(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川水、地表水、水道水、飲料水またはその他の水サンプルからなる原水サンプル中の鉛を定量する方法であって、前記原水サンプル中の有機コロイド材料の少なくとも１つの実質的な部分を溶解した、鉛の定量が望まれる予備処理水サンプルを使用し、この方法は、以下の連続ステップ、すなわち、
ｐＨ調整した予備処理水サンプルを起点として、鉛を濃縮して鉛濃縮水サンプルを得る第１のステップと、
前記鉛濃縮水サンプルを起点として、
最初に、前記鉛濃縮水サンプルの水を、蛍光強度と鉛含有量との関数が分かっている鉛感知用の選択性の蛍光プローブと混合し、
次いで、このように構成された前記鉛濃縮水サンプルの水と前記蛍光プローブとの混合物を光により励起し、このように励起された前記鉛濃縮水サンプルの水と前記蛍光プローブとの混合物の蛍光強度を光学的に回収し、
最後に、このように検知された前記蛍光強度に基づいて、前記蛍光強度と鉛含有量との関数により前記原水サンプル中の鉛含有量を決定する、第２のステップとを含む方法において、
前記第１のステップでは、
第１のサブステップで、他の妨害イオンを固着しない選択性の吸収剤に、前記ｐＨ調整した予備処理水サンプルを通過させることにより鉛を吸収し、
次いで、第２のサブステップで、前記鉛の脱着を実施し、
少なくとも部分的に前記他の妨害イオンを除去して、前記他の妨害イオンをほとんど含まない前記鉛濃縮水サンプルを得ることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のステップでは、
官能基を導入されたシリカペレットに、前記ｐＨ調整した予備処理水サンプルを通過させることにより鉛を吸着し、
酸性化した水である溶離剤により脱着を実施して、前記鉛濃縮水サンプルを得ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のステップでは、少なくとも濃縮係数２５で鉛を濃縮することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のステップでは、カルシウムイオンおよびナトリウムイオンを少なくとも部分的に除去することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のステップでは、鉛と干渉する可能性のある前記妨害イオンを、これらの妨害イオンが前記第２のステップの実施を可能にする濃度まで除去することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のステップは、前記第２のサブステップの脱着により得られる溶離水の濾過を行う第３のサブステップを含んでいることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第３のサブステップに続いて、この第３のサブステップにより得られる濾液に、アセトニトリル中に３‐クロロピリジンを溶かした溶液が添加される第４のサブステップが行われ、最終ｐＨが３であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記原水サンプルを起点としていること、および、前記予備処理水サンプルを得るための予備ステップでは、有機コロイド材料の少なくとも１つの実質的な部分を溶解することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記予備ステップが、室温で１時間にわたって超純粋濃縮硝酸（６９％  ＨＮＯ３）を添加することによりｐＨ２未満に酸性化することからなることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記予備ステップが、硝酸の添加によるｐＨ２未満への酸性化を行うサブステップと、温度８０℃で１時間にわたって２％の酸化水を添加することによる無機化サブステップとからなることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記予備ステップの後および／または前記第１のステップの前に、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の１つの塩基の添加により、前記予備処理水サンプルのｐＨ値を１０にすることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のステップに対して、ｐＨが３に調整されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記蛍光プローブは、アセトニトリルと水とを混合して混合物中のｐＨが３である溶媒に溶かした、フルオロイオノフォアＣａｌｉｘ−ＤＡＮＳ４であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記蛍光プローブは、濃度２×１０−６Ｍであることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記鉛濃縮水サンプル中では、カルシウム濃度が１００ｍｇ／リットル未満であり、ナトリウム濃度が１１．５ｍｇ／ｌ未満であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
鉛の定量が望まれる水１リットルについて２μｇの含有量まで鉛を検知することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法を実施するために、地表水、飲料水またはその他の水の中の鉛を定量する装置であって、
