硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器
【課題】 硝化細菌固定化膜の膜活性を維持し、センサとしての安定性を確保するようにした硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器を提供する。
【解決手段】 硝化細菌固定化膜と、溶存酸素電極とを備え、試料液中の化学物質を計測する硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器において、上記硝化細菌固定化膜の活性を維持するために、活性維持用試薬を使用し、該活性維持用試薬が硝化細菌固定化膜の活性を維持するための成分として、基質、炭酸イオン、リン酸イオン、銅イオン及びその他の栄養素を含有し、試料液のｐＨ及び導電率の変動を緩和するための成分として、上記活性維持用試薬にホウ酸及び塩化ナトリウムを含有してなることとした。
【解決手段】 硝化細菌固定化膜と、溶存酸素電極とを備え、試料液中の化学物質を計測する硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器において、上記硝化細菌固定化膜の活性を維持するために、活性維持用試薬を使用し、該活性維持用試薬が硝化細菌固定化膜の活性を維持するための成分として、基質、炭酸イオン、リン酸イオン、銅イオン及びその他の栄養素を含有し、試料液のｐＨ及び導電率の変動を緩和するための成分として、上記活性維持用試薬にホウ酸及び塩化ナトリウムを含有してなることとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下水道の各処理プロセスの水、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を目的とした硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオセンサは、溶液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、微生物や細胞など生体そのものを利用するものである。バイオセンサは、これらの生体材料からなる分子識別素子を多孔性高分子膜に包括又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液中の化学成分の測定を行うセンサである。そして、試料液を上記多孔性高分子膜に接触させ、これによって生じる生化学反応により生成又は消費される物質の濃度変化を、上記電気化学的検出器の出力（電流、電圧など）変化に変換して測定する。
【０００３】
なお、既知濃度の被測定物質の標準液によって予め検量線を準備する。この検量線を基準に用い、試料液に対するセンサ出力に基づいて、試料液中の目的物質の濃度自体を算出することができる。
【０００４】
例えば、特公平７−８５０７２号公報（特許文献１）には、生体材料として有害物質に極めて弱い微生物である硝化細菌をアルギン酸ゲルによってセルロース膜上に包括固定化した硝化細菌固定化膜を用い、トランスデューサとして溶存酸素電極を用いた水中の毒物検出用バイオセンサが記載されている。
このバイオセンサでは、硝化細菌の呼吸速度を連続モニタリングして、検水中に毒物が混入した時の硝化細菌の呼吸速度低下率を基に毒物検出を行うことができる。
【０００５】
しかし、従来、このようなバイオセンサの使用にあたって、その安定性が得られないことが経験されており、適用可能な水質条件に制限があったため、改善が望まれていた。
【特許文献１】特公平７−８５０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、硝化細菌固定化膜の膜活性を維持し、センサとしての安定性を確保するようにした硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器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】
上記目的を達成するために、本発明は、硝化細菌固定化膜と、溶存酸素電極とを備え、試料液中の化学物質を計測する硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器において、上記硝化細菌固定化膜の活性を維持するために、活性維持用試薬を使用し、該活性維持用試薬が硝化細菌固定化膜の活性を維持するための成分として、基質、炭酸イオン、リン酸イオン、銅イオン及びその他の栄養素を含有し、試料液のｐＨ及び導電率の変動を緩和するための成分として、上記活性維持用試薬にホウ酸及び塩化ナトリウムを含有してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、その一実施の形態で、上記試料液と上記活性維持用試薬とを混合して、バイオセンサへ通水される流入液中の炭酸イオン濃度を１８〜１８０ｍｇ／Ｌ、リン酸イオン濃度を１２．５〜５０ｍｇ／Ｌ、銅イオン濃度を５０〜１０００μｇ／Ｌ、塩化ナトリウム濃度を０〜１．５ｇ／Ｌとしている。
【０００９】
また、本発明は、その一実施の形態で、上記硝化細菌が、アンモニア酸化細菌であり、上記活性維持用試薬が、上記基質としてアンモニウムイオンを含み、上記その他の栄養素として鉄イオン及びマグネシウムイオンを含む。
また、本発明は、その一実施の形態で、上記硝化細菌が、亜硝酸酸化細菌であり、上記活性維持用試薬が、上記基質として亜硝酸イオンを含み、上記その他の栄養素として鉄イオン、マグネシウムイオン、マンガンイオン、カルシウムイオン、モリブデンイオン、コバルトイオン、及び亜鉛イオンを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、貧栄養水や高硬度水といった従来対応困難であった試料水においても安定した測定が可能となり、より実用性の高い硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器について、その実施の形態を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００１２】
本発明に係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器に採用することのできるバイオセンサの一実施の形態を、図1に示す。
【００１３】
このバイオセンサ１０は、試料液の流路１２ａが設けられたフローセル１２と、硝化細菌を固定化した硝化細菌固定化膜２０と、溶存酸素電極１１とから構成されている。そして、硝化細菌固定化膜２０の一方の面は、流路１２ａ中の試料液と接するように配置され、もう一方の面は溶存酸素電極１１と接するように配置されている。
