JP6118799B2 - 光透過性粒子測定方法及び光透過性粒子測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば光透過性細胞外ポリマー粒子（ＴＥＰ（Transparent Exopolymer Particles））等の負電荷の官能基を有する生物由来の多糖からなる光透過性粒子を測定する方法及び装置に関するものである。
従来の海水淡水化処理としては、特許文献１に示すように、海水をＵＦ膜（限外ろ過膜）及び／又はＭＦ膜（精密ろ過膜）を用いて前処理し、その後、ＲＯ膜（逆浸透膜）により塩分を分離して真水を得るようにしたものがある（逆浸透法）。
ところで、ＲＯ膜における目詰まりが問題となっており、ＲＯ膜が目詰まりを起こしてしまうと、プラントを停止させて、ＲＯ膜のメンテナンスを行う必要がある。ここで、ＲＯ膜の目詰まりの原因としては、光透過性細胞外ポリマー（ＴＥＰ）が考えられており、ＲＯ膜に供給される海水中のＴＥＰ濃度が高い場合には、ＲＯ膜の目詰まりのリスクが高まるため、海水中のＴＥＰ濃度を測定することが望まれている。
そして、従来のＴＥＰ測定は、（１）採取したサンプル液を濾過する濾過工程と、（２）当該濾過工程によって分離したＴＥＰを含む濾物に染色剤を添加してＴＥＰを染色する染色工程と、（３）当該染色工程を経た濾物に硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を添加することで染色剤及びＴＥＰの結合物を抽出する抽出工程と、（４）当該抽出工程により抽出された染色剤及びＴＥＰの結合物の吸光度からＴＥＰを定量するＴＥＰ定量工程とを備えている。
しかしながら、従来のＴＥＰ測定では、上記（１）〜（４）といった煩雑な工程を経てＴＥＰを抽出して吸光度測定する必要があり、また、その抽出までに時間がかかってしまうという問題がある。また、廃液が硫酸を含む強酸性のものであるため、取り扱いに十分気をつける必要があるだけでなく、その廃液処理にコストもかかってしまう。さらに、吸光度測定を行うに際して、測定セルの内面が染色剤により染色されてしまい、測定セルを頻繁に洗浄又は交換する必要があり操作が煩雑になる。また、連続測定や現場での測定（オンサイト測定）を行うことが難しい。
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、光透過性細胞外ポリマー粒子（ＴＥＰ）等の負電荷の官能基を有する生物由来の多糖からなる光透過性粒子を、煩雑な測定処理を行うことなく簡単に測定でき、連続測定も可能にすることをその主たる所期課題とするものである。
すなわち本発明に係る光透過性粒子測定方法は、サンプル液に含まれており、負電荷の官能基を有する生物由来の多糖からなる光透過性粒子を測定する光透過性粒子測定方法であって、前記光透過性粒子の負電荷の官能基に結合して前記光透過性粒子を染色する染色剤を前記サンプル液に添加する染色工程と、前記サンプル液のイオン強度を低下させて前記光透過性粒子を凝集させる凝集工程と、前記染色工程及び前記凝集工程により染色及び凝集された光透過性粒子に検査光を照射し、それによって生じる散乱光を検出して、前記サンプル液の濁度を測定する濁度測定工程とを備えることを特徴とする。
このような光透過性粒子測定方法であれば、光透過性粒子を染色剤を用いて染色し、サンプル液のイオン強度を低下させて光透過性粒子を凝集させて、それによって染色及び凝集された光透過性粒子の散乱光を検出するものであり、煩雑な測定処理を行う必要が無く簡単に測定でき、連続測定やオンサイト測定をも可能となる。
