(57)【要約】【課題】植物等を測定対象として硝酸イオン濃度を測定する際に測定対象を大きく傷付けることなく、かつリアルタイムに硝酸イオン濃度を測定し得る硝酸イオン濃度測定用センサを提供することを主目的とする。【解決手段】薄板状の支持基板１１の表面に作用電極１３ａ〜１３ｄおよび参照電極１２が形成されると共に、作用電極１３ａ〜１３ｄの電極面に硝酸イオン選択性膜が形成されている。また、作用電極１３ａ〜１３ｄは、材質、大きさおよび形状が互いに等しく、かつ参照電極１２との離間距離が互いに等しくなるように形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状の支持基板の表面に作用電極および参照電極が形成されると共に、前記作用電極の電極面に硝酸イオン選択性膜が形成されている硝酸イオン濃度測定用センサ。
【請求項２】
複数の前記作用電極と１つの前記参照電極とを有する電極群を少なくとも１つ備えている請求項１記載の硝酸イオン濃度測定用センサ。
【請求項３】
１つの前記電極群に属する前記複数の作用電極は、材質、大きさおよび形状が互いに等しく、かつ前記参照電極との離間距離が互いに等しくなるように形成されている請求項２記載の硝酸イオン濃度測定用センサ。
【請求項４】
前記電極群は、前記支持基板の表面における第１の方向に沿って並んだ複数の前記作用電極と、前記支持基板の表面における前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って並んだ複数の前記作用電極とを備えて構成されている請求項２または３記載の硝酸イオン濃度測定用センサ。
【請求項５】
１つの前記電極群に属する前記複数の作用電極の前記参照電極に対する差動電圧をそれぞれ抽出する差動電圧抽出回路が前記支持基板上に形成されている請求項２から４のいずれかに記載の硝酸イオン濃度測定用センサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の硝酸イオン濃度測定用センサと、当該硝酸イオン濃度測定用センサを接続可能に構成された装置本体とを備え、
前記装置本体は、前記硝酸イオン濃度測定用センサから出力されたセンサ信号に基づいて硝酸イオンの濃度を測定する測定部と、当該測定部の測定結果を表示する表示部とを備えて構成されている硝酸イオン濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、参照電極に対する作用電極の電位に基づいて硝酸イオンの濃度を測定するための硝酸イオン濃度測定用センサ、およびそのようなセンサを備えて硝酸イオンの濃度を測定可能に構成された硝酸イオン濃度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
硝酸イオン濃度を測定する方法として、カドミウム還元法やジメチルフェノール法などの吸光光度法が知られている。しかしながら、これらの測定方法では、カドミウム等の有害物質を測定対象液に添加する必要があることから、有害物質の添加を許容される液体を対象とする測定に限定されるだけでなく、測定完了後の液体の処理が煩雑となっているという課題が存在する。また、吸光光度の測定に先立って測定対象液にカドミウム粉体等を添加する準備作業が必要なことから、硝酸イオンの濃度をリアルタイムに測定することができないという課題も存在する。このため、これらの課題を解決すべく、作用電極としての硝酸イオン電極を使用した電気化学測定処理によって、測定対象液の硝酸イオンの濃度を電気的に測定する測定方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特開２００３−１８５６２３号公報には、上記のような測定処理に際して作用電極として使用することができるように構成された硝酸イオン電極が開示されている。この硝酸イオン電極は、ポリ塩化ビニル樹脂等で円筒状に形成されたボデイと、ボデイの上側開口部を閉塞するように配設されたゴムパッキンと、ボデイの下側開口部を閉塞するように配設された硝酸イオン応答膜と、ボデイ、ゴムパッキンおよび硝酸イオン応答膜で構成される容器体内に収容された内部液（ＫＮＯ３溶液とＫＣｌ溶液との混合液）と、内部液に浸漬された状態で上記の容器体内に収容された内部電極（銀／塩化銀電極）とを備えると共に、内部電極を構成している内極リード線が信号ケーブルの芯線に接続部材を介して電気的に接続されて、全体として円柱状に形成されている。
【０００４】
