CN103282769B - 水质监视装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水质监视装置，包括：空气质量分析单元，其利用离子迁移率传感器来检测由分隔壁以及与作为监视水质的对象的水之间的边界面至少局部地封闭的区域的空气质量；报警单元，若利用空气质量分析单元得到的空气质量图样作为与监视对象的水接触的空气的空气质量图样而处在被容许的范围之外，则该报警单元输出表示异常的信号。该水质监视装置能够通过由离子迁移率传感器检测与水接触的空气的质量来间接地但高精度地监视贮水槽的饮用水等的水质。

Description

水质监视装置

技术领域

本发明涉及一种监视水质的装置。

背景技术

在日本国特开2004－74137号公报中记载有提供一种带有利用水栖生物进行的监视的饮用水供给方法及其***的内容。在该文献中记载有如下内容：在从原水处理成饮用水的路径或者供水路径中包括由用于监视判定急性毒物等有害物质的水栖生物构成的生物测定***，在该***能够判定时，优先地单独供给处理水或者与可共用的自来水一起混合供给处理水，在该***不能判定时，自动地仅独立供给自来水。为了有效地运营该饮用水供给***，通过除了设置在城市供水等自来水路之外还设置在储水水路（日文：着水路）及／或处理水路中的、应对紧急事态的安全确认贮存箱仅选出并输送安全的水。

在日本国特开2009－2815号公报中记载有提供一种既是不需要真空***的小型的分析装置又是选择性较高的监视装置的内容。在专利文献2中记载有如下内容：在离子迁移率光谱仪中装备主要生成准分子离子(日文：分子量関連イオン)的大气压离子源（非离解性大气压离子源）、和主要生成离解离子的大气压离子源（离解性大气压离子源）这两种大气压离子源，设置非离解性离子源和离解性离子源的切换机构。还记载有如下内容：具有针对每个测定对象物质登记了利用非离解性离子源生成的准分子离子的特性值和利用离解性离子源生成的离解离子的特性值（离子迁移率或者与之相关的值）的数据库。在非离解性离子源和离解性离子源这两个模式下分别检测到与数据库一致的离子的情况下，判定为检测到测定对象物质。另外，此时， 通过在非离解性离子源的动作过程中也调查是否存在离解离子、相反在离解性离子源的动作过程中也调查是否存在准分子离子以供判定，提高了可靠性。

用于贮存饮用水的箱或者水槽分散地配置在各地区的水塔、大厦的房顶等各种各样的场所。这些水槽有可能分别因某种情况·因素而被污染、或者水质恶化。因而，需要一种能够简易地监视各个水槽的水质的***。

发明内容

本发明的一个技术方案是一种水质监视装置，其中，具有：空气质量分析单元，其利用离子迁移率传感器来检测被分隔壁以及与作为监视水质的对象的水之间的边界面至少局部地封闭的区域的空气质量；报警单元，若利用空气质量分析单元得到的空气质量图样作为与对象的水接触的空气的空气质量图样而处在被容许的范围之外，则该报警单元输出异常信号。

在与水具有边界面的区域的空气（大气）中存在反映边界面、即水面下的水质的物质。并且，在水面之上的实质上被封闭的区域中积蓄有因水面下的水而产生的物质。在因水而产生的物质中，包含水所含有的物质汽化而成的物质、自水释放到气中的物质、因水中的某种因素而生成的气体等。离子迁移率传感器将空气中的分子离子化，输出基于离子化了的分子的迁移率的频谱。因此，在该水质监视装置中，通过由离子迁移率传感器检测与水接触的、实质上被封闭的区域的空气质量，能够测定封闭的区域的空气成分所含有的、因水而产生的物质（成分），能够根据该测定结果来间接地但以足够的精度判断水面下的水质。

本发明另一个技术方案是一种包括以下工序的水质监视方法。

1．利用离子迁移率传感器来检测被分隔壁以及与作为监视水质的对象的水之间的边界面至少局部地封闭的区域的空气质量。

2．若离子迁移率传感器的输出图样作为与上述对象的水接触的空气的空气质量图样而处在被容许的范围之外，则输出异常信号。

附图说明

图1是表示具有水质监视装置的饮用水供给装置的概要的图。

图2是表示水质监视装置的结构的框图。

图3是表示水质监视装置的控制的流程图。

图4是表示不同的饮用水供给装置的概要的图。

图5是表示不同的水质监视装置的结构的框图。

图6是表示漂浮型的水质监视装置的概略的图。

图7是表示舟型的水质监视装置的概略的图。

具体实施方式

图1表示在设置于大厦的房顶等的水槽上安装有水质监视装置的情形。另外，图2表示水质监视装置10的概略结构。该水质监视装置10包括：空气质量分析单元31，其利用离子迁移率传感器12来检测区域9的空气质量，该区域9是被与作为监视水质的对象的水2之间的边界面（水面）3和作为分隔壁的水槽1的壁至少局部地封闭而成的；报警单元32，若利用空气质量分析单元31得到的空气质量图样作为与监视对象的水接触的空气的空气质量图样而处在被容许的范围之外，则该报警单元32输出表示异常的信号。

