JP3335776B2 - 水質測定方法および水質測定装置 - Google Patents
水質測定方法および水質測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中の浮遊物質濃度，
酸化態窒素濃度，クロロフィルａ濃度，有機炭素濃度
を、散乱光および蛍光の検出により測定する方法と、多
項目水質の同時測定可能な装置に関する。
酸化態窒素濃度，クロロフィルａ濃度，有機炭素濃度
を、散乱光および蛍光の検出により測定する方法と、多
項目水質の同時測定可能な装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、産業の高度化に伴う様々な工場廃
水による微量汚染や農薬汚染、さらに家庭廃水による湖
沼や海洋の富栄養化等、水質汚濁が深刻になっており、
これらの水域の現象解析や制御を行なうに当たって、広
域的かつ連続的な水質分布のデータ収集が必須となって
いる。
水による微量汚染や農薬汚染、さらに家庭廃水による湖
沼や海洋の富栄養化等、水質汚濁が深刻になっており、
これらの水域の現象解析や制御を行なうに当たって、広
域的かつ連続的な水質分布のデータ収集が必須となって
いる。
【０００３】これらの取水試料の各水質項目に関する測
定は、次のように行なわれることが一般に知られてい
る。 浮遊物質は不溶解性懸濁物質として知られ、孔径１
μｍの濾紙で濾過したときの残留物として測定されてい
る。浮遊物質は濁度に関係が深く、濁度は濁度計により
６６０ｎｍ付近の吸光度で測定することが行なわれてい
る。
定は、次のように行なわれることが一般に知られてい
る。 浮遊物質は不溶解性懸濁物質として知られ、孔径１
μｍの濾紙で濾過したときの残留物として測定されてい
る。浮遊物質は濁度に関係が深く、濁度は濁度計により
６６０ｎｍ付近の吸光度で測定することが行なわれてい
る。
【０００４】 酸化態窒素は硝酸性窒素と亜硝酸性窒
素のことであり、紫外線を吸収することから、紫外線の
吸光度の検出により測定される。 クロロフィルａはＳｃｏｒ／Ｕｎｅｓｃｏ法もしく
はＬｏｒｅｎｚｅｎ法として知られているように、アセ
トンで抽出後、６３０〜７５０ｎｍの吸光度の検出によ
り測定されている。また、実験レベルでは蛍光分光光度
計を用いたクロロフィルａの測定も試みられている。
素のことであり、紫外線を吸収することから、紫外線の
吸光度の検出により測定される。 クロロフィルａはＳｃｏｒ／Ｕｎｅｓｃｏ法もしく
はＬｏｒｅｎｚｅｎ法として知られているように、アセ
トンで抽出後、６３０〜７５０ｎｍの吸光度の検出によ
り測定されている。また、実験レベルでは蛍光分光光度
計を用いたクロロフィルａの測定も試みられている。
【０００５】 有機炭素を含む有機物のうち、不飽和
結合を有するものは、紫外線を吸収することから、吸光
度の検出により測定される。
結合を有するものは、紫外線を吸収することから、吸光
度の検出により測定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記〜の
測定方法に共通する問題は、従来の光学的手法による水
質測定が主として吸光度の測定に依存しているが、吸光
度の測定は、長期にわたる連続測定に適していないこと
である。即ち、吸光度の測定にはセルを用いる必要があ
り、セルに汚れが付着すると測定精度が悪化するという
欠点があるからである。
測定方法に共通する問題は、従来の光学的手法による水
質測定が主として吸光度の測定に依存しているが、吸光
度の測定は、長期にわたる連続測定に適していないこと
である。即ち、吸光度の測定にはセルを用いる必要があ
り、セルに汚れが付着すると測定精度が悪化するという
欠点があるからである。
【０００７】また、上記〜に対応する各水質測定法
について、個別の問題は以下の通りである。 浮遊物質には生物性のものや鉱物性のものがあり、
浮遊物質の由来によって光の吸収特性が異なる。従来の
濁度計による測定では、この点が考慮されておらず、濁
度を浮遊物質濃度に換算するに当たって、浮遊物質の組
成の違いが測定精度を向上させる上での問題となってい
る。
について、個別の問題は以下の通りである。 浮遊物質には生物性のものや鉱物性のものがあり、
浮遊物質の由来によって光の吸収特性が異なる。従来の
濁度計による測定では、この点が考慮されておらず、濁
度を浮遊物質濃度に換算するに当たって、浮遊物質の組
成の違いが測定精度を向上させる上での問題となってい
る。
【０００８】 酸化態窒素を紫外線の吸光度により測
定する場合、試料水中の有機物や濁度により吸光度が影
響を受けるので、測定精度の向上に対する問題となる。 アセトン抽出によるクロロフィルａの測定は、測定
に時間を要するため、水質モニタリング等の用途には不
適当であり、より簡便な測定法が望まれる。 有機炭素を紫外線の吸光度により測定する場合、試
料水中の濁度成分により吸光度が影響されるので、測定
精度の向上における問題となっている。
定する場合、試料水中の有機物や濁度により吸光度が影
響を受けるので、測定精度の向上に対する問題となる。 アセトン抽出によるクロロフィルａの測定は、測定
