(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微量元素を含む水溶液を吸着材とともに煮沸容器に入れ、該水溶液を加熱して水分を蒸発させることにより該水溶液を濃縮させつつ前記微量元素を吸着材に吸着させ、水分蒸発後に残った煮沸容器内の吸着材を含む固形成分をすりつぶし、得られた粉状及び/又は粒状の試料中の蛍光Ｘ線分析装置にて分析可能な微量元素の含有量を、蛍光Ｘ線分析装置を用いて計測することを特徴としてなる水溶液中の微量元素分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶液中に存在する微量元素、例えば、砒素、鉛、セレン、水銀、クロム等を、蛍光Ｘ線分析装置を用いて計測する水溶液中の微量元素分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、水溶液中に含有する微量な重金属類の濃度を簡易に分析する方法として蛍光Ｘ線分析装置を利用する方法がある。これには、対象となる水溶液をそのままの状態で、これに蛍光Ｘ線を照射して測定する方法もあるが、この方法は分析に必要な前処理が少ないため、手間が少なくて済むものの、蛍光Ｘ線分析装置自身の感度が数ｐｐｍ程度であるため、水溶液に含まれる微量金属元素を排水基準濃度(０．１ｐｐｍ)や、環境基準濃度(０．０１ｐｐｍ)まで測定することはできない。
【０００３】
このため従来は、水溶液中に存在する微量元素を集めた状態で濃度を分析する方法が提案されており、これには、例えば、水溶液中の各元素にＤＤＴＣキレート剤を反応させて沈澱濾過する方法（キレート沈澱法）（例えば特許文献１）、水溶液中の各元素に適当な沈澱剤及び共沈剤を加えて反応させ、水溶液から沈澱分離させる方法（沈澱分離法）（例えば特許文献２）、水溶液中の各元素に有機試薬を反応させ、有機溶媒層に抽出分離させる方法（溶媒抽出法）等がある。
【特許文献１】特開２００４−２９４３２９号公報
【特許文献２】特開平１０−２７７５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のキレート沈澱法、沈澱分離法、溶媒抽出法には、次のような問題がある。
(１)キレート剤を添加する際、測定対象物質の種類に応じて、過酸化水素(Ｈ２Ｏ２)等の薬品を水溶液中に溶かす作業を伴い、また、薬品を正確に計量するための専用の道具（例えば、マイクロピペット等）や水溶液の水素イオン濃度を測定するための機器(例えば、ＰＨメーター)等が必要になる。
(２)薬品を投入した後、水溶液の沈澱状態等を管理する必要がある。
(３)水溶液中の水分を蒸発させるために、そのまま、コンロやホットプレート等(以下、単に加熱器という)にかけた場合、薬品による有害な揮発性ガスの発生が懸念され、それを排気するための専用設備（例えば、ドラフトチャンバー）が必要となる。
(４)上述のような作業を行うための高度の知識及び器具を取り扱うための熟練した技術、更には、使用後の廃液の保管又は廃棄及び薬品や器具を保管するための設備等が必要となる。
(５)何れの方法も、化学知識のない人にとってフィールドワーク等で簡単に行うことができない。
【０００５】
この他、水溶液中の微量元素と水溶液を分離するのに、薬品を使用しないことを前提とした場合、測定するための前処理方法としては、水溶液を加熱して水蒸気を追い出す（水溶液を濃縮する）方法が考えられる。
【０００６】
しかしながら、この方法では、濃縮する過程で容器内に沈殿物が発生することが多く、沈殿物が発生した場合には沈殿物と水溶液との混合物についての分析結果が得られることとなり、固形沈殿物のみや水溶液のみの蛍光Ｘ線分析による分析結果に比べ、評価が煩雑となってしまうといった問題がある。
【０００７】
この問題は、沈殿物を発生させない程度に水溶液を蒸発させることによって解決するが、沈殿物が発生するタイミングを見極めるための管理が必要となる。
【０００８】
また、これまでの実験結果から初期の水溶液に対して容積が３／４から１／３程度になるまで濃縮されると沈殿物ができ始めることが確認されているが、沈殿物の発生しない状態で濃縮を止めると、十分な濃縮倍率が得られないため、結果として目標としている排水基準濃度も分析することができないといった問題がある。
【０００９】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、水溶液中に存在する微量元素の分析を、蛍光Ｘ線分析装置を使用し、キレート剤や薬品を一切使用することなく、また、化学知識のない人でもフィールドワーク等で排水基準濃度(０．１ｐｐｍ)及び環境基準濃度(０．０１ｐｐｍ)レベルの精度で行うことができる水溶液中の微量元素分析方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の如き従来の問題点を解決し、微量元素を含む水溶液を吸着材とともに煮沸容器に入れ、該水溶液を加熱して水分を蒸発させることにより該水溶液を濃縮させつつ前記微量元素を吸着材に吸着させ、水分蒸発後に残った煮沸容器内の吸着材を含む固形成分をすりつぶし、得られた粉状及び/又は粒状の試料中の蛍光Ｘ線分析装置にて分析可能な微量元素の含有量を、蛍光Ｘ線分析装置を用いて計測することを特徴としてなる水溶液中の微量元素分析方法にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、微量元素を含んでいる水溶液内に吸着材を入れ、これを加熱して水分を蒸発させることで、水溶液を濃縮させつつ該水溶液中の微量元素を吸着材に捕捉せしめこれをすりつぶして分析のための試料を調整することとしたことにより、キレート剤を添加したり薬品を水溶液中に溶かしたりする作業が不要となり、また、使用器具も、特殊な器具は使用することなく、常用の計りやビーカーなど、汎用品ばかりを使用でき、しかも試料調整工程において分析器具を全く使用する必要がない。