硝化細菌固定化膜２０は、多孔性高分子膜に、硝化細菌を固定化したものである。なお、硝化細菌とはアンモニア酸化細菌群と亜硝酸酸化細菌群の総称である。
【００１４】
このバイオセンサ１０では、試料液を硝化細菌固定化膜２０に接触させ、これによって生じる生化学反応により生成又は消費される物質の濃度変化を、上記電気化学的検出器の出力（電流、電圧など）変化に変換して測定する。
なお、流入液とは、試料液そのものの他、試料液と上記活性維持用試薬等とを混合したもの等も含む概念である。
このバイオセンサ１０の使用にあたっては、既知濃度の被測定物質の標準液によって予め検量線を準備する。この検量線を基準に用い、試料液に対するセンサ出力に基づいて、試料液中の目的物質の濃度自体を算出する。これによって出力変化を測定すること可能となる。
【００１５】
本発明に係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器は、図１に示したようなバイオセンサ１０を核として、送風／送液機構、流路切替機構及び各機構の制御部を備えて構成することができる。
【００１６】
図２に硝化細菌固定化膜２０の構成について、その一形態を示す。この形態では、硝化細菌固定化膜２０は、円形の多孔質のセルロース膜２１、２２が、両面テープ２３によって貼り合わされたものである。その中心部に、硝化細菌が固定化された所定の大きさの円形状菌体固定化部２４を有している。なお、両面テープ２３は、菌体固定化部２４と重ならないように、中心部が所定の大きさにくりぬかれたドーナツ状をなしている。
【００１７】
本発明に係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器は、１日１回〜数回、純水と、基質は含まず、必須栄養素を含んだ緩衝溶液（以下、校正液と表記）を通水し、センサの自動校正を行う。そして、測定時には試料液と、基質及び必須栄養素（活性維持用試薬）を含んだ緩衝溶液（以下、フィード液と表記）とを混合して通水し、試料液中への有害物質の混入検知を目的とした連続モニタリングを行う。なお、基質及び必須栄養素は、硝化細菌固定化膜２０の活性維持用試薬となる。
【００１８】
図３にセンサ出力の推移例を示す。基質がない状態で校正を行っている。有害物質が混入すると、センサ出力が低下し、有害物質の混入が検知される。
【００１９】
上記フィード液及び校正液（以下、これらを総称してセンサ試薬とも表記することがある）に採用される緩衝液として、例えば、ｐＨ８〜９付近に緩衝能を持つリン酸緩衝溶液、又はホウ酸緩衝溶液を用いる。これにより、試料液のｐＨが変動してもバイオセンサ内のｐＨは一定に保たれる。このため、硝化細菌固定化膜２０の活性が維持され、安定に機能する。ただし、センサ試薬がリン酸緩衝溶液である場合、硬度成分（カルシウムイオン）とリン酸が化学反応し、リン酸カルシウムが流路内に析出して流路閉塞を起こす等の問題があるため、ホウ酸緩衝溶液を用いるのが一般的である。
【００２０】
次に、本発明に係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器に想到するに至るために、前提となった課題が導かれた経緯を説明する。
従来の硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器では、表1に示すような組成のフィード液を使用している。校正液の組成は上記組成から基質成分を除いたものである。微生物の生育に必要な栄養素として、鉄イオン、マグネシウムイオン及び炭酸イオンを添加している。鉄イオンは電子伝達系酵素に、マグネシウムイオンはＤＮＡ合成酵素及び代謝酵素に必要な成分であり、炭酸イオンは細胞形成における炭素源として必要な成分である。なお、バイオセンサを安定に機能させるための保守頻度の目標仕様は1回／月としている。
【００２１】
【表１】
【００２２】
ところが、硬度成分の多い試料液（以下、高硬度水と表記）では、栄養素の一つである炭酸イオンとカルシウムイオンが化学反応して流路や硝化細菌固定化膜及び上記膜支持用ナイロン網上に析出し、流路閉塞を起こしたり、有害物質に対する応答性及び測定感度の低下を起こしたりするため、目標仕様を達成できない場合があることが判明した。
【００２３】
図４に、表１のようなセンサ試薬を用い、カルシウム硬度とセンサ連続運転可能日数との関係性を示した。なお、この関係を得るにあたり、校正時のセンサ出力の下限閾値を初期値の５０％とし、５０％以下になった場合、運転継続不可と判定した。
【００２４】
従来のセンサ試薬では、保守頻度１回／月を達成可能なカルシウム硬度は約６０ｍｇ／Ｌであり、全国の水道原水の約８０％であった。ただし、保守頻度低減の要求があることから、目標仕様を保守頻度１回／２ヶ月とした場合、目標達成可能なカルシウム硬度は約４０ｍｇ／Ｌであり、全国の水道原水の約６０％であった。
ここで、図５に全国の水道原水の総硬度（カルシウム硬度×１．３３）に関する統計データを示す。
【００２５】
一方、硬度成分析出の問題はないが、非常に清澄で栄養成分の少ない試料液（以下、貧栄養水と表記）では、硝化細菌固定化膜２０内の菌数や個体活性（以下、膜活性と表記）の低下により保守頻度の目標仕様を達成できない場合があることが判明した。なお、このような検討にあたっては、図３で示したようなセンサ出力を（１）式に代入して求めることができる、酸素消費率を膜活性の指標とし、酸素消費率が５０％以下となった場合、運転継続不可と判定した。
酸素消費率（％）＝（１−Ｂ／Ａ）×１００ （１）
【００２６】
このような酸素消費率の変化について、硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器のうち、アンモニア酸化細菌バイセンサ応用水質計測器の事例をもとに説明する。
図６に、脱塩素水道水及び貧栄養水として純水を試料液とした場合の酸素消費率の推移例を示す。脱塩素水道水を試料液とした場合、酸素消費率は、ほぼ１００％で推移し、１ヶ月連続運転可能であったのに対し、その後、試料液を純水に変更したところ、約１日後に酸素消費率が低下し始め、３日後には運転継続不可能となった。
【００２７】
純水をバイオセンサに通水し、従来のセンサ試薬と混合した場合、バイオセンサ内の硝化細菌にとって、必須栄養素不足のような、脱塩素水道水とは異なる不適当な生育条件となり、膜活性が低下するものと考えられる。
以上の結果から、保守頻度の目標仕様を１回／２ヶ月とした場合、全国の水道原水のうち、適用可能な水質である水道原水は６０％以下であることが判明した。
