(57)【要約】【課題】検査水の硝酸性窒素の測定において、測定感度を高め、また、機器による自動化を容易にする。【解決手段】検査水の硝酸性窒素の測定方法は、検査水に対して２，３−ジヒドロキシナフタレンおよび６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸アルカリ金属塩のうちの一つの発色試薬を添加する工程と、発色試薬を添加した検査水に硫酸を添加して酸性に調整する工程と、酸性に調整された検査水について、３５０から４５０ｎｍ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。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査水の硝酸性窒素を測定するための方法であって、
前記検査水に対して２，３−ジヒドロキシナフタレンおよび６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸アルカリ金属塩のうちの一つの発色試薬を添加する工程と、
前記発色試薬を添加した前記検査水を酸性に調整する工程と、
酸性に調整された前記検査水について、３５０から４５０ｎｍの範囲における任意の波長の吸光度を測定する工程と、
を含む硝酸性窒素の測定方法。
【請求項２】
前記２，３−ジヒドロキシナフタレンのジメチルスルホキシド溶液を前記発色試薬として用いる、請求項１に記載の硝酸性窒素の測定方法。
【請求項３】
前記６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸アルカリ金属塩の水溶液を前記発色試薬として用いる、請求項１に記載の硝酸性窒素の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硝酸性窒素の測定方法、特に、検査水の硝酸性窒素を測定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒素は海洋水、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、環境への排出前に窒素の測定が求められる。工場排水等に含まれる窒素は、硝酸性窒素などの種々の形態の窒素化合物として存在するが、硝酸性窒素以外の形態の窒素化合物は、酸化分解により硝酸性窒素に変換され得る。このため、工場排水等は、所要の前処理により窒素化合物を酸化分解することで硝酸性窒素へ変換した後、硝酸性窒素を測定すると、実質的に全窒素の測定が可能である。
【０００３】
水中に含まれる微量の硝酸性窒素の公的な測定方法として、非特許文献１に記載のジメチルフェノール法およびクロモトロープ酸法が知られている。ジメチルフェノール法では、先ず、工場排水等から採取した検査水にアルカリ性ペルオキソ二硫酸カリウム溶液を加えて所定温度で所定時間加熱することにより検査水中の窒素化合物を酸化分解する前処理をし、検査水に含まれる全窒素化合物を硝酸イオン化する。そして、前処理が施された検査水に亜硫酸ナトリウム粉末を加えた後、硫酸およびりん酸による強酸性下で２，６−ジメチルフェノール溶液を添加する。これにより、添加された２，６−ジメチルフェノールは、硝酸イオンに由来のニトロニウムイオン（ＮＯ２＋）によりニトロ化されて４−ニトロ−２，６−ジメチルフェノールへ誘導され、その濃度に応じて検査水を呈色するため、検査水は、３３０ｎｍにおける吸光度を測定すると、当該吸光度の高低に基づいて硝酸イオン濃度を判定することができる。
【０００４】
一方、クロモトロープ酸法では、ジメチルフェノール法の場合と同様に前処理した検査水に対し、強酸性下でクロモトロープ酸粉末を添加する。これにより、検査水に含まれる硝酸イオンはクロモトロープ酸との反応により黄色を呈するため、検査水は、４１０ｎｍにおける吸光度を測定すると、当該吸光度の高低に基づいて硝酸イオン濃度を判定することができる。
【０００５】
