JPH01288304A

JPH01288304A - 土壌中成分の電気透析装置

Info

Publication number: JPH01288304A
Application number: JP11668788A
Authority: JP
Inventors: Fusao Shirato; 白土　房男; Yoshiaki Okajima; 岡島　義昭; Yoshitada Takada; 高田　芳矩; Chiaki Maekoya; 前小屋　千秋; Akira Omori; 晃大森
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1989-11-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、土壌中成分の分析のための試料の前処理とし
ての土壌中成分の電気透析装置に係り、分析目的成分を
迅速に浸出液に抽出することのできる電気透析法を利用
した効率的な土壌中成分の浸出装置に関する。

（従来の技術）農業生産の合理化、高効率化に向けての技術革新は著し
いものがあるが、一方では高収量を目的とする多肥栽培
から塩類蓄積土壌の増加も指摘されている。土壌の有効
成分を測定するには、一定濃度の酢酸アンモニウム、塩
化カリウムなどの溶媒や水で有効成分を浸出し、農林水
産省農蚕園芸局農産課編及び日本土壌肥料学会監修の分
析法を適用して分析を行なうのが普通である。

この場合、有効成分の抽出法としては、浸出液をサンプ
ル土壌中に自然落下させたり、吸引したりして抽出する
方法（特開昭６１−３０７６４号公報）や、振とう機で
攪拌抽出し、濾過して濾液を分析に供する方法（特開昭
６２−６７４５５号公報）が適用されている。

特開昭６１−３４１７６４号公報に記載のものは、土壌
の置換性塩基類及び塩基置換容量測定のための抽出装置
であり、また特開昭６２−６７４５５号公報に記載のも
のは、陽イオン交換容量抽出における交換、洗浄、抽出
の濾過を行う土壌浸出濾過装置に関するものである。

また、マトソン（Ｍａｔｔｓｏｎ　）およびサルガド（
Ｓａｌｇａｄｏ　）の電気透析法も知られている。マト
ソンの３室式電解槽では、昭和２８年６月に株式会社養
賢堂から発行された「土壌実験法」の第１３２〜１３３
真に記載されているように、電解槽を２枚の羊皮紙によ
って３室に分離し、中央の室をサンプル土壌用とし、そ
の両側の室を電極室とする。

電気透析の実施に当たっては、中央の室にサンプル用と
して適当量の土壌懸濁液を入れ、両側の電極室には水を
満たして金網電極を浸漬し、両電極間に電流を流すと、
電極室に透析液が得られる。

（発明が解決しようとする課題）前記公開公報に記載された抽出法では、抽出や濾過など
の、試料分析の前処理に長時間を要し、作業能率が低い
という問題がある。また、これらの装置は自動化されて
はいるが高価であり、汎用性に欠けるという難点がある
。

マトソンおよびサルガドの電気透析法では、浸出液とし
て水を用いるので透析効率が悪い上に、羊皮紙はイオン
分離能力が無いので浸出液の分離が不十分であり、測定
精度や迅速性などの面で問題があり、また試料としての
土壌を電解槽内に直接式れるので、１回毎の試料の計量
や、１回の透析が終った後の試料室の洗浄なども面倒で
、作業能率が悪く、多数の試料を短時間で透析するため
の自動化が困難であるという欠点があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解決し、前
処理を簡略化して電気透析を効率的に行なうことができ
、自動化や多数試料の同時処理も簡単で、しかもイオン
分離能力が高くて浸出液の分離も十分であり、高い測定
精度も得られるような土壌中成分の電気透析装置を提供
することにある。

（課題を解決するための手段）上記の目的は、サンプル土壌の収納容器としての土壌充
填容器を、所望の土壌中成分を透過可能な材質（イオン
交換膜や、セラミック、ガラス、ガラスピーズ層、高分
子膜、および繊維性膜などの多孔質材）で構成し、使い
捨て可能にすると共に、浸出液槽にサンプル土壌を直接
投入することによる浸出液槽の汚れを減らしてその洗浄
を容易にすることによって達成される。

本発明は、所望の土壌中成分を透過する隔膜によって陽
極室および陰極室（さらに必要に応じては、それらの間
に位置する試料室）に分割され、各室に浸出液を充満さ
れる浸出液槽と、前記陽極室および陰極室にそれぞれ配
置された陽極および陰極電極と、前記陽極室、陰極室、
または試料室の一つに浸漬された前記の土壌充填容器と
、前記陽極および陰極電極間に直流電流を印加する電源
手段とを具備した点に特徴がある。

