JPS6388445A - 魚を用いた水質連続監視方法 - Google Patents

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】 産業上の利用分冊 不発明は、魚？用いた水質連、■−，”ε１．后視力法
Ｖこ閃するものである。

従来の技術 わが国の１００万Å以上の大規模水道の約５０％は、河
川水ｅｔｌｆ　ｉｎ水して水源としている。これらの河
川流域には多くの人々が生活している光め毒物混入の危
険性がある。この水質異変の大部分は工場における事故
による溶剤等の流失や不法投棄によるものであシ、河川
で魚の死骸が浮上してはじめて事故の発生に気付く場合
が多く、かつ発見し次当初は原因物質が不明であること
が多い。このような状況下では、魚の死や死重前に現わ
れる生理生態反応による総合的な安全の確認が最も適切
な方法と考えられる。

魚がその環境水質の変化に対して生理生態的に敏感に反
応することは、よく知られておｐ、従来からすでに水質
監視に役立てようとする試みが多く行なわれている。そ
の中で特に注目すべき技術として「フナのえら蓋の活動
電位による急性毒性の監視実験」（松尾雄三：水道協会
雑誌、ＶＯＬ、５４゜Ｎｏ、ＬＯ１ＰＬ７〜２５．１９
８５）に記載のように、魚がえら呼吸するときに、えら
、口の横紋筋の緊張、緩和によって水中に放出される活
ｗＪ電位を検出し、その電圧のピーク値を単位時間当り
積算して呼吸量とし、その呼吸量を水質異常の媒介変数
としてその変化全損える水質監視方法が開発され、最も
確実な方法とされている。さらにこの方法において、平
常時と異常時（毒物混入時）との区別を行なう手段とし
て、毒物が混入されたとき、魚の呼吸量が増大するとい
う現象に着目して、次の二つが考えられている。

（１）平常時の呼吸量の分布を求め、平常時では殆ど起
こらない高い呼吸量を限界値として、それを超える呼吸
量が検出された場合を異常と判定する（特願昭６０−６
６１１３号）。

（２）平常時のある期間の呼吸量の予備データを基に、
ＪＩＳ　Ｚ９０２１（Ｘ　−Ｒ）管理図法により管理限
界線を求め、この管理限界線全延長した管理図にその後
のデータを記入し、データが管理限界線の外に出れば異
常と判定する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、魚の呼吸生理は複雑であり、時間単位あ
るいは日単位で活動期および静止期が存在するため、平
常時の呼吸量としてそれらを総合的に捉えた場合大きな
幅を持つことになる。また、経日においても、魚が疲労
し、そのため呼吸量が漸減する。したがって上記の（１
）　、　（２）の方法で用いられる一定の限界値による
判定では信頼性が低く、さらに低濃度の毒物に対して感
度が悪くなるという問題点があっ九。

本発明は、上記の問題点を解決するもので、低濃度毒物
をも感度よく検出し、迅速に水質の連続監視を行なうこ
とができる、点上用いた水質連続監視方法を髭供するこ
とを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明の魚を用いた水質連続
監視方法は、魚のえら、口の横紋筋の活動によって水中
に放出される単位時間当りの生体活動電位のピーク値を
積算して魚の呼吸量として検出し、この検出された呼吸
量Ｘｒｒ＋１　”水質異常の媒介変数として、直前の一
定検出回数ｎの呼吸量Ｘｉの平均値Ｘと標ｆ＄偏差σか
ら求めた管理限界値（マ＋ａσ）と、下記（Ｉ１式に従
って対比して水質を監視することを特徴とするものであ
る。

Ｘｎ−＋−１≦又＋ａσ　・・・・・・・・・・・・・
−・・・・・・・・・・　（Ｉ）ただしＸ＝ΣＸｉ／ｎ
　　　・・・−・・−・・−・−・・・・　■・＝ゾロ
：１−Ｘ）’／ｎ・−・・・　■１５　＜　ａ　＜　２
５ １０＜ｎ＜６０ 本発明において、魚のえら呼吸量として、活動電位全捉
え、そしてその活動電位の一定時間の積算値として取出
す方法および装置については、上記の「フナのえら蓋の
活ａ電位による急性毒性の監視実験」（松尾雄三：水道
協会誌）に記載の方法および装置を用いることができる
。すなわち、検定槽、呼吸信号を定楚的に取出す呼吸セ
ンサを備え九ケージ（劇、プリアンプ、周波数選別器、
メインアンプ、Ｎ０変換器およびピーク電圧について閾
値を超えたものを単位時間当り積算する信号処理器から
なるものである。なおりＩＩ記単位時間としてはデータ
の信頼性、感度などの点から３０秒〜１０分間が好適で
ある。

