(57)【要約】【課題】  簡便かつ低コストで、そしてより低い検出限界濃度をもってフッ素イオン濃度を測定する方法を提供すること。【解決手段】  少なくともフッ素イオンを水性媒体中に含む液状物中のフッ素イオン濃度を測定する方法であって、液状物と希土類金属アリザリンコンプレクソンとを混合し、この混合によって生成した希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を含む混合物をキャピラリー電気泳動を行い、このキャピラリー電気泳動により分離された希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の量を測定し、この測定結果から液状物中のフッ素イオン濃度を算出する、フッ素イオン濃度の測定方法。【選択図】  図１
2015078961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともフッ素イオンを水性媒体中に含む液状物中のフッ素イオン濃度を測定する方法であって、
該液状物と希土類金属アリザリンコンプレクソンとを混合し、該混合によって生成した希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を含む混合物をキャピラリー電気泳動を行い、該キャピラリー電気泳動により分離された希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の量を測定し、該測定結果から液状物中のフッ素イオン濃度を算出する、
フッ素イオン濃度の測定方法。
【請求項２】
前記希土類金属が、ランタンおよびセリウムから選択される少なくとも１種である、請求項１記載の測定方法。
【請求項３】
前記希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の量の測定において、２５０〜３００ｎｍの波長における吸光度を測定する、請求項１または２記載の測定方法。
【請求項４】
前記キャピラリー電気泳動は、電気泳動液が満たされたキャピラリーを用いて実施され、該電気泳動液は、２５０〜３００ｎｍの波長に対する吸光度が０．０５以下である、請求項１〜３いずれかに記載の測定方法。
【請求項５】
前記液状物と希土類金属アリザリンコンプレクソンとの混合が、希土類金属アリザリンコンプレクソン、コハク酸およびヘキサメチレンテトラミンを含む水溶液と、前記液状物との混合によって行われる、請求項１〜４いずれかに記載の測定方法。
【請求項６】
前記液状物と希土類金属アリザリンコンプレクソンとを混合した後、キャピラリー電気泳動を行う前に、得られた混合物を固相抽出カラムを用いて濃縮する、請求項１〜５いずれかに記載の測定方法。
【請求項７】
フッ素イオンを水性媒体中に含む液状物のフッ素イオン濃度を測定するために用いられる電気泳動装置であって、
キャピラリーと、該キャピラリーの一方の端部に備えられた試料貯留部と、該キャピラリーの他方の端部に備えられた検出部と、を備え、
該試料貯留部には、該液状物と希土類金属アリザリンコンプレクソンとを混合して得られた希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を含む混合物が試料として貯留され、
該検出部は、該希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の吸光度を測定し、該測定結果に基づきフッ素イオンの濃度を算出する、
電気泳動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水性媒体中に含まれるフッ素イオン濃度を測定する方法、および水性媒体中に含まれるフッ素イオン濃度を測定するために用いられる電気泳動システムに関する。なお、本発明において水性媒体とは、主に水からなる媒体を意味する。また、少なくともフッ素イオンを水性媒体中に含む液状物とは、フッ素イオンを比較的少量含むものを意味する。本発明における液状物として、例えば、工場排水などが挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
フッ素イオンを水性媒体中に含む排水が、種々の工場、例えば化学工場または半導体工場などから排出されている。フッ素が環境または人体に与える影響を考慮して、水質汚濁防止法などの法律において、排水中のフッ素濃度に関する許容限度が定められている。例えば水質汚濁防止法は、排水におけるフッ素の許容限度は８ｍｇ／Ｌと定めており、また土壌汚染対策法では、地下水および溶出液におけるフッ素の許容限度は０．８ｍｇ／Ｌと定めている。
【０００３】
ＪＩＳ Ｋ ０１０２は、工場排水試験方法について規定する。この中で、フッ素濃度測定方法として、ランタン−アリザリンコンプレクソン吸光光度法などが挙げられている。また、ＪＩＳ Ｋ ０１２７は、フッ素濃度測定方法として、イオンクロマトグラフ法を記載している。またＪＩＳ Ｋ ０１７０には、流れ分析法による水質試験方法として、工業用水、工場排水などに含まれるフッ素化合物をフッ素化物イオンとして蒸留分離した後、ランタン−アリザリンコンプレクソン吸光光度法による流れ分析法を用いて定量する方法が記載されている。
【０００４】
