(57)【要約】【課題】保存可能な薬剤を用いて、検査水に含まれるりん酸イオンをモリブデン青の生成により発色させる。【解決手段】モリブデン青の生成による、検査水に含まれるりん酸イオンの発色方法は、検査水に対し、七モリブデン酸六アンモニウム、酒石酸アンチモニルカリウムおよび硫酸を含む第一水溶液並びにヨウ化物塩を含む第二水溶液を添加する工程と、第一水溶液および第二水溶液を添加した検査水を６０℃以上に加熱する工程とを含んでいる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
モリブデン青の生成による、検査水に含まれるりん酸イオンの発色方法であって、
前記検査水において、七モリブデン酸六アンモニウム、酒石酸アンチモニルカリウム、硫酸並びにヨウ化物塩を含む水溶液からなる発色試薬を存在させる工程と、
前記発色試薬を存在させた前記検査水を６０℃以上に加熱する工程と、
を含むりん酸イオンの発色方法。
【請求項２】
前記発色試薬は、七モリブデン酸六アンモニウム、酒石酸アンチモニルカリウムおよび硫酸を含む第一水溶液と、前記ヨウ化物塩を含む第二水溶液とを混合することで調製されたものである、請求項１に記載のりん酸イオンの発色方法。
【請求項３】
検査水に含まれるりん酸イオンの定量方法であって、
前記検査水において、七モリブデン酸六アンモニウム、酒石酸アンチモニルカリウム、硫酸並びにヨウ化物塩を含む水溶液からなる発色試薬を存在させる工程と、
前記発色試薬を存在させた前記検査水を６０℃以上に加熱する工程と、
加熱後の前記検査水について、６００から９００ｎｍの範囲における任意の波長の吸光度を測定する工程と、
を含むりん酸イオンの定量方法。
【請求項４】
前記発色試薬は、七モリブデン酸六アンモニウム、酒石酸アンチモニルカリウムおよび硫酸を含む第一水溶液と、前記ヨウ化物塩を含む第二水溶液とを混合することで調製されたものである、請求項３に記載のりん酸イオンの定量方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、りん酸イオンの発色方法および定量方法、特に、モリブデン青の生成による、検査水に含まれるりん酸イオンの発色方法および定量方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
りんは海洋水、湖沼水、河川水および地下水等の富栄養化に関わる原因物質の一つであることから、工場排水等での排出規制が設けられている。このため、工場排水等は、環境への排出前にりんの定量、特に、りん酸イオンの定量が求められる。
【０００３】
水中に含まれるりん酸イオンの公的な定量方法として、非特許文献１に記載のモリブデン青（アスコルビン酸還元）吸光光度法が知られている。この定量方法は、りん酸イオンが七モリブデン酸六アンモニウムおよび酒石酸アンチモニルカリウム（ビス［（＋）−タルトラト］二アンチモン（ＩＩＩ）酸二カリウム）と反応して生成するヘテロポリ化合物をＬ（＋）−アスコルビン酸で還元し、それにより生成するモリブデン青により発色した検査水の吸光度を測定することでりん酸イオンを定量するものである。この定量方法の基本的操作では、所定量の検査水に対して所定量のモリブデン酸アンモニウム−アスコルビン酸混合溶液を加えて振り混ぜた後、２０〜４０℃で約１５分間放置する。そして、この溶液について波長８８０ｎｍ付近の吸光度を測定し、この測定値から予め作成しておいた検量線に基づいて検査水のりん酸イオン濃度（ｍｇＰＯ４３−／リットル）を算出する。
【０００４】
この定量方法において用いられるモリブデン酸アンモニウム−アスコルビン酸混合溶液は、七モリブデン酸六アンモニウム四水和物と酒石酸アンチモニルカリウム三水和物（モリブデン青の生成反応促進剤）とを水に溶かし、これに硫酸とアミド硫酸アンモニウム（モリブデン青の生成を妨害する亜硝酸イオンの分解剤）とをさらに溶かすことで調製したモリブデン酸アンモニウム溶液と、Ｌ（＋）−アスコルビン酸溶液とを所定割合で混合したものであり、使用時にモリブデン酸アンモニウム溶液とＬ（＋）−アスコルビン酸溶液とを混合して調製する必要がある。
