JP2003075341A - 溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によって計測する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水質汚濁物質の迅速な測定。 【解決手段】 溶存・懸濁性物質を含む被測定溶液中の
水質汚濁項目、Ｔ−Ｎ、ＮＨ４−Ｎ、ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ
２−Ｎ、Ｔ−Ｐ、Ｐ０４−Ｐ、有機物質、クロロフィル
ａ、フミン酸について、被測定溶液中の溶存・懸濁性物
質をろ過、分離し、その残渣に１２６０〜１２９０ｎ
ｍ、１３５０〜１４６０ｎｍ、１５６０〜１５９０ｎ
ｍ、１６１０〜１６８０ｎｍ、１７４０〜１８８０ｎ
ｍ、２０３０〜２０６５、２０８０〜２２８０ｎｍ、２
３００〜２３６０ｎｍ、２４００〜２４８０ｎｍの波長
の近赤外光を順次照射し、残渣から反射または透過して
くる反射光又は透過光をセンサによって検出し、吸光度
スぺクトルを計測し、溶存・懸濁性物質濃度を近赤外線
分光法によって計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願は、水質汚濁防止法
に基づく水質の汚染状態を示す項目として定められてい
るような水質監視項目を迅速に測定する溶存・懸濁性物
質濃度を近赤外分光法によって計測する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、工業排水や家庭排水による湖、
沼、池などの集水域の富栄養化による水質汚濁が重大な
社会問題となっている。また、１９７０年に制定された
「水質汚濁防止法」は、公共用水域に排出される水の排
出を規制することによって公共用水域の水質の汚濁の防
止を目的とするもので、政令に水質汚濁防止を計る必要
のある公共用水域、汚染状態を示す項目及び水質測定方
法をを定めている。

【０００３】公共用水域に排出される水のＣＯＤ(化学
的酸素要求量)やＢＯＤ(生物化学的酸素要求量)の測定
により有機物による汚濁の程度を検出して、その結果に
基づいて浮遊物質を除去したり、中和処理をしたり、あ
るいは、有機物の処理をしたりするようにすることによ
り、環境に悪影響を及ぼさないように規定されている。

【０００４】排水中の汚染状態を示す項目の全窒素（以
下、「Ｔ−Ｎ」という。）、アンモニア態窒素（以下、
「ＮＨ４−Ｎ」という。）、硝酸態窒素（以下、「ＮＯ
３−Ｎ」という。）、亜硝酸態窒素（以下、「ＮＯ２−
Ｎ」という。）、全リン（以下、「Ｔ−Ｐ」とい
う。）、リン酸態リン（以下、「Ｐ０４−Ｐ」とい
う。）、クロム法やマンガン法によるによる化学的酸素
要求量（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎ
ｄ、以下、「ＣＯＤｃｒ」及び「ＣＯＤＭｎ」とい
う。）及び生物化学的酸素要求量（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ、以下、「ＢＯＤ」と
いう。）に基づく有機物量、クロロフィルａ（葉緑素の
青緑色の色素成分）によって示される藻類、等について
の水質汚染因子は、排水の性質を示す数値量として利用
されているが、これらの水質汚染因子の定量分析は、因
子毎に特有の測定法が用いられている。