また本発明は、土壌充填容器を偏平形状とし、はぼ平行
な２平面内に対向配置された陽極および陰極電極の間に
、これらとほぼ平行に装填するようにした点に特徴があ
る。さらに本発明は、それぞれが、その内部に配置され
た土壌充填容器および正、負電極を有し、かつ相互に予
定の相対的位置関係に配列された複数の浸出液槽と、前
記正、負電極間に直流電流を供給する電源手段と、前記
浸出液槽への土壌充填容器の装填および取出を行なう搬
送装置と、それぞれの浸出液槽に浸出液および洗浄液を
交互に供給する液供給手段と、それぞれの浸出液槽から
浸出液を順次に抽出する浸出液抽出手段と、前記の電源
手段、搬送手段、液供給手段、および浸出液抽出手段の
動作を予め決められた順序とタイミングで制御する制御
装置とを具備した点に特徴がある。

（作用）試料としての土壌を収納する土壌充填容器を使い捨て式
に構成して独立に用いると共に、所望の土壌中成分を透
過可能な材質で構成したので、浸出液槽がサンプル土壌
で汚されることが殆ど無くなるばかりでなく、前準備と
してのサンプル土壌の容器への充填作業を予め、または
電気透析作業とは別個に行なうことができる。

このために、多数のサンプル土壌の電気透析作業を迅速
に、連続的かつ効率的に実行することができるのみなら
ず、これらを自動化することも容易である。

また、浸出液槽の土壌充填容器を浸漬する部分（室）と
電極を浸漬する部分（室）との間を、イオン交換膜や多
孔質部材などの浸出液の分離収集に適した隔膜で隔離し
たので、短時間の電気透析でより一層効果的な浸出液の
分離、収集が可能となる。

（実施例）第１図は本発明の一実施例の概略断面図である。

浸出液槽１を陽イオン交換膜２で区切って陰極室ＩＫお
よび陽極室ＩＡの２室とし、それぞれの室に陰極３及び
陽極４を配置する。導入口６の電磁弁８を開いて浸出液
９を浸出液槽１、すなわち陰極室ＩＫおよび陽極室ＩＡ
内に注入し、内部に被検試料が収納された土壌充填容器
５を陽極室ＩＡに挿入する。

以上のように電気透析装置を構成し、画電極３゜４間に
直流を印加して電気透析を実施すると、土壌中の陽イオ
ン成分が陰極室ＩＫの浸出液に短時間で浸出されてくる
。予め設定された一定時間電気透析を実施後、陰極室Ｉ
Ｋ内の浸出液は、電磁弁８Ｋを開いて排出ロアにより採
取容器（図示せず）に採取され、測定に供される。

陽極室ＩＡ内の浸出液は排出ロアＡから電磁弁８Ａを開
いて廃棄し、土壌充填容器５を除去する。

次に導入口６より洗浄水を導入して浸出液槽１を洗浄す
る。以上の操作を繰返すことにより、つぎつぎに複数試
料の電気透析を行なうことができる。

なおこの場合、土壌充填容器５からの土壌の漏出がＤＩ
定の妨げになる恐れが無い場合には、陽極室ＩＡ内の浸
出液も採取して測定に供することができるし、また土壌
充填容器５を陰極室ＩＫに装填することもできる。

また、前記の浸出液９の導入、土壌充填容器５の装填、
電気透析の実施（直流印加時間の制御）、浸出液９の採
取と測定、浸出液９や土壌充填容器５の除去廃棄、洗浄
処理などは、適当なシーケンス処理により容易に自動化
できる。さらに、使い捨て可能な、独立の土壌充填容器
を採用したことにより、試料の採取と前準備を電気透析
の準備や実施とは別個に独立して行なうことができるの
で、作業の自由度と能率を改善することができる。

第２図は本発明の他の実施例の概略断面図であり、陽イ
オン交換膜２及び陰イオン交換膜１０を対として用い、
陽極室ＩＡ、陰極室ＩＫおよび試料室ＩＳに三分割した
浸出液槽１を用いて、土壌中成分を浸出する電気透析装
置である。