前記光透過性粒子が、光透過性細胞外ポリマー粒子（ＴＥＰ）であり、前記サンプル液中に前記染色剤としてアルシアンブルー液を添加することによって、前記染色工程及び前記凝集工程を同時に行うことが望ましい。アルシアンブルーは正電荷に帯電しており、負電荷の官能基を有するＴＥＰにイオン結合し易く、ＴＥＰを染色するのに好適である。また、アルシアンブルー液を添加することによってサンプル液が希釈されて、そのイオン強度が低下するため、ＴＥＰが凝集し易い。このようにアルシアンブルー液をサンプル液に添加するだけで、ＴＥＰの染色及び凝集を行うことができるため、ＴＥＰの測定処理を極めて簡便にすることができ、ＴＥＰの連続測定が可能となる。
上記の光透過性粒子測定方法を好適に実現するための光透過性粒子測定装置としては、サンプル液に含まれており、負電荷の官能基を有する生物由来の多糖からなる光透過性粒子を測定する光透過性粒子測定装置であって、前記光透過性粒子の負電荷の官能基に結合して前記光透過性粒子を染色する染色剤を前記サンプル液に添加する染色剤添加手段と、前記サンプル液のイオン強度を低下させて前記光透過性粒子を凝集させる凝集手段と、前記染色剤添加手段及び前記凝集手段により染色及び凝集された光透過性粒子に検査光を照射し、それによって生じる透過光及び散乱光を検出して、前記サンプル液の濁度を測定する濁度測定手段とを備えることを特徴とする。
このような光透過性粒子測定装置であれば、サンプル液を収容したセルを設置するだけで、当該サンプル液に含まれる光透過性粒子を自動的に測定することができる。また光透過性粒子を染色剤を用いて染色するだけでなく、その光透過性粒子を凝集させているので、光透過性粒子によって生じる透過光及び散乱光の光強度を大きくすることができ、光透過性粒子の測定精度を向上させることができる。このとき、染色及び凝集させた光透過性粒子を吸光度測定により測定することが考えられるが、測定セルの内面が染色剤により染色してこれによって光が吸光されてしまうため、測定誤差が生じてしまう。本発明では、透過光及び散乱光を用いて濁度測定を行うことから、測定セルの内面に吸着した染色剤に起因する測定誤差を低減して、光透過性粒子を精度良く測定することができる。また、光透過性粒子を染色剤によって染色して、凝集させることなく濁度測定することも考えられるが、濁度測定において十分な感度を得ることできない。本発明では、光透過性粒子を凝集させているので、濁度が大きくなり、感度を十分に得ることができ、測定精度を向上させることができる。
ここで、光透過性粒子測定装置の装置構成を簡略化して、例えば小型化等を実現するためには、前記染色剤添加手段が前記凝集手段を兼ねていることが望ましい。
このように構成した本発明によれば、光透過性細胞外ポリマー粒子（ＴＥＰ）等の負電荷の官能基を有する生物由来の多糖からなる光透過性粒子を、煩雑な測定処理を行うことなく、連続測定を可能にすることができる。
１００・・・光透過性粒子測定装置（ＴＥＰ測定装置）
Ｓ・・・測定セル
２・・・染色剤添加手段
３・・・凝集手段
４・・・濁度測定手段
４１・・・光源
Ｌ１・・・検査光
Ｌ２・・・透過光
Ｌ３・・・散乱光
４２・・・透過光用光検出器
４３・・・散乱光用光検出器
５・・・演算手段
Ｓ・・・測定セル
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４３・・・散乱光用光検出器
５・・・演算手段
以下に本発明に係る光透過性粒子測定装置について図面を参照して説明する。
本実施形態の光透過性粒子測定装置１００は、海水、工業排水又は家庭排水などに含まれる光透過性粒子である光透過性細胞外ポリマー粒子（ＴＥＰ；Transparent Exopolymer Particles）を測定するＴＥＰ測定装置である。ここで光透過性細胞外ポリマー粒子（ＴＥＰ）とは、バイオフィルムの原因となる粘性重合物質であり、表面に負電荷の官能基を有し、微生物等の生物から産出される多糖からなる。
