JP4400841B2 - 土壌ガスの放出量測定装置及び測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌ガスの放出量測定装置及び測定方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、土壌面の所定範囲から放出されるガスの測定時間中の放出総量を測定する土壌ガスの放出量測定装置及び測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の地球温暖化問題についての関心の高まりから、温暖化に密接に関係する土壌ガスの放出量の監視が行なわれている。
【０００３】
従来の土壌ガスの放出量測定方法としては、密閉吸収法、密閉チャンバー法、通気チャンバー法がある。密閉吸収法は、土壌面に設置した測定容器内にガス吸収剤を配置して一日〜数日間放置した後、ガス吸収剤を取り出してガス吸収量を定量し、このガス吸収量に基づいてガス放出量を求めるものである。また、密閉チャンバー法は、土壌から放出されたガスによって容器（チャンバー）内のガス濃度が数秒〜数分間でどの位増加するかを計測し、この結果に基づいてガス放出量を求めるものである。さらに、通気チャンバー法は、容器内に空気を流通させながらその入口付近と出口付近のガス濃度を計測し、これらのガス濃度の差に基づいてガス放出量を求めるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の密閉吸収法は、一日〜数日の比較的長い時間にわたる計測には向いているが、測定容器内のガス濃度が吸収剤の単位時間あたりの吸収能力の大小によって変化するため、測定容器の内外にガス濃度の大きな差が生じることがある。ガス濃度が異なると土壌境界面におけるガスの拡散速度が変化するので、測定容器の内外に大きなガス濃度差が発生している状態で測定を行うと、得られた測定値に大きな誤差を含むことになる。
【０００５】
具体的に説明すると、まず、土壌面からのガスフラックスは、以下の数式１によって近似的に表される拡散現象として考えることができる。
【数１】
Ｆｇ１＝ｋ×（Ｎ０−Ｎ１）
ここで、Ｆｇ１は自然状態のガスフラックス、ｋは土壌表層部のガス拡散係数、Ｎ０は土壌間隙中のガス濃度、Ｎ１は自然状態の大気中のガス濃度である。
【０００６】
一方、チャンバーなどの測定容器を土壌面に設置して、測定容器内に留まる土壌面からのガスフラックスを計測する場合には、その計測値は実際には数式２による値である。
【数２】
Ｆｇ２＝ｋ×（Ｎ０−Ｎ２）
ここで、Ｆｇ２は計測されるガスフラックス、Ｎ２は測定容器内のガス濃度である。
【０００７】
したがって、密閉吸収法では数式１の大気中のガス濃度Ｎ１と、数式２の測定容器中のガス濃度Ｎ２が大きく異なると、測定値に大きな誤差が含まれることになる。
【０００８】
一方、密閉チャンバー法は、ガス放出量の瞬間値を高精度に測定できるという利点を有しているものの、上述の土壌間隙中のガス濃度Ｎ０は日変化があるため、例えば１日の放出総量を求めるためには、１日のうち何度も繰り返し計測を行って推定する必要がある。これに加え、密閉チャンバー法では、チャンバー内の微小な濃度増加を計測する必要があり、高精度・高価格のガス濃度計測装置が必要となる。そして、このような計測装置は一般に調整が煩雑で、可搬性に劣り、操作に際して装置に関する高度な知識が必要となる。このため、取り扱いが不便である。
【０００９】
また、通気チャンバー法は、ある程度の期間にわたり連続して測定を継続できるので、土壌間隙中のガス濃度Ｎ０の日変化には対応可能ではあるが、チャンバー内のガス濃度がチャンバー外のガス濃度よりも大きくなる傾向があり、密閉吸収法と同様に測定値に誤差が含まれることになる。この場合、チャンバー内の空気流量を増加させることで、チャンバー内のガス濃度の増加を抑えることは可能ではあるが、空気流量の増加に伴ってその流速も増加するので、土壌表層部のガス拡散係数に影響を与えるとともに、容器内外の圧力差が大きくなって、測定値に大きな誤差が含まれることになる。また、チャンバーの入口付近と出口付近のガス濃度差は微小であり、この微少なガス濃度差を安定して検出するためには、密閉チャンバー法と同様に、高精度・高価格のガス濃度計測装置が必要となる。
【００１０】
そして、土壌から放出されるガスの放出量は場所によって異なるため、同時に測定を行う測定地点を多数設ける必要があり、そのためにも取り扱いが簡便で、かつ安価な測定装置の開発が要請されている。
【００１１】
本発明は、所定時間にわたる土壌ガスの放出総量をより正確に測定することができる土壌ガスの放出量測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。また、本発明は、簡便かつ安価に土壌ガスの放出総量を測定できる土壌ガスの放出量測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１記載の土壌ガスの放出量測定装置は、土壌面の所定範囲から放出されるガスを留める測定容器と、通過させた空気中のガス成分を除去する吸収剤を有するガス成分除去手段と、測定容器内のガス濃度が高濃度側の閾値よりも大きくなると、測定容器内の空気をガス成分除去手段に供給すると共に、ガス成分除去手段を通過した空気を測定容器内に戻すように循環させて測定容器内のガス濃度を減少させ、且つ測定容器内のガス濃度が低濃度側の閾値よりも小さくなると循環を停止させることで測定容器内外のガス濃度の差を解消する循環手段を備え、吸収剤はガス成分の吸収によって変化するものであり、この変化に基づいて土壌からのガス放出量を求めるものである。
