JPH10170501A

JPH10170501A - 水質測定装置及び水質測定方法

Info

Publication number: JPH10170501A
Application number: JP34241896A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Ishikawa; 陽一石川
Original assignee: Able Corp
Current assignee: Able Corp
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1998-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間に亘って安定な計測ができ、また、セ
ンサーに必要な校正をも簡単な操作で行うことができ、
ひいては自動校正自己診断や自動洗浄システムを容易に
組み込める水質測定装置及び方法を提供する。【解決手段】水質測定装置は、隔膜式溶存酸素センサ
ー１と、測定室３と、可逆ポンプ７とを備える。センサ
ー１の検出部２は測定室３に収納されており、測定室３
には被検液８を給排出する被検液出入口４と流体流路口
５とが設けられており、流体流路口５にはパイプ流路６
が連結されている。流路６の中途には可逆ポンプ７が設
けられており、流路６の端部６’は大気中に開放されて
いる。センサー１の一部及び測定室３は被検液８に浸漬
されている。測定時には被検液８をポンプ７によって測
定室３に吸入して測定し、測定終了後はポンプ７を逆転
作動させ、測定室３に空気を圧送し、測定済みの被検液
８を押し出す。次回の測定前には、測定室３に満たした
空気で校正できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水質測定装置及び
水質測定方法に係り、更に詳細には、培養液、曝気槽、
廃水及び湖沼等の水質を測定する装置及び方法であっ
て、特に長期間に亘る測定やセンサーに異物が付着し易
い系で有用な水質測定装置及び水質測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、培養液、曝気槽、廃水及び湖
沼等の水質測定には、隔膜式酸素センサー、溶存炭酸ガ
スセンサー、ｐＨセンサー及び各種イオンセンサーなど
の各種センサーが利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のセンサーにおいては、水質測定が長期に亘っ
たり、異物が付着し易い系では、センサー検出部が汚れ
るために安定な水質測定ができないことがあるという課
題があった。

【０００４】かかる汚れの原因は、被検液中の汚れがセ
ンサー検出部に付着したり、センサー検出部で微生物が
増殖することにあるが、このような現象を回避して測定
の信頼性を確保するため、場合によっては不便な場所で
メンテナンスを行う必要があり費用と人手を要するとい
う課題もあった。

【０００５】また、特に純粋培養系では、培養中にセン
サーの信頼性がなくなると、無菌性を保ちながら校正す
る方法が実質的に存在しないか又は極めて煩雑であり、
このため信頼性のある計測や制御ができないという課題
もある。

【０００６】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、長期間に亘って安定な計測ができ、また、センサー
に必要な校正をも簡単な操作で行うことができ、ひいて
は自動校正自己診断や自動洗浄システムを容易に組み込
める水質測定装置及び方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく検討した結果、センサー検出部の汚れは該検
出部が被検液に常時接触していることにより生じ、ま
た、長期間連続測定を行っている系では、一般的に被検
成分の濃度変化はさほど速いことはなく、このため、連
続測定の必要がない場合も多いことを知見した。そし
て、かかる知見に基づき更に鋭意検討を重ねた結果、セ
ンサー検出部を測定時にのみ被検液に接触するようにす
ることにより、汚れを低減でき、上記目的が達成できる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００８】即ち、本発明の水質測定装置は、水質測定
センサーと、この水質測定センサーの検出部を収容する
測定室と、この測定室に被検液と空気、校正液及び洗浄
液から成る群より選ばれた少なくとも１種の流体とを給
排出する給排手段とを備え、上記給排手段は、上記測定
室に設けられた被検液出入口と流体流路とを有し、上記
被検液出入口は、上記被検液の成分変化を生じさせない
ために十分な長さを有することを特徴とする。

【０００９】なお、本水質測定装置を培養液の測定に適
用する場合には、無菌性を要求されるので、空気が通過
する経路に無菌フィルターを設置し、無菌性を保持する
ことが好ましい。