しかし、これらの測定方法は、測定感度の点から硝酸イオンの検出下限濃度がジメチルフェノール法においては１ｍｇＮ／リットルに、また、クロモトロープ酸法においては０．５ｍｇＮ／リットルにそれぞれ設定されており、検査水における極微量の硝酸イオンの測定を目的とする場合に限界がある。また、ジメチルフェノール法は、３３０ｎｍという低波長の吸光度を測定することから高精度の分光光度計を用いる必要があるため、機器による自動化を図るのが困難である。一方、クロモトロープ酸法は、クロモトロープ酸の冷蔵保存を求められることがあり、また、クロモトロープ酸は水溶液として用いると安定性が損なわれる可能性が高いため、同じく機器による自動化を図るのが困難である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】平成１４年度環境省請負業務結果報告書、水質分析方法検討調査（窒素・りん簡易計測器及び半自動計測器の水質汚濁負荷量測定方法マニュアル）、平成１５年３月、環境省環境管理局水環境部、５頁および８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、検査水の硝酸性窒素の測定において、測定感度を高め、また、機器による自動化を容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、検査水の硝酸性窒素を測定するための方法に関するものであり、この測定方法は、検査水に対して２，３−ジヒドロキシナフタレンおよび６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸アルカリ金属塩のうちの一つの発色試薬を添加する工程と、発色試薬を添加した検査水を酸性に調整する工程と、酸性に調整された検査水について、３５０から４５０ｎｍ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。
【０００９】
この測定方法の一形態では、２，３−ジヒドロキシナフタレンのジメチルスルホキシド溶液を発色試薬として用いる。また、この測定方法の他の一形態では、６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸アルカリ金属塩の水溶液を発色試薬として用いる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る硝酸性窒素の測定方法は、特定の発色試薬を用いているため、検査水に含まれる極微量の硝酸性窒素を高感度で安定に測定することができ、また、機器による自動化も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実験例１において１，２−ジヒドロキシナフタレンを発色試薬として用いた場合の吸光スペクトルを示す図。
【図２】実験例１において１，３−ジヒドロキシナフタレンを発色試薬として用いた場合の吸光スペクトルを示す図。
【図３】実験例１において１，５−ジヒドロキシナフタレンを発色試薬として用いた場合の吸光スペクトルを示す図。
【図４】実験例１において２，６−ジヒドロキシナフタレンを発色試薬として用いた場合の吸光スペクトルを示す図。
【図５】実験例１において２，７−ジヒドロキシナフタレンを発色試薬として用いた場合の吸光スペクトルを示す図。
【図６】実験例１において２，３−ジヒドロキシナフタレンを発色試薬として用いた場合の吸光スペクトルを示す図。
【図７】実験例１において６，７−ジヒドロキシナフタレンー２−スルホン酸ナトリウムを発色試薬として用いた場合の吸光スペクトルを示す図。
【図８】実験例２における検査水の硝酸イオン濃度と３９５ｎｍでの吸光度との関係を示すグラフ。
【図９】実験例３における検査水の硝酸イオン濃度と吸光度との関係を示すグラフ。
【図１０】実験例４における検査水の硝酸イオン濃度と３８０ｎｍでの吸光度との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の方法により硝酸性窒素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窒素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水である。