【００１３】
例えば、測定容器を土壌面に被せて設置した場合、土壌から放出されているガスのうち、測定容器が被せられている範囲の土壌から放出されるガスは測定容器内に留まる。そして、測定容器内のガス濃度が測定容器外のガス濃度よりも大きくなると、循環手段が測定容器内の空気をガス成分除去手段に供給し、ここでガス成分が除去された空気を測定容器内に戻す。これにより、測定容器内のガス濃度が減少し、測定容器の外すなわち自然状態のガス濃度との差が解消され、自然状態と同じ状態でガスの放出量を測定できる。ガス成分除去手段の吸収剤は、ガス成分を吸着することで、例えば重量や化学組成等が変化するので、この変化に基づいてガス成分を吸収除去した量を定量することができる。つまり、測定容器内のガス濃度が増加した分だけガス成分を除去し、除去した量に基づいて土壌からのガスの放出総量を求める。
【００１４】
また、請求項２記載の土壌ガスの放出量測定方法は、土壌面の所定範囲から放出されるガスを測定容器内に留め、測定容器内のガス濃度が高濃度側の閾値よりも大きくなると、測定容器内の空気をガス成分除去手段に導いてガス成分を除去した後に測定容器内に戻すように循環させて測定容器内のガス濃度を減少させると共に、測定容器内のガス濃度が低濃度側の閾値よりも小さくなると循環を停止させることで測定容器内外のガス濃度の差を解消し、所定時間経過後にガス成分除去手段によるガス成分の除去量に基づいて土壌からのガス放出量を求めるものである。
【００１５】
例えば、測定容器を土壌面に被せて設置した場合、土壌から放出されているガスのうち、測定容器が被せられている範囲の土壌から放出されるガスは測定容器内に留まる。そして、測定容器内のガス濃度が測定容器外のガス濃度よりも大きくなると、測定容器内の空気中からガス成分を除去してガス濃度を減少させ、測定容器内外のガス濃度差を解消する。空気中のガス濃度は土壌から放出されるガスの放出量に影響するが、測定容器内外のガス濃度差を解消することで測定容器内のガス濃度が自然状態と同じ状態に保たれ、この状態におけるガスの放出量を測定できる。ガスの放出量は、ガス成分除去手段によって除去されたガス成分の量に基づいて求める。すなわち、ガス成分除去手段を使用して測定容器内のガス濃度を自然状態に維持しながら計測を行い、所定時間経過後にガス成分除去手段による除去量を定量することでガスの放出総量を求めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１に本発明を適用した土壌ガスの放出量測定装置の実施形態の一例を、図２に本発明を適用した土壌ガスの放出量測定方法の実施形態の一例を示す。
【００１８】
この土壌ガスの放出量測定装置は、土壌面１ａの所定範囲から放出されるガスを留める測定容器２と、通過させた空気中のガス成分を除去する吸収剤３を有するガス成分除去手段４と、測定容器２内のガス濃度が測定容器２外のガス濃度に比べて大きくなると、測定容器２内の空気をガス成分除去手段４に供給すると共に、ガス成分除去手段４を通過した空気を測定容器２内に戻して測定容器２内のガス濃度を減少させて測定容器２の内外のガス濃度の差を解消する循環手段５を備え、吸収剤３はガス成分の吸収によって変化するものであり、この変化に基づいて土壌１からのガス放出量を求めるものである。
【００１９】
測定容器２は、例えば底面が開口する円筒形状をなし、測定対象物である土壌１から放出されるガスを逃がさないように土壌面１ａにしっかりと被せられている。
【００２０】
ガス成分除去手段４は、ケーシング１２内に吸収剤３を収容するガス除去器である。ケーシング１２には流入ポートと流出ポートが形成され、これらのポートには当該ポートを開閉する電磁弁１１がそれぞれ設けられている。
【００２１】
吸収剤３は特定のガス成分を選択的に吸収除去するもので、例えば炭酸ガスを選択的に吸収除去する場合には、例えばソーダライム、アスカライトＩＩ、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液等の使用が可能である。この吸収剤３は、ガス成分を吸収することで何らかの変化、例えば重量変化、化学組成変化、吸収能力の変化等を生じる。したがって、測定の前後における吸収剤３の変化に基づいてガス成分の吸収除去量を求めることができる。たとえば吸収剤３として水酸化カリウム溶液を使用した場合には、炭酸ガスを吸収した水酸化カリウム溶液について塩酸（ＨＣｌ）溶液を用いて滴定作業を行い、その結果から、水酸化カリウム溶液内の全炭酸量を求めることができる。
【００２２】
なお、滴定時の反応は以下のとおりである。
第１段階
ＫＯＨ＋ＨＣｌ→ＫＣｌ＋Ｈ２Ｏ
Ｋ２ＣＯ３＋ＨＣｌ→ＫＣｌ＋ＫＨＣＯ３
フェノールフタレイン指示薬
第２段階
ＫＨＣＯ３＋ＨＣｌ→ＫＣｌ＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
メチルオレンジ指示薬
ここでＣＯ２吸収量は第２段階の滴定量に相当する。
【００２３】
一方、吸収剤３としてソーダライムを使用する場合は、重量変化によって吸収した炭酸ガスの総量を求めることができる。すなわち、計測前にソーダライムを１００度で乾燥させてその重さを計量しておく。また、計測後にも炭酸ガスを吸収させたソーダライムを再び１００度で乾燥させてその重さを計量する。そして、計測の前後における重さの差を計算することで、炭酸ガスの総量を求めることができる。また、さらに厳密性が要求される場合には、吸収剤３自身の化学分析、例えばＸ線回折法による分析や、水溶液に溶解させて溶存炭素量を計測する方法等を行うことにより、吸収された炭酸ガスの総量を求めても良い。