この方法の前記第１のステップを実施可能にすることができる上流側の第１の動作アセンブリと、
この方法の前記第２のステップを実施可能にすることができる下流側の第２の動作アセンブリとを含み、この第２のアセンブリが、
一方では前記鉛濃縮水サンプルのための入口を、他方では前記蛍光プローブのための入口を有し、上流から下流に流体通路で、水と蛍光プローブとの混合ゾーンと、蛍光強度測定チャンバと、残留物の出口とを有する、マイクロ流体デバイスと、
前記水と前記蛍光プローブとの混合物を励起する光手段と、このように励起された前記水と前記蛍光プローブとの混合物の蛍光強度の回収手段とを含み、この双方の手段が、横方向に前記測定チャンバに結合され、あるいは互いに垂直に接続され、励起が、前記測定チャンバの面で行われ、放射の回収が、前記測定チャンバに対して垂直方向に行われ、
また、検知された前記蛍光強度から、前記蛍光強度と前記蛍光プローブの鉛含有量との関数に基づいて前記定量サンプルの鉛含有量を決定するようにプログラムされた計算手段を含む装置において、
前記第１のアセンブリは、前記予備処理水サンプルが通過可能な、官能基を導入された微小シリカペレットのマイクロカラムをなす少なくとも１つの毛細管を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記マイクロ流体デバイスの前記混合ゾーンが、アクティブまたはパッシブな混合手段を含み、混合用のジグザグ部が組み込まれていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記マイクロ流体デバイスの前記蛍光強度測定チャンバが拡張されて、流体分配装置を含んでいることを特徴とする請求項１７または１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記水と前記蛍光プローブとの混合物を励起する前記光手段が、少なくとも１つの励起用の光ファイバに結合された少なくとも１つの発光ダイオードを含んでおり、前記水と前記蛍光プローブとの混合物の蛍光強度の前記回収手段が、少なくとも１つの回収用の光ファイバに結合された少なくとも１つの光検知器を含んでいることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
さらに、前記第１のアセンブリの上流側に、この方法の前記予備ステップを実施可能にすることができる予備アセンブリを含んでいることを特徴とする、請求項８から１６のいずれか一項に従属し、かつ請求項１７から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
固体担体から鉛を予め抽出し、鉛を含まない水にこれを溶かし、
次いで、請求項１から１６のいずれか一項に記載の水で鉛の定量方法を実施する、
固体担体における鉛の定量方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛の定量に関する。本発明は、特に、水または固体サンプル中の鉛の定量方法と、この方法を実施するための鉛の定量装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛を定量すべき水は、一般に、河川水、地表水、水道水、飲料水またはその他である。鉛を定量すべき固体サンプルは、一般に、塗料、土壌またはその他である。
【０００３】
原子吸収分光法または原子発光分光法による定量方法および装置は既に知られている。この技術は、高選択性であり、また、鉛の場合には優れた感度を有する（たとえば１リットル当たり鉛１μｇ、すなわち１ｐｐｂ）。これを利用した装置は、一般に試験所向けであって、価格が高いと同時にかさばるので、輸送ができない。しかも、定量操作には長い時間がかかる。従って、これらの方法および装置は、当該分野の規格に照らし合わせて十分な感度を有する安価で携帯式かつ迅速に実施できる簡易装置を用いたオンサイトでの鉛定量には適さない。
【０００４】
また、電気化学的な方法による鉛定量方法および携帯装置が知られている。複数の実施形態によれば、この装置の感度は０．１μｇから２μｇであって、水銀電極を用いることが必要となるので、それに固有の問題が生じ、あるいは３〜５分以上の分析時間を要するために、分析を迅速に実施可能にしなければならないオンサイトでの用途には適さない。さらに、これらは価格が高く、使い方が複雑である。
【０００５】
非特許文献１は、カリクサレン誘導体を用いる蛍光プローブの光学物理特性および錯体形成特性について紹介し、特に、鉛のためのＣａｌｉｘ−ＤＡＮＳ４の選択性と感度とについて記載している。しかし、オンサイトでの定量に適した完璧な鉛の定量装置については開示していない。これらのカリクサレンの合成に関しては、非特許文献２に記載されている。非特許文献３は、Ｃａｌｉｘ−ＤＡＮＳ４化合物の実施をめざしており、この化合物については、上記の刊行物でも論じられている。
【０００６】
非特許文献４は、蛍光測定によるカリウムイオンの検出のためのマイクロ流体デバイスを開示している。このような装置は、混合ゾーンと蛍光強度の測定チャンバとの２つの入口を有し、蛍光強度の測定チャンバには、光学的な励起手段と、励起後の蛍光強度を回収して分析する手段とが接続されている。この場合、上記デバイスは、カリウムイオンの定量用であって、鉛用ではない。
【０００７】
