(57)【要約】【課題】小型かつ安価な計測装置により、容易にかつ迅速に水溶液中の重水濃度を計測できる重水濃度の計測方法と、それを用いた重水濃度の計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】７００〜１０５０ｎｍの波長範囲において軽水と重水の吸光度に顕著な差が存在し、この吸光度の差は、重水濃度に比例することが分かった。また、７００ｎｍ以下の波長範囲では、軽水と重水の吸光度にほとんど差が無いことを見出した。そこで７００〜１０５０ｎｍの波長範囲の所定の波長域の光を用いて重水を含む水溶液の吸光度を計測することにより重水濃度を計測可能であり、特に、９００〜１０００ｎｍの波長範囲の吸光度の計測により精度良く重水濃度を計測可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸光光度法により、７００〜１０５０ｎｍの波長範囲における軽水と重水の吸光度の差分が重水濃度に応じて変化することを利用した水溶液中の重水濃度の計測方法。
【請求項２】
吸光光度法により、９００〜１０００ｎｍの波長範囲における軽水と重水の吸光度の差分が重水濃度に比例して変化することを利用した水溶液中の重水濃度の計測方法。
【請求項３】
吸光光度法による計測のための光を出射する光源部と、
前記光源部から試料セルに入射され、それを通過した透過光を、第１の光路と第２の光路に分岐するダイクロイックミラーと、
前記第１の光路の光を更に狭い所定の第１の波長域の光だけを通過させる第１のバンドパスフィルタと、
その第１のバンドパスフィルタを通過後の光を検出する第１の光検出器と、
前記第２の光路の光を更に狭い所定の第２の波長域の光だけを通過させる第２のバンドパスフィルタと、
その第２のバンドパスフィルタを通過後の光を検出する第２の光検出器と、
前記第１及び第２の光検出器からの出力信号にもとづいて信号処理をする信号処理部と、
を含み、請求項２に記載の水溶液中の重水濃度の計測方法を用いる重水濃度の計測装置であって、
前記所定の第１の波長域の光の波長は、前記９００〜１０００ｎｍの波長範囲に含まれる光であり、
前記所定の第２の波長域の光は、７００ｎｍよりも短い波長のものであることを特徴とする重水濃度の計測装置。
【請求項４】
吸光光度法による計測のための光を出射する光源部と、
前記光源部から入射された光を、第１の光路と第２の光路に分岐するダイクロイックミラーと、
前記第１の光路の光を更に狭い所定の第１の波長域の光だけを通過させる第１のバンドパスフィルタと、
その第１のバンドパスフィルタを通過後の光を、試料セルを通過させた後に検出する第１の光検出器と、
前記第２の光路の光を更に狭い所定の第２の波長域の光だけを通過させる第２のバンドパスフィルタと、
その第２のバンドパスフィルタを通過後の光を、対照セルを通過させた後に検出する第２の光検出器と、
前記第１及び第２の光検出器からの出力信号にもとづいて信号処理をする信号処理部と、
を含み、請求項２に記載の水溶液中の重水濃度の計測方法を用いる重水濃度の計測装置であって、
前記所定の第１の波長域の光の波長は、前記９００〜１０００ｎｍの波長範囲に含まれる光であり、
前記所定の第２の波長域の光は、７００ｎｍよりも短い波長のものであることを特徴とする重水濃度の計測装置。
【請求項５】
前記試料セルはフロー型吸光セルであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の重水濃度の計測装置。
【請求項６】
更に、固相試料と接触させたときに所定の面積を有する薄層流路を形成し、前記薄層流路に入口配管と出口配管を有するサンプル取得手段を含み、
前記入口配管から重水を含む水溶液を通液し、前記出口配管から排出される水溶液を前記フロー型吸光セルに通液することを特徴とする請求項５に記載の重水濃度の計測装置。
【請求項７】
少なくとも前記光源部、前記試料セル、前記ダイクロイックミラー、前記第１のバンドパスフィルタ、前記第１の光検出器、前記第２のバンドパスフィルタ、前記第２の光検出器、及び、前記信号処理部を地下構内に設定し、
前記信号処理部からの計測データ信号を光信号に変換して、光ケーブルにより地上に配置した表示装置に表示させることを特徴とする請求項５に記載の重水濃度の計測装置。
【請求項８】
少なくとも前記光源部、前記サンプル取得手段、前記試料セル、前記ダイクロイックミラー、前記第１のバンドパスフィルタ、前記第１の光検出器、前記第２のバンドパスフィルタ、前記第２の光検出器、及び、前記信号処理部を地下構内に設定し、
前記サンプル取得手段の前記薄層流路は、ボーリング孔の内面の岩盤に接しており、
前記信号処理部からの計測データ信号を光信号に変換して、光ケーブルにより地上に配置した表示装置に表示させることを特徴とする請求項６に記載の重水濃度の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶液中の重水濃度の計測方法及びそれを用いた重水濃度の計測装置に関わり、特に吸光光度法による重水濃度の計測方法及びそれを用いた重水濃度の計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水溶液中の重水濃度の計測方法としては、比重、赤外線吸収、屈折率、超音波等による様々な方法が従来試みられている。比重計測法は、一定容量の容器にサンプル液を満たし、その重量を計測することで簡易に重水濃度を計測する方法であり、簡便で安価な方法であるものの、人の手による作業であり、精度が低い。また、天秤等の装置が必要であり、省スペース化が難しい、計測時間が長い等の問題がある。
【０００３】
赤外線吸収法は、重水による光の吸収帯が赤外線の波長範囲にあることを利用し、重水の赤外線吸収の度合いによって重水濃度を計測する方法であり、精度は高く、計測時間も比較的短いものの、計測装置が高価で大型であるとの問題がある。
その他の、水と重水の光の屈折率の違いを利用して重水濃度を計測する屈折率法、水中を伝わる超音波の速度が重水濃度に依存することを利用して重水濃度を計測する超音波法も同様に、精度は高く、計測時間も比較的短いものの、計測装置が高価で大型であるとの問題がある。
また、重水をガス化した後、触媒カラム、分離カラム等を用いて計測する方法（特許文献１）、質量分析計により重水素を直接計測する方法もあるが、いずれも精度は高いが計測時間が長く、計測装置が高価で大型であるとの問題がある。
【０００４】
一方、環境中における水の動きを解明するために、地下深部のボーリング孔内で孔壁の岩盤との間の薄層流路にトレーサ物質を含む水溶液を通液し、流路出口部のトレーサ物質の濃度変化を計測する方法（特許文献２）が知られており、そのトレーサ物質として放射性物質が用いられている。
【特許文献１】特許第１６２６４４１号公報
