity as two types of substances, phytoplankton and other suspended substances (detritus), and provides a simple and stable measurement method. The purpose is to:

[課題を解決するための手段] 第1の発明に係る懸濁態物質の分離測定方法では、懸
濁態物質の指標濃度の構成を植物性プランクトン指標濃
度とそれ以外の懸濁物質であるデトリタス指標濃度との
2種類としてとらえた懸濁態物質測定方法において、 予め、植物性プランクトンの体積消散係数と植物性プ
ランクトンの指標濃度との比(τ)とデトリタスの体積
消散係数に対するデトリタスの指標濃度の比例係数
(α)を求めておき、 被測定水の体積消散係数と植物性プランクトン指標濃
度とを測定し、 測定された植物性プランクトン指標濃度より前記植物
性プランクトンの体積消散係数を求め、測定された被測
定水の体積消散係数と前記植物性プランクトンの体積消
散係数の差よりデトリタス体積消散係数を求め、デトリ
タス指標濃度を求めるものである。
[Means for Solving the Problems] In the method for separating and measuring a suspended substance according to the first invention, the indicator concentration of the suspended substance is composed of the indicator concentration of phytoplankton and the detritus which is the other suspended substance. In the method for measuring suspended solids, which is considered as two types of indicator concentrations, the ratio (τ) between the volume extinction coefficient of phytoplankton and the indicator concentration of phytoplankton (τ) and the indicator concentration of detritus to the volume extinction coefficient of detritus are determined in advance. Is determined, the volume extinction coefficient of the water to be measured and the phytoplankton index concentration are measured, and the volume extinction coefficient of the phytoplankton is determined from the measured phytoplankton index concentration. The detritus volume extinction coefficient was determined from the difference between the measured volume extinction coefficient of the measured water and the volume extinction coefficient of the phytoplankton, and the detritus index concentration was determined. Is shall.

第2の発明に係る懸濁態物質の分離測定方法では、第
1の発明に記載の懸濁態物質の分離測定方法において、 前記植物性プランクトン指標濃度を蛍光発光強度とす
るものである。
In the method for separating and measuring a suspended substance according to a second invention, in the method for separating and measuring a suspended substance according to the first invention, the phytoplankton indicator concentration is defined as a fluorescence emission intensity.

第3の発明に係る懸濁態物質の分離測定方法では、第
1又は第2の発明に記載の懸濁態物質の分離測定方法に
おいて、 前記予め求める植物性プランクトンの体積消散係数と
植物性プランクトンの指標濃度との比(τ)を被測定水
の植物性プランクトン指標濃度又は蛍光発光強度と、被
測定水の体積消散係数との相関関係の傾きより求めるも
のである。
In the method for separating and measuring a suspended substance according to a third invention, in the method for separating and measuring a suspended substance according to the first or second invention, the previously determined volume extinction coefficient of phytoplankton and phytoplankton Is determined from the slope of the correlation between the phytoplankton index concentration or the fluorescence emission intensity of the measured water and the volume extinction coefficient of the measured water.

[作用] 動物プランクトン濃度は一般水域では、植物プランク
トンやデトリタスに比べて極めて小さく、光学的測定に
おいては通常無視し得る値であり、本発明においては、
懸濁態物質をデトリタスと植物性プランクトンに分離し
て考えた場合、体積消散係数(c−cwλおよび蛍光強
度Fは、以下のように表わせる。
[Effect] The zooplankton concentration is extremely small in general waters as compared with phytoplankton and detritus, and is a value which can be usually ignored in optical measurement.
Assuming that the suspended substance is separated into detritus and phytoplankton, the volume extinction coefficient (c−c w ) λ and the fluorescence intensity F can be expressed as follows.

(c−cwλ=α(デトリタス濃度)+ β(植物性プランクトン濃度) ただし、cwは水自体の体積消散係数、λは波長を示す
サフィックス、α,βは係数(定数) F=γ(デトリタス濃度)+ δ(植物性プランクトン濃度) ただし、γ,δは係数(定数) ここで、デトリタスの蛍光強度係数γは無視できるほ
ど小さいので式は、 F=δ(植物性プランクトン濃度) と近似できる。
(C−c w ) λ = α (detritus concentration) + β (phytoplankton concentration) where c w is the volume extinction coefficient of water itself, λ is a suffix indicating wavelength, and α and β are coefficients (constants) F = γ (detritus concentration) + δ (phytoplankton concentration) where γ and δ are coefficients (constants) Here, since the fluorescence intensity coefficient γ of detritus is so small that it can be ignored, the formula is as follows: F = δ (phytoplankton concentration) Can be approximated.