用于分析同与水2之间的边界面3接触的区域9的空气（采样空气）9a的水质监视装置10能够对反映存在于采样空气9a中的水质的物质进行检测（测定），并根据该测定结果间接地但以足够的精度来判断水面下的水质。在水面之上的实质上被封闭的区域9中积蓄有水分（水蒸气）2a和因水面下的水2而产生的物质4。区域9的空气（采样空气）9a中因水而产生的物质（测定对象物质）4包含水所含有的物质汽化而成的物质，例如甲醛等VOC、会导致霉味的土臭素（日文：ジオスミン）、氯、四氯化碳、三卤甲烷、其它的碳化合物等。测定对象物质4还包含从水释放到空气中的物质（分子、组合物、化合物等），例如镉、砷、六价铬、氰化物等。测定对象物质4还包含水中的因某种因素而生成的气体、例如因大肠杆菌等其他细菌和微生物的活动而释放出的气体（挥发性代谢物质）、伴随着腐烂或者发酵而产生的气体等。

离子迁移率传感器12用于将导入的气体、例如空气中的分子等离子化，输出基于离子化了的物体的迁移率的频谱。因而，能够通过解析该频谱来判别或推断空气中所含有的离子化了的物质。在该水质监视装置10中，利用离子迁移率传感器12测定包含与水接触的、实质上被封闭的区域9的空气中的物质的采样空气9a的质量（空气质量），解析所得到的频谱（空气质量图样），从而检测采样空气9a所含有的测定对象物质4。

因而，在从水面之上的区域9中得到的采样空气9a含有表示水2已被污染的测定对象物质4的情况下，水质监视装置10能够通过解析空气质量图样，从而在较早的阶段判断水质的异常。作为监视对象的水2在该例子中是饮用水，但也可以是纯水等工业用水、排水（废水），在大部分的情况下存在作为对象的水2的水质基准。通过预先实验或者预备测定等，能够得到利用离子迁移率传感器12测定与对应于被容许的水质基准的水质的水接触的空气的空气质量的结果、即空气质量图样。因此，即使反映与水2接触的空气中的能够离子化的分子的全部存在的空气质量图样所含有的全部成分没有被鉴定，也能够通过将得到的空气质量图样与符合水质基准的空气质量图样相比较，从而输出异常信号。因而，能够提供一种结构简单且精度较高的水质监视装置10。

区域9的采样空气9a也含有除了因水面下的水2而产生的物质之外的物质。例如，若向区域9中投下了有可能污染水2的化合物、菌、腐烂物等，则采样空气9a含有因它们而产生的测定对象物质4。因而，通过用水质监视装置10监视区域9的采样空气9a，能够在更早的阶段监视水2的污染。

提高水质监视装置10的检测精度（分析精度）的1种方法如下：提高与水接触的区域9内（采样空气9a中）存在的测定对象物质4的浓度、即提高作为离子迁移率传感器12的测定对象的化学物质（化学成分、分子、组合物、化合物等）的浓度。也可以利用用于向离子迁移率传感器12供给区域9内的采样空气9a的载气（典型地是空气）将作为对象的水2通气（鼓泡）。另外，也可以使用中空纤维过滤器等通过渗透蒸发（渗透汽化法）使测定对象成分汽化。

水质监视装置包括用于促进监视对象的水2汽化的汽化单元、和用于将区域中的空气除湿并将除湿后的空气供给到离子迁移率传感器12的除湿单元的方式也是有效的。通过促进水汽化，使测定对象物质4与水蒸气（水分）2a一同转移到区域内，从而能够提高区域内的测定对象物质（测定对象成分）4的浓度。之后，通过除湿而减少水分，能够提高被供给到离子迁移率传感器12的采样空气（载气）9a中的测定对象成分4的浓度。

汽化单元也可以包括利用热促进汽化的单元。若作为对象的水2含有在不同的温度下汽化的物质、浓度发生变化的物质，则利用离子迁移率传感器12得到的空气质量图样会根据使水2汽化的温度而发生变化。因而，能够将汽化单元的水温信息与空气质量图样关联起来地判断水质。汽化单元也可以包括使水液滴化的喷射（日文：インクジェット）、以机械方式使水汽化（雾化）的超音波振动。将几乎不含有杂质的水滴下并将其汽化的做法也是有效的。另一方面，在含有会造成堵塞这样的杂质的情况下，利用超音波振动等机械方式进行汽化的做法是有效的。

汽化单元也可以包括形成边界面的多孔性的边界壁。能够采用多孔性陶瓷、多孔性玻璃、多孔性膜的边界壁。通过在具有多孔性的边界壁的容器或 者管道（管）中贮存水、或者使水通过该容器或者管道（管），能够容易地扩大有限的区域内的蒸发面积，能够提高采样空气9a所含有的测定对象物质的浓度。

期望水分2a的浓度与测定对象成分4的浓度一起升高了的采样空气9a通过除湿单元而供给到离子迁移率传感器12中。由于区域内的空气成分处于水分饱和或者接近饱和的状态，因此，通过利用不易吸附其它成分的方法除湿，能够抑制空气质量图样中的水分频谱的影响，从而能够进行更高精度的监视。例如若水分的峰值过大，则测定对象成分的峰值有时会隐藏或者难以检测。另外，也存在能够利用除湿后的空气净化离子迁移率传感器12这样的优点。