中央の浸出液室、すなわち試料室ＩＳ内に土壌充填容器
５を装填し、陽イオン交換膜２側の浸出液室すなわち陰
極室ＩＫに陰極３を、また陰イオン交換膜１０側の浸出
液室すなわち陽極室ＩＡに陽極４を配置する。

このように構成した電気透析装置を用いて、第１図の場
合と同様に洗浄後、各室に浸出液９を導入し、画電極３
．４間に直流を印加して電気透析を実行すると、陰極３
側の室ＩＫ内の浸出液には陽イオン成分が浸出し、また
陽極４側の室ＩＡ内の浸出液には陰イオン成分が浸出し
てくる。

この実施例は、陰・陽画イオン成分の同時浸出に好適な
手法である。電気透析の実施、その後の浸出液の採取、
浸出液の分析装置系への供給、浸出液槽の洗浄及び浸出
液の充填、土壌充填容器の交換、複数試料の同時処理な
どの操作は、第１図の実施例の装置と同じく、連続的に
自動処理することができる。

第３図は本発明の第３の実施例の斜視図である。

この場合は、浸出液を充填し、陰極３を配置した浸出液
）ｆｉｌに、多孔質材で加工され、その内部に被検土壌
１１及び陽極４を充填、配置された土壌充填容器５を浸
漬させる。

この時、浸出液９の一部が土壌充填容器５の壁を浸透し
て土壌試料を濡らすので、第１図の実施例と同様の相互
配置関係が実現される。

このように構成した装置を用いて前述と同様の電気透析
を実行すると、陽イオン成分が浸出液槽１側に浸出して
くるので、これを採取して分析に供することができる。

この場合の多孔質材としては、セラミック、ガラス（ガ
ラスピーズ層）、高分子膜（イオン交換膜、テフロン、
その他）、繊維性膜（濾紙、不織紙）などが好適である
。また、この実施例では、浸出液槽１の内面全体を、一
体的または分割された電極とすることもできる。

以上に説明した各実施例においては、陰陽画電極の極性
は反転することが可能である。もっとも、極性を反転し
た場合は、イオン交換膜で透過されるイオンの極性を反
対にしなければならない。

第４図は、本発明を適用し、多数の試料から分析対象の
土壌中成分を同時、かつ連続的に浸出できるようにした
電気透析装置の一実施例の概略系統図である。この実施
例においては、第１または第２図に示したような、浸出
液槽１が多数準備され、相互に予定の相対的位置関係に
配列される。

各浸出液槽１には正および負の電極が配置され、土壌充
填容器５が装填される。これらの各浸出液槽１には液送
ポンプ１６、電磁弁２８および切換弁１７を介して、洗
浄液１５および浸出液２９が交互に、第１図および第２
図に関して前述したように、供給される。これらの切替
制御は制御装置１４によって行われる。

なおこの場合、洗浄液の系統と浸出液の系統とを別々に
設けてもよいことは、当然である。

各浸出液槽１内の正および負電極に、同時または時順次
的に制御装置１４から直流電流を供給すれば、それぞれ
の浸出液槽１内において土壌成分の浸出を行なわせるこ
とができる。浸出された試料液は、電磁弁８Ａまたは／
′および８に、液送ポンプ２６．３６、切換弁２７．３
７などを、制御装置１４によって順次に駆動制御するこ
とにより、それぞれの試料採取容器１３に採取すること
ができる。

その後、それぞれの試料採取容器１３は分析装置系２０
へ移送されて分析に供される。残りの浸出液および洗浄
液は排出口１９．３９から廃棄され、洗浄液１５が供給
されて浸出液槽１内および各電極の洗浄が行なわれる。

土壌充填容器５の各浸出液槽１への装填および取出しは
、適宜の搬送装置１８によって行なうことができ、また
制御装置１４によって前記搬送装置を自動制御すること
も容易である。前記制御装置１４としては、公知のシー
ケンシャルコントローラなどを用いることができる。

第５図は、第１図の実施例を用いて、土壌中成分のカル
シウムイオン（■）、マグネシウムイオン（ｎ）及びカ
リウムイオン（Ｉ）を浸出した場合の、印加直流電流と
浸出率の関係曲線を求めた結果の一例である。

浸出液９としては、１規定酢酸を用い、各５ｍｌを陽極
室ＩＡ、陰極室ＩＫに充填し、土壌０．５ｇをサンプル
として採取した土壌充填容器５を浸漬して電気透析を行
った。この場合の陽イオン交換膜２の有効面積は１５Ｘ
７５ｉｍ２である。