また、通常生きている植物性プランクトンについて植
物性プランクトンの体積消散係数(c−cwλと植物性
プランクトンの蛍光強度(F)との比(τ)は植物プラ
ンクトンの種類に応じた一定値をとることが明らかとな
り、τは次式のように表わされる。
In addition, the ratio (τ) of the phytoplankton volume extinction coefficient (c−c w ) λ to the phytoplankton fluorescence intensity (F) of a living phytoplankton is a constant value according to the type of phytoplankton. Τ is expressed by the following equation.

τ=(c−cwλ/F=B/δ よって、前記,,式より、次式が導きだされ
る。
τ = (c−c w ) λ / F = B / δ Therefore, the following equation is derived from the above equations.

(c−cwλ=α(デトリタス濃度)+τF ここで、右辺第1項はデトリタスによる体積消散係
数、第2項は植物性プランクトンによる体積消散係数を
表わす。
(C−c w ) λ = α (detritus concentration) + τF where the first term on the right side represents the volume extinction coefficient due to detritus, and the second term represents the volume extinction coefficient due to phytoplankton.

[実施例] 一般水域の濁りの構成員は前記第1表に示す通りであ
るが、この構成員の中で特に懸濁態物質のみを計測対象
とし、かつ懸濁態物質を植物性プランクトンとデトリタ
スに大別してモニタリングする測定方法、装置を検討し
た。
[Examples] The turbidity members of the general water body are as shown in Table 1 above. Among these members, only the suspended substances are measured, and the suspended substances are phytoplankton. The measurement method and device for monitoring were roughly classified into detritus.

近赤外波長(例えば660,690nm)の吸光度や体積消散
係数(c−cwλは、懸濁態物質による散乱、吸収のみ
に影響され、溶存態物質の影響は無視できることから、
広く濁度の測定に使われている。
The λ Absorbance and volume extinction coefficient of the near-infrared wavelength (e.g. 660,690nm) (c-c w) , scattering by suspended state material is affected only to absorption, since the influence of Dissolved substances negligible,
Widely used for measuring turbidity.

しかしながら、一般海域での(c−cwλと懸濁態物
質の指標としての懸濁物乾燥重量濃度(SS)との関係
は、広域または長期のデータでは第2図に示す様なバラ
ツキを示す事が知られている。
However, the relationship between (c−c w ) λ in the general sea area and the suspended solids dry weight concentration (SS) as an indicator of suspended solids shows a variation as shown in FIG. It is known to indicate

これは、懸濁態物質の質的変化によるものである。質
的変化とは以下の事が想定される。
This is due to a qualitative change in the suspended substance. The following are assumed to be qualitative changes.

1)懸濁態物質の構成員である植物性プランクトンとデ
トリタスの構成割合の変化 2)懸濁態物質粒子の粒径と比重の変化 3)植物性プランクトンの種組成の変化 これらの質的変化は、相互に関連して変化しており、
第2図に示すような、(c−cwλと懸濁物乾燥重量濃
度(SS)との相関関係のバラツキの原因となっている。
1) Changes in the composition ratio of phytoplankton and detritus, which are members of the suspended substance 2) Changes in the particle size and specific gravity of suspended substance particles 3) Changes in the species composition of phytoplankton These qualitative changes Are changing in relation to each other,
As shown in FIG. 2, this causes a variation in the correlation between (c−c w ) λ and the dry matter concentration (SS).

しかしながらこれら全ての質的変化を対象とするモニ
タリング装置の実用化は現在の技術では難しいため、項
目1)の植物性プランクトンとデトリタスの分離計測技
術を研究対象とした。
However, the practical application of the monitoring device for all these qualitative changes is difficult with the current technology. Therefore, the separation and measurement technology of phytoplankton and detritus of item 1) was studied.

懸濁態物質を植物性プランクトンとデトリタスに大別
した場合、近赤外波長(λ=660nm)の体積消散係数
(c−cw660は以下の様に表される。
When the suspended substances are roughly classified into phytoplankton and detritus, the volume extinction coefficient (c−c w ) 660 at the near-infrared wavelength (λ = 660 nm) is expressed as follows.