ランタン−アリザリンコンプレクソン吸光光度法は、フッ素イオンを含む水性媒体を蒸留し、得られた媒体と、ランタン−アリザリンコンプレクソン溶液とを混合し、混合によって生じた色変化を、吸光度測定によって観察することによって、水性媒体中に含まれるフッ素イオンの濃度を測定する方法である。ランタン−アリザリンコンプレクソン溶液は赤〜赤紫色を呈する。そしてこのランタン−アリザリンコンプレクソン溶液とフッ素イオンとが接触することによって、ランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素の三元錯体が生成する。生成したランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素の三元錯体は、青〜青紫色を呈する。ここで、三元錯体の生成による色変化が生じることによって、波長６２０ｎｍ付近において吸光度が最も大きく変化する。従って、フッ素接触前および接触後における波長６２０ｎｍ付近の吸光度の変化の度合いを測定することによって、フッ素濃度を測定することができる（Japan Analyst, Vol.16, 1967, pp 44-46、非特許文献１）。
【０００５】
ランタン−アリザリンコンプレクソン吸光光度法においては、上述の通り、赤様色から青様色への色変化によって生じる吸光度変化を測定することによって、フッ素濃度の測定が行われる。しかしながら、このような色変化に基づく測定方法においては、例えば無色から有色への色変化が生じる測定方法などと比較して、感度向上を図ることが困難であるという不利点がある。実際に、ランタン−アリザリンコンプレクソン吸光光度法においては一般に、検出限界濃度は０．２〜０．５ｍｇ／Ｌ程度であるといわれている。このため、より低い検出限界濃度においてフッ素イオン濃度を測定することができる方法の開発が望まれていた。
【０００６】
イオンクロマトグラフ法は、固定相としてイオン交換樹脂を、そして移動相（溶離液）として電解質水溶液を用いる、液体クロマトグラフィー（イオン交換クロマトグラフィー）による分析方法である。この方法では、標準液を用いたクロマトグラム、およびフッ素イオンを含む水性媒体のクロマトグラムを作成し、保持時間が一致するピークを調べることによって、水性媒体中に含まれるフッ素イオン濃度を測定することができる。イオンクロマトグラフ法によるフッ素イオン濃度分析においては、分析時間およびランニングコストなどの面から、溶離液として炭酸系の溶離液が用いられ、そして検出器として電気伝導度検出器を用いる方法が一般的な方法である。しかしながらこの方法においては、測定されるサンプルの伝導度が溶離液の伝導度よりも低いことに由来した、デッドタイム直後に、負のピーク、すなわちウォーターディップ、が現れる。フッ素は溶出時間が早い（すなわち、カラムにおける保持力が弱い）ため、このウォーターディップの影響を顕著に受けてしまう。ウォーターディップの影響を受けた測定データは、この影響を取り除くために再解析する必要がある。このため、特に低濃度における定量性能に対する信頼性が低いという課題がある。
【０００７】
クロマトグラフを用いた他の分析方法として、Chromatographia 2004, 59, June (No. 11/12), pp 745-747（非特許文献２）では、ランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素の三元錯体を用いた、逆相高速液体クロマトグラフィーによる、水中のフッ素量の測定方法について検討されている。この逆相高速液体クロマトグラフィーにおいては、移動相としてメタノール−水（１９：８１、ｖ／ｖ）が用いられており、波長５６８ｎｍで検出が行われている。一方で、この分析においては、ランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素の三元錯体の安定化のために、トリエチルアミンが用いられている。ランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素の三元錯体は酸性条件下において極めて安定性が低い。そのため、この三元錯体は、代表的な逆相カラムであるＣ１８カラムに対しても安定に存在することができず、保持時間ピークが得られないという不具合がある（非特許文献２、７４６頁、中央欄〜右欄）。従って、ランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素の三元錯体の生成量を測定するために、トリエチルアミンを加えて、塩基性条件下に調整する必要がある（非特許文献２、７４６頁、右欄）。しかしながら、トリエチルアミンは揮発性物質であるため、高い再現性を確保することが困難であり、分析精度が低下するおそれがあるという問題がある。さらに、トリエチルアミンは強い臭気を有するため慎重な取り扱いを必要とする物質であり、また、化学物質排出把握管理促進法において第一種指定化学物質リストに挙げられる物質である。
【０００８】
このように、水性媒体中に含まれるフッ素イオン濃度を測定する従来の方法は幾つかあるものの、感度、設備費用、再現性などの点において問題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Japan Analyst, Vol.16, 1967, pp 44-46
【非特許文献２】Chromatographia 2004, 59, June (No. 11/12), pp 745-747
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、その目的とするところは、簡便かつ低コストで、そしてより低い検出限界濃度をもってフッ素イオン濃度を測定する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は下記態様を提供する。