このようにして、硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器の適用範囲を拡大するためには、高硬度水や貧栄養水を通水した場合でも、バイオセンサが安定に機能するよう、センサ試薬の改良を行う必要があることが判明した。
【００２８】
以上のようにして導出された課題に対し、本発明に係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器では、上記硝化細菌固定化膜の活性を維持するために、活性維持用試薬が硝化細菌固定化膜の活性を維持するための成分として、基質、炭酸イオン、リン酸イオン、銅イオン及びその他の栄養素を含有し、試料液のｐＨ及び導電率の変動を緩和するための成分として、上記活性維持用試薬にホウ酸及び塩化ナトリウムを含有するようにしたことで、その解決を図ることとした。
【００２９】
高硬度水に対する課題を解決する手段については、アンモニア酸化細菌バイオセンサを用いて鋭意検討した。
図７にセンサ試薬の炭酸イオン濃度を従来の１３％及び２０％とし、試料液のカルシウム硬度を１００ｍｇ／Ｌとした場合のセンサ校正時出力の推移を示す。２ヶ月連続運転を行った結果、２条件ともにセンサ校正時出力は許容範囲内であり、炭酸イオン濃度のより低い前者の方では、炭酸カルシウム析出によるセンサ校正時出力の低下はほとんど見られないことが判明した。なお、全国の水道原水の約９割がカルシウム硬度７５ｍｇ／Ｌ（総硬度１００ｍｇ／Ｌ）以下であることから、高硬度水を試料液とした場合、センサ試薬の炭酸イオン濃度を従来の２０％以下に低減すれば、全国の水道原水の９割を超える地点で保守頻度１回／２ヶ月を達成可能であることが判明した。
【００３０】
次に、貧栄養水に対する課題を解決する手段について、上記バイオセンサを用いて検討した結果を以下に記す。従来のセンサ試薬組成（表１）と、特願２００３−３２５９７３に開示されている培地組成（表２）を比較すると、栄養素として、細胞形成に必要なリン酸イオンと、アンモニア酸化酵素に必要な銅イオンが不足していることが分かった。培地の母液は純水であることから、センサ試薬に上記栄養素を追加することが膜活性を維持するのに有効な手段と考えた。
【００３１】
【表２】
【００３２】
また、貧栄養水の極端な例である純水と、種々のイオンを含んでいる脱塩素水道水との水質を比較した場合、大きく異なるのは導電率であり、前者は、ほぼ０ｍＳ／ｃｍであるのに対し、後者は約２００ｍＳ／ｃｍであった。
そこで、純水に栄養素ではない塩化ナトリウムを添加し、脱塩素水道水と同等の導電率に調整して通水し、無添加の場合と比較検討した。なお、本検討では、従来のセンサ試薬に銅イオン及びリン酸イオンを追加して、両栄養素のバイオセンサ内濃度が代表的な河川水通水時を超えるように設定した。
表３に本検討でのセンサ試薬組成を、図８に上記試験結果を示す。
【００３３】
【表３】
【００３４】
塩化ナトリウム無添加の場合、運転開始２４時間後から膜活性が低下し始め、６０時間後には継続運転不可能な状態にまで膜活性が低下した。これに対し、塩化ナトリウム添加の場合、２００時間経過しても運転可能な膜活性を維持していた。この結果から、銅イオンやリン酸イオンといった栄養素を追加するだけでは不十分であり、センサ試薬に塩化ナトリウムを添加し、純水とセンサ試薬を通水した場合でも、脱塩素水道水と従来のセンサ試薬を通水した場合と同等以上の導電率となるよう調整することが、膜活性を維持するのに有効な手段であることが判明した。
【００３５】
以上の結果により、本発明係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器で使用する試薬は、膜活性を維持するための成分である基質及び各種栄養素を含有し、さらに、試料液の水質のうち、ｐＨ及び導電率の変動を緩和するための成分である、ホウ酸及び塩化ナトリウムを含有することが了解される。
【００３６】
また、上記各種栄養素は、アンモニア酸化細菌バイオセンサの場合、一般的には、鉄イオン、マグネシウムイオン、銅イオン、炭酸イオン、リン酸イオンである。
亜硝酸酸化細菌バイオセンサの場合、一般的には、鉄イオン、マグネシウムイオン、銅イオン、炭酸イオン、リン酸イオン、マンガンイオン、カルシウムイオン、モリブデンイオン、コバルトイオン、亜鉛イオンである。
【００３７】
そして、後に説明する実施例１、実施例２の結果から、バイオセンサへ通水される流入液中の炭酸イオン濃度は１８〜１８０ｍｇ／Ｌ、リン酸イオン濃度は１２．５〜５０ｍｇ／Ｌ、銅イオン濃度は５０〜１０００μｇ／Ｌ、塩化ナトリウム濃度は０〜１．５ｇ／Ｌ範囲が好適である。
【実施例】
【００３８】
以下に、本発明をアンモニア酸化細菌の代表菌株であるＮｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｅｕｒｏｐａｅａ （ＡＴＣＣ２５９７８）を用いた場合の実施例１、及び亜硝酸酸化細菌の代表菌株であるＮｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ ｗｉｎｏｇｒａｄｓｋｙｉ （ＡＴＣＣ２５３９１）を用いた場合の実施例２に基づき説明する。
【００３９】
なお、実施例１でのアンモニア酸化細菌の培養は表２に示す高圧滅菌した培地を用いて、すべて無菌的に操作した。また、培養条件を１０％接種、温度３０℃、振謄機回転数１５０ｒｐｍとし、６日間振謄培養を行った。
【００４０】
また、実施例２での亜硝酸酸化細菌の培養は、表７（後出）に示す高圧滅菌した培地を用いて、すべて無菌的に操作した。また、培養条件をｐＨ７．５、１０％接種、温度２８℃とし、７日間静置培養を行った。実施例１及び２ともに、培地調製水はＭｉｌｌｉｐｏｒｅ社製純水製造装置（Ｅｌｉｘ１０）で製造した純水とした。上記純水の比抵抗は１５ＭΩ以上であった。
【００４１】
実施例１
アンモニア酸化細菌バイオセンサの貧栄養水対応用センサ試薬の最適組成を検討するため、ホウ酸、鉄イオン、及びマグネシウムイオンの濃度は固定し、銅イオン、炭酸イオン、リン酸イオン及び塩化ナトリウムの濃度を変えてセンサ連続運転試験を行った。なお、試料液は純水とした。表４に検討した８種類の組成を比較検討した結果を示す。
【００４２】
【表４】
【００４３】
組成Ａ〜Ｄの結果を比較すると、塩化ナトリウム濃度のみを上昇させることにより、膜活性を維持することが可能となり、センサ内の塩化ナトリウム濃度は１．５ｇ／Ｌが適していることが判明した。
【００４４】
次に、組成Ｄ〜Ｈの結果を比較し、銅イオン、炭酸イオン、リン酸イオンの最適濃度について説明する。