に時間を要するため、水質モニタリング等の用途には不
適当であり、より簡便な測定法が望まれる。 有機炭素を紫外線の吸光度により測定する場合、試
料水中の濁度成分により吸光度が影響されるので、測定
精度の向上における問題となっている。
【０００９】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、吸光度を用いる測定方法の欠点を除
去し、複数波長の散乱光強度と蛍光強度から、多項目の
水質を測定する方法と、これらを同時に測定する装置を
提供することにある。
あり、その目的は、吸光度を用いる測定方法の欠点を除
去し、複数波長の散乱光強度と蛍光強度から、多項目の
水質を測定する方法と、これらを同時に測定する装置を
提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の方法は散乱光に着目し試料水に対して、 ａ．２波長の散乱光強度を測定し、浮遊物質の組成の違
いによる光の吸収特性の差異を補正する演算処理を行な
って浮遊物質濃度を測定する。 ｂ．２波長の散乱光強度を測定し、濁度成分、有機物に
よる酸化態窒素の紫外線吸収特性への影響を補正する演
算処理を行なって酸化態窒素濃度を測定する。
め、本発明の方法は散乱光に着目し試料水に対して、 ａ．２波長の散乱光強度を測定し、浮遊物質の組成の違
いによる光の吸収特性の差異を補正する演算処理を行な
って浮遊物質濃度を測定する。 ｂ．２波長の散乱光強度を測定し、濁度成分、有機物に
よる酸化態窒素の紫外線吸収特性への影響を補正する演
算処理を行なって酸化態窒素濃度を測定する。
【００１１】ｃ．クロロフィルａによる１波長の蛍光強
度を測定し、演算処理を行なってクロロフィルａ濃度を
測定する。 ｄ．２波長の散乱光強度を測定し、濁度成分による有機
炭素の紫外線吸収特性への影響を補正する演算処理を行
なって有機炭素濃度を測定する。 本発明の測定装置は、試料水に対して、第一分光器によ
り選択的に取り出した波長の光を水面上から照射し、そ
の散乱光を同じく水面上で検出する非接触型とし、セル
が不要であり、上記各濃度の同時測定が可能である。
度を測定し、演算処理を行なってクロロフィルａ濃度を
測定する。 ｄ．２波長の散乱光強度を測定し、濁度成分による有機
炭素の紫外線吸収特性への影響を補正する演算処理を行
なって有機炭素濃度を測定する。 本発明の測定装置は、試料水に対して、第一分光器によ
り選択的に取り出した波長の光を水面上から照射し、そ
の散乱光を同じく水面上で検出する非接触型とし、セル
が不要であり、上記各濃度の同時測定が可能である。
【００１２】
【作用】波長λにおける試料水の散乱光強度をＩ，脱イ
オン水の散乱光強度をＩW ，標準試料の散乱光強度をＩ
S とすると、脱イオン水の散乱光強度に対する試料水お
よび標準試料の散乱光強度増加量は、それぞれＩ−
ＩW ，ＩS −ＩW と表わされれ、波長λの散乱光は、 という演算を行なうことにより、標準試料の散乱光増加
量に対する比として基準化される。ここでＥは基準化さ
れた散乱光増加量として、これに基づき上記各濃度を求
める演算処理を行なう。
オン水の散乱光強度をＩW ，標準試料の散乱光強度をＩ
S とすると、脱イオン水の散乱光強度に対する試料水お
よび標準試料の散乱光強度増加量は、それぞれＩ−
ＩW ，ＩS −ＩW と表わされれ、波長λの散乱光は、 という演算を行なうことにより、標準試料の散乱光増加
量に対する比として基準化される。ここでＥは基準化さ
れた散乱光増加量として、これに基づき上記各濃度を求
める演算処理を行なう。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。図
１に本発明による多項目水質同時測定装置の要部構成を
表わす模式図を示す。図１において、この装置は主とし
て、例えばキセノンランプのような紫外から可視域にわ
たる単一光源１，光源１が発する光から任意の波長を選
択的に取り出すことができる第一分光器２，第一分光器
２により分光された光を集光する集光レンズ３，集光レ
ンズ３により集光された光を試料用暗室５へ導く励起用
グラスファイバー４，図示してないポンプにより汲み上
げられた試料水が導入される試料用暗室５，試料用暗室
５内の水面で第一分光器２により分光された光の照射を
受けて発する散乱光を、検出用グラスファイバー６によ
り導き散乱光の中から任意の波長を選択的に取り出すこ
とができる第二分光器７，第二分光器７により分光され
た光を集光する凹面鏡８，凹面鏡８により集光された散
乱光をその強度に応じた電気信号に変換し、順番に波長
を切替え、図示してない演算装置へその情報伝達を行な
う光電変換素子９から構成される。この装置における複
数の波長の測定は、第一分光器２および第二分光器７を
操作し、順次波長を切替えることにより行なわれる。
１に本発明による多項目水質同時測定装置の要部構成を
表わす模式図を示す。図１において、この装置は主とし
て、例えばキセノンランプのような紫外から可視域にわ
たる単一光源１，光源１が発する光から任意の波長を選
択的に取り出すことができる第一分光器２，第一分光器
２により分光された光を集光する集光レンズ３，集光レ
