京都水族館の人工海水をつくるために欠かせない、塩分をはかる「電気伝導率計」。“電気伝導率”とは物質の電気伝導のしやすさを数値にしたもので、またの名を“導電率”と呼びます。電気伝導率計はどれくらい電気が流れやすいかを「はかる」機器です。
この電気伝導率、「水をはかる」ことについて重要な役割を果たしています。もちろん、京都水族館で人工海水を実現するためにも欠かせません。
電気伝導率は「水をはかる」入り口
電気伝導率とは液体中での電気の流れやすさを示す指標です。液体、特に水はさまざまな物質を溶かす性質を持っていますが、多くの場合、物質が溶け込むと電気が流れやすくなります。液体に電気が流れやすい状態≒液体に物質が多く溶けている状態、という具合に、簡単に言えば電気伝導率とは”液体中にどれくらいの物質が溶け込んでいるかを示す指標”ともいえます。
通常、液体中を電流が流れる場合、「イオン」が伝導体となります。イオンとは、ある物質を水などの液体に溶かしたときに、電気的にプラスの性質をもつものとマイナスの性質をもつものに分離したものです。
たとえば「食塩水」では、食塩（塩化ナトリウム、NaCl）が水に溶けると、ナトリウムイオン（Na⁺）と塩化物イオン（Cl⁻）とに分かれます。この時、液体中に含まれるイオンの量が多くて動きやすいほど、電流が流れやすくなる＝電気伝導率が大きくなります。言いかえると、食塩水の電気伝導率を「はかる」ことで、イオンの量がわかる、つまり塩分を知ることができるわけです。食塩のように液体に溶けるとイオンに分離する物質「電解質」には多くの種類があり、食塩水と同様に電気伝導率からその濃度を知ることができます。一方で電解質ではないもの、たとえば砂糖のように、水に溶けてもイオンにならない物質は、電気伝導率から濃度を知ることができません。
電気伝導率のはかり方
電気伝導率をはかる時には、電解質溶液中に一対の金属板を入れ、電圧をかけます。するとプラスのイオンはマイナス側の金属電極へ、マイナスのイオンはプラス電極へと移動。つまり溶液中に電気の流れ（電流）が生じるわけです。これは電池の原理でもあります。電気伝導率は抵抗率（Ω・ｍ）と反比例関係にありますので、距離、面積が定まった金属板間の抵抗（Ω）をはかれば、電気伝導率の値がわかる、という仕組みです。この測定法を「交流二電極法」と呼びます。また「電磁誘導法」という、溶液をはさむ二つのコイルの間で生じる誘導電流の大小を測定する方法もあり、主にこの二つの手法ではかります。
これらの方法はイオンの種類を特定して「はかる」わけではないので、多種のイオンが混在する場合、元のイオン濃度を知ることが難しいという弱点があります。食塩水で塩分をはかる、といった単純な分析ではなく、いろいろな物質が混ざっている場合にイオンの種類まで特定して「はかる」ためには、より複雑な手法「イオン選択電極法」や「イオンクロマトグラフィ法」などの手法が開発されています。
原理は単純な電気伝導率の測定ですが、実際にはさまざまな補正を行う必要があります。
電極やコイルを使った電気伝導率の仕組み。小学校での実験を思い出すようで、意外と身近に感じられますね。 実際に世の中ではさまざまな水の電気伝導率がはかられています。たとえば雨水、河川水、湖水などは本来、溶けている物質が少ない水ですので、電気伝導率は非常に低くなります。これら電気伝導率の低い水が汚染されると、前述したように汚染物質の種類は特定できないものの、その量が多ければ電気伝導率が上昇することから、汚染の程度を総合的に把握することができます。この点から、電気伝導率は雨水、河川水、湖水に対する汚染の指標にもなっています。また不純物の排除が重要な、医薬品を製造する際に用いられる「医薬用水」の純度の管理にも、電気伝導率をはかることが役立っています。
さて、話を京都水族館に戻します。水族館の人工海水は、電気伝導率をはかることで塩分が管理されています。はかる技術で水質が保たれ、魚たちの生活が守られているんですね。次回は京都水族館の方に、水質管理をはじめとした日々のメンテナンスから、水族館で「はかる」が果たす役割まで、お話をうかがいます。
京都水族館をはかる
＞＞京都水族館をはかる[1] 国内初！ 人工海水100％の水族館
＞＞京都水族館をはかる[2] 海水の塩分濃度を「はかる」
＞＞京都水族館をはかる[4] 京都水族館にとって「はかる」とは？