炭酸イオンについて２種の濃度を検討した結果（組成Ｄ，Ｅ）、現行濃度（１８０ｍｇ／Ｌ）の１／１０量である１８ｍｇ／Ｌとした時に、膜活性が上昇したことから、炭酸イオン濃度は１８〜１８０ｍｇ／Ｌの範囲が好ましく、１８ｍｇ／Ｌがより好ましいことが了解される。
【００４５】
リン酸イオンについて３種の濃度を検討した結果（組成Ｅ〜Ｇ）、リン酸イオンを５０ｍｇ／Ｌから５ｍｇ／Ｌへと低減すると、膜活性が低下する傾向が見られたことから、リン酸イオン濃度は１２．５〜５０ｍｇ／Ｌの範囲が好ましく、５０ｍｇ／Ｌがより好ましいことが了解される。
【００４６】
銅イオンについて２種の濃度を検討した結果（組成Ｇ，Ｈ）、銅イオンを５０μｇ／Ｌから５μｇ／Ｌへと低減すると、膜活性が低下する傾向が見られたことから、銅イオン濃度は５０μｇ／Ｌ以上が好ましいことが分かった。なお、銅イオン濃度が１０００μｇ／Ｌを超えると毒性を発現する場合があることから、銅イオン濃度範囲は５０〜１０００μｇ／Ｌであることが、好ましい。
【００４７】
表５に、純水を試料液とした場合でも、膜活性が上昇する傾向を示した試薬組成（組成Ｅ）を示す。純水を試料液とし、上記試薬を用いてバイオセンサの２ヶ月連続運転試験を行った結果、酸素消費率は８０％以上で経過したことから、保守頻度１回／２ヶ月を達成することができた。
【００４８】
なお、上記試薬において試料液中の硬度成分（カルシウムイオン）と化学反応を起こす成分（炭酸イオン及びリン酸イオン）の濃度は、従来試薬の炭酸イオン濃度の２５％に低減されていることから、試料液が高硬度水の場合においても対応可能な試薬組成である。
【００４９】
ただし、高硬度水の場合は種々の金属イオンや無機酸イオンを含有しているため、導電率や栄養素不足の問題はあまりないことから、表５の組成のうち、塩化ナトリウム、リン酸イオン、銅イオンの濃度を低減することが可能である。表６に上記成分濃度を低減した例を示す。
【００５０】
【表５】
【表６】
【００５１】
以上の結果から、従来のセンサ試薬では対応困難であった貧栄養水、あるいは高硬度水を試料液とした場合においても、膜活性の維持及び硬度成分のセンサ内析出防止を可能とするセンサ試薬を提供し、アンモニア酸化細菌バイオセンサを応用した水質計測器の実用性を向上することが可能となった。
【００５２】
実施例２
亜硝酸酸化細菌バイオセンサの貧栄養水対応用センサ試薬の最適組成を検討するため、表８に示すように、ホウ酸、鉄イオン、マグネシウムイオン、銅イオン、炭酸イオン、リン酸イオンの濃度及び塩化ナトリウムの濃度は、実施例１の表５の組成と同一とし、基質を亜硝酸イオンに替え、マンガンイオン、カルシウムイオン、モリブデンイオン、コバルトイオン、及び亜鉛イオンを更に添加した試薬組成とした。なお、追加添加した各必須栄養素の濃度は表７に示すように、特願２００６−１０５８０６記載の亜硝酸酸化細菌用培地組成と同一とした。
純水を試料液とし、上記試薬を用いてバイオセンサの２ヶ月連続運転試験を行った結果、酸素消費率は実施例１と同様に酸素消費率が８０％以上で経過したことから、保守頻度１回／２ヶ月を達成することができた。ただし、高硬度水の場合は種々の金属イオンや無機酸イオンを含有しているため、導電率や栄養素不足の問題はあまりないことから、表７の組成のうち、塩化ナトリウム、リン酸イオン、モリブデンイオン、コバルトイオン、及び亜鉛イオンの濃度を低減することが可能である。表９に上記成分濃度を低減した例を示す。
【００５３】
【表７】
【表８】
【００５４】
以上の結果から、従来のセンサ試薬では対応困難であった貧栄養水、又は高硬度水を試料液とした場合においても、膜活性の維持及び硬度成分のセンサ内析出防止を可能とするセンサ試薬を提供し、亜硝酸酸化細菌バイオセンサを応用した水質計測器の実用性を向上することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に採用することのできるバイオセンサ（微生物センサ）の一実施の形態についてその構成例を示す模式図である。
【図２】硝化細菌固定化膜の一実施の構成例を示す模式図である。
【図３】図３のようなバイオセンサの出力推移例を示すグラフである。
【図４】カルシウム硬度とセンサ連続運転可能日数との関係を示すグラフである。
【図５】全国の水道原水の総硬度（カルシウム硬度×1.33）に関する統計データを示すグラフである。
【図６】試料液の水質の膜活性への影響を示すグラフである。
【図７】センサ試薬中の炭酸イオン濃度のバイオセンサ校正時出力への影響を示すグラフである。
【図８】塩化ナトリウム添加（試料液の導電率調整）による膜活性（酸素消費率）への影響を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０ バイオセンサ
１１ 溶存酸素電極
１２ フローセル
１２ａ 試料液流路
２０ 硝化細菌固定化膜
２１ セルロース膜
２２ セルロース膜
２３ ドーナツ状両面テープ
２４ 菌体固定化部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下水道の各処理プロセスの水、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を目的とした硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオセンサは、溶液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、微生物や細胞など生体そのものを利用するものである。バイオセンサは、これらの生体材料からなる分子識別素子を多孔性高分子膜に包括又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液中の化学成分の測定を行うセンサである。そして、試料液を上記多孔性高分子膜に接触させ、これによって生じる生化学反応により生成又は消費される物質の濃度変化を、上記電気化学的検出器の出力（電流、電圧など）変化に変換して測定する。
【０００３】
なお、既知濃度の被測定物質の標準液によって予め検量線を準備する。この検量線を基準に用い、試料液に対するセンサ出力に基づいて、試料液中の目的物質の濃度自体を算出することができる。
【０００４】
例えば、特公平７−８５０７２号公報（特許文献１）には、生体材料として有害物質に極めて弱い微生物である硝化細菌をアルギン酸ゲルによってセルロース膜上に包括固定化した硝化細菌固定化膜を用い、トランスデューサとして溶存酸素電極を用いた水中の毒物検出用バイオセンサが記載されている。