【０００５】
ここで、Ｌ（＋）−アスコルビン酸溶液は、Ｌ（＋）−アスコルビン酸を水に溶解して調製した水溶液であるが、調製後にＬ（＋）−アスコルビン酸の劣化が速やかに進行し、変質（外観的には黄色に変色）する。このため、非特許文献１は、Ｌ（＋）−アスコルビン酸溶液を０〜１０℃の暗所に保存するよう指示し、また、着色したものの使用を禁止している。
【０００６】
ところで、環境保全の機運の高まりにより、工場排水等におけるりん酸イオンの定量頻度は増加の一途であるため、その定量操作の自動化装置が望まれている。この自動化装置では、所要の分析用薬剤、すなわち、モリブデン酸アンモニウム溶液とＬ（＋）−アスコルビン酸溶液とを保存し、定量時にこれらを使用する必要がある。しかし、Ｌ（＋）−アスコルビン酸溶液は、上述のとおり保存環境に制約があり、また、使用時に着色の有無を確認する必要もあることから、自動化装置において保存しながら用いるのが実質的に困難である。
【０００７】
また、上記定量方法は、非特許文献１に記載のように、定量範囲が２．５〜７５μｇという微量範囲であるため、検査水について、溶存しているりん酸イオンおよび有機物等に由来のりん酸イオン等の総量である全りんを定量する場合において、結果的に定量の上限が１ｍｇ［Ｐ］／リットル程度に制限され、検査水によっては全りんの定量に用いることができないという不具合もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】日本工業規格  ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２、工場排水試験方法（２００８）４６．１．１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、保存可能な薬剤を用いて、検査水に含まれるりん酸イオンをモリブデン青の生成により発色させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、モリブデン青の生成による、検査水に含まれるりん酸イオンの発色方法に関するものであり、この発色方法は、検査水において、七モリブデン酸六アンモニウム、酒石酸アンチモニルカリウム、硫酸並びにヨウ化物塩を含む水溶液からなる発色試薬を存在させる工程と、発色試薬を存在させた検査水を６０℃以上に加熱する工程とを含んでいる。
【００１１】
また、他の観点に係る本発明は、検査水に含まれるりん酸イオンの定量方法に関するものであり、この定量方法は、検査水において、七モリブデン酸六アンモニウム、酒石酸アンチモニルカリウム、硫酸並びにヨウ化物塩を含む水溶液からなる発色試薬を存在させる工程と、発色試薬を存在させた検査水を６０℃以上に加熱する工程と、加熱後の検査水について、６００から９００ｎｍの範囲における任意の波長の吸光度を測定する工程とを含んでいる。
【００１２】
このような発色方法または定量方法において、発色試薬は、通常、七モリブデン酸六アンモニウム、酒石酸アンチモニルカリウムおよび硫酸を含む第一水溶液と、ヨウ化物塩を含む第二水溶液とを混合することで調製されたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るりん酸イオンの発色方法および定量方法は、りん酸イオンが七モリブデン酸六アンモニウムおよび酒石酸アンチモニルカリウムと反応して生成するヘテロポリ化合物をヨウ化物塩に由来のヨウ素イオンにより還元しており、ヨウ化物塩の水溶液は安定であって保存可能であるため、自動化に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１で作成した、８８０ｎｍの吸光度による検量線を示す図。