【特許文献２】特開２００５−３１５６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の放射性物質をトレーサ物質として用いて環境における水の動きを解明する方法では、放射性物質により環境を汚染する可能性があり、トレーサ物質として放射性を有せず、通常の水と拡散等の挙動が同じ重水をトレーサ物質として用いることが望まれる。
しかしながら、従来の重水濃度の計測方法は、前記したように大型の計測装置を必要とし、計測装置が高価である、計測に時間が掛かる、連続的に重水濃度を計測することができないといった問題を持ち、小型で安価で迅速に重水濃度を計測できる計測方法や計測装置が望まれている。
また、計測装置が大型であるため、重水を用いて地下深部のボーリング孔内の地層物性を評価する場合、直径１０ｃｍ程度のボーリング孔内に計測装置を挿入することができず、地下環境のままで遠隔計測ができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる問題を解決することを課題とし、小型かつ安価な計測装置により、容易にかつ迅速に水溶液中の重水濃度を計測できる重水濃度の計測方法と、それを用いた重水濃度の計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため第１の発明は、吸光光度法により、７００〜１０５０ｎｍの波長範囲における軽水と重水の吸光度の差分が重水濃度に応じて変化することを利用したことを特徴とする。
本発明によれば、７００〜１０５０ｎｍの波長範囲の近赤外線波長における軽水と重水の吸光度の差分が重水濃度に比例することから、重水濃度が容易に計測できる。
特に、９００〜１０００ｎｍの波長範囲の近赤外線波長を用いると重水の吸光度の差分が重水濃度に比例して変化することから重水濃度の計測精度が向上する。
【０００８】
第２の発明は、吸光光度法による計測のための光を出射する光源部と、光源部から試料セルに入射され、それを通過した透過光を、第１の光路と第２の光路に分岐するダイクロイックミラーと、第１の光路の光を更に狭い所定の第１の波長域の光だけを通過させる第１のバンドパスフィルタと、その第１のバンドパスフィルタを通過後の光を検出する第１の光検出器と、第２の光路の光を更に狭い所定の第２の波長域の光だけを通過させる第２のバンドパスフィルタと、その第２のバンドパスフィルタを通過後の光を検出する第２の光検出器と、第１及び第２の光検出器からの出力信号にもとづいて信号処理をする信号処理部と、を含み、前記第１の発明の水溶液中の重水濃度の計測方法を用いる重水濃度の計測装置であって、
所定の第１の波長域の光の波長は、前記９００〜１０００ｎｍの波長範囲に含まれる光であり、所定の第２の波長域の光は、７００ｎｍよりも短い波長のものであることを特徴とする。
【０００９】
吸光度の計測において、波長選択にダイクロイックミラーとバンドパスフィルタを用い、特に、光検出器には、例えば、シリコンフォトダイオードを組み合わせることで、計測装置がより小型化にできる。更に、試料セルとしてフロー型吸光セルを用いることで連続計測が可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小型かつ安価な計測装置により、容易にかつ迅速に水溶液中の重水濃度を計測できる重水濃度の計測方法と、それを用いた重水濃度の計測装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、水溶液中の重水濃度の計測を、近赤外線波長における軽水と重水の吸光度の差分を利用して計測可能であることを見出したことにもとづく。以下に、図１、図２を参照しながら本発明における重水濃度の計測方法の概念を説明する。
《重水濃度の計測方法の概念》
図１は、軽水と重水の吸収スペクトルを比較したグラフであり、横軸は光の波長を示し、縦軸は吸光度を示す。
図２は、重水濃度（ｗｔ％）をパラメータとして、軽水と重水を含む水溶液との吸光度の差分を取ったグラフである。図２において、横軸は光の波長を示し、縦軸は軽水と重水を含む水溶液との吸光度の差分（ここでは、軽水１００％を吸光度ゼロとして規格化）を示す。
【００１２】
発明者等は、吸光光度法を用いた分光分析装置により、少なくとも５００〜１１００ｎｍの波長範囲における吸光度を計測した。その結果、図１に示すように、波長が７００ｎｍよりも大きい近赤外線波長領域では、軽水の吸光度は重水よりも高くなり、光をより多く吸収することが分かった。そこで発明者らは、軽水と重水を含む水溶液との吸光度の差分を、軽水１００％の水溶液の吸光度をゼロ（透過率１００％）に規格化し、評価した。その結果を図２に示す。図２において７００〜１０５０ｎｍの波長範囲において、重水は軽水と顕著な吸光度の違いを持つことがわかった。そこで７００〜１０５０ｎｍの波長範囲において、この軽水と重水を含む水溶液との吸光度の差分と、重水濃度（ｗｔ％）との関係を調べた結果、重水濃度とこの吸光度の差分が比例することを見出した。
更に、波長５００〜７００ｎｍの範囲では、図１、図２に示すように軽水と重水の吸光度はほとんど同じであることを見出した。
【００１３】
従って、７００〜１０５０ｎｍの波長範囲における軽水と重水の吸光度の差分を利用して水溶液中の重水濃度を、吸光光度法を用いた従来公知の分光分析装置で、簡易に容易にかつ迅速に計測できることが分かった。
以下に、具体的に本発明に係わる重水濃度の計測方法及びそれを用いた重水濃度の計測装置について説明する。
【００１４】
《第１の実施形態》
図３を参照しながら本発明の第１の実施形態に係わる重水濃度の計測装置である分光分析装置について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係わる分光分析装置の概要構成図である。
本実施形態の分光分析装置（重水濃度の計測装置）１００Ａは、光源部４１Ａ、試料室部４３Ａ、波長選択部４５Ａ、測光部４７Ａ、信号処理部４９Ａ、制御部５１Ａ、操作・出力部５３Ａを含んで構成される、いわゆる、シングルビーム方式の従来の汎用型の分光分析装置である。
【００１５】
光源部４１Ａは、吸光光度法による計測に用いる光を発生する部分であり、重水素ランプ１及びタングステン・ハロゲンランプ２からの光を光源集光ミラー３に照射し、光源集光ミラー３で集光された光は、入射フィルタ４と入射スリット５を経て、試料室部４３Ａに入射される。
【００１６】
ちなみに、重水素ランプ１は、３５０ｎｍ以下の波長、つまり、紫外線を用いる計測時に使用される。タングステン・ハロゲンランプ２は、３５０ｎｍ以上の波長の可視光、近赤外線、遠赤外線を用いる計測時に使用される。この重水素ランプ１とタングステン・ハロゲンランプ２の切換は、操作・出力部５３Ａからの指令にもとづいて、制御部５１Ａにより行なわれる。