この硝酸イオン電極を使用して測定対象液の硝酸イオン濃度を測定する際には、別途用意した参照電極と共に硝酸イオン電極を測定対象液に浸漬させる。この際に、硝酸イオン電極において硝酸イオン応答膜および内部液を介して測定対象液に接している内部電極と、測定対象液に対して直接接している参照電極との間に、硝酸イオンの濃度に応じた電位差が生じる。したがって、この電位差（参照電極に対する作用電極の電位）を測定することにより、測定対象液の硝酸イオン濃度が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８５６２３号公報（第３頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来の硝酸イオン電極には、以下の問題点が存在する。すなわち、従来の硝酸イオン電極は、ボデイ、ゴムパッキンおよび硝酸イオン応答膜で構成される容器体内に、内部液に浸漬した状態で内部電極を収容することにより、硝酸イオン応答膜および内部液を介して内部電極が容器体の周囲の液体（測定対象液）に接する構成が採用されている。このため、従来の硝酸イオン電極は、直径が数ｃｍで、長さ（高さ）が数十ｃｍ程度の大きさとなっており、これを小型化するのが非常に困難となっている。
【０００７】
一方、発明者は、植物の生育状態の観察方法の１つとして、対象とする植物中の水分に含まれている硝酸イオンの濃度を測定することによって、植物に吸収されている養分の量を把握することができるのを見いだした。しかしながら、上記したように、従来の硝酸イオン電極は小型化が困難であるため、植物中の水分の硝酸イオン濃度を測定しようとしても、この硝酸イオン電極を植物中に位置させることは、事実上不可能となっている。このため、従来の硝酸イオン電極を使用して植物中の水分の硝酸イオン濃度を測定するには、観察対象の植物の一部を切断して摺り下ろすなどして、植物中の水分を抽出しなくてはならない。したがって、硝酸イオン濃度の測定処理を実行する都度、観察対象の植物を大きく傷付けることとなり、測定処理の実行によって植物の生育環境が大きく変化するため、その生育状態を的確に観察することができないという問題点がある。また、植物から水分を抽出する作業を必要とすることから、植物中の水分に含まれている硝酸イオンの濃度をリアルタイムに測定することができないという問題点もある。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、植物等を測定対象として硝酸イオン濃度を測定する際に測定対象を大きく傷付けることなく、かつリアルタイムに硝酸イオン濃度を測定し得る硝酸イオン濃度測定用センサおよび硝酸イオン濃度測定装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく請求項１記載の硝酸イオン濃度測定用センサは、薄板状の支持基板の表面に作用電極および参照電極が形成されると共に、前記作用電極の電極面に硝酸イオン選択性膜が形成されている。
【００１０】
また、請求項２記載の硝酸イオン濃度測定用センサは、請求項１記載の硝酸イオン濃度測定用センサにおいて、複数の前記作用電極と１つの前記参照電極とを有する電極群を少なくとも１つ備えている。
【００１１】
さらに、請求項３記載の硝酸イオン濃度測定用センサは、請求項２記載の硝酸イオン濃度測定用センサにおいて、１つの前記電極群に属する前記複数の作用電極は、材質、大きさおよび形状が互いに等しく、かつ前記参照電極との離間距離が互いに等しくなるように形成されている。
【００１２】
また、請求項４記載の硝酸イオン濃度測定用センサは、請求項２または３記載の硝酸イオン濃度測定用センサにおいて、前記電極群は、前記支持基板の表面における第１の方向に沿って並んだ複数の前記作用電極と、前記支持基板の表面における前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って並んだ複数の前記作用電極とを備えて構成されている。
【００１３】
さらに、請求項５記載の硝酸イオン濃度測定用センサは、請求項２から４のいずれかに記載の硝酸イオン濃度測定用センサにおいて、１つの前記電極群に属する前記複数の作用電極の前記参照電極に対する差動電圧をそれぞれ抽出する差動電圧抽出回路が前記支持基板上に形成されている。
【００１４】
また、請求項６記載の硝酸イオン濃度測定装置は、請求項１から５のいずれかに記載の硝酸イオン濃度測定用センサと、当該硝酸イオン濃度測定用センサを接続可能に構成された装置本体とを備え、前記装置本体は、前記硝酸イオン濃度測定用センサから出力されたセンサ信号に基づいて硝酸イオンの濃度を測定する測定部と、当該測定部の測定結果を表示する表示部とを備えて構成されている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の硝酸イオン濃度測定用センサによれば、薄板状の支持基板の表面に参照電極と共に形成した作用電極の電極面に硝酸イオン選択性膜を形成して構成したことにより、極く小さな薄板状に形成されている硝酸イオン濃度測定用センサを、植物の茎などに容易に差し込むことができるため、植物から水分を抽出する作業を行うことなく、植物中の水分に含まれている硝酸イオンの濃度を測定することができる。このため、水分の抽出作業が不要となる分だけ、茎等に硝酸イオン濃度測定用センサを差し込む作業を含めても、非常に短時間で硝酸イオン濃度を測定することができ、また、茎等に硝酸イオン濃度測定用センサを差し込んでおけば、硝酸イオン濃度をリアルタイムに測定することもできる。また、植物を大きく傷付けることなく、その水分に含まれている硝酸イオンの濃度を測定することができる。さらに、茎等に硝酸イオン濃度測定用センサを差し込んだまま放置したとしても植物の生育に及ぼす影響が比較的小さいため、植物の生育状態を長期間に亘ってモニタリングすることもできる。