除湿单元也可以是硅胶、分子筛等吸附性的单元，但其再生要消耗时间和能量。除湿单元也可以是通过加热来降低相对湿度、或者通过利用帕尔贴元件等冷却来除去水分的单元。除湿单元也可以具有吸湿性的边界壁、例如杜邦公司的Nafion（注册商标）这样的吸湿性膜。通过在水分较多的采样空气9a与干燥空气之间夹设吸湿性膜，能够连续地除湿。

也能够通过使用于分析采样空气9a的离子迁移率传感器12的排气返回到区域9并进行循环，从而提高区域9的测定对象成分的浓度。也可以设置利用离子迁移率传感器12的排气使水2鼓泡的单元。能够提高低浓度且对水质产生影响的成分在采样空气9a中的含有率，能够进行更高精度的监视。

水质监视装置包括对水2进行采样并将其与试剂进行反应而得到的生成气体供给到离子迁移率传感器12的反应单元的方式也是有效的。通过将低浓度且对水质产生影响的成分、难以离子化的成分替换为易于利用离子迁移率传感器检测的其它成分，能够以更高的精度进行监视。

水质监视装置包括对多个不同深度的水进行采样而形成多个区域9的采样单元的方式也是有效的。不仅能够监视表面的水的水质，也能够监视较深 水位的水的水质。

水质监视装置的一例子是如以下所示地监视水槽内的水质的装置。通过将水质监视装置设置在水槽内部的适当位置，不仅能够监视贮存的水质，也能够包含水槽（箱）内的环境在内地进行监视。另外，期望还具有用于向水槽的管理者（管理的组织）发送报警单元的输出的发送单元。管理者能够自动监视各处的水槽。

水质监视装置的其它例子之一是一边漂浮在水上一边监视水质的装置。漂浮在水上的装置既可以利用浮标等来固定位置，也可以一边利用螺杆等自主的移动机构、外部的移动机构在预定的路线上移动、一边监视水质。期望移动的水质监视装置包括GPS等用于测定位置的单元，将水质和位置关联起来地向管理者发送。

即使利用空气质量分析单元31得到的空气质量图样作为水面之上的空气质量图样而处在被容许的范围内，但是只要不在正常的范围内，报警单元32也就能够输出注意信号。由此，能够监视水质异常的前阶段。报警单元32也可以具有根据用于测定区域内的环境条件、例如温度和湿度的传感器的输出来改变被容许的范围的单元。离子迁移率传感器12的灵敏度有时会受到温度和湿度等区域内的环境条件的影响。因而，通过加入区域内的环境条件，能够进行更高精度的监视。

期望该水质监视装置还具有用于使该水质监视装置漂浮在水面上的单元。能够省去安装水质监视装置的工作。另外，由于能够抑制从水面到离子迁移率传感器的距离的变化，因此，能够进行更高精度的水质监视。

图1表示设置在大厦的房顶等上的饮用水供给装置60的概要。饮用水供给装置60包括用于贮存饮用水2的水槽1（箱、水箱、贮水槽）。贮水槽1包括作为分隔壁的底1a、侧壁1b和顶面1c。供给装置60还包括用于向贮水槽1供给水的配管（补给管）5、用于将水从贮水槽1供给到用户的配管（供水管） 6、以及安装在供水管6上且用于停止供给饮用水2的紧急截止阀7。供给装置60包括水质监视装置10，水质监视装置10配置在水槽1内部的、由水面3、侧壁1b和顶面1c围成的区域（空间）9中。典型的情况是，水质监视装置10安装在水槽1的侧壁1b的溢流水位之上或者顶面1c上。安装有水质监视装置10的、贮水槽1内部的区域9是由作为与饮用水2之间的边界面的水面3、侧壁1b和顶面1c封闭而成的空间，虽然存在溢流部（未图示）、检查口1d等向外界开口或者能够开口的部分，但区域9实质上是封闭的空间。

供给装置60还包括被设置在水槽1之外的电力供给用的太阳能电池21、和通信用的天线23，它们连接于水质监视装置10。水质监视装置10包括用于操作紧急截止阀7的界面，若水质监视装置10检测到异常，则阻断供水管6。水质监视装置10包括用于从水槽1内部的区域9抽吸空气的口19、用于检测区域9的温度的温度传感器18、以及用于检测湿度的湿度传感器17。温度传感器18和湿度传感器17既可以内置在水质监视装置10中，也可以设置在区域9中的任一个位置。

图2利用框图表示水质监视装置10的概略结构。水质监视装置10包括：泵（风扇、鼓风机）11，其用于从水槽1内部的区域9抽吸空气（采样空气）9a；离子迁移率传感器12，其用于检测被抽吸来的采样空气9a的质量（空气质量）；控制单元30，其用于驱动离子迁移率传感器12，解析离子迁移率传感器12的检测结果，并根据解析结果进行预先设定好的处理。离子迁移率传感器（离子迁移率光谱仪，Ion Mobility Spectrometry）12是将空气中的物质（分子）离子化，输出基于离子化了的分子的迁移率之差的频谱（输出图样、空气质量图样）的传感器。该水质监视装置10包括被称作高场非对称波形离子迁移谱仪（FAIMS）或者差分式离子迁移谱仪（DMS）的离子迁移率传感器12。这种光谱仪（传感器，以后统称为DMS）12向高压－低压变化的非对称电场中输入离子化了的分子流，输出根据离子的电场迁移率而将这些分子 流过滤（日文：フィルタリング）而得到的结果。作为市面上销售的小型的DMS12，可以列举出SIONEX（日文名称：ザイオネクス）公司的microDMx、OWLSTONE（奥斯通）公司的FAIMS设备。