入射フィルタ４は、図３では、詳細な機構が省略してあるが、例えば、制御部５１Ａにより切換可能であり、計測に用いる光の波長に合わせて、重水素ランプ１又はタングステン・ハロゲンランプ２からの光の波長範囲のうち、透過させる光の波長範囲を切り替えるために用いられる。
【００１７】
試料室部４３Ａには、例えば、石英ガラス製の試料セル６Ａが配置され、試料セル６Ａを透過した光は、その後、波長選択部４５Ａの平面ミラー７、回折格子８、出射スリット９、出射フィルタ１０、トロイド・ミラー１１、平面ミラー１２を経由して、測光部４７Ａに入射される。
【００１８】
図３に示すように回折格子８は、その回転軸Ｏ回りの角度を調整する駆動部８ａと、その角度を検出する角度センサ８ｂを有している。そして、操作・出力部５３Ａからの使用波長の指令を制御部５１Ａが受けて、制御部５１Ａが角度センサ８ｂからの信号にもとづいて、回折格子８を所定の角度に調整し、この場合は、７００〜１０５０ｎｍの波長範囲の一部、又は、回折格子８を連続的に調整して７００〜１０５０ｎｍの波長範囲全部の波長光をスキャンしながら分光する。
ちなみに、回折格子８は、ブレーズ格子、ホログラフィック回折格子等の回折効率の高いものが良い。
また、制御部５１Ａは、角度センサ８ｂからの信号にもとづいて、波長選択部４５Ａにおいて選択されている波長を示す信号（以下、選択波長信号と称する）を信号処理回路２３Ａに出力する。
【００１９】
測光部４７Ａでは、試料セル６Ａを透過した光がレンズ１３で集光され、光電子増倍管２１で光強度を計測され、電気信号に変換されて信号処理部４９Ａに送られる。信号処理部４９Ａには、プリ・アンプリファイア(以下、「プリアンプ」と略称する)２２Ａやその後段に続く信号処理回路２３Ａが含まれる。プリアンプ２２Ａは光電子増倍管２１からの光強度に対応する電気信号を増幅する。信号処理回路２３Ａには、図示省略するが、Ａ／Ｄ変換器や転送コントローラ等が含まれ、光強度に対応する電気信号がデジタル信号に変換され、制御部５１Ａからの選択波長信号とセットにされて計測データとして、前記した転送コントローラから操作・出力部５３Ａに出力される。
【００２０】
図３に示すように操作・出力部５３Ａは、例えば、パーソナルコンピュータシステム又はエンジニアリングワークステーションシステムで構成されており、表示装置３１と、マウス３２ａ及びキーボード３２ｂを含む入力装置３２と、ＣＰＵ、メモリ、周辺回路、ハードディスク駆動装置等の記憶装置を含むコンピュータ本体３３と、プリンタ３４と、を含んでいる。
そして、前記した記憶装置には、データ解析プログラムと分光分析装置１００Ａを制御する分光分析装置制御プログラムが格納されており、そのデータ解析プログラムをＣＰＵで実行することにより、信号処理部４９Ａから入力された計測データを処理して、重水を含む溶液の吸光度を表示装置３１に表示したり、前記した記憶装置に記憶したり、プリンタ３４に出力したりできる。
また、操作・出力部５３Ａは、分光分析装置制御プログラムにより、表示装置３１に表示された操作メニューに従い、計測に用いる光の波長を設定し、制御部５１Ａに指令を出し、制御部５１Ａに前記した重水素ランプ１とタングステン・ハロゲンランプ２との選択切換、入射フィルタ４の選択設定、波長選択部４５Ａにおける回折格子８による波長選択を制御させることができる。
【００２１】
次に、図４、図５を参照しながら分光分析装置１００Ａを用いて、波長選択部４５Ａにおいて９７２ｎｍの波長の光を選択して、その光に対する重水を含む水溶液の吸光度を計測した結果について説明する。
先ず、重水濃度が既知の水溶液を用いて吸光度を計測し検量線を取得した。重水濃度は０〜１００ｗｔ％までをカバーする、５ｗｔ％，１０ｗｔ％，３０ｗｔ％，５０ｗｔ％，１００ｗｔ％とし、取得した検量線を図４に示す。図４において、横軸はサンプル溶液中の重水濃度（ｗｔ％）を示し、縦軸は軽水１００％を吸光度０として規格化した吸光度を示す。図４から分かるように、分光分析装置１００Ａを用いて、前記した９７２ｎｍの波長の光を用いることにより、非常に直線線の高い検量線が取得できることがわかった。
【００２２】
この検量線を用いたサンプル溶液中の重水濃度の計測結果を図５に示す。図５において、横軸はサンプル溶液中の重水濃度（ｗｔ％）（ここでは、予め既知の値に調整した重水濃度）を示し、縦軸は計測された吸光度から前記した検量線を用いて算出された重水濃度（図５の縦軸には、「重水濃度計測値（ｗｔ％）」と表示）を示す。
図５に示すように、吸光光度法による重水濃度の計測結果は、ほぼこのサンプル溶液中の重水濃度と一致し、精度良く重水濃度が定量できることがわかった。
【００２３】
本計測結果では、９７２ｎｍの波長を用いたが、７００〜１０５０ｎｍの波長範囲であれば同様の計測結果が得られた。本実施形態では波長選択部４５Ａを試料室部４３Ａの後に設置したが、波長選択部４５Ａを光源部４１Ａの後に設置し、波長選択部４５Ａからの光をその後、試料室部４３Ａに入射するようにしても同様の効果が得られる。また、光源部４１Ａとしては、可視光域から近赤外線域にかけて連続的にスペクトル光を放出する小型で安価なタングステン・ハロゲンランプ２を用いることが好ましい。
【００２４】
《第２の実施形態》
次に、図６を参照しながら本発明の第２の実施形態に係わる重水濃度の計測装置である分光分析装置について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係わる分光分析装置の概要構成図である。
本実施形態の分光分析装置（重水濃度の計測装置）１００Ｂは、光源部４１Ａ、波長選択部４５Ｂ、試料室部４３Ｂ、測光部４７Ｂ、信号処理部４９Ｂ、操作・出力部５３Ａを含んで構成される、いわゆる、ダブルビーム方式の従来の汎用型の分光分析装置である。
第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２５】
分光分析装置１００Ｂは、光源部４１Ａから出射された光は、先ず、波長選択部４５Ｂに入射され、そこで、分光された後、更に２つのビームに分離され、それぞれのビームは試料室部４３Ｂの試料セル６Ａと対照セル６Ｂとに別れて入射される。
波長選択部４５Ｂは、本質的に前記第１の実施形態における波長選択部４５Ａと同じ構成であるが、光源部４１Ａから入射された光は、回折格子８で回折されて、この場合は、７００〜１０５０ｎｍの波長範囲の一部、又は、回折格子８が連続的に調整されて７００〜１０５０ｎｍの波長範囲全部の波長光をスキャンしながら分光する。回折格子８で分光された光は、出射スリット９、出射フィルタ１０、トロイド・ミラー１１を経由してビームスプリッタ２４に入射される。
【００２６】