ンズ３により集光された光を試料用暗室５へ導く励起用
グラスファイバー４，図示してないポンプにより汲み上
げられた試料水が導入される試料用暗室５，試料用暗室
５内の水面で第一分光器２により分光された光の照射を
受けて発する散乱光を、検出用グラスファイバー６によ
り導き散乱光の中から任意の波長を選択的に取り出すこ
とができる第二分光器７，第二分光器７により分光され
た光を集光する凹面鏡８，凹面鏡８により集光された散
乱光をその強度に応じた電気信号に変換し、順番に波長
を切替え、図示してない演算装置へその情報伝達を行な
う光電変換素子９から構成される。この装置における複
数の波長の測定は、第一分光器２および第二分光器７を
操作し、順次波長を切替えることにより行なわれる。
【００１４】以上のように、本発明の装置は、散乱光を
利用した非接触型とすることにより、測定用のセルが不
要となるので、汚れの付着に起因して測定精度が低下す
るのを防ぎ、装置のメンテナンスに要する手間を最小限
で済ますことができる。図２は、試料用暗室５を説明す
るために、その要部構成を示す模式断面図であり、図１
と共通部分に同一符号を用いてある。図２において、試
料水１０は自由水面１１を有し、励起用グラスファイバ
ー４により導かれた光は、自由水面１１上から試料水１
０に照射され、同じく自由水面１１上に設置された検出
用グラスファイバー６によって集光され、第二分光器７
へ導入される。この試料用暗室５は、自由水面１１の乱
れによる散乱光強度の変動を最小限にするため仕切り板
１２を設置し、図示してないポンプにより導入された試
料水１０は、仕切り板１２の間を垂直方向に迂流する構
造となっている。図２の点線の矢印は試料水１０の流れ
方向を示す。
利用した非接触型とすることにより、測定用のセルが不
要となるので、汚れの付着に起因して測定精度が低下す
るのを防ぎ、装置のメンテナンスに要する手間を最小限
で済ますことができる。図２は、試料用暗室５を説明す
るために、その要部構成を示す模式断面図であり、図１
と共通部分に同一符号を用いてある。図２において、試
料水１０は自由水面１１を有し、励起用グラスファイバ
ー４により導かれた光は、自由水面１１上から試料水１
０に照射され、同じく自由水面１１上に設置された検出
用グラスファイバー６によって集光され、第二分光器７
へ導入される。この試料用暗室５は、自由水面１１の乱
れによる散乱光強度の変動を最小限にするため仕切り板
１２を設置し、図示してないポンプにより導入された試
料水１０は、仕切り板１２の間を垂直方向に迂流する構
造となっている。図２の点線の矢印は試料水１０の流れ
方向を示す。
【００１５】次に、この装置を用いた各水質項目におけ
る水質測定方法について述べる。本発明の方法は、散乱
光を利用するものであり、散乱光は一般に濁度成分が増
加する程、その強度が増すことが知られており、波長λ
における試料水の散乱光強度をＩ，脱イオン水の散乱光
強度をＩW ，標準試料の散乱光強度をＩS とすると、脱
イオン水の散乱光強度に対する試料水および標準試料の
散乱光強度増加量は、それぞれＩ−ＩW ，ＩS −ＩW と
表わされる。したがって、波長λの散乱光は、 という演算を行なうことにより、標準試料の散乱光増加
量に対する比として基準化される。（以下、基準化され
た散乱光増加量を単に散乱光増加量と呼ぶ）。本発明は
この知見に基づき、散乱光により、浮遊物質濃度，酸化
態窒素濃度，クロロフィルａ濃度，有機炭素濃度の測定
を行なうものであり、以下、この順に説明する。
る水質測定方法について述べる。本発明の方法は、散乱
光を利用するものであり、散乱光は一般に濁度成分が増
加する程、その強度が増すことが知られており、波長λ
における試料水の散乱光強度をＩ，脱イオン水の散乱光
強度をＩW ，標準試料の散乱光強度をＩS とすると、脱
イオン水の散乱光強度に対する試料水および標準試料の
散乱光強度増加量は、それぞれＩ−ＩW ，ＩS −ＩW と
表わされる。したがって、波長λの散乱光は、 という演算を行なうことにより、標準試料の散乱光増加
量に対する比として基準化される。（以下、基準化され
た散乱光増加量を単に散乱光増加量と呼ぶ）。本発明は
この知見に基づき、散乱光により、浮遊物質濃度，酸化
態窒素濃度，クロロフィルａ濃度，有機炭素濃度の測定
を行なうものであり、以下、この順に説明する。
【００１６】はじめに、以下に記載する記号について、
その意味を列挙しておく。 Ｉ：散乱光強度または蛍光強度 Ｅ：基準化された散乱光増加量または基準化された蛍光
増加量 Ｃ：物質濃度 ｋ：係数 α，β，γ：最終的な演算式の係数 上記の記号に関する添字の意味はそれぞれ次の通りであ
る。
その意味を列挙しておく。 Ｉ：散乱光強度または蛍光強度 Ｅ：基準化された散乱光増加量または基準化された蛍光
増加量 Ｃ：物質濃度 ｋ：係数 α，β，γ：最終的な演算式の係数 上記の記号に関する添字の意味はそれぞれ次の通りであ
る。
【００１７】 ａ，ｂ，ｃ，ｄ： 波長λa ，λb ，λc ，λd Ｓ： 標準試料 Ｗ： 脱イオン水 ＳＳ： 浮遊物質 ＮＯX ： 酸化態窒素 Ｃｈｌ.a： クロロフィルａ ｏｒｇ： 有機物 ｏｒｇＣ： 有機炭素 ｍ： 鉱物由来 ｂｉｏ： 生物由来 １．浮遊物質濃度 図３は浮遊物質濃度と６３３ｎｍ散乱光増加量との関係
