(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液中に含まれるヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子とした後、ルミノール試薬と反応させ、該反応により発生する化学発光の強度を測定し、該測定した発光強度からヒ素濃度を分析するようにしたことを特徴とする微量ヒ素の高感度分析方法。
【請求項２】
請求項１において、ヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子としたものを、共存する不用な物質を排除してからルミノール試薬と反応させるようにしたことを特徴とする微量ヒ素の高感度分析方法。
【請求項３】
溶液中に含まれるヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子とする手段、該酸分子としたものをルミノール試薬と反応させる手段、該反応により発生する化学発光の強度を測定する手段、該測定した発光強度からヒ素濃度を分析する手段とを備えて構成したことを特徴とする微量ヒ素の高感度分析装置。
【請求項４】
請求項３において、ヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子とした溶液中に共存する不用な物質を排除する手段をさらに備えて構成されていることを特徴とする微量ヒ素の高感度分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒ酸や亜ヒ酸として自然界に存在する微量ヒ素の高感度分析方法、高感度分析装置の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来技術】
一般に、ヒ素（Ａｓ）は、ヒ酸や亜ヒ酸として天然（特に温泉地や鉱山地域）に存在するが、きわめて有毒であるため、毒物の指定を受け、環境中においてその濃度が厳しく規制されている。ところでヒ酸（５価）と亜ヒ酸（３価）とは化学的に平衡状態にあり、雰囲気の酸化還元状態により容易に酸化もしくは還元される。このため、環境中のヒ素の濃度を測定するためには、ヒ酸濃度や亜ヒ酸濃度を個々に定量したのでは不十分で、一つの分析操作においてヒ素の全量を定量することが必要となる。
この様なことを考慮して従来からヒ素の濃度測定方法がいくつか知られている。この様なものとして、例えば、モリブデン酸アンモニウムを用いる方法と、ジエチルジチオカルバミン酸銀を用いる方法とが一般的に知られている。前者は、硫酸酸性下で酸化したヒ酸をモリブデン酸アンモニウムと反応させてヘテロポリ青を生成させ、該生成したヘテロポリ青の吸光度を測定することでヒ素の濃度を測定する方法である。また後者は、ヒ酸や亜ヒ酸をいったん水素化ヒ素（ＩＩＩ）に還元し、これを有機溶媒中でジエチルジチオカルバミン酸銀と反応させて金属銀コロイドを生成させ、該生成した金属銀コロイドの吸光度を測定することでヒ素の濃度を測定する方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記何れの方法でも、吸光度を測定するさいの前処理として、ヒ素を酸化したり還元したりする操作が必要であって、面倒かつ煩雑であるうえ、そのための機器が必要になるなどの問題が残されており、ここに本発明の解決すべき課題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、第一の発明は、溶液中に含まれるヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子とした後、ルミノール試薬と反応させ、該反応により発生する化学発光の強度を測定し、該測定した発光強度からヒ素濃度を分析するようにしたことを特徴とする微量ヒ素の高感度分析方法である。
このものにおいて、ヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子としたものを、共存する不用な物質を排除してからルミノール試薬と反応させるようにしたことを特徴とすることができる。
第二の発明は、溶液中に含まれるヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子とする手段、該酸分子となったものをルミノール試薬と反応させる手段、該反応により発生する化学発光の強度を測定する手段、測定した発光強度からヒ素濃度を算出する手段とを備えて構成したことを特徴とする微量ヒ素の高感度分析装置である。
このものにおいて、ヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子とした溶液中に共存する不用な物質を排除する手段をさらに備えて構成されていることを特徴とすることができる。