本発明では、ヤ」定しようとする呼吸量検出値（Ｘｎ＋
Ｉ　’　Ｘｎ＋２・・・）の直前の一定検出回数ｎの呼
吸量の平均値ｃｘ、ｘ、、ｘ２・・・）と標準偏差（σ
、σ７．σ２・・・）を用いて管理限界値（Ｘ＋ａσ）
　、（Ｘ＋＋　ａσ１）・・・全求め、この管理限界値
と呼吸量検出値（Ｘｎ＋１．Ｘｎ＋□・・・）を対比し
て、前記（Ｉ１式の条件？満足するか否かによ）水質を
監視する。通常管理限界値全連続して２〜３回超える場
合を水質異常と判定することが好ましい。上記の管理限
界値の設定において、たとえば検出値Ｘｎ＋１が直前の
ｎ個の検出値の平均値Ｘと標準偏差σから求めた管理限
界値（Ｘ＋ａσ）より大きいとき、異常値の稀釈化を防
ぐため除外して次の検出値Ｘｎ−ｔ−２のための平均値
、標準偏差、管理限界値の計算のためには使わず、Ｘｎ
−１−２の判定には前回の管理限界値（Ｘ＋ａσ）上用
いることが好ましい。上記のように平常状態における呼
吸量の平均ｊ；（ｌ　’ｄ↓び標準偏差を検出値ごとに
更新することにより、平常状態および異常状♂をより的
確に把握することができる。なお水質異常判定基準に、
管理限界！１負を超える検出値が１回とすると誤判定が
多く、また連続して管理限界値を超える検出値が多数回
とすると異常発生の把握が遅くなる恐れがあシ、上記の
ごとく２〜３回が好ましく、多くて４〜５回程度が限度
である。次に管理限界値の算出に用いるａは、１．５〜
２．５の範囲で選定することが必要で、ａを１５よシ小
さく設定すると誤動作が多く真の異常状態全把握するこ
とができず、またａとして２５よシ大きい値を用いると
感度が低くな力異常発見が遅れる。また一定検出回＆ｎ
も１０〜６０の範囲で選定することが必要で、ｎが１０
よシ少ない場合平常状態を把握するのに変動部分の解消
が難しく好ましくなく、ｎを６０より多くすると検出単
位時間にもよるが異常値が稀釈され水質異常の発見が遅
れるため好ましくない。

本発明において、上記のように管理限界を定めて水質を
監視するに１際して、ブザーまたはストロボ等の発光装
置などを装置に組込み、水質異常が発生した場合警報を
発するようにすれば異常時を早期に確認することができ
る。

作用 本発明において、魚の環境水質の変化に対する生理生態
的な敏感な反Ｆ３を利用し、その反応として魚の呼吸量
の変化、すなわちえら、口の横絞筋の活動による活動電
位の変化に着目して、水質の正常、異常の判定を行なう
に際し、基準となる平常値ならびに管理限界値を検出値
ごとに更新し、しかも新規な管理限界値の設定基準（１
，５＜　ａ＜　２．５）を規定したことによシ、魚が生
物体であるため平常時においても経時変動および時間変
動によυ刻々平常値が変動するにもかかわらず、低′ａ
度毒物による異常も迅速かつ的確に精度よく把握するこ
とができる。

実施例 測定装置および測定方法は、上記の「フナのえら蓋の活
動電位による急性毒性の監視実験」（松尾雄三：水道協
会雑誌、ＶＯＬ−５４，Ｎｏ、ｔｏ、ＰＩ３〜２５．１
９８５）の記載に準拠した。すなわち、測定装置は、第
１図〜第４図に示すごとき検定槽、ケージおよび呼吸信
号処理部から構成されている。第１図において、検定槽
（１）は硬質ポリ塩化ビニル製で、貯水槽（２）との間
で、循環ポンプ（３）を介して検水（４）が循環され、
内部にケージ（５）がセットされる。この検定槽（１）
の寸法、運転条件は次のとおりである。

