(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に含まれる有害イオンを簡易検出するにあたり、ルミノールを化学修飾した透光材からなる検出フィルターに地盤を直接接触させてルミノールを化学発光させ、該化学発光させた光を導光体を介して測定素子へ導入して化学発光の強度を測定することで地盤中に含まれる有害イオンを検出するようにしたことを特徴とする地盤中に含まれる有害イオンの簡易検出方法。
【請求項２】
請求項１において、検出フィルターには、ルミノールを化学発光させた光を選択的に透過させる色素が混合されていることを特徴とする地盤中に含まれる有害イオンの簡易検出方法。
【請求項３】
請求項１または２において、検出フィルターに接触させる地盤は、過酸化水素のアルカリ溶液で予め湿潤させてあることを特徴とする地盤中に含まれる有害イオンの簡易検出方法。
【請求項４】
地盤中に含まれる有害イオンを簡易検出する装置であって、該検出装置は、透光材から形成され、ルミノールが化学修飾された検出フィルターと、該検出フィルターに地盤を直接接触させることによりルミノールを化学発光させた光を伝達する導光体と、該導光体を介して測定素子へ導入して化学発光の強度を測定する発光強度測定手段と、該測定した化学発光の強度から有害イオンを検出するイオン検出手段と、該検出した結果を表示する表示手段とを備えて構成したことを特徴とする地盤中に含まれる有害イオンの簡易検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤（土壌）中に含まれるクロム（ＩＩＩ）イオン等の有害イオンの簡易検出方法および簡易検出装置の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、人為的行為により地盤（土壌）が有害な化学種によって汚染されることがあちこちで顕在化し、大きな社会問題にまで発展している。そしてこのような地盤の汚染は、大気や陸水と異なり、地盤材料というものが視覚的に不透明であって物質の遮蔽力に富んでいることに乗じた悪質な経済活動の結果であることに他ならない。ところで、地盤中に存在する各種の有害化学種は、地下水中に溶解または分散されているほか、優秀な吸着剤でもある粘土鉱物からなる土粒子や岩等の表面に直接吸着されていたり、土粒子等の間隙中に保持されているため、それを簡易な手法で直接検出することは困難である。
そこで従来は、採取した土壌試料を研究室や実験室に持ちかえり、これを前処理して溶液試料を調製した後、分析に供するという手法を採用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記従来の手法では、常に面倒かつ煩雑な付帯作業を強いられることになり、このために要する手間や時間、そして特殊な試薬を使用することにより割高な費用が必要になり、この分野での研究の進捗や迅速な調査の妨げになっているという問題がある。
さらにまた、分析化学的な立場からみたときに、分析目的物質について、原子あるいは分子を発光的またはケイ光的に検出するしか方法がないものにおいては、採取現場において簡易にその物質に対して励起エネルギーを供給することが難しいこともあって、簡易検出の手法に限界が有るなどの問題があり、ここらに本発明の解決すべき課題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、方法の発明としては、地盤中に含まれる有害イオンを簡易検出するにあたり、ルミノールを化学修飾した透光材からなる検出フィルターに地盤を直接接触させてルミノールを化学発光させ、該化学発光させた光を導光体を介して測定素子へ導入して化学発光の強度を測定することで地盤中に含まれる有害イオンを検出するようにしたことを特徴とする地盤中に含まれる有害イオンの簡易検出方法である。そしてこのようにすることにより、現場において格別な装置や特殊な試薬を必要としないで簡単に有害イオンの検出ができることになる。
このものにおいて、検出フィルターには、ルミノールを化学発光させた光を選択的に透過させる色素が混合されていることを特徴とすることができ、このようにした場合には、検出フィルターが地盤と接触することにより化学発光したルミノールの光を選択的に透過することになって、検出精度の向上が計れる。
さらにこれらのものにおいて、検出フィルターに接触させる地盤は、過酸化水素のアルカリ溶液で予め湿潤させてあることを特徴とすることができ、このようにしたときには、ルミノール−過酸化水素系の化学発光反応場が形成されることになって、化学発光の強度測定が容易となってさらなる精度向上が図れることになる。
また、装置の発明としては、地盤中に含まれる有害イオンを簡易検出する装置であって、該検出装置は、透光材から形成され、ルミノールが化学修飾された検出フィルターと、該検出フィルターに地盤を直接接触させることによりルミノールを化学発光させた光を伝達する導光体と、該導光体を介して測定素子へ導入して化学発光の強度を測定する発光強度測定手段と、該測定した化学発光の強度から有害イオンを検出するイオン検出手段と、該検出した結果を表示する表示手段とを備えて構成したことを特徴とする地盤中に含まれる有害イオンの簡易検出装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。１は有害イオンの簡易検出装置であって、該簡易検出装置１は、装置本体２と、装置本体２から延出する光ファイバーを用いて構成される導光体３、該導光体３の先端に設けられる不透明のソケット４、該ソケット４の筒状先端部に基端部が内嵌するようにして設けられる検出フィルター５とを用いて構成されている。ここで導光体３は可撓性を有した不透明材によって被覆されていて、外光の侵入がないように設定されている。