ビームスプリッタ２４に入射した光は、所定の光強度になるように透過光と反射光に分離される。ここで、透過光は、平面ミラー１２Ａを経由して、測光部４７Ｂの試料セル６Ａに入射され、反射光は、平面ミラー１２Ｂを経由して、測光部４７Ｂの対照セル６Ｂに入射される。
【００２７】
試料室部４３Ｂの試料セル６Ａには、計測対象の重水を含んだ水溶液が充填され、対照セル６Ｂには、例えば、軽水１００％の水が充填される。
試料セル６Ａ及び対照セル６Ｂそれぞれを透過した光は、それぞれレンズ１３Ａ，１３Ｂで集光され、測光部４７Ｂの光電子増倍管（光検出器）２１Ａ，２１Ｂでそれぞれ光強度を計測され、電気信号に変換されて信号処理部４９Ｂに送られる。信号処理部４９Ｂには、プリアンプ２２Ａ，２２Ｂやその後段に続く信号処理回路２３Ｂが含まれる。プリアンプ２２Ａ，２２Ｂで光電子増倍管２１Ａ，２１Ｂそれぞれからの光強度に対応する電気信号が増幅される。信号処理回路２３Ｂには、図示省略するが、Ａ／Ｄ変換器や、転送コントローラ等が含まれ、光強度に対応する電気信号がデジタル信号に変換され、制御部５１Ａからの選択波長信号とセットにされて計測データとして、前記した転送コントローラから操作・出力部５３Ａに出力される。
【００２８】
そして、操作・出力部５３Ａの前記した記憶装置には、データ解析プログラムと分光分析装置１００Ｂを制御する分光分析装置制御プログラムが格納されており、そのデータ解析プログラムをＣＰＵで実行することにより、信号処理部４９Ｂから入力された試料セル６Ａに係わる計測データと対照セル６Ｂに係わる計測データを処理して、重水を含む溶液の吸光度を表示装置３１に表示したり、前記した記憶装置に記憶したり、プリンタ３４に出力したりできる。
なお、本実施形態の分光分析装置１００Ｂでは、ダブルビーム方式で対照セル６Ｂの透過光の吸光度を計測しているので、光源部４１Ａの、例えば、タングステン・ハロゲンランプ２の計測中の光強度の揺らぎを補正することができるので、精度の良い吸光度の計測ができる
【００２９】
次に、分光分析装置１００Ｂを用いて、波長選択部４５Ｂにおいて７００〜１０５０ｎｍの波長範囲をスキャンし、選択波長を２０ｎｍ毎に選択して、その光に対する吸光度を計測した結果について説明する。
先ず、重水濃度が既知の水溶液を用いて吸光度を計測し検量線を取得した。検量線は、第１の実施形態において前記したように、既知の重水濃度の水溶液（５ｗｔ％，１０ｗｔ％，３０ｗｔ％，５０ｗｔ％，１００ｗｔ％）を用いて、波長選択部４５Ｂにおいて７００〜１０５０ｎｍの波長範囲をスキャンし、選択波長を２０ｎｍ毎に選択して、それぞれの波長に対して求めた。また、選択した各波長について複数回の計測を行った。
【００３０】
その後、それぞれの波長において、対応する検量線を用い、図５で説明した予め既知の値に調整した重水濃度のサンプル溶液の重水濃度を吸光度法で計測した。その結果を、図７に示す。図７は、計測に用いた波長ごとの重水濃度の計測誤差を、波長の関数としてプロットしたグラフである。重水濃度の計測誤差は、式（１）により求めた、統計的な相対誤差である。
計測誤差（％）＝計測値の標準偏差／計測値の平均値×１００
・・・（１）
ここで、計測値の標準偏差とは、計測された吸光度から検量線を用いて算出された重水濃度(ｗｔ％)と、サンプル溶液中の重水濃度（ｗｔ％）、つまり、真値と、の差分にもとづく標準偏差である。
図７に示すように、計測に用いる波長と計測誤差の間には関係があり、特に、計測に用いる波長が９００〜１０００ｎｍの範囲においては、前記した計測誤差が顕著に低下し、前記した相対誤差表示の計測誤差が３％以下を示し、特に精度の高い計測が可能であることが分かる。
【００３１】
本実施形態における光源部４１Ａとしては、可視光域から近赤外線域にかけて連続的にスペクトル光を放出する小型で安価なハロゲンランプを用いることが好ましい。
【００３２】
《第３の実施形態》
次に、図８を参照しながら本発明の第３の実施形態に係わる重水濃度の計測装置である分光分析装置について説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係わる分光分析装置の概要構成図である。
本実施形態の分光分析装置（重水濃度の計測装置）１００Ｃは、光源部４１Ｂ、試料室部４３Ａ、波長選択部４５Ｃ、測光部４７Ｃ、信号処理部４９Ｃ、操作・出力部５３Ｂを含んで構成される、いわゆる、シングルビーム方式の分光分析装置である。
第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態における分光分析装置１００Ｃは、重水濃度の計測に特化するために、可視光から近赤外線光を計測に用いることにし、前記した第１の実施形態における分光分析装置１００Ａの光源部４１Ａから重水素ランプ１を削除した光源部４１Ｂとして、簡単化している。
【００３３】
また、波長選択部４５Ｃについても、計測に用いる波長選択を固定式にし、簡単化したものである。具体的には、波長選択部４５Ｃは、試料セル６Ａを透過した光をダイクロイックミラー２５で受け、所定の波長域の反射光（第１の光路）と、前記反射光と異なる所定の波長域の透過光（第２の光路）に光路を分離し、更に、反射光は、バンドパスフィルタ（第１のバンドパスフィルタ）２６Ａを通過させて、測光部４７Ｃの後記するフォトダイオード（第１の光検出器）２７Ａに入射させるとともに、ダイクロイックミラー２５の透過光は、バンドパスフィルタ（第２のバンドパスフィルタ）２６Ｂを通過させて、測光部４７Ｃの後記するフォトダイオード（第２の光検出器）２７Ｂに入射させる。
【００３４】
例えば、ダイクロイックミラー２５は、８００〜１１００ｎｍの波長範囲の光を反射し、４００〜７２０ｎｍの波長範囲の光は透過させるような特性のものを選定する。そして、ダイクロイックミラー２５で反射した８００〜１１００ｎｍの波長範囲の光は、バンドパスフィルタ２６Ａによって９７５±５ｎｍの波長域に絞られる。また、ダイクロイックミラー２５を透過した４００〜７２０ｎｍの波長範囲の光は、更に、バンドパスフィルタ２６Ｂによって６７０±５ｎｍの波長域に絞られる。
【００３５】
測光部４７Ｃは、第１の実施形態における測光部４７Ａと異なり、シリコンフォトダイオードからなるフォトダイオード２７Ａ，２７Ｂを含んでおり、それぞれバンドパスフィルタ２６Ａ，２６Ｂを通過した光の光強度を計測する。フォトダイオード２７Ａ，２７Ｂでは、光強度を電気信号に変換し、それぞれ信号処理部４９Ｃ入力される。
【００３６】