非特許文献５は、第１のステップで鉛を濃縮し、第２のステップで、鉛濃縮水サンプルの水を、鉛を感知する選択性の蛍光プローブと混合し、このように実施された水と蛍光プローブとの混合物を光により励起し、このように励起された水と蛍光プローブとの混合物の蛍光強度を光学的に回収し、蛍光強度と鉛含有量との関数に基づいて定量サンプルの鉛含有量を決定する鉛の定量方法を開示している。記載された実施形態では、励起源がアルゴンイオンレーザであるので、この方法は、携帯装置では実施できない。しかも、この方法は、顕微鏡と、１つは毛管電気泳動用（予備分離および予備濃縮を行う場合）で、１つはナノ多孔質ダイヤフラムを介したサンプル導入用の、２つの高電圧電源とを使用しなければならない。さらに、この方法は、鉛の担体で鉛の特別なＤＮＡザイムを用いることが必要である。
【０００８】
また、従来技術では、以下のような文献を挙げることができる。
−非特許文献６
−非特許文献７
−非特許文献８
この文献は、循環槽内での蛍光測定に基づくものであるので、マイクロ流体に関するものではない。
−非特許文献９
−非特許文献１０
この文献は、カリウム検知のためのマイクロ流体センサに関する。
【０００９】
−特許文献１
この文献は、「クラスタ」（Ｐｂ４Ｂｒ１１）３−の蛍光による鉛検知方法を記載している。
従って、当該分野の規格に照らし合わせて十分な感度を有する安価で携帯式かつ迅速に実施できる簡易装置を用いてオンサイトで鉛を定量することが求められている。実際、鉛は、非常に毒性の強い重金属であり、人間の健康にとってきわめて有害な様々な作用の原因となっている（行動障害、癲癇、鉛中毒等）。鉛は、水（河川水、地表水、水道水、飲料水等）の中に、あるいは、塗料、土壌等の固体担体中にみられる。欧州規格によれば、人間が消費する水における鉛の許容限界は、過去には１リットル当たり鉛５０μｇ（すなわち５０ｐｐｂ）であったが、２００３年に１リットル当たり２５μｇ（すなわち２５ｐｐｂ）に制限され、２０１３年末からはさらに１リットル当たり１０μｇ（すなわち１０ｐｐｂ）に下げられる。その結果、鉛の定量は、様々な状況において、時には過酷な状況下で、迅速かつ簡単に、さらには確実かつ高い精度で、オンサイトで実施可能でなければならない。使用される装置は、小型で簡単に持ち運びできるものでなければならない。また、大量生産が可能であって、毒性のある廃棄物を発生しないものでなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第２００８／０２８０３６６号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「Ｌｅａｄ  ａｎｄ  Ｍｅｒｃｕｒｙ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ｂｙ  Ｃａｌｉｘａｒｅｎｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｆｌｕｏｒｏｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｔｗｏ  ｏｒ  Ｆｏｕｒ  Ｄａｎｓｙｌ  Ｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒｅｓ」Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ａ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ、２００４年、１０、４４８０−４４９０頁
【非特許文献２】Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．２００３年、９９６  （Ｍeｔｉｖｉｅｒ、ＬｅｒａｙおよびＶａｌｅｕｒ）
【非特許文献３】ＸＰ−００２５４２４５０    「Ｄeｔｅｃｔｉｏｎ  ｄｅ  ｃａｔｉｏｎｓ  ｐｏｌｌｕａｎｔｓ  a  ｌ’ａｉｄｅ  ｄｅ  ｆｌｕｏｒｏｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ  ｓeｌｅｃｔｉｆｓ（選択性のフルオロイオノフォアを用いた汚染カチオンの検出）」（ＴＩＰＥ２００５年度共通試験−パートＤ）
【非特許文献４】「Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｆｌｏｗ−ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｃａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｎｇ」Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ＆Ｂｉｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、２００７年、３８７：２６２７、２６２７−２６３２頁
【非特許文献５】「Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ  Ｌｅａｄ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｌｅａｄ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ＤＮＡｚｙｍｅ  ｉｎ  ａ  Ｎａｎｏｃａｐｉｌｌａｒｙ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｎｃ  Ｄｅｖｉｃｅ」Ｅｎｖｉｏｎｎｅｍｅｎｔａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００５年、１０、３７５６−３７６１頁