【００２４】
循環手段５は、測定容器２内の空気をガス成分除去手段４の流入ポートに導く第１の送気管６と、ガス成分除去手段４を通り抜けた空気を流出ポートから測定容器２内に戻す第２の送気管７と、第１の送気管６の途中に設けられたポンプ８と、このポンプ８をオン・オフ操作する制御装置９を備えて構成されている。なお、第２の送気管７の噴孔は測定容器２内で例えば円形に配置されており、測定容器２内においてガス濃度が均一になるように図られている。
【００２５】
制御装置９は、例えばマイクロコンピュータで、その入力部には測定容器２内のガス濃度を検出するセンサ１０が電気的に接続されている。また、制御装置９の出力部には、上述したポンプ８の他、ガス成分除去手段４の流入ポートと流出ポートを開閉する電磁弁１１が電気的に接続されている。制御装置９は、その記憶装置に予め記憶しているプログラムに従ってセンサ１０の検出信号等に基づいてポンプ８や各電磁弁１１を操作し、測定容器２内のガス濃度を調整する。
【００２６】
次に、本発明の土壌ガスの放出量測定方法を説明する。この方法は、土壌面１ａの所定範囲から放出されるガスを測定容器２内に留め、測定容器２内のガス濃度が測定容器２外のガス濃度に比べて大きくなると、測定容器２内の空気をガス成分除去手段４に導いてガス成分を除去した後に測定容器２内に戻して測定容器２内のガス濃度を減少させることで測定容器２内外のガス濃度の差を解消し、所定時間経過後にガス成分除去手段４によるガス成分の除去量に基づいて土壌１からのガス放出量を求めるものである。
【００２７】
図２に基づいてより具体的に説明すると、まず最初に測定容器２を土壌１の計測位置に設置すると共に、測定容器２の外のガス濃度Ｎｏを測定して制御装置９に入力しておく（ステップＳ２１）。
【００２８】
この後、計測を開始する。いま、計測開始の直後であるので、ステップＳ２２からステップＳ２３に進み、センサ１０によって検出した測定容器２内のガス濃度Ｎｉと、ステップＳ２１において入力したる測定容器２の外のガス濃度Ｎｏを比較する。そして、測定容器２の内外で大きなガス濃度差が生じていなければ、ステップＳ２２，Ｓ２３を繰り返し実行して所定の計測時間が経過するまで測定容器２の内外のガス濃度差を監視する。なお、この状態では、制御装置９は各電磁弁１１を閉操作しており、測定容器２内のガスが拡散によりガス成分除去手段４に到達するのを防止している。
【００２９】
一方、時間の経過に伴って測定容器２内のガス濃度Ｎｉが大きくなると、測定容器２の内外で大きなガス濃度差が生じるので、制御装置９はステップＳ２３からステップＳ２４に進んで各電磁弁１１を開操作すると共にポンプ８をオンさせる。これにより、測定容器２内の空気が第１の送気管６→ポンプ８→電磁弁１１→ガス成分除去手段４の吸収剤３→電磁弁１１→第２の送気管７→測定容器２へと循環し、測定容器２内の圧力をほとんど変化させることなく測定容器２内の空気中のガス成分がガス成分除去手段４によって吸収除去される。これにより、測定容器２内のガス濃度Ｎｉが減少する。そして、測定容器２の内外のガス濃度差が解消されるまで、ステップＳ２３，Ｓ２４を繰り返し実行し、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを減少させる。すなわち、自然状態を示す測定容器２外のガス濃度Ｎｏに対する測定容器２内のガス濃度Ｎｉの増加分に相当するガス成分がガス成分除去手段４の吸収剤３によって吸収除去される。
【００３０】
例えば、測定の対象が土壌１から放出される炭酸ガスである場合には、制御装置９は、測定容器２外の自然状態におけるガス濃度Ｎｏ（約４００ｐｐｍ）よりも測定容器２内のガス濃度Ｎｉが例えば２０ｐｐｍ上昇した場合に、ポンプ８を作動させ且つ電磁弁１１を開操作し、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを低下させる。一方、制御装置９は、ガス成分除去手段４によって測定容器２内のガス成分を吸収除去しているうちに測定容器２内のガス濃度Ｎｉが測定容器２外のガス濃度Ｎｏよりも例えば２０ｐｐｍ低下すると、ポンプ８を停止させ且つ電磁弁１１を閉操作する。そして、これらの制御を繰り返し行うことで、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを自然状態を示すガス濃度Ｎｏに対して±２０ｐｐｍの範囲でほぼ一定に保つことができる。したがって、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを自然状態とほぼ同じ状態にして計測を行うことができる。
【００３１】
計測が終了すると、ステップＳ２２からステップＳ２５に進み、ガス成分除去手段４の吸収剤３によるガス成分の吸収除去量を定量し、測定容器２内に放出されたガス放出量を求める。すなわち、ガス成分除去手段４のケーシング１２内から吸収剤３を取り出し、計測開始前の状態との比較から吸収剤３に吸収されたガス成分量を定量する。この吸収剤３に吸収されたガス成分量が測定容器２内に放出されたガスの放出量（放出総量）である。
【００３２】