【００１０】また、本発明の水質測定方法は、上述の水
質測定装置を用いる水質測定方法であって、上記測定室
を被検液に浸漬して水質測定を行うことを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明においては、水質測定センサーを測定室
に収容し、この測定室に被検液を吸入して水質測定を行
うが、測定後はこの被検液を排出することができるとと
もに、空気や洗浄液等を測定室に供給することができ
る。従って、測定後に被検液を排出し、次いで、空気や
洗浄液を測定室に供給して測定室内を洗浄することがで
き、測定室内に収容されている水質測定センサーの検出
部を清浄に保つことができる。

【００１２】また、上記測定室自体を被検液に浸漬して
水質測定を行うことができ、従来の水質測定装置のよう
に長い流路を介して被検液をセンサーに導入する必要が
なくなり、そのような流路をメンテナンスする必要もな
くなる。更に、被検液が流路を流通する間に成分変化す
ることも回避できる。また、測定後に上述の洗浄を行え
ば、測定室を被検液に浸漬したそのままの状態で所定場
所に設置しておくことができ、水質測定センサーの温度
変化を抑制することができるので、繰り返しの水質測定
を行う場合などに測定精度が向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。上述の如く、本発明の水質測定装置は、水質測定
センサーと、測定室と、給排手段とを備える。ここで、
水質測定センサーとしては、特に限定されるものではな
く、溶存酸素、溶存炭酸ガス、溶存メタン、溶存硫化水
素、溶存アンモニアガスその他各種の溶存ガスセンサ
ー、水素イオン、塩素イオン、ナトリウムイオン、シア
ンイオンその他各種イオンセンサーを挙げることがで
き、更に、固定化酵素又は微生物を酸素センサーや過酸
化水素センサーの検出部に配置したグルコース、フラク
トース、アルコール、アミノ酸、でんぷん及びＢＯＤ等
によるバイオセンサーなどの水中成分濃度を検出するセ
ンサーも対象とすることができる。

【００１４】また、上記測定室は、水質測定センサーの
検出部を収容していることを要するが、水質測定の際に
は、上記給排手段により、被検液を給排出され、且つ空
気、洗浄液又は校正液及びこれらの任意の組み合わせを
給排出される。

【００１５】このような測定室を実現する一態様として
は、上記給排手段が、測定室に設けられ測定室外部と通
じている被検液出入口（被検液給排口）と、同様に測定
室に設けられ上記被検液出入口とは異なる流体流路とを
備え、更に、この流体流路に、圧送方向を逆転可能な可
逆ポンプと、空気源、洗浄液源又は校正液源及びこれら
の任意の組み合わせに係る流体供給源とが連結された構
成を挙げることができる。

【００１６】但し、上記被検液出入口と流体流路は、必
ずしも各１個である必要はなく、複数個設けられていて
もよく、また、１個と複数個又は複数個同士の組み合わ
せであってもよい。更に、流体流路が複数個設けられて
いる場合には、１つの流路に全ての流体供給源を連結す
る必要もなく、例えば、３個の流体流路を設け、各流体
流路にそれぞれ空気源、洗浄液源、校正液源を連結して
もよい。また、上記可逆ポンプの個数も、流体流路の個
数などに応じて１個のみならず複数個設置することが可
能である。

【００１７】以上の構成を換言すると、測定室に少なく
とも２個の開口部を設け、そのうちの少なくとも１個を
上記被検液出入口とし、残りの少なくとも１個の開口部
を上記流体流路と連結し、この流体流路に少なくとも１
個の可逆ポンプと少なくとも１個の流体供給源とを連結
すればよいことになる。なお、上記被検液出入口の長さ
は、被検液の成分変化を生じさせることがないように短
くする必要があり、また、可逆ポンプを停止した場合に
被検液が測定室に侵入してこないような太さとするのが
好ましい。かかる観点から、上記被検液出入口の寸法
は、代表的に、１〜５ｍｍ程度の太さ（内径）に対し、
０．５〜５０ｍｍ程度の長さとするのが望ましい。ま
た、この被検液出入口は、測定室から必ずしも突出して
いる必要はなく、測定室に穿設されていてもよい。