【０００５】例えば、溶存・懸濁性物質を含む被測定溶
液中の全窒素、アンモニア態窒素、全リンなどの定量分
析は、従来、下水試験方法（日本下水道協会発行、１９
８９年改訂）規定された、それぞれの水質因子によって
特有の測定法が用いられている。また、いずれの測定法
でも、予め標準物質測定による検量線の作成、および、
規定された試薬の添加や加熱、懸濁成分除去等の前処理
を必要としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】水質汚濁防止法に定め
られている汚染状態を示す項目つまり水質汚濁物質は、
化学分析法や機器分析法による分析がなされているが、
これらの方法では採集した水に対し個別に計測する必要
があるが、一項目の分析に対して、前処理を含め計測終
了まで６時間〜５日間を必要とする。さらに、異なる項
目に異なる特定の測定法又は計測装置しか計測できない
ため、多項目の水質汚濁の計測データを獲得するにはか
なりの日時を必要とする難点があり、採水量を多くする
必要もあった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明は、溶存・懸濁
性物質を含む被測定溶液中の水質汚濁項目、Ｔ−Ｎ、Ｎ
Ｈ４−Ｎ、ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ２−Ｎ、Ｔ−Ｐ、Ｐ０４−
Ｐ、有機物質、クロロフィルａ、フミン酸について、溶
存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によって計測する方
法において、前記被測定溶液中の前記溶存・懸濁性物質
をろ過、分離する工程、前記溶存・懸濁性物質をろ過、
分離した残渣に１２６０〜１２９０ｎｍ、１３５０〜１
４６０ｎｍ、１５６０〜１５９０ｎｍ、１６１０〜１６
８０ｎｍ、１７４０〜１８８０ｎｍ、２０３０〜２０６
５、２０８０〜２２８０ｎｍ、２３００〜２３６０ｎ
ｍ、２４００〜２４８０ｎｍの波長の近赤外光を順次照
射し、前記残渣から反射または透過してくる反射光又は
透過光をセンサによって検出し、吸光度スぺクトルを計
測する工程、前記残渣の吸光度スぺクトルによって前記
残渣の溶存・懸濁物質を計測する工程、とからなること
を特徴とする溶存・懸濁性物質濃度を近赤外線分光法に
よって計測する方法である。請求項２に係る発明は、前
記溶存・懸濁性物質を含む被測定溶液を濾過し、分離す
る工程は０.２〜２μｍのフィルタでろ過し、ろ液と残
渣に分け、ろ液は分画分子量２０００〜４０００を有す
る限外濾膜又は分画分子量３０〜５０を有する逆ろ透膜
で分離する第１の前処理からなる溶存・懸濁性物質濃度
を近赤外分光法によって計測する方法。請求項３に係る
発明は、前記溶存・懸濁性物質を含む被測定溶液を濾過
し、分離する工程において、前記フィルタでろ過した後
に、前記フィルタを６０°Ｃ〜１０５°Ｃ、２〜８時間
乾燥する第２の前処理を含むことを特徴とする溶存・懸
濁性物質濃度を近赤外分光法によって計測する方法であ
る。請求項４に係る発明は、前記被測定溶液中の前記溶
存・懸濁性物質をろ過、分離する工程において、前記第
１の前処理をした限外濾過膜、逆濾透膜を−１０°Ｃ〜
−２０°Ｃで凍結乾燥した後に、該限外濾過膜、逆濾透
膜を３０°Ｃ〜４０°Ｃ、１０％〜２０％ＲＨの加熱乾
燥、又は絶対圧力５〜１０ｍｍＨｇの真空圧下で２０°
Ｃ〜３０°Ｃに保持温度による真空凍結乾燥する第３の
前処理を含むことを特徴とする溶存・懸濁性物質濃度を
近赤外分光法によって計測する方法である。請求項５に
係る発明は、吸光度スぺクトルを計測する工程におい
て、前記第１の前処理、第２の前処理をしたフィルタ上
の残渣に前記波長の赤外光を照射し、その反射光又は透
過光の光強度と参照濃度より解析・計測することにより
第１の測定値を得る第１の解析・測定工程を含むことを
特徴とする溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によっ
て計測する方法である。請求項６に係る発明は、前記第
１の前処理及び第２の前処理をした限外ろ膜又は逆ろ透
膜上の残渣に前記波長の赤外光を照射し、その反射光又
は透過光の光強度と参照濃度より解析・計測することに
より第２の測定値を得る第２の解析・測定工程を含むこ
とを特徴とするの溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法
によって計測する方法である。請求項７に係る発明は、
溶存・懸濁性物質を含む被測定溶液が溶存・懸弾性物質
の濃度が比較的高い場合、該被測定溶液中の溶存ガスを
絶対圧力１０〜２０ｍｍＨｇで１０〜２０分間脱気し、
一定温度下で２０〜２００ｍｌ溶液で液浸１〜１０ｍｍ
のセル中で前記波長の赤外光を照射し、その反射光又は
透過光の光強度と参照濃度より解析・計測することによ
り第３の測定値を得る第３の解析・測定工程を含むこと
を特徴とするの溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法に
よって計測する方法である。請求項８の発明は、前記第
１の解析・測定工程で得られた第１の測定値を不溶性物
質又は懸濁性物質の濃度である第１の濃度とし、前記第
２の解析・測定工程で得られた前記第２の測定値を溶存
性物質濃度である第２の濃度とし、該第１の濃度と第２
の濃度の和を全水質汚濁物質濃度として示すことを特徴
とする溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によって計
測する方法である。請求項９に係る発明は、不溶性物質
の濃度又は懸濁性物質の濃度、溶存性物質の濃度のう
ち、富栄養化によって発生する藍藻類の濃度との対応を
ニューラルネットワーク分析、多重回帰分析及び主成分
分析などの多変量解析法により、藍藻類の濃度変化を予
測することを特徴とする溶存・懸濁性物質濃度を近赤外
分光法によって計測する方法である。請求項１０に係る
発明は、前記残渣の吸光度スぺクトルによって前記残渣
の溶存・懸濁物質を計測する工程において、クロロフィ
ルａの濃度は、式１によって演算することを特徴とする
溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によって計測する
方法である。

