(57)【要約】【課題】海水含有水に含まれるナトリウムイオン等の分析目的とする特定イオンの濃度を、いちいち海水含有水を採取して実験室的な分析をする、というような面倒な作業をすることなく簡易に測定できるようにする。【解決手段】海水含有水を採取して分析目的イオンの濃度と電気伝導率とを測定し、これに基づいて分析目的イオンの濃度と電気伝導率とのあいだにある一次の関係式を予め算出しておき、該一次の関係式に測定しようとする海水含有水の電気伝導率を当てはめることで該海水含有水中の分析目的イオンの濃度を簡易に測定できるようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水含有水中の分析目的イオンの濃度を求めるにあたり、前記海水含有水中の分析目的イオンの濃度と電気伝導率とのあいだに成立する一次の関係式を予め算出し、該算出した一次の関係式に、測定目的箇所の海水含有水を測定することにより得た電気伝導率をあてはめることで測定目的箇所においての分析目的イオンの濃度を算出して求めるようにしたことを特徴とする海水含有水中のイオン濃度の簡易測定方法。
【請求項２】
請求項１において、演算された分析目的イオンの濃度は、さらに積算されるようになっていることを特徴とする海水含有水中のイオン濃度の簡易測定方法。
【請求項３】
海水含有水中の分析目的イオンの濃度を求めるにあたり、複数箇所の海水含有水を測定することにより得た分析目的イオンの濃度と電気伝導率とのあいだに成立する一次の関係式を予め算出する算出手段と、該算出した一次の関係式を登録する登録手段と、測定目的箇所の海水含有水の電気伝導率を測定する測定手段と、該測定した電気伝導率を前記一次の関数式にあてはめて測定目的箇所における分析目的イオンの濃度を演算する濃度演算手段と、該演算された濃度を表示する表示手段とを備えて構成されることを特徴とする海水含有水中のイオン濃度の簡易測定装置。
【請求項４】
請求項３において、演算された分析目的イオンの濃度を積算する積算手段をさらに備え、表示手段は該積算された積算濃度を表示するように設定されていることを特徴とする海水含有水中のイオン濃度の簡易測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、分析目的イオンは、塩化物イオン、硫酸イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオンおよびカルシウムイオンの中から選択される少なくとも一つのイオンであることを特徴とする海水含有水中のイオン濃度の簡易測定方法または簡易測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海底トンネル等の地下構造物のように、海底や海岸近傍にあって、地下水に海水が含有した漏水等の海水含有水中に含まれる化学物質の簡易測定方法および簡易測定装置の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来技術】
今日、地下水面や海面より低いところにトンネルやボックスカルバート等の地下構造物を築造することが頻繁に行われているが、このような構造物は海水を含んだ水（海水含有水）に直接的または間接的に曝される場合が多い。ところでこのような海水含有水中には、鋼材やコンクリート等、構造物の構成材料（施工材料）の劣化や化学反応を促進する化学物質（例えば、塩化物イオンや硫酸イオン等）が含まれており、これら化学物質によって構成材料の劣化等が生じると構造物の強度や安定性に直接影響を与える。特に、構造物の材料劣化が内部的に発生してはいるものの、これが表面的または外観上は発見できず、そのまま劣化等が進行していって覆工強度などが設計強度の下限未満になると、その構造物は崩壊を含んだ危機的状態に陥る。
また、海水中に含まれるマグネシウムイオンやカルシウムイオンのようなイオンは、例えばリン酸イオンと反応して不溶性塩（難溶性塩）をつくることになるが、このような不溶性塩は、排水こうや側こう等の海水含有水の流路面に結晶となって沈デンし、これが次第に成長していってこれら溝を塞いでしまうという問題がある。
そこで、このような構造物に使用されている構成材料の劣化を促進し、あるいは直接反応するような化学物質が水に含まれるなどして構造物に何らかのかたちで接しているような場合、その化学物質の濃度または絶対量を監視する必要があり、そしてこれを経時的に観測をして管理することで、構造物の補修の時期や劣化速度の判断をすることが可能となる。