このバイオセンサでは、硝化細菌の呼吸速度を連続モニタリングして、検水中に毒物が混入した時の硝化細菌の呼吸速度低下率を基に毒物検出を行うことができる。
【０００５】
しかし、従来、このようなバイオセンサの使用にあたって、その安定性が得られないことが経験されており、適用可能な水質条件に制限があったため、改善が望まれていた。
【特許文献１】特公平７−８５０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、硝化細菌固定化膜の膜活性を維持し、センサとしての安定性を確保するようにした硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器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】
上記目的を達成するために、本発明は、硝化細菌固定化膜と、溶存酸素電極とを備え、試料液中の化学物質を計測する硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器において、上記硝化細菌固定化膜の活性を維持するために、活性維持用試薬を使用し、該活性維持用試薬が硝化細菌固定化膜の活性を維持するための成分として、基質、炭酸イオン、リン酸イオン、銅イオン及びその他の栄養素を含有し、試料液のｐＨ及び導電率の変動を緩和するための成分として、上記活性維持用試薬にホウ酸及び塩化ナトリウムを含有してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、その一実施の形態で、上記試料液と上記活性維持用試薬とを混合して、バイオセンサへ通水される流入液中の炭酸イオン濃度を１８〜１８０ｍｇ／Ｌ、リン酸イオン濃度を１２．５〜５０ｍｇ／Ｌ、銅イオン濃度を５０〜１０００μｇ／Ｌ、塩化ナトリウム濃度を０〜１．５ｇ／Ｌとしている。
【０００９】
また、本発明は、その一実施の形態で、上記硝化細菌が、アンモニア酸化細菌であり、上記活性維持用試薬が、上記基質としてアンモニウムイオンを含み、上記その他の栄養素として鉄イオン及びマグネシウムイオンを含む。
また、本発明は、その一実施の形態で、上記硝化細菌が、亜硝酸酸化細菌であり、上記活性維持用試薬が、上記基質として亜硝酸イオンを含み、上記その他の栄養素として鉄イオン、マグネシウムイオン、マンガンイオン、カルシウムイオン、モリブデンイオン、コバルトイオン、及び亜鉛イオンを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、貧栄養水や高硬度水といった従来対応困難であった試料水においても安定した測定が可能となり、より実用性の高い硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器について、その実施の形態を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００１２】
本発明に係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器に採用することのできるバイオセンサの一実施の形態を、図1に示す。
【００１３】
このバイオセンサ１０は、試料液の流路１２ａが設けられたフローセル１２と、硝化細菌を固定化した硝化細菌固定化膜２０と、溶存酸素電極１１とから構成されている。そして、硝化細菌固定化膜２０の一方の面は、流路１２ａ中の試料液と接するように配置され、もう一方の面は溶存酸素電極１１と接するように配置されている。
硝化細菌固定化膜２０は、多孔性高分子膜に、硝化細菌を固定化したものである。なお、硝化細菌とはアンモニア酸化細菌群と亜硝酸酸化細菌群の総称である。
【００１４】
このバイオセンサ１０では、試料液を硝化細菌固定化膜２０に接触させ、これによって生じる生化学反応により生成又は消費される物質の濃度変化を、上記電気化学的検出器の出力（電流、電圧など）変化に変換して測定する。
なお、流入液とは、試料液そのものの他、試料液と上記活性維持用試薬等とを混合したもの等も含む概念である。
このバイオセンサ１０の使用にあたっては、既知濃度の被測定物質の標準液によって予め検量線を準備する。この検量線を基準に用い、試料液に対するセンサ出力に基づいて、試料液中の目的物質の濃度自体を算出する。これによって出力変化を測定すること可能となる。
【００１５】
本発明に係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器は、図１に示したようなバイオセンサ１０を核として、送風／送液機構、流路切替機構及び各機構の制御部を備えて構成することができる。
【００１６】
図２に硝化細菌固定化膜２０の構成について、その一形態を示す。この形態では、硝化細菌固定化膜２０は、円形の多孔質のセルロース膜２１、２２が、両面テープ２３によって貼り合わされたものである。その中心部に、硝化細菌が固定化された所定の大きさの円形状菌体固定化部２４を有している。なお、両面テープ２３は、菌体固定化部２４と重ならないように、中心部が所定の大きさにくりぬかれたドーナツ状をなしている。
【００１７】
本発明に係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器は、１日１回〜数回、純水と、基質は含まず、必須栄養素を含んだ緩衝溶液（以下、校正液と表記）を通水し、センサの自動校正を行う。そして、測定時には試料液と、基質及び必須栄養素（活性維持用試薬）を含んだ緩衝溶液（以下、フィード液と表記）とを混合して通水し、試料液中への有害物質の混入検知を目的とした連続モニタリングを行う。なお、基質及び必須栄養素は、硝化細菌固定化膜２０の活性維持用試薬となる。
【００１８】
図３にセンサ出力の推移例を示す。基質がない状態で校正を行っている。有害物質が混入すると、センサ出力が低下し、有害物質の混入が検知される。
【００１９】
上記フィード液及び校正液（以下、これらを総称してセンサ試薬とも表記することがある）に採用される緩衝液として、例えば、ｐＨ８〜９付近に緩衝能を持つリン酸緩衝溶液、又はホウ酸緩衝溶液を用いる。これにより、試料液のｐＨが変動してもバイオセンサ内のｐＨは一定に保たれる。このため、硝化細菌固定化膜２０の活性が維持され、安定に機能する。ただし、センサ試薬がリン酸緩衝溶液である場合、硬度成分（カルシウムイオン）とリン酸が化学反応し、リン酸カルシウムが流路内に析出して流路閉塞を起こす等の問題があるため、ホウ酸緩衝溶液を用いるのが一般的である。
【００２０】
次に、本発明に係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器に想到するに至るために、前提となった課題が導かれた経緯を説明する。