信号処理部４９Ｃには、プリアンプ２２Ｃ，２２Ｄやその後段に続く信号処理回路２３Ｃが含まれる。プリアンプ２２Ｃ，２２Ｄでは、フォトダイオード２７Ａ，２７Ｂそれぞれからの光強度に対応する電気信号が増幅される。信号処理回路２３Ｃには、図示省略するが、ＬＯＧアンプリファイア（以下、「ＬＯＧアンプ」と略称する）やＡ／Ｄ変換器等が含まれ、６７０±５ｎｍの波長域の光をフォトダイオード２７Ｂで計測した光強度を、ベースラインのアナログ電気信号の信号強度とし、９７５±５ｎｍの波長域の光をフォトダイオード２７Ａで計測した光強度を、重水を含む水溶液のアナログ電気信号の信号強度として取得し（図２参照）、信号強度比率をＬＯＧアンプにより吸光度の差分に変換する。その後、Ａ／Ｄ変換器で、例えば、ＲＳ２３２Ｃシリアル信号のデジタル信号に変換し、計測データとして操作・出力部５３Ｂに出力する。
【００３７】
操作・出力部５３Ｂは、操作・出力部５３Ａと本質的に同じ構成である。そして、コンピュータ本体３３の記憶装置に格納されるプログラムに差がある。つまり、本実施形態では使用する波長域が固定されているので、第１及び第２の実施形態における操作・出力部５３Ａのような分光分析装置制御プログラムの、使用する波長選択の制御機能は不要であり、原則的にデータ解析プログラムだけで良い。
【００３８】
操作・出力部５３Ｂの前記した記憶装置には、データ解析プログラムの他に検量線が予め格納されており、前記したそのデータ解析プログラムをＣＰＵで実行することにより、信号処理部４９Ｃから入力された吸光度の差分に対応した計測データから重水濃度を算出する。
ちなみに、図２に示すように、６７０±５ｎｍの波長域の光は、軽水中の重水濃度が変化しても吸光度の差分に変化が無く、前記したベースラインの光強度として用いることができ、光源部４１Ａのタングステン・ハロゲンランプ２からの光強度に時間的な変化が生じた場合の補正に使える。従って、プリアンプ２２Ｃからの出力信号を信号処理回路２３Ｃに含まれる図示しないＬＯＧアンプのベース側（−側）に、プリアンプ２２Ｄからの出力信号を比較側（＋側）に入力することで、軽水と重水を含む水溶液の吸光度の差分を得ることができる。
【００３９】
本実施形態の分光分析装置１００Ｃを用いて、良好に重水濃度を計測できることを確認した。前記した、ダイクロイックミラー２５とバンドパスフィルタ２６Ａ，２６Ｂとフォトダイオード２７Ａ,２７Ｂは数ｍｍから数ｃｍ程度の極めて小型の部品であり、これらを用いて重水を含む水溶液の計測を行うことにより、吸光光度法による従来の汎用型の分光分析装置１００Ａ，１００Ｂに比べて大幅に小型化でき、安価にできる。また、小型化できることにより、これまでの重水濃度の計測装置の持ち運びができなかったことが可能となり、試料を採取した場所での計測が行えることで、計測の迅速性が向上する効果が得られる。
【００４０】
（第３の実施形態の変形例）
本実施形態では、波長選択部４５Ｃを試料室部４３Ａの後ろに配置したが、光源部４１Ｂのすぐ後ろに配置しても良い。その場合は、試料室部４３Ａの代わりに、第２の実施形態における試料室部４３Ｂを波長選択部４５Ｃの後ろに組み合わせ、バンドパスフィルタ２６Ａを通過した９７５±５ｎｍの波長域の光を試料セル６Ａに入射させ、その透過光をフォトダイオード２７Ａで受けて光強度を計測するとともに、バンドパスフィルタ２６Ｂを通過した６７０±５ｎｍの波長域の光を対照セル６Ｂに入射させ、その透過光をフォトダイオード２７Ｂで受けて光強度を計測する。フォトダイオード２７Ａ，２７Ｂからの電気信号はそれぞれプリアンプ２２Ｃ，２２Ｄに入力される。
【００４１】
《第４の実施形態》
次に、図９を参照しながら本発明の第４の実施形態に係わる重水濃度の計測装置である分光分析装置について説明する。図９は、本発明の第４の実施形態に係わる分光分析装置の概要構成図である。
本実施形態の分光分析装置（重水濃度の計測装置）１００Ｄは、光源部４１Ｂ、試料室部４３Ｃ、波長選択部４５Ｃ、測光部４７Ｃ、信号処理部４９Ｃ、操作・出力部５３Ｂを含んで構成される、いわゆる、シングルビーム方式の分光分析装置である。
【００４２】
第３の実施形態とは、試料室部４３Ｃの構成が異なるだけで、他の構成は同じである。第３の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
なお、分光分析装置１００Ｄでは、光源部４１Ｂに５Ｗのタングステン・ハロゲンランプ２を用いている。
【００４３】
また、試料室部４３Ｃでは、試料セルとして公知のフロー型吸光セル６Ｃ（図９ではフローセルと表示し、以下、「フローセル」と略称する）を用い、フローセル６Ｃは、重水を含む水溶液を連続的に通液するための入口配管Ａと出口配管Ｂを有している。そして、フローセル６Ｃは、光源部４１Ｂから入射された光の導光手段として、フローセル６Ｃの前にレンズ６ａを配置してノイズ光の入射を防ぎ、フローセル６Ｃの後ろレンズ６ｂを配置して、散乱光の入射を防いでいる。フローセル６Ｃは、セル光路長１０ｍｍ、口径１ｍｍφの円筒形状の小型のものであり、試料の連続計測が可能である。
【００４４】
信号処理部４９Ｃの信号処理回路２３Ｃでは、第３の実施形態において記載したように、水溶液中の重水濃度に依存しない、つまり、吸光度の差が無い６７０±５ｎｍの波長域のベースラインの光強度に対応したアナログ電気信号と、水溶液中の重水濃度に応じて軽水１００％の場合と吸光度の差分が計測される９７５±５ｎｍの波長域の光強度に対応したアナログ電気信号を同時に取得する。ベースラインの光強度に対応したアナログ電気信号に対する９７５±５ｎｍの波長域の光強度に対応したアナログ電気信号との信号比率を図示しないＬＯＧアンプにより水溶液中の重水濃度に応じた軽水１００％の場合との吸光度の差分に対応するアナログ信号が出力される。
【００４５】
このＬＯＧアンプから出力されるアナログ信号を図示しないＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換し、操作・出力部５３Ｂに入力する。操作・出力部５３Ｂの前記した記憶装置には、データ解析プログラムと検量線が予め格納されており、前記したそのデータ解析プログラムをＣＰＵで実行することにより、信号処理部４９Ｃから入力された吸光度の差分に対応した信号から重水濃度を算出する。
【００４６】
第３の実施形態及び第４の実施形態では、信号処理回路２３Ｃの中にＡ／Ｄ変換器を含み、ＬＯＧアンプからのアナログ信号の出力をデジタル変換してから操作・出力部５３Ｂに、例えば、ＲＳ２３２Ｃシリアル信号で入力したが、それに限定されるものではなく、ＬＯＧアンプの出力を０−５Ｖのアナログ電圧信号又は４−２０ｍＡのアナログ電流信号として、操作・出力部５３Ｂのコンピュータ本体３３の入力インタフェース回路でデジタル信号に変換しても良い。
【００４７】
（第４の実施形態の計測適用例１）