【式１】CHL-a＝４７１．１＋−１０５５．１５Ｌ
（λ₁）＋１３２３．２６Ｌ（λ₂）−１９８．２４８０
１６Ｌ（λ₃）−９５．９０９１０３Ｌ（λ₄）＋８３．
５７５５７７Ｌ（λ₅）＋１２５．６６７３４３Ｌ
（λ₆）−１９８．９７３５７２ｈＬ（λ₇） 式中、CHL-a：クロロフィルａの濃度、Ｌ（λ₁）〜Ｌ
（λ₇）：波長λ₁ 〜λ₇ （１２６４ｎｍ、１３５２ｎ
ｍ、１４０４ｎｍ、１４４４ｎｍ、１８７８ｎｍ、２０
８６ｎｍ、２３３２ｎｍ）における吸光度、 請求項１１に係る発明は、前記残渣の吸光度スぺクトル
によって前記残渣の溶存・懸濁物質を計測する工程にお
いて、全リンの濃度は、式２によって演算することを特
徴とする溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によって
計測する方法である。

【式２】T-P＝−１３４６．６＋８９６．６７０１６６
Ｌ（λ₁）＋２１６．０３２７６１Ｌ（λ₂） 式中、T-P：全リンの濃度、Ｌ（λ₁）〜Ｌ（λ₂）：波
長λ₁ 〜λ₂ （２４０４ｎｍ、２４５４ｎｍ）における
吸光度。 請求項１２に係る発明は、前記残渣の吸光度スぺクトル
によって前記残渣の溶存・懸濁物質を計測する工程にお
いて、全窒素の濃度は、式３によって演算することを特
徴とする溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によって
計測する方法である。

【式３】T-N＝４２８２．１−３４３９２．９Ｌ（λ₁）
＋１４５４１．２Ｌ（λ₂）＋８３８．１２２６８１Ｌ
（λ₃） 式中、T-N：全リンの濃度、Ｌ（λ₁）〜Ｌ（λ₃）：波
長λ₁ 〜λ₃ （１７８０ｎｍ、２１６４ｎｍ、２２７８
ｎｍ）における吸光度。 請求項１３に係る発明は、前記残渣の吸光度スぺクトル
によって前記残渣の溶存・懸濁物質を計測する工程にお
いて、フミン酸の濃度は、式４によって演算することを
特徴とする溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によっ
て計測する方法である。

【式４】Ｆ＝５２４．０４＋７３２．０６５０６３Ｌ
（λ₁）１２７０．２５２６２５Ｌ（λ₂）−２９１．５
８６７００Ｌ（λ₃） 式中、Ｆ：フミン酸の濃度、ａ〜ｃ：係数、Ｌ（λ₁）
〜Ｌ（λ₃）：波長λ ₁ 〜λ₃ （１４１６ｎｍ、２０５
２ｎｍ、２３５０ｎｍ）における吸光度。

【０００８】

【発明の実施の形態】本願発明は、水質汚濁防止法等で
規定する湖沼の水及び河川の水等の溶存・懸濁性物質を
含む被測定溶液の水質汚濁項目のうち、全窒素（Ｔ−
Ｎ）、アンモニア態窒素（ＮＨ₄−Ｎ）、硝酸態窒素
（ＮＯ₃−Ｎ）、亜硝酸態窒素（ＮＯ₂−Ｎ）、全リン
（Ｔ−Ｐ）、リン酸態リン（ＰＯ₄−Ｐ）、クロム法に
よる化学的酸素要求量（ＣＯＤｃｒ）やマンガン法によ
る化学的酸素要求量（ＣＯＤＭｎ）や生物化学的酸素要
求量（ＢＯＤ）による有機物質、クロロフィルａによる
藻類、フミン酸等の濃度を近赤外分光法を用いて、計測
する方法である。