このように、測定容器２内のガス濃度Ｎｉの増加分をガス成分除去手段４によって除去することで測定容器２内のガス濃度Ｎｉを自然状態と同じ状態に保ちながらガスの放出量を測定することができるので、ガス濃度の変化に起因した測定誤差の発生を防止することができ、ガスの放出量を正確に測定することができる。すなわち、ガス濃度が変化すると土壌境界面におけるガスの拡散速度が変化するので測定値に誤差が含まれることになるが、本発明では、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを自然状態と同じ状態に保っているので、かかる誤差の発生を防止することができる。
【００３３】
また、ガス成分を吸収することで重量、化学組成、吸収能力等が変化する吸収剤３を使用し、計測前後の吸収剤３の変化に基づいてガス成分の吸収量（除去量）を定量してガス放出量を求めているので、複雑な計算を行わずに簡単にガス放出量を求めることができる。
【００３４】
さらに、ガス成分除去手段４によってガス成分を除去することで、測定容器２の内外のガス濃度差を解消すると共に、計量のためにガス成分を集めることができるので、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを低下させるための機器類と、計量のためにガス成分を集める機器類を別々に備える必要がなくなり、部品点数が少なくて済み、安価に測定装置を提供することができる共に、測定における可搬性を向上させることができる。
【００３５】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、測定容器２外のガス濃度Ｎｏとして計測開始前に予め測定しておいたものを用いていたが、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを検出するセンサ１０と同様のセンサを測定容器２の外に設置し、自然状態のガス濃度Ｎｏを検出しながらこの検出値と測定容器２内のガス濃度Ｎｉを比較するようにしても良い。このように測定容器２の内外にセンサをそれぞれ設置することで、土壌間隙中のガス濃度が変動している場合にも、より高精度にガス放出量を測定することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の土壌ガスの放出量測定装置では、土壌面の所定範囲から放出されるガスを留める測定容器と、通過させた空気中のガス成分を除去する吸収剤を有するガス成分除去手段と、測定容器内のガス濃度が高濃度側の閾値よりも大きくなると、測定容器内の空気をガス成分除去手段に供給すると共に、ガス成分除去手段を通過した空気を測定容器内に戻すように循環させて測定容器内のガス濃度を減少させ、且つ測定容器内のガス濃度が低濃度側の閾値よりも小さくなると循環を停止させることで測定容器内外のガス濃度の差を解消する循環手段を備え、吸収剤はガス成分の吸収によって変化するものであり、この変化に基づいて土壌からのガス放出量を求めているので、測定容器内のガス濃度を測定容器外の自然状態のガス濃度に維持しながら計測を行うことができる。このため、ガス濃度の相違に起因した測定誤差を排除することができ、土壌ガスの放出量をより正確に測定することができる。また、ガス成分除去手段の吸収剤によって吸収除去されたガス成分の総量に基づいてガス放出量を求めることができるので、複雑な計算等が不要となり、より簡単にガス放出量を求めることができると共に、取り扱いが煩雑で高価な計測装置類を不要にすることができる。さらに、測定容器内のガス濃度の調整と、ガス成分の収集を同一のガス成分除去手段によって行うことができるので、これらを行う機器類を別々に設ける必要がなくなり、部品点数が少なくて済み、低コストで可搬性に優れた計測装置を提供することができる。
【００３７】
また、請求項２記載の土壌ガスの放出量測定方法では、土壌面の所定範囲から放出されるガスを測定容器内に留め、測定容器内のガス濃度が高濃度側の閾値よりも大きくなると、測定容器内の空気をガス成分除去手段に導いてガス成分を除去した後に測定容器内に戻すように循環させて測定容器内のガス濃度を減少させると共に、測定容器内のガス濃度が低濃度側の閾値よりも小さくなると循環を停止させることで測定容器内外のガス濃度の差を解消し、所定時間経過後にガス成分除去手段によるガス成分の除去量に基づいて土壌からのガス放出量を求めているので、上述の場合と同様に、土壌ガスの放出量をより正確に、より簡便に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した土壌ガスの放出量測定装置の実施形態の一例を示す概念図である。
【図２】本発明を適用した土壌ガスの放出量測定方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 土壌
１ａ 土壌面
２ 測定容器
３ 吸収剤
４ ガス成分除去手段
５ 循環手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌ガスの放出量測定装置及び測定方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、土壌面の所定範囲から放出されるガスの測定時間中の放出総量を測定する土壌ガスの放出量測定装置及び測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の地球温暖化問題についての関心の高まりから、温暖化に密接に関係する土壌ガスの放出量の監視が行なわれている。
【０００３】