【００１８】次に、本発明の水質測定装置を用いた水質
測定について説明する。通常、本測定装置を用いた水質
測定では、まず、測定室を被検液に浸漬し、この測定室
と連結している可逆ポンプを作動させ、被検液を測定室
内に吸入する。この際、被検液を吸入しながら又は吸入
後に可逆ポンプを停止して水質測定を行うことができ、
水質センサーの信号が安定するまで待機してもよいが、
過渡的な状態で安定性を推定してもよい。次いで、この
ようにして水質測定センサーにより各種の水質測定を行
った後、可逆ポンプを逆転作動させて空気を空気源から
測定室に圧送し、被検液を測定室から排出する。

【００１９】従って、本測定装置によれば、被検液が水
質測定センサーと接触する時間を短縮でき、水質測定セ
ンサーの汚れを抑制できる。また、上述の被検液排出の
際、空気の代わりに又は空気を圧送した後に洗浄液を圧
送しておけば、測定室及び水質測定センサーの清浄性を
確実に保持することが可能となる。更に、圧送した洗浄
液や空気を測定室内に充満させておけば、水質測定セン
サーの清浄性が更に向上する。

【００２０】上述の如く、本発明の測定装置を用いた水
質測定では、測定室自体を被検液に浸漬して計測を行う
が、このことは、本発明の測定装置を、測定室が被検液
に浸漬したままの状態で設置してもよいことを意味し、
このことは、以下のような利点を提供する。

【００２１】即ち、一般に、水質測定センサーの出力信
号は温度依存性が高く、水質測定の際には、センサーを
一定温度に調整したり温度補償をする必要がある。ま
た、溶存酸素センサーのような溶存ガスセンサーの場合
には、被検液をサンプリングすると被検成分濃度が変化
してしまい正確な計測ができないことが多い。一方、被
検液は温度を一定に制御していたり温度変化が少ない系
が多く、例えば、培養液は温度制御することが一般的で
あり、曝気槽、湖沼や河川などは液量が多いので急激な
温度変化は生じにくい。

【００２２】従って、測定室自体を被検液に浸漬し、水
質測定センサーの検出部を被検液に接触又は近接させる
ことができる本発明の測定装置によれば、水質測定セン
サーの温度は一定に保持されるか又は温度変化が少な
く、より正確な水質測定ができることになる。

【００２３】また、本発明の測定装置においては、測定
室を被検液に直接浸漬することから、従来の水質測定装
置とは異なり、被検液を水質測定センサーに供給する供
給路が不要となる。従って、かかる供給路のメンテナン
スが不要であり、しかも、被検液が供給路を流通する間
に成分変化を起こすこともなくなり、正確な水質測定測
定が可能になる。

【００２４】ところで、水質測定センサーには、一般に
校正が必要であり、水質測定を行う際には、かかる校正
を行う必要がある。従って、このような観点からは、本
発明の測定装置としては、校正液源を付加した形態のも
のが望ましいと言える。このように、校正液源を付加し
ておけば、所望の校正時において、校正液を上記流体流
路を介して可逆ポンプにより測定室に圧送することがで
き、簡易に校正を行うことができる。なお、校正時に、
水質測定センサーの標準信号レベルと比較することによ
り、センサーが正常か否かの自己診断を行うことも可能
である。

【００２５】また、上記校正液は、必ずしも液体である
必要はなく、気体であってもよい。更に、場合によって
は、校正液が洗浄液を兼ねることも可能であり、例え
ば、空気飽和水は、溶存酸素センサーの校正ガスとして
も利用できるし、洗浄液としても利用できる。また、溶
存ガスセンサーの場合には、分圧が既知のガスで溶存ガ
ス溶液を代用できることも多い。