【０００９】本発明者は、これらの水質汚濁項目の溶存
・懸濁物質を被測定溶液からろ過、分離した後、近赤外
光を照射することによって、その反射光量又は透過光量
を検出して、近赤外分光計を用いて、近赤外光スぺクト
ルを得、この近赤外スぺクトルを解析することにより、
前記の水質汚濁項目の溶存・懸濁性物質の利用を測定す
ることが出来ることを見出した。

【００１０】つまり、Ｔ−Ｎ、ＮＨ₄−Ｎ、ＮＯ₃−Ｎ、
ＮＯ₂−Ｎ、Ｔ−Ｐ、ＰＯ₄−Ｐ、ＣＯＤｃｒやＣＯＤＭ
ｎやＢＯＤによる有機物質、クロロフィルａ及びフミン
酸の量は、近赤外光の領域にある１２６０〜１２９０ｎ
ｍ、１３５０〜１４６０ｎｍ、１５６０〜１５９０ｎ
ｍ、１６１０〜１６８０ｎｍ、１７４０〜１８８０ｎ
ｍ、２０３０〜２０６５、２０８０〜２２８０ｎｍ、２
３００〜２３６０ｎｍ、２４００〜２４８０ｎｍの波長
の反射波または吸収波（透過光）に対応する光強度と参
照濃度との校正曲線より計測することができることを見
出した。

【００１１】本発明の溶存・懸濁性物質濃度を近赤外線
分光法によって計測する方法を、図１に模式的に示す近
赤外分光器及び図２に示すフローチャートに基づき、説
明する。

【００１２】まず、河川、湖沼、下水等（被測定溶液）
中の溶存・懸濁性物質をろ過・分離装置１３ａによって
ろ過、分離する。

【００１３】溶存・懸濁性物質を含む被測定溶液のろ
過、分離は、まず、０.２〜２μｍのフィルタでろ過し
（ステップＳ１）、ろ液と残渣に分け、ろ液は分画分子
量２０００〜４０００を有する限外濾膜で分離し（ステ
ップＳ２）、及び分画分子量３０〜５０を有する逆浸透
膜で分離する（ステップＳ３）第１の前処理からなる。

【００１４】次いで、第１の前処理を行ったフィルタ
は、フィルタを６０°Ｃ〜１０５°Ｃ、２〜８時間乾燥
する第２の前処理を行い（ステップＳ４）、第１の前処
理をした限外濾過膜、逆濾透膜は、−１０°Ｃ〜−２０
°Ｃで凍結乾燥した後に、３０°Ｃ〜４０°Ｃ、１０％
〜２０％ＲＨの加熱乾燥、又は絶対圧力５〜１０ｍｍＨ
ｇの真空圧下で２０°Ｃ〜３０°Ｃに保持温度による真
空凍結乾燥する第３の前処理（ステップＳ５、ステップ
Ｓ６）をおこなう。

【００１５】次に、第１の前処理、第２の前処理及び第
３の前処理を行うことによって得られた残渣に１２６０
〜１２９０ｎｍ、１３５０〜１４６０ｎｍ、１５６０〜
１５９０ｎｍ、１６１０〜１６８０ｎｍ、１７４０〜１
８８０ｎｍ、２０３０〜２０６５、２０８０〜２２８０
ｎｍ、２３００〜２３６０ｎｍ、２４００〜２４８０ｎ
ｍの波長の近赤外光を光源１１からの光を順次フィルタ
１２を通して、特定波長のみを通すように制御装置１５
によりフィルタを切り替えて、試料台１３中の残渣に照
射し、残渣から反射または透過してくる反射光又は透過
光をセンサ１４（透過光センサ１４ａ、反射光センサ１
４ｂからなる。）によって検出し、吸光度スぺクトルを
計測する（ステップＳ７）。

【００１６】図２に示す工程に於いて、ステップＳ１に
おいてフィルター上の残渣を不溶性又は懸濁性物質と
し、その濃度をＦとする。ステップＳ１においてフィル
ターを通過したものを湖沼の藻類の繁殖に大きな影響を
与えている溶解性物質（フミン酸等）とする。限外ろ過
膜の残渣Ａと逆浸透膜の残渣Ｂの合計（Ａ＋Ｂ）を溶解
性物質の濃度、つまり可溶性濃度とし、（Ａ＋Ｂ＋Ｆ）
を全濃度とする。