(c−cw660=α(デトリタス濃度)+ β(植物性プランクトン濃度) ただし、α,βは比例係数 次にIN VIVO蛍光の測定では、436nm近傍の励起光によ
って、685nm近傍にクロロフィル−aに基づく強い蛍光
のピークが観測される事が知られている。よってこの場
合の蛍光強度(F)は、以下の様に表せる。
(C−c w ) 660 = α (detritus concentration) + β (phytoplankton concentration) where α and β are proportional coefficients. Next, in the measurement of IN VIVO fluorescence, the excitation light near 436 nm causes a chlorophyll concentration around 685 nm. It is known that a strong fluorescence peak based on a is observed. Therefore, the fluorescence intensity (F) in this case can be expressed as follows.

ただし、γ,δは比例係数、サフィックス436は励起
波長436nmを示すサフィックス、サフィックス685は蛍光
波長685nmを示すサフィックス ここで各比例係数がどの程度の数値となるかを以下の
実験より検討した。
Here, γ and δ are proportional coefficients, suffix 436 is a suffix indicating an excitation wavelength of 436 nm, and suffix 685 is a suffix indicating a fluorescent wavelength of 685 nm.

(実施例1) まず東京湾芝浦埠頭の海水を採取し、通気培養により
ケイ藻類であるスケレトネマを培養した。培養中の対数
増殖期にあるスケレトネマは、活力のあるスケレトネマ
が多く、死亡細胞に基くデトリタスは相対的に少ないと
考えられる。
(Example 1) First, seawater at Tokyo Bay Shibaura Wharf was collected, and skeleton skeleton, which was a diatom, was cultured by aeration culture. Skeletonema in the logarithmic growth phase during culture is considered to have more viable skeletonetema and relatively less detritus based on dead cells.

この対数増殖期の培養水をサンプリングし、クロロフ
ィル−a、細胞数、660nmの吸光度、蛍光強度を測定し
た。結果を次の第3図、第4図に示す。第3図は培養し
たスケレトネマの細胞数と吸光度(Log(1/T))の相関
関係を示す線図、第4図は培養したスケレトネマの細胞
数(個/ml)と蛍光強度の相関関係を示す線図を示す。
The culture water in the logarithmic growth phase was sampled, and chlorophyll-a, the number of cells, absorbance at 660 nm, and fluorescence intensity were measured. The results are shown in FIGS. 3 and 4 below. FIG. 3 is a graph showing the correlation between the number of cultured skeletonetema cells and the absorbance (Log (1 / T)), and FIG. 4 is a graph showing the correlation between the number of cultured skeletonetema cells (cells / ml) and the fluorescence intensity. FIG.

この場合、式の植物性プランクトン濃度を細胞数で
示し、培養水のデトリタス濃度が無視できる程小さいと
仮定すれば、式、式は以下のように示される。
In this case, assuming that the concentration of phytoplankton in the formula is indicated by the number of cells and that the detritus concentration of the culture water is negligibly small, the formula is expressed as follows.

(c−cw660=β(植物性プランクトン濃度) ただし、βは比例係数 ここで、(c−cw660、(Log(1/T))は以下の関
係があるので、吸光度(Log(1/T))より(c−cw
660を求めることが出来る。
(C−c w ) 660 = β (phytoplankton concentration) where β is a proportional coefficient Here, since (c−c w ) 660 and (Log (1 / T)) have the following relationship, (c−c w ) is calculated from the absorbance (Log (1 / T)).
660 can be requested.

(c−cw660=(2.3/L)*(Log(1/T)) ただし、L:光路長(0.1m) 式の関係を利用し、前記第3図、第4図より、前記
,式の比例係数β,δはスケレトネマの場合それぞ
れ以下の値となった。
(C−c w ) 660 = (2.3 / L) * (Log (1 / T)) where L: optical path length (0.1 m) is used, and from FIG. 3 and FIG. , And the proportional coefficients β and δ in the formulas were the following values in the case of Skeletonema.

β=4.6*10-5(m-1/cells) δ=30*10-5(mV/cells) 次に同様の方法でクロレラを培養し、スケレトネマと
同様にクロロフィル−a、細胞数、660nmの吸光度、蛍
光強度を測定した。結果を第5図、第6図に示す。
β = 4.6 * 10 -5 (m -1 / cells) δ = 30 * 10 -5 (mV / cells) Next, chlorella was cultured in the same manner, and chlorophyll-a, cell number, Absorbance and fluorescence intensity were measured. The results are shown in FIG. 5 and FIG.

