JP4951663B2 - 水質の簡易分析器及びそれを用いた水質の分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、水質の簡易分析器とそれを用いた水質の分析方法に関する。

水質の分析は、例えば検査対象となる試料液を研究所や実験室などに持ち帰れば、備え付けの様々な装置を用いて高精度に分析することが可能である。しかし、下水処理場等の水処理施設や産業排水処理施設においては、適切な水処理設備の運転管理を行うために、その時点での水質状態の把握が求められる。そのため、試料液を採水後、現場で直ちに水質の分析結果を得る必要がある。また、試料液を持ち帰り分析するまでに時間を要するため、その間に試料液が腐敗したり、目的物質が分解する等、水質の変化が懸念される。このような要望に対応して、例えば特許文献１に記載の簡易分析具（パックテスト：登録商標）が広く用いられている。

このパックテスト（登録商標）とは、ポリエチレンチューブ内に特定の物質（目的物質）に反応して発色するように調合された発色試薬が密封された分析具である。使用時には、ポリエチレンチューブ端の溶着部に挟み込まれたライン（栓部材）を引き抜くことで内部との貫通穴を形成し、指でポリエチレンチューブを押しつぶして中の空気を押し出し、検査対象となる溶液をスポイトのように吸い込む。吸い込んだ検査対象の液体は試薬と化学反応し発色する。所定時間経過後に濃度毎に色分けされた色見本と目視で比較して、最も近い色に対応する数値を読み取り、検査対象の液体に含まれている目的物質の濃度を得ることができる。勿論、場合により、発色した検査対象の液体を取り出して、光度計などで読み取ることによって濃度を得ることもできる。

一方、疎水化処理を施した目的物質（ホルムアルデヒド）をメンブレンフィルターで濾過し、濾過後のメンブレンフィルター上の色彩を比色して、試料液中の目的物質の濃度を測定するための方法が提案されている（特許文献２）。

特許第４１２５６０３号公報 特開２００７−２１８８６６号公報

しかしながら、パックテスト（登録商標）などの、チューブ内に封入されている試薬の発色は、モル吸光係数で決まっており、自在に発色感度を変化させることは不可能である。即ち、自ずと測定できる濃度範囲に限界があり、例えば一定以下の濃度では発色しない、あるいは発色しても極めてわずかであり、目視では勿論のこと光度計を用いても正確な測定は困難である。

また、特許文献２に記載された濃度測定方法においては、専用の器具や装置が存在しないことから、「液体中の異物を取り除く」という目的に従来から使用されてきたフィルターホルダー密閉型の濾過装置が用いられている。これは例えば、ネジ構造で２つに分離するフィルターホルダーによりメンブレンフィルターを挟持する構成となっている。そのため、現場での使用に際しては測定の都度、薄く破れやすいメンブレンフィルターをフィルターホルダーにセットしなくてはならない。そして、試料液を通液させた後、メンブレンフィルターの色を確認するにはフィルターホルダーを開けてメンブレンフィルターを取り出す必要がある。
また、シリンジ等で圧力をかけて通液する際に試料液がメンブレンフィルターから漏れてメンブレンフィルターとフィルターホルダーのわずかな隙間に通液する現象が生じ、濃度測定に誤差が生じるという問題があった。
さらに、目的物質が低濃度含まれている試料液の分析にあたっては、大量の試料液をメンブレンフィルターに通液する必要があり、試料液が大量に必要になると共に濾過に時間がかかり、効率のよい分析方法が要望されていた。

そこで本発明は上述した点に鑑み案出されたもので、上記のような煩雑な前処理、後処理を不要とし、現場で簡単・迅速に試料液中に含まれる目的物質の濃度測定を可能とする簡易分析器およびこれを用いた分析方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の目的物質の濃度測定用の簡易分析器は、上流側の開口部を広口にするとともに上流側の開口部から下流側の開口部へと通過させる貫通孔と、前記貫通孔の途中に設けられる目的物質を吸着または捕集する濾過膜を有し、前記濾過膜は前記貫通孔の上流側の開口部から直視できるように表出され、前記貫通孔の上流側の開口部に嵌着して前記濾過膜の一部を閉塞して試料液を濾過膜の表出残部に供給する筒状の誘導部材を備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、上流側の開口部に嵌着する誘導部材を通じて試料液が濾過膜の表出残部に単位面積あたり濃縮された状態で供給される。供給された試料液中の目的物質は濾過膜の表出残部上に吸着または捕集される。吸着または捕集された目的物質の発色は上流側の開口部から確認でき、目的物質の濃度が測定される。

また、本発明の簡易分析器は、誘導部材の前記濾過膜に接する内周側端面は突出したリング状に形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば誘導部材の突出した先端面が濾過膜の内径側をリング状に押圧することにより、試料液が誘導部材の内周側のみに供給され、試料液中の目的物質が当該部分のみで濃縮される。

さらに、本発明の簡易分析器は、前記濾過膜はメンブレンフィルターを有することを特徴とする。

上記構成によれば、メンブレンフィルターに目的物質が吸着または捕集される。

さらに、本発明の簡易分析器は、前記メンブレンフィルターの材質がセルロース混合エステル、酢酸セルロース、ポリウレタンフォーム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ろ紙である。