検定槽内寸法：　１０００ＬＸ１５０ＷＸ２００ＨｎＩ
総貯水量　　：　３０１ 水　　　深　　　　：　　１００朋 循環水量　　：　ＩＯＪ／ｍｉｎ 検定槽流速　：　Ｈｆｆｆｆ／５ｅｃ−検定槽（１）内
にセットされるケージ（５）は、第２図〜第３図に示す
ごとく硬質ポリ塩化ビニルの骨格（６）にテグスのネッ
ト（７）を張った篭（８）全、内径７５朋の硬質ポリ塩
化ビニルパイプ（９）内に固定し几。この篭（８）の内
部に供試点００全拘束し、呼吸信号全定量的に捕捉する
。呼吸センサを供試点のえらの周囲と、対照センサを尾
ひれの周囲に設置するため、硬質ポリ塩化ビニルパイプ
（９）の内側の両端から２５朋中央寄りに設けた溝にス
テンレスコード（図示せず）をはめ込んだ。

呼吸信号処理部（１１）は、第４図に示すごとくプリア
ンプ□□□、周波数選別器（至）、メインアンプＱ４）
、コンパレータ０９、〜Φ変換器０Ｑ１信号処理器α力
、レコーダα〜、プリンタ四で構成されている。

電気信号は、−旦５０００倍に増幅し、０．２〜２Ｈｚ
の周波数選別を行なった後、さらに６．７倍に増幅した
まず、供試点として全長１３Ｃ！１１体重３８〜４０ｙ
の鯉を２匹使用して、５分間の呼吸量を１分間当りに換
算した２匹の平均値を経時的にプロットした結果は第５
図に示すとおりである。第５図から、魚には図中（イ）
で示す静止期と、（ロ）で示す活動期が経日的に、繰返
し存在し、また経日とともに活動期（ロ）の呼吸量の絶
対値が減少する傾向が認められ友。

なお、全長１３は、体重３７〜４０ｙの鯉をさらに５匹
使用して前記と全く同じ夾１１１１を行なったところ、
第５図と同様の傾向が認められ、静止期と活動期が存在
することを確認した。

上記第５図に示す実験全継続して、６月２１日に毒物と
して亜鉛（Ｚｎ）０．７啄々を添加して呼吸１１先の変
化を調べたところ（図中矢印〕、第５図から明らかなよ
うに添加直後呼吸量は増大するか、試験開始当初におけ
る活動期の呼吸量を超えなかった。

し九がって、従来技術における（１）の手法に準じて。

正常時の呼［ｆｉとして試験開始期の活動期の値を採用
した場合、毒物Ｚｎの混入による異常を検出することは
できないことは明らかである。

次に、全長１３ｆｆ、体重３７〜４０Ｆの鯉２匹につい
て１分間当シの＃収量の経時変化について検討し、第１
表に示す結果を得念。

一以下余白一 ◎−Ｚｎ　０．７ｍｑ／　ｌ　ｒｕ入 第１表において、Ｎｏ−１５のＸ＝５４０．７．σ＝１
３３は、呼吸１Ｎｏ−１〜１５についての検出回数ｎ；
１５における平均値Ｘと標準偏差Ｉであ）、式■、■か
ら求めた。

管理限界値Ｃ以下汎値という。）けＸ＋２σから求め次
ものであシ、ＵＬ値８０６．７であった。このＵＬ値で
Ｎｏ。

１６の呼吸量を判定したところ、ＵＬ値の範囲内にある
ため正常と判定した。次にＮ。、２〜１６の。＝１５の
呼吸量のデータについてＸｌ、σ、およびＵＬ値Ｘ１＋
２σ、を計算し、Ｎｏ−１７を判定したところＵＬ値内
（であるため正常とした。さらにＮｏ−３〜１７の呼吸
量からＸ２゜ｄ２およびＵＬ値ｘ２＋２σ２を求め、Ｎ
ｏ−１８の呼吸ｆｆ１ｔ−判定して正常とした。以上の
ように判定すべき呼吸量Ｘｎ＋、がＵＩ、値内にあれば
Ｘ、Ｈ４＋２ｙ、ＨのＵＬ値を基に次のＸｔｌ＋２の判
定を行なうというようにして、新たに検出された呼吸量
が直前までのＩ＄吸収量データから求めたＵＬ値の範囲
内である限り、順次同様の手順で判定を行ない、その時
点まで水質が正常であると判定した。