【非特許文献６】「Ｃｈａｏｔｉｃ  ｍｉｘｅｒ  ｆｏｒ  ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ」Ｓｃｉｅｎｃｅ、第２９５巻、２００２年、６４７−６５１頁
【非特許文献７】「Ｒａｔｅ  ｏｆ  ａｃｃｅｓｓ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｂｉｎｄｉｎｇ  ｓｉｔｅｓ  ｉｎ  ｏｒｇａｎｉｃａｌｌｙ  ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｓｉｌｉｃａｔｅｓ」Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．  ２００２年、１４、２７５７−２７６６頁
【非特許文献８】「Ｍａｓ−Ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｌｏｎｏｐｈｏｒｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｔｒａｃｅ  Ｌｅｖｅｌ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌｅａｄｓ  ｉｏｎｓ」Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．  第７４巻、第２０号、２００２年１０月１５日、５２５１−５２５６頁
【非特許文献９】「Ｎｅｗ  ｈｉｇｈｌｙ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ａｎｄ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ＤＮＡ  ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ｆｏｒ  ｍｅｔａｌ  ｉｏｎｓ」Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ＆Ｂｉｏｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  ＢＶ  ＮＬ、第１８巻、第５／０６号、２００３年５月１日、５２９−５４０頁
【非特許文献１０】「Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｆｌｏｗ−ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｃａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｎｇ．  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｐｏｔａｓｓｉｕｍ」Ａｎａｌ  Ｂｉｏｎａｌ  Ｃｈｅｍ、Ｓｐｉｎｇｅｒ、２００７年２月８日、２６２７−２６３２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記の要求に対応することをめざしている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このため、第１の態様によれば、本発明は、河川水、地表水、水道水、飲料水またはその他の水サンプル（原水サンプル）中の鉛を定量する方法を対象とし、有機コロイド材料の少なくとも１つの実質的な部分を溶解した、鉛の定量が望まれる水サンプル（予備処理水サンプル）を使用し、この方法は、以下の連続ステップ、すなわち、ｐＨ調整した予備処理水サンプルを起点として、鉛を濃縮して鉛濃縮水サンプルを得る第１のステップと、
鉛濃縮水サンプルを起点として、最初に、鉛濃縮水サンプルの水を、蛍光強度と鉛含有量との関数が分かっている鉛感知用の選択性の蛍光プローブと混合し、次いで、このように構成された水と蛍光プローブとの混合物を光により励起し、このように励起された水と蛍光プローブとの混合物の蛍光強度を光学的に回収し、最後に、このように検知された蛍光強度に基づいて、蛍光強度と鉛含有量との関数により定量サンプルの鉛含有量を決定する、第２のステップとを含み、第１のステップでは、第１のサブステップで、他の妨害イオンを固着しない選択性の吸収剤に、ｐＨ調整した予備処理水サンプルを通過させることにより鉛を吸収し、次いで、第２のサブステップで、鉛の脱着を実施し（鉛濃縮水サンプル）、少なくとも部分的に他の妨害イオンを除去して、他の妨害イオンをほとんど含まない鉛濃縮水サンプルを得ることを特徴とする。
【００１４】
官能基を導入されたシリカペレットに、ｐＨ調整した予備処理水サンプルを通過させることにより鉛を吸着し、酸性化した水である溶離剤により脱着を実施して鉛濃縮水サンプルを得る。
【００１５】
実施形態によれば、第１のステップでは、少なくとも濃縮係数２５で鉛を濃縮し、カルシウムおよびナトリウムイオンを少なくとも部分的に除去し、第２の蛍光分析ステップで鉛と干渉する可能性のある妨害イオンを、これらの妨害イオンが第２の蛍光分析ステップの実施を可能にする濃度まで、除去する。
【００１６】
さらに、１つの実施形態によれば、第１のステップは、第２のサブステップの脱着により得られる溶離水の濾過を行う第３のサブステップを含んでおり、第３のサブステップに続いて、この第３のサブステップにより得られる濾液に、アセトニトリル中に３‐クロロピリジンを溶かした溶液が添加される第４のサブステップが行われ、最終ｐＨが３である。