を示す線図であり、図３に示すように、濁度測定に用い
られる赤色光においては、生物性の浮遊物質は、鉱物性
の浮遊物質に比べて散乱光強度に対する寄与が小さい。
また、生物性の浮遊物質は、自然水では植物によるもの
が大部分を占めるので、クロロフィルａの蛍光を測定す
ることにより、生物性の浮遊物質量を知ることができ
る。
を示す線図であり、図３に示すように、濁度測定に用い
られる赤色光においては、生物性の浮遊物質は、鉱物性
の浮遊物質に比べて散乱光強度に対する寄与が小さい。
また、生物性の浮遊物質は、自然水では植物によるもの
が大部分を占めるので、クロロフィルａの蛍光を測定す
ることにより、生物性の浮遊物質量を知ることができ
る。
【００１８】浮遊物質による散乱光強度への寄与が支配
的である波長λa における散乱光強度増加量をＥa とす
ると、 Ｅa ＝Ｅa m ＋Ｅa bio ＋Ｅa other で表わすことができる。 ここで、Ｅa m ： 鉱物性の浮遊物質による散乱光
強度増加量 Ｅa bio ： 生物性の浮遊物質による散乱光強度増加
量 Ｅa other ： 浮遊物質以外の物質による散乱光強度増
加量 であり、Ｅa other はＥa m やＥa bio に比べて遙に小
さい。
的である波長λa における散乱光強度増加量をＥa とす
ると、 Ｅa ＝Ｅa m ＋Ｅa bio ＋Ｅa other で表わすことができる。 ここで、Ｅa m ： 鉱物性の浮遊物質による散乱光
強度増加量 Ｅa bio ： 生物性の浮遊物質による散乱光強度増加
量 Ｅa other ： 浮遊物質以外の物質による散乱光強度増
加量 であり、Ｅa other はＥa m やＥa bio に比べて遙に小
さい。
【００１９】鉱物性の浮遊物質濃度をＣm SS，生物性の
浮遊物質濃度をＣbio SSとすると、 Ｅa m ＝ｋm SSＣm SS，Ｅa bio ＝ｋbio SSＣbio SS （ｋm SS＞ｋbio SS） となる。また、波長λb を照射したときのクロロフィル
ａの蛍光増加量をＥb とすると、Ｃbio ss＝ｋb Ｅb と
表わされる。よって、 Ｅa ＝ｋm SSＣm SS＋ｋbio SSｋb Ｅb ＋Ｅa other となり、浮遊物質濃度Ｃssは、 と表わされ、クロロフィルａの蛍光による補正を加える
ことで、鉱物性の浮遊物質と生物性の浮遊物質の差異を
吸収することができる。
浮遊物質濃度をＣbio SSとすると、 Ｅa m ＝ｋm SSＣm SS，Ｅa bio ＝ｋbio SSＣbio SS （ｋm SS＞ｋbio SS） となる。また、波長λb を照射したときのクロロフィル
ａの蛍光増加量をＥb とすると、Ｃbio ss＝ｋb Ｅb と
表わされる。よって、 Ｅa ＝ｋm SSＣm SS＋ｋbio SSｋb Ｅb ＋Ｅa other となり、浮遊物質濃度Ｃssは、 と表わされ、クロロフィルａの蛍光による補正を加える
ことで、鉱物性の浮遊物質と生物性の浮遊物質の差異を
吸収することができる。
【００２０】上記のλa の波長は６２０〜６４０ｎｍの
範囲に、λb は４００〜４９０ｎｍで励起したときの６
７０〜７００ｎｍの範囲の蛍光として設定し、ＩaSをカ
オリン懸濁水に波長λa を照射したときの散乱光強度，
ＩbSをクロロフィルａを含む試料に波長λb を照射した
ときの蛍光強度として設定する。異なる複数の湖沼およ
び河川から採取した試料水を用い、本発明の方法により
測定した浮遊物質濃度と、従来の濾過法にり測定した浮
遊物質濃度との相関図を図４に示す。図４から両者が高
い相関性を有することがわかる。
範囲に、λb は４００〜４９０ｎｍで励起したときの６
７０〜７００ｎｍの範囲の蛍光として設定し、ＩaSをカ
オリン懸濁水に波長λa を照射したときの散乱光強度，
ＩbSをクロロフィルａを含む試料に波長λb を照射した
ときの蛍光強度として設定する。異なる複数の湖沼およ
び河川から採取した試料水を用い、本発明の方法により
測定した浮遊物質濃度と、従来の濾過法にり測定した浮
遊物質濃度との相関図を図４に示す。図４から両者が高
い相関性を有することがわかる。
【００２１】２．酸化態窒素濃度 酸化態窒素は一般に紫外域において吸収を示す。吸収が
比較的大きな波長λcにおける散乱光増加量をＥc とす
ると、 Ｅc ＝Ｅc NOx ＋Ｅc org ＋Ｅc SS と表わすことができる。
比較的大きな波長λcにおける散乱光増加量をＥc とす
ると、 Ｅc ＝Ｅc NOx ＋Ｅc org ＋Ｅc SS と表わすことができる。
【００２２】 ここで、Ｅc NOx ： 酸化態窒素による散乱光増加量 Ｅc org ： 有機物による散乱光増加量 Ｅc SS ： 浮遊物質による散乱光増加量 である。酸化態窒素濃度をＣNOx 有機物濃度をＣorg 浮
遊物質濃度をＣSSとすると、 Ｅc NOx ＝ｋc NOx ＣNOx ，Ｅc org ＝ｋ
c org Ｃorg ，Ｅc SS＝ｋc SSＣSS と表わされる。
遊物質濃度をＣSSとすると、 Ｅc NOx ＝ｋc NOx ＣNOx ，Ｅc org ＝ｋ