【００１６】
また、請求項２記載の硝酸イオン濃度測定用センサによれば、複数の作用電極と１つの参照電極とを有する電極群を少なくとも１つ備えたことにより、植物の茎に差し込んだ状態において、各作用電極の位置毎の硝酸イオン濃度の分布を測定することができる。また、例えば、植物が養分を吸い上げる道管や仮道管内の水分を測定対象として硝酸イオン濃度を測定する際に、硝酸イオン濃度測定用センサの差し込み位置がある程度ずれたとしても、複数の作用電極のうちのいずれかを道管や仮道管内の水分に接した状態とすることができるため、水分に含まれている硝酸イオンの濃度を確実に測定することができる。
【００１７】
さらに、請求項３記載の硝酸イオン濃度測定用センサによれば、材質、大きさおよび形状が互いに等しく、かつ参照電極との離間距離が互いに等しくなるように１つの電極群に属する複数の作用電極を形成したことにより、材質、大きさおよび形状や参照電極との離間距離に応じて各作用電極毎の測定結果を補正する処理を行うことなく、各作用電極毎の測定結果を比較して硝酸イオン濃度の分布を把握することができる。
【００１８】
また、請求項４記載の硝酸イオン濃度測定用センサによれば、第１の方向に沿って並んだ複数の作用電極と、第１の方向と交差する第２の方向に沿って並んだ複数の作用電極とを備えて電極群を構成したことにより、例えば、植物の茎における水分の吸い上げ方向に「第１の方向」を一致させて茎に硝酸イオン濃度測定用センサを差し込むことで、「第１の方向」に沿って並んでいる作用電極の測定結果に基づき、硝酸イオン（養分）を含む水分が茎内をどのように吸い上げられているかを特定することができ、「第２の方向」に沿って並んでいる作用電極の測定結果に基づき、茎の内側部位の水分の硝酸イオン濃度および茎の表皮近傍の水分の硝酸イオン濃度をそれぞれ測定して養分の濃度を特定することができる。
【００１９】
さらに、請求項５記載の硝酸イオン濃度測定用センサによれば、１つの電極群に属する複数の作用電極の参照電極に対する差動電圧をそれぞれ抽出する差動電圧抽出回路を支持基板上に形成したことにより、参照電極に対する各作用電極の各差動電圧をそれぞれ正確に測定することができ、これにより、各作用電極が接していた部位の硝酸イオンの濃度を正確に測定することができる。
【００２０】
また、請求項６記載の硝酸イオン濃度測定装置によれば、硝酸イオン濃度測定用センサから出力されたセンサ信号に基づいて測定した硝酸イオンの濃度を装置本体の表示部に表示させる構成を採用したことにより、この種のセンサを使用した測定処理に不慣れなオペレータであっても、表示部に表示された測定結果に基づき、各作用電極が接していた部位の硝酸イオン濃度を正確かつ容易に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】監視システム１の構成を示す構成図である。
【図２】監視システム１における硝酸イオン濃度測定装置２の構成を示すブロック図である。
【図３】硝酸イオン濃度測定装置２における硝酸イオン濃度測定用センサ１０の正面図である。
【図４】硝酸イオン濃度測定用センサ１０における参照電極１２の近傍の断面図である。
【図５】硝酸イオン濃度測定用センサ１０における作用電極１３ａ〜１３ｄの近傍の断面図である。
【図６】硝酸イオン濃度測定用センサ１０における差動電圧抽出回路１４の等価回路図である。
【図７】監視システム１の他の使用形態について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、硝酸イオン濃度測定用センサおよび硝酸イオン濃度測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２３】
図１に示す監視システム１は、測定対象の液体に含まれている硝酸イオンの濃度を測定可能に構成されたシステムであって、一例として、施設園芸の栽培設備の１つとして、空調管理装置や栄養分補給管理装置など（図示せず）と共に施設内に設置されて、栽培対象の植物Ｘ（アスパラガス、独活および花卉など）における茎Ｘａや根Ｘｂ内の道管（導管）Ｐ（図２参照）を流れる水分に含まれている硝酸イオンの濃度を測定することによって植物Ｘの生育状態をモニタリングすることができるように構成されている。具体的には、監視システム１は、複数の硝酸イオン濃度測定装置２（以下、単に「測定装置２」ともいう）と、これらを管理するための管理装置３とを備えて構成されている。また、測定装置２は、一例として、植物Ｘの植栽場所に設置されて、植物Ｘの水分に含まれている硝酸イオンの濃度を測定する装置であって、図２に示すように、硝酸イオン濃度測定用センサ１０（以下、「センサ１０」ともいう）および装置本体２０が信号ケーブルＣを介して相互に電気的に接続されて構成されている。
【００２４】