第5図、第6図より、比例係数β,δはクロレラの場
合それぞれ以下の値となった。
5 and 6, the proportional coefficients β and δ were as follows in the case of chlorella.

β=0.69*10-5(m−1/cells) δ=10*10-5(mV/cells) さらに、クロレラ培養槽には、培養末期の1日間100m
lビンを水槽底部に設置し、デトリタスを採取した。こ
の試水にはデトリタスとクロレラが混在するが、顕微鏡
観察の結果フロック状のデトリタスが主であり、その中
に混在するクロレラ濃度は15.5*104cells/mlであっ
た。以下にデトリタス試水のデータを示す。
β = 0.69 * 10 −5 (m−1 / cells) δ = 10 * 10 −5 (mV / cells) In addition, the chlorella culture tank has 100 m
A bottle was placed at the bottom of the aquarium to collect detritus. Detritus and chlorella were mixed in this sample, but as a result of microscopic observation, floc-shaped detritus was mainly present, and the concentration of chlorella mixed therein was 15.5 * 10 4 cells / ml. The data of the detritus sample is shown below.

クロレラ細胞数 15.5*104cells/ml 660nm吸光度 1.50(10cmセル) 蛍光強度 18mV 懸濁物乾燥重量濃度(SS) 248mg/l 上記デトリタス試水の660nm吸光度,蛍光強度データ
より、クロレラによる吸光度,蛍光強度を差し引くとデ
トリタスによる体積消散係数(c−cw660,蛍光強度は
それぞれ以下の値となっった。
Chlorella cell count 15.5 * 10 4 cells / ml 660nm absorbance 1.50 (10cm cell) Fluorescence intensity 18mV Suspension dry weight concentration (SS) 248mg / l Absorbance by Chlorella based on 660nm absorbance and fluorescence intensity data of the above detritus sample water When the intensity was subtracted, the volume extinction coefficient (c−c w ) 660 due to detritus and the fluorescence intensity were as follows.

デトリタスによる(c−cw660 =1.50*2.3/0.1−(0.69*10-5*15.5*104) =33.43m-1 デトリタスによる蛍光強度 =18−15.5*104*10*10-5=2.5mV ここで、単位当りの蛍光量に対する660nmの体積消散
係数の割合を比(τ)として定め、第2表に前記スケレ
トネマ,クロレラ,デトリタスそれぞれの試水のτ=
(τ=(c−cw660/蛍光強度(F))を整理した。
(C−c w ) by detritus 660 = 1.50 * 2.3 / 0.1− (0.69 * 10 −5 * 15.5 * 10 4 ) = 33.43 m −1 Fluorescence intensity by detritus = 18−15.5 * 10 4 * 10 * 10 −5 = 2.5 mV Here, the ratio of the volume extinction coefficient at 660 nm to the amount of fluorescence per unit is defined as a ratio (τ), and Table 2 shows that τ of the sample water of each of the skeletonet, chlorella and detritus is shown in Table 2.
(Τ = (c−c w ) 660 / fluorescence intensity (F)) was arranged.

第2表に示すように植物性プランクトンとデトリタス
では、(τ)の値が非常に異なるという重要な知見が得
られた。デトリタスでは、13.37と生きたクロレラ細胞
とは大きな差を示した。
As shown in Table 2, an important finding was obtained that the value of (τ) was very different between phytoplankton and detritus. Detritus showed a significant difference between 13.37 and live chlorella cells.

死亡した植物性プランクトン細胞は、急激な自己消化
によってクロロフィル−aを含む細胞内部が分解され、
ついには蛍光の発生がなくなるが、(c−cw660は、
平行光束の透過程度を表す指標てあり、細胞の大きさ
(投影面積)と濃度に影響され、植物性プランクトンの
生死の別によっての変化は少ないことが本実験から明ら
かとなり、かつτの値は植物プランクトンの種類によっ
て異ることも明らかとなった。
The dead phytoplankton cells are degraded by the rapid autolysis of the cells containing chlorophyll-a,
Eventually, the generation of fluorescence disappears, but (c−c w ) 660 is
It is an index that indicates the degree of transmission of the parallel light beam. It is evident from this experiment that there is little change depending on whether the phytoplankton is alive or dead, depending on the cell size (projected area) and concentration, and the value of τ is It also became clear that it depends on the type of phytoplankton.