【００１７】この場合、第１の前処理、第２の前処理を
したフィルタ上の残渣に前記波長の赤外光を照射し、そ
の反射光又は透過光の光強度と参照濃度より解析・計測
することにより第１の測定値を得る第１の解析・測定工
程と、第１の前処理及び第２の前処理をした限外ろ膜又
は逆ろ透膜上の残渣に前記波長の赤外光を照射し、その
反射光又は透過光の光強度と参照濃度より解析・計測す
ることにより第２の測定値を得る第２の解析・測定工程
をとに分離して行ってもよい。

【００１８】また、溶存・懸濁性物質を含む被測定溶液
が溶存・懸濁性物質の濃度が比較的高い場合は、被測定
溶液中の溶存ガスを絶対圧力１０〜２０ｍｍＨｇで１０
〜２０分間脱気し、一定温度下で２０〜２００ｍｌ溶液
で液浸１〜１０ｍｍのセル中で前記波長の赤外光を照射
し、その反射光又は透過光の光強度と参照濃度より解析
・計測することにより第３の測定値を得ることが望まし
い。

【００１９】センサ１４によって検出された吸光度スぺ
クトルは、制御装置に送られ、演算され、溶存・懸濁物
質が近赤外線分光法によって計測され、出力装置１６に
出力される。

【００２０】第１の解析・測定工程で得られた第１の測
定値を不溶性物質又は懸濁性物質の濃度である第１の濃
度（残渣Ｆ）とし、前記第２の解析・測定工程で得られ
た前記第２の測定値を溶存性物質濃度である第２の濃度
（残渣Ａ＋Ｂ）とし、該第１の濃度と第２の濃度の和を
全水質汚濁物質濃度として示すことによって、水質汚濁
度の指標とすることが出来る。

【００２１】以下に、具体的実施例として、藍藻類を例
として説明する。藍藻の入った採水サンプルを２１±
０.１°Ｃの恒温水浴で定温状態に保持し、分光光度計
を用いて２〜４ｎｍ間隔ごとに８００ｎｍ〜２５００ｎ
ｍの吸収スぺクトルを収集する。

【００２２】藍藻の入った採水サンプルをガラス繊維フ
ィルタ（ワットマンＧＦ／Ｃ）でろ過し、ろ液と残渣に
分け、フィルタを１０５°Ｃ、４時間で乾燥した後、分
光光度計を用いて２〜４ｎｍ間隔ごとに８００ｎｍ〜２
５００ｎｍの吸収スぺクトルを収集する。

【００２３】上記藍藻サンプルに対し、従来測定法（例
えばクロロフィル−ａの吸光分光光度法）でクロロフィ
ル−ａ濃度を計測する。２のクロロフィル−ａ濃度を参
照濃度とする。

【００２４】上記吸光度スぺクトル（または吸光度ス
ぺクトル）を説明変量、上記クロロフィル−ａ測定値
を目的関数として回帰分析する。回帰分析で得られた相
関モデルをクロロフィル−ａ測定検量線として使う。重
回帰分析法で回帰分析するときに１２６４ｎｍ、１３５
２ｎｍ、１４０４ｎｍ、１４４４ｎｍ、１８７８ｎｍ、
２０８６ｎｍ、２３３０ｎｍの波長を用いた。

【００２５】なお、河川、湖沼などの採水サンプルのサ
ンプリング場によって最適な相関波長が上記波長値から
多少外れることがある。上記波長を最初に設定解析した
後、回帰結果を参照しながら修正すると、よりよい結果
が得られる。

【００２６】吸収スぺクトルで作成した検量線は藍藻
類濃度０．２５ｇ／ｍ³以上の濃度を持つサンプルに適
するものであり、吸収スぺクトルで作成した検量線は
藍藻類濃度０.２５ｇ／ｍ³以下のサンプルにも適するも
のである。

【００２７】上記検量線の計測精度を次の方法で確認す
る。検量線作成に使われたサンプル数と大略同じ数の採
水サンプルに対して従来法による分析方法で濃度値を計
測し、同時にこれらのサンプルに対して上記検量線で濃
度値を計算する。従来法の測定値と検量線による計算値
との標準偏差分析で検量線を評価する（図３）。

【００２８】上記藍藻類の検量線が―旦作成したら、サ
ンプルの光吸収スぺクトル（またはサンプルのスぺク
トル）のデータを検量線の説明変量として入力・解析
すると、そのサンプルの濃度値を求めることができる。