この図から、印加電流の大きさが浸出率に大きく寄与す
ることがわかる。

本発明の実施に好適な浸出液としては、酸溶液（酢酸、
塩酸、硝酸、過塩素酸など）、電解質溶液（酢酸塩、過
塩酸塩類など）、または錯形成剤溶液（エチレンジアミ
ン・四酢酸塩類、クエン酸、酒石酸など）またはこれら
の混合溶液があり、分析目的の成分に応じて適宜に選択
することにより、−層効果的な電気透析を実行すること
ができる。

また、浸出液槽を分割するイオン交換膜や多孔質膜など
は、電気抵抗がなるべく小さく、その部分での電圧降下
がなるべく低いことが望ましい。

さらに、土壌充填容器の形状は、サンプル土壌の電流通
過面、すなわち当該容器の正および負電極面上への投影
像がこれらの電極の形状となるべく多く重なっているこ
とが望ましく、またその厚みは薄いほうが望ましい。

本発明者らの実験によれば、前記投影像が正方形の場合
、その厚みを一辺の長さの１１５以下に選ぶと良好な結
果が得られた。−船釣には、電極に対する土壌充填容器
の投影面積の平方根の１１５以下に選ぶのが良い。

（発明の効果）本発明によれば、試料としての土壌を収納する土壌充填
容器を使い捨て式に構成して独立に用いるので、浸出液
槽がサンプル土壌で汚されることが殆ど無くなると共に
、前準備としてのサンプル土壌の容器への充填作業を予
め、または電気透析作業とは別個に行なうことができる
。

このために、浸出液槽や電極の洗浄を極めて簡略化する
ことができ、多数のサンプル土壌の電気透析作業を迅速
に、連続的かつ効率的に実行することができるのみなら
ず、これらを自動化することも容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ本発明の実施例である
土壌中成分の電気透析装置の断面図、第３図は本発明の
他の実施例の概略斜視図、第４図は多数の浸出液槽を並
設して自動化をはかった、本発明のさらに他の実施例の
電気透析装置の系統図、第５図は第１図の電気透析装置
によって求めた印加電流・浸出率関係曲線の一例を示す
グラフである。１・・・浸出液槽、ＩＫ・・・陰極室、ＩＡ・・・陽極
室、ＩＳ・・・試料室、２・・・陽イオン交換膜、３・
・・陰極、４・・・陽極、５・・・土壌充填容器、６・
・・導入口、７Ａ、７に、７Ｓ・・・排出口、８Ａ、８
Ｋ・・・電磁弁、９，２９・・・浸出液、１０・・・陰
イオン交換膜、１１・・・土壌、１３・・・採取容器、
１４・・・制御装置、１５・・・洗浄液、１６．２６．
３６・・・送液ポンプ、１７．２７．３７・・・切換弁
、１８・・・搬送装置、１９．３９・・・排出、２０・
・・分析装置系代理人　弁理士　平　木　道　人第４図旧エ　　　　　　　　　ｉフ　　　　（〜←策壬＋