具体的にこのものは、図１に示すように、測定セルＳに収容されたサンプル液にＴＥＰを染色するための染色剤を添加する染色剤添加手段２と、前記測定セルＳに収容されたサンプル液のイオン強度を低下させてＴＥＰを凝集させる凝集手段３と、前記染色剤添加手段２及び前記凝集手段３により染色及び凝集されたＴＥＰに検査光Ｌ１を照射し、それによって生じる透過光Ｌ２及び散乱光Ｌ３を検出して、サンプル液の濁度を測定する濁度測定手段４とを備えている。なお、測定セルＳは、バッチ式のものとしても良いし、フロー式のものとしても良い。
本実施形態の染色剤添加手段２は、正電荷の官能基を有する染色剤としてアルシアンブルー液を、測定セルＳ内のサンプル液に添加するものであり、アルシアンブルー液を収容する染色剤容器２１と、当該染色剤容器２１のアルシアンブルー液を測定セルＳに供給する開閉弁及びポンプ等を有する染色剤供給機構２２とを備えている。なお、染色剤供給機構２２は、一連の測定シーケンスに基づいて、図示しない制御部によって制御される。
この染色剤添加手段２によって、測定セルＳ内に染色剤が供給されて、サンプル液に含まれるＴＥＰが染色される。このとき、染色剤添加手段２によりアルシアンブルー液を測定セルＳに供給することによって、サンプル液が希釈されて或いは正電荷を有するアルシアンブルー液によってイオン強度が低下し、ＴＥＰが凝集することになる。つまり、本実施形態の染色剤添加手段２は凝集手段３としての機能を有する。
ここで、アルシアンブルー液の添加量が少なすぎると、ＴＥＰの染色及び凝集が不十分となり、濁度測定手段４の濁度測定において十分な感度を得ることができない。一方、アルシアンブルーの添加量が多すぎると、ＴＥＰの染色が過度になり、また、イオン強度の低下に基づいて凝集量が多くなり過ぎて沈殿してしまい、濁度測定手段４の測定誤差を招いてしまう。このため、アルシアンブルー液の添加量は、濁度測定手段４により所定の感度が得られ、なお且つ、ＴＥＰが沈殿しない程度とすることが望ましい。
また、濁度測定手段４は、測定セルＳ内のサンプル液に検査光Ｌ１を照射する光源４１と、検査光Ｌ１が照射されたサンプル液から生じる透過光Ｌ２を検出する透過光検出器４２と、検査光Ｌ１が照射されたサンプル液から生じる散乱光Ｌ３を検出する散乱光検出器４３と、透過光検出器４２及び散乱光検出器４３からの検出信号（光強度信号）を取得して、それら光強度信号から濁度を算出する濁度算出部４４とを備えている。また、この濁度測定手段４は、濁度算出部４４により得られた濁度と予め入力された検量線とに基づいてＴＥＰ濃度を演算するＴＥＰ濃度演算部４５を有する。本実施形態では、前記濁度算出部４４及び前記ＴＥＰ濃度演算部４５の機能を発揮する情報処理装置ＣＯＭが、前記光源４１を制御する制御部及び前記染色剤供給機構２２を制御する制御部としての機能を発揮するように構成している。
次に、このように構成したＴＥＰ測定装置１００の動作とともに、ＴＥＰ測定方法について図２を参照して説明する。
本実施形態のＴＥＰ測定方法は、（１）アルシアンブルー液をサンプル液に添加する染色工程と、（２）サンプル液のイオン強度を低下させてＴＥＰを凝集させる凝集工程と、（３）染色工程及び凝集工程により染色及び凝集されたＴＥＰに検査光Ｌ１を照射し、それによって生じる透過光Ｌ２及び散乱光Ｌ３を検出して、サンプル液の濁度を測定する濁度測定工程と、（４）測定された濁度からＴＥＰ濃度を演算するＴＥＰ濃度演算工程とを備えている。そして、染色工程及び凝集工程は、アルシアンブルー液をサンプル液に添加することによって、同時に行われる同一工程とされている。