上記構成によれば、メンブレンフィルターとして最適なものが選択される。

さらに、本発明の簡易分析器は、前記試料液は、目的物質の疎水化処理、沈殿化処理又は発色処理のうち、少なくとも１つ以上の処理が施されていることを特徴とする。

上記構成によれば、目的物質又は目的物質由来の生成物が、濾過膜上に吸着又は捕集されて、試料液が供給された部分の濾過膜が着色するように、試料液に処理が施される。

さらに、本発明の簡易分析器は、前記目的物質は、りん酸、けい酸、ホルムアルデヒド、ニッケル、クロロフィルａ、鉄、マンガン、銅、クロム、アルミニウム、鉛、アンモニウム、亜硝酸、硝酸、残留塩素、ふっ素、遊離シアン、硫化物、ヒドラジン、フェノールである。

上記構成によれば、濃度測定対象物質として最適なものが選択される。

また、本発明の目的物質の分析方法は、上記簡易分析器を使用して、前記濾過膜の色の変化および濃淡により試料液中の目的物質の濃度を測定する方法である。

上記構成によれば、複雑な工程からなる測定方法や定量分析装置を必要とせず、容易に目的物質濃度が測定される。

また、本発明の目的物質の分析方法は、上記簡易分析器を使用して、前記濾過膜の色の変化および濃淡は比色部材と比較することで目視で確認され、前記比色部材が目的物質の測定濃度に応じて配列される複数の色表示部と、各色表示部のほぼ中央に設けられた前記簡易分析器本体の外形を受容する嵌着孔とを備え、該嵌着孔に受容された前記簡易分析器本体の広口の開口部から直視される濾過膜と周囲の色表示部とが隣接して直接比色されることを特徴とする。

上記構成によれば、濾過膜と濃度比色部材の色表示部とを最大限に接近させ、ほぼ同一面上から比色する。色表示部の中央に設けられている嵌着孔に簡易分析器本体を受容させることができるため、簡易分析器の貫通孔の途中の濾過膜を色表示部の中央に位置決めして比色することが可能となる。また、濃度比色部材の色表示部の奥行き方向と濾過膜の奥行き方向とを合わせることができるため、略同一平面上での焦点距離を一致させた比色が可能となり、より正確で迅速な直接対比判断が可能となる。

なお、「上流」、「下流」という表現を用いているが、これは簡易分析器使用時における試料液の流れに基づいた表現である。即ち、試料液が供給される側が「上流」側となり、試料液が回収される側が「下流」側となる。

本発明の簡易分析器によれば、簡易迅速に目的物質の濃度測定が可能な現場携帯用分析器を提供することができる。予め、試料中の目的物質を吸着または捕集する濾過膜が簡易分析器内に備えられているので、測定にあたってメンブレンフィルターをピンセットで摘んでフィルターホルダーに挟み込んでセッティングする等の手間は不要であり、現場でこの簡易分析器を用いて直ちに試料液を通液して迅速に濃度測定をすることができる。その際に、上流側の広口の開口部を通して表出する濾過膜を直視できるため、メンブレンフィルターを取り出すことなく直ちに色見本と比色したり、反射計で計測して目的物質の濃度を決定できるようになっている。

さらに、上流側の開口部に誘導部材を嵌着させて試料液を供給することにより、効率よく試料液中の目的物質を濾過膜上に濃縮して吸着または捕集することができる。誘導部材の試料液供給部の内径を変更することにより、濾過膜の単位面積あたりの試料液の供給量を調整でき、目的物質の測定濃度範囲が広くなる。
また、誘導部材を濾過膜上に嵌着すると、濾過膜の浮きやシワを防止すると共に、濾過膜の周縁部からの試料液の漏れを防ぐことができる。誘導部材により濾過膜上の試料液が供給された表出残部と試料液が供給されなかった閉塞部分の色を比較することにより、目的物質の存在の有無を容易に判断できると共に、濾過膜の色の変化を確認しながら試料液の供給量を調整することができる。

また、濾過膜は目的物質の存在による色の変化を目視で確認できるだけの面積があればよいため、濾過膜の大きさを小さくすることができる。その結果、簡易分析器も小さく成形できるため、現場への持ち運びが容易であり、現場での作業も容易となる。

また、本発明の分析方法により、装置や測定機器なしに迅速に現場で試料液中の目的物質濃度を測定することができる。貫通孔の途中に濾過膜を備え、広口の開口部から直視可能な、すなわち、立体的な簡易分析器を用いた場合でも、簡易分析器を濃度比色部材の嵌着孔に受容させて濾過膜と色表示部との直接対比を同一焦点距離から迅速かつ正確に実施することができる。

本発明の実施形態の一例である簡易分析器を示す斜視図。 同簡易分析器の要部拡大断面図。 誘導部材を外した簡易分析器の斜視図。 誘導部材を外した簡易分析器の一部切欠分解斜視図。 簡易分析器の第２実施例を示した斜視図。 簡易分析器を用いて構成した簡易測定システムの概略斜視図。 本発明の簡易測定システムを使用して目的物質の濃度を測定する比色工程を示す斜視図。 比色工程の要部拡大断面図。 実施例３のニッケルの濃度測定結果及び比色を示す写真 実施例５のりん酸の濃度測定結果を示す写真 実施例７のクロロフィルａの濃度測定結果及び比色を示す写真