［１］
少なくともフッ素イオンを水性媒体中に含む液状物中のフッ素イオン濃度を測定する方法であって、
この液状物と希土類金属アリザリンコンプレクソンとを混合し、この混合によって生成した希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を含む混合物をキャピラリー電気泳動を行い、このキャピラリー電気泳動により分離された希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の量を測定し、この測定結果から液状物中のフッ素イオン濃度を算出する、
フッ素イオン濃度の測定方法。
［２］
上記希土類金属が、ランタンおよびセリウムから選択される少なくとも１種である、上記測定方法。
［３］
上記希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の量の測定において、２５０〜３００ｎｍの波長における吸光度を測定する、上記測定方法。
［４］
上記キャピラリー電気泳動は、電気泳動液が満たされたキャピラリーを用いて実施され、この電気泳動液は、２５０〜３００ｎｍの波長に対する吸光度が０．０５以下である、上記測定方法。
［５］
上記液状物と希土類金属アリザリンコンプレクソンとの混合が、希土類金属アリザリンコンプレクソン、コハク酸およびヘキサメチレンテトラミンを含む水溶液と、上記液状物との混合によって行われる、上記測定方法。
［６］
上記液状物と希土類金属アリザリンコンプレクソンとを混合した後、キャピラリー電気泳動を行う前に、得られた混合物を固相抽出カラムを用いて濃縮する、上記測定方法。
［７］
フッ素イオンを水性媒体中に含む液状物のフッ素イオン濃度を測定するために用いられる電気泳動装置であって、
キャピラリーと、このキャピラリーの一方の端部に備えられた試料貯留部と、このキャピラリーの他方の端部に備えられた検出部と、を備え、
この試料貯留部には、この液状物と希土類金属アリザリンコンプレクソンとを混合して得られた希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を含む混合物が試料として貯留され、
この検出部は、この希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の吸光度を測定し、この測定結果に基づきフッ素イオンの濃度を算出する、
電気泳動装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によって、水性媒体中に含まれるフッ素イオンの濃度を、簡便かつ低コストで測定することができる。本発明の方法はまた、より低い検出限界濃度をもってフッ素イオン濃度を測定することができる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の１の実施態様における電気泳動装置を示す模式図である。
【図２】ランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の、２３０〜３３０ｎｍの波長域におけるスペクトルである。
【図３】ランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の、２８０ｎｍおよび５６８ｎｍにおける吸収強度を示すスペクトルである。
【図４】実施例１のランタンアリザリンコンプレクソンを用いたエレクトロフェログラムである。
【図５】実施例１の各フッ素イオン濃度におけるピーク面積をプロットしたグラフ図である。
【図６】実施例１の各フッ素イオン濃度におけるピーク面積をプロットしたグラフ図である。
【図７】実施例２のセリウムアリザリンコンプレクソンを用いたエレクトロフェログラムである。
【図８】実施例２の各フッ素イオン濃度におけるピーク面積をプロットしたグラフ図である。
【図９】比較例１の各フッ素イオン濃度における測定濃度をプロットしたグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
フッ素イオン濃度の測定方法
本発明の測定方法は、少なくともフッ素イオンを水性媒体中に含む液状物に含まれるフッ素イオン濃度を測定する方法である。この測定方法においては、まず、フッ素イオン濃度を測定する液状物と、希土類金属アリザリンコンプレクソンとを混合する。この混合によって、フッ素と希土類金属アリザリンコンプレクソンとが反応し、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体が生成する。次いで、上記混合によって得られた、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を含む混合物を、キャピラリー電気泳動を行う。キャピラリー電気泳動は、キャピラリーの一方の端部に備えられた試料貯留部に、得られた混合物を貯留し、その後、キャピラリーに電圧を印加することによって行われる。電圧の印加によって、電気泳動移動が生じ、混合物中に含まれる希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体と、未反応の希土類金属アリザリンコンプレクソンとが分離する。電気泳動移動によって分離した、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の量を、キャピラリーの他の一方の端部に備えられた検出部において測定することによって、液状物中のフッ素イオンの濃度が測定される。