c org Ｃorg ，Ｅc SS＝ｋc SSＣSS と表わされる。
【００２３】また、有機物による光吸収はみられるが、
酸化態窒素による光吸収が殆どみられない波長λd にお
ける散乱光増加量をＥd とすると、 Ｅd ＝Ｅd org ＋Ｅd SS と表わされる。 ここで、Ｅd org ： 有機物による散乱光増加量 Ｅd SS ： 浮遊物質による散乱光増加量 である。
酸化態窒素による光吸収が殆どみられない波長λd にお
ける散乱光増加量をＥd とすると、 Ｅd ＝Ｅd org ＋Ｅd SS と表わされる。 ここで、Ｅd org ： 有機物による散乱光増加量 Ｅd SS ： 浮遊物質による散乱光増加量 である。
【００２４】前記のＣorg ，ＣSSを用いると、 Ｅd org ＝ｋd org Ｃorg ， Ｅd SS＝ｋd SSＣSS となる。 以上により、 Ｅc ＝ｋc NOx ＣNOx ＋ｋc org Ｃorg ＋ｋc SSＣSS Ｅd ＝ｋd org Ｃorg ＋ｋd SSＣSS となり、Ｃorg を消去すると、酸化態窒素濃度Ｃ
NOx は、 と表わされる。
NOx は、 と表わされる。
【００２５】λc とλd は、それぞれ２００〜２３５ｎ
ｍ，２５０〜３００ｎｍの範囲に設定し、これらはいず
れも紫外域の近接した波長であり、比ｋc SS／ｋc org
とｋ d SS／ｋd org とはほぼ等しく、前式第３項は０に
近い定数と見做せば、 という演算式により酸化態窒素濃度を測定することがで
きる。
ｍ，２５０〜３００ｎｍの範囲に設定し、これらはいず
れも紫外域の近接した波長であり、比ｋc SS／ｋc org
とｋ d SS／ｋd org とはほぼ等しく、前式第３項は０に
近い定数と見做せば、 という演算式により酸化態窒素濃度を測定することがで
きる。
【００２６】ＩcSは硝酸カリウム水溶液にλc を照射し
たときの散乱光強度，ＩdSはカオリン懸濁水に波長波長
λd を照射したときの散乱光強度として設定する。前述
と同じ試料水を用い、本発明の方法により測定した酸化
態窒素濃度と、従来のＣｄ−ｃｕカラム法により測定し
た酸化態窒素濃度との相関図を図５に示す。図５から両
者が高い相関性を有することがわかる。
たときの散乱光強度，ＩdSはカオリン懸濁水に波長波長
λd を照射したときの散乱光強度として設定する。前述
と同じ試料水を用い、本発明の方法により測定した酸化
態窒素濃度と、従来のＣｄ−ｃｕカラム法により測定し
た酸化態窒素濃度との相関図を図５に示す。図５から両
者が高い相関性を有することがわかる。
【００２７】３．クロロフィルａ濃度 クロロフィルａは、一般に波長６５０〜７５０ｎｍの範
囲で蛍光を示すことが知られており、この波長範囲は励
起波長に影響されない。また、蛍光のピークは６８５ｎ
ｍ付近に位置する。波長λb の光を照射したときの蛍光
増加量をＥb ，クロロフィルａ濃度をＣChl.a とする
と、 Ｅb ＝Ｋb Chl.a ＣChl.a という関係がある。よって という演算によりクロロフィルａ濃度を測定することが
できる。
囲で蛍光を示すことが知られており、この波長範囲は励
起波長に影響されない。また、蛍光のピークは６８５ｎ
ｍ付近に位置する。波長λb の光を照射したときの蛍光
増加量をＥb ，クロロフィルａ濃度をＣChl.a とする
と、 Ｅb ＝Ｋb Chl.a ＣChl.a という関係がある。よって という演算によりクロロフィルａ濃度を測定することが
できる。
【００２８】λb とＩbSの設定は前述と同様である。こ
れまでと同じ試料水を用い、本発明の方法により測定し
たクロロフィルａ濃度と、従来のＳｃｏｒ／Ｕｎｅｓｃ
ｏ法により測定したクロロフィルａ濃度との相関図を図
６に示す。図６からこれも高い相関性を有することがわ
かる。 ４．有機炭素濃度 有機炭素に代表される有機物は、一般に紫外域全体にな
だらかな吸光を示すことが知られている。酸化態窒素が
吸光を示すことなく、有機物の吸光が卓越した波長λd
（２５０〜３００ｎｍ）における散乱光の増加量をＥd
とすると、 Ｅd ＝Ｅd org ＋Ｅd SS と表わされる。
れまでと同じ試料水を用い、本発明の方法により測定し
たクロロフィルａ濃度と、従来のＳｃｏｒ／Ｕｎｅｓｃ
ｏ法により測定したクロロフィルａ濃度との相関図を図
６に示す。図６からこれも高い相関性を有することがわ
かる。 ４．有機炭素濃度 有機炭素に代表される有機物は、一般に紫外域全体にな
だらかな吸光を示すことが知られている。酸化態窒素が
吸光を示すことなく、有機物の吸光が卓越した波長λd
（２５０〜３００ｎｍ）における散乱光の増加量をＥd
とすると、 Ｅd ＝Ｅd org ＋Ｅd SS と表わされる。
【００２９】 ここで、Ｅd org ： 有機物による散乱光増加量 Ｅd SS ： 浮遊物質による散乱光増加量 である。有機物濃度をＣorg ，濁度成分による散乱光増
加量が支配的である波長λa における散乱光増加量をＥ
a とすると、 Ｅd org ＝ｋd org Ｃorg ，Ｅd SS＝ｋa Ｅa という関係があるから、 Ｅd ＝ｋd org Ｃorg ＋ｋa Ｅa となり有機物濃度Ｃorg は、 と表わされる。