センサ１０は、図３に示すように、平板状の支持基板１１の表面に、参照電極１２、作用電極１３ａ〜１３ｄ（以下、区別しないときには「作用電極１３」ともいう）および差動電圧抽出回路１４が形成されて、一例として、短辺（同図における上下方向の辺）の長さが１ｍｍ〜５ｍｍ程度で、長辺（同図における左右方向の辺）の長さが２ｍｍ〜１ｃｍ程度で、厚みが５００μｍ程度の薄板状に形成されている。この場合、本例のセンサ１０では、一例として、その表面にＳｉＯ２によって絶縁膜が形成されたＳｉ基板で上記の支持基板１１が構成されており、各電極１２，１３等の形成工程の完了後に支持基板１１の裏面側が研磨されることで硝酸イオン濃度測定用センサ１０が薄厚化されている。
【００２５】
この場合、この監視システム１によって植物Ｘの水分に含まれている硝酸イオンの濃度を測定する際には、後述するように、センサ１０を植物Ｘの茎Ｘａ等に差し込む必要がある。この際に、差し込んだセンサ１０によって茎Ｘａ内の道管Ｐが完全に塞がれてしまうと、水分の吸い上げが阻害されて植物の生育に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、センサ１０については、植物Ｘに差し込んだ状態において道管Ｐを塞ぐことのないように十分に薄厚化するのが好ましい。なお、「支持基板」については、上記の支持基板１１に限定されず、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）、絶縁性樹脂基板（例えば、ＰＣやＰＥ等で形成された基板）およびガラス基板等を「支持基板」として使用することもできる。
【００２６】
また、このセンサ１０では、図４に示すように、支持基板１１の表面に形成された導体層１５の上に電極層１６が形成されて参照電極１２が構成されると共に、図５に示すように、支持基板１１の表面に形成された導体層１５の上に電極層１６が形成され、その表面（「電極面」の一例）を覆うようにして、硝酸イオン選択性膜１７が形成されて各作用電極１３が構成されている。この場合、このセンサ１０では、上記の１つの参照電極１２と４つの作用電極１３とが相まって電極群Ｇが構成されている（「電極群」が１つの構成の例）。また、このセンサ１０では、材質（構成層の材料）、大きさ（構成層の厚みや面積など）、および形状（この例では、円形）が互いに等しくなるように各作用電極１３が形成されている。
【００２７】
具体的には、このセンサ１０では、一例として、各電極１２，１３と差動電圧抽出回路１４とを電気的に相互に接続する上記の導体層１５や、差動電圧抽出回路１４と各ケーブル接続部１８とを電気的に相互に接続する上記の導体層１５が、アルミニウム等の導電性金属材料で形成されている。また、このセンサ１０では、各電極１２，１３における上記の電極層１６が、銀／塩化銀の薄膜で形成されている。さらに、このセンサ１０では、各作用電極１３における上記の硝酸イオン選択性膜１７が、一例として、トリドデシルメチルアンモニウム硝酸塩の塗膜で構成されている。なお、「硝酸イオン選択性膜」を構成する薄膜は、上記の硝酸イオン選択性膜１７の例に限定されず、イオン交換膜や、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）の薄膜などで構成することができる。
【００２８】
さらに、このセンサ１０では、各作用電極１３と参照電極１２との離間距離（支持基板１１の表面に沿った距離）が互いに等しくなるように形成されている。具体的には、図３に示すように、このセンサ１０では、作用電極１３ａ，１３ｂが支持基板１１の短辺に沿った方向（「第１の方向」の一例）に沿って並び、かつ、作用電極１３ｃ，１３ｄが支持基板１１の短辺に沿った方向に沿って並ぶと共に、作用電極１３ａ，１３ｃが支持基板１１の長辺に沿った方向（「第１の方向と交差する第２の方向」の一例）に沿って並び、かつ、作用電極１３ｂ，１３ｄが支持基板１１の長辺に沿った方向に沿って並んで形成されて、これら作用電極１３ａ〜１３ｄの位置の中心に参照電極１２が形成されている。つまり、作用電極１３ａ〜１３ｄは正方形の各角部に位置して、参照電極１２はその正方形の中心に位置している。
【００２９】
また、差動電圧抽出回路１４は、参照電極１２に対する各作用電極１３ａ〜１３ｄの差動電圧をそれぞれ抽出して出力するための回路であって、図６に示すように、参照電極１２に対する作用電極１３ａの電位（差動電圧Ｖａ、「センサ信号」の一例）、参照電極１２に対する作用電極１３ｂの電位（差動電圧Ｖｂ、「センサ信号」の一例）、参照電極１２に対する作用電極１３ｃの電位（差動電圧Ｖｃ、「センサ信号」の一例）、および参照電極１２に対する作用電極１３ｄの電位（差動電圧Ｖｄ、「センサ信号」の一例、以下、差動電圧Ｖａ〜差動電圧Ｖｄを区別しないときには、「差動電圧Ｖ」ともいう）をケーブル接続部１８ａ〜１８ｄから別個に抽出することができるように、オペアンプ回路および抵抗体を備えて構成されている。この場合、本例のセンサ１０では、差動電圧抽出回路１４が上記の各電極１２，１３や導体層１５と共に公知の半導体製造プロセスに従って支持基板１１上に形成されている。
【００３０】