【００１７】
１つの実施形態によれば、原水サンプルを起点としており、予備ステップでは、酸性化サブステップの後に、無機化サブステップを実施することによって、有機コロイド材料の少なくとも１つの実質的な部分を溶解する（予備処理水サンプル）。この場合、１つの実施形態によれば、予備ステップが、室温で約１時間にわたって超純粋濃縮硝酸（６９％  ＨＮＯ３）を添加することによりｐＨ２未満に酸性化することからなる。別の実施形態によれば、予備ステップが、硝酸の添加によるｐＨ２未満への酸性化サブステップと、温度約８０℃で約１時間にわたって約２％の酸化水を添加することによる無機化サブステップとからなる。
【００１８】
１つの実施形態によれば、予備ステップの後および第１のステップの前に、特に炭酸ナトリウムを添加することにより、予備処理水サンプルのｐＨ値を約１０にする。別の特性によれば、第２のステップに対して、ｐＨが約３に調整される。１つの実施形態によれば、蛍光プローブは、アセトニトリルと水とを混合して混合物中のｐＨが３である溶媒に溶かした、濃度約２×１０−６ＭのフルオロイオノフォアＣａｌｉｘ−ＤＡＮＳ４である。この場合、鉛濃縮水サンプルでは、カルシウム濃度が１００ｍｇ／リットル未満であり、ナトリウム濃度が１１．５ｍｇ／リットル未満であって、これは、蛍光プローブの選択性が考慮されたものである。
【００１９】
１つの実施形態によれば、マイクロ流体デバイスで第２のステップを実施する。１つの実施形態によれば、発光ダイオードを用いて水と蛍光プローブとの混合物を光によって励起し、このように励起された水と蛍光プローブとの混合物の蛍光強度を、光検知器が結合された光ファイバを用いて回収する。
【００２０】
前述のような本発明による方法によれば、鉛の定量が望まれる水１リットルについて２μｇの含有量まで鉛を検知することができる。
【００２１】
第２の態様によれば、本発明は、上記の方法を実施するために、地表水、飲料水またはその他の水の中の鉛を定量する装置を対象とし、この方法の第１のステップを実施可能にすることができる上流側の第１の動作アセンブリと、この方法の第２のステップを実施可能にすることができる下流側の第２の動作アセンブリとを含み、この第２のアセンブリが、
一方では鉛濃縮水サンプルのための入口を、他方では蛍光プローブのための入口を有し、上流から下流に流体通路で、水と蛍光プローブとの混合ゾーンと、蛍光強度測定チャンバと、残留物の出口とを有する、マイクロ流体デバイスと、水と蛍光プローブとの混合物を励起する光手段と、このように励起された水と蛍光プローブとの混合物の蛍光強度の回収手段とを含み、この双方の手段が、横方向に測定チャンバに結合され、あるいは互いに垂直に接続され、励起が、測定チャンバの面で行われ、放射の回収が、測定チャンバに対して垂直方向に行われ、また、検知された蛍光強度から、蛍光強度と蛍光プローブの鉛含有量との関数に基づいて定量サンプルの鉛含有量を決定するようにプログラムされた計算手段を含み、第１のアセンブリは、予備処理水サンプルが通過可能な、官能基を導入された微小シリカペレットのマイクロカラムをなす少なくとも１つの毛細管を含んでいることを特徴とする。
【００２２】
１つの実施形態によれば、マイクロ流体デバイスの混合ゾーンが、アクティブまたはパッシブな混合手段を含み、特に混合用のジグザグ部が組み込まれている。
【００２３】
１つの実施形態によれば、マイクロ流体デバイスの蛍光強度測定チャンバが拡張されて、流体分配装置を含んでいる。
【００２４】
１つの実施形態によれば、水と蛍光プローブとの混合物を励起する光手段が、少なくとも１つの励起用の光ファイバに結合された少なくとも１つの発光ダイオードを含んでおり、水と蛍光プローブとの混合物の蛍光強度の回収手段が、少なくとも１つの回収用の光ファイバに結合された少なくとも１つの光検知器を含んでいる。
【００２５】
予備ステップを含む方法の事例に適した実施形態によれば、前述のように、装置はさらに、第１のアセンブリの上流側に、この方法の予備ステップを実施可能にすることができる予備アセンブリを含んでいる。１つの実施形態によれば、装置は、少なくとも部分的に組み込まれるマニュアル携帯式の小型アセンブリを形成する。
【００２６】
第３の態様によれば、本発明は、固体担体から鉛を予め抽出し、鉛を含まない水にこれを溶かし、次いで、前述のように水で鉛の定量方法を実施する、固体担体における鉛の定量方法を対象とする。次に、添付図面を用いて本発明の複数の実施形態について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】上流側の第１の動作アセンブリおよび下流側の第２の動作アセンブリと、第１のアセンブリの上流側の予備アセンブリとを含み、本発明による方法が前述の予備ステップを含む場合に適している、本発明による鉛定量装置の概略的な立面図である。
【図２】第１の動作アセンブリの一部を示す概略的な立面図である。
【図３】第２の動作アセンブリを示す概略的な斜視図である。
【図４】第２の動作アセンブリのマイクロ流体デバイスを示す概略的な立面図である。
【図５】第２の動作アセンブリのマイクロ流体デバイスの測定チャンバを示す概略的な立面図である。
【図６】第２の動作アセンブリのマイクロ流体デバイスの較正曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、水サンプル（便宜上、原水サンプルと呼ぶ）中に含まれる鉛の定量方法について説明する。前述のように、水は、場合に応じて、河川水、地表水、水道水、飲料水、または特に衛生上の目的で鉛を定量することが望ましい他のあらゆる水である。