従来の土壌ガスの放出量測定方法としては、密閉吸収法、密閉チャンバー法、通気チャンバー法がある。密閉吸収法は、土壌面に設置した測定容器内にガス吸収剤を配置して一日〜数日間放置した後、ガス吸収剤を取り出してガス吸収量を定量し、このガス吸収量に基づいてガス放出量を求めるものである。また、密閉チャンバー法は、土壌から放出されたガスによって容器（チャンバー）内のガス濃度が数秒〜数分間でどの位増加するかを計測し、この結果に基づいてガス放出量を求めるものである。さらに、通気チャンバー法は、容器内に空気を流通させながらその入口付近と出口付近のガス濃度を計測し、これらのガス濃度の差に基づいてガス放出量を求めるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の密閉吸収法は、一日〜数日の比較的長い時間にわたる計測には向いているが、測定容器内のガス濃度が吸収剤の単位時間あたりの吸収能力の大小によって変化するため、測定容器の内外にガス濃度の大きな差が生じることがある。ガス濃度が異なると土壌境界面におけるガスの拡散速度が変化するので、測定容器の内外に大きなガス濃度差が発生している状態で測定を行うと、得られた測定値に大きな誤差を含むことになる。
【０００５】
具体的に説明すると、まず、土壌面からのガスフラックスは、以下の数式１によって近似的に表される拡散現象として考えることができる。
【数１】
Ｆｇ１＝ｋ×（Ｎ０−Ｎ１）
ここで、Ｆｇ１は自然状態のガスフラックス、ｋは土壌表層部のガス拡散係数、Ｎ０は土壌間隙中のガス濃度、Ｎ１は自然状態の大気中のガス濃度である。
【０００６】
一方、チャンバーなどの測定容器を土壌面に設置して、測定容器内に留まる土壌面からのガスフラックスを計測する場合には、その計測値は実際には数式２による値である。
【数２】
Ｆｇ２＝ｋ×（Ｎ０−Ｎ２）
ここで、Ｆｇ２は計測されるガスフラックス、Ｎ２は測定容器内のガス濃度である。
【０００７】
したがって、密閉吸収法では数式１の大気中のガス濃度Ｎ１と、数式２の測定容器中のガス濃度Ｎ２が大きく異なると、測定値に大きな誤差が含まれることになる。
【０００８】
一方、密閉チャンバー法は、ガス放出量の瞬間値を高精度に測定できるという利点を有しているものの、上述の土壌間隙中のガス濃度Ｎ０は日変化があるため、例えば１日の放出総量を求めるためには、１日のうち何度も繰り返し計測を行って推定する必要がある。これに加え、密閉チャンバー法では、チャンバー内の微小な濃度増加を計測する必要があり、高精度・高価格のガス濃度計測装置が必要となる。そして、このような計測装置は一般に調整が煩雑で、可搬性に劣り、操作に際して装置に関する高度な知識が必要となる。このため、取り扱いが不便である。
【０００９】
また、通気チャンバー法は、ある程度の期間にわたり連続して測定を継続できるので、土壌間隙中のガス濃度Ｎ０の日変化には対応可能ではあるが、チャンバー内のガス濃度がチャンバー外のガス濃度よりも大きくなる傾向があり、密閉吸収法と同様に測定値に誤差が含まれることになる。この場合、チャンバー内の空気流量を増加させることで、チャンバー内のガス濃度の増加を抑えることは可能ではあるが、空気流量の増加に伴ってその流速も増加するので、土壌表層部のガス拡散係数に影響を与えるとともに、容器内外の圧力差が大きくなって、測定値に大きな誤差が含まれることになる。また、チャンバーの入口付近と出口付近のガス濃度差は微小であり、この微少なガス濃度差を安定して検出するためには、密閉チャンバー法と同様に、高精度・高価格のガス濃度計測装置が必要となる。
【００１０】
そして、土壌から放出されるガスの放出量は場所によって異なるため、同時に測定を行う測定地点を多数設ける必要があり、そのためにも取り扱いが簡便で、かつ安価な測定装置の開発が要請されている。
【００１１】
本発明は、所定時間にわたる土壌ガスの放出総量をより正確に測定することができる土壌ガスの放出量測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。また、本発明は、簡便かつ安価に土壌ガスの放出総量を測定できる土壌ガスの放出量測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１記載の土壌ガスの放出量測定装置は、土壌面の所定範囲から放出されるガスを留める測定容器と、通過させた空気中のガス成分を除去する吸収剤を有するガス成分除去手段と、測定容器内のガス濃度が高濃度側の閾値よりも大きくなると、測定容器内の空気をガス成分除去手段に供給すると共に、ガス成分除去手段を通過した空気を測定容器内に戻すように循環させて測定容器内のガス濃度を減少させ、且つ測定容器内のガス濃度が低濃度側の閾値よりも小さくなると循環を停止させることで測定容器内外のガス濃度の差を解消する循環手段を備え、吸収剤はガス成分の吸収によって変化するものであり、この変化に基づいて土壌からのガス放出量を求めるものである。
【００１３】
例えば、測定容器を土壌面に被せて設置した場合、土壌から放出されているガスのうち、測定容器が被せられている範囲の土壌から放出されるガスは測定容器内に留まる。そして、測定容器内のガス濃度が測定容器外のガス濃度よりも大きくなると、循環手段が測定容器内の空気をガス成分除去手段に供給し、ここでガス成分が除去された空気を測定容器内に戻す。これにより、測定容器内のガス濃度が減少し、測定容器の外すなわち自然状態のガス濃度との差が解消され、自然状態と同じ状態でガスの放出量を測定できる。ガス成分除去手段の吸収剤は、ガス成分を吸着することで、例えば重量や化学組成等が変化するので、この変化に基づいてガス成分を吸収除去した量を定量することができる。つまり、測定容器内のガス濃度が増加した分だけガス成分を除去し、除去した量に基づいて土壌からのガスの放出総量を求める。