加量が支配的である波長λa における散乱光増加量をＥ
a とすると、 Ｅd org ＝ｋd org Ｃorg ，Ｅd SS＝ｋa Ｅa という関係があるから、 Ｅd ＝ｋd org Ｃorg ＋ｋa Ｅa となり有機物濃度Ｃorg は、 と表わされる。
【００３０】有機物に含まれる炭素量をほぼ一定と見做
せば、有機炭素濃度ＣorgCは、 という演算式により測定することができる。
せば、有機炭素濃度ＣorgCは、 という演算式により測定することができる。
【００３１】ＩdSとＩaSの設定は、前述と同様である。
これまでと同じ試料水を用い、本発明の方法により測定
した全有機炭素濃度と、従来の燃焼酸化法により測定し
た全有機炭素濃度との相関図を図７に示す。図７からこ
の場合も両者が高い相関性を有することがわかる。さら
に、以上の本発明による測定方法および測定装置を、水
質モニタリングに適用し、得られた結果を図８に示す。
図８は浮遊物質，酸化態窒素，クロロフィルａ，全有機
炭素，溶解性有機炭素の各濃度を連続測定したグラフで
あり、比較のために従来の化学分析による測定値のプロ
ットを併記してある。図８によれば、本発明により、多
項目水質について、同時に精度よく連続測定が可能であ
ることを示している。
これまでと同じ試料水を用い、本発明の方法により測定
した全有機炭素濃度と、従来の燃焼酸化法により測定し
た全有機炭素濃度との相関図を図７に示す。図７からこ
の場合も両者が高い相関性を有することがわかる。さら
に、以上の本発明による測定方法および測定装置を、水
質モニタリングに適用し、得られた結果を図８に示す。
図８は浮遊物質，酸化態窒素，クロロフィルａ，全有機
炭素，溶解性有機炭素の各濃度を連続測定したグラフで
あり、比較のために従来の化学分析による測定値のプロ
ットを併記してある。図８によれば、本発明により、多
項目水質について、同時に精度よく連続測定が可能であ
ることを示している。
【００３２】
【発明の効果】散乱光を利用した本発明の水質測定法
と、これによる非接触型の多項目水質同時測定装置は以
下の利点を有する。 （ａ）四つの波長を組み合わせることにより、一つの装
置で浮遊物質濃度，酸化態窒素濃度，クロロフィルａ濃
度，有機炭素濃度の４項目を２分以内に同時測定するこ
とができる。
と、これによる非接触型の多項目水質同時測定装置は以
下の利点を有する。 （ａ）四つの波長を組み合わせることにより、一つの装
置で浮遊物質濃度，酸化態窒素濃度，クロロフィルａ濃
度，有機炭素濃度の４項目を２分以内に同時測定するこ
とができる。
【００３３】（ｂ）浮遊物質の組成による光の吸収特性
の差異を、生物性の浮遊物質を代表するクロロフィルａ
の蛍光を同時に測定し、演算処理によって補正すること
により、浮遊物質濃度を高精度に測定することができる
とともに、従来の濾過法では分析に３時間程度かかるの
に対して、本発明の方法によれば１分以内に測定可能で
ある。
の差異を、生物性の浮遊物質を代表するクロロフィルａ
の蛍光を同時に測定し、演算処理によって補正すること
により、浮遊物質濃度を高精度に測定することができる
とともに、従来の濾過法では分析に３時間程度かかるの
に対して、本発明の方法によれば１分以内に測定可能で
ある。
【００３４】（ｃ）酸化態窒素濃度による紫外線の散乱
光強度に対して、試料水中に含まれる有機物や濁度成分
がおよぼす影響を演算処理によって排除するため、酸化
態窒素濃度を高精度に測定することができるとともに、
従来のＣｄ−Ｃｕカラム還元法では分析に１時間程度か
かるのに対して、本発明の方法によれば１分以内に測定
可能である。
光強度に対して、試料水中に含まれる有機物や濁度成分
がおよぼす影響を演算処理によって排除するため、酸化
態窒素濃度を高精度に測定することができるとともに、
従来のＣｄ−Ｃｕカラム還元法では分析に１時間程度か
かるのに対して、本発明の方法によれば１分以内に測定
可能である。
【００３５】（ｄ）クロロフィルａの蛍光を利用するこ
とにより、従来のＳｃｏｒ／Ｕｎｅｓｃｏ法では分析に
１時間３０分程度かかるのに対して、本発明の方法によ
れば３０秒以内にクロロフィルａ濃度の測定が可能であ
る。 （ｅ）有機炭素による紫外線の散乱光強度に対して、試
料水中に含まれる濁度成分がおよぼす影響を演算処理に
よって排除するため、有機炭素濃度を高精度に測定する
ことができるとともに、従来の方法では分析に１０分程
度かかるのに対して、本発明の方法によれば１分以内に
測定可能である。
とにより、従来のＳｃｏｒ／Ｕｎｅｓｃｏ法では分析に
１時間３０分程度かかるのに対して、本発明の方法によ
れば３０秒以内にクロロフィルａ濃度の測定が可能であ
る。 （ｅ）有機炭素による紫外線の散乱光強度に対して、試
料水中に含まれる濁度成分がおよぼす影響を演算処理に
よって排除するため、有機炭素濃度を高精度に測定する
ことができるとともに、従来の方法では分析に１０分程
度かかるのに対して、本発明の方法によれば１分以内に
測定可能である。
【００３６】（ｆ）従来の化学分析に比べて試薬等の添
加が不要であり、光学現象のみを利用していることか
ら、測定を迅速に行なうことができ、連続測定も可能で