従来の硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器では、表1に示すような組成のフィード液を使用している。校正液の組成は上記組成から基質成分を除いたものである。微生物の生育に必要な栄養素として、鉄イオン、マグネシウムイオン及び炭酸イオンを添加している。鉄イオンは電子伝達系酵素に、マグネシウムイオンはＤＮＡ合成酵素及び代謝酵素に必要な成分であり、炭酸イオンは細胞形成における炭素源として必要な成分である。なお、バイオセンサを安定に機能させるための保守頻度の目標仕様は1回／月としている。
【００２１】
【表１】
【００２２】
ところが、硬度成分の多い試料液（以下、高硬度水と表記）では、栄養素の一つである炭酸イオンとカルシウムイオンが化学反応して流路や硝化細菌固定化膜及び上記膜支持用ナイロン網上に析出し、流路閉塞を起こしたり、有害物質に対する応答性及び測定感度の低下を起こしたりするため、目標仕様を達成できない場合があることが判明した。
【００２３】
図４に、表１のようなセンサ試薬を用い、カルシウム硬度とセンサ連続運転可能日数との関係性を示した。なお、この関係を得るにあたり、校正時のセンサ出力の下限閾値を初期値の５０％とし、５０％以下になった場合、運転継続不可と判定した。
【００２４】
従来のセンサ試薬では、保守頻度１回／月を達成可能なカルシウム硬度は約６０ｍｇ／Ｌであり、全国の水道原水の約８０％であった。ただし、保守頻度低減の要求があることから、目標仕様を保守頻度１回／２ヶ月とした場合、目標達成可能なカルシウム硬度は約４０ｍｇ／Ｌであり、全国の水道原水の約６０％であった。
ここで、図５に全国の水道原水の総硬度（カルシウム硬度×１．３３）に関する統計データを示す。
【００２５】
一方、硬度成分析出の問題はないが、非常に清澄で栄養成分の少ない試料液（以下、貧栄養水と表記）では、硝化細菌固定化膜２０内の菌数や個体活性（以下、膜活性と表記）の低下により保守頻度の目標仕様を達成できない場合があることが判明した。なお、このような検討にあたっては、図３で示したようなセンサ出力を（１）式に代入して求めることができる、酸素消費率を膜活性の指標とし、酸素消費率が５０％以下となった場合、運転継続不可と判定した。
酸素消費率（％）＝（１−Ｂ／Ａ）×１００ （１）
【００２６】
このような酸素消費率の変化について、硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器のうち、アンモニア酸化細菌バイセンサ応用水質計測器の事例をもとに説明する。
図６に、脱塩素水道水及び貧栄養水として純水を試料液とした場合の酸素消費率の推移例を示す。脱塩素水道水を試料液とした場合、酸素消費率は、ほぼ１００％で推移し、１ヶ月連続運転可能であったのに対し、その後、試料液を純水に変更したところ、約１日後に酸素消費率が低下し始め、３日後には運転継続不可能となった。
【００２７】
純水をバイオセンサに通水し、従来のセンサ試薬と混合した場合、バイオセンサ内の硝化細菌にとって、必須栄養素不足のような、脱塩素水道水とは異なる不適当な生育条件となり、膜活性が低下するものと考えられる。
以上の結果から、保守頻度の目標仕様を１回／２ヶ月とした場合、全国の水道原水のうち、適用可能な水質である水道原水は６０％以下であることが判明した。
このようにして、硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器の適用範囲を拡大するためには、高硬度水や貧栄養水を通水した場合でも、バイオセンサが安定に機能するよう、センサ試薬の改良を行う必要があることが判明した。
【００２８】
以上のようにして導出された課題に対し、本発明に係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器では、上記硝化細菌固定化膜の活性を維持するために、活性維持用試薬が硝化細菌固定化膜の活性を維持するための成分として、基質、炭酸イオン、リン酸イオン、銅イオン及びその他の栄養素を含有し、試料液のｐＨ及び導電率の変動を緩和するための成分として、上記活性維持用試薬にホウ酸及び塩化ナトリウムを含有するようにしたことで、その解決を図ることとした。
【００２９】
高硬度水に対する課題を解決する手段については、アンモニア酸化細菌バイオセンサを用いて鋭意検討した。
図７にセンサ試薬の炭酸イオン濃度を従来の１３％及び２０％とし、試料液のカルシウム硬度を１００ｍｇ／Ｌとした場合のセンサ校正時出力の推移を示す。２ヶ月連続運転を行った結果、２条件ともにセンサ校正時出力は許容範囲内であり、炭酸イオン濃度のより低い前者の方では、炭酸カルシウム析出によるセンサ校正時出力の低下はほとんど見られないことが判明した。なお、全国の水道原水の約９割がカルシウム硬度７５ｍｇ／Ｌ（総硬度１００ｍｇ／Ｌ）以下であることから、高硬度水を試料液とした場合、センサ試薬の炭酸イオン濃度を従来の２０％以下に低減すれば、全国の水道原水の９割を超える地点で保守頻度１回／２ヶ月を達成可能であることが判明した。
【００３０】
次に、貧栄養水に対する課題を解決する手段について、上記バイオセンサを用いて検討した結果を以下に記す。従来のセンサ試薬組成（表１）と、特願２００３−３２５９７３に開示されている培地組成（表２）を比較すると、栄養素として、細胞形成に必要なリン酸イオンと、アンモニア酸化酵素に必要な銅イオンが不足していることが分かった。培地の母液は純水であることから、センサ試薬に上記栄養素を追加することが膜活性を維持するのに有効な手段と考えた。
【００３１】
【表２】
【００３２】
また、貧栄養水の極端な例である純水と、種々のイオンを含んでいる脱塩素水道水との水質を比較した場合、大きく異なるのは導電率であり、前者は、ほぼ０ｍＳ／ｃｍであるのに対し、後者は約２００ｍＳ／ｃｍであった。
そこで、純水に栄養素ではない塩化ナトリウムを添加し、脱塩素水道水と同等の導電率に調整して通水し、無添加の場合と比較検討した。なお、本検討では、従来のセンサ試薬に銅イオン及びリン酸イオンを追加して、両栄養素のバイオセンサ内濃度が代表的な河川水通水時を超えるように設定した。
表３に本検討でのセンサ試薬組成を、図８に上記試験結果を示す。
【００３３】
【表３】
【００３４】
塩化ナトリウム無添加の場合、運転開始２４時間後から膜活性が低下し始め、６０時間後には継続運転不可能な状態にまで膜活性が低下した。これに対し、塩化ナトリウム添加の場合、２００時間経過しても運転可能な膜活性を維持していた。この結果から、銅イオンやリン酸イオンといった栄養素を追加するだけでは不十分であり、センサ試薬に塩化ナトリウムを添加し、純水とセンサ試薬を通水した場合でも、脱塩素水道水と従来のセンサ試薬を通水した場合と同等以上の導電率となるよう調整することが、膜活性を維持するのに有効な手段であることが判明した。