在DMS12中，改变控制电场的差动型电压（交流电压、电场电压Vrf,之后记作Vf）和补偿电压（直流电压，之后记作Vc），非对称地交替切换高电场和低电场。由此，目标之外的化学物质在飞行途中冲撞于用于生成电场的电极（板），＋离子或者－离子丧失电荷无法被检测到。另一方面，只要适当地控制该电压Vf和电压Vc的条件，检测目标的离子化了的化学物质就能够到达检测器而冲撞于该检测器。

控制单元30利用包含CPU和存储器等的计算机、***LSI、ASIC等来实现。控制单元30包括：为了检测封闭的区域9的空气质量而在适当的条件下驱动DMS12的驱动器（空气质量分析单元）31、用于输出异常信号的报警单元32、用于发送报警单元32的信息的发送单元39、以及存储器40。若利用空气质量分析单元31得到的空气质量图样41作为水面3之上的区域9的空气质量图样、即与水面3接触的空气的空气质量图样而不处在被容许的范围内，则报警单元32输出异常信号。发送单元39通过天线23向饮用水供给装置60的管理者、例如水槽供给公司、水槽管理公司发送报警单元32的输出。存储器40包含存储有图样45的数据库，该图样45用于与利用空气质量分析单元31得到的空气质量图样41相比较。例如以程序（程序产品）来提供作为空气质量分析单元31、报警单元32及发送单元39的功能，并将程序存储在存储器40中。控制单元30的CPU等处理器适当地通过下载程序来实现预定的功能。

发送单元39并不限定于无线通信的单元，也可以是能够利用有线与大厦、管理公司等外部通信的单元。另外，也可以是能够利用移动电话网、无线LAN等通信***通信的单元。另外，发送单元39既可以是收发单元，也可以远程监视水质监视装置10、或者用于更新被存储在存储器40的数据库中的 比较用的图样。

报警单元32包括：第1功能33，若得到的空气质量图样41作为水面3之上的空气的空气质量图样而不处在被容许的范围内，则输出异常信号（红信号）；第2功能34，即使得到的空气质量图样41作为与水面3接触的空气的空气质量图样而处在被容许的范围内，但是只要不在正常的范围内，就输出注意信号（黄信号）；功能35，在异常信号时，进行操作紧急截止阀7等处理；功能36，其根据水面3之上的区域9的温度和湿度选择或者校正用于与得到的空气质量图样41相比较的图样45。

存储器（数据库）40包括在正常的（通常的）空气接触于适合作为饮用水的水质的水面的状态下得到的正常的空气质量图样46、在空气接触于可饮用但不能说是最佳的水质的水面的状态下得到的要注意的空气质量图样47、以及在空气接触于不可饮用的水质的水面的状态下得到的异常（危险）的空气质量图样48。要注意的空气质量图样47也包含对水质产生不良影响的空气质量图样，异常的空气质量图样48也包含使饮用水的水质恶化或者有害的空气质量图样。正常的空气质量图样46包含含有来自饮用水的蒸发成分的空气质量图样，该饮用水含有适度的氯等。

要注意的空气质量图样47包含含有已知的蒸发成分的空气质量图样，该已知的蒸发成分是会导致霉臭的2－甲基异莰醇、土臭素、挥发性有机化合物（VOC）等表示水质恶化的成分，但该已知的蒸发成分若是低浓度则不能说有害。

异常的空气质量图样48包含高浓度地含有表示上述水质恶化的成分的空气质量图样、包含危险物的空气质量图样，该危险物例如为***物，该***物为C－4的关联化合物即二甲基、二硝基丁烷等、RDX的关联化合物即环己烷、TNT的关联化合物即DNT、二硝基苯等，该危险物例如为化学武器，该化学武器为芥子毒气的关联化合物即二异丁基硫醚、2－氯乙基、沙林毒 气的关联化合物即二异丙基、甲基膦酸等。利用***物、化学物质及／或生物物质进行攻击的威胁始终存在。因而，对于这些威胁中的已知的威胁，期望能够可靠地输出异常信号。

并且，异常的空气质量图样48包含这样的空气质量图样，即，含有自腐烂物释放出的甲烷、乙烷等会导致腐烂气味的成分。动植物有可能因某种原因混入水槽1并进行繁殖，尸体腐烂。这样的状况对于维持饮用水的水质并不理想。因而，期望在水槽1的区域9中含有这样的气味的情况下能够输出异常信号。

另外，异常的空气质量图样48包含这样的空气质量图样，即，含有因细菌和微生物的活动而释放出的气体（挥发性代谢物质）。除了炭疽杆菌等生物武器是危险的之外，大量含有大肠杆菌等的水质作为饮用水也是危险的。因而，在水面3之上的区域9的空气质量图样41含有这些细菌中的已知的细菌的挥发性代谢物质的情况下，有可能在水2中存在这些威胁。因而，期望能够可靠地输出异常信号。