【００２９】
この原水サンプルはオンサイトで採取され、この方法は、定量装置１を用いてオンサイトで実施される。場合によって原水サンプルは、定量が実施される場所に搬送される。実施される方法を考慮して、定量装置１は、手で持ち運べる携帯式であり、少なくとも部分的に組み込まれる小型アセンブリを形成し、たとえばケース２に収容することができる。そのため、この定量装置１は、所望のあらゆる場所、特に、オンサイトすなわち定量すべき原水サンプルを採取する場所に運ぶことができる。
【００３０】
原水サンプルを起点として、予備処理を行う予備ステップでは、このサンプルが含む有機コロイド材料の少なくとも１つの実質的な部分を溶解する。このため、１つの実施形態によれば、室温で約１時間にわたって超純粋濃縮硝酸（６９％  ＨＮＯ３）を添加することにより、ｐＨ２未満に酸性化することが可能である。
【００３１】
加熱と酸化水の添加とを伴う１つの変形実施形態によれば、最初に、超純粋濃縮硝酸（６９％  ＨＮＯ３）の添加によりｐＨ２未満への酸性化を行うサブステップを実施し、次いで、１時間にわたって温度８０℃で２％の量の酸化水を添加することにより無機化を行うサブステップを実施する。
【００３２】
このようにして、原水サンプルの有機コロイド材料の少なくとも１つの実質的な部分が溶解される。予備処理を行うこうした予備ステップ後に得られた水サンプルを、便宜上、予備処理水サンプルと呼ぶ。
【００３３】
有機コロイド材料が原水サンプルに既に溶解されていたり、あるいは原水サンプルになかったりあったりする可能性があるが、この方法の実施には支障はない。この場合、上記の予備処理を行う予備ステップは実施されない。しかしながら、以下の説明では、便宜上、予備処理を行う予備ステップを実施し、その結果として予備処理水サンプルを使用するものとする。
【００３４】
上記の予備処理ステップの後および／またはこの方法の第１のステップの前に、特に炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の１つの塩基の添加により、予備処理水サンプルのｐＨ値を１０にする。このようにして、便宜上、ｐＨ調節された予備処理水サンプルと呼ばれる水サンプルが得られる。ｐＨ値１０は、この方法の後段の第１のステップで鉛の全体的な吸収を可能にするように決定されている。
【００３５】
定量装置１は、ケース２内に、予備処理が行われる予備ステップを実施可能にする入口３を備えた予備動作アセンブリを含み、この予備ステップの後にｐＨ調整が行われる。入口３を備えたこの予備動作アセンブリ（図１の左側部分）は、便宜上、第１の予備濃縮動作アセンブリ４と呼ばれる動作アセンブリの上流に機能的に配置される。
【００３６】
その場合、実際には、この方法は、第１のステップを含み、この第１のステップで、１０に近いｐＨ値に調整された予備処理水サンプルを起点として鉛を濃縮すると同時に、他の妨害イオンを少なくとも部分的に除去する。この第１のステップにより、便宜上、鉛濃縮水サンプルと呼ばれる水サンプルが得られる。
【００３７】
このため、第１のサブステップでは、他の妨害イオンを固着しない選択性の吸収剤に、１０に近いｐＨ値に調整した予備処理水サンプルを通過させることにより、このサンプルの鉛イオンＰｂ２＋を吸収する。
【００３８】
次いで、第２のサブステップで、ごくわずかな容量の酸性溶液を用いて溶離により鉛の脱着を行う。一般に、予備処理水サンプル２５ｍｌをカラムに流すと、溶離容量は０．５ｍＬとなり、濃縮係数は５０になる。ｐＨ２の場合、以前に吸収されたすべての鉛が、その後、脱着される。
【００３９】
次いで、第３のサブステップでは、溶離水の濾過を行う。
【００４０】
さらに、第４のサブステップでは、アセトニトリル中に３‐クロロピリジンを溶かした溶液を濾液に添加し、新しい溶液の最終ｐＨは、アセトニトリル（６０容量％）と水（４０容量％）との混合液中で３になる。この緩衝液の使用により、その後、鉛と干渉し得るアルカリイオンまたはアルカリ土類イオンの添加が回避される。この第４のサブステップの後に、わずかな容量の水を添加すると、濃縮係数が５０〜３１．２５に下がり、すなわち少なくとも２５になる。
【００４１】
これらのサブステップは、予備濃縮動作アセンブリ４で実施される（図１の中央部分）。
このため、第１および第２のサブステップに関しては、１０に近いｐＨ値に調整した予備処理水サンプルを、３−アミノプロピル基（Ａｌｄｒｉｃｈ製品番号：３６４２５−８）によって官能基を導入されたシリカマイクロペレットに通す。あるいは、検出すべき重金属の特別なリガンドで官能基化されるナノ多孔性のシリカペレットの使用を検討することもできる。その結果、「シリカマイクロペレット」という表現は、官能基を導入されたものと理解し、あらゆる同等構造を含む。
【００４２】
次いで、溶離による脱着を行うが、溶離剤は、ｐＨが２に近い酸性化された純水であり、たとえば、過塩素酸水溶液である。このようにして、濾過後、６０／４０容量％のアセトニトリルと水の混合物中に３−クロロピリジンを添加することによってｐＨを３まで調整し、鉛濃縮水サンプルと呼ぶサンプルを得る。
【００４３】