【００１３】
検査水の硝酸性窒素を定量する際には、所定量の検査水を採取し、この検査水に対して発色試薬を添加する。ここで、検査水の硝酸性窒素を測定することで検査水の全窒素を測定する場合は、検査水に含まれる硝酸性窒素以外の窒素化合物を酸化分解して硝酸性窒素に変換する。窒素化合物の酸化分解方法としては、非特許文献１に記載の方法と同様の方法、すなわち、検査水にアルカリ性ペルオキソ二硫酸カリウムの粉末または溶液を加えて１００〜１６０℃で１０〜６０分間加熱する方法を採用することができる。
【００１４】
検査水に対して添加する発色試薬は、下記の構造式（１）および（２）でそれぞれ示される２，３−ジヒドロキシナフタレンおよび６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸アルカリ金属塩のうちの一つである。構造式（２）において、Ｍはアルカリ金属を示す。このアルカリ金属は、通常、カリウムやナトリウム等であるが、ナトリウム塩が広く市販されており、入手が容易であるためナトリウムが好ましい。
【００１５】
【化１】
2011013053.tif 000002
【００１６】
【化２】
2011013053.tif 000003
【００１７】
ここで、２，３−ジヒドロキシナフタレンは、水に溶解しにくい化合物であるため、通常、検査水へ均一に溶解させるためにジメチルスルホキシド等の水溶性有機溶媒に溶解した溶液として用いるのが好ましい。一方、６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸アルカリ金属塩は、水に溶解し易い化合物であるため、通常、検査水へ均一に溶解させやすい水溶液として用いるのが好ましい。これらの発色試薬のジメチルスルホキシド溶液または水溶液は、安定であり、長期間保存することができる。
【００１８】
検査水に対する発色試薬の添加量は、通常、検査水１ミリリットル当り、２，３−ジヒドロキシナフタレンまたは６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸アルカリ金属塩換算で０．１〜１０ｍｇに設定するのが好ましく、０．５〜５ｍｇに設定するのがより好ましい。この添加量が０．１ｍｇ未満の場合は、硝酸性窒素の測定感度が低下する可能性がある。
【００１９】
次に、検査水に含まれる硝酸性窒素（硝酸イオン）をニトロニウムイオン（ＮＯ２＋）へ変化させるために、検査水を酸性に調整し、通常はその後に放置する。この工程において検査水に生成したニトロニウムイオンは、発色試薬に対して置換反応し、発色試薬をニトロ化する。これにより、発色試薬が発色し、検査水を呈色させる。
【００２０】
この工程においては、通常、硫酸を検査水に添加し、検査水を酸性に調整するのが好ましく、特に、検査水の酸性度を硫酸濃度で５０重量％以上の強酸性に調整するのが好ましい。また、硫酸を添加する際には、硝酸イオンのニトロニウムイオン化および発色試薬のニトロ化を促進するために、検査水を激しく攪拌するのが好ましい。
【００２１】
次に、発色試薬のニトロ化により呈色した検査水について、３５０から４５０ｎｍの範囲における任意の波長での吸光度を測定する。そして、当該吸光度と硝酸性窒素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硝酸性窒素濃度を判定する。
【００２２】
上記範囲の波長の吸光度は、分光光度計を用いて測定することができる。但し、上記範囲の波長の吸光度は、現在市販されている汎用の発光ダイオード（発光波長が３５０〜４５０ｎｍ程度）を用いて測定可能であるため、複雑で高価な分光光度計を用いずに測定することもできる。
【００２３】