【００１５】
本発明の方法における、検出部での希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の量の測定方法として、例えば、吸光度分析測定法、蛍光分析測定法、質量分析測定法などが挙げられる。本発明の方法においては、キャピラリー電気泳動において一般的な検出手段として用いられる、吸光度分析測定法によって、検出部において希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の量を測定するのが、より好ましい。
【００１６】
従来方法である、ＪＩＳ Ｋ ０１７０などに規定されるランタン−アリザリンコンプレクソン吸光光度法は、未反応のランタン−アリザリンコンプレクソン溶液とランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素の三元錯体とが混在した混合液の、波長６２０ｎｍ付近における吸光度を測定することによって、フッ素濃度を測定する方法である。これに対して、本発明の方法においては、電気泳動移動によって分離した、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体そのものの濃度を、例えば吸光度測定などによって測定する方法である。そのため、混合物中における吸光度を測定し、そして混合前および混合後における吸光度の差から三元錯体の量を求める従来方法と比べて、より低い濃度であっても検出することができるという利点がある。本発明の方法においてはさらに、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体そのものの吸光度を測定することができるため、この三元錯体が最も多く吸収する波長を任意に選択して吸光度を測定することができるという利点もある。
【００１７】
本発明の方法において、まず、フッ素イオン濃度を測定する液状物と、希土類金属アリザリンコンプレクソンとを混合する。混合において用いる希土類金属アリザリンコンプレクソンの量は、例えば、測定を行う混合物中における濃度として０．０５〜０．２ｍｍｏｌ／Ｌ程となる量で用いるのが好ましい。なおこの希土類金属アリザリンコンプレクソンの量は、液状物中に含まれるフッ素イオンの予想濃度に応じて適宜変更することができる。
【００１８】
希土類金属アリザリンコンプレクソンを構成するアリザリンコンプレクソンとは、別名２，２’−（３，４−ジヒドロキシ−９，１０−ジオキソアントラセン−２−イルメチルイミノ）二酢酸ともいわれる物質である。希土類金属アリザリンコンプレクソンは、アリザリンコンプレクソンと希土類金属塩とを混合して錯体を形成することによって調製することができる。また、希土類金属アリザリンコンプレクソンは、市販品を用いてもよい。希土類金属アリザリンコンプレクソンの市販品として、例えばアルフッソン（商標）（同人化学研究所製）などが挙げられる。
【００１９】
希土類金属アリザリンコンプレクソンは、予め溶液（水溶液など）の形態に調製されていてもよい。溶液に含まれる希土類金属アリザリンコンプレクソンは分析に際して適宜希釈され、例えば０．０５〜０．２ｍｍｏｌ／Ｌ程に調製される。溶液を予め調製する場合は、例えば緩衝剤、界面活性剤などの、通常用いられる添加剤を含めてもよい。添加剤として、コハク酸およびヘキサメチレンテトラミンを用いるのがより好ましい。
【００２０】
希土類金属アリザリンコンプレクソンを構成する希土類金属として、ランタンおよびセリウムから選択される少なくとも１種であるのがより好ましい。
【００２１】
希土類金属がランタンである場合は、アルフッソン（商標）（同仁化学研究所社製）を用いてもよい。アルフッソン（商標）は市販されている試薬であり、ランタン−アリザリンコンプレクソンおよびｐＨ調整用緩衝剤を含む。アルフッソン（商標）を水に溶解することによって、ランタン−アリザリンコンプレクソン溶液を容易に調製することができるという利点がある。また、アルフッソン（商標）をそのまま、測定する液状物中に加えてもよい。
【００２２】
上記の混合によって、フッ素と希土類金属アリザリンコンプレクソンとが反応し、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体が生成する。次いで、上記混合によって得られた、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を含む混合物を、キャピラリー電気泳動を行う。
【００２３】
本明細書において「キャピラリー電気泳動」とは、キャピラリー（毛細管）内で電気泳動を行う方法である。「電気泳動」とは、物質を、その大きさ、電荷、形状などの物理的性状の違いに基づく電場での移動速度の差を利用して分離する手法をいう。本明細書において、キャピラリーとは、内径が１００μｍ以下である管を意味する。キャピラリーの内径は、例えば２０〜１００μｍ程であるのが好ましい。ここで管の断面形状は、円形、半円形、矩形などのいずれの形状であってよい。キャピラリーの長さは、以下に詳述する分離長を確保することができる長さであることを条件として、任意の長さであってよい。
【００２４】