以下、本発明の実施形態の目的物質の簡易分析器及びそれを用いた目的物質の分析方法について図面を参照しつつ説明する。

＜簡易分析器の構成＞
図１、図２に示すように、簡易分析器１は、貫通孔１２を有するフィルターユニット１０にこの貫通孔１２の途中に設けられた目的物質を吸着または捕集する濾過膜２０と、フィルターユニット１０に嵌着して試料液を供給する筒状の誘導部材１００を備えている。本実施形態では、濾過膜２０は基礎濾過材２０ａとメンブレンフィルター２０ｂから構成されている。なお図１、図２では、上方が上流側、下方が下流側である。

図１〜図４に示すように本実施形態におけるフィルターユニット１０は、上下に伸びる貫通孔１２を有した筒状体であり、合成樹脂材などで一体成形される。このフィルターユニット１０は、上下方向のほぼ１／３程度の上位の外周面には全周に渡って鍔部１６が張り出されている。フィルターユニット１０の外周面は、鍔部１６を境に大径部１１と円錐部１３に区分でき、鍔部１６より上流側が鍔部１６から略垂直に立ち上がる大径な円筒形状の大径部１１が設けられ、大径部１１の上流側端部には広口の開口部１７が開口されている。一方、下流側（図１及び図４において下側）は、下方向に向かって外径が徐々に減縮する円錐部１３が設けられ、円錐部１３の下流側端部には開口部１８が開口されている。下流側の開口部１８は狭口に開口されている。また、鍔部１６よりも僅かに上流側の外周面には、全周に渡って突起部１４が形成されている。フィルターユニット１０は現場に簡易に携帯できる大きさに成形され、広口の開口部幅Ｗ２は目視で濾過膜２０の色の変化等を確認できる程度の大きさであればよい。濾過膜２０の色の変化等を確認するには、試料液が供給されて色が変化する部分αの直径は２．５ｍｍ以上必要である。視認性を高めつつ、簡易分析器１を現場に携帯できる大きさとするために、広口の開口部幅Ｗ２は２．５ｍｍ〜１０ｍｍが望ましい。特に限定されないが、本実施形態ではこのフィルターユニット１０の全長Ｌ１は約１６ｍｍ、全幅Ｗ１は約１１ｍｍ、広口の開口部幅Ｗ２は約７ｍｍとなっている。なお、フィルターユニット１０は樹脂材料以外で構成されていてもよく、例えば、金属や陶器などでも構成することができる。

前記貫通孔１２は、上流側の開口部１７から下流側の開口部１８に向かう途中には段部１２ｃがリング状に張り出しされている。上記段部１２ｃの上流側では、ほぼ垂直状の大径孔部１２ｂが外方から直視可能な程度の広口に開口され、大径孔部１２ｂの上端ではテーパ状に拡開する第１テーパ孔部１２ａが設けられている。また、前記段部１２ｃから下流側の内周面は、テーパ状に貫通孔１２の径が絞られて第２テーパ孔部１２ｄが形成され、この第２テーパ孔部１２ｄより下流側は貫通孔１２の内径が細くなる小径孔部１２ｅが設けられている。上述の通り、第１テーパ孔部１２ａ、大径孔部１２ｂ、段部１２ｃ、第２テーパ孔部１２ｄ、小径孔部１２ｅが連通して全体として貫通孔１２を構成している。

前記貫通孔１２の段部１２ｃには、円盤形状の連続多孔質膜からなる基礎濾過材２０ａが配置され、この上に円盤形状のメンブレンフィルター２０ｂが配置されている。従って、貫通孔１２を上流側から見ると、濾過膜２０の表面全体を広口の開口部１７を介して直接視認することができる構成となっている。

前記基礎濾過材２０ａの下面外縁は段部１２ｃに密着され、かつ、外周面が大径孔部１２ｂの内周面に全周に渡って密着している。基礎濾過材２０ａは、本実施形態においては例えばポリエチレンなどの合成樹脂材やガラス繊維材料が焼結されて構成されている。特に限定されないが、基礎濾過材２０ａの厚さは２〜５ｍｍ程度が望ましい。
また、本実施形態のように濾過膜２０を２層構造とした場合、基礎濾過材２０ａは濾過膜であると同時にメンブレンフィルター２０ｂを適切に保持する役割を担っている。しかし、メンブレンフィルター２０ｂを適切に保持できれば、必ずしも基礎濾過材２０ａは焼結フィルターである必要はなく、例えば微細なメッシュを利用することも可能である。

メンブレンフィルター２０ｂは前記基礎濾過材２０ａの上に配置され、基礎濾過材２０ａを全面に渡って覆っている。メンブレンフィルター２０ｂは、目的物質または目的物質由来の生成物を前記フィルター２０ｂ上に吸着または捕集できればよく、その材質は、セルロース混合エステル、酢酸セルロース、ポリウレタンフォーム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ろ紙などが挙げられ、測定対象となる目的物質の特性又は試料液に施された疎水化処理若しくは沈澱化処理方法によって適宜選択される。特に限定されないが、メンブレンフィルターの材質の選択の一例を挙げると、モリブデンブルー法（分析化学，３３，４５３，１９８４年）により発色後、疎水化処理されたリン酸又はケイ酸についてはセルロース混合エステル製が望ましく、ＭＢＴＨ法（特開２００７−２１８８６６号公報）により発色後、疎水化処理されたホルムアルデヒドについては、セルロース混合エステル製が望ましく、α−フリルジオキシム法（Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．，３７，７，２００８年）により沈澱化処理されたニッケルについては、酢酸セルロース製が望ましく、ナフチルエチレンジアミン法（工業用水，４３３，２，１９９４年）により発色後、疎水化処理された亜硝酸イオンについてはセルロース混合エステル製が望ましい。