そして、アルシアンブルー液を用いた染色及び凝集工程の後に、濁度測定手段４の光源４１から検査光Ｌ１を照射し、当該検査光Ｌ１の照射によって生じる透過光Ｌ２を透過光検出器４２により検出し、散乱光Ｌ３を散乱光検出器４３によって検出するとともに、前記濁度算出部４４が当該各光検出器４２、４３によって得られた透過光強度及び散乱光強度の比等を用いて、サンプル液の濁度を測定する。そして、前記ＴＥＰ濃度演算部４５が濁度測定工程によって得られた濁度からサンプル液に含まれるＴＥＰの濃度を演算する。なお、演算に用いる検量線は、情報処理装置ＣＯＭの内部メモリ等に設けられた格納部に予め格納しておく。
次に、ＴＥＰ濃度及び濁度の相関関係について図３を参照して説明する。図３は、ＴＥＰの標準物質としてキサンタンガムを用い、０．１％のアルシアンブルー液を用いて染色するとともに、サンプル液の塩分濃度を１．３５％とした場合の、サンプル液に含まれるキサンタンガムの濃度及び濁度の関係を示す。
図３から分かるように、キサンタンガムの濃度が０ｐｐｍ〜２０ｐｐｍに増加するに連れて、得られる濁度［ＮＴＵ］も比例的に増加することが分かる。具体的には、約０．３ＮＴＵ／ｐｐｍの割合で増加することが分かる。つまり、ＴＥＰ濃度を濁度測定手段４を用いて定量することが可能であることが分かる。なお、この濁度及び濃度の関係式が上述した検量線となる。
次に、干渉成分がある場合と無い場合とにおけるＴＥＰ濃度及び濁度の相関関係について図４を参照して説明する。図４は、干渉成分としてポリスチレンを用い、干渉成分がある場合とは、当該ポリスチレンがサンプル液中に１ＮＴＵ含まれている場合である。その他の条件は、図３のものと同様である。
図４から分かるように、サンプル液中に干渉成分が存在する場合であっても、キサンタンガムの濃度が０ｐｐｍ〜２０ｐｐｍに増加するに連れて、得られる濁度［ＮＴＵ］も比例的に増加することが分かる。つまり、サンプル液中に干渉成分が存在する場合であっても、ＴＥＰ濃度を濁度測定手段４を用いて定量することが可能であることが分かる。
次に、アルシアンブルー液の濃度による濁度の変化について検証した。図５は、塩分濃度１３．５ｇ・Ｌ−１、ＴＥＰ濃度１０ｐｐｍのサンプル液に対して、アルシアンブルー液を添加した場合の濁度の変化について示している。
図５から分かるように、アルシアンブルー液の濃度を大きくするに連れて濁度が大きくなっている。なお、アルシアンブルー液の濃度を大きくすると、サンプル液のイオン強度が低下するため、ＴＥＰの凝集が促進されて沈殿する傾向がある。
次に、イオン強度（塩分濃度）による濁度感度の変化について検証した。図６は、ＴＥＰ濃度１０ｐｐｍのサンプル液に対して０．２％のアルシアンブルー液の添加量を変化させてそのイオン強度を変化させた場合の濁度感度の変化について示している。
図６から分かるように、イオン強度を低下させていくに連れて濁度感度が上昇し、約１３．５ｇ・Ｌ−１で感度がピークとなることが分かる。その後、更にイオン強度を低下させていくと、濁度感度が低下してしまう。このようにイオン強度を低下させ過ぎると、ＴＥＰの凝集量が多くなりＴＥＰが沈殿してしまい、濁度感度が低下すると考えられる。なお、測定感度がピークとなる塩分濃度は、海水の塩分濃度の約半分の場合である。