また、このセンサ１０では、図４，５に示すように、参照電極１２の電極層１６、各作用電極１３の硝酸イオン選択性膜１７、およびケーブル接続部１８ａ〜１８ｄ等のケーブル接続部１８（図３参照）を除いて支持基板１１上に形成された保護層１９（一例として、パリレン（パラキシリレン系ポリマー）の薄膜）によって導体層１５や差動電圧抽出回路１４が保護されている。この場合、このセンサ１０では、一例として、センサ１０と装置本体２０とを相互に接続する信号ケーブルＣの導線がセンサ１０の各ケーブル接続部１８に接続された状態において、ケーブル接続部１８と信号ケーブルＣとの接続部位が絶縁性樹脂材料で覆われて保護されている。
【００３１】
装置本体２０は、図２に示すように、測定部２１、操作部２２、表示部２３、無線通信部２４、処理部２５および記憶部２６を備え、他の装置本体２０や管理装置３とは独立して単独で測定対象液の硝酸イオン濃度を測定することができるように構成されている。測定部２１は、処理部２５と相まって「測定部」を構成する。具体的には、測定部２１は、処理部２５の制御に従い、信号ケーブルＣを介して接続されているセンサ１０から取得した上記の各作用電極１３毎の差動電圧ＶをＡ／Ｄ変換処理すると共に、予め規定されたサンプリング周期でサンプリングすることにより、サンプリングデータＤ０を生成して出力する。操作部２２は、測定装置２の動作条件（測定条件等）を入力操作するための操作スイッチを備えて構成されている。表示部２３は、処理部２５の制御に従い、各作用電極１３毎の測定結果（測定された硝酸イオン濃度）をそれぞれ数値表示する。
【００３２】
無線通信部２４は、後述するように管理装置３から出力された制御信号Ｓを受信して処理部２５に出力すると共に、処理部２５が生成する測定結果データＤ１を管理装置３に送信する。処理部２５は、測定装置２を総括的に制御する。具体的には、処理部２５は、管理装置３から送信された制御信号Ｓ、または、操作部２２に対するスイッチ操作に応じて、測定部２１を制御して、上記の差動電圧Ｖの測定処理を実行させる。また、処理部２５は、測定部２１から出力されるサンプリングデータＤ０に基づき、植物Ｘの水分に含まれている硝酸イオンの濃度を各作用電極１３毎に演算して測定結果データＤ１を生成して、生成した測定結果データＤ１を記録部３１に記憶させる。さらに、処理部２５は、表示部３３を制御して、測定結果データＤ１に基づく測定結果（硝酸イオン濃度）を各作用電極１３毎にそれぞれ表示させる。また、処理部２５は、無線通信部２４を制御して、上記の測定結果データＤ１を管理装置３に送信させる。記憶部２６は、測定部２１からの測定結果に基づいて処理部２５が生成した測定結果データＤ１などを記憶する。
【００３３】
一方、管理装置３は、各測定装置２を統括管理するための装置であって、図１に示すように、記録部３１、操作部３２、表示部３３、無線通信部３４、処理部３５および記憶部３６を備えて構成されている。記録部３１は、ハードディスクドライブ装置やフラッシュメモリ等の不揮発性記録媒体で構成されて、処理部３５の制御下で、各測定装置２から送信された測定結果データＤ１などを記録する。操作部３２は、管理装置３の動作条件（すなわち、各測定装置２に実行させる測定処理の条件や、各測定装置２から送信された測定結果データＤ１の記録条件など）を入力操作するためのキーボードやポインティングデバイスを備えて構成されている。表示部３３は、処理部３５の制御に従い、各測定装置２の動作状況や各測定装置２毎の測定結果などを表示する。
【００３４】
無線通信部３４は、処理部３５の制御に従って各測定装置２に制御信号Ｓを送信すると共に、各測定装置２から送信された測定結果データＤ１を受信して処理部３５に出力する。処理部３５は、操作部３２を操作した際に操作部３２から出力される上記の動作条件に関する操作信号に従い、管理装置３を統括的に制御する。具体的には、処理部３５は、無線通信部３４を制御して各測定装置２に制御信号Ｓを送信させることによって、各測定装置２に硝酸イオン濃度の測定処理を実行させる。また、処理部３５は、各測定装置２から送信されて無線通信部３４によって受信された測定結果データＤ１を記録部３１に記録させる。さらに、処理部３５は、各測定装置２の動作状態や、各測定装置２からの測定結果データＤ１に基づく測定結果を表示部３３に表示させる。記憶部３６は、処理部３５の演算結果などを一時的に記憶する。
【００３５】
この監視システム１によって植物Ｘの生育状態をモニタリングする際には、図１，２に示すように、まず、センサ１０を植物Ｘの茎Ｘａ等に差し込む。この際に、この監視システム１では、前述したようにセンサ１０が極く小さな薄板状に形成されているため、植物Ｘを大きく傷付けることなく、茎Ｘａの中にセンサ１０を位置させて、道管Ｐ内の水分（以下、単に「植物Ｘの水分」や「茎Ｘａ内の水分」ともいう）に各電極１２，１３を接触させた状態とすることができる。この場合、センサ１０を植物Ｘの茎Ｘａ等に差し込んだ後に、その差し込み部位に植物用接着剤（一例としてシリコーンシーリング剤）を塗布して硬化させることにより、センサ１０の差し込み部位から植物Ｘの水分が揮発して植物Ｘに大きなダメージが及ぶ事態を回避することができる。なお、例えば、センサ１０の差し込み位置を変更するために植物Ｘからセンサ１０を引き抜いたときにも、センサ１０の差し込みによって生じた切開部を植物用接着剤によってシーリングするのが好ましい。