そして本発明は、これによって、微量ヒ素の高感度分析が、サンプルをいちいち酸化したり還元したりすることなく簡単にできるようにしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明を実施するにあたり、溶液中に含まれるヒ酸イオン（Ａｓ（Ｖ））や亜ヒ酸イオン（Ａｓ（ＩＩＩ））は、イオンの状態ではルミノール試薬を酸化する触媒として働くことがなく、これらヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子としたものがルミノール試薬を酸化する触媒として働くことを見出し、しかもその際に生じる化学発光の強度は、ヒ酸イオンの酸分子、亜ヒ酸イオンの酸分子何れの場合であっても同じであることを見出し、これによって本発明を完成するに至った。
【０００６】
ヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子にするためには、溶液のｐＨを低くすればよく、そのためには酸を加えればよいが、そのような酸としては、塩酸等の無機酸が一般に用いられる。ところで測定しようとするサンプル中には、ルミノール試薬を酸化する触媒として働く種々の物質（金属イオン等）が含まれているのが一般であり、そこでこの場合を考慮し、これら測定に影響を与える物質を排除（分離）する必要がある。このような排除手段としてはカラムクロマトグラフィーが一般に用いられる。この場合に用いられるイオン交換剤はカチオン交換剤（樹脂）となる。しかも前述したようにヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子にしておく必要があり、そのような溶離液として過塩素酸が好適であることによる。またこの場合に、分離カラムの充填材としては、低交換容量型のカチオン交換樹脂が一般に採用される。
一方、ルミノール試薬は、市販のものが用いられる。そして前記ヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子としたものをルミノール試薬と反応させると生成物は何れも同じ波長でかつ同じ強度の化学発光を発生することが実験により確認された。そこで従来のように、ヒ酸、亜ヒ酸の混合物をいちいち酸化したり還元したりすることなく低ｐＨ溶液にして酸分子にした後、ルミノール試薬と反応させ、この酸化反応の過程で生じる化学発光の強度を測定することで微量ヒ素の濃度を分析できることが明らかになり、本発明が完成した。
【０００７】
本発明を実施するにあたり、あらかじめヒ素濃度と、ルミノールの酸化反応により生じる化学発光の強度との関係を示した検量線を作成し、この検量線に基づいてサンプルに含有されるヒ素濃度を求めることになる。そのためには、例えば日本工業規格のＫ００２６で規格されているヒ素標準液について、濃度を異ならせたものを作成し、このものを用いてルミノール試薬と反応させて発生した化学発光の強度を測定することで検量線が求められる。そして本発明を実施するにあたり、必要な分析操作を個々に行なってもよいが、一連の分析装置として組み立てることもできる。その具体例として、ルミノール試薬が流れる第一流路と、サンプルが流れる第二流路と、これら流路が合流する主流路とを設け、該主流路にて反応して発生した化学発光の強度を、そのまま強度測定用のセルに導いて実測する。そして該実測した発光強度からヒ素濃度が算出されることになるが、前記検量線の関係式をパーソナルコンピューターに入力しておき、前記実測値をパーソナルコンピューターに入力してヒ素濃度を演算し、これを表示するようにしておくことで、簡便なヒ素濃度の測定装置ができる。
この場合、サンプル中にはルミノール試薬と反応して化学発光を生じるイオンが含まれることがあり、これを考慮して前記第二流路に、不要なイオンを排除する排除手段を設けることが好ましい。そしてこの様な排除手段としては、前述したカラムクロマトグラフィーが一般に採用される。
【０００８】
［実施例］
＜反応装置の作成＞
反応流路として、図１に示すようにまず第一流路１と第二流路２とで構成される分岐流路とし、そして、第一流路１はルミノール試薬を流す試薬流路に、第二流路２はサンプルを流す前処理流路とする。この第二流路２には、サンプルを供給するためのインジェクター３と、不要なイオンを排除するための分離手段（排除手段）である分離カラム４とが流路下流側に向けて順次設けられている。そしてこれら流路１、２は流路下流で合流して主流路５の流れとなって反応し、該主流路５に配した化学発光の強度検出装置６によって強度検出がなされるようになっている。因みに、本実験で用いられた流路１、２、５は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の直径０．