【００２９】クロロフィルａの濃度を求める計算式は、
次の通りである

【００３０】

【式１】CHL-a＝ａ＋ｂＬ（λ₁）＋ｃＬ（λ₂）＋ｄＬ
（λ₃）＋ｅＬ（λ₄）＋ｆＬ（λ₅）＋ｇＬ（λ₆）＋ｈ
Ｌ（λ₇）

【００３１】式中、CHL-a：クロロフィルａの濃度、ａ
〜ｈ：係数、 Ｌ（λ₁）〜Ｌ（λ₇）：波長λ₁ 〜λ₇ における吸光
度、 図４に各係数値、波長を示す。

【００３２】上記した他の項目に対しても、上記の工程
を実施することによって、対応する方法でサンプルを処
理し、検量線を作成する。この検量線により同条件のサ
ンプル濃度値を決定する。

【００３３】以上のような方法での実施例とし、図５、
図６に全リンについて実施した場合を示し、図５では重
相関係数Ｒ＝０．９８であることが示されている。全リ
ンの濃度の計算式を式２に示す。

【００３４】

【式２】T-P＝ａ＋ｂＬ（λ₁）＋ｃＬ（λ₂）

【００３５】式中、T-P：全リンの濃度、ａ〜ｃ：係
数、Ｌ（λ₁）〜Ｌ（λ₂）：波長λ₁〜λ₂ における吸
光度、図５に各係数値、波長を示す。

【００３６】他の実施例とし、図７、図８に全窒素につ
いて実施した場合を示し、図７では重相関係数Ｒ＝０．
９７であることが示されている。全窒素の濃度の計算式
を式３に示す。

【００３７】

【式３】 T-N＝ａ＋ｂＬ（λ₁）＋ｃＬ（λ₂）＋ｄＬ（λ₃）

【００３８】式中、T-N：全リンの濃度、ａ〜ｃ：係
数、Ｌ（λ₁）〜Ｌ（λ₃）：波長λ₁〜λ₃ における吸
光度、図８に各係数値、波長を示す。

【００３９】他の実施例とし、フミン酸の濃度の計算式
を式４に示す。

【００４０】

【式４】 Ｆ＝ａ＋ｂＬ（λ₁）＋ｃＬ（λ₂）＋ｄＬ（λ₃）

【００４１】式中、Ｆ：フミン酸の濃度、ａ〜ｃ：係
数、Ｌ（λ₁）〜Ｌ（λ₃）：波長λ ₁ 〜λ₃ における吸
光度、図９に各係数値、波長を示す。

【００４２】また、不溶性物質の濃度又は懸濁性物質の
濃度、溶存性物質の濃度のうち、富栄養化によって発生
する藍藻類の濃度との対応をニューラルネットワーク分
析、多重回帰分析及び主成分分析などの多変量解析法に
より、藍藻類の濃度変化を予測することもできる。

【００４３】また、不溶性物質の濃度又は懸濁性物質の
濃度、溶存性物質の濃度のうち、富栄養化によって発生
する藍藻類の濃度との対応をニューラルネットワーク分
析、多重回帰分析及び主成分分析などの多変量解析法に
より、藍藻類の濃度変化を予測することもできる。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、上記のような構成を有するた
め、１〜１０時間以内で測定することが可能であるばか
りでなく、１サンプルに対して複数の項目の計測が一度
に行うことが可能で、かつ、、統計処理により濃度変化
の予測が可能である。また、フィルター、限外ろ過膜、
逆浸透膜を用いて、試料中の物質を抽出するため、不溶
性・懸濁性物質及び溶存性物質の濃度を正確に測定でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例の、近赤外分光器の模式図。

【図２】本願発明の実施例の、近赤外分光方の試料のろ
過方法を示すフローチャート。

【図３】本願発明をクロロフィルａの濃度の計測に実施
した場合の、従来の吸光光度法によるクロロフィルａの
濃度測定値との相関度を示す図。

【図４】クロロフィルａの濃度を求める波長と回帰係数
を示す図。本願発明をクロロフィルａの濃度の計測に実
施した場合の、従来の吸光光度法によるクロロフィルａ
の濃度測定値との相関度を示す図。

【図５】本願発明を全リンの濃度の計測に実施した場合
の、従来の吸光光度法による濃度測定値との相関度を示
す図。

【図６】全リンの濃度を求める波長と回帰係数を示す
図。

【図７】本願発明を全窒素の濃度の計測に実施した場合
の、従来の吸光光度法による濃度測定値との相関度を示
す図。

【図８】全窒素の濃度を求める波長と回帰係数を示す
図。

【図９】フミン酸の濃度を求める波長と回帰係数を示す
図。

【符号の説明】

１１ 光源、１２ フィルタ、１３ 試料台、１４ セ
ンサ、１５ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB05 CC01 CC05 CC12 DD01 DD04 DD13 EE01 EE02 EE12 HH01 MM01 MM02 MM12