【００３６】
また、この監視システム１では、作用電極１３ａ，１３ｃが支持基板１１の長辺に沿って並び、かつ、作用電極１３ｂ，１３ｄが支持基板１１の長辺に沿って並ぶようにセンサ１０が形成されている。したがって、図３に矢印で示すように植物Ｘの茎Ｘａに対してセンサ１０を差し込むことにより、図２に示すように、作用電極１３ａ，１３ｂが茎Ｘａの内側部位に位置すると共に、作用電極１３ｃ，１３ｄが茎Ｘａの表皮の近傍に位置した状態で、各電極１２，１３に道管Ｐ内の水分が接した状態となる。
【００３７】
次いで、センサ１０に接続されている信号ケーブルＣを装置本体２０の測定部２１に接続し、操作部２２の電源スイッチをオン操作する。なお、詳細な説明を省略するが、他の測定対象である植物Ｘに関しても、上記の手順と同様にして、他の測定装置２におけるセンサ１０を差し込んで信号ケーブルＣを装置本体２０に接続した後に、電源スイッチをオン操作する。これにより、複数の植物Ｘをモニタリングするための準備作業が完了する。この状態において、管理装置３の操作部３２を操作してモニタリング処理を開始させると、処理部３５は、予め設定された条件に従い、各測定装置２に制御信号Ｓを送信して硝酸イオンの測定処理を実行させる。
【００３８】
この際に、測定装置２では、無線通信部２４が、管理装置３の無線通信部３４から送信された制御信号Ｓを受信して処理部２５に出力し、処理部２５が、測定部２１を制御して前述した差動電圧Ｖの測定処理を実行させる。この場合、その電極面に硝酸イオン選択性膜１７が形成された４つの作用電極１３ａ〜１３ｄと参照電極１２とを備え、かつ、植物Ｘの茎Ｘａに差し込まれることで各電極１２，１３が植物Ｘの水分を介して相互に接続された状態となっているセンサ１０では、植物Ｘの水分に含まれる硝酸イオンの濃度に応じて、参照電極１２と作用電極１３ａ〜１３ｄとの間にそれぞれ電位差が生じる。また、各電極１２，１３が差動電圧抽出回路１４に接続されているセンサ１０では、参照電極１２と各作用電極１３ａ〜１３ｄとの間の各差動電圧Ｖが差動電圧抽出回路１４によって抽出されて上記のケーブル接続部１８ａ〜１８ｄにそれぞれ出力される。
【００３９】
したがって、測定部２１は、信号ケーブルＣを介して取得した電圧信号をそれぞれＡ／Ｄ変換処理してサンプリングすることにより、各作用電極１３ａ〜１３ｄ毎の参照電極１２に対する各電位差（差動電圧Ｖａ〜Ｖｄ）を特定可能なサンプリングデータＤ０を処理部２５に出力する。また、処理部２５は、測定部２１から出力されたサンプリングデータＤ０と、予め生成された変換デーブル（測定された各電位差と硝酸イオンの濃度との関係を示すテーブル）とに基づき、各作用電極１３ａ〜１３ｄの位置の水分に含まれている硝酸イオンの濃度を演算し、その演算結果を測定結果データＤ１として生成して記憶部２６に記憶させる。さらに、処理部２５は、表示部２３を制御して、測定結果データＤ１に基づく測定結果（植物Ｘの茎Ｘａ内の水分に含まれている硝酸イオンの濃度）を表示させる。
【００４０】
この場合、測定対象の植物Ｘでは、水分に含まれる養分（無機栄養分）の濃度に応じて硝酸イオンの濃度が変動する。また、前述したように、茎Ｘａに差し込まれた状態のセンサ１０では、作用電極１３ａ，１３ｂが茎Ｘａの内側部位に位置すると共に、作用電極１３ｃ，１３ｄが茎Ｘａの表皮の近傍に位置した状態となっている。したがって、参照電極１２に対する作用電極１３ａ，１３ｂの各電位差（差動電圧Ｖａ，Ｖｂ）に基づいて植物Ｘの茎Ｘａにおける内側部位の水分の硝酸イオン濃度を測定することにより、茎Ｘａにおける内側部位の水分に含まれている養分の濃度を把握することができると共に、参照電極１２に対する作用電極１３ｃ，１３ｄの各電位差（差動電圧Ｖｃ，Ｖｄ）に基づいて植物Ｘの茎Ｘａにおける表皮の近傍の硝酸イオン濃度を測定することにより、茎Ｘａにおける表皮近傍の水分に含まれている養分の濃度を把握することができる。
【００４１】
また、この監視システム１では、前述したように、作用電極１３ａ，１３ｂが支持基板１１の短辺に沿って並び、かつ、作用電極１３ｃ，１３ｄが支持基板１１の短辺に沿って並ぶようにセンサ１０が形成されている。このため、図３に矢印で示す向きで植物Ｘの茎Ｘａに対してセンサ１０が差し込まれた状態では、作用電極１３ａ，１３ｃが作用電極１３ｂ，１３ｄよりも上方に位置した状態（作用電極１３ｂ，１３ｄが作用電極１３ａ，１３ｃよりも植物Ｘの根Ｘｂの近くに位置した状態）となっている。したがって、参照電極１２に対する作用電極１３ａ，１３ｃの各電位差（差動電圧Ｖａ，Ｖｃ）に基づいて測定された硝酸イオンの濃度と、参照電極１２に対する作用電極１３ｂ，１３ｄの各電位差（差動電圧Ｖｂ，Ｖｄ）に基づいて測定された硝酸イオンの濃度とを比較することにより、養分を含む水分が茎Ｘａ内（道管Ｐ内）をどのように吸い上げられているかを把握することができる。また、センサ１０が複数の作用電極１３を備えているため、例えば、測定対象の水分が存在する道管Ｐ等の位置が判り難い場合であっても、茎Ｘａにセンサ１０を差し込むだけで、各作用電極１３のうちのいずれかを、茎Ｘａ内のいずれかの道管Ｐ（道管Ｐ内の水分）に接した状態として、水分に含まれている硝酸イオンの濃度を測定することができる。