【００３５】
以上の結果により、本発明係る硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器で使用する試薬は、膜活性を維持するための成分である基質及び各種栄養素を含有し、さらに、試料液の水質のうち、ｐＨ及び導電率の変動を緩和するための成分である、ホウ酸及び塩化ナトリウムを含有することが了解される。
【００３６】
また、上記各種栄養素は、アンモニア酸化細菌バイオセンサの場合、一般的には、鉄イオン、マグネシウムイオン、銅イオン、炭酸イオン、リン酸イオンである。
亜硝酸酸化細菌バイオセンサの場合、一般的には、鉄イオン、マグネシウムイオン、銅イオン、炭酸イオン、リン酸イオン、マンガンイオン、カルシウムイオン、モリブデンイオン、コバルトイオン、亜鉛イオンである。
【００３７】
そして、後に説明する実施例１、実施例２の結果から、バイオセンサへ通水される流入液中の炭酸イオン濃度は１８〜１８０ｍｇ／Ｌ、リン酸イオン濃度は１２．５〜５０ｍｇ／Ｌ、銅イオン濃度は５０〜１０００μｇ／Ｌ、塩化ナトリウム濃度は０〜１．５ｇ／Ｌ範囲が好適である。
【実施例】
【００３８】
以下に、本発明をアンモニア酸化細菌の代表菌株であるＮｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｅｕｒｏｐａｅａ （ＡＴＣＣ２５９７８）を用いた場合の実施例１、及び亜硝酸酸化細菌の代表菌株であるＮｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ ｗｉｎｏｇｒａｄｓｋｙｉ （ＡＴＣＣ２５３９１）を用いた場合の実施例２に基づき説明する。
【００３９】
なお、実施例１でのアンモニア酸化細菌の培養は表２に示す高圧滅菌した培地を用いて、すべて無菌的に操作した。また、培養条件を１０％接種、温度３０℃、振謄機回転数１５０ｒｐｍとし、６日間振謄培養を行った。
【００４０】
また、実施例２での亜硝酸酸化細菌の培養は、表７（後出）に示す高圧滅菌した培地を用いて、すべて無菌的に操作した。また、培養条件をｐＨ７．５、１０％接種、温度２８℃とし、７日間静置培養を行った。実施例１及び２ともに、培地調製水はＭｉｌｌｉｐｏｒｅ社製純水製造装置（Ｅｌｉｘ１０）で製造した純水とした。上記純水の比抵抗は１５ＭΩ以上であった。
【００４１】
実施例１
アンモニア酸化細菌バイオセンサの貧栄養水対応用センサ試薬の最適組成を検討するため、ホウ酸、鉄イオン、及びマグネシウムイオンの濃度は固定し、銅イオン、炭酸イオン、リン酸イオン及び塩化ナトリウムの濃度を変えてセンサ連続運転試験を行った。なお、試料液は純水とした。表４に検討した８種類の組成を比較検討した結果を示す。
【００４２】
【表４】
【００４３】
組成Ａ〜Ｄの結果を比較すると、塩化ナトリウム濃度のみを上昇させることにより、膜活性を維持することが可能となり、センサ内の塩化ナトリウム濃度は１．５ｇ／Ｌが適していることが判明した。
【００４４】
次に、組成Ｄ〜Ｈの結果を比較し、銅イオン、炭酸イオン、リン酸イオンの最適濃度について説明する。
炭酸イオンについて２種の濃度を検討した結果（組成Ｄ，Ｅ）、現行濃度（１８０ｍｇ／Ｌ）の１／１０量である１８ｍｇ／Ｌとした時に、膜活性が上昇したことから、炭酸イオン濃度は１８〜１８０ｍｇ／Ｌの範囲が好ましく、１８ｍｇ／Ｌがより好ましいことが了解される。
【００４５】
リン酸イオンについて３種の濃度を検討した結果（組成Ｅ〜Ｇ）、リン酸イオンを５０ｍｇ／Ｌから５ｍｇ／Ｌへと低減すると、膜活性が低下する傾向が見られたことから、リン酸イオン濃度は１２．５〜５０ｍｇ／Ｌの範囲が好ましく、５０ｍｇ／Ｌがより好ましいことが了解される。
【００４６】
銅イオンについて２種の濃度を検討した結果（組成Ｇ，Ｈ）、銅イオンを５０μｇ／Ｌから５μｇ／Ｌへと低減すると、膜活性が低下する傾向が見られたことから、銅イオン濃度は５０μｇ／Ｌ以上が好ましいことが分かった。なお、銅イオン濃度が１０００μｇ／Ｌを超えると毒性を発現する場合があることから、銅イオン濃度範囲は５０〜１０００μｇ／Ｌであることが、好ましい。
【００４７】
表５に、純水を試料液とした場合でも、膜活性が上昇する傾向を示した試薬組成（組成Ｅ）を示す。純水を試料液とし、上記試薬を用いてバイオセンサの２ヶ月連続運転試験を行った結果、酸素消費率は８０％以上で経過したことから、保守頻度１回／２ヶ月を達成することができた。
【００４８】
なお、上記試薬において試料液中の硬度成分（カルシウムイオン）と化学反応を起こす成分（炭酸イオン及びリン酸イオン）の濃度は、従来試薬の炭酸イオン濃度の２５％に低減されていることから、試料液が高硬度水の場合においても対応可能な試薬組成である。
【００４９】
ただし、高硬度水の場合は種々の金属イオンや無機酸イオンを含有しているため、導電率や栄養素不足の問題はあまりないことから、表５の組成のうち、塩化ナトリウム、リン酸イオン、銅イオンの濃度を低減することが可能である。表６に上記成分濃度を低減した例を示す。
【００５０】
【表５】
【表６】
【００５１】
以上の結果から、従来のセンサ試薬では対応困難であった貧栄養水、あるいは高硬度水を試料液とした場合においても、膜活性の維持及び硬度成分のセンサ内析出防止を可能とするセンサ試薬を提供し、アンモニア酸化細菌バイオセンサを応用した水質計測器の実用性を向上することが可能となった。
【００５２】
実施例２
亜硝酸酸化細菌バイオセンサの貧栄養水対応用センサ試薬の最適組成を検討するため、表８に示すように、ホウ酸、鉄イオン、マグネシウムイオン、銅イオン、炭酸イオン、リン酸イオンの濃度及び塩化ナトリウムの濃度は、実施例１の表５の組成と同一とし、基質を亜硝酸イオンに替え、マンガンイオン、カルシウムイオン、モリブデンイオン、コバルトイオン、及び亜鉛イオンを更に添加した試薬組成とした。なお、追加添加した各必須栄養素の濃度は表７に示すように、特願２００６−１０５８０６記載の亜硝酸酸化細菌用培地組成と同一とした。
純水を試料液とし、上記試薬を用いてバイオセンサの２ヶ月連続運転試験を行った結果、酸素消費率は実施例１と同様に酸素消費率が８０％以上で経過したことから、保守頻度１回／２ヶ月を達成することができた。ただし、高硬度水の場合は種々の金属イオンや無機酸イオンを含有しているため、導電率や栄養素不足の問題はあまりないことから、表７の組成のうち、塩化ナトリウム、リン酸イオン、モリブデンイオン、コバルトイオン、及び亜鉛イオンの濃度を低減することが可能である。表９に上記成分濃度を低減した例を示す。