ある。 （ｇ）吸光度ではなく散乱光を測定することにより、非
接触型の装置となり、従来の方法では吸光度分析におけ
る欠点の一つであるセルへの汚れ付着による精度の悪化
を最小限に抑えることができ、長期間高精度の測定が可
能である。
加が不要であり、光学現象のみを利用していることか
ら、測定を迅速に行なうことができ、連続測定も可能で
ある。 （ｇ）吸光度ではなく散乱光を測定することにより、非
接触型の装置となり、従来の方法では吸光度分析におけ
る欠点の一つであるセルへの汚れ付着による精度の悪化
を最小限に抑えることができ、長期間高精度の測定が可
能である。
【図１】本発明の装置の要部構成を示す模式図
【図２】本発明の装置に用いる試料用暗室の模式断面図
【図３】生物性と鉱物性についての浮遊物質濃度と散乱
光増加量との関係線図
光増加量との関係線図
【図４】浮遊物質濃度測定における本発明の方法と従来
法との相関図
法との相関図
【図５】酸化態窒素濃度測定における本発明の方法と従
来法との相関図
来法との相関図
【図６】クロロフィルａ濃度測定における本発明の方法
と従来法との相関図
と従来法との相関図
【図７】有機炭素濃度測定における本発明の方法と従来
法との相関図
法との相関図
【図８】本発明の装置を水質モニタリングに適用したと
きの時間−濃度関係線図
きの時間−濃度関係線図
１ 光源 ２ 第一分光器 ３ 集光レンズ ４ 励起用グラスファイバー ５ 試料用暗室 ６ 検出用グラスファイバー ７ 第二分光器 ８ 凹面鏡 ９ 光電変換素子 １０ 試料水 １１ 自由水面 １２ 仕切り板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宗宮 功 滋賀県大津市穴太３丁目４番４号 (72)発明者 小野 芳朗 京都市上京区河原町通荒神口下ル上生洲 町241 ニュー菊の荘２−12号 (72)発明者 西方 聡 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−138244（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−38842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−33643（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/61 G01N 33/18 ＰＡＴＯＬＩＳ
Claims (13)
- 【請求項１】可視部の波長λa における試料水の散乱光
強度Ｉa および可視部の波長λb による試料水中クロロ
フィルａの蛍光強度Ｉb およびこの波長における脱イオ
ン水の散乱光強度ＩaW，蛍光強度ＩbWおよびこの波長に
おける標準試料の散乱光強度ＩaS，蛍光強度ＩbSとあら
かじめ設定した定数α1 ，β1 ，γ1から なる演算処理を行なって浮遊物質濃度を測定することを
特徴とする水質測定方法。 - 【請求項２】請求項１記載の方法において、波長λa を
６２０〜６４０ｎｍ，波長λb を４００〜４９０ｎｍで
励起したときの６７０〜７００ｎｍの蛍光とすることを
特徴とする水質測定方法。 - 【請求項３】請求項１または２記載の方法において、Ｉ
aSをカオリン懸濁水に波長λa を照射したときの散乱光
強度，ＩbSをクロロフィルａを含む試料に波長λb を照
射したときの蛍光強度とすることを特徴とする水質測定
方法。 - 【請求項４】紫外部の異なる２波長λc ，λd における
試料水の散乱光強度Ｉc ，Ｉd およびこれらの波長にお
ける脱イオン水の散乱光強度ＩcW ，ＩdWおよびこれら
の波長における標準試料の散乱光強度ＩcS，ＩdSとあら
かじめ設定した定数α2 ，β 2 ，γ2 から なる演算処理を行なって酸化態窒素濃度を測定すること
を特徴とする水質測定方法。 - 【請求項５】請求項４記載の方法において、波長λc は
２００〜２３５ｎｍ，波長λd を２５０〜３００ｎｍの
範囲に設定することを特徴とする水質測定方法。 - 【請求項６】請求項４または５記載の方法において、Ｉ
cSを硝酸カリウム水溶液に波長λc を照射したときの散
乱光強度，ＩdSをカオリン懸濁水に波長λdを照射した
ときの散乱光強度とすることを特徴とする水質測定方
法。 - 【請求項７】可視部の波長λb による試料水中のクロロ
フィルａの蛍光強度Ｉb およびこの波長における脱イオ
ン水の蛍光強度ＩbWおよびこの波長における標準試料の
蛍光強度ＩbSとあらかじめ設定した定数α3 から なる演算処理を行なってクロロフィルａ濃度を測定する
ことを特徴とする水質測定方法。 - 【請求項８】請求項７記載の方法において、波長λb を
４００〜４９０ｎｍで励起したときの６７０〜７００ｎ
ｍの蛍光とすることを特徴とする水質測定方法。 - 【請求項９】請求項７または８記載の方法において、Ｉ
bSをクロロフィルａを含む試料に波長λb を照射したと
きの蛍光強度とすることを特徴とする水質測定方法。 - 【請求項１０】紫外部の波長λd および可視部の波長λ
a における散乱光強度Ｉd ，Ｉa およびこれらの波長に
おける脱イオン水の散乱光強度ＩdW，ＩaWおよびこれら