キャピラリーを構成する材料として、ガラスまたはポリマー材料が挙げられる。ガラス材料の具体例として、特に限定されるものではないが、例えば、合成石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、溶融シリカなどが挙げられる。ポリマー材料の具体例として、特に限定されるものではないが、例えば、ポリメチルメタクリレートなどの（メタ）アクリル樹脂、シクロオレフィンポリマーなどのオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリジメチルシロキサン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ乳酸樹脂などが挙げられる。
【００２５】
キャピラリー内には、電気泳動液が満たされている。電気泳動液は、一般的に用いられる緩衝液、イオン液などを用いることができる。本発明においては、実質的に紫外部に吸収を持たない水溶液または紫外部に吸収があっても測定波長における吸収が弱い水溶液を用いることが好ましい。実質的に紫外部に吸収を持たない水溶液とは、測定波長の２５０ｎｍから３００ｎｍおいて吸光度０．０５以下の水溶液であり、具体的には、リン酸塩、ホウ酸塩を含む水溶液などが挙げられる。紫外部に吸収があっても測定波長における吸収が弱い水溶液とは、２５０ｎｍ以下には吸収を持つが測定波長の２５０ｎｍから３００ｎｍにおいて吸光度が０．０５以下の水溶液であり、具体的には、コハク酸塩、酢酸塩などの共役しないカルボン酸塩を含む水溶液などが挙げられる。これらの化合物からなる群から選択される少なくとも１種を含む電気泳動液を用いるのがより好ましい。特にリン酸、ホウ酸およびコハク酸からなる群から選択される少なくとも１種を含む電気泳動液を用いる場合は、これらの化合物が、２５０〜３００ｎｍの波長における光吸収を有しないため、この波長域において良好に吸光度を測定することができるという利点がある。
【００２６】
電気泳動液のｐＨは、例えば４．０〜１４．０の範囲内にあり、７．０〜１１．０であるのがより好ましい。希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体は、上記ｐＨ範囲において安定性が高いためである。
【００２７】
上記より得られた、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を含む混合物を、キャピラリーの一方の端部に備えられた試料貯留部に貯留する。
【００２８】
その後、キャピラリーの両端、すなわち、試料貯留部と、キャピラリーの他方の端部に備えられた検出部との間に電圧を印加し、キャピラリー電気泳動を行う。キャピラリーの両端に印加する電圧は、例えば０．１〜５０ｋＶであり、好ましくは１０〜３０ｋＶである。
【００２９】
次いで、電気泳動移動によって分離した、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の量を、検出部において測定する。この測定結果に基づき、液状物中のフッ素イオンの濃度が算出される。希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の量は、例えば吸光度を測定することによって求めることができる。
【００３０】
本発明の方法においては、電気泳動移動により分離された希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の量は、２５０〜３００ｎｍの波長の光を照射して、この波長の光における吸光度を測定することにより測定するのが、より好ましい。従来方法である、ランタン−アリザリンコンプレクソン吸光光度法においては、フッ素接触前（ランタン−アリザリンコンプレクソン）およびフッ素接触後（ランタン−アリザリンコンプレクソンとランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素の三元錯体との混合物）における波長６２０ｎｍ付近の吸光度の変化の度合いを測定することによって、フッ素濃度の測定が行われている。これに対して、本発明の方法においては、上記電気泳動移動によって分離した、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体そのものの吸光度を測定することが可能となっている。そのため、この三元錯体が最も多く吸収する波長を任意に選択することができるという利点がある。図２は、ランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の、２３０〜３３０ｎｍの波長域におけるスペクトルである。図２に示されるように、ランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体は、２５０〜３００ｎｍの波長域において吸収強度が高く、特に２５０〜２８０ｎｍの波長域において吸収強度が高いことが分かる。図３は、ランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体（１ｍｇ／Ｌ溶液）のエレクトロフェログラムであり、２８０ｎｍおよび５６８ｎｍを検出波長とした吸光度を示す。図３において、２８０ｎｍにおける吸収強度は９．４ｍＡＵであり、５６８ｎｍにおける吸収強度は２．３ｍＡＵである。そのため、２８０ｎｍにおける吸収強度は、５６８ｎｍにおける吸収強度に対して約４倍ほど高い。従って、本発明において例えば２８０ｎｍにおける吸光度を測定することによって、ランタン−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の濃度がより低い場合であっても検出することができるという利点がある。本発明の方法においては、例えばフッ素イオン濃度が０．０２ｍｇ／Ｌ程とごく低濃度である液状物であっても、フッ素イオン濃度を測定することが可能となるという利点がある。