このように構成した本実施形態に係るＴＥＰ測定装置１００及びＴＥＰ測定方法によれば、光透過性粒子を染色剤を用いて染色し、サンプル液のイオン強度を低下させて光透過性粒子を凝集させて、それによって染色及び凝集された光透過性粒子の散乱光を検出するものであり、煩雑な測定処理を行う必要が無く、連続測定（オンサイト測定）が可能となる。ここで、光透過性粒子の凝集は、例えばサンプル液を希釈して、そのイオン強度を低下させるだけで良いので測定処理が容易である。また、ＴＥＰを染色剤を用いて染色するだけでなく、そのＴＥＰを凝集させているので、ＴＥＰによって生じる透過光Ｌ２及び散乱光Ｌ３の光強度を大きくすることができ、ＴＥＰの測定精度を向上させることができる。このとき、透過光Ｌ２及び散乱光Ｌ３を用いて濁度測定を行うことから、測定セルＳの内面に吸着した染色剤に起因する測定誤差を低減して、ＴＥＰを精度良く測定することができる。また、イオン強度を低下させてＴＥＰを凝集させているので、濁度が大きくなり、感度を十分に得ることができ、測定精度を向上させることができる。
また、アルシアンブルー液をサンプル液に添加するだけで、ＴＥＰの染色及び凝集を行うことができるため、ＴＥＰの測定処理を極めて簡便にすることができ、ＴＥＰの連続測定が可能となる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、染色剤（染色料）としてアルシアンブルーを用いたが、その他、ＴＥＰ等の光透過性粒子の負電荷の官能基に結合するものであれば、種々の染色剤を用いることができる。例えば、トルイジンブルー液やコロイド鉄液を用いることができる。
また、前記実施形態では、光透過性粒子としてＴＥＰを例に挙げているが、その他、負電荷の官能基を有する生物由来の多糖からなる光透過性粒子であれば適用可能である。
さらに、前記実施形態では、アルシアンブルー液を用いることで染色工程及び凝集工程を同時に行うものであるが、その他、染色工程及び凝集工程を別々に行うようにしても良い。これならば、最適な染色を実現するための染色剤の添加量と、最適な凝集を実現するためのイオン強度の低下を行うための希釈量とを個別に制御することができる。なお、染色工程と凝集工程とは、どちらを先に行うようにしても良い。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
本発明によれば、光透過性細胞外ポリマー粒子（ＴＥＰ）等の負電荷の官能基を有する生物由来の多糖からなる光透過性粒子を、煩雑な測定処理を行うことなく連続測定することが可能となる。
Claims (3)
- サンプル液に含まれており、負電荷の官能基を有する生物由来の多糖からなる光透過性粒子を測定する光透過性粒子測定方法であって、
前記光透過性粒子の負電荷の官能基に結合して前記光透過性粒子を染色する染色剤を前記サンプル液に添加する染色工程と、
前記サンプル液のイオン強度を低下させて前記光透過性粒子を凝集させる凝集工程と、
前記染色工程及び前記凝集工程により染色及び凝集された光透過性粒子に検査光を照射し、それによって生じる散乱光を検出して、前記サンプル液の濁度を測定する濁度測定工程とを備える光透過性粒子測定方法。 - 前記光透過性粒子が、光透過性細胞外ポリマー粒子であり、
前記サンプル液中に前記染色剤としてアルシアンブルー液を添加することによって、前記染色工程及び前記凝集工程を同時に行う請求項１記載の光透過性粒子測定方法。 - サンプル液に含まれており、負電荷の官能基を有する生物由来の多糖からなる光透過性粒子を測定する光透過性粒子測定装置であって、
前記光透過性粒子の負電荷の官能基に結合して前記光透過性粒子を染色する染色剤を前記サンプル液に添加する染色剤添加手段と、
前記サンプル液のイオン強度を低下させて前記光透過性粒子を凝集させる凝集手段と、
前記染色剤添加手段及び前記凝集手段により染色及び凝集された光透過性粒子に検査光を照射し、それによって生じる透過光及び散乱光を検出して、前記サンプル液の濁度を測定する濁度測定手段とを備える光透過性粒子測定装置。
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