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶存・懸濁性物質を含む被測定溶液中の
   水質汚濁項目、Ｔ−Ｎ、ＮＨ４−Ｎ、ＮＯ３−Ｎ、ＮＯ
   ２−Ｎ、Ｔ−Ｐ、Ｐ０４−Ｐ、有機物質、クロロフィル
   ａ、フミン酸について、溶存・懸濁性物質濃度を近赤外
   分光法によって計測する方法において、 前記被測定溶液中の前記溶存・懸濁性物質をろ過、分離
   する工程、 前記溶存・懸濁性物質をろ過、分離した残渣に１２６０
   〜１２９０ｎｍ、１３５０〜１４６０ｎｍ、１５６０〜
   １５９０ｎｍ、１６１０〜１６８０ｎｍ、１７４０〜１
   ８８０ｎｍ、２０３０〜２０６５、２０８０〜２２８０
   ｎｍ、２３００〜２３６０ｎｍ、２４００〜２４８０ｎ
   ｍの波長の近赤外光を順次照射し、前記残渣から反射ま
   たは透過してくる反射光又は透過光をセンサによって検
   出し、吸光度スぺクトルを計測する工程、 前記残渣の吸光度スぺクトルによって前記残渣の溶存・
   懸濁物質を計測する工程、 とからなることを特徴とする溶存・懸濁性物質濃度を近
   赤外線分光法によって計測する方法。
2. 【請求項２】 前記溶存・懸濁性物質を含む被測定溶液
   を濾過し、分離する工程は０.２〜２μｍのフィルタで
   ろ過し、ろ液と残渣に分け、ろ液は分画分子量２０００
   〜４０００を有する限外濾膜又は分画分子量３０〜５０
   を有する逆ろ透膜で分離する第１の前処理からなること
   を特徴とする請求項１の溶存・懸濁性物質濃度を近赤外
   分光法によって計測する方法。
3. 【請求項３】 前記溶存・懸濁性物質を含む被測定溶液
   を濾過し、分離する工程において、前記フィルタでろ過
   した後に、前記フィルタを６０°Ｃ〜１０５°Ｃ、２〜
   ８時間乾燥する第２の前処理を含むことを特徴とする請
   求項１の溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によって
   計測する方法。
4. 【請求項４】 前記被測定溶液中の前記溶存・懸濁性物
   質をろ過、分離する工程において、前記第１の前処理を
   した限外濾過膜、逆濾透膜を−１０°Ｃ〜−２０°Ｃで
   凍結乾燥した後に、該限外濾過膜、逆濾透膜を３０°Ｃ
   〜４０°Ｃ、１０％〜２０％ＲＨの加熱乾燥、又は絶対
   圧力５〜１０ｍｍＨｇの真空圧下で２０°Ｃ〜３０°Ｃ
   に保持温度による真空凍結乾燥する第３の前処理を含む
   ことを特徴とする請求項１の溶存・懸濁性物質濃度を近
   赤外分光法によって計測する方法。
5. 【請求項５】 吸光度スぺクトルを計測する工程におい
   て、前記第１の前処理、第２の前処理をしたフィルタ上
   の残渣に前記波長の赤外光を照射し、その反射光又は透
   過光の光強度と参照濃度より解析・計測することにより
   第１の測定値を得る第１の解析・測定工程を含むことを
   特徴とする請求項１の溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分
   光法によって計測する方法。
6. 【請求項６】 前記第１の前処理及び第２の前処理をし
   た限外ろ膜又は逆ろ透膜上の残渣に前記波長の赤外光を
   照射し、その反射光又は透過光の光強度と参照濃度より
   解析・計測することにより第２の測定値を得る第２の解
   析・測定工程を含むことを特徴とする請求項１の溶存・
   懸濁性物質濃度を近赤外分光法によって計測する方法。
7. 【請求項７】 溶存・懸濁性物質を含む被測定溶液が溶
   存・懸弾性物質の濃度が比較的高い場合、該被測定溶液
   中の溶存ガスを絶対圧力１０〜２０ｍｍＨｇで１０〜２
   ０分間脱気し、一定温度下で２０〜２００ｍｌ溶液で液
   浸１〜１０ｍｍのセル中で前記波長の赤外光を照射し、
   その反射光又は透過光の光強度と参照濃度より解析・計
   測することにより第３の測定値を得る第３の解析・測定