次に、本実施形態の分光分析装置１００Ｄを用いた計測適用例１について説明する。分光分析装置１００Ｄのフローセル６Ｃに、重水濃度が０ｐｐｍと１０ｐｐｍの既知の濃度の水溶液を交互に通液した計測結果を図１０に示す。図１０は、第４の実施形態に係わる分光分析装置を用いて、連続的に重水濃度を計測した計測適用例１の結果を示すグラフであり、横軸が時間（ｍｉｎ）を、縦軸が重水濃度（ｐｐｍ）を示し、破線はサンプル溶液の通液の時間変化を示し、実線は計測結果を示す。この結果から、分光分析装置１００Ｄが、サンプル溶液の重水濃度に追随して、重水濃度を良好にモニタリング計測できることを確認した。これにより、小型かつ簡便な分光分析装置１００Ｄで重水濃度を精度良く連続監視することが可能であることがわかった。
【００４８】
ちなみに、本実施形態における操作・出力部５３Ｂのコンピュータ本体３３の記憶装置に格納されている前記したデータ解析プログラムには、図１０に示すような重水濃度の時間推移を表示するような表示機能が第３の実施形態におけるデータ解析プログラムに更に追加されている。
【００４９】
本実施形態において、フローセル６Ｃの大きさが小さいので、１辺が数ｃｍ程度の立方体という極めて小型の試料室部４３Ｃを製作することができ、吸光光度法を用いた従来の汎用型の分光分析装置１００Ａ，１００Ｂに比べて大幅に小型化でき、安価な重水濃度の計測装置を構築することができる。また、小型化できることにより、分光分析装置１００Ａ，１００Ｂや、［背景技術］の段落に記載の従来の重水濃度の計測装置ではできなかった、計測装置の持ち運び分析も可能となり、試料を採取した場所での計測が行えることで、計測の迅速性が向上する効果が得られる。
【００５０】
（第４の実施形態の計測適用例２）
次に、本実施形態の分光分析装置１００Ｄを用いた計測適用例２について説明する。本計測適用例では、固相試料と接触した一定面積を持つ薄層流路に重水を含む水溶液を通液し、流路の出口部の重水濃度を、分光分析装置１００Ｄを用いて計測する場合の例である。図１１は、サンプル装置の断面構造図である。
【００５１】
図１１に示すように、薄層流路であるマイクロ流路６３は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂性のテストセクション本体（サンプル取得手段）６２の一面側に、長さ４ｃｍ、幅６ｍｍ、深さ１００μｍの形状の凹部を形成して構成される。このマイクロ流路６３を形成された側のテストセクション本体６２の面を、岩石試料等の試料（固相試料）６１の表面に対向させ、試料６１に試料ホルダ６４を当て、テストセクション本体６２のマイクロ流路６３の反対面にマイクロ流路ホルダ６５を当て、４本のボルト６６（図１１では断面図のため２本のみ記載）で締め付け、マイクロ流路６３を試料６１の表面に密着させてある。テストセクション本体６２には、マイクロ流路６３の下部及び上部に連絡する入口配管６２ａと出口配管６２ｂが設けられており、出口配管６２ｂは、図９の入口配管Ａに接続している。試料６１は、予め、軽水１００％の水が含水させてある。
【００５２】
入口配管６２ａからマイクロ流路６３に所定濃度の重水を含む水溶液を一定流速で通液し、出口配管６２ｂから排出される重水を含む水溶液中の重水濃度を分光分析装置１００Ｄで計測する。
図１２は、第４の実施形態に係わる分光分析装置を用いて、９７５±５ｎｍの波長の近赤外線光を使用し、連続的に重水濃度を計測した計測適用例２の結果を示すグラフである。横軸は通液時間（ｍｉｎ）を示し、縦軸はマイクロ流路６３に導入した初期の重水濃度を１と規格化したときのマイクロ流路出口における重水濃度比を示す。その計測結果は、破線で示したマイクロ流路６３に導入された重水水溶液の初期濃度の波形とは異なり、実線で示すように、初期の出口における重水濃度は、マイクロ流路６３に導入された重水濃度よりも大幅に低下することが確認された。この原因は、マイクロ流路６３中を通過する際に重水が試料６１中に浸透したためであり、この重水の濃度波形変化を利用することで試料６１の岩石の実効拡散係数等の物性データを評価することができる。
【００５３】
このような試料（固相試料）６１と接触し、生じた濃度変化から岩石の実効拡散係数等の物性データを取得可能であることは、国際公開第０３／０９１７０６号パンフレットに記載されており、公知の技術である。本実施形態における分光分析装置１００Ｄを用いた計測適用例２で示されるように、特に、固相試料の物性データを得るために、水の動きのトレーサとして使用可能な重水を用いて、重水濃度を簡便な計測方法で計測することができ、極めて小型の重水濃度の計測装置を用いてオンラインで計測することが可能である。また、マイクロ流路６３からの出口水をフローセル６Ｃに直接供給することにより、連続的に計測データの取得を行うことができる。
ちなみに、本実施形態における操作・出力部５３Ｂのコンピュータ本体３３の記憶装置に格納されている前記したデータ解析プログラムには、図１０に示すような重水濃度の時間推移を表示するような表示機能が第３の実施形態におけるデータ解析プログラムに更に追加されている。
【００５４】
《第５の実施形態》
次に、図１３を参照しながら本発明の第５の実施形態に係わる重水濃度の計測装置である分光分析装置について説明する。図１３は、本発明の第５の実施形態に係わる分光分析装置の概要構成図である。
本実施形態の分光分析装置（重水濃度の計測装置）１００Ｅは、地下深部のボーリング孔内において、固相試料と接触した薄層流路に重水を含む水溶液を通液し、薄層流路出口部の重水濃度を、フローセル６Ｃを用いて計測した後、計測データの光信号変換を行い、光ケーブル７７による光伝送方式で遠隔計測するものである。
第４の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５５】
本実施形態の分光分析装置（重水濃度の計測装置）１００Ｅでは、第４の実施形態における分光分析装置１００Ｄの光源部４１Ｂ、試料室部４３Ｃ、波長選択部４５Ｃ、測光部４７Ｃ、信号処理部４９Ｃ等の主要部、制御部５１Ｂ、並びに、光信号変換部５４がコンパクト化され、ボーリング孔の内径より小さな外径の、例えば、ステンレス鋼の円筒容器で構成された防水区画壁５２の内部に格納されている。
【００５６】
そして、分光分析装置１００Ｅは、サンプリングのためにテストセクション本体（サンプル取得手段）６２、下部止水パッカ７１Ａ、上部止水パッカ７１Ｂ、押付けパッカ７２、重水トレーサポンプ７３、吸水ポンプ７５、透明度センサ７６等を有している。これらのうち透明度センサ７６は防水区画壁５２内に格納されている。
以下では、前記した図１３に示すように防水区画壁５２内に格納された部分及びテストセクション本体６２、下部止水パッカ７１Ａ、上部止水パッカ７１Ｂ、押付けパッカ７２、重水トレーサポンプ７３を纏めてプローブ部分１００ａと称する。このプローブ部分１００ａはボーリング孔内（地下構内）に挿入されて、目的の深さの位置に設置される。
【００５７】
光信号変換部５４は、地上の設置された操作・出力部５３Ｃと光ケーブル７７で通信するために、信号処理部４９Ｃから出力される計測データの電気信号（計測データ信号）を光信号に変換して光ケーブル７７へ出力するとともに、光ケーブル７７を介して後記する光信号変換部５５からの制御用の光信号を受信して電気信号に変換して、制御部５１Ｂに出力する。