【００４２】
一方、処理部２５は、表示部２３への測定結果の表示と並行して、無線通信部２４を制御して、記憶部２６に記憶させた測定結果データＤ１を管理装置３に送信させる。また、管理装置３では、処理部３５が、無線通信部３４によって受信された測定結果データＤ１を、その測定結果データＤ１を送信した測定装置２に対応付けて記録部３１に記録させる。このような処理（制御信号Ｓの送信から測定結果データＤ１の記録までの一連の処理）を、例えば、朝、昼、夜の１日３回程度実施することにより、植物Ｘの生育状態（茎Ｘａ内の水分に含まれる養分の濃度）をモニタリングすることができる。
【００４３】
このように、この硝酸イオン濃度測定用センサ１０によれば、薄板状の支持基板１１の表面に参照電極１２と共に形成した作用電極１３ａ〜１３ｄの電極面に硝酸イオン選択性膜１７を形成して構成したことにより、極く小さな薄板状に形成されている硝酸イオン濃度測定用センサ１０を、植物Ｘの茎Ｘａなどに容易に差し込むことができるため、植物Ｘから水分を抽出する作業を行うことなく、植物Ｘ中の水分に含まれている硝酸イオンの濃度を測定することができる。このため、水分の抽出作業が不要となる分だけ、茎Ｘａ等に硝酸イオン濃度測定用センサ１０を差し込む作業を含めても、非常に短時間で硝酸イオン濃度を測定することができ、また、茎Ｘａ等に硝酸イオン濃度測定用センサ１０を差し込んでおけば、硝酸イオン濃度をリアルタイムに測定することもできる。また、植物Ｘを大きく傷付けることなく、その水分に含まれている硝酸イオンの濃度を測定することができる。さらに、茎Ｘａ等に硝酸イオン濃度測定用センサ１０を差し込んだまま放置したとしても植物Ｘの生育に及ぼす影響が比較的小さいため、植物Ｘの生育状態を長期間に亘ってモニタリングすることもできる。
【００４４】
また、この硝酸イオン濃度測定用センサ１０によれば、４つの作用電極１３ａ〜１３ｄと１つの参照電極１２とを有する電極群Ｇを備えたことにより、植物Ｘの茎Ｘａに差し込んだ状態において、各作用電極１３ａ〜１３ｄの位置毎の硝酸イオン濃度の分布を測定することができる。また、例えば、植物Ｘが養分を吸い上げる道管Ｐや仮道管内の水分を測定対象として硝酸イオン濃度を測定する際に、硝酸イオン濃度測定用センサ１０の差し込み位置がある程度ずれたとしても、複数の作用電極１３ａ〜１３ｄのうちのいずれかを道管Ｐや仮道管内の水分に接した状態とすることができるため、水分に含まれている硝酸イオンの濃度を確実に測定することができる。
【００４５】
さらに、この硝酸イオン濃度測定用センサ１０によれば、材質、大きさおよび形状が互いに等しく、かつ参照電極１２との離間距離が互いに等しくなるように電極群Ｇに属する各作用電極１３ａ〜１３ｄを形成したことにより、材質、大きさおよび形状や参照電極１２との離間距離に応じて各作用電極１３ａ〜１３ｄ毎の測定結果を補正する処理を行うことなく、各作用電極１３ａ〜１３ｄ毎の測定結果を比較して硝酸イオン濃度の分布を把握することができる。
【００４６】
また、この硝酸イオン濃度測定用センサ１０によれば、「第１の方向（この例では、支持基板１１の短辺に沿った方向）」に沿って並んだ複数の作用電極１３（この例では、作用電極１３ａ，１３ｂ、または、作用電極１３ｃ，１３ｄ）と、「第１の方向と交差する第２の方向（この例では、支持基板１１の長辺に沿った方向）」に沿って並んだ複数の作用電極１３（この例では、作用電極１３ａ，１３ｃ、または、作用電極１３ｂ，１３ｄ）とを備えて電極群Ｇを構成したことにより、例えば、植物Ｘの茎Ｘａにおける水分の吸い上げ方向に「第１の方向」を一致させて茎Ｘａに硝酸イオン濃度測定用センサ１０を差し込むことにより、「第１の方向」に沿って並んでいる作用電極１３（この例では、作用電極１３ａ，１３ｂや、作用電極１３ｃ，１３ｄ）の測定結果に基づき、硝酸イオン（養分）を含む水分が茎Ｘａ内をどのように吸い上げられているかを特定することができ、「第２の方向」に沿って並んでいる作用電極１３（この例では、作用電極１３ａ，１３ｃや、作用電極１３ｂ，１３ｄ）の測定結果に基づき、茎Ｘａの内側部位の水分の硝酸イオン濃度および茎Ｘａの表皮近傍の水分の硝酸イオン濃度をそれぞれ測定して養分の濃度を特定することができる。
【００４７】
さらに、この硝酸イオン濃度測定用センサ１０によれば、１つの電極群Ｇに属する各作用電極１３ａ〜１３ｄの参照電極１２に対する各差動電圧Ｖをそれぞれ抽出する差動電圧抽出回路１４を支持基板１１上に形成したことにより、参照電極１２に対する各作用電極１３ａ〜１３ｄの各電位差（差動電圧Ｖ）をそれぞれ正確に測定することができ、これにより、各作用電極１３ａ〜１３ｄが接していた部位の硝酸イオンの濃度を正確に測定することができる。
【００４８】