ところで、このような海水含有水中の化学物質の濃度等を観測する場合、測定現場にて水を試料として採取し、該試料を実験室に持ち込んで試料中に含まれる化学物質について濃度測定をするのが通常である（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４１５４５号公報（第３、４頁）
【０００４】
ところが前記従来の手法では、測定現場での試料採取、実験室への試料持ち込み、そして実験室での分析作業、データ整理等が必要になって作業が煩雑化し、試料数が僅かであっても結果を得るまでにかなりの日数を要するのが現実であって、この煩雑さは試料数が多くなるほどより顕著になる。しかも、試料の化学組成は、自然環境等によって影響されて一定ではなく刻々と変化する場合も多く、このような変化に迅速に対応した観測をするためには、観測現場においてこれら化学物質の測定をできるようにすることが要求され、ここに本発明が解決せんとする課題がある。
【０００５】
【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、第一の発明は、海水を含有する海水含有水中の分析目的イオンの濃度を求めるにあたり、前記海水含有水中の分析目的イオンの濃度と電気伝導率とのあいだに成立する一次の関係式を予め算出し、該算出した一次の関係式に、測定目的箇所の海水含有水を測定することにより得た電気伝導率をあてはめることで測定目的箇所においての分析目的イオンの濃度を算出して求めるようにしたことを特徴とする海水を含有する地下構造物の海水含有水中のイオン濃度の簡易測定方法である。
このものにおいて、演算された分析目的イオンの濃度は、さらに積算されるようになっていることを特徴とすることができる。
また第二の発明は、海水を含有する海水含有水中の分析目的イオンの濃度を求めるにあたり、複数箇所の海水含有水を測定することにより得た分析目的イオンの濃度と電気伝導率とのあいだに成立する一次の関係式を予め算出する算出手段と、該算出した一次の関係式を登録する登録手段と、測定目的箇所の海水含有水の電気伝導率を測定する測定手段と、該測定した電気伝導率を前記一次の関数式にあてはめて測定目的箇所における分析目的イオンの濃度を演算する濃度演算手段とを備えて構成されることを特徴とする海水を含有する地下構造物の海水含有水中のイオン濃度の簡易測定装置である。
このものにおいて、演算された分析目的イオンの濃度を積算する積算手段をさらに備え、表示手段は該積算された積算濃度を表示するように設定されていることを特徴とすることができる。
そして本発明は、このようにすることによって、海水を含有する海水含有水中の分析目的イオンの濃度を簡単に測定できることになる。
このようなものにおいて、分析目的イオンは、塩化物イオン、硫酸イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオンおよびカルシウムイオンの中から選択される少なくとも一つのイオンであることを特徴とすることができる。
しかもこの場合に、分析目的イオンの濃度を積算することで、地下構造物の寿命の推定や排水こう等の溝の流水状態の管理ができることになる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
ところで、構造物に使用される構成材料に直接、かつ、甚大な影響を与える化学物質としては、塩化物イオンや硫酸イオン等の陰イオンが多いが、ナトリウムイオンやリチウムイオンも高濃度に共存すれば構成材料の劣化を促進することになる。そこでこれらイオンの濃度を簡易に測定できれば、構成材料の劣化状態の管理が容易になる。
また、マグネシウムイオンやカルシウムイオンは例えばリン酸イオンと反応して水に不溶性（難溶性）の塩を生成しやすく、このような不溶性の塩が結晶となって沈デンし、これが成長していくと排水こうや側こう等の海水含有水の流路面を塞ぐ惧れがあり、そこでこれらイオンの濃度を簡易に測定できれば、これら溝のメンテナンス管理が容易になる。