DMS12对空气中的可离子化的分子进行离子化，输出基本上包含离子化了的分子的全部信息的空气质量图样41。因而，若在采样空气9a中作为测定对象物质4含有上述需要注意和会导致异常（危险）的分子、以及未知的分子，则将这些分子离子化，输出包含与所有这些离子化了的分子相关联的信息的空气质量图样41。并且，区域9实质上被密闭（封闭），来自水面3的蒸发物滞留在区域9中并浓缩。因此，只要水2和区域9中存在异常或者需要注意的因素，自区域9得到的空气质量图样41就与正常的空气质量图样46不同。因而，在空气质量图样41与正常的空气质量图样46不同的情况下，通过当做需要注意或者异常，能够高精度地监视水质。

这样，在该水质监视装置10中，通过获得水面3之上的区域9的空气质量图样41，能够间接地但高精度地检测贮存在水槽1中的水2的水质，能够输出 异常。另外，通过根据区域9的温度和湿度等环境条件校正用于比较的图样45、或者从数据库40中选择适合环境条件的图样，能够更高精度地监视水槽1的水质。

自DMS12得到的空气质量图样41与在数据库40准备的图样之间的图样匹配算法、图样识别算法能够应用各种算法。在该水质监视装置10中，首先判断水质是否是正常的范围，将除此之外的情况判断为异常及／或需要注意。因此，在水质监视装置10中，不对利用DMS12得到的空气质量图样41所含有的各成分进行鉴定。因而，不需要模板匹配、神经网络、统计分析、遗传算法等对各成分进行鉴定的处理，能够利用简易的机构高速地进行水质监视。

水质监视装置10也可以具有利用遗传算法等对测定对象成分进行鉴定的解析单元（解析功能）。解析单元对利用DMS12得到的空气质量图样41所含有的各成分进行鉴定，能够具体地判断威胁。

图3利用流程图表示水质监视装置10中的处理的概要。在步骤51中，利用DMS12测定水面3之上的封闭的区域9的采样空气9a，获取采样空气9a的空气质量图样41。在步骤52中，报警单元32对所得到的空气质量图样41是否与在数据库40中预先准备的空气质量图样46～48中的任一个图样、或者根据温度和湿度校正这些空气质量图样46～48而得到的图样中的任一个图样相当或者一致进行判断。在与任一个图样都不相当的情况下，在步骤55中，当做水质存在异常或者水槽1的内部存在异常，从而报警单元32进行异常处理。异常处理包括通过RF单元39向管理公司无线发送异常信号（红信号）、或者关闭紧急截止阀7。用于判断图样相当或者一致的做法包括对在使DMS12的电压Vf和电压Vc发生变化时空气质量图样所含有的峰值位置、高度、宽度、峰值移位进行比较的做法。另外，用于判断的做法包括包含像以下说明的那样通过改变采样空气9a中的测定对象成分的浓度、或者控制温度、湿度而使 空气质量图样变化并与预先准备的空气质量图样46～48相比较的做法。

在步骤53中，在得到的空气质量图样41与在数据库40中预先准备的正常的空气质量图样46、或者根据温度和湿度校正了空气质量图样46而得到的图样相当或者一致的情况下，报警单元32返回到步骤51，继续监视水质。在步骤54中，在得到的空气质量图样41与在数据库40中预先准备的需要注意的空气质量图样47、或者根据温度和湿度校正了需要注意的空气质量图样47而得到的图样相当或者一致的情况下，报警单元32在步骤56中进行注意处理。注意处理包含通过RF单元39向管理公司无线发送注意信号（黄信号）。

在步骤54中，在得到的空气质量图样41与在数据库40中预先准备的异常的空气质量图样48、或者根据温度和湿度校正了异常的空气质量图样48而得到的图样相当或者一致的情况下，报警单元32在步骤55中进行异常处理。通过在数据库40中预先准备异常的空气质量图样48，能够在报警单元32中判断存在已知的危险，在判明了已知的危险的情况下，能够主动地进行异常处理。

图4表示在水槽1中设置有不同的水质监视装置10a的饮用水供给装置60。另外，图5利用框图表示水质监视装置10a的概略结构。该供给装置60包括采样管15，该采样管15用于从水面3下的饮用水2的适当的深度对水进行采样并将其供给到水质监视装置10a。如图5所示，水质监视装置10a除了具有DMS12和控制单元30之外，还具有借助采样管15对水2进行采样的泵61、强制地使采样的水2汽化并将其供给到DMS12的汽化单元63、将使采样的水2与试剂66及／或试剂67进行反应而得到的生成气体供给到DMS12的反应单元65、利用非吸附方式对区域内的空气进行除湿并将其供给到DMS12的除湿单元68、以及对供给到DMS12的空气进行选择的阀69a～69d。另外，对与水质监视装置10通用的结构标注共用的附图标记，省略说明。

汽化单元63通过强制地使水2汽化，使供给到DMS12的采样空气9a含有（混入）水2所含有的低浓度的杂质或气体。由此，能够增大利用DMS12得 到的空气质量图样41中的水质的影响。

作为将水中的挥发成分浓缩的方法，公知有净化＆捕集法。在该方法中，利用非活性气体使采样的水鼓泡，将挥发成分收集到捕集管中。之后，通过加热捕集管来释放出吸附成分，从而将采样的水所含有的挥发成分浓缩。该汽化单元63的一例子是利用适当的气体、例如自区域9抽吸来的采样空气9a自身替代非活性气体来使采样的水2鼓泡的单元。通过鼓泡，能够提高采样空气9a中的测定对象成分4的浓度，使供给到DMS12的采样空气9a更高效地反映水2的成分。因而，能够更准确地判断水质。也可以在数据库40中预先准备已使汽化单元63工作时的空气质量图样，将该空气质量图样与利用DMS12得到的空气质量图样41相比较。