５ｍｍ（ミリメートル）のチューブで形成され、また第一、第二流路１，２の流速はともに１．０ｍＬ  ｍｉｎ−１（ミリリットル  分マイナス１乗）に設定し、サンプル容量は１００μＬ（マイクロリットル）とした。また、化学発光の強度検出装置６は市販のものを採用した（マイクロテック・ニチオン社製、ルミフローＬＦ−８００）。そして今回、強度測定するため採用したフローセルは７０μＬの石英製スパイラルセルである。さらに、カラムクロマトグラフであるが、直径４．９ｍｍ、長さ２００ｍｍのカラムに低交換容量型のカチオン交換樹脂を充填した分離カラムを用いた。さらに溶離液としては、濃度０．７５ｍＭ（ミリモル）の過塩素酸溶液を用い、またルミノールを含んだ反応試薬としては、ルミノール濃度が０．８ｍＭ、水酸化ナトリウム濃度が３ｍＭになるよう調製したものを用いた。さらに、前記第一、第二流路１、２の流速はともに１．０ｍＬ  ｍｉｎ−１とした。そしてこのように設定した測定装置を用いて以下の実験をした。
【０００９】
＜ヒ酸または、亜ヒ酸の濃度と発光強度の関係＞
ヒ酸と亜ヒ酸について、濃度が０．５、１、５、１０、１５μｇ  ｍＬ−１（マイクログラム  ミリリットルマイナス１乗）の水溶液になるようそれぞれ調製したものを用意し、これらを前記インジェクターに入れる。そしてこのようにサンプルをセットした後、前記分析条件で反応させ、該反応により発生した化学発光の強度について、波長４２５ｎｍ（ナノメートル）のものを測定したところ、図２に示すグラフ図のようになった。これによると、ヒ酸イオンを酸分子にしたもの、亜ヒ酸イオンを酸分子にしたものについて同じ濃度同士のものは何れも同じ強度の化学発光を放出していることが確認された。しかもその強度は、濃度に比例していることが確認された。これにより、ヒ酸と亜ヒ酸とは、混在したままの状態でヒ素濃度の測定が可能であることが確認された。
【００１０】
＜分析精度の確認＞
そこで次に、本発明方法の精度について確認をした。含有するヒ素濃度について、環境庁国立環境研究所環境標準試料（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｆｏｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｓｔｕｄｉｅｓ，Ｃｅｒｔｉｆｉｅｄ  Ｒｅｆｅｒｒｅｎｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  略号ＮＩＥＳ  ＣＲＭ）として保証値が既に確定されているムラサキイガイ（Ｍｕｓｓｅｌ：ＮＩＥＳ  ＣＲＭＮｏ．６）、ホンダワラ（Ｓａｒｇａｓｓｏ：ＮＩＥＳ  ＣＲＭ  Ｎｏ．９）をサンプルとして用い、これらについて、前記ルミノール試薬を用いた反応手順に従って含有ヒ素濃度の測定をした。
まず、分析用試料は次のようにして調製した。ムラサキイガイ、ホンダワラをそれぞれひょう取し、８０℃の乾燥器中で４時間乾燥した。このものをデシケーター中で放冷した後、再び精ひょうし、乾燥重量を求めた。これらの試料をテフロンビーカー中に移し、原子吸光分析用の硝酸１２．５ｍＬを添加した。あらかじめ２５０℃で空焼きし、放冷させておいたホットプレート上に時計皿をかぶせた前記試料入りビーカーをおき、温度を徐々に上げてホットプレートの表面温度を２５０℃に保った。加熱は、ビーカー中の溶液が透明になるまで続けた。長時間加熱しても分解しきれないものについては有害金属分析用の硫酸５ｍＬを加えた。溶液が透明になったら、分解を完結させるため上記硝酸５ｍＬを加え、さらに８時間加熱した。放冷後、イオン交換水を加えてメスフラスコで定容したものを分析用試料とした。
このようにして調製した両分析用試料を、前記分析手順にしたがってルミノール試薬と反応させ、発生した化学発光の強度を測定し、その発光強度からムラサキイガイ、ホンダワラの含有ヒ素濃度を演算した。この結果は次の表の通りであった。
【００１１】
0003638502.tif 000002
【００１２】
これらの結果から、本発明を用いて測定したヒ素濃度は、何れも保証値の誤差範囲内であって、よく一致していることが確認され、本発明の測定精度が高いことが判明した。そして本発明を実施したものでは、従来のようにサンプルを酸化したり還元したりする工程が不用になって簡便な作業でヒ素濃度の分析ができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】微量ヒ素の高感度分析装置の概略フロー図である。
【図２】ヒ酸イオン、亜ヒ酸イオンを酸分子にしたものをルミノール試薬と反応させて発生した化学発光の強度を示すグラフ図である。
【図１】
0003638502.tif 000003
【図２】
0003638502.tif 000004