なお、上記では濾過膜２０は、基礎濾過材２０ａとメンブレンフィルター２０ｂの２層構造となっているが、必ずしもこの構成が必須のものではない。例えば基礎濾過材２０ａ単独で目的物質又は疎水化処理若しくは沈殿化処理された目的物質等を基礎濾過材２０ａの上に吸着または捕集することができるのであれば、濾過膜２０は基礎濾過材２０ａ単層の構成であってもよい。

誘導部材１００は、試料液を濾過膜２０の表出残部に供給し、濾過膜２０への単位面積あたりの試料液の供給量を変化させることのできる部材である。図１、図２に示すように、本実施形態においては試料液が通過する中空部１００ａが形成された筒状（パイプ状）の部材として構成され、一端に簡易分析器１の大径孔部１２ｂに強制嵌合し得る小径部１００ｂが縮径され、縮径部位に段差面１００ｃが位置している。筒状には、円筒状、角筒状及び拡開した筒状、すなわちラッパ状が含まれる。また、小径部１００ｂの先端には、先端面１００ｄと内周側を突出した凸部１００ｅの端面がリング状に形成されている。誘導部材１００の小径部１００ｂを簡易分析器１の大径孔部１２ｂに嵌め込んでいくと、段差面１００ｃにフィルターユニット１０の上流側端面１０ａが当接して位置決めされる構成となっている。このとき、誘導部材１００の先端面１００ｄは濾過膜２０の表面の周縁部を押圧するように密着できる構成とされている。その際に、前記先端面１００ｄの内周側では凸部１００ｅがリング状に濾過膜２０をさらに押圧している。リング状には、円形状（環状）、楕円状、角型状が含まれる。先端面１００ｄからの凸部１００ｅの高さは、濾過膜の厚みによるが、たとえば０．２ｍｍ〜２ｍｍ程度が望ましい。

誘導部材１００の中空部１００ａの開口面積は濾過膜２０の表面積よりも小さくなっているので、この誘導部材１００を簡易分析器１の大径孔部１２ｂに接続することで、試料液の通過を濾過膜２０の表面の一部に絞り込み、単位面積当たりの濃縮度合いを変化させることが可能となる。例えば、中空部１００ａの内径ｄ１がそれぞれ異なる複数の誘導部材１００をシリーズとして揃えておくことで、濃縮レベルを適宜調整することができる。換言すれば、試料液が貴重で大量に確保できない場合でも濃縮レベルを確保できるので、濃度測定が可能となることを意味している。
中空部１００ａの内径ｄ１は試料液の供給量と濾過にかかる時間の関係から５ｍｍ以下が望ましく、濾過膜２０の着色を目視で容易に確認するために２．５ｍｍ以上が望ましい。具体的には、内径ｄ１が３ｍｍであった場合、単位面積あたりの濾過量を５００ｍｌ／ｃｍ^２とするには、試料液は３５ｍｌと少量で足りる。

また、誘導部材１００は、中空部１００ａに試料液が通液されるため、濾過膜２０の周縁部と大径孔部１２ｂの間の僅かな隙間（必ず隙間が生じているということを意味しない）γから試料液が通過することを阻止することができる。本実施形態の誘導部材１００は凸部１００ｅが隙間γより内周側で濾過膜２０をさらに押圧しており、外周側への浸透拡散をさらに阻止できる構造となっている。

さらに、誘導部材１００を用いると、濾過膜２０の表面に試料液が通過する中心部αと試料液が通過しない円環部βが形成される（図３参照）。そのため、濾過膜２０の地色がそのまま残る部分（円環部β）ができ、簡易分析器単体でも発色の有無を容易に確認することが可能となる。即ち、試料液中の目的物質の有無の判断に限れば、色見本などを用いずとも簡易分析器１単独で行うことができる。

さらに、誘導部材１００を装着するということは、単に試料液の濃縮レベルを調整するのみならず、濾過膜２０の脱落防止の機能も発揮する。また、濾過膜２０が基礎濾過材２０ａの上にメンブレンフィルターを積層して構成されている際には、誘導部材１００で押圧することにより、試料液の供給による膜のめくれを防止し、膜の浮きやヨレなどの型崩れを防止するという機能も発揮する。

なお、誘導部材１００は、簡易分析器１について脱着できる構造としても、脱着できない構造（嵌め殺し構造、一体成形構造）としてもよい。誘導部材１００が脱着できない構造とした場合にはもちろん、脱着できる構造とした場合においても、誘導部材１００部分を無色透明の樹脂等とすることで、簡易分析器１から誘導部材１００を外さずに迅速に比色分析を行うことができる。

また、誘導部材１００は上記のようにパイプ状のものに限られず、例えば図５に示しているようにいわゆるドーナツ形の誘導部材１１０として構成してもよい。このような構成とすれば、誘導部材１１０全体を簡易分析器１の大径孔部１２ｂの中に納めておくことができ、コンパクトに構成できる。

試料液に含まれる目的物質は濾過膜２０上に吸着又は捕集されて、その目的物質の有する色により濾過膜２０が着色する。特に限定されるものではないが、一例として、クロロフィルａ濃度測定について説明すると、試料液である湖沼等の環境水を濾過膜２０上に供給すると植物プランクトン類が濾過膜２０上に捕集され、植物プランクトンが有するクロロフィルaの色により濾過膜が着色する。