汽化单元63的另一例子是对采样的水2赋予超声波振动而使采样的水2雾化的单元。不对水2加热、或者添加其它的气体，就能够使水2的成分气体化或者雾化并使其混入到向DMS12供给的空气中，能够利用DMS12更高精度地检测水2的成分。

汽化单元63的又一个不同的例子是对采样的水2加热而使采样的水2蒸发的单元。通过用加热器63h等加热采样的水2，能够使水2的加热蒸发物混入到向DMS12供给的空气中，能够利用DMS12更高精度地检测水2的成分。另外，在水2蒸发之后继续加热，能够使水2的蒸发残滓蒸发、或者使蒸发残滓（蒸发残渣）氧化并使其汽化。因而，能够从汽化单元63使这些蒸发物或者氧化物混入到向DMS12供给的空气中，能够利用DMS12更高精度地检测水2所含有的成分。

反应单元65通过向水2中注入被控制的量和浓度的试剂66及／或试剂67，使该试剂与混入水2中的成分进行反应，使生成的气体混入到向DMS12供给的空气中。将包含预先判明的试剂66和试剂67的成分、浓度和量、及／或生成物（生成气体）的图样与利用DMS12得到的空气质量图样41相比较， 从而能够准确地判断水2的水质。在水2不是饮用水而是废水等且为强酸或者强碱的水的情况下，也可以使用适当的试剂进行中和，利用DMS12检测来自中和后的水的蒸发物。也可以将利用反应单元65而与试剂进行了反应后的水2供给到汽化单元63并强制地使其汽化之后供给到DMS12。

除湿单元68对从水面3之上的区域9抽吸来的采样空气9a进行除湿并将其供给到DMS12。若是吸附方式的除湿装置，则采样空气9a所含有的微量成分有可能与水分2a一同被吸附。因而，期望除湿单元68是非吸附方式。非吸附方式的一例子是利用加热器加热空气来降低相对湿度的方法。简易的非吸附方式的另一例子是利用帕尔贴元件冷却空气来进行除湿，之后用加热器加热，从而得到恒定的干燥度的方法。

通过对水面3之上的区域9的采样空气9a进行除湿然后将其供给到DMS12，即使在采样空气9a中含有在空气质量图样中峰值与水分2a重合的测定对象成分4，也可提高能够将测定对象成分4分离的可能性。另外，通过利用DMS12检测湿度不同的空气，能够根据由湿度的差引起的空气质量图样41所含有的峰值的漂移来高精度地判断水质、或者获得用于鉴定水2或者采样空气9a所含有的测定对象成分4的辅助信息。另外，通过获得除湿后的空气，还能够定期地净化DMS12从而长时间地获得稳定的性能。

水质监视装置10a的报警单元32包括模式控制单元38，该模式控制单元38用于控制上述汽化单元63、反应单元65和除湿单元68的运转状态、以及是否将这些单元63、65和68的输出（气体、气）混入到向DMS12供给的空气中。模式控制单元38还具有从数据库40中选择用于与利用DMS12测定的空气质量图样41相比较的图样的功能。通过经过汽化单元63、反应单元65或者除湿单元68，自封闭的区域9得到的采样空气9a所含有的成分发生变化的可能性较高。即，从汽化单元63、反应单元65和除湿单元68输出来的空气（气体、气）、或者混入了这些空气（气体、气）的采样空气9a的空气质量图样41与 从区域9直接抽吸来的采样空气9a的空气质量图样大多是不同的。因而，在数据库40中预先设置用于与该空气质量图样相比较的图样的做法是有效的。

图6表示更不同的水质监视装置。该水质监视装置70是漂浮在水面3上的类型，其具有用于确保将水质监视装置70整体维持在水上的浮力的浮圈（浮子）71、和覆盖水面3的金属制或者塑料制等的分隔壁（壳体）73。水质监视装置70包括具有上述水质监视装置10或者水质监视装置10a的功能的监视单元79。监视单元79设置在壳体73的内部，自被水面3和壳体73封闭的区域9抽吸采样空气9a。因而，该水质监视装置70判断其自身所漂浮的水2的水质。由于该水质监视装置70漂浮在水面3之上，因此，能够将从水面3到抽吸口19的距离保持为大致恒定，能够使抽吸口19安全地接近水面3。因此，能够在更短时间内判断水质的优劣。

该水质监视装置70包括吊在水面下的蒸发单元75。蒸发单元75用于强制地使水2蒸发到壳体73的内部区域（空间）9中。典型的蒸发单元75是超声波振动器或者加热器等加热元件。蒸发单元75自水面3维持在恒定的距离（深度）。因此，能够在高效地将水分2a供给到区域9的同时将测定对象物质4供给到壳体73的内部，能够使反映水质的测定对象成分4滞留在壳体73的内部区域9中并浓缩。

该水质监视装置70还包括吊在水面下的鼓泡单元76。利用鼓风机或者空气泵77向鼓泡单元76中供给外部空气，向壳体73的内部区域9中供给鼓泡了的空气。自内部区域9向监视单元79的DMS（离子迁移率传感器）12供给采样空气9a。离子迁移率传感器12要求作为使测定对象成分4到达离子迁移率传感器12的载气的流量也包含在内的稳定地流动一定程度的气体量。也可以向内部区域9中单纯地导入外部空气。但是，内部区域9的测定对象成分的浓度有可能变得并不足够高。通过向内部区域9中供给鼓泡了的外部空气，能够提高区域9的测定对象成分的浓度。