本発明の測定方法は、硝酸性窒素を含まない検査水に対して適用した場合、検査水を実質的に呈色することがなく、当該検査水の上記３５０〜４５０ｎｍの波長範囲での吸光度が実質的にゼロになる。一方、微量の硝酸性窒素を含む検査水に対して本発明の測定方法を適用した場合、当該検査水は、３５０〜４５０ｎｍの波長範囲において吸光度のピークが明瞭に観測され易い。このため、本発明の測定方法は、これまでの測定方法では困難であった０．５ｍｇＮ／Ｌ未満の濃度で硝酸性窒素を含む検査水についても、硝酸性窒素を高精度で測定することができる。特に、発光試薬として６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸アルカリ金属塩を用いた場合は、０．２ｍｇＮ／Ｌ程度の低濃度で硝酸性窒素を含む検査水についても、硝酸性窒素を高精度で測定することができる。
【００２４】
また、本発明の測定方法は、発光試薬として保存安定性が高いものを用いており、しかも、吸光度の測定において市販の汎用の発光ダイオードを用いることができるため、機器による自動化への対応が容易である。
【００２５】
実験例１
硝酸イオン溶液（和光純薬工業株式会社の硝酸性窒素標準溶液（コード１４４−０６３５１））を蒸留水で希釈し、硝酸イオン濃度が３ｍｇ／リットルの検査水を調製した。また、発色試薬をジメチルスルホキシド（和光純薬工業株式会社の試薬特級：コード０４３−０７２６）に溶解し、発色試薬濃度が２０ｇ／リットルの発色試薬溶液を調製した。ここでは、発色試薬として１，２−ジヒドロキシナフタレン（東京化成株式会社製：コードＤ２２９９）、１，３−ジヒドロキシナフタレン（東京化成株式会社製：コードＤ０５８８）、１，５−ジヒドロキシナフタレン（東京化成株式会社製：コードＤ０５９０）、２，６−ジヒドロキシナフタレン（東京化成株式会社製：コードＤ０９５６）、２，７−ジヒドロキシナフタレン（東京化成株式会社製：コードＤ０５９４）、２，３−ジヒドロキシナフタレン（東京化成株式会社製：コードＤ０５９３）および６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸ナトリウム（東京化成株式会社製：コードＤ０５９７）のうちの一つを用いた七種類の発色試薬溶液を調整した。
【００２６】
検査水２ミリリットルに対して発色試薬溶液の一つを０．１ミリリットル添加し、この検査水を激しく攪拌しながら硫酸（和光純薬工業株式会社の試薬特級）２ミリリットルをさらに添加した。検査水を１５分間放置した後に１０ｍｍセルに入れ、分光光度計（株式会社島津製作所製のＵＶ−１６００ＰＣ）を用いて吸光スペクトルを測定した。結果を図１から図７に示す。なお、図１から図７には、ブランクとして、検査水の替わりに蒸留水を用いた場合の結果を併せて示している。
【００２７】
図１から図７によると、発色試薬として２，３−ジヒドロキシナフタレンまたは６，７−ジヒドロキシナフタレンー２−スルホン酸ナトリウムを用いた場合、約３６０ｎｍ以上の波長範囲において、ブランクの場合は吸光度が実質的にゼロであってピークが観測されないのに対し、検査水については３７０〜３８０ｎｍ付近に明瞭なピークが観測されている。これによると、２，３−ジヒドロキシナフタレンまたは６，７−ジヒドロキシナフタレンー２−スルホン酸ナトリウムを発色試薬として用いた場合、検査水の硝酸イオン濃度が低濃度の場合であっても高感度で硝酸イオンの定量が可能である。
【００２８】
実験例２
硝酸イオン溶液（和光純薬工業株式会社の硝酸性窒素標準溶液（コード１４４−０６３５１））を蒸留水で希釈し、硝酸イオン濃度が０．０１ｍｇ／リットル、０．０２ｍｇ／リットル、０．０５ｍｇ／リットル、０．１ｍｇ／リットルおよび０．２ｍｇ／リットルにそれぞれ調整された五種類の検査水と、蒸留水のみからなる検査水との六種類の検査水を作成した。
【００２９】
各検査水２ミリリットルに対し、クロモトロープ酸０．１ｇと硫酸２５ミリリットルとを混合した溶液０．１ミリリットルを添加し、さらにジメチルスルホキシド（和光純薬工業株式会社の試薬特級：コード０４３−０７２６）０．１ミリリットルを添加した。各検査水を１５分間放置した後に１０ｍｍセルに入れ、分光光度計（株式会社島津製作所製のＵＶ−１６００ＰＣ）を用いて３９５ｎｍの透過光の吸光度を測定した。
【００３０】
検査水の硝酸イオン濃度と３９５ｎｍでの吸光度との関係を図８に示す。図８によると、クロモトロープ酸を用いた場合の硝酸イオン濃度の検出下限濃度である０．５ｍｇ／リットル時の吸光度は、概ね０．０５Ａ．Ｕ．になる。