【００１４】
また、請求項２記載の土壌ガスの放出量測定方法は、土壌面の所定範囲から放出されるガスを測定容器内に留め、測定容器内のガス濃度が高濃度側の閾値よりも大きくなると、測定容器内の空気をガス成分除去手段に導いてガス成分を除去した後に測定容器内に戻すように循環させて測定容器内のガス濃度を減少させると共に、測定容器内のガス濃度が低濃度側の閾値よりも小さくなると循環を停止させることで測定容器内外のガス濃度の差を解消し、所定時間経過後にガス成分除去手段によるガス成分の除去量に基づいて土壌からのガス放出量を求めるものである。
【００１５】
例えば、測定容器を土壌面に被せて設置した場合、土壌から放出されているガスのうち、測定容器が被せられている範囲の土壌から放出されるガスは測定容器内に留まる。そして、測定容器内のガス濃度が測定容器外のガス濃度よりも大きくなると、測定容器内の空気中からガス成分を除去してガス濃度を減少させ、測定容器内外のガス濃度差を解消する。空気中のガス濃度は土壌から放出されるガスの放出量に影響するが、測定容器内外のガス濃度差を解消することで測定容器内のガス濃度が自然状態と同じ状態に保たれ、この状態におけるガスの放出量を測定できる。ガスの放出量は、ガス成分除去手段によって除去されたガス成分の量に基づいて求める。すなわち、ガス成分除去手段を使用して測定容器内のガス濃度を自然状態に維持しながら計測を行い、所定時間経過後にガス成分除去手段による除去量を定量することでガスの放出総量を求めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１に本発明を適用した土壌ガスの放出量測定装置の実施形態の一例を、図２に本発明を適用した土壌ガスの放出量測定方法の実施形態の一例を示す。
【００１８】
この土壌ガスの放出量測定装置は、土壌面１ａの所定範囲から放出されるガスを留める測定容器２と、通過させた空気中のガス成分を除去する吸収剤３を有するガス成分除去手段４と、測定容器２内のガス濃度が測定容器２外のガス濃度に比べて大きくなると、測定容器２内の空気をガス成分除去手段４に供給すると共に、ガス成分除去手段４を通過した空気を測定容器２内に戻して測定容器２内のガス濃度を減少させて測定容器２の内外のガス濃度の差を解消する循環手段５を備え、吸収剤３はガス成分の吸収によって変化するものであり、この変化に基づいて土壌１からのガス放出量を求めるものである。
【００１９】
測定容器２は、例えば底面が開口する円筒形状をなし、測定対象物である土壌１から放出されるガスを逃がさないように土壌面１ａにしっかりと被せられている。
【００２０】
ガス成分除去手段４は、ケーシング１２内に吸収剤３を収容するガス除去器である。ケーシング１２には流入ポートと流出ポートが形成され、これらのポートには当該ポートを開閉する電磁弁１１がそれぞれ設けられている。
【００２１】
吸収剤３は特定のガス成分を選択的に吸収除去するもので、例えば炭酸ガスを選択的に吸収除去する場合には、例えばソーダライム、アスカライトＩＩ、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液等の使用が可能である。この吸収剤３は、ガス成分を吸収することで何らかの変化、例えば重量変化、化学組成変化、吸収能力の変化等を生じる。したがって、測定の前後における吸収剤３の変化に基づいてガス成分の吸収除去量を求めることができる。たとえば吸収剤３として水酸化カリウム溶液を使用した場合には、炭酸ガスを吸収した水酸化カリウム溶液について塩酸（ＨＣｌ）溶液を用いて滴定作業を行い、その結果から、水酸化カリウム溶液内の全炭酸量を求めることができる。
【００２２】
なお、滴定時の反応は以下のとおりである。
第１段階
ＫＯＨ＋ＨＣｌ→ＫＣｌ＋Ｈ２Ｏ
Ｋ２ＣＯ３＋ＨＣｌ→ＫＣｌ＋ＫＨＣＯ３
フェノールフタレイン指示薬
第２段階
ＫＨＣＯ３＋ＨＣｌ→ＫＣｌ＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
メチルオレンジ指示薬
ここでＣＯ２吸収量は第２段階の滴定量に相当する。
【００２３】
一方、吸収剤３としてソーダライムを使用する場合は、重量変化によって吸収した炭酸ガスの総量を求めることができる。すなわち、計測前にソーダライムを１００度で乾燥させてその重さを計量しておく。また、計測後にも炭酸ガスを吸収させたソーダライムを再び１００度で乾燥させてその重さを計量する。そして、計測の前後における重さの差を計算することで、炭酸ガスの総量を求めることができる。また、さらに厳密性が要求される場合には、吸収剤３自身の化学分析、例えばＸ線回折法による分析や、水溶液に溶解させて溶存炭素量を計測する方法等を行うことにより、吸収された炭酸ガスの総量を求めても良い。
【００２４】
循環手段５は、測定容器２内の空気をガス成分除去手段４の流入ポートに導く第１の送気管６と、ガス成分除去手段４を通り抜けた空気を流出ポートから測定容器２内に戻す第２の送気管７と、第１の送気管６の途中に設けられたポンプ８と、このポンプ８をオン・オフ操作する制御装置９を備えて構成されている。なお、第２の送気管７の噴孔は測定容器２内で例えば円形に配置されており、測定容器２内においてガス濃度が均一になるように図られている。