一方、目的物質が無色である場合、又は有色の目的物質であっても着色の視認性を高めるために、試料液中の目的物質に発色処理を施すことができる。また、濾過膜２０に吸着等され難い目的物質を含む試料液については、試料液に疎水化処理又は沈澱化処理を施すことができる。このとき、濾過膜２０上に吸着又は捕集される物質は目的物質そのものだけではなく、目的物質を含む錯体や、イオン会合体、目的物質の二次産物など目的物質由来の生成物も含まれる。

目的物質の発色処理とは、特に限定されるものではないが、試薬の添加等により有色化合物を生成させるような処理をいい、一例として、ニッケル濃度測定のためのα−フリルジオキシム法においては、ニッケルイオンを含む試料液にα−フリルジオキシムを添加すると、オレンジ色のニッケルイオンとの錯体が形成する（Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．，３７，７９２，２００８年）。

目的物質の疎水化処理とは、特に限定されるものではないが、界面活性剤やオクタデシルシリル化シリカゲル、イオン交換樹脂などを添加する例などが挙げられる。一例として、疎水化処理と発色処理を含む処理であるが、ホルムアルデヒド濃度測定のためのＭＢＴＨ法について説明すると、試料液に一定量の３−メチル−２−ベンゾチアゾロンヒドラゾン（ＭＢＴＨ）を添加して試料液中に含まれるホルムアルデヒドをアジンに変化させる。その後塩化鉄（ＩＩＩ）溶液を加え、ホルムアルデヒド由来のアジンを青色陽イオン色素にし、未反応のＭＢＴＨを酸化型ＭＢＴＨとする。これらにテトラフェニルほう酸ナトリウムを加えると、青色陽イオン色素とテトラフェニルほう酸ナトリウムとのイオン会合体（青色）と酸化型ＭＢＴＨとテトラフェニルほう酸ナトリウムとのイオン会合体（黄色）が生じる。これらのイオン会合体は疎水性であり、試料液中に浮遊し、濾過膜２０上に通液すると濾過膜２０上に捕集される（特開２００７−２１８８６６号公報）。

また、目的物質の沈澱化処理とは、特に限定されるものではないが、共沈剤の添加やｐＨの変化による沈澱生成、塩析などが挙げられる。一例として、沈澱化処理と発色処理を含む処理であるが、ニッケル濃度測定のためのα−フリルジオキシム法について説明すると、試料液に一定の、α−フリルジオキシムを添加して試料液中に含まれるニッケルイオンとの錯体を形成させる。このオレンジ色の錯体は沈澱を形成し、濾過膜２０上に通液すると濾過膜２０上に効果的に吸着する（Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．，３７，７９２，２００８年）。

なお、目的物質の疎水化処理、沈澱化処理、発色処理はいずれか１つでも、２つ以上組み合わせてもよく、目的物質と濾過膜の特性により処理を選択することができる。

目的物質は特に限定されないが、環境水や上水、下水、排水等中の水質分析や水検査の対象、水管理の指標として用いられる物質が挙げられ、例えば、りん酸、けい酸、ホルムアルデヒド、ニッケル、クロロフィルa、鉄、マンガン、銅、クロム、アルミニウム、鉛、アンモニウム、亜硝酸、硝酸、残留塩素、ふっ素、遊離シアン、硫酸、硫化物、ヒドラジン、フェノール、銀、金、ほう素、カルシウム、塩化物、二酸化塩素、過酸化水素、マグネシウム、オゾン、パラジウム、亜硫酸、亜鉛、バリウム、カリウムなどが挙げられる。

＜簡易分析器を利用した目的物質の簡易測定システム＞
次に、上記説明した簡易分析器１を用いて、目的物質の濃度を簡易に測定するシステムについて説明する。

簡易分析は、図６に示している簡易測定システムによって実現される。簡易測定システムは、試料液に含まれる目的物質又は目的物質由来の生成物を濾過膜２０に吸着又は捕集して濾過膜２０上で目的物質の存在を可視化する可視化手段と、この可視化手段により可視化された目的物質又は目的物質由来の生成物の色を識別する識別手段を備えて構成されている。

可視化手段は、たとえば、目的物質の疎水化処理、沈澱化処理又は発色処理のうち、選択されたものが施された試料液を入れるビーカー（容器）５０と、濾過膜２０を通過した試料液が回収されるシリンジ３０と、これらビーカー５０とシリンジ３０とを繋ぐ接続チューブ４０と、これら接続チューブ４０の端部に連通接続される簡易分析器１を有してなる。具体的には、シリンジ３０のノズル部３２に接続チューブ４０の一端が被嵌接続され、他端が簡易分析器１の円錐部１３に接続される。接続チューブ４０としては柔軟性を有する熱可塑性樹脂製の筒状体が望ましく、ノズル部３２や円錐部１３のテーパ部分への押し込みによって密着する。また、簡易分析器１の大径孔部１２ｂには、図示するように誘導部材１００を嵌合し、誘導部材１００の先端部分を試料液に開放する。

シリンジ３０は、一般に市販されている様々なシリンジを利用することができる。特に限定されないが、具体的には試料液の吸引速度をほぼ一定にでき、吸引に手間がかからない観点から、シリンジ内部のシリンダー位置を固定できるストッパー付きシリンジ（藤原製作所製など）が望ましい。