   工程を含むことを特徴とする請求項１の溶存・懸濁性物
   質濃度を近赤外分光法によって計測する方法。
8. 【請求項８】 前記第１の解析・測定工程で得られた第
   １の測定値を不溶性物質又は懸濁性物質の濃度である第
   １の濃度とし、前記第２の解析・測定工程で得られた前
   記第２の測定値を溶存性物質濃度である第２の濃度と
   し、該第１の濃度と第２の濃度の和を全水質汚濁物質濃
   度として示すことを特徴とする請求項１の溶存・懸濁性
   物質濃度を近赤外分光法によって計測する方法。
9. 【請求項９】 不溶性物質の濃度又は懸濁性物質の濃
   度、溶存性物質の濃度のうち、富栄養化によって発生す
   る藍藻類の濃度との対応をニューラルネットワーク分
   析、多重回帰分析及び主成分分析などの多変量解析法に
   より、藍藻類の濃度変化を予測することを特徴とする請
   求項１の溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によって
   計測する方法。
10. 【請求項１０】 前記残渣の吸光度スぺクトルによって
    前記残渣の溶存・懸濁物質を計測する工程において、ク
    ロロフィルａの濃度は、式１によって演算することを特
    徴とする請求項１の溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光
    法によって計測する方法。 【式１】CHL-a＝４７１．１＋−１０５５．１５Ｌ
    （λ₁）＋１３２３．２６Ｌ（λ₂）−１９８．２４８０
    １６Ｌ（λ₃）−９５．９０９１０３Ｌ（λ₄）＋８３．
    ５７５５７７Ｌ（λ₅）＋１２５．６６７３４３Ｌ
    （λ₆）−１９８．９７３５７２ｈＬ（λ₇） 式中、CHL-a：クロロフィルａの濃度、Ｌ（λ₁）〜Ｌ
    （λ₇）：波長λ₁ 〜λ₇ （１２６４ｎｍ、１３５２ｎ
    ｍ、１４０４ｎｍ、１４４４ｎｍ、１８７８ｎｍ、２０
    ８６ｎｍ、２３３２ｎｍ）における吸光度、
11. 【請求項１１】 前記残渣の吸光度スぺクトルによって
    前記残渣の溶存・懸濁物質を計測する工程において、全
    リンの濃度は、式２によって演算することを特徴とする
    請求項１の溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によっ
    て計測する方法。 【式２】T-P＝−１３４６．６＋８９６．６７０１６６
    Ｌ（λ₁）＋２１６．０３２７６１Ｌ（λ₂） 式中、T-P：全リンの濃度、Ｌ（λ₁）〜Ｌ（λ₂）：波
    長λ₁ 〜λ₂ （２４０４ｎｍ、２４５４ｎｍ）における
    吸光度。
12. 【請求項１２】 前記残渣の吸光度スぺクトルによって
    前記残渣の溶存・懸濁物質を計測する工程において、全
    窒素の濃度は、式３によって演算することを特徴とする
    請求項１の溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によっ
    て計測する方法。 【式３】T-N＝４２８２．１−３４３９２．９Ｌ（λ₁）
    ＋１４５４１．２Ｌ（λ₂）＋８３８．１２２６８１Ｌ
    （λ₃） 式中、T-N：全リンの濃度、Ｌ（λ₁）〜Ｌ（λ₃）：波
    長λ₁ 〜λ₃ （１７８０ｎｍ、２１６４ｎｍ、２２７８
    ｎｍ）における吸光度。
13. 【請求項１３】 前記残渣の吸光度スぺクトルによって
    前記残渣の溶存・懸濁物質を計測する工程において、フ
    ミン酸の濃度は、式４によって演算することを特徴とす
    る請求項１の溶存・懸濁性物質濃度を近赤外分光法によ
    って計測する方法。 【式４】Ｆ＝５２４．０４＋７３２．０６５０６３Ｌ
    （λ₁）１２７０．２５２６２５Ｌ（λ₂）−２９１．５
    ８６７００Ｌ（λ₃） 式中、Ｆ：フミン酸の濃度、ａ〜ｃ：係数、Ｌ（λ₁）
    〜Ｌ（λ₃）：波長λ ₁ 〜λ₃ （１４１６ｎｍ、２０５
    ２ｎｍ、２３５０ｎｍ）における吸光度。