【図２】実施例１で作成した、６５０ｎｍの吸光度による検量線を示す図。
【図３】比較例１の結果を示す図。
【図４】実験例１で測定した、実施例１で用いた第二水溶液の吸収スペクトルを示す図。
【図５】実験例１で測定したアスコルビン酸溶液の吸収スペクトルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の方法によりりん酸イオンを定量可能な検査水は、特に限定されるものではないが、通常は工場排水や生活排水等のりんの排出規制が設けられている排水の他、海洋水、湖沼水、河川水および地下水等の天然水である。
【００１６】
検査水のりん酸イオンを定量する際には、先ず、所定量の検査水を採取し、この検査水において発色試薬を存在させる。ここで、検査水の全りんを測定する場合は、発色試薬を存在させる前にりんの発生源となる有機物などを分解し、りん元素をりん酸イオンに変換する。有機物の分解方法としては、日本工業規格  ＪＩＳ  Ｋ０１０２  「工場排水試験方法（２００８）」の「４６．３  全りん」に挙げられたペルオキソ二硫酸カリウム分解法、硝酸−過塩素酸分解法および硝酸−硫酸分解法などを採用することができる。
【００１７】
検査水に存在させる発色試薬は、七モリブデン酸六アンモニウム、酒石酸アンチモニルカリウム、硫酸並びにヨウ化物塩を含む水溶液からなるものである。ここで使用可能なヨウ化物塩は、水に溶解してヨウ素イオン（Ｉ−）を生成可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化アンモニウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化リチウム、ヨウ化マグネシウムおよびヨウ化亜鉛等を挙げることができる。
【００１８】
この発色試薬は、通常、七モリブデン酸六アンモニウム、酒石酸アンチモニルカリウムおよび硫酸を含む第一水溶液と、ヨウ化物塩を含む第二水溶液とを別々に調製し、これらの水溶液を混合することで調製することができる。
【００１９】
第一水溶液は、精製水、例えば、純水、蒸留水またはイオン交換水等に七モリブデン酸六アンモニウム四水和物、酒石酸アンチモニルカリウム三水和物および硫酸を溶解することで調製することができる。第一水溶液における七モリブデン酸六アンモニウム四水和物の濃度は、検査水へ所定量の第一水溶液と第二水溶液とを添加したときの七モリブデン酸六アンモニウム換算での濃度が、通常、０．３〜３．０ｇ／リットルになるよう設定するのが好ましく、０．５〜２．０ｇ／リットルになるよう設定するのがより好ましい。また、第一水溶液における酒石酸アンチモニルカリウム三水和物の濃度は、検査水へ所定量の第一水溶液と第二水溶液とを添加したときの酒石酸アンチモニルカリウム換算での濃度が、通常、０．０１〜０．２ｇ／リットルになるよう設定するのが好ましく、０．０３〜０．１２ｇ／リットルになるよう設定するのがより好ましい。一方、第一水溶液における硫酸の濃度は、検査水へ所定量の第一水溶液と第二水溶液とを添加したときの硫酸の濃度が、通常、０．０８〜０．４Ｍになるよう設定するのが好ましく、０．１２〜０．３Ｍになるよう設定するのがより好ましい。
【００２０】
第一水溶液は、その溶存成分である七モリブデン酸六アンモニウム、酒石酸アンチモニルカリウムおよび硫酸が相互に反応して変性するものではなく、精製水中において安定に存在し得るため、室温或いは３〜６０℃程度の広い温度環境において安定に保存することができる。
【００２１】
第二水溶液は、通常、精製水にヨウ化物塩を溶解することで調製することができる。第二水溶液におけるヨウ化物塩の濃度は、検査水へ所定量の第一水溶液と第二水溶液とを添加したときのヨウ化物塩の濃度が、通常、５〜１００ｇ／リットルになるよう設定するのが好ましく、１０〜６０ｇ／リットルになるよう設定するのがより好ましい。