【００２６】また、特に溶存酸素の測定では、測定の直
前に、空気を水にバブリングして空気飽和水を作成し、
これにより校正を行う必要があり、このため水を用意す
る必要があるが、水の準備が現場では困難な場合もあ
る。このような場合、隔膜式溶存酸素センサーは空気飽
和水の代わりに空気で校正することも可能であるため、
可逆ポンプの作動により空気を簡易に測定室に供給でき
る本発明の測定装置は極めて有用である。

【００２７】なお、隔膜式溶存酸素センサーを用いた水
質測定では、センサー近傍に流速を生じさせる必要があ
ることが多いが、本発明の測定装置を使用すれば、上述
の如く、測定時には被検液を測定室に吸引しながら測定
するので、流速を生じさせることができる。そして、測
定終了後には可逆ポンプを逆転作動させて空気や洗浄液
を測定室に圧送して被検液を排出できるので、次回の測
定前には測定室に空気が存在する状態にすることができ
る。よって、この状態で校正を行えば、校正用の空気飽
和水が不要になる。

【００２８】以上、本発明の水質測定装置を用いた水質
測定について説明したが、上述の如く、被検液の濃度変
化は急激でない場合が多く、このような場合には、本発
明の水質測定装置を用いて下記のような間欠的な測定を
すれば、連続測定とほぼ同様の正確さで水質データが得
られる。

【００２９】即ち、本発明の水質測定装置を用い、被検
液を測定室に吸引し又は吸引しながら水質測定を行い、
測定が終了したら測定室に空気や洗浄液を圧送して被検
液を排出しておく。そして、測定室には、次回の測定ま
で空気や洗浄液を導入しておき、校正が必要な系では必
要に応じて測定室に校正液又は校正ガスを圧送して校正
行うようにすれば、連続測定とほぼ同様の水質データが
得られることになる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を、図面を参照して実施例によ
り更に詳細に説明する。（実施例１）図１は、本発明の水質測定装置の一実施例
を示す部分切欠側面図であり、溶存酸素測定装置を示し
ている。同図において、この溶存酸素測定装置は、隔膜
式溶存酸素センサー１と、測定室３と、可逆ポンプ７と
を備えている。

【００３１】また、センサー１の検出部２は測定室３に
収納されており、この測定室３には、被検液８を給排出
する被検液出入口４と流体流路口５とが設けられてお
り、流体流路口５には、パイプ流路６が連結されてい
る。更に、パイプ流路６の中途には、可逆ポンプ７が設
けられており、パイプ流路６の端部６’は空気源の一例
である大気中に開放されている。また、センサー１の一
部及び測定室３は被検液８に浸漬されている。

【００３２】この溶存酸素測定装置による水質測定は、
測定時に被検液８をポンプ７によって測定室３に吸入し
ながら溶存酸素量を測定することにより行うことができ
る。なお、本実施例では、隔膜式センサー１を用いてお
り、流速がないと測定が不安定になる可能性があるの
で、吸引しながら測定することが望ましい。また、セン
サーの信号が定常値になるまでには時間を要するので、
過渡的状態で定常値を推定してもよい。

【００３３】測定終了後は、ポンプ７を逆転作動させ、
流路６を介して測定室３に空気を圧送し、測定済みの被
検液８を押し出し、更に圧送を続行し、測定室３を空気
で満たす。被検液が測定室から排出された時点でポンプ
を停止してもよいし、空気を流しっぱなしにしてもよ
い。次回の測定前に空気で校正すると、センサー出力が
変動しても正確な測定が可能になる。また、測定後に導
入した空気で校正し、空気導入前の測定値を補正しても
よい。なお、本実施例の溶存酸素測定装置は、図示しな
い測定器に接続されているが、その測定器については説
明を省略する。