の波長における標準試料の散乱光強度ＩdS，ＩaSとあら
かじめ設定した定数，α4 ，β4 ，γ4 から なる演算処理を行なって有機炭素濃度を測定することを
特徴とする水質測定方法。 - 【請求項１１】請求項１０記載の方法において、波長λ
d を２５０〜３００ｎｍ，波長λa を６２０〜６４０ｎ
ｍの範囲に設定することを特徴とする水質測定方法。 - 【請求項１２】請求項１０または１１記載の方法におい
て、ＩdSをカオリン懸濁水に波長λd を照射したときの
散乱光強度，ＩaSをカオリン懸濁水に波長λ a を照射し
たときの散乱光強度とすることを特徴とする水質測定方
法。 - 【請求項１３】請求項１から１２の何れかに記載の水質
測定方法を実施するための水質測定装置であって、紫外
から可視光にわたる単一光源と、この単一光源からの光
を分光し選択的に前記波長λa ，λb ，λc ，λd を取
り出す第一分光器と、第一分光器により分光された光を
試料水に照射する測定用暗室と、試料水を測定用暗室に
導入するポンプと、測定用暗室内の前記試料水の自由水
面に前記第一分光器により分光された光を照射し、前記
試料水により散乱された前記単一光源からの光を分光し
て選択的に前記波長λa ，λb ，λc ，λd を取り出す
第二分光器と、この第二分光器により分光された光を検
出してその強度に応じた電気信号に変換する光電変換素
子と、この光電変換素子から得られる前記信号Ｉa ，Ｉ
b ，Ｉc ，Ｉdが入力され前記演算処理を行なう演算回
路とを備えることを特徴とする水質測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20623894A JP3335776B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 水質測定方法および水質測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20623894A JP3335776B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 水質測定方法および水質測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0868755A JPH0868755A (ja) | 1996-03-12 |
| JP3335776B2 true JP3335776B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=16520039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20623894A Expired - Fee Related JP3335776B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 水質測定方法および水質測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3335776B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9568458B2 (en) | 2014-08-21 | 2017-02-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical sensor for fluid analysis |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000356635A (ja) * | 1999-06-15 | 2000-12-26 | Meidensha Corp | クロロフィルａ濃度測定方法及びその装置 |
| CN108107011B (zh) * | 2017-12-30 | 2020-08-14 | 北方工业大学 | 一种基于双光源水质cod检测参数的智能传感器 |
-
1994
- 1994-08-31 JP JP20623894A patent/JP3335776B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9568458B2 (en) | 2014-08-21 | 2017-02-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical sensor for fluid analysis |
| US10139386B2 (en) | 2014-08-21 | 2018-11-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical sensor for fluid analysis |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0868755A (ja) | 1996-03-12 |
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