また、この硝酸イオン濃度測定装置２（監視システム１）によれば、硝酸イオン濃度測定用センサ１０から出力されたセンサ信号に基づいて測定した硝酸イオンの濃度を装置本体２０の表示部２３に表示させる構成を採用したことにより、この種のセンサを使用した測定処理に不慣れなオペレータであっても、表示部２３に表示された測定結果に基づき、各作用電極１３ａ〜１３ｄが接していた部位の硝酸イオン濃度を正確かつ容易に把握することができる。
【００４９】
なお、「硝酸イオン濃度測定用センサ」および「硝酸イオン濃度測定装置」の構成は、上記の硝酸イオン濃度測定用センサ１０および硝酸イオン濃度測定装置２（監視システム１）の構成に限定されない。例えば、１つの参照電極１２と４つの作用電極１３ａ〜１３ｄとで１つの電極群Ｇを構成した硝酸イオン濃度測定用センサ１０を例に挙げて説明したが、「１つの電極群に属する作用電極」の数は、４つに限定されず、２つ以上の任意の数とすることができる。この場合、茎Ｘａ等に対する硝酸イオン濃度測定用センサの差し込み方向に沿って少なくとも２つの「作用電極」を並べて形成することにより、上記の硝酸イオン濃度測定用センサ１０と同様にして、植物Ｘの茎Ｘａ等における内側部位と表皮近傍とで水分に含まれる硝酸イオンの濃度（すなわち、養分の濃度）がどのように相違するかを把握することができる。また、茎Ｘａ等に対する硝酸イオン濃度測定用センサの差し込み方向と交差する方向に沿って少なくとも２つの「作用電極」を並べて形成することにより、上記の硝酸イオン濃度測定用センサ１０と同様にして、植物Ｘの茎Ｘａ内を硝酸イオン（養分）を含む水分がどのように吸い上げられているかを把握することができる。
【００５０】
また、電極群Ｇを１つだけ備えて構成した硝酸イオン濃度測定用センサ１０を例に挙げて説明したが、１枚の「支持基板」に２つ以上の複数の「電極群」を形成することもできる。さらに、支持基板１１の一方の面に各電極１２，１３をそれぞれ形成した硝酸イオン濃度測定用センサ１０を例に挙げて説明したが、例えば、「支持基板」の一方の面に参照電極１２を形成し、他方の面に作用電極１３を形成して「硝酸イオン濃度測定用センサ」を構成することもできる。また、複数の作用電極１３を備えた硝酸イオン濃度測定用センサ１０を例に挙げて説明したが、例えば、「作用電極」を１つだけ形成して「硝酸イオン濃度測定用センサ」を構成することもできる。
【００５１】
さらに、各作用電極１３の参照電極１２に対する各差動電圧Ｖを抽出するための差動電圧抽出回路１４を各電極１２，１３と共に支持基板１１の一面に形成した硝酸イオン濃度測定用センサ１０を例に挙げて説明したが、「差動電圧抽出回路」などの回路構成に関しては、各電極とは別個に「装置本体」の側に設けて、「参照電極」および「作用電極」や、これらを信号ケーブルに接続するための導体だけを「支持基板」に形成して「硝酸イオン濃度測定用センサ」を構成することもできる。
【００５２】
また、植物Ｘの茎Ｘａに硝酸イオン濃度測定用センサ１０を差し込んで茎Ｘａ内の水分に含まれている硝酸イオンの濃度を測定する例について説明したが、図７に示すように、一例として、水耕栽培されている植物Ｘの生育状態をモニタリングするときには、植物Ｘに養分を供給するための養液Ｗを「硝酸イオン濃度の測定対象」として測定処理を実行することで、その植物Ｘの生育状態を把握することができる。この場合、養液Ｗを測定対象とする際には、植物Ｘに吸収される養分の量を的確に把握するために、対象の植物Ｘにおける根Ｘｂの近傍に硝酸イオン濃度測定用センサ１０を設置するのが好ましい。
【００５３】
さらに、各硝酸イオン濃度測定装置２による測定結果（測定結果データＤ１）を管理装置３において収集して記録部３１に記録させる構成の監視システム１に硝酸イオン濃度測定装置２（硝酸イオン濃度測定用センサ１０）を用いた例について説明したが、管理装置３において測定結果を収集するだけでなく、送信された測定結果データＤ１に基づき、その測定結果データＤ１を送信した硝酸イオン濃度測定装置２の測定対象（植物Ｘ）に含まれている養分の量を特定して、特定した量に応じて、その植物Ｘに対する養分の供給量をコントロールする栽培システムに硝酸イオン濃度測定装置２（硝酸イオン濃度測定用センサ１０）を適用することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
２  硝酸イオン濃度測定装置
１０  硝酸イオン濃度測定用センサ
１１  支持基板
１２  参照電極
１３ａ〜１３ｄ  作用電極
１４  差動電圧抽出回路
１５  導体層
１６  電極層
１７  硝酸イオン選択性膜
２０  装置本体
２１  測定部
２３  表示部
２５  処理部
Ｃ  信号ケーブル
Ｄ０  サンプリングデータ
Ｄ１  測定結果データ
Ｇ  電極群
Ｓ  制御信号
Ｖａ〜Ｖｄ  差動電圧
Ｘ  植物
Ｘａ  茎
Ｘｂ  根
Ｗ  養液
【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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