また、可視化手段においては、試料液をシリンジに一定容量入れ、シリンジ３０のノズル部３２と簡易分析器１の大径孔部１２ｂを誘導部材１００を用いて接続する構成としてもよい。シリンジ３０により、試料液は押し込まれて簡易分析器１に供給され、濾過膜２０に供給される。

一方、識別手段は、可視化手段により可視化された目的物質又は目的物質由来の生成物の色を比べるための濃度比色部材９０を用いてなる。濃度比色部材９０は、目的物質又は目的物質由来の生成物の濃度に応じて段階的に並べて配列された複数の色表示部９２と、この色表示部９２に対応する濃度表示９４とを備えている。濃度比色部材９０は、図示するシート状を呈し、それぞれの色表示部９２の中央には、簡易分析器１の大径部１１を嵌着させるための嵌着孔９６が形成されている。そのため色表示部９２は、嵌着孔９６を取り囲むような環状の態様が基本となる。色表示部９２の色は、予め濃度が既知の試料液を利用して発色を確認して作成されている。

前記色表示部９２は離間して配列され、例えば、目的物質の濃度に応じて配列される。より具体的には、左右方向（Ｘ方向）、つまり左側から右側に向かうに従って目的物質の濃度が高くなるように濃度表示９４が配列され、これに応じて色表示部９２の色も低濃度を示す淡色から高濃度を示す濃色へと順に濃くなっている。

なお、識別手段としては、濃度比色部材９０を用いるほかに、反射計等を用いて濾過膜２０の着色又は発色の濃淡（強度）を確認し、目的物質の濃度を測定することもできる。

＜簡易測定システムを用いた測定方法＞
続いて、上記簡易測定システムを用いた具体的な測定方法について手順に沿って説明する。

目的物質の濃度の測定方法の概要は、簡易分析器１の濾過膜２０上に目的物質の疎水化処理、沈澱化処理又は発色処理のうち、選択されたものが施された試料液を供給し、目的物質又は目的物質由来の生成物を濾過膜２０上に吸着又は捕集する。濾過膜２０の着色又は発色の濃淡（強度）を確認し、目的物質の濃度を測定する。目的物質の濃度と、色の濃淡には相関関係が成り立つので、目的物質の濃度は、予め濃度が既知の試料を用いて作成した濃度比色部材９０の色表示部９２の色と目視により比較することで判定することができる。

最初に、試料液について、適宜目的物質の疎水化処理、沈澱化処理又は発色処理を行う。ビーカーなどの容器５０に上記処理を行った試料液を入れ、誘導部材１００の下端を浸した状態でシリンジ３０のピストンを引き、試料液を吸い上げる（図６参照）。これにより、試料液は、簡易分析器１の貫通孔１２を通ってシリンジ３０側へと移動する。シリンジ３０はピストンを定速で所望距離だけ操作して一定容量を供給し、一定容量の試料液中に含まれる目的物質又は目的物質由来の生成物は濾過膜２０に吸着又は捕集される。
その後、接続チューブ４０からシリンジ３０を取り外し、シリンジ３０内に回収された濾過液を廃棄する。

次に、図７に示すように、簡易分析器１を誘導部材１００と接続チューブ４０から取り外し、濾過膜２０の表面上にできたスポット（吸着又は捕集された目的物質又は目的物質由来の生成物による着色部分）を濃度比色部材９０の色表示部９２と比較する。比較した結果、最も近いものに対応している濃度表示９４が試料液に含まれている目的物質の濃度となる。
なお、ブランク試料が無着色である場合には、上記スポットと誘導部材１００により閉塞されて試料液が供給されなかった部分との発色を比較することにより、試料液中の目的物質の存在の有無は直ちに確認される。

濃度比色部材９０の色表示部９２にはそれぞれ嵌着孔９６が設けられているため、この嵌着孔９６に簡易分析器１の大径部１１を嵌め込んで嵌着させる。このとき、フィルターユニット１０の外周には鍔部１６が形成されていることから、この鍔部１６が濃度比色部材９０の下面に当接した状態で上面が突起部１４で挟み込みされるので、嵌着孔９６に嵌着した簡易分析器１が位置決めされる（図８参照）。またこの鍔部１６は、濾過膜２０の位置とほぼ揃った位置に形成されていることから、鍔部１６にて位置決めされると、濃度比色部材９０上の色表示部９２と濾過膜２０の表面との高さ方向がある程度揃い、より正確な比色が可能となっている。特に、濾過膜２０の表面と色表示部９２とが接近しているので、比色が迅速かつ正確に実施される。また、簡易分析器１を濃度比色部材９０の下側から嵌着するのではなく、上側から嵌めてもよい。即ち、フィルターユニット１０の円錐部１３を嵌着孔９６へ落とし込み挿入して比色することも可能であり、この場合には開口部１７の濾過膜２０の発色と鍔部周囲の色表示部９２とを対比して比色する。

濾過膜２０の単位面積あたりに吸着又は捕集される目的物質の総量は、試料液の供給量に比例するため、試料液の供給量が大きいほど吸着又は捕集される目的物質量が増大し、より低濃度が測定できる。
試料液の量は、濾過処理にかかる時間の観点から、０．５ｍｌ〜２００ｍｌが望ましい。