【００２２】
第二水溶液は、遮光下であれば、ヨウ化物塩の溶解により生成したヨウ素イオンが酸化されてヨウ素（Ｉ２）または三ヨウ素イオン（Ｉ３−で表されるイオンであり、三ヨウ化物イオンとも呼ばれる）に変化するのが抑制され、安定に存在し得るため、室温或いは３〜６０℃程度の広い温度環境において安定に保存することができる。
【００２３】
発色試薬は、使用時、すなわち、検査水への添加の直前に第一水溶液と第二水溶液とを混合することで調製してもよいし、検査水へ第一水溶液と第二水溶液とを別々に添加することで検査水中で調製されるようにしてもよい。前者の場合、検査水に対して発色試薬を添加することにより、検査水において発色試薬を存在させることができる。後者の場合、検査水に対して第一水溶液と第二水溶液とを別々に添加することにより、検査水において発色試薬を存在させることができる。
【００２４】
検査水における発色試薬の存在量は、検査水へ第一水溶液と第二水溶液とを添加したときの検査水における第一水溶液の存在量が、通常、４０〜１００ミリリットル／リットルになるよう設定するのが好ましく、６０〜８０ミリリットル／リットルになるよう設定するのがより好ましい。また、第二水溶液の存在量が、通常、２０〜５０ミリリットル／リットルになるよう設定するのが好ましく、３０〜４０ミリリットル／リットルになるよう設定するのがより好ましい。但し、第一水溶液（Ａ）と第二水溶液（Ｂ）との容積比（Ａ：Ｂ）が、通常、１：１〜３：１になるよう設定するのが好ましく、３：２〜５：２になるよう設定するのがより好ましい。
【００２５】
次に、発色試薬が存在する検査水を加熱する。この際、検査水を適宜攪拌するのが好ましい。加熱温度は、６０℃以上で検査水の沸騰温度までの範囲に設定する。また、加熱時間は、通常、２〜６０分に設定する。
【００２６】
加熱された検査水中のりん酸イオンは、発色試薬の七モリブデン酸六アンモニウムおよび酒石酸アンチモニルカリウムと反応してヘテロポリ化合物を生成し、また、生成したヘテロポリ化合物は硫酸による酸性環境下でヨウ化物塩に由来のヨウ素イオンにより還元される。この還元によりモリブデン青が生成し（リン酸イオンの発色）、このモリブデン青により検査水が変色する。
【００２７】
次に、モリブデン青により変色した検査水について、６００から９００ｎｍの範囲における任意の波長の吸光度を測定する。そして、当該吸光度とりん酸イオン濃度との関係を予め調べて作成しておいた検量線に基づいて、吸光度の測定値から検査水のりん酸イオン量を判定する。
【００２８】
本発明に係るりん酸イオンの発色方法および定量方法は、モリブデン青を生成させるヘテロポリ化合物の還元剤としてヨウ素イオンを用いており、このヨウ素イオンの供給源となるヨウ化物塩の水溶液は遮光環境下で安定に保存することができるため、自動化に適している。また、本発明に係るりん酸イオンの定量方法においては、検量線を作成したときに、りん酸イオン濃度と６００から９００ｎｍの範囲における任意の波長の吸光度との間の直線関係が比較的高濃度のりん酸イオン濃度の範囲まで良好に成立することから、検査水中に含まれるりん酸イオンの定量上限が４ｍｇ［Ｐ］／リットル若しくはそれ以上の範囲まで拡大する。このため、この定量方法は、検査水の全りんを定量する場合において、特に有効である。
【実施例】
【００２９】
試薬
以下の実施例等で用いた試薬および分光光度計は次のものである。
りん標準液（水質試験用）：和光純薬工業株式会社  コード１６０−１９２４１
硫酸(試薬特級)：和光純薬工業株式会社  コード１９２−０４６９６
七モリブデン酸六アンモニウム四水和物(試薬特級)：和光純薬工業株式会社  コード０１８−０６９０１