【００３１】
本発明の方法のさらなる他の１態様として、液状物と希土類金属アリザリンコンプレクソンとを混合した後、キャピラリー電気泳動を行う前に、得られた混合物を固相抽出カラムを用いて濃縮する態様が挙げられる。この態様では、分析対象物（希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体）を含む混合物を固相抽出カラムにかけて、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を固相担体に一旦保持させ、次いで他の移動相をカラムに流すことによって、保持させた希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を溶出させる。これにより、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の濃度を高めることができる。このように、混合物を濃縮することによって、混合物中に含まれる、生成した希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の濃度が高くなる。これにより、液状物に含まれるフッ素イオン濃度がより低濃度であっても検出することが可能となるという利点がある。
【００３２】
上記固相抽出カラムの具体例として、例えば、ウォーターズ社製 ＯＡＳＩＳ（登録商標）−ＨＬＢカラム、和光純薬工業社製 プレセップ（登録商標）Ｃなどの、多孔質樹脂カラムなどが挙げられる。また、固相担体に一旦保持させた希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を溶出させる移動相として、例えば、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール系溶媒、アセトニトリル、アセトンなどの水溶性有機溶媒、エチルエーテル、ｔ-ブチル−メチルエーテルなどのエーテル系溶媒もしくはこれらの混合溶液などを用いることができる。
【００３３】
濃縮された溶液は、上述した方法と同様の方法により、フッ素イオン濃度が算出される。濃縮により生じた過剰の錯体は、キャピラリー電気泳動で分離されるので測定結果に影響を与えることはない。従って、上述のような固相抽出カラムを用いた濃縮を、必要に応じて任意に行うことができる。そして、上述のような濃縮を行うことによって、例えばフッ素イオン濃度が４μｇ／Ｌ程度と極めて低濃度である液状物においても、フッ素イオン濃度を測定することが可能となるという利点がある。さらに、キャピラリー電気泳動において妨害となる成分を予め取り除くことができるという利点もある。
【００３４】
電気泳動装置
本発明はさらに、フッ素イオンを水性媒体中に含む液状物のフッ素イオン濃度を測定するために用いられる電気泳動装置を提供する。
図１は、本発明の１態様である電気泳動装置１を示す模式図である。電気泳動装置１は、キャピラリー３、キャピラリー３の一方の端部に備えられた試料貯留部５、試料貯蔵部５を備えた側の最端部に備えられた陽極９、キャピラリー３の他方の端部に備えられた検出部７、検出部７を備えた側の最端部に備えられた陰極１１を備える。電気泳動装置１は、陽極９および陰極１１に対して電圧を印加する電源１３に接続されている。
試料貯留部５には、液状物と希土類金属アリザリンコンプレクソンとを混合して得られた希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を含む混合物が試料として貯留される。
検出部７は、電気泳動後の液体を貯留し、貯留された希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の吸光度を測定し、その測定結果に基づきフッ素イオンの濃度を算出する。検出部７は、図示しない光照射部、吸光度測定部および濃度算出部を備える。光照射部は、一定の間隔で電気泳動後の液体に対し、特定波長の光を照射する。吸光度測定部は、電気泳動後の液体を通った光の吸収を測定することにより、吸光度を測定する。濃度算出部は、測定された吸光度に基づき、フッ素イオンの濃度を算出する。検出部７において、２５０〜３００ｎｍの波長の吸光度を検出する態様がより好ましい。
電源１３は、陽極９および陰極１１に対し、電気泳動を行うための電圧を印加する。印加される電圧は、例えば０．１〜５０ｋＶであり、好ましくは１０〜３０ｋＶである。また、電源１３は、検出部７の光照射部、吸光度測定部および濃度算出部に対しても電力を供給する。
【００３５】
キャピラリー３として、上述したキャピラリーが挙げられる。ここで、キャピラリーにおける分離長（試料貯留部と、検出部との距離）は、混合物中に含まれる希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体と、未反応の希土類金属アリザリンコンプレクソンとが分離するのに十分な長さがあることを条件として、適宜選択することができる。分離長は、例えば５〜２０００ｍｍであってよく、より好ましくは１００〜１０００ｍｍであってよい。なお分離長は、混合において用いられる希土類金属アリザリンコンプレクソンの量に応じて適宜変更することができる。