【００５３】
【表７】
【表８】
【００５４】
以上の結果から、従来のセンサ試薬では対応困難であった貧栄養水、又は高硬度水を試料液とした場合においても、膜活性の維持及び硬度成分のセンサ内析出防止を可能とするセンサ試薬を提供し、亜硝酸酸化細菌バイオセンサを応用した水質計測器の実用性を向上することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に採用することのできるバイオセンサ（微生物センサ）の一実施の形態についてその構成例を示す模式図である。
【図２】硝化細菌固定化膜の一実施の構成例を示す模式図である。
【図３】図３のようなバイオセンサの出力推移例を示すグラフである。
【図４】カルシウム硬度とセンサ連続運転可能日数との関係を示すグラフである。
【図５】全国の水道原水の総硬度（カルシウム硬度×1.33）に関する統計データを示すグラフである。
【図６】試料液の水質の膜活性への影響を示すグラフである。
【図７】センサ試薬中の炭酸イオン濃度のバイオセンサ校正時出力への影響を示すグラフである。
【図８】塩化ナトリウム添加（試料液の導電率調整）による膜活性（酸素消費率）への影響を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０ バイオセンサ
１１ 溶存酸素電極
１２ フローセル
１２ａ 試料液流路
２０ 硝化細菌固定化膜
２１ セルロース膜
２２ セルロース膜
２３ ドーナツ状両面テープ
２４ 菌体固定化部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝化細菌固定化膜と、溶存酸素電極とを備え、試料液中の化学物質を計測する硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器において、上記硝化細菌固定化膜の活性を維持するために、活性維持用試薬を使用し、該活性維持用試薬が硝化細菌固定化膜の活性を維持するための成分として、基質、炭酸イオン、リン酸イオン、銅イオン及びその他の栄養素を含有し、試料液のｐＨ及び導電率の変動を緩和するための成分として、上記活性維持用試薬にホウ酸及び塩化ナトリウムを含有してなることを特徴とする硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器。
【請求項２】
上記試料液と上記活性維持用試薬とを混合して、バイオセンサへ通水される流入液中の炭酸イオン濃度が１８〜１８０ｍｇ／Ｌ、リン酸イオン濃度が１２．５〜５０ｍｇ／Ｌ、銅イオン濃度が５０〜１０００μｇ／Ｌ、塩化ナトリウム濃度が０〜１．５ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１の硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器。
【請求項３】
上記硝化細菌が、アンモニア酸化細菌であり、上記活性維持用試薬が、上記基質としてアンモニウムイオンを含み、上記その他の栄養素として鉄イオン及びマグネシウムイオンを含むことを特徴とする請求項１又は２の硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器。
【請求項４】
上記硝化細菌が、亜硝酸酸化細菌であり、上記活性維持用試薬が、上記基質として亜硝酸イオンを含み、上記その他の栄養素として鉄イオン、マグネシウムイオン、マンガンイオン、カルシウムイオン、モリブデンイオン、コバルトイオン、及び亜鉛イオンを含むことを特徴とする請求項１又は２の硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器。
【請求項１】
硝化細菌固定化膜と、溶存酸素電極とを備え、試料液中の化学物質を計測する硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器において、上記硝化細菌固定化膜の活性を維持するために、活性維持用試薬を使用し、該活性維持用試薬が硝化細菌固定化膜の活性を維持するための成分として、基質、炭酸イオン、リン酸イオン、銅イオン及びその他の栄養素を含有し、試料液のｐＨ及び導電率の変動を緩和するための成分として、上記活性維持用試薬にホウ酸及び塩化ナトリウムを含有してなることを特徴とする硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器。
【請求項２】
上記試料液と上記活性維持用試薬とを混合して、バイオセンサへ通水される流入液中の炭酸イオン濃度が１８〜１８０ｍｇ／Ｌ、リン酸イオン濃度が１２．５〜５０ｍｇ／Ｌ、銅イオン濃度が５０〜１０００μｇ／Ｌ、塩化ナトリウム濃度が０〜１．５ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１の硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器。
【請求項３】
上記硝化細菌が、アンモニア酸化細菌であり、上記活性維持用試薬が、上記基質としてアンモニウムイオンを含み、上記その他の栄養素として鉄イオン及びマグネシウムイオンを含むことを特徴とする請求項１又は２の硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器。
【請求項４】
上記硝化細菌が、亜硝酸酸化細菌であり、上記活性維持用試薬が、上記基質として亜硝酸イオンを含み、上記その他の栄養素として鉄イオン、マグネシウムイオン、マンガンイオン、カルシウムイオン、モリブデンイオン、コバルトイオン、及び亜鉛イオンを含むことを特徴とする請求項１又は２の硝化細菌バイオセンサ応用水質計測器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２６６７（Ｐ２００９−２６６７Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６１１２７（Ｐ２００７−１６１１２７）
【出願日】平成１９年６月１９日（２００７．６．１９）
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１９日（２００７．６．１９）
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
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