【００５８】
分光分析装置１００Ｅの操作・出力部５３Ｃは、光信号変換部５５、電源装置５６とともに、地上に設置される。光信号変換部５５は、ボーリング孔内に設置された前記防水区画壁５２内の信号処理部４９Ｃや制御部５１Ｂと光ケーブル７７で通信するために光ケーブル７７から入力される計測データの光信号を電気信号に変換して操作・出力部５３Ｃに出力するとともに、操作・出力部５３Ｃからの制御用の電気信号を光信号に変換して、光ケーブル７７に出力する。
【００５９】
ちなみに、図１３では、光信号変換部５４と光信号変換部５５との間の光ケーブル７７は、模式的に１本で示されているが、双方向の通信は、プローブ部分１００ａから地上への送信と、地上からプローブ部分１００ａへの送信のそれぞれの光搬送波の波長を変えたり、送信信号の種類で光搬送波の波長を変えたりする光多重通信により、光ケーブル７７の本数を少なくして、例えば、１本で行なっても良いし、送信方向で個別の光ケーブル７７用いたり、送信信号の種類で個別の光ケーブル７７をもいたりして、光ケーブル７７を複数本用いる構成としても良い。
【００６０】
操作・出力部５３Ｃは、操作・出力部５３Ａと本質的に同じ構成である。そして、コンピュータ本体３３の記憶装置に格納されるプログラムに差がある。前記した記憶装置には、データ解析プログラムと分光分析装置１００Ｅを制御する分光分析装置制御プログラムが格納されており、そのデータ解析プログラムをＣＰＵで実行することにより、光信号変換部５５から入力された計測データを処理して、重水を含む溶液の重水濃度を表示装置３１に表示したり、前記した記憶装置に記憶したり、プリンタ３４に出力したりできる。
【００６１】
操作・出力部５３Ｃの前記した記憶装置には、データ解析プログラムの他に検量線が予め格納されており、前記したそのデータ解析プログラムをＣＰＵで実行することにより、信号処理部４９Ｃから入力された吸光度の差分に対応した信号から重水濃度を算出する。
また、前記した分光分析装置制御プログラムは、入力装置３２による操作者の入力指示を受けて、下部止水パッカ７１Ａ、上部止水パッカ７１Ｂ及び押付けパッカ７２内の図示しないアクチュエータを動作させる指令信号や、吸水ポンプ７５を動作させてボーリング孔の孔壁６７、下部止水パッカ７１Ａ、及び上部止水パッカ７１Ｂの間の封止空間７０内の水を上部止水パッカ７１Ｂの上側に汲み出し、封止空間７０中の地下水を清浄化させる指令信号や、封止空間７０中の地下水が清浄化後に、重水トレーサポンプ７３を作動させたり停止させたりする指令信号等を光信号変換部５５、光ケーブル７７、光信号変換部５４を介して制御部５１Ｂに出力したりする。
【００６２】
ちなみに、下部止水パッカ７１Ａ、上部止水パッカ７１Ｂ、押付けパッカ７２は、公知の技術であり、詳細な構成の説明は省略するが、内部に、例えば、電源ケーブル７８から電源を供給され、制御部５１Ｂにより動作を制御される図示しない電動アクチュエータをそれぞれ内蔵し、ボーリング孔の径方向外方側に伸びたり、径方向内方側に縮んだりできる構成であり、前記した防水区画壁５２と図示しない構造体によりボーリング孔軸方向に連結されている。
【００６３】
特に、押付けパッカ７２の外周には、テストセクション本体６２が、マイクロ流路６３側をボーリング孔径方向外側に向けて固定してあり、矢印Ｘの方向に押付けパッカ７２が伸びたとき、テストセクション本体６２のマイクロ流路６３側が孔壁６７に押し付けられる。マイクロ流路６３に接続する入口配管６２ａは、重水トレーサポンプ７３の吐出側に接続され、出口配管６２ｂは、フレキシブルなチューブで上部止水パッカ７１Ｂを貫通して、フローセル６Ｃの入口配管Ａに接続している。
【００６４】
重水トレーサポンプ７３は、図示しない小型の重水タンクを有し、封止空間７０に開口した吸込口から吸引した地下水に所定の量の重水を添加して吐出口から吐出する定量ポンプである。
吸水ポンプ７５は、上部止水パッカ７１Ｂを上下に貫通した吸水管を有し、制御部５１Ｂに制御されて電源ケーブル７８で供給された電力により動作し、封止空間７０の水を上部止水パッカ７１Ｂの上側に汲み上げる。透明度センサ７６は吸水ポンプ７５の吐出側配管に設けられ、吐出水の透明度を計測して制御部５１Ｂに出力する。制御部５１Ｂは、計測された透明度を光信号変換部５４、光ケーブル７７、光信号変換部５５経由で操作・出力部５３Ｃに出力する。
【００６５】
（計測方法）
次に、分光分析装置１００Ｅによる地下深部のボーリング孔の孔壁６７を形成する岩石試料と接触したマイクロ流路６３に、所定の濃度の重水を含む水溶液を通液してマイクロ流路６３の出口部の重水濃度を計測する方法について作業ステップ順に説明する。
（１）プローブ部分１００ａをボーリング孔の所定の深さに吊り下げる。
（２）操作・出力部５３Ｃから操作指示を入力し、下部止水パッカ７１Ａ及び上部止水パッカ７１Ｂの図示しない電動アクチュエータを作動させて、径方向外側に伸ばし、孔壁６７とで封止空間７０を形成する。
（３）操作・出力部５３Ｃから操作指示を入力し、吸水ポンプ７５を作動させ、透明度センサ７６からの透明度信号が所定値に達して良好になるのを待つ。
（４）封止空間７０内の地下水の透明度が良好になった後に、操作・出力部５３Ｃから操作指示を入力し、押付けパッカ７２を矢印Ｘ方向に伸ばし、テストセクション本体６２を孔壁６７に押付け、マイクロ流路６３を形成させる。
（５）操作・出力部５３Ｃから操作指示を入力し、重水トレーサポンプ７３によりマイクロ流路６３に通液する。
（６）封止空間７０の地下水に対して一定の体積比率で重水添加された水溶液は一定の流速でマイクロ流路６３を通液され、孔壁６７を形成する岩石試料との接触による重水の濃度変化を、波長選択部４５Ｃにおいて選択された、例えば、前記した９７５±５ｎｍの波長域の光を用いて測光部４７Ｃにおいて光信号強度が計測される。同時に、波長選択部４５Ｃにおいて選択された、前記した６７０±５ｎｍの波長域の光を用いて測光部４７Ｃにおいてベースラインの光強度が計測される。これらの光強度は、信号処理部４９Ｃにおいて処理されて吸光度の差分を示すアナログ電気信号に変換され、更に、そのアナログ電気信号は、Ａ／Ｄ変換器でデジタル電気信号に変換された後、光信号変換部５４においてデジタル光信号に変換され、光ケーブル７７を通して地上に送られ、再度、光信号変換部５５においてデジタル電気信号に変換され、吸光度の差分を示す計測データとして地上に設置された操作・出力部５３Ｃに伝達され、表示されたり記録されたりする。
【００６６】
本実施形態によれば、分光分析装置１００Ｅのプローブ部分１００ａを大幅に小型化することが可能であるため、ボーリング孔内のような極めて小さい空間においても重水濃度の計測を実施することが可能である。