また、キャピラリー３に満たされる電気泳動液として、上述した電気泳動液を用いることができる。
【００３６】
以下に、電気泳動装置１の動作について説明する。
まず、液状物と希土類金属アリザリンコンプレクソンとを混合し、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体を含む混合物を作成し、この混合液を試料貯留部５に貯留する。次に、電気泳動装置１の電源１３をオンし、陽極９および陰極１１に対して電圧を印加する。電圧が印加されると、キャピラリー３内において電気泳動移動が生じ、混合物中に含まれる希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体が検出部７に向かって移動する。電気泳動が終わると、検出部７に貯留された液体に対して、光照射部から特定波長の光が照射され、吸光度測定部によって液体の吸光度が測定され、希土類金属−アリザリンコンプレクソン−フッ素三元錯体の量が測定される。濃度算出部は、吸光度測定部の測定結果に基づき、液状物のフッ素イオン濃度を算出する。
【００３７】
なお、キャピラリー３は、電気泳動チップ上に形成されたキャピラリー流路であってもよい。電気泳動チップは一般に、キャピラリー流路が形成された基板によって構成される。電気泳動チップを用いる場合は、キャピラリー流路において一方の端部に試料貯蔵部５が形成されており、キャピラリー流路の他方の端部に、検出部７が形成されている。この検出部７において、吸光度を検出する。電気泳動チップにおいて、基板を構成する材料として、キャピラリーを構成する材料として上述した、ガラスまたはポリマー材料が挙げられる。
【実施例】
【００３８】
以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。実施例中、「部」および「％」は、ことわりのない限り、質量基準による。
【００３９】
実施例１  ランタンアリザリンコンプレクソンを用いたフッ素イオン濃度の測定
アリザリンコンプレクソン（ＡＬＣ）溶液の調製
ドータイトＡＬＣ（１，２−ジヒドロキシアントラキノン−３−イル−メチレン−Ｎ，Ｎ−２酢酸）０．４３３ｇに、０．５Ｍ水酸化ナトリウム溶液５ｍｌを加え、水で約２００ｍｌに希釈した。
これに０．２Ｍコハク酸溶液を加えてｐＨを約５とし、水で５００ｍｌに希釈し（２．３×１０−３Ｍ）、この溶液をＡＬＣ溶液とした。
硝酸ランタン溶液の調製
特級硝酸ランタン６水塩０．４３３ｇを水に溶かして５００ｍｌとした。（２．０×１０−３Ｍ）
ランタン−ＡＬＣ混合溶液の調製
上記のＡＬＣ溶液と硝酸ランタン溶液とを、使用の際に等容積で混合した。
緩衝溶液の調製
０．２Ｍコハク酸溶液に０．２Ｍヘキサミン溶液を適宜加えて、ｐＨ４．６の緩衝溶液を調製した。
標準サンプルの調製（フッ素イオン濃度：０．１〜０．５ｍｇ／Ｌ）
フッ素イオン１．０ｍｇ／Ｌ標準試料を、２．５ｇ（０．１ｍｇ／Ｌ）、５ｇ（０．２ｍｇ／Ｌ）、７．５ｇ（０．３ｍｇ／Ｌ）、１０．０ｇ（０．４ｍｇ／Ｌ）、１２．５（０．５ｍｇ／Ｌ）をそれぞれ５０ｍｌメスフラスコにとり、これらにランタン−ＡＬＣ混合溶液を５ｍｌずつ加えた。
さらにコハク酸ヘキサミン緩衝溶液を２ｍｌずつ加え、純水で２５ｍｌに定容した。
キャピラリー電気泳動
これらのサンプルを以下の条件でキャピラリー電気泳動分析を行った。
電気泳動分析条件
機器        ：アジレント１６００Ａ
キャピラリー：標準Ｆｕｓｅｄ ｓｉｌｉｃａ、７５μｍ、７２ｃｍ
電動液      ：２０ｍＭ ホウ酸ナトリウム
試料導入方法：圧力  ４．０秒／５０ｍｂａｒ
電圧        ：Ｐｏｓｉｔｉｖｅ，２５ｋＶ
キャピラリー温度：２０℃
検出器      ：Ｄｉｏｄｅ ａｒｒａｙ
測定波長    ：２８０ｎｍ
【００４０】
電気泳動分析での０．１ｍｇ／Ｌから０．５ｍｇ／Ｌまでのエレクトロフェログラムを、図４に示す（ランタンアリザリンコンプレクソンの結果）。また、各濃度における、エレクトロフェログラムにおける各ピークのピーク面積を、以下の表１に示す。
【００４１】
【表１】
2015078961.tif 000003
【００４２】
図５は、上記表１に示される、各フッ素イオン濃度（ｍｇ／Ｌ）におけるピーク面積をプロットしたグラフ図である（検量線）。このグラフ図において、ピーク面積は濃度に対して高い直線性を示している。これは、フッ素イオン濃度を正確に定量することができることを示している。
【００４３】
さらに、フッ素イオン濃度 ０．０２ｍｇ／Ｌ〜０．１０ｍｇ／Ｌの低濃度範囲においても、上記と同様の手順によりサンプルを調製し、次いで上記と同様の手順により測定を行った。各濃度における、エレクトロフェログラムにおける各ピークのピーク面積を、以下の表２に示す。
【００４４】
【表２】
2015078961.tif 000004
【００４５】
図６は、上記表２に示される、各フッ素イオン濃度（ｍｇ／Ｌ）におけるピーク面積をプロットしたグラフ図である（検量線）。このグラフ図において、０．０２ｍｇ／Ｌという低濃度においても検量線は直線性を示しており、フッ素イオン濃度がごく低濃度であっても定量が可能であることがわかる。
【００４６】
実施例２  セリウムアリザリンコンプレクソンを用いたフッ素イオン濃度の測定
硝酸ランタン溶液を、２ｍＭ  硝酸セリウムに代えたこと以外は、実施例１の手順によりサンプルを調製し、次いで上記と同様の手順により測定を行った。