【００２５】
制御装置９は、例えばマイクロコンピュータで、その入力部には測定容器２内のガス濃度を検出するセンサ１０が電気的に接続されている。また、制御装置９の出力部には、上述したポンプ８の他、ガス成分除去手段４の流入ポートと流出ポートを開閉する電磁弁１１が電気的に接続されている。制御装置９は、その記憶装置に予め記憶しているプログラムに従ってセンサ１０の検出信号等に基づいてポンプ８や各電磁弁１１を操作し、測定容器２内のガス濃度を調整する。
【００２６】
次に、本発明の土壌ガスの放出量測定方法を説明する。この方法は、土壌面１ａの所定範囲から放出されるガスを測定容器２内に留め、測定容器２内のガス濃度が測定容器２外のガス濃度に比べて大きくなると、測定容器２内の空気をガス成分除去手段４に導いてガス成分を除去した後に測定容器２内に戻して測定容器２内のガス濃度を減少させることで測定容器２内外のガス濃度の差を解消し、所定時間経過後にガス成分除去手段４によるガス成分の除去量に基づいて土壌１からのガス放出量を求めるものである。
【００２７】
図２に基づいてより具体的に説明すると、まず最初に測定容器２を土壌１の計測位置に設置すると共に、測定容器２の外のガス濃度Ｎｏを測定して制御装置９に入力しておく（ステップＳ２１）。
【００２８】
この後、計測を開始する。いま、計測開始の直後であるので、ステップＳ２２からステップＳ２３に進み、センサ１０によって検出した測定容器２内のガス濃度Ｎｉと、ステップＳ２１において入力したる測定容器２の外のガス濃度Ｎｏを比較する。そして、測定容器２の内外で大きなガス濃度差が生じていなければ、ステップＳ２２，Ｓ２３を繰り返し実行して所定の計測時間が経過するまで測定容器２の内外のガス濃度差を監視する。なお、この状態では、制御装置９は各電磁弁１１を閉操作しており、測定容器２内のガスが拡散によりガス成分除去手段４に到達するのを防止している。
【００２９】
一方、時間の経過に伴って測定容器２内のガス濃度Ｎｉが大きくなると、測定容器２の内外で大きなガス濃度差が生じるので、制御装置９はステップＳ２３からステップＳ２４に進んで各電磁弁１１を開操作すると共にポンプ８をオンさせる。これにより、測定容器２内の空気が第１の送気管６→ポンプ８→電磁弁１１→ガス成分除去手段４の吸収剤３→電磁弁１１→第２の送気管７→測定容器２へと循環し、測定容器２内の圧力をほとんど変化させることなく測定容器２内の空気中のガス成分がガス成分除去手段４によって吸収除去される。これにより、測定容器２内のガス濃度Ｎｉが減少する。そして、測定容器２の内外のガス濃度差が解消されるまで、ステップＳ２３，Ｓ２４を繰り返し実行し、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを減少させる。すなわち、自然状態を示す測定容器２外のガス濃度Ｎｏに対する測定容器２内のガス濃度Ｎｉの増加分に相当するガス成分がガス成分除去手段４の吸収剤３によって吸収除去される。
【００３０】
例えば、測定の対象が土壌１から放出される炭酸ガスである場合には、制御装置９は、測定容器２外の自然状態におけるガス濃度Ｎｏ（約４００ｐｐｍ）よりも測定容器２内のガス濃度Ｎｉが例えば２０ｐｐｍ上昇した場合に、ポンプ８を作動させ且つ電磁弁１１を開操作し、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを低下させる。一方、制御装置９は、ガス成分除去手段４によって測定容器２内のガス成分を吸収除去しているうちに測定容器２内のガス濃度Ｎｉが測定容器２外のガス濃度Ｎｏよりも例えば２０ｐｐｍ低下すると、ポンプ８を停止させ且つ電磁弁１１を閉操作する。そして、これらの制御を繰り返し行うことで、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを自然状態を示すガス濃度Ｎｏに対して±２０ｐｐｍの範囲でほぼ一定に保つことができる。したがって、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを自然状態とほぼ同じ状態にして計測を行うことができる。
【００３１】
計測が終了すると、ステップＳ２２からステップＳ２５に進み、ガス成分除去手段４の吸収剤３によるガス成分の吸収除去量を定量し、測定容器２内に放出されたガス放出量を求める。すなわち、ガス成分除去手段４のケーシング１２内から吸収剤３を取り出し、計測開始前の状態との比較から吸収剤３に吸収されたガス成分量を定量する。この吸収剤３に吸収されたガス成分量が測定容器２内に放出されたガスの放出量（放出総量）である。
【００３２】
このように、測定容器２内のガス濃度Ｎｉの増加分をガス成分除去手段４によって除去することで測定容器２内のガス濃度Ｎｉを自然状態と同じ状態に保ちながらガスの放出量を測定することができるので、ガス濃度の変化に起因した測定誤差の発生を防止することができ、ガスの放出量を正確に測定することができる。すなわち、ガス濃度が変化すると土壌境界面におけるガスの拡散速度が変化するので測定値に誤差が含まれることになるが、本発明では、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを自然状態と同じ状態に保っているので、かかる誤差の発生を防止することができる。
【００３３】