また、簡易測定システムを用いて、目的物質の測定を行う際に、試料液に共存する他の金属イオンにより妨害を受けることがある。そのようなことが懸念される場合には、これを防ぐため、試料液の中に、共存金属と錯体を形成するマスキング試薬を加えておくことによって妨害を排除することができる。例えば共存し得る金属イオンとして、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃa(ＩＩ)、 Ｍｇ(ＩＩ)、Ｆｅ(ＩＩ)、Ｆｅ(ＩＩＩ)、Ｃｕ(ＩＩ)、Ｚｎ(ＩＩ)などがある。これらの金属イオンのマスク剤として、イミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、エチレンジアミン、アセチルヒドロキサム酸、アミノ酸、クエン酸、酒石酸などが挙げられ、これらを単独ないし、必要により二種類以上を組み合わせて用いるとよい。

なお、試料液７０中に浮遊物や懸濁物質がある場合には、濾過膜２０に付着して詰まりや着色ムラの原因となりやすいため、あらかじめ、メッシュやフィルターで上記浮遊物等を取り除いておくことが望ましい。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々、設計変更した形態が技術的範囲に含まれるものである。

本発明の実施にあたり、フィルターユニットは、図１〜図４に示す全長約１６ｍｍ、全幅約１１ｍｍ、広口の開口部幅約７ｍｍであり、ポリプロピレン樹脂製のものを用いた。基礎濾過材はフィルターユニット内でポリエチレン粉末を焼結させて得た。メンブレンフィルターは直径７ｍｍ、孔径８μｍ、厚さ１１０μｍのセルロース混合エステル製の円盤状メンブレンフィルターを用い、基礎濾過材の上に載せた。また、誘導部材は図３に示す全長３０ｍｍ、外形幅８ｍｍ、内径３ｍｍ、ポリプロピレン樹脂製のものを用いた。

１．ニッケルの簡易分析
＜ニッケルの発色処理および沈殿化処理＞
ニッケルイオンが３０ｐｐｂ及び１００ｐｐｂ含まれる各々の試料液１．５ｍｌに、クエン酸アンモニウム３ｍｇを添加し、さらにアンモニア水でｐH４〜６に調整した。そこに、アラビアゴム１．５ｍｇ、１,２−シクロヘキサンジオンジオキシムを０.１２ｍｇ添加して、１，２−シクロヘキサンジオンジオキシム−ニッケルの桃色の沈澱錯体を形成させた。

＜ニッケルの簡易分析および比色＞
ビーカーに実施例２で得た試料液を準備し、試料液をシリンジ内に吸い上げた。実施例１で得た簡易分析器の大径孔部に誘導部材を嵌めこみ、誘導部材と上記のシリンジを接続した。シリンジのピストンを一定速度で押し試料液を簡易分析器に１．５ｍｌ導入した。濾過膜の濾過面積は０．０７ｃｍ^２（直径３ｍｍ）であり、単位面積あたりの濾過量は２１ｍｌ／ｃｍ^２であった。また、この１．５ｍｌの吸引濾過にかかった時間は１分ほどであった。
誘導部材を大径孔部から取り外し、広口の開口部より濾過膜を見ると、誘導部材により試料液が供給された部分が丸く桃色に着色していた。（この着色を図９に示す。）簡易分析器の大径部をあらかじめ作成した濃度比色部材の嵌着孔に嵌めこみ、色表示部と濾過膜上の着色を比色したところ（比色の状況を図９に示す。黒い円部分は簡易分析器を嵌めこんでいない嵌着孔を示す）、試料液各々中のニッケルイオン濃度は約３０ｐｐｂ及び約５０ｐｐｂと判定できた。

２．りん酸の簡易分析
＜りん酸の発色処理および疎水化処理＞
りん酸イオンが５ｐｐｂ、１０ｐｐｂ、２０ｐｐｂ、５０ｐｐｂ含まれる各々の試料液２５ｍｌに、ＪＩＳ Ｋ ０１０２ ４６．１．１、４６．１．２（１９９８）の記載に従い、七モリブデン酸六アンモニウム四水和物、硫酸、Ｌ（＋）−アスコルビン酸を添加し、青色のモリブデン青を形成させた。

＜りん酸の簡易分析＞
ビーカーに実施例２で得た試料液のうち５ｍｌを移し、０．２５ｍｇのベンジルジメチルテトラデシルアンモニウムクロライド・２水和物を添加した。実施例１で得た簡易分析器の大径孔部に誘導部材を嵌めこみ、誘導部材とシリンジを接続した。誘導部材先端をビーカーの試料液に入れ、シリンジのピストンを一定速度で引き上げ、試料液を簡易分析器に５ｍｌ導入した。濾過膜の濾過面積は０．０７ｃｍ^２（直径３ｍｍ）であり、単位面積あたりの濾過量は７１ｍｌ／ｃｍ^２であった。
誘導部材を大径孔部から取り外し、広口の開口部より濾過膜を見ると、誘導部材により試料液が供給された部分が丸く青色に着色し、５ｐｐｂの試料液から明確な青い着色が認められた（この着色を図１０に示す。）青色の着色はりん酸イオン濃度が高くなるにつれて一定の割合で濃くなった。

３．クロロフィルａの簡易分析
本発明の実施にあたり、フィルターユニットと誘導部材は、実施例１と同じものを用いた。基礎濾過材はフィルターユニット内でポリエチレン粉末を焼結させて得た。メンブランフィルターは直径７ｍｍ、孔径０．６５μｍ、厚さ１１０μｍのセルロース混合エステル製の円盤状メンブランフィルターを用い、基礎濾過材の上に載せた後、蒸留水を通液させて密着させた。