以上得られた知見を整理すると、次のようになる。 The following is a summary of the findings obtained above.

懸濁態物質をデトリタスと植物性プランクトンに分離
して考えた場合、体積消散係数(c−cw)λおよび蛍光
強度Fは以下のように表わせる。
Assuming that the suspended substance is separated into detritus and phytoplankton, the volume extinction coefficient (c−c w ) λ and the fluorescence intensity F can be expressed as follows.

(c−cwλ=α(デトリタス濃度)+ β(植物性プランクトン濃度) ただし、α,βは比例係数 ただし、γ,δは比例係数、λは励起波長λは蛍
光受光波長を示すサフィックス ここで、デトリタスの蛍光強度係数γは無視できるほ
ど小さいことが明らかとなったため式は と近似できる。
(C−c w ) λ = α (detritus concentration) + β (phytoplankton concentration) where α and β are proportional coefficients Here, γ and δ are proportional coefficients, λ 1 is a suffix indicating the excitation wavelength λ 2 is the fluorescence receiving wavelength. Here, it has been clarified that the fluorescence intensity coefficient γ of detritus is so small that it can be ignored. Can be approximated.

また、植物性プランクトンの種類によってτは各々異
った値をとることが前記より明かとなったため、植物プ
ランクトンに基づくτは以下のように表わされる。
Further, it has become clear from the above that τ takes different values depending on the type of phytoplankton, so τ based on phytoplankton is expressed as follows.

,,式より、 ここで、右辺第1項はデトリタスによる体積消散係
数、第2項は植物性プランクトンによる体積消散係数を
表わす。
From the formula, Here, the first term on the right side represents the volume extinction coefficient due to detritus, and the second term represents the volume extinction coefficient due to phytoplankton.

よって、事前に計測対象試水について、α,τを決定
しておけば、 を計測することにより、試水のデトリタス濃度および植
物性プランクトン濃度を連続的に計測することができ
る。
Therefore, if α and τ are determined in advance for the sample water to be measured, By measuring, the detritus concentration and the phytoplankton concentration of the test water can be continuously measured.

また、後述するように、海域での植物性プランクトン
の増減により、 の相関関係の傾きから、直接τを求めることが出来、こ
れを利用してデトリタス相対濃度を計測することができ
る。
Also, as described below, the increase and decrease of phytoplankton in the sea area, Can be obtained directly from the slope of the correlation, and the detritus relative concentration can be measured using this.

(実施例2) 前述の計測方法に基づき、一般海域における実証試験
を行うため、第1図に示す装置を制作した。
(Example 2) Based on the above-described measurement method, an apparatus shown in Fig. 1 was produced in order to perform a verification test in a general sea area.

第1図は計測装置の概要を示す説明図であり、図にお
いて、(1)の光源の光は一方はレンズ系(2)によっ
て平行にかえられ出射窓(6)より試料(水)中に照射
される。出射した光は試料中の懸濁物による散乱や溶存
態有機物による吸収によって減衰した状態で受光窓(1
4)に達し、レンズ系(15)ピンホールフィルタ系(1
6)によって所定の波長の光が光検出器(17)に達す
る。この(17)の出力と(5)の出力より(c−cwλ
が算出される。
FIG. 1 is an explanatory view showing an outline of a measuring apparatus. In the figure, one of the light sources (1) is changed in parallel by a lens system (2) and is emitted from a light exit window (6) into a sample (water). Irradiated. The emitted light is attenuated due to scattering by suspended matter in the sample and absorption by dissolved organic matter, and the light-receiving window (1
4), lens system (15) pinhole filter system (1
By 6), light of a predetermined wavelength reaches the photodetector (17). From the output of (17) and the output of (5), (c−c w ) λ
Is calculated.

一方、蛍光を測定するための光は、光源(1)より
(3)のレンズ系を通り、フィルタ(4)によって励起
波長λの光のみが出射光(7)から出射される。この励
起光によつて発生した蛍光は試料窓(13)から蛍光入射
窓(8)を通り所定の波長以外の光はフィルタ系(9)
でカットされ、必要な蛍光のみがレンズ系(10)を通
り、蛍光受光部で検知される。光源の輝度変化は光源光
検出器(5)の出力から常に補正されている。(5),
(11),(17)からの出力により、前述の計測方法によ
り、植物性プランクトン濃度、デトリタス濃度が連続自
動的に計測される。
On the other hand, light for measuring fluorescence passes from the light source (1) through the lens system (3), and only light of the excitation wavelength λ is emitted from the emitted light (7) by the filter (4). Fluorescence generated by the excitation light passes from the sample window (13) through the fluorescence entrance window (8), and light other than a predetermined wavelength is filtered by the filter system (9).
And only the necessary fluorescence passes through the lens system (10) and is detected by the fluorescence receiving unit. The luminance change of the light source is always corrected from the output of the light source photodetector (5). (5),
From the outputs from (11) and (17), the phytoplankton concentration and the detritus concentration are continuously and automatically measured by the above-described measuring method.