【００３４】また、本実施例の測定装置は、純粋培養の
培養槽にも設置することが可能であり、この場合は、ポ
ンプ７をチューブしごきポンプとし、流路６の開放端
６’に無菌フィルター（図示せず。）を設置し、本測定
装置を培養槽天板Ａ−Ａ’に固定して培養槽とともにオ
ートクレーブ滅菌すればよい。このような装置構成は、
動物細胞や植物細胞の培養のような長期間の培養を行う
場合や、カビの培養のように付着物が付いて測定が不安
定になる培養系では測定の信頼性確保のために極めて有
効である。

【００３５】（実施例２）図２は、本発明の水質測定装
置の他の実施例を示す部分切欠断面図である。本実施例
の測定装置は、校正液源１４と洗浄液源１５とを備えて
いる。また、可逆ポンプ７に連結された流路６は三方に
分岐されそれぞれ弁１１、１２及び１３を介して校正液
源１４、洗浄液源１５及び大気に連結されている。な
お、本実施例の装置で用いる水質センサー１６として
は、隔膜式溶存酸素センサー、ｐＨセンサー、グルコー
スセンサーなどの各種センサーを例示できる。

【００３６】次に、本装置の一般的な使用法を説明す
る。まず、測定直前にポンプ７を作動させて弁１１を開
き、校正液１４を測定室３に圧送してセンサー１６の校
正を行う。校正終了後ポンプ７を作動させたまま弁１１
を閉じ、弁１３を開いて空気を圧送し、測定室３の校正
液を排出する。次いで、弁１３を開状態にしたままポン
プ７を逆転し、被検液８を測定室３に吸入し、被検成分
を測定する。

【００３７】測定後は、弁１３が開状態のままでポンプ
７を逆転し、測定室３に空気を圧送し、次いで、弁１３
を閉じて弁１２を開き、洗浄液１５を圧送して流路６及
び測定室３を洗浄する。そして、センサー１６を洗浄液
１５に接触させて保管した方がよい場合は、このまま次
回の測定まで待機させ、空気に接触させて保管した方が
よい場合は、上述の手順で測定室３内を空気に置換し、
次回の測定まで待機させる。

【００３８】なお、洗浄液１５としては、水を用いるこ
とができるが、これに限定されるものではなく、殺菌
剤、抗生物質、酸化剤、還元剤等を混入した各種溶液を
使用することができ、被検液８やセンサー１６に対応さ
せて適宜選択すればよい。

【００３９】（実施例３）図３は、本発明の水質測定装
置の更に他の実施例を示す断面図である。本実施例の装
置において、水質測定センサー１６は、ハウジング１７
の内部にハウジング１７の内壁と離間した状態で固定さ
れている。センサー１６の首部１８には、固定具１９が
ゴムパッキン２０を介して螺着されており、更に、固定
具１９はパッキン２０を介してハウジング１７とも固定
されており、ハウジング１７の気密を保持している。

【００４０】ハウジング１７と検出部２の隙間は、測定
室３に通じており、また、上記ハウジング１７の内壁と
センサー１６との隙間と通じて流路６ａを形成し、出入
口５’に連結している。また、被検液８を吸入する被検
液出入口には、異物捕獲手段の一例である網２１が固定
されており、大きな固形物が測定室３へ侵入するのを防
止している。

【００４１】なお、かかる異物捕獲手段としては、網の
みならず、種々のフィルターや多孔質材を用いることが
できる。被検液８を吸入するとき網２１に捕捉された固
形物は、空気、洗浄液及び校正液などで逆洗するときに
網２１から離脱するので、次回の測定の支障にはならな
い。本実施例の装置では、実施例１及び実施例２の装置
と異なり、パイプ流路６がないので構成が単純であり、
設置も容易である。