１つの実施形態では、図２に概略的に示したように、第１の予備濃縮アセンブリ４が、たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の少なくとも１つの毛細管５を有し、この毛細管は、一端を絞って狭められ、官能基化されたマイクロシリカペレットのマイクロカラム６を形成し、あるいは含有する。毛細管５には、ｐＨ値を１０近くに調整した予備処理水サンプルが通過することができる。鉛、場合によっては他の重金属は、官能基化されたマイクロシリカペレットの表面に吸収される。それに対して、水中にしばしば過度に存在するカルシウムイオンとナトリウムイオンは、官能基化されたマイクロシリカペレットにより捕集されないので、これらのイオンは、脱着後に溶離剤で除去される。
【００４４】
官能基化されたマイクロシリカペレットのマイクロカラム６が、原水サンプル中に存在する有機コロイド材料によって詰まらないようにするために、前述のように予備処理を実施する。その機能は、有機コロイド材料を溶けやすくすることにある。脱着後に行われる濾過は、たとえば、孔径０．４５μｍのニトロセルロースフィルタを用いて実施される。
【００４５】
濾液には、アセトニトリル中に３−クロロピリジンを溶かした溶液を添加し、最終的に、新しい溶液のｐＨが、アセトニトリル（６０容量％）と水（４０容量％）との混合物中で３になるようにする。この溶媒混合物は、第２の分析ステップで蛍光プローブを溶解するために使用される混合物と同じであり、これによって、マイクロ流体ダクトにおける熱作用を回避する。このような条件で行われる鉛の濃縮は、少なくとも２５、特に３０またはその前後の濃縮係数でなされる。
【００４６】
他方で、吸収／脱着操作と同時に、また、この操作によって、少なくとも部分的にカルシウムイオンとナトリウムイオンとを除去し、一般的には、蛍光分析からなるこの方法の第２のステップで鉛と干渉し得る妨害イオンを除去する。こうした除去は、これらの妨害イオンがあっても第２のステップの実施が可能になるような濃度まで、すなわち、有効鉛含有量の顕著な蛍光強度を検知することができる濃度まで行われる。実際、カルシウムイオンは、一定の濃度では鉛と干渉するが、他の濃度では干渉しないので、それ以下になれば鉛と干渉しない値にカルシウムイオンの濃度を制限することが必要である。
【００４７】
当然のことながら、上記の吸収、脱着、および濾過の操作条件は、特に、マイクロペレットカラム６内のフローあるいは溶離液中の過塩素酸の濃度に関して最適化される。その場合、この方法は、上記の第２のステップを含み、３−クロロピリジン緩衝液を事前に添加してｐＨ３に調整された鉛濃縮水サンプル（すなわち分析物）を起点として、蛍光による鉛分析を実施する。
【００４８】
この第２のステップは、第２の分析動作アセンブリ７で行われる。第２のアセンブリ７（図１の右側部分）は、機能的に第１の予備濃縮アセンブリ４の下流に配置される。第２の分析ステップは、鉛を感知する選択性の蛍光プローブと、第２の分析アセンブリ７の一部をなすマイクロ流体デバイス８とを用いて実施される。
【００４９】
鉛を感知する選択性の蛍光プローブの蛍光強度と鉛含有量との関数は、そもそも知られており、あるいは設定されている。この関数は、図６に示したような較正曲線で示すことができる。本発明の場合、曲線は、減少線形関数に近いことが確認される。そのため、所定の蛍光強度に基づいて上記の関数または曲線が分かれば、これは確認されているので、この蛍光強度に対応する鉛含有量を、誤差を生じるおそれなしに正確に決定することができる。この関数または曲線は、プログラムされた計算手段にロード可能である。
【００５０】
第２の分析ステップは、それ自体が３個の連続するサブステップを含んでいる。すなわち、鉛を感知する選択性の蛍光プローブと鉛濃縮水サンプルとを混合する第１のサブステップと、このような混合物を光により励起して、このように励起された混合物の蛍光強度を光学的に回収する第２のサブステップと、最後に、上記の蛍光強度と鉛含有量との関数に基づいて、定量すべきサンプルの鉛含有量を決定する第３のサブステップとである。
蛍光プローブは、アセトニトリル（６０容量％）と水（４０容量％）との混合物である溶媒に溶かしたフルオロイオノフォアＣａｌｉｘ−ＤＡＮＳ４であり、混合物のｐＨは３、濃度は２×１０−６Ｍである。
【００５１】
この錯体Ｃａｌｉｘ−ＤＡＮＳ４／鉛の構造式は次のとおりである。
［構造式］
0005781937.tif 000002
【００５２】
考慮された事例では、鉛に関する蛍光プローブの選択性を考慮して、鉛濃縮水サンプル中で、カルシウム濃度が１００ｍｇ／リットル未満、ナトリウム濃度が１１．５ｍｇ／リットル未満であり、あるいはそのようにすることが可能である。
【００５３】
既に述べたように、酸性ｐＨ値は３である。実際、蛍光プローブの使用ｐＨは、重要なパラメータである。なぜなら、ダンシル基に固定される４つの窒素による鉛の錯体化は、特にｐＨを感知しやすいからである。酸性ｐＨは、鉛を錯体化可能にしない傾向があり、窒素はプロトン化される。塩基性ｐＨは、この作用を持たないが、光学的な励起後に確認される蛍光変化を十分でないものにしようとする傾向がある。本発明のように、光による励起が波長３６５ｎｍで行われ、検知が波長５１５ｎｍ以上で行われる場合、有効な蛍光定量を実施するにはｐＨ３が好ましいことが確認されている。
【００５４】
マイクロ流体デバイス８は、ガラス基板１０に固定されるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコーンポリマー等の材料で成形された、Ｙ字型のマイクロダクト９の形状を呈する。変形実施形態では、マイクロ流体デバイス８は、Ｙ字型を出発点として、錯体化反応全体を実施するために選択された適切な長さを有する軌道に続く、マイクロダクト９の形状を呈する。マイクロダクト９は、鉛濃縮水サンプル（分析物）のための入口１１と、蛍光プローブ（試薬）のための入口１２とを有する。上流から下流に流体通路で、マイクロダクト９が、水と蛍光プローブとを混合する細長いゾーン１３と、蛍光強度を測定する拡張されたチャンバ１４と、残留物の出口１５とを有する。