＜クロロフィルａの簡易分析および比色＞
クロロフィルａ濃度にして約２ｐｐｂ及び約５ｐｐｂの植物プランクトンが含まれる各々の試料液を約２０ｍｌ用意した。
実施例６で得た簡易分析器の大径孔部に誘導部材を嵌めこみ、円錐部とシリンジを接続チューブを用いて接続した。ビーカーに試料液を入れ、誘導部材の下端を各種試料液に入れてシリンジのピストンを一定速度で引き上げ、１０ｍｌ吸引した。濾過膜の濾過面積は０．０７ｃｍ^２（直径３ｍｍ）であり、単位面積あたりの濾過量は１４２ｍｌ／ｃｍ^２であった。また、この１０ｍｌの吸引濾過にかかった時間は２〜３分であった。
誘導部材を大径孔部から取り外し、広口の開口部より濾過膜を見ると、誘導部材により試料液が供給された部分が丸く緑色に着色していた。（この着色を図１１に示す。）簡易分析器の大径部を濃度比色部材の嵌着孔に嵌めこみ、色表示部と濾過膜上の着色を比色したところ（比色の状況を図１１に示す。黒い円部分は簡易分析器を嵌めこんでいない嵌着孔を示す）、約２ｐｐｂ及び約５ｐｐｂと判定できた。

１…簡易分析器
２…簡易測定システム
１０…フィルターユニット
１０ａ…フィルターユニット１０の上流側端面
１１…大径部
１２…貫通孔
１２ａ…第１テーパ孔部
１２ｂ…大径孔部
１２ｃ…段部
１２ｄ…第２テーパ孔部
１２ｅ…小径孔部
１３…円錐部
１４…突起部
１６…鍔部
１７…広口の開口部
１８…下流側の開口部
２０…濾過膜
２０ａ…基礎濾過材
２０ｂ…メンブレンフィルター
３０…シリンジ
３２…ノズル
４０…接続チューブ
５０…容器
９０…濃度比色部材
９２…色表示部
９４…濃度表示
９６…嵌着孔
１００，１１０…誘導部材
１００ａ…中空部
１００ｂ…小径部
１００ｃ…段差面
１００ｅ…凸部
１００ｄ…先端面
Ｌ１…フィルターユニット１０の全長
Ｗ１…フィルターユニット１の全幅
Ｗ２…広口の開口部１７の幅
ｄ１…誘導部材の中空部１００ａの内径
α…試料液が通過する中心部
β…試料液が通過しない円環部
γ…濾過膜２０の周縁部と大径孔部１２ｂの間の僅かな隙間

Claims (9)

1. 上流側の開口部を広口にするとともに上流側の開口部から下流側の開口部へと試料液を通過させる貫通孔と、前記貫通孔の途中に設けられ、前記試料液中の目的物質を吸着または捕集する濾過膜を有し、前記濾過膜は前記貫通孔の上流側の開口部から直視できるように表出され、前記貫通孔の上流側の開口部に脱着可能に嵌着して前記濾過膜が表出する一部を閉塞して前記試料液を濾過膜の表出残部に供給する筒状の誘導部材を備えており、前記誘導部材には前記試料液が通過する中空部が形成され、該中空部の開口面積は前記濾過膜の表出する面積よりも小さくなっており、前記試料液通過後、前記濾過膜の地色が円環状に残るように構成されていることを特徴とする目的物質の濃度測定用の簡易分析器。
2. 前記誘導部材の前記濾過膜に接する内周側端面は突出したリング状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の簡易分析器。
3. 前記濾過膜は、メンブレンフィルターを有することを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の簡易分析器。
4. 前記メンブレンフィルターの材質がセルロース混合エステル、酢酸セルロース、ポリウレタンフォーム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート又はろ紙である請求項３記載の簡易分析器。
5. 前記試料液は、目的物質の疎水化処理、沈殿化処理又は発色処理のうち、少なくとも１つ以上の処理が施されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の簡易分析器。
6. 前記目的物質は、りん酸、けい酸、ホルムアルデヒド、ニッケル、クロロフィルa、鉄、マンガン、銅、クロム、アルミニウム、鉛、アンモニウム、亜硝酸、硝酸、残留塩素、ふっ素、遊離シアン、硫化物、ヒドラジン又はフェノールである請求項１〜５のいずれか一項に記載の簡易分析器。
7. 前記濾過膜の色の変化および濃淡により試料液中の目的物質の濃度を測定する方法であって、請求項１〜６のいずれか一項に記載の簡易分析器を使用する目的物質の分析方法。
8. 前記濾過膜の色の変化および濃淡は比色部材と比較することで目視で確認され、前記比色部材が目的物質の測定濃度に応じて配列される複数の色表示部と、各色表示部のほぼ中央に設けられた前記簡易分析器本体の外形を受容する嵌着孔とを備え、該嵌着孔に受容された前記簡易分析器本体の広口の開口部から直視される濾過膜と周囲の色表示部とが隣接して直接比色されることを特徴とする請求項７記載の目的物質の分析方法。
9. 前記色表示部が前記目的物質の濃度に応じて配列されていることを特徴とする請求項８記載の目的物質の分析方法。