また、ガス成分を吸収することで重量、化学組成、吸収能力等が変化する吸収剤３を使用し、計測前後の吸収剤３の変化に基づいてガス成分の吸収量（除去量）を定量してガス放出量を求めているので、複雑な計算を行わずに簡単にガス放出量を求めることができる。
【００３４】
さらに、ガス成分除去手段４によってガス成分を除去することで、測定容器２の内外のガス濃度差を解消すると共に、計量のためにガス成分を集めることができるので、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを低下させるための機器類と、計量のためにガス成分を集める機器類を別々に備える必要がなくなり、部品点数が少なくて済み、安価に測定装置を提供することができる共に、測定における可搬性を向上させることができる。
【００３５】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、測定容器２外のガス濃度Ｎｏとして計測開始前に予め測定しておいたものを用いていたが、測定容器２内のガス濃度Ｎｉを検出するセンサ１０と同様のセンサを測定容器２の外に設置し、自然状態のガス濃度Ｎｏを検出しながらこの検出値と測定容器２内のガス濃度Ｎｉを比較するようにしても良い。このように測定容器２の内外にセンサをそれぞれ設置することで、土壌間隙中のガス濃度が変動している場合にも、より高精度にガス放出量を測定することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の土壌ガスの放出量測定装置では、土壌面の所定範囲から放出されるガスを留める測定容器と、通過させた空気中のガス成分を除去する吸収剤を有するガス成分除去手段と、測定容器内のガス濃度が高濃度側の閾値よりも大きくなると、測定容器内の空気をガス成分除去手段に供給すると共に、ガス成分除去手段を通過した空気を測定容器内に戻すように循環させて測定容器内のガス濃度を減少させ、且つ測定容器内のガス濃度が低濃度側の閾値よりも小さくなると循環を停止させることで測定容器内外のガス濃度の差を解消する循環手段を備え、吸収剤はガス成分の吸収によって変化するものであり、この変化に基づいて土壌からのガス放出量を求めているので、測定容器内のガス濃度を測定容器外の自然状態のガス濃度に維持しながら計測を行うことができる。このため、ガス濃度の相違に起因した測定誤差を排除することができ、土壌ガスの放出量をより正確に測定することができる。また、ガス成分除去手段の吸収剤によって吸収除去されたガス成分の総量に基づいてガス放出量を求めることができるので、複雑な計算等が不要となり、より簡単にガス放出量を求めることができると共に、取り扱いが煩雑で高価な計測装置類を不要にすることができる。さらに、測定容器内のガス濃度の調整と、ガス成分の収集を同一のガス成分除去手段によって行うことができるので、これらを行う機器類を別々に設ける必要がなくなり、部品点数が少なくて済み、低コストで可搬性に優れた計測装置を提供することができる。
【００３７】
また、請求項２記載の土壌ガスの放出量測定方法では、土壌面の所定範囲から放出されるガスを測定容器内に留め、測定容器内のガス濃度が高濃度側の閾値よりも大きくなると、測定容器内の空気をガス成分除去手段に導いてガス成分を除去した後に測定容器内に戻すように循環させて測定容器内のガス濃度を減少させると共に、測定容器内のガス濃度が低濃度側の閾値よりも小さくなると循環を停止させることで測定容器内外のガス濃度の差を解消し、所定時間経過後にガス成分除去手段によるガス成分の除去量に基づいて土壌からのガス放出量を求めているので、上述の場合と同様に、土壌ガスの放出量をより正確に、より簡便に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した土壌ガスの放出量測定装置の実施形態の一例を示す概念図である。
【図２】本発明を適用した土壌ガスの放出量測定方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 土壌
１ａ 土壌面
２ 測定容器
３ 吸収剤
４ ガス成分除去手段
５ 循環手段
Claims (2)
- 土壌面の所定範囲から放出されるガスを留める測定容器と、通過させた空気中のガス成分を除去する吸収剤を有するガス成分除去手段と、前記測定容器内のガス濃度が高濃度側の閾値よりも大きくなると、前記測定容器内の空気を前記ガス成分除去手段に供給すると共に、前記ガス成分除去手段を通過した空気を前記測定容器内に戻すように循環させて前記測定容器内のガス濃度を減少させ、且つ前記測定容器内のガス濃度が低濃度側の閾値よりも小さくなると前記循環を停止させることで前記測定容器内外のガス濃度の差を解消する循環手段を備え、前記吸収剤はガス成分の吸収によって変化するものであり、この変化に基づいて土壌からのガス放出量を求めることを特徴とする土壌ガスの放出量測定装置。
- 土壌面の所定範囲から放出されるガスを測定容器内に留め、前記測定容器内のガス濃度が高濃度側の閾値よりも大きくなると、前記測定容器内の空気をガス成分除去手段に導いてガス成分を除去した後に前記測定容器内に戻すように循環させて前記測定容器内のガス濃度を減少させると共に、前記測定容器内のガス濃度が低濃度側の閾値よりも小さくなると前記循環を停止させることで前記測定容器内外のガス濃度の差を解消し、所定時間経過後に前記ガス成分除去手段によるガス成分の除去量に基づいて土壌からのガス放出量を求めることを特徴とする土壌ガスの放出量測定方法。
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