JP3522512B2 - バイオセンサ応用水質計 - Google Patents
バイオセンサ応用水質計Info
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Description
プロセスの水や河川水、湖沼水などの環境水を対象とし
て、水中の化学成分をモニタリングすること目的とした
バイオセンサ応用水質計測器に関する。 【0002】 【従来の技術】バイオセンサは、検水中の測定対象物質
を認識する分子識別素子として、酵素や抗体などの生体
機能高分子や、微生物や細胞など生体そのものを利用
し、これらの生体材料を多孔性高分子膜に包括または共
有結合させることにより固定化した膜と、電気化学的検
出器などのトランスデューサとを組み合わせて、試料中
の化学成分の測定を行うセンサである。 【0003】バイオセンサは、検水を上記生体材料の固
定化膜に接触させ、これによって生じる化学反応により
生成または消費される物質の濃度変化を検出器の電気的
出力(電圧、電流など)変化に変換して測定するもの
で、既知濃度の被測定物質の標準液によって得られた検
量線を用い、検水に対するセンサ出力から、検水中の目
的物質の濃度を算出する。測定にあたっては固定化した
生体材料が安定に機能するように温度とpH条件を一定
にすることが必要である。そのため、バイオセンサ応用
計測器は温度を一定に保つために検水を一定温度に加温
する熱交換器と、センサ温度を一定にする恒温槽とが備
えられ、pH条件を一定とするために緩衝溶液が用いら
れている。 【0004】最近、本発明者らは、特公平7−8507
2号に示す内容の水中の毒物(有害物)検出用バイオセ
ンサを開発し、実用化している。これは、生体材料とし
て、有毒物質に極めて弱い、言い換えるとセンサとして
は高感度の特性を持つ、微生物の硝化菌を用い、この硝
化菌を固定化した膜と、溶存酸素電極とを組み合わせて
センサを構成し、水中の有毒物を検出している。 【0005】図1はバイオセンサを応用した水中毒物検
出装置の構成を示すフロー図、図2はバイオセンサ(微
生物センサ)の構成を示す模式図である。図2に示すよ
うにフローセル18内にステンレス製の金網26を入
れ、硝化菌の一種であるニトロソモナス・ユーロピア
(Nitrosomonas europaea AT
CC25978)を固定化した固定化微生物膜25を入
れ、その上に溶存酸素電極19を取付けナットで固定、
微生物膜25と密着させて、有害物質検出用微生物セン
サ1を構成する。これを図1に示すように30°Cに設
定された恒温槽2に取り付ける。 【0006】図1において、はじめゼロ点校正のため緩
衝溶液A1 6aと純水4とを流し、微生物センサ1の安
定化した電流値を記憶する。次に、有害物質のない状態
のセンサ出力として、バルブ7dを閉め、バルブ7eを
開にして、アンモニア性窒素を含む緩衝溶液B1 6bと
純水4とを流し、センサ出力安定化後の電流値を記憶す
る。次にバルブ7bを閉め、バルブ7aを開にして検水
3の測定を開始する。本装置は1日1回程度、前記のよ
うにセンサの自動校正を行いながら連続的に検水のモニ
タリングを行う。 【0007】硝化菌を用いたバイオセンサはpH8〜9
で安定に機能するために、このバイオセンサでは、pH
8付近に緩衝能をもつリン酸緩衝溶液が、当初は用いら
れていた。しかし、検水が河川水や地下水などの環境水
や浄水、下水などの場合、水中の硬度成分(カルシウム
イオン)の濃度が20mg/L以上であるとカルシウム
イオンと緩衝溶液中のリン酸イオンが反応し水に溶けな
いリン酸カルシウムが生成する。その沈殿物が流路の閉
塞や固定化膜に付着するため、応答性や測定感度の低下
の原因となる。そのため、その後は、リン酸緩衝溶液
に、検水中のカルシウムイオンと錯体を形成するキレー
ト剤(EDTA−4Na)を添加して、リン酸カルシウ
ムの沈殿生成を防いでいた。 【0008】しかし、検水中のカルシウム濃度によって
EDTA−4Naの添加量を変える必要があり、試薬調
製時の操作が煩雑になること、カルシウム濃度に対しE
DTA−4Naを過剰に添加すると硝化菌に悪影響を及
ぼし寿命が短くなるという問題があった。また、排水水
質基準の改正により窒素およびリンの環境中への排水規
制が強化されるため、バイオセンサの緩衝溶液を、窒素
およびリン成分を含む試薬を削減した緩衝溶液組成とす