このように、ボーリング孔内にプローブ部分１００ａを設置して、地下水の実際の環境における実効拡散係数等の物性データを得るためのデータを得ることができる。このようなデータは、地下水の圧力、温度等に影響されるため、ボーリングして岩盤のサンプルを地上に引き上げて同様のデータを得ても正確ではない。また、マイクロ流路６３の出口部からの重水を含んだ水溶液を地上に回収して重水濃度を計測しても、地上までの長いチューブの中で、重水濃度の分散が生じ、正確な時間依存の重水濃度の変化を計測することができない。
【００６７】
また、本実施形態の分光分析装置１００Ｅによれば、地下深部と地上の間が数百ｍから数千ｍ離れていても遠隔計測が可能である。光ケーブル７７を用いたデジタルデータ伝送を行うことにより、プローブ部分１００ａから地上に配置した光信号変換部５５までのデータ搬送にノイズの影響を受けず、精度の高い重水濃度の計測が可能である。
【００６８】
（第５の実施形態の他の適用例）
本実施形態の前記計測方法では、マイクロ流路６３に重水をトレーサとして通液して、岩盤の実効拡散データ等の物性データを得るためのデータを得ることとしたが、そのほかの目的の計測にも適用できる。例えば、地下水の流れ分布を計測するため、ある一箇所に深井戸を掘り、そこから所定の重水濃度の水溶液を注入し、地下水の流れの下流側に当たる複数個所でボーリングして、ボーリング孔内の所定の深度にプローブ部分１００ａを設置する。ただし、プローブ部分１００ａのうち押付けパッカ７２とテストセクション本体６２は不要であり、封止空間７０内の地下水を取水する入口配管Ａが上部止水パッカ７１Ｂを貫通して、上部止水パッカ７１Ｂの下側に開口している。
このようにして深井戸から注入された重水を含む水溶液が拡散していくのを、多数のボーリング孔で連続的に重水濃度を計測することで、地下水の流れを分析することができる。また、重水を含んだ水溶液は人体に無害であり、後処理の必要も無い。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】軽水と重水の吸収スペクトルを比較したグラフである。
【図２】重水濃度（ｗｔ％）をパラメータとして、軽水と重水を含む水溶液との吸光度の差分を取ったグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係わる分光分析装置の概要構成図である。
【図４】水溶液中の重水濃度の検量線を説明する図である。
【図５】水溶液中の重水濃度の計測結果を説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係わる分光分析装置の概要構成図である。
【図７】計測に用いた波長ごとの重水濃度の計測誤差を、波長の関数としてプロットしたグラフである。
【図８】本発明の第３の実施形態に係わる分光分析装置の概要構成図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係わる分光分析装置の概要構成図である。
【図１０】第４の実施形態に係わる分光分析装置を用いて、連続的に重水濃度を計測した計測適用例１の結果を示すグラフである。
【図１１】サンプル装置の断面構造図である。
【図１２】第４の実施形態に係わる分光分析装置を用いて、連続的に重水濃度を計測した計測適用例２の結果を示すグラフである。
【図１３】発明の第５の実施形態に係わる分光分析装置の概要構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１      重水素ランプ
２      タングステン・ハロゲンランプ
３      光源集光ミラー
４      入射フィルタ
５      入射スリット
６Ａ    試料セル
６Ｂ    対照セル
６Ｃ    フローセル
７，１２，１２Ａ，１２Ｂ  平面ミラー
８      回折格子
８ａ    駆動部
８ｂ    角度センサ
９      出射スリット
１０    出射フィルタ
１１    トロイド・ミラー
１３，１３Ａ，１３Ｂ  レンズ
２１，２１Ａ，２１Ｂ  光電子増倍管
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ  プリ・アンプリファイア
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ  信号処理回路
２４    ビームスプリッタ
２５    ダイクロイックミラー
２６Ａ  バンドパスフィルタ（第１のバンドパスフィルタ）
２６Ｂ  バンドパスフィルタ（第２のバンドパスフィルタ）
２７Ａ  フォトダイオード（第１の光検出器）
２７Ｂ  フォトダイオード（第２の光検出器）
３１    表示装置
３２    入力装置
３２ａ  マウス
３２ｂ  キーボード
３３    コンピュータ本体
３４    プリンタ
４１Ａ，４１Ｂ  光源部
４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ  試料室部
４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ  波長選択部
４７Ａ，４７Ｂ、４７Ｃ  測光部
４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃ  信号処理部
５１Ａ，５１Ｂ  制御部
５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ  操作・出力部
５４，５５  光信号変換部
６１    試料
６２    テストセクション本体
６３    マイクロ流路
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ  分光分析装置（重水濃度の計測装置）
１００ａ  プローブ部分
【図１】
2009156748.tif 000003
【図２】
2009156748.tif 000004
【図３】
2009156748.tif 000005
【図４】
2009156748.tif 000006
【図５】
2009156748.tif 000007
【図６】
2009156748.tif 000008
【図７】
2009156748.tif 000009
【図８】
2009156748.tif 000010
【図９】
2009156748.tif 000011
【図１０】
2009156748.tif 000012
【図１１】
2009156748.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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