電気泳動分析での０．１ｍｇ／Ｌから２ｍｇ／Ｌまでのエレクトロフェログラムを、図７に示す（セリウムアリザリンコンプレクソンの結果）。また、各濃度における、エレクトロフェログラムにおける各ピークのピーク面積を、以下の表３に示す。
【００４７】
【表３】
2015078961.tif 000005
【００４８】
図８は、上記表３に示される、各フッ素イオン濃度（ｍｇ／Ｌ）におけるピーク面積をプロットしたグラフ図である（検量線）。このグラフ図に示されるように、ランタンアリザリンコンプレクソンに代えてセリウムアリザリンコンプレクソンを用いた場合においても、実施例１の場合と同様に、ピーク面積は濃度に対して高い直線性を示している。また低濃度範囲においても高い直線性を示している。
【００４９】
実施例３  ランタンアリザリンコンプレクソンと液状物とを混合した後、キャピラリー電気泳動を行う前に、得られた混合物を濃縮した、フッ素イオン濃度の測定
希釈サンプルは以下のように調製した。
フッ素イオン濃度０.２ｍｇ／Ｌの標準サンプル２．５ｇを２５０ｍｌ三角フラスコに量り取った。
これに純水７５ｇを加え希釈した。この時点でフッ素イオン溶液濃度は７μｇ／Ｌとなる。この溶液にランタン−ＡＬＣ混合溶液１０ｇを加えた。さらに緩衝溶液１０ｇを加え純水で１２５ｇに定容した。この状態でフッ素濃度は４μｇ／Ｌになる。これを希釈サンプルとした。
固相抽出カラムであるＯＡＳＩＳ（登録商標）−ＨＬＢカラム（６０μｍ  Ｗａｔｅｒｓ）をメタノール、純水でコンディショニングした。
コンディショニングした固相カラムに、希釈サンプルを、２ｍｌ／ｍｉｎ以下の速度でゆっくりと通じた。コンプレクソン溶液は青紫色に着色しているが、着色成分はほぼカラムに吸着され、出てきた溶液はほぼ無色となった。
固相カラムにメタノール−アセトニトリル混合溶液を通じて、錯体を濃縮回収した。
回収された溶液を白金皿にとり、純水を加えた後、ウォーターバス上で加熱して、有機溶媒を純水に置換した。
この溶液を約１０〜２０ｇにメスアップし、キャピラリー電気泳動装置でフッ素イオン濃度０．５ｍｇ／Ｌ、１ｍｇ／Ｌの標準サンプルと供に分析することで定量を行い、次いで、サンプリング量、最終溶液量から求めた希釈率を補正することによって、回収率を求めた。
上記操作を２度行った。回収率はそれぞれ９６．９％および８６．９％であった。
【００５０】
比較例１  ＪＩＳ Ｋ ０１０２に準拠した、ランタン−アリザリンコンプレクソン吸光光度法によるフッ素イオン濃度の測定
市販のアルフッソン（同人化学工業）を純水に溶解し、５％溶液とした。
１〜０．２５ｍｇ／Ｌの濃度のサンプルの調製
フッ素イオン濃度１０ｍｇ／Ｌの標準サンプルを４ｍｌ、３ｍｌ、２ｍｌ、１ｍｌずつ５０ｍｌメスフラスコに入れ、これに５％アルフッソン水溶液を４ｍｌ加えた後、これを４０ｍｌまでメスアップした。
０．２ｍｇ／Ｌ〜０．０５ｍｇ／Ｌの濃度のサンプルの調製
フッ素イオン濃度１ｍｇ／Ｌの標準サンプルを８ｍｌ、６ｍｌ、４ｍｌ、２ｍｌずつ５０ｍｌメスフラスコに入れ、これに５％アルフッソン水溶液を４ｍｌ加えた後、これを４０ｍｌまでメスアップした。
上記により調製した各サンプルについて、６２０ｎｍおよび５５２ｎｍにおける吸収光度を測定した。得られた吸収光度の値の比を求めて、ブランクからの差を、濃度に対してプロットすることによって、検量線を作成した。フッ素イオン濃度と、ブランクからの差の値とを、下記表４に示す。
【００５１】
【表４】
2015078961.tif 000006
【００５２】
図９は、上記表４に示される、測定によって得られた濃度を、用いたサンプル濃度に対してプロットしたグラフ図である（アルフッソンでの吸収光度の検量線）。このグラフ図において、０．２ｍｇ／Ｌ以下の低濃度域では検量線の傾きが小さくなっており、直線性が低下することがわかる。このような場合においては、低濃度域での検量線を引きなおす必要があるが、傾きが小さくなるので誤差は大きくなる傾向になる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によって、水性媒体中に含まれるフッ素イオンの濃度を、簡便かつ低コストで測定することができる。本発明の方法はまた、より低い検出限界濃度をもってフッ素イオン濃度を測定することができる利点もある。本発明の方法によって、例えばフッ素イオン濃度が０．０２ｍｇ／Ｌ程とごく低濃度である液状物であっても、フッ素イオン濃度を測定することが可能となるという利点がある。
【符号の説明】
【００５４】
１：電気泳動装置、
３：キャピラリー、
５：試料貯留部、
７：検出部、
９：陽極、
１１：陰極、
１３：電源。
【図１】
2015078961.tif 000007
【図２】
2015078961.tif 000008
【図３】
2015078961.tif 000009
【図４】
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【図５】
2015078961.tif 000011
【図６】
2015078961.tif 000012
【図７】
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【図８】
2015078961.tif 000014
【図９】
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