る必要がある。 【0009】そこで、本発明者らは、リン酸緩衝溶液に
代わる緩衝液としてキレート態鉄とマグネシウムイオン
の両方を含む四ホウ酸ナトリウム水溶液(pH9)を開
発し、特願平9─104126号として出願している。 【0010】 【発明が解決しようとする課題】水質計測器用の緩衝溶
液には、上記のように、キレート態鉄とマグネシウムイ
オンの両方を含む10mM−四ホウ酸ナトリウム水溶液
(pH9)が用いられている。実験において冷蔵保存し
ておいた微生物膜を新たにフローセルに装着し、純水を
測定する場合には、センサ出力は一定の値を示す。 【0011】しかし、河川水や地下水などの環境水や浄
水、下水などを測定する場合には、炭酸イオンなどの水
中の溶存イオンの影響により、検水中に毒物が含まれて
いなくてもセンサ出力が低下する現象が起こることがわ
かった。これは、例えば、24時間以内で急速に測定を
立上げたい時などに、冷蔵保存しておいた微生物膜を微
生物センサに装着直後に、バイオセンサ応用計測器が検
水に異常がなくてもこの出力低下を水質の異常と判断
し、アラームを発する可能性があるなどの問題があっ
た。 【0012】本発明はこの課題を解決するためになされ
たものであり、安定かつ環境にやさしいバイオセンサ応
用水質計を提供することにある。 【0013】 【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明では、従来のキレート態鉄とマグネシウム
イオンを含む四ホウ酸ナトリウム水溶液に、炭酸水素ナ
トリウムを添加した、ホウ酸緩衝溶液を使用することと
する。この緩衝溶液を使用することにより、炭酸イオン
を予め含んでいるために、河川水などに含まれている炭
酸イオンなどの溶存イオンに影響されず、バイオセンサ
立上げ時のセンサ出力の低下がなくなり安定に長期のモ
ニタリングが可能となった。 【0014】 【発明の実施の形態】以下に実施例に基づいて説明す
る。表1は、実施例に用いた従来の緩衝溶液B1 と本発
明の緩衝溶液B2 の組成を示す。 【0015】 【表1】この2種類の緩衝溶液B1 とB2 とを用い、バイオセン
サ立上げ時のセンサ出力の安定性を比較した。図3は、
検水としてミネラルウォーターと純水をこの順で通流し
た時のセンサ出力の経過を2種類の緩衝溶液B1 とB2
とで比較したものである。ここでのセンサ出力は、校正
時のゼロ点の電流値を0%、アンモニア性窒素を含む緩
衝溶液を流したときの電流値を100%とし、各測定時
のセンサ出力の相対値として示している。また、ミネラ
ルウォーターは、含まれている成分が河川水に似ていて
毒物が含まれていないことから、実際に河川水の測定に
使用する条件を再現でき、センサ出力が安定に得られる
かどうかを検討するのに適しているために使用した。 【0016】この結果、バイオセンサ立上げ後、ミネラ
ルウォーターを測定した時に、従来の緩衝液B1 では、
センサ出力が低下するのに対して、炭酸水素ナトリウム
を添加した本発明の緩衝液B2 では、センサは出力の低
下が見られず安定に使用できることがわかる。図4は、
図3と同様の測定を、実際にある河川で測定を行った結
果である。 【0017】この測定でも、上記の結果と同じで、本発
明の緩衝液B2 では、バイオセンサ立上げ後、河川水を
測定しても、センサは出力が一定で、低下が見られず、
安定に使用できることがわかる。以上の結果より、従来
のキレート態鉄とマグネシウムイオンの両方を添加した
四ホウ酸ナトリウム水溶液に、炭酸水素ナトリウムを添
加したホウ酸緩衝溶液が、バイオセンサ応用水質計に適
していることが判明した。 【0018】この炭酸水素ナトリウムを添加した本発明
の緩衝溶液が、バイオセンサ立上げ後、河川水を測定し
ても、センサは出力の低下が見られないのは、次のよう
な理由によるものと推定される。硝化菌を含む化学合成
独立栄養細菌が炭酸固定をする場合には、二酸化炭素
(炭酸イオン)を唯一の炭素源としている。また、硝化
菌が窒素固定をする場合には、アンモニアイオンをエネ
ルギー源としている。硝化菌は、炭酸イオンを利用する
炭酸固定の場合には、酸素を必要としないが、アンモニ
アイオンを利用する窒素固定の場合には、酸素を必要と
する。これは硝化菌の呼吸である。 【0019】硝化菌を保持した微生物膜をバイオセンサ
に装着し、校正を行っているときには、緩衝溶液に炭酸