(実施例3) 隅田川河口部に上記装置を設置(水深1m)し、8月24
日〜8月30日の6日間体積消散係数(λ=660nm)と蛍
光強度(励起光強度436nm,蛍光波長685nm)を連続的に
計測した。この計測のうち8月25日と8月28日の24時間
の体積消散係数と蛍光強度の経時変化を第7図、第8図
に示す。図において、●は蛍光強度、×は体積消散係数
である。
(Example 3) The above equipment was installed at the mouth of the Sumida River (water depth 1m),
The volume extinction coefficient (λ = 660 nm) and the fluorescence intensity (excitation light intensity 436 nm, fluorescence wavelength 685 nm) were continuously measured for 6 days from August to August 30. FIG. 7 and FIG. 8 show the time-dependent changes of the volume extinction coefficient and the fluorescence intensity over 24 hours on August 25 and August 28 of this measurement. In the figure, ● represents the fluorescence intensity and × represents the volume extinction coefficient.

両日の水質変化は非常に異なるパターンを示した。 The water quality changes on both days showed very different patterns.

8/25の変化を見ると(c−cw660が大きな増加を示
すが、蛍光強度の変化はほとんどなく、(c−cw660
の変化が激しく、濁りが12時にピークに達した。(c−
cw660の変化にもかかわらず、蛍光強度はほとんど変
化していない。一方、8/28には、(c−cw660の変化
と蛍光強度の変化は一定の関係を持って連動して変動し
た。
Looking at the change on 8/25, (c−c w ) 660 shows a large increase, but there is almost no change in the fluorescence intensity, and (c−c w ) 660
Changes drastically and turbidity peaked at 12:00. (C-
c w ) Despite the change of 660 , the fluorescence intensity has hardly changed. On the other hand, on August 28, the change in (c−c w ) 660 and the change in the fluorescence intensity fluctuated in a linked manner.

次に、(c−cw660と蛍光強度の散布図を第9図に
示す。図中、■は8/25のデータ、●は8/28のデータであ
る。8/28のデータは第10図上でほぼ直線的に分布してお
り、回帰直線を計算すると、以下の直線が求まる。
Next, FIG. 9 shows a scatter diagram of (c−c w ) 660 and the fluorescence intensity. In the figure, Δ indicates data on 8/25, and ● indicates data on 8/28. The data of 8/28 is distributed almost linearly in FIG. 10, and when the regression line is calculated, the following line is obtained.

式と式とを比較すると、τ=0.163が得られる。
この値は培養実験(実施例1)でのスケレトネマの値と
ほぼ等しい値となり、実施例1では種類によって植物性
プランクトンのτ値は一定値を示すことが明らかであ
り、実際の試水を検鏡した結果でも、優占種はスケレト
ネマであり、実施例1で検討したのと同種のプランクト
ンであった。8/28のデータでは、デトリタスによる(c
−cw660はほぼ一定で2.6となり、植物性プランクトン
による(c−cw660が大きく変化したと考えられる。
Comparing the equations, one obtains τ = 0.163.
This value is almost equal to the value of skeletonema in the culture experiment (Example 1). In Example 1, it is clear that the τ value of phytoplankton shows a constant value depending on the type. In the mirror result, the dominant species was skeletonema, which was the same type of plankton as examined in Example 1. In the data of 8/28, by detritus (c
−c w ) 660 was almost constant at 2.6, and it is considered that (c−c w ) 660 due to phytoplankton changed significantly.

第10図に8/28のデータより蛍光強度とクロロフィル−
aの相関を示す線図を示す。図に示すように、相関係係
0.95と蛍光強度とクロロフィル−aに良好な相関関係が
あり、蛍光強度は植物性プランクトン濃度の増減を表わ
していることが明かである。
FIG. 10 shows the fluorescence intensity and chlorophyll-
3 shows a diagram illustrating the correlation of a. As shown in the figure,
There is a good correlation between 0.95 and the fluorescence intensity and chlorophyll-a, and it is clear that the fluorescence intensity indicates an increase or decrease in the phytoplankton concentration.