也可以使监视单元79所含有的DMS12的排气循环到内部区域9、或者经由鼓泡单元76循环到内部区域9。能够提高内部区域9的测定对象成分的浓度。另一方面，水面3下的水质变化有可能难以反映在自内部区域9得到的采样空气9a中。因而，期望定期地用外部空气（新鲜空气）置换内部区域9、或者适当地控制DMS12的排气（回流空气）和新鲜空气的比例。

由于该水质监视装置70是漂浮在水面3上的类型，因此，能够省去安装在水槽1的内壁上的工作。另外，通过连接于适当的锚固件，也能够让水质监视装置70浮在流水上来流监视水的水质。因而，也适合监视废水处理***的出口或者排放目的地的水质。

图7表示更不同的水质监视装置。该水质监视装置80是在水2上移动的类型，其包括用于使水质监视装置80在水上移动的船体81、和水上移动用的发动机82。水质监视装置80包括3个水分析单元83、3个采样泵84、干燥空气88a的供给源88、以及控制单元30。控制单元30具有与上述水质监视装置10的控制单元30或者水质监视装置10a的控制单元30同等的功能。3个水分析单元83具有通用的结构，各个水分析单元83利用各自的采样泵84提取深度不同的水2进行分析。

各个水分析单元83包括用于使采集的水2汽化从而生成采样空气9a的汽化单元85、用于向汽化单元85供给载气9b的气体供给单元86、用于对采样空气9a进行除湿的除湿单元87、以及用于测定除湿后的采样空气9a所含有的测定对象成分的DMS（离子迁移率传感器）12。在气体供给单元86中供给有作为新鲜空气的干燥空气88a、和作为回流空气的DMS12的排气12a，气体供给单元86具有选择干燥空气88a和DMS排气12a的功能以及调整这些气体的混合比的功能。通过向汽化单元85供给DMS排气12a，能够生成测定对象物质4的浓度较高的采样空气9a，能够进行精度较高的水质监视。通过向汽化单元85供给新鲜的干燥空气88a，能够进行实时的水质监视。

控制单元30具有控制气体供给单元86的开闭（日文：スイッチング）和混合比的功能，根据预先设定好的计划表、利用水分析单元83得到的结果等控制向汽化单元85供给的载气的成分。

汽化单元85包括腔室85a和收纳在腔室85a的内部且具有多孔性的周壁（边界壁）的汽化管85b。向汽化管85b中供给由采样泵84提取的水2，经由汽化管85b向腔室85a的内部区域9中释放出水分2a和水2所含有的测定对象物质4。因而，汽化管85b的表面成为水2与区域9的边界面3。

汽化管85b的一例子是多孔玻璃管、多孔性的陶瓷管、具有适当孔径的多孔的中空纤维过滤器。通过调整汽化管85b的长度（管道长）和直径，能够对应于腔室85a内的区域9的体积地将用于让水2蒸发并且释放出水2所含有的测定对象成分4的面积确保得较大。因而，能够提高区域9的采样空气9a所含有的测定对象成分4的浓度。

汽化单元85包括用于控制腔室85a内部的温度或汽化管85b的温度的加热器85h、以及用于控制加热器85h的加热器控制单元85i。在腔室85a内能够控制形成水分2a的温度、测定对象成分4汽化或释放出的温度。若采用汽化管85b，能够在较小容积的腔室85a中形成较广的蒸发面积，能够减小加热器85h所控制的面积。因而，易于控制汽化单元85中的蒸发温度（蒸发条件）。通过改变汽化单元85的温度，自水2释放出的成分有可能变化，能够由DMS12捕捉该成分的变化。也可以利用采样泵84继续向汽化管85b中供给水2。另外，也可以在汽化管85b中暂时保留水2，将腔室85a内的蒸发温度等蒸发条件与时间一同改变，利用DMS12测定被释放到腔室85a内的测定对象成分4的变化。为了不对水2的采样产生影响，通过了汽化管85a后的水2例如被向船尾方向排出。

用于对采样空气9a进行除湿的除湿单元87包括被供给干燥空气88a的腔室87a、和设置在腔室87a的内部的除湿管87b。除湿管87b具有吸湿性的周壁 （边界壁），通过让采样空气9a经过除湿管87b，让采样空气9a的水分经由除湿管87b的吸湿性的周壁释放到外侧的干燥空气88a中。其结果，能够除去采样空气9a的水分。也可以让采样空气9a经过腔室87a，让干燥空气88a经过除湿管87b。

除湿管87b的一例子是杜邦公司的Nafion（注册商标）制的管（管道）。该管能够选择性地除去采样空气9a所含有的水分2a，能够抑制将测定对象成分4与水分2a一同除去而导致采样空气9a中的测定对象物4的浓度降低的情况。根据成分的不同，有可能与水分2a一同被除去，因此，与帕尔贴元件等其它方式的除湿单元同时使用并分时地切换的做法也是有效的。