酒石酸アンチモニルカリウム三水和物(試薬特級)：和光純薬工業株式会社  コード０２０−１２８３２
ヨウ化カリウム（試薬特級）：和光純薬工業株式会社  コード１６８−０３９７５
アスコルビン酸（試薬特級）：和光純薬工業株式会社  コード０１４−０４８０１
分光光度計：株式会社島津製作所の商品名「ＵＶ−１６００ＰＣ」
【００３０】
検査水
以下の実施例等で用いた検査水は次のものである。
りん酸イオン濃度が０、０．５、１．０、２．０、３．０および４．０ｍｇ［Ｐ］／リットルの六種類の検査水を用意した。ｍｇ［Ｐ］／リットルの単位は、１リットルの検査水に含まれるりんのミリグラム数を示したものである。りん酸イオン濃度が０ｍｇ［Ｐ］／リットルの検査水は蒸留水をそのまま用い、また、他の検査水はりん標準液を蒸留水で希釈することでりん酸イオン濃度を調整した。
【００３１】
実施例１
七モリブデン酸六アンモニウム四水和物を２０ｇ／リットル、酒石酸アンチモニルカリウム三水和物を０．８ｇ／リットルおよび硫酸を３Ｍ含む第一水溶液と、ヨウ化カリウムを２００ｇ／リットル含む第二水溶液とを調製した。
【００３２】
六種類の各検査水２．５ミリリットルについて、９５℃に加熱されたブロックヒータを用いて３分間予熱した後、第一水溶液０．２ミリリットルおよび第二水溶液０．１ミリリットルを添加し、９５℃で５分間加熱した。加熱終了直後、分光光度計を用いて各検査水の８８０ｎｍの吸光度および６５０ｎｍの吸光度を測定し、それぞれの波長の吸光度に基づくりん酸イオン濃度の検量線を作成した。結果を図１（８８０ｎｍの吸光度による検量線）および図２（６５０ｎｍの吸光度による検量線）に示す。図１および図２によると、これらの検量線は、少なくともりん酸イオン濃度が０〜４ｍｇ［Ｐ］／リットルの範囲で高い直線性を示している。
【００３３】
比較例１
日本工業規格  ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２、工場排水試験方法（２００８）４６．１．１（非特許文献１）に規定されたモリブデン青（アスコルビン酸還元）吸光光度法に従い、六種類の各検査水２．５ミリリットルについて８９０ｎｍの吸光度を測定し、同吸光度とりん酸イオン濃度との関係を調べた。結果を図３に示す。図３によると、りん酸イオン濃度２ｍｇ［Ｐ］／リットルの検査水の吸光度がりん酸イオン濃度１ｍｇ［Ｐ］／リットルの検査水の吸光度の２倍にならず、りん酸イオンの定量可能範囲が多くても１．５ｍｇ［Ｐ］／リットルまでの低濃度の範囲に限定されることがわかる。
【００３４】
実験例１
実施例１で用いた第二水溶液および比較例１のモリブデン青（アスコルビン酸還元）吸光光度法で用いる７２ｇ／リットルのアスコルビン酸溶液について、保存試験を実施した。
【００３５】
ここでは、実施例１で用いた調製直後の第二水溶液およびアスコルビン酸溶液を個別に褐色瓶に入れ、５０℃のインキュベータ内に配置した。そして、各溶液について、調製から２４時間後、４８時間後および９６時間後の吸収スペクトルを測定し、これらの吸収スペクトルを調製直後の吸収スペクトルと比較した。結果を図４（実施例１で用いた第二水溶液の結果）および図５（アスコルビン酸溶液の結果）に示す。
【００３６】
図４によると、実施例１で用いた第二水溶液は、調製直後、２４時間後、４８時間後および９６時間後の各吸収スペクトルが略重なっており、吸収スペクトルに実質的な変化がないことから保存安定性が良好である。一方、図５によると、アスコルビン酸溶液は、調製から２４時間後の時点で早くも吸収スペクトルの変化が見られることから、調製後の早い段階で変性が進行しており、安定な保存が困難である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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