第１表において、Ｎｏ、４〜１８の呼吸量データから求
めたＵＬ値Ｘ３＋２ａ　３＝８２Ｌ１３で、Ｎｏ−１９
の呼吸量をや１定すると、ＵＬ値を超えた。その念め、
Ｎｏ　、　１９のデータは除いて、次のＮＯ・２０の呼
吸量の判定にはＮ０１４〜１８のデータから求めたＵＬ
値Ｘ、＋２ｇ、を用いｆｃｏまた同様にＮｏ、４１．Ｎ
ｏ、５０．Ｎｏ、５４の各データはいずれも、直ｇｔｌ
までのｎ−１５のデータから求めたＵＬ値を超えたため
除いて、次回のデータの判定のためのＵＬ値の算定には
用いなかった。

次にＮｏ、６０の時点で、亜鉛（Ｚｎ　）　０．７　ｍ
ｙ／　ｌを添加したところ、Ｎｏ、６２以降の呼吸量か
ら２回以上連続してＵＬ値？超え、水質の異常を示した
。

なお、比較のため、従来の方法により毒物添加前のＮｏ
、Ｌ〜６０の呼吸量データを用いたＪＩＳ　Ｚ９０２１
に基づく３σ法の検定（ｎ＝５．に＝１２）を行なった
。ＵＬ値は７０４２であシ、毒物添加後８回後のＮｏ−
６８においてはじめて呼吸値がＵＬ値を超え、その後連
続してＵＬ値を超えるの￥′ｉ、１０回のＮｏ、７０以
降であった。

以上のように、本夾櫂例によ久低潰度の毒物混入の場合
でも、従来の方法よシ迅速かつ正確に水質の異常を検出
することができる。

発明の効果 本発明によれば、魚を用いて水質を監視するに際し、魚
のえらＩｊ？吸量収量て単位時間における活動電位を検
出し、その活動電位から求めた呼吸量を水質異常の媒介
変数とし、その呼吸量の平常値を検出値ごとに更新し、
しかも新規な管理限界値の設定基準（１５＜ａ＜２５　
）を規定し几ことにより、魚の呼吸量の平常値の大幅な
変動にもかかわらず、水質の正常、異常の判定全精度よ
く行なうことができ、連続した水質の監視を的確に行な
って、河川の水質異常を迅速かつ確実に把握でき、大き
な事故の発生を未然に防ぐことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

９ＪＪ、１図は、本発明の実施例において用いた測定装
置の検定槽を示し、Ｃ〜は平面図、（Ｂｌは正面図、第
２図は同測定装置のケージの側面図、第３図は第２図の
ケージのうちの篭の正面図、第４図は同測定装置におけ
るｌ＄吸イｇ号処理部の信号処理系７統図、第５図は本
発明の実施例の鯉のえら呼吸量の所定期間における経日
変化２示す図である。 （１）・・・検定槽、（５）・・・ケージ、（８）・・
・篭、Ｃ１１）・・・呼吸信号処理部。 代理人　　　　森　　　本　　　義　　　弘第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、魚のえら、口の横紋筋の活動によって水中に放出さ
   れる単位時間当りの生体活動電位のピーク値を積算して
   魚の呼吸量として検出し、この検出された呼吸量Ｘ＿ｎ
   ＿＋＿１を水質異常の媒介変数として、直前の一定検出
   回数ｎの呼吸量Ｘｉの平均値＠Ｘ＠と標準偏差σから求
   めた管理限界値（＠Ｘ＠＋ａσ）と、下記（ I ）式に
   従って対比して水質を監視することを特徴とする魚を用
   いた水質連続監視方法。 Ｘ＿ｎ＿＋＿１≦＠Ｘ＠＋ａσ……………………（ I
   ） ただし＠Ｘ＠＝ΣＸｉ／ｎ…………………………（１） σ＝√［Σ（Ｘｉ−＠Ｘ＠）２／ｎ］……………（２） １．５＜ａ＜２．５ １０＜ｎ＜６０