【００４２】以上、本発明を実施例により詳細に説明し
たが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、被検液出入口４としては、側方に突出している
もののみならず、下方に突出又は湾曲しているものであ
ってもよく、更には、突出していなくてもよい。なお、
突出していない場合には、可逆ポンプを停止した場合に
被検液が侵入してこない穴径を適宜選定して採用するの
が好ましい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
センサー検出部を測定時にのみ被検液に接触するように
したため、長期間に亘って安定な計測ができ、また、セ
ンサーに必要な校正をも簡単な操作で行うことができ、
ひいては自動校正自己診断や自動洗浄システムを容易に
組み込める水質測定装置及び方法を提供することができ
る。

【００４４】即ち、本発明の水質測定装置及び方法で
は、測定不要の時はセンサー検出部を空気又は洗浄液に
接触したまま保存できるので、センサーの汚れを防止で
きる。また、校正液供給源を設けることにより、簡易な
校正方法をも提供することができ、水質を長期間正確に
計測することが可能になる。

【００４５】更に、純粋培養槽にも適用することがで
き、この場合には、水質測定及び校正を無菌的にできる
ので極めて有用であり、特に培養途中にセンサーを校正
することが可能になるなど種々の効果も発揮し得る。更
にまた、実施例に記載した操作手順は容易に自動化で
き、簡単なコンピュータ装置と組み合わせることによ
り、データ処理も容易にすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水質測定装置の一実施例を示す部分切
欠側面図である。

【図２】本発明の水質測定装置の他の実施例を示す部分
切欠断面図である。

【図３】本発明の水質測定装置の更に他の実施例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１水質測定センサー２検出部３測定室４被検液出入口５流体流路口５’ 出入口６パイプ流路６’ 端部６ａ流路７可逆ポンプ８被検液１１、１２、１３弁１４校正液１５洗浄液１６センサー１７ハウジング１８首部１９固定具２０パッキン２１網

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水質測定センサーと、この水質測定セン
サーの検出部を収容する測定室と、この測定室に被検液
と空気、校正液及び洗浄液から成る群より選ばれた少な
くとも１種の流体とを給排出する給排手段と、を備え、上記給排手段は、上記測定室に設けられた被検液出入口
と流体流路とを有し、上記被検液出入口は、上記被検液の成分変化を生じさせ
ないために十分な長さを有することを特徴とする水質測
定装置。
【請求項２】上記給排手段が、上記流体流路に連結さ
れた可逆ポンプを備えることを特徴とする請求項１記載
の水質測定装置。
【請求項３】上記給排手段が、上記流体流路に連結さ
れた空気源、校正液源及び洗浄液源から成る群より選ば
れた少なくとも１種の流体供給源を備えることを特徴と
する請求項１又は２記載の水質測定装置。
【請求項４】上記給排手段が上記流体流路に連結され
た空気源を有し、上記流体流路のこの空気源より上記測
定室側の位置に、無菌フィルターが設置されていること
を特徴とする請求項３記載の水質測定装置。
【請求項５】上記被検液出入口の近傍に異物捕獲手段
が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１つの項に記載の水質測定装置。
【請求項６】上記測定室が上記被検液に浸漬して配置
され、この被検液に上記水質測定センサーの検出部が近
接していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１
つの項に記載の水質測定装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１つの項に記載
の水質測定装置を用いる水質測定方法であって、上記測
定室を被検液に浸漬して水質測定を行うことを特徴とす
る水質測定方法。
【請求項８】上記被検液を上記被検液出入口から上記
測定室に導入して測定を行い、測定後、上記被検液を上
記被検液出入口から排出することを特徴とする請求項７
記載の水質測定方法。
【請求項９】水質測定後又は測定室洗浄後に、上記測
定室に空気又は洗浄液を充填しておくことを特徴とする
請求項７又は８記載の水質測定方法。
【請求項１０】上記水質測定センサーが隔膜式溶存酸
素センサーであり、水質測定前又は測定後に、上記測定
室に空気を供給して、この水質測定センサーを校正する
ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つの項に記
載の水質測定方法。