次に8/25も植物プランクトンの優占種はスケレトネマ
であり、すでに得られたτ=0.163の値より、以下の式
が得られる。
Next, on August 25, the dominant species of phytoplankton is skeletonema, and the following formula is obtained from the value of τ = 0.163 already obtained.

上記実施例1に示すように、予め測定水域の植物性プ
ランクトンに基づくτを決定しておけば、 の連続的計測値から、デトリタス相対濃度{α(デトリ
タス濃度)}を連続的に計測することができる。
As shown in Example 1 above, if τ based on phytoplankton in the measurement water area is determined in advance, Can be continuously measured from the continuously measured values of the detritus relative concentration {α (detritus concentration)}.

また、事前に、デトリタス濃度の指標として、例えば
懸濁物乾燥重量濃度(SS)をとり、式に代入すれば以
下の式が得られる。
In addition, for example, a suspension dry weight concentration (SS) is taken as an index of the detritus concentration in advance, and is substituted into the expression to obtain the following expression.

このαを検量線により事前に決定しておけばデトリタ
ス濃度を懸濁物乾燥重量濃度(SS)に変換することがで
き、デトリタスの懸濁物乾燥重量濃度(SS)を連続的に
計測することができる。
If this α is determined in advance by a calibration curve, the detritus concentration can be converted to the suspension dry weight concentration (SS), and the suspension dry weight concentration (SS) of detritus can be measured continuously. Can be.

[発明の効果] 本発明は以上説明したとおり、事前に計測対象試水に
ついて、α,τを決定しておけば、 を計測することにより、試水のデトリタス濃度および植
物性プランクトン濃度を分離して各々連続的に計測する
ことができる。
[Effects of the Invention] As described above, the present invention determines α and τ for a sample water to be measured in advance. By measuring, the detritus concentration and the phytoplankton concentration of the test water can be separately measured continuously.

また、一般海域での植物性プランクトンの増減によ
り、 の相関関係の傾きから直接τを求めることができ、これ
を利用してデトリタス濃度を計測することができる。こ
のことは、工事等により、発生する土粒子等の濃度と天
然水、特に植物プランクトンの濃度とを分離して計測で
き、工事による環境への影響のみを連続的に計測するこ
とが可能となる。
Also, due to the increase and decrease of phytoplankton in the general sea area, Can be obtained directly from the slope of the correlation of, and this can be used to measure the detritus concentration. This means that the concentration of generated soil particles and the like and the concentration of natural water, especially phytoplankton, can be measured separately by construction, and only the environmental impact of construction can be measured continuously. .

さらに、前記の方法を使用する装置によって、フィー
ルドで容易に懸濁態物質の構成員を分離して測定するこ
とが可能である等の効果がある。
Further, the apparatus using the above-described method has another effect that it is possible to easily separate and measure the components of the suspended substance in the field.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は計測装置の概要を示す説明図、第2図は一般海
域での体積消散係数と懸濁物乾燥重量濃度(SS)との関
係を示す線図、第3図は培養したスケレトネマの細胞数
と吸光度(Log(1/T))の相関関係を示す線図、第4図
は培養したスケレトネマの細胞数と蛍光強度の相関関係
を示す線図、第5図は培養したクロレラの細胞数と蛍光
強度の相関関係を示す線図、第6図培養したクロレラの
細胞数と蛍光強度の相関関係を示す線図、第7図は隅田
川河口部の体積消散係数と蛍光強度の経時変化を示す線
図、第8図は第7図と同じ場所での別の測定日の体積消
散係数と蛍光強度の経時変化を示す線図、第9図は第7,
8図の(c−cw660と蛍光強度の散布を示す線図、第10
図は蛍光強度とクロロフィル−aの相関を示す線図であ
る。 図において、(1)は光源、(2),(3),(10),
(15)はレンズ、(4),(9),(16)はフィルタ、
(5)は光源光検出器、(6)は平行光出射窓、(7)
は励起光出射窓、(8)は蛍光受光窓、(11)は蛍光検
出器、(12),(13)は被測定水水中、(14)は透過光
受光窓、(17)は透過光検出器である。
FIG. 1 is an explanatory view showing an outline of a measuring device, FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a volume extinction coefficient in a general sea area and a suspended matter dry weight concentration (SS), and FIG. Diagram showing the correlation between the number of cells and the absorbance (Log (1 / T)), FIG. 4 shows a diagram showing the correlation between the number of cultured skeletonema cells and the fluorescence intensity, and FIG. 5 shows the cells of the cultured chlorella FIG. 6 is a graph showing the correlation between the number of cells and the fluorescence intensity, FIG. 6 is a graph showing the correlation between the number of cells of cultured chlorella and the fluorescence intensity, and FIG. FIG. 8 is a diagram showing the time-dependent changes of the volume extinction coefficient and the fluorescence intensity on another measurement day at the same place as in FIG. 7, and FIG.
A diagram showing the distribution of the fluorescence intensity with (c−c w ) 660 in FIG.
The figure is a diagram showing the correlation between the fluorescence intensity and chlorophyll-a. In the figure, (1) is a light source, (2), (3), (10),
(15) is a lens, (4), (9) and (16) are filters,
(5) is a light source light detector, (6) is a parallel light exit window, (7)
Is the excitation light emission window, (8) is the fluorescence reception window, (11) is the fluorescence detector, (12) and (13) are the water to be measured, (14) is the transmitted light reception window, and (17) is the transmitted light It is a detector.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−71339(JP,A) 特開 昭60−100033(JP,A) 特開 平2−190746(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 21/00 - 21/74 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-61-71339 (JP, A) JP-A-60-100033 (JP, A) JP-A-2-190746 (JP, A) (58) Investigation Field (Int.Cl. 6 , DB name) G01N 21/00-21/74