一般に、海水含有水は、海水と地下水等の水とのあいだで成立する単純な希釈律に支配されていると仮定した場合、水の電気伝導率と高濃度のそれらイオン種の濃度とのあいだに一次の関係が成立していると類推できる。そこで実際に、海水含有水を試料として用いてこれらの関係を実測したところ、一次の関係にあることが確認され、本発明を完成するに至った。
つまり、式
［分析目的イオンの濃度］＝［定数］×［海水含有水の電気伝導率］
として算出される。ここで定数は、各分析目的イオンに特有な数値である。
そしてこの結果から、海水含有水に含まれる各種イオン種の濃度を、測定現場での維持管理が容易な電気伝導率検出装置を用いて簡易に測定できるようになり、しかもこの測定は継続的なものにできるため、イオンの絶対量の総和をイオン種毎に算出することが可能となって、構成材料の寿命等の予測をすることもできる。
【０００７】
本発明において簡易に測定できるイオン種としては、理論的には海水に含有されるイオン種であればどれでも該当するが、これらイオン種は、地下水、河川水、湖沼水等の水に含まれるイオン種との関係で問題にならないほど大量であることが前提となり、このようなイオン種としては、例えば、塩化物イオン（Ｃｌ−）、硫酸イオン（ＳＯ４２−）等の陰イオン、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）およびカルシウムイオン（Ｃａ２＋）等の陽イオンなどのイオンが例示され、これらイオン種の中から、測定を必要とする少なくとも一つのイオンを選択することができる。
【０００８】
＜実験例＞
次に、日本国内の海岸近くまたは海底中にあって、何れも海水が含まれていることが確認されている複数箇所（図１〜図６のプロット数の箇所）の構造物において海水含有水である漏水を試料として採取し、これら採取した試料について、それぞれ含有する塩化物イオン、硫酸イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオンおよびカルシウムイオンの濃度を測定するとともに、各試料の電気伝導率を測定し、この結果を図１〜図６にプロットした。これらプロットした結果から、何れのイオンも電気伝導率と濃度との関係が一次関数に合致していることが確認され、そこで最小二乗法により一次関数を求め、この関数を各図に線引きした。そしてこの一次関数とプロット値との相関係数（ｒ）の二乗値を算出したところ、何れのものもほとんど「１」であることが確認された。
これらのことから、海水含有水について、予めその電気伝導率と分析目的イオンの濃度とを測定し、これら測定値に基づいて一次の関係を算出しておけば、以降はこの算出した一次の関数に電気伝導率を当てはめることで、簡易に目的とするイオン種の濃度を得ることができ、しかも該得られたイオン濃度値は、かなり信頼の高い値として認識することができる。
【０００９】
前記海水含有水の電気伝導率とイオン種の濃度とのあいだに一次の関係が成立していることの信憑性を確認するため、実際に海水を採取し、これを純水で希釈したときの電気伝導率と特定イオンの濃度とを測定した結果を図７に示す。図７において、例えば塩化物イオンについて着目したときに、該塩化物イオンの濃度が８０００μｇ  ｍＬ−１（マイクログラム  ミリリットルのマイナス１乗）のときの電気伝導率は約２０ｍＳ  ｃｍ−１（ミリジーメンス  センチメートルのマイナス１乗）であるのに対し、図１では約２２ｍＳ  ｃｍ−１であり、よく近似していることが認められ、本発明の信憑性が高いことが確認される。ここにおいて海水含有水の電気伝導率の方が希釈海水よりもやや高いのは、海水含有水の水にもともと含有しているイオンが関与しているものと類推できる。
【００１０】
このように、海水含有水中の特定イオンの濃度と電気伝導率とを測定し、該測定値からイオン濃度と電気伝導率とのあいだにある一次の関係を予め算出しておけば、以降は、いちいち海水含有水を採取して特定イオンの濃度を実験室的に測定をすることなく、現場での測定が簡単でしかも安価な検出器を用いた電気伝導率の測定で簡易に海水含有水中の特定イオンの濃度を測定でき、そこで、海水含有水中の特定イオンの簡易測定装置として図８に示すようなものが実施される。