イオンが含まれていないために、硝化菌は炭素の欠乏状
態が続いている。ここに、炭酸イオンを含む検水が流入
すると、一気に硝化菌による炭酸の固定が始まり、その
量は窒素の固定、すなわち呼吸量よりも多くなる。この
ため、センサは見かけ上酸素を消費しなくなることによ
りセンサ出力が低下するものと考えられる。 【0020】この理由から、緩衝溶液中に炭酸イオンの
供給源となる炭酸水素ナトリウムを添加すると、校正中
にも炭酸の固定が行われ、呼吸とのバランスが保たれ
る、検水流入時のセンサ出力の低下を防ぐことができる
ものと考えられる。 【0021】 【発明の効果】本発明の緩衝液を使用することにより、
バイオセンサを安定に立ち上げることができ、バイオセ
ンサ応用計測器の測定確度の向上と誤作動とを防ぐこと
ができる。その結果、水質を安定して連続監視でき、よ
り実用性の高いバイオセンサ応用水質計を提供できる。
式図 【図3】ミネラルウォーターを測定したときの炭酸水素
ナトリウムの効果の比較図 【図4】河川水を測定したときの炭酸水素ナトリウムの
効果の比較図 【符号の説明】 1 : バイオセンサ 2 : 恒温槽 3 : 検水 4 : 純水 5 : 酸洗浄水 6a: 緩衝液A 6b: 緩衝液B 7a〜7g: 電磁弁 8a〜8b: 送液ポンプ 9 : 熱交換器 10 : エアポンプ 11 : 圧力センサ 12 : ローラークランプ 13 : 二方切換三方弁 14 : 表示部 15 : 制御部 16 : 記録計 17 : 測定部 18 : フローセル 19 : 溶存酸素電極 20 : 試料流路 21 : 正極 22 : 負極 23 : 電極液 24 : 隔膜 25 : 固定化微生物膜 26 : ステンレス製金網 27a〜27c:Oリング 28a〜28b:リード線 29 : ワッシャー
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】河川水や地下水などの水道原水や下、排水
処理プロセスの流入水中の化学物質を計測するバイオセ
ンサを利用した水質計において、使用する緩衝溶液が、
炭酸水素ナトリウム、キレート態鉄とマグネシウムイオ
ンを添加した四ホウ酸ナトリウム水溶液であることを特
徴とするバイオセンサ応用水質計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31698797A JP3522512B2 (ja) | 1997-11-18 | 1997-11-18 | バイオセンサ応用水質計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31698797A JP3522512B2 (ja) | 1997-11-18 | 1997-11-18 | バイオセンサ応用水質計 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH11153573A JPH11153573A (ja) | 1999-06-08 |
JP3522512B2 true JP3522512B2 (ja) | 2004-04-26 |
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ID=18083163
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31698797A Expired - Lifetime JP3522512B2 (ja) | 1997-11-18 | 1997-11-18 | バイオセンサ応用水質計 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4866304B2 (ja) * | 2007-06-19 | 2012-02-01 | メタウォーター株式会社 | 硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器 |
-
1997
- 1997-11-18 JP JP31698797A patent/JP3522512B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11153573A (ja) | 1999-06-08 |
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