【００５５】
図４に示された実施形態では、混合ゾーン１３が、試薬と分析物とをパッシブに混合することが可能な、混合用の内部ジグザグ部（ｃｈｅｖｒｏｎｓ）１６を備えている。もちろん、別のアクティブまたはパッシブな混合構造を備えていてもよい。
【００５６】
図５に示された実施形態では、測定チャンバ１４が拡張されていて、デフレクタの形状をとる１つまたは複数の流体分配装置１７を含んでいる。マイクロ流体デバイス８には、水と蛍光プローブとの混合物を励起する光励起手段１８と、水と蛍光プローブとの混合物の蛍光強度を回収する光学手段１９とが結合されている。これらの光励起手段１８と、蛍光強度を回収する光学手段１９とは、特に流体分配装置１７の下流で、測定チャンバ１４に対して横方向に結合され、あるいは互いに垂直に結合される。励起は、測定チャンバの面で行われ、放射の回収は、測定チャンバに垂直な方向に行われる。
【００５７】
１つの実施形態によれば、光励起手段１８は、電源２１と励起用の光ファイバ２２、場合によってはレンズ２３が結合された、少なくとも１つの発光ダイオード２０を含む。
この実施形態では、発光ダイオード２０が、３６５ｎｍの放射を行うように選択されている。
【００５８】
１つの実施形態によれば、蛍光強度を回収する光学手段１９は、光検知器２５が接続される励起用の光ファイバ２２に対して直交するように配置された、回収用の導電性光ファイバ２４を含んでおり、光検知器の前方にはハイパス光学フィルタ２８が配置される（λ＞５１５ｎｍ）。マイクロ流体デバイス８には、また、計算手段２６が結合されており、計算手段は、この計算手段２６にロードされた蛍光プローブの蛍光強度と鉛含有量との関数に基づいて、検知および収集された蛍光強度から定量すべきサンプルの鉛含有量を決定するようにプログラムされている。コンピュータ等の計算手段２６は、ディスプレイ手段、保存手段、データ印刷手段を含む。
【００５９】
さらに、同期検知増幅器２７により、暗騒音を免れることができる。いうまでもないが、上記の方法の各ステップは、多少とも大規模な内蔵を意味し、その場合、これは、定量装置１にマイクロ流体デバイス８を多少とも多く組み込むことを意味する。そのため、マイクロ流体デバイス８は、定量すべきサンプルのための単一の入口だけを備えるように構成してもよく、その一方で、蛍光プローブのリザーバを定量装置１に内蔵し、マイクロ流体デバイス８には、適切なバルブや弁体等を設ける。
【００６０】
以上、本発明による方法によって、鉛の定量が望まれる水１リットルに対し２μｇの量まで鉛を検知可能であり、これは、飲料水に対して２０１３年の規格で要求されている閾値すなわち１０μｇ／リットルを十分にクリアする。この方法は、さらに、鉛に対する選択性があるという長所を有する。実際、鉛の定量は、カルシウムおよびナトリウムが、水１リットルに対して、ナトリウムは１１．５ｍｇの濃度まで、カルシウムは１００ｍｇまで水中に存在していても実施可能である。
【００６１】
たとえ鉛のように微量な状態で存在する他の重金属イオンがマイクロカラムの通過後に予め濃縮されていると仮定しても、鉛に対する蛍光プローブの選択性を考慮すれば、これらが第２のステップで検知されることはない。さらに展開した本発明の構成によれば、鉛の定量方法は、塗料、土壌、またはその他等の固体担体向けである。この場合、予め固体担体のサンプルから鉛を抽出し、これを、鉛を含まない水に溶かす。次いで、前述のように水中の鉛の定量方法を実施する。
【符号の説明】
【００６２】
１                   定量装置
２                   ケース
４                   第１の予備濃縮動作アセンブリ
７                   第２の分析動作アセンブリ
８                   マイクロ流体デバイス
９                   マイクロダクト
１０                 ガラス基板
１１                 鉛濃縮水サンプルのための入口
１２                 蛍光プローブのための入口
１３                 混合ゾーン
１４                 蛍光強度の測定チャンバ
１５                 残留物の出口
１６                 ジグザグ部
１７                 流体分配装置
１８                 光励起手段
１９                 蛍光強度の回収用の光学手段
２０                 発光ダイオード
２１                 電源
２２                 励起用の光ファイバ
２３                 レンズ
２４                 回収用の光ファイバ
２５                 光検知器
２６                 計算手段
２７                 同期検知増幅器
【図１】
0005781937.tif 000003
【図２】
0005781937.tif 000004
【図３】
0005781937.tif 000005
【図４】
0005781937.tif 000006
【図５】
0005781937.tif 000007
【図６】
0005781937.tif 000008