【０００６】
前記検出フィルター５は、メタクリル酸メチル樹脂あるいはポリカルボネート樹脂等の適宜の透明の樹脂材を用い、先端が開口された有底円筒状に形成（寸法は、例えば直径１０ｍｍ、長さ５０ｍｍ）されている。そして、検出フィルター５は、筒底部をソケット４の先端側筒部に着脱自在に差し込まれることになるが、検出フィルター５の筒部５ａは、外部光を全光的に吸収または反射して筒内部への光の侵入を阻止するよう配慮されているが、その配慮の手法としては、例えば筒表面を銀鏡処理する、筒部５ａにカーボンブラックやチャコール等の不透光性の顔料を混合する等がある。因みに、本実施の形態の検出フィルター５の筒部５ａは、内筒面の先端側が大口径で底部側に至るほど小口径になった截頭円錐筒形状になっていて、試料を底部５ｂまで押し込みやすいように配慮されている。
【０００７】
さらに検出フィルター５の底部５ｂは、ルミノールの化学発光スペクトルのうちの波長３５０〜６００ｎｍ（ナノメートル）（極大発光波長４２５ｎｍ）付近の内部光を選択的に透過させる色素（例えばシアニン系の色素（シアニンブルー）やアントラキノン系の色素（アントラキノンブルー））が混合されていると共に、ルミノール（５−アミノ−２，３−ジヒドロ−１，４−フタラジンジオン）が筒底内表面に直接化学修飾されている。この化学修飾の手法は、例えば樹脂材に担持させたカルボン酸基とルミノールのアミノ基とを反応させてカルバミド基を形成することで実行される。尚、シアニンブルー、アントラキノンブルーの可視光領域の透過スペクトルを図５および図６にそれぞれ示す。
このように本実施の形態の検出フィルター５は、筒部５ａと底部５ｂとの処理が異なることになる。そこでこれらを一体に成形した後、ルミノールを化学修飾することでも形成できるが、またそれぞれ別体で成形し、熱融着や超音波融着、あるいは接着剤による接着等で一体にして形成することができる。さらには、検出フィルター５に化学修飾したルミノールは、化学発光することにより消費されることから、１回の使用とすることが好ましい。これに対して筒部５ａは消費されるものがなく、このため、底部５ｂを筒部５ａに着脱自在に螺着する等して交換可能に構成しておけば、筒部５ａについては再使用が可能となる。
そして検出フィルター５に試料とする地盤を入れて底部５ｂに接触させると、前記化学修飾したルミノールが、例えばクロム（ＩＩＩ）イオン（Ｃｒ（ＩＩＩ））の様な有害イオンと接触して化学発光を発生し、この発生した化学発光の光が底部５ｂを透過して導光体３を介して装置本体２に導入される。
この場合に、ルミノールの化学発光を効率よく行わせるには、ルミノール−過酸化水素系の化学発光を地盤中の有害イオンについて行わせるのが好適で、そのためには試料とする地盤に予め過酸化水素のアルカリ溶液を噴霧する等して湿潤させ、これを検出フィルター５に入れることになる。この場合、地盤に検出フィルター５を押し込んでもよい。
さらに有害イオンを検出するに際し、地盤中には多数の有害イオンが混在していることが通例で、ある特定の有害イオンを測定しようとしたときに、他の有害イオンが妨害物質となって干渉することになり、そのためこれを抑制する必要がある。このようなとき、例えば検出しようとする特定の有害イオンがクロム（ＩＩＩ）イオンであった場合、分析しようとする地盤を、マスキング剤の一つであるエチレンジアミン四酢酸ナトリウムでキレーティングする等して他の干渉する有害イオンをマスキングしておくことが好ましい。尤も、他の妨害する有害イオンが僅かである場合や、これら共存する全ての有害イオンを検出しようとするときにはこのようなマスキングをする必要はない。
【０００８】
一方、前記装置本体２では、前記導光体３を介して導入した化学発光の強度測定をすることになるが、これは例えば測定部（発光強度測定手段）２ａでの測定素子としてフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ（ＰＤ））や光電子倍増管（ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  ｔｕｂｅ（ＰＭＴ））を採用する等の通常知られた検出手法を採用することができる。そしてこの装置本体２には、ディスプレイによる表示部（表示手段）６、演算部（ＣＰＵ、演算手段）７、記憶部８、外部への入出力部９が設けられている。記憶部８には、有害イオンの一例であるクロム（ＩＩＩ）イオンの濃度とルミノールの化学発光の強度との関係データ（図４に示す検量線の表図データ）が予め登録されている。そして演算部７では、前記測定された化学発光の強度について、前記登録された関係データから有害イオンの濃度を演算し、これを表示部６で表示するように設定されている。