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所望の土壌中成分を浸出させるための浸出液を充
満される浸出液槽と、前記浸出液槽内に対向配置された
陽極および陰極電極と、少くとも前記陽極および陰極電
極の間に配置された被検土壌と、前記陽極および陰極電
極間に直流電流を供給する電源手段とよりなる土壌中成
分の電気透析装置であって、前記被検土壌が、所望の土
壌中成分を透過する部材によって構成された土壌充填容
器に収納されたことを特徴とする土壌中成分の電気透析
装置。
（２）所望の土壌中成分を透過する隔膜によって陽極室
および陰極室に２分割され、各室に浸出液を充満される
浸出液槽と、前記陽極室および陰極室にそれぞれ配置さ
れた陽極および陰極電極と、所望の土壌中成分を透過可
能な材質で構成され、前記陽極室および陰極室の一方に
浸漬された土壌充填容器と、前記陽極および陰極電極間
に直流電流を供給する電源手段とよりなることを特徴と
する土壌中成分の電気透析装置。
（３）浸出液槽を分割する隔膜は、土壌充填容器が浸漬
される室の電極極性と同極性のイオン成分を透過するイ
オン交換膜であることを特徴とする前記特許請求の範囲
第２項記載の土壌中成分の電気透析装置。
（４）所望の土壌中成分を透過する隔膜によって陽極室
および陰極室、ならびにそれらの間に位置する試料室に
３分割され、各室に浸出液を充満される浸出液槽と、前
記陽極室および陰極室にそれぞれ配置された陽極および
陰極電極と、所望の土壌中成分を透過可能な材質で構成
され、前記試料室に浸漬された土壌充填容器と、前記陽
極および陰極電極間に直流電流を供給する電源手段とよ
りなることを特徴とする土壌中成分の電気透析装置。
（５）試料室と陽極室との間を隔離する隔膜は、陰イオ
ン交換膜であり、試料室と陰極室との間を隔離する隔膜
は、陽イオン交換膜であることを特徴とする前記特許請
求の範囲第４項記載の土壌中成分の電気透析装置。
（６）浸出液槽を分割する隔膜は多孔質材で構成された
ことを特徴とする前記特許請求の範囲第２または第４項
のいずれかに記載の土壌中成分の電気透析装置。
（７）土壌充填容器は偏平形状であり、ほぼ平行な２平
面内に対向配置された陽極および陰極電極の間に、これ
らとほぼ平行に装填されることを特徴とする前記特許請
求の範囲第２項ないし第６項のいずれかに記載の土壌中
成分の電気透析装置。
（８）土壌充填容器は、セラミック、ガラス、ガラスビ
ーズ層、高分子膜、および繊維性膜の少なくとも１つよ
りなる多孔質材で構成されたことを特徴とする前記特許
請求の範囲第７項記載の土壌中成分の電気透析装置。
（９）浸出液を充満される浸出液槽と、所望の土壌中成
分を透過する部材によって構成され、前記浸出液槽内に
浸漬される土壌充填容器と、前記土壌充填容器内に配置
された一方極性の電極と、前記土壌充填容器および浸出
液槽の間に配置された他方極性の電極とよりなることを
特徴とする土壌中成分の電気透析装置。
（１０）土壌充填容器を構成する部材は、その内部に配
置される電極の極性と同極性のイオン成分を透過するイ
オン交換膜であることを特徴とする前記特許請求の範囲
第９項記載の土壌中成分の電気透析装置。
（１１）土壌充填容器を構成する部材は、多孔質材で構
成されたことを特徴とする前記特許請求の範囲第９項に
記載の土壌中成分の電気透析装置。
（１２）それぞれが、その内部に配置された土壌充填容
器および正、負電極を有し、かつ相互に予定の相対的位
置関係に配列された複数の浸出液槽と、前記正、負電極
間に直流電流を供給する電源手段と、前記浸出液槽への
土壌充填容器の装填および取出を行なう搬送装置と、そ
れぞれの浸出液槽に浸出液および洗浄液を交互に供給す
る液供給手段と、それぞれの浸出液槽から浸出液を順次
に抽出する浸出液抽出手段と、前記の電源手段、搬送手
段、液供給手段、および浸出液抽出手段の動作を予め決
められた順序とタイミングで制御する制御装置とを具備
したことを特徴とする土壌中成分の電気透析装置。
（１３）浸出液槽は、所望の土壌中成分を透過する隔膜
によって、少なくとも１つの電極室および土壌充填容器
が浸漬される室に２分割されて各室に浸出液が充満され
ることを特徴とする前記特許請求の範囲第１２項に記載
の土壌中成分の電気透析装置。
（１４）浸出液槽を分割する隔膜は、前記１つの電極室
に配置された電極の極性と反対極性のイオン成分を透過
するイオン交換膜であることを特徴とする前記特許請求
の範囲第１２項記載の土壌中成分の電気透析装置。
（１５）浸出液槽を分割する隔膜は多孔質材で構成され
たことを特徴とする前記特許請求の範囲第１２または第
１３項のいずれかに記載の土壌中成分の電気透析装置。
（１６）土壌充填容器は偏平形状であり、ほぼ平行な２
平面内に対向配置された陽極および陰極電極の間に、こ
れらとほぼ平行に装填されることを特徴とする前記特許
請求の範囲第１２項ないし第１５項のいずれかに記載の
土壌中成分の電気透析装置。
（１７）土壌充填容器は、セラミック、ガラス、ガラス
ビーズ層、高分子膜、および繊維性膜の少なくとも１つ
よりなる多孔質材で構成されたことを特徴とする前記特
許請求の範囲第１２ないし第１６項のいずれかに記載の
土壌中成分の電気透析装置。