図８（Ａ）において、１は海水含有水の電気伝導率を測定するセンサーであって、該センサー１は、海水含有水の測定をしようとする構造物Ｘの予め選択された適宜場所に設置する。一方、２はキーボード等の入力手段３、ディスプレイ表示部４を備えた制御部（パーソナル・コンピューター等）であって、該制御部２には、算出（演算）手段５、登録（記憶）手段６が備えられている。この登録手段６には、測定された海水含有水中の分析目的イオンの濃度と電気伝導率とのあいだにある一次の関係を登録できるようになっている。また算出手段５は、前記測定された電気伝導率の測定値を、前記登録される一次の関数に代入して分析目的イオンの濃度を算出し、これをディスプレイ表示部４に表示できるようになっているが、さらにこの算出手段５には、前記登録手段６で登録する一次の関係を算出する機能も備えられており、この一次の関係の算出は、制御部２とは別のところで算出したものであっても勿論良い。
しかも制御部２は、センサー１からの測定値の入力に基づいて分析目的イオンの濃度を算出し、表示することになるが、さらに該算出した濃度を積算し、この積算値を表示する機能を備えている。そして制御部２は、この積算値が予め設定される設定値に達した場合に、これを報知するための報知手段を備えているが、この報知手段としては、前記ディスプレイ表示部４での表示のほかに、音声、ブザーによる放音報知、ランプ点灯等、適宜の報知手段とすることができる。勿論、これら複数の報知手段を組み合わせてもよい。
【００１１】
一方、このように分析目的イオンの積算値が構造物に影響を与える状態になったと判断された場合、メンテナンスや交換等の必要な対策を立てることが要求されるが、鉄道や道路のような場合、広範囲にわたる多数箇所での測定が必要となり、これらを個々に管理しても良いが、総合的に管理をすることも要求される。そこでこのような場合には、図８（Ｂ）に示すように、測定した電気伝導率を現地端末７を介して本部端末８に入力し、この本部端末８で前述した一次の関係から分析目的イオンの濃度を算出し、その結果を、支部端末９等、予め知らしめておく必要がある部所（部局、地域）の端末に出力するようにすることで、地下構造物の寿命に関する総合管理ができることになる。この場合に、現地端末７と支部端末９とは同じであってもよく、また、支部端末９から任意に分岐した端末１０を現地端末７としてもよい。さらにまた、これら端末８、９および１０でも分析目的イオンの濃度が算出できるように設定しておくことで、本部端末８と協働しての対策を効果的に果すことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】塩化物イオンの濃度と海水含有水の電気伝導率との測定値のプロットと、該測定値から演算した一次の関係を示したグラフ図である。
【図２】硫酸イオンの濃度と海水含有水の電気伝導率との測定値のプロットと、該測定値から演算した一次の関係を示したグラフ図である。
【図３】ナトリウムイオンの濃度と海水含有水の電気伝導率との測定値のプロットと、該測定値から演算した一次の関係を示したグラフ図である。
【図４】カリウムイオンの濃度と海水含有水の電気伝導率との測定値のプロットと、該測定値から演算した一次の関係を示したグラフ図である。
【図５】マグネシウムイオンの濃度と海水含有水の電気伝導率との測定値のプロットと、該測定値から演算した一次の関係を示したグラフ図である。
【図６】カルシウムイオンの濃度と海水含有水の電気伝導率との測定値のプロットと、該測定値から演算した一次の関係を示したグラフ図である。
【図７】海水を純水で希釈した場合の各種イオンの濃度と電気伝導率との測定値のプロットしたグラフ図である。
【図８】（Ａ）は海水含有水中のイオン濃度の簡易測定装置のブロック回路図、（Ｂ）は該簡易測定装置を端末化した状態を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
１    センサー
２    制御部
３    入力手段
４    ディスプレイ表示部
５    算出手段
６    登録手段
【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】
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【図７】
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【図８】
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