因みに、装置本体２は、外部コンピューターとは入出力部２ｂを介して接続することができ、これによって測定したデータの出力、また記憶部８に登録するデータの書換え等が任意にできるようになっている。９は切換えスイッチ、１０はＯＮ−ＯＦＦスイッチであるが、切換えスイッチ９は、データ入力、データ出力、測定の機能切換えができるようになっている。
【０００９】
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、まず図４に示す検量線の作成であるが、ｐＨが１０．６となるよう調節されたメンゼル緩衝溶液に濃度が２×１０−２  Ｍ（モル）となるよう過酸化水素水を添加し、さらにクロム（ＩＩＩ）イオン（Ｃｒ（ＩＩＩ））について、その濃度が０、０．５、１、５μｇｍＬ−１（マイクログラム  ミリリットルマイナス１乗）となるように溶液を調製した。これら調製した溶液に直径約５ｍｍのガラスビーズをクロム（ＩＩＩ）イオン溶液の液面一杯にまで入れ、ガラスビーズ上面が検出フィルター５の底部５ｂに接触するよう検出フィルター５を差し込み、そしてこの状態で、それぞれのクロム（ＩＩＩ）イオン濃度についての化学発光の強度を測定し、これをプロットすることにより前記検量線が作成された。この検量線は、クロム（ＩＩＩ）イオンの濃度に対して殆ど直線状態になっていることが判明し、そしてこの検量線の関係式を記憶部８に登録することで検出作業の前準備が完了した。因みに、ガラスビーズの粒径による変動があるか否かを確認するため、粒径約０．５ｍｍのガラスビーズについても同様の実験をしたところ、前記と同じ結果が得られた。
【００１０】
ついで実際の地盤でのクロム（ＩＩＩ）イオンの測定であるが、地盤試料として予めクロム（ＩＩＩ）イオンが検出されないことが確認された市販の黒土（くろつち）を選択し、この黒土を前記各試薬に入れてよく掻き回してケーキ状になるよう調製した後、室温下で静置した。このように調製した黒土中に、前記検出フィルター５を黒土が底部５ｂに接触するまで差し込んでクロム（ＩＩＩ）イオンの濃度を検出し、その数値が表示部６から表示されたが、その数値は、前記検量線によく一致し、本発明が如何に有効であるかが確認された。
【００１１】
このように、本発明が実施された形態のものでは、有害イオンを検出したい地盤が位置する現場において簡易に有害イオンの濃度を検出（測定）することができる。有害イオンとしては、３価のクロムイオンに限定されず、ルミノールを化学発光させるイオンであれば限定されないもので、例えば、６価のクロム（クロム酸イオンまたは二クロム酸イオンとして存在）、コバルト（ＩＩ）イオン（Ｃｏ（ＩＩ））、銅（ＩＩ）イオン（Ｃｕ（ＩＩ））、ヒ酸または亜ヒ酸イオン（Ａｓ（ＩＩＩ／Ｖ））等があげられる。
また、検出フィルターについては、メタクリル酸メチル等の樹脂材にルミノールを化学修飾させたが、ガラスにルミノールを化学修飾させたものが公知で、これを採用することもできる。そして検出フィルターについては、筒部と一体化したものでなく、図７に示すように、タブレット状の検出フィルター１１となるように成形し、これを底部のみが透光性となった有底筒状のカバー筒１２の筒底部に押し込むことで同じようにして実施することができる。この場合には、カバー筒１２の底部１２ａに、前述したようにルミノールの化学発光を選択的に透過させる色素を混合させておくようにすることができる。さらにまた、ルミノールを選択的に透過させる色素としては、前述したような色素が例示されるが、このような色素としては、できるだけルミノールの化学発光だけを選択的に透過するものであるほど好適である。
また、本発明を実施するための検出フィルターは、ルミノールが化学発光を起すために消費されることから、１回限りの使用とすることが好ましいが、有害イオンの量が少なく、１回の測定でルミノールの消費が僅かである場合には２回以上の使用も可能である。
さらにまた、本発明を実施するにあたり、外部光（例えば太陽光）の侵入が検出精度を低下させることになり、そのため前述したような不透過性の色素を筒部に添加する等の処理をしたが、外部光を完全にシャットアウトできるよう検出フィルター外面を金属等の不透光部材で覆う等してシールしておけば、そのような色素添加の処理を不用とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】有害イオンの簡易検出装置の概略斜視図である。
【図２】検出装置のブロック回路である。
【図３】検出フィルターの断面図である。
【図４】クロム（ＩＩＩ）イオンの検量線を示す線図である。
【図５】シアニンブルーの可視光領域の透過スペクトル図である。
【図６】アントラキノンブルーの可視光領域の透過スペクトル図である。
【図７】検出フィルターの他の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１    検出装置
２    装置本体
３    導光体
５    検出フィルター
５ｂ  底部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003699339.tif 000007
【図７】
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