【００３１】
実験例３
２，３−ジヒドロキシナフタレン（東京化成株式会社製：コードＤ０５９３）をジメチルスルホキシド（和光純薬工業株式会社の試薬特級：コード０４３−０７２６）に溶解し、２，３−ジヒドロキシナフタレン濃度が２０ｇ／リットルの発色試薬溶液を調製した。また、硝酸イオン溶液（和光純薬工業株式会社の硝酸性窒素標準溶液（コード１４４−０６３５１））を蒸留水で希釈し、硝酸イオン濃度が０．０１ｍｇ／リットル、０．０２ｍｇ／リットル、０．０５ｍｇ／リットル、０．１ｍｇ／リットルおよび０．２ｍｇ／リットルにそれぞれ調整された五種類の検査水と、蒸留水のみからなる検査水との六種類の検査水を作成した。
【００３２】
各検査水２ミリリットルについて、発色試薬溶液０．１ミリリットルを添加した後、検査水を激しく攪拌しながら硫酸（和光純薬工業株式会社の試薬特級）２ミリリットルをさらに添加した。各検査水を１５分間放置した後に１０ｍｍセルに入れ、分光光度計（株式会社島津製作所製のＵＶ−１６００ＰＣ）を用いて３７５ｎｍの吸光度を測定した。
【００３３】
検査水の硝酸イオン濃度と吸光度との関係を図９に示す。図９によると、硝酸イオン濃度が０．５ｍｇ／リットル未満の低濃度の検査水においても、吸光度は０．０５Ａ．Ｕ．を超えている部分が認められる。これによると、２，３−ジヒドロキシナフタレンを発色試薬として用いた場合は、クロモトロープ酸法での測定下限未満においても検査水の硝酸イオン濃度を測定可能である。
【００３４】
実験例４
６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸ナトリウム（東京化成株式会社製：コードＤ０５９７）をジメチルスルホキシド（和光純薬工業株式会社の試薬特級：コード０４３−０７２６）に溶解し、６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸ナトリウム濃度が２５ｇ／リットルの発色試薬溶液を調製した。また、硝酸イオン溶液（和光純薬工業株式会社の硝酸性窒素標準溶液（コード１４４−０６３５１））を蒸留水で希釈し、硝酸イオン濃度が０．０１ｍｇ／リットル、０．０２ｍｇ／リットル、０．０５ｍｇ／リットル、０．１ｍｇ／リットルおよび０．２ｍｇ／リットルにそれぞれ調整された五種類の検査水と、蒸留水のみからなる検査水との六種類の検査水を作成した。
【００３５】
各検査水２ミリリットルについて、発色試薬溶液０．１ミリリットルを添加した後、検査水を激しく攪拌しながら硫酸（和光純薬工業株式会社の試薬特級）２ミリリットルをさらに添加した。各検査水を１５分間放置した後に１０ｍｍセルに入れ、分光光度計（株式会社島津製作所製のＵＶ−１６００ＰＣ）を用いて３８０ｎｍおよび６６０ｎｍの吸光度を測定した。６６０ｎｍの吸光度は、濁度補正のために測定したものであり、３８０ｎｍの吸光度から６６０ｎｍの吸光度を差し引いた値を３８０ｎｍでの吸光度とした。
【００３６】
検査水の硝酸イオン濃度と３８０ｎｍでの吸光度との関係を図１０に示す。図１０によると、硝酸イオン濃度が０．５ｍｇ／リットル未満の低濃度の検査水においても、吸光度は０．０５Ａ．Ｕ．を超えている部分が認められる。特に、硝酸イオン濃度が０．２ｍｇ／リットル程度の検査水においても、その吸光度は０．０５Ａ．Ｕ．を超えている。これによると、６，７−ジヒドロキシナフタレン−２−スルホン酸ナトリウムを発色試薬として用いた場合は、クロモトロープ酸法での測定下限未満においても検査水の硝酸イオン濃度を測定可能である。
【図１】
2011013053.tif 000004
【図２】
2011013053.tif 000005
【図３】
2011013053.tif 000006
【図４】
2011013053.tif 000007
【図５】
2011013053.tif 000008
【図６】
2011013053.tif 000009
【図７】
2011013053.tif 000010
【図８】
2011013053.tif 000011
【図９】
2011013053.tif 000012
【図１０】
2011013053.tif 000013