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】懸濁態物質の指標濃度の構成を植物性プラ
ンクトン指標濃度とそれ以外の懸濁物質であるデトリタ
ス指標濃度との2種類としてとらえた懸濁態物質測定方
法において、 予め、植物性プランクトンの体積消散係数と植物性プラ
ンクトンの指標濃度との比(τ)とデトリタスの体積消
散係数に対するデトリタスの指標濃度の比例係数(α)
を求めておき、 被測定水の体積消散係数と植物性プランクトン指標濃度
とを測定し、 測定された植物性プランクトン指標濃度より前記植物性
プランクトンの体積消散係数を求め、 測定された被測定水の体積消散係数と前記植物性プラン
クトンの体積消散係数の差よりデトリタス体積消散係数
を求め、 デトリタス指標濃度を求めることを特徴とする懸濁態物
質の分離測定方法。
1. A method for measuring a suspended substance in which the indicator concentration of a suspended substance is regarded as two types, namely, a phytoplankton index concentration and a detritus index concentration which is another suspended substance. Ratio between the volume extinction coefficient of phytoplankton and the indicator concentration of phytoplankton (τ) and the proportional coefficient of the indicator concentration of detritus to the volume extinction coefficient of detritus (α)
The volume extinction coefficient of the measured water and the phytoplankton index concentration are measured, and the volume extinction coefficient of the phytoplankton is obtained from the measured phytoplankton index concentration, A method for separating and measuring suspended substances, wherein a detritus volume extinction coefficient is determined from a difference between a volume extinction coefficient and a volume extinction coefficient of the phytoplankton, and a detritus index concentration is determined.
【請求項2】請求項1に記載の懸濁態物質の分離測定方
法において、 前記植物性プランクトン指標濃度を蛍光発光強度とする
ことを特徴とする懸濁態物質の分離測定方法。
2. The method for separating and measuring a suspended substance according to claim 1, wherein the phytoplankton indicator concentration is a fluorescence emission intensity.
【請求項3】請求項1又は2に記載の懸濁態物質の分離
測定方法において、 前記予め求める植物性プランクトンの体積消散係数と植
物性プランクトンの指標濃度との比(τ)を、被測定水
の植物性プランクトン指標濃度又は蛍光発光強度と、被
測定水の体積消散係数との相関関係の傾きより求めるこ
とを特徴とする懸濁態物質の分離測定方法。
3. The method for separating and measuring a suspended substance according to claim 1 or 2, wherein the ratio (τ) between the volume extinction coefficient of phytoplankton and the indicator concentration of phytoplankton, which is determined in advance, is measured. A method for separating and measuring suspended substances, wherein the method is obtained from a slope of a correlation between a phytoplankton index concentration or a fluorescence emission intensity of water and a volume extinction coefficient of water to be measured.
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