将除湿后的采样空气9a供给到DMS12，从而能够得到采样空气9a的空气质量图样41。将各水分析单元83的空气质量图样41提供给控制单元30，判断各水深的水质。该水质监视装置80包括GPS单元25，能够测定自己的位置。因而，水质监视装置80将监视水质的位置与各水深的水质一同发送到监视中心等。

控制单元30具有作为基于GPS单元25测定的位置而随着预定的路径在湖面或者海面运动的同时监视水质的机器人的功能。因此，利用水质监视装置80，能够监视湖、湾这样的大范围的水域的水质。另外，利用水质监视装置80，能够监视养殖用的鱼池的内部或者周围的水质。

另外，这些水质监视装置10、10a、70和80只是一例子。水质监视装置的离子迁移率传感器12也可以是连结有其它类型的传感器、相同或者不同类型的DMS的传感器***。例如也可以是与气体色谱（GC）的组合。离子迁移率传感器12并不限定于DMS，也可以是其它类型的IMS、例如TOFIMS、FTIR或者是它们与DMS的组合。另外，水质监视装置也可以搭载有其它的用于检测水质的传感器，例如pH监视器、浊度计、辐射测定单元等。

另外，在上述内容中，主要以监视饮用水的水质的水质监视装置为例说 明了本发明，但监视对象的水并不限定于饮用水，也可以是废水、排水、河水、海水、纯水、超纯水等。

Claims (16)

1.一种水质监视装置，其中，

该水质监视装置具有：

空气质量分析单元，其利用离子迁移率传感器来检测被分隔壁以及与作为监视水质的对象的水之间的边界面至少局部地封闭的区域的空气质量；以及，

报警单元，对于利用上述空气质量分析单元得到的空气质量图样、即基本上包含能够离子化且能够被上述离子迁移率传感器检测的全部成分的信息的上述得到的空气质量图样而言，不对上述得到的空气质量图样所包含的成分进行鉴定，而是将其同由上述离子迁移率传感器检测在作为上述对象的水正常时与作为上述对象的水接触的空气所得到的正常的空气质量图样相比较，若利用上述空气质量分析单元得到的空气质量图样作为与上述对象的水接触的空气的空气质量图样而处在被容许的范围之外，则该报警单元输出表示异常的信号。

2.根据权利要求1所述的水质监视装置，其中，

该水质监视装置还具有：

汽化单元，其用于促进作为上述对象的水的汽化；以及，

除湿单元，其用于对上述区域的空气进行除湿并将除湿后的空气供给到上述离子迁移率传感器。

3.根据权利要求2所述的水质监视装置，其中，

上述汽化单元具有用于形成上述边界面的多孔性的边界壁。

4.根据权利要求2所述的水质监视装置，其中，

上述除湿单元具有吸湿性的边界壁。

5.根据权利要求1所述的水质监视装置，其中，

该水质监视装置还具有循环单元，该循环单元用于使上述离子迁移率传感器的排气返回到上述区域。

6.根据权利要求5所述的水质监视装置，其中，

上述循环单元包括利用上述排气使作为上述对象的水鼓泡的单元。

7.根据权利要求1所述的水质监视装置，其中，

该水质监视装置还具有反应单元，该反应单元将使作为上述对象的水与试剂进行反应而得到的生成气体供给到上述离子迁移率传感器。

8.根据权利要求1所述的水质监视装置，其中，

该水质监视装置还具有采样单元，该采样单元用于对多个不同深度的水进行采样并形成多个上述区域。

9.根据权利要求1所述的水质监视装置，其中，

上述区域是用于贮存作为上述对象的水的水槽的内部。

10.根据权利要求1所述的水质监视装置，其中，

该水质监视装置还具有用于使该水质监视装置漂浮在水上的单元。

11.根据权利要求1所述的水质监视装置，其中，

该水质监视装置还具有发送单元，该发送单元用于向作为上述对象的水的管理者发送上述报警单元的输出。

12.根据权利要求11所述的水质监视装置，其中，

该水质监视装置还具有用于检测该水质监视装置的位置的测位单元，上述发送单元对包含该水质监视装置的位置信息在内的信息进行发送。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的水质监视装置，其中，

若利用上述空气质量分析单元得到的空气质量图样作为与上述对象的水接触的空气质量图样而处在上述被容许的范围内但处在正常的范围之外，则上述报警单元输出注意信号。

14.根据权利要求1所述的水质监视装置，其中，

上述报警单元包括根据用于测定上述区域内的环境条件的传感器的输出来改变上述被容许的范围的单元。

15.一种水质监视方法，其具有以下工序：

利用离子迁移率传感器来检测被分隔壁以及与作为监视水质的对象的水之间的边界面至少局部地封闭的区域的空气质量；以及，

对于基本上包含能够离子化且能够被上述离子迁移率传感器检测的全部成分的信息的、上述离子迁移率传感器的输出图样而言，不对上述输出图样所包含的成分进行鉴定，而是将其同由上述离子迁移率传感器检测在作为上述对象的水正常时与作为上述对象的水接触的空气所得到正常的空气质量图样相比较，若上述离子迁移率传感器的输出图样作为与上述对象的水接触的空气的空气质量图样而处在被容许的范围之外，则输出异常信号。

16.根据权利要求15所述的水质监视方法，其中，

该水质监视方法还具有这样的工序：

若上述输出图样作为与上述对象的水接触的空气质量图样而处在上述被容许的范围内但处在正常的范围之外，则输出注意信号。