【００１２】
また、対象とする水溶液と吸着材の適量を計測し、ビーカー等の煮沸容器内に投入し、水分が蒸発し終わるまで、加熱器にかけて放置すれば良く、また、途中の水溶液の管理を必要とせず、化学の特別な専門知識も必要とせず計測できる。
【００１３】
また、水分が蒸発して、最終的には水溶液中の蒸発しない微量元素の大部分が吸着材に捕捉され、粒体及び/又は粉状体で残るため、初めの水溶液の状態に比べ、体積は格段に小さく、液体でないため、保管時の液漏れが無く、取り扱いが容易である。
【００１４】
また、薬品を混合しないため、水溶液中の水分を蒸発させる時、薬品の化学反応による有害な物質は発生せず、有害物質を排気するための専用設備も必要としない。
【００１５】
このように本発明の微量元素の分析方法は、フィールドワークでの作業を可能とする方法であり、また、最終的には、蒸発しない大部分の微量元素が吸着材に吸着され、試料を粒状体として扱うことができるため、土壌中の微量元素と同じ手順で分析することができ、新たに水溶液中の元素を分析するための高度な技術を習得する必要が無く、また、土壌など固形分の分析と水溶液の分析とを、同一の蛍光Ｘ線分析装置で分析できるため、設置するためのスペースや機械のメンテナンスも一台で可能になる等、現場での省力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の最良の形態を図面について説明する。本発明は、含有している微量元素の分析及びその計量を行おうとする水溶液内に吸着材を入れた後、加熱して水分を蒸発させることにより、残された固形成分、即ち水溶液中の蒸発しない微量元素の殆どを補足した吸着材及び吸着されないで容器内に残された固形成分をすりつぶして有形物である試料を調製し、この試料を計量して専用容器に入れ、これを蛍光Ｘ線分析装置に掛け、試料に蛍光Ｘ線を照射して微量元素の種類を分析するとともにその濃度を計測するものであり、先ず、図１（ａ）に示すように、ビーカー等の煮沸容器１内に、微量元素例えば、砒素、鉛、セレン、水銀、クロム等が含まれている水溶液２を計量して注入する。
【００１７】
次いで、図１（ｂ）に示すように同煮沸容器１内の水溶液２内に吸着材３を浸漬させる。吸着材３としては、例えば、活性炭が使用できる。また、これらの吸着材３は、粉状体及び粒状体の何れか又はこれらの混合物が好ましい。尚、水溶液２と吸着材３との煮沸容器１への収容順序は逆であってもよい。
【００１８】
次に、図１（ｃ）に示すように、水溶液２と吸着材３とを収容した煮沸容器１を加熱器４にかけて煮沸し、水分を蒸発させる。これにより水溶液が濃縮されつつ前記微量元素が吸着材に吸着され、図１（ｄ）に示すように、煮沸容器１内に水溶液２中に含まれていた蒸発しない固形成分が、吸着材３に吸着された状態、及び容器底部や周壁に付着した状態で残る。
【００１９】
このようにして煮沸容器１内に残った固形成分５を、図１（ｅ）に示すように、乳鉢６に移し、すりつぶして微粉状（粒径１５０μｍ以下程度）となし、試料を均一化する。尚、このすりつぶし作業後の粒径は、小さければ小さい程計測精度が向上するが、時間と手間がかかるため、大よその分析結果が得られれば良いとする場合には粒径２ｍｍ程度の粒状であってもよい。
【００２０】
このようにして得られた試料７を計量して分析用の専用容器８に入れ、図１（ｆ）に示すように蛍光Ｘ線分析装置９にセットして分析及び計量を行い、得られた値から最初の水溶液に対する含有濃度を算出する。
(比較試験)
図２〜図４は、本発明の分析方法を用いて、水溶液中に溶出した砒素、鉛、セレンの濃度を蛍光Ｘ線分析装置で分析した結果を示している。
【００２１】
図２は砒素濃度０．０１、０．１、０．５ｍｇ／Ｌの３種の標準液について、本発明方法によって計測を行った場合の結果、図３は鉛濃度０．０１、０．２、０．５ｍｇ／Ｌの３種の標準液について、本発明方法によって計測を行った場合の結果、図４はセレン濃度０．０１、０．１、０．５ｍｇ／Ｌの３種の標準液について、本発明方法によって計測を行った場合の結果を示している。
【００２２】
各図のグラフにおいて横軸が標準濃度（目標値）、縦軸が本発明による同水溶液の計測結果であり、いずれの場合においても、標準液に比べ稍低い値となっているが、略直線関係が保たれている。
【００２３】
図５、図６は、焼却灰から溶出した重金属を含有する水溶液について本発明方法によって計測した結果と、同じ水溶液について原子吸光分析装置を用いて計測した結果とを比較したものであり、図５は砒素の濃度を、図６はセレンの濃度を計測している。各図のグラフにおいて横軸が原子吸光分析装置による計測値、縦軸が本発明による同水溶液の計測結果を示している。いずれの場合においても、図２〜図４の計測結果に比べて本発明による計測結果にばらつきがあるが、全体的に原子吸光分析装置による結果と同じ傾向、即ち原子吸光分析装置により計測される濃度が濃くなるに従って、本発明方法による測定値も大きくなるという傾向が見られ、簡易分析としては充分に使用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る水溶液中の微量元素分析方法の工程の一例を示す説明図である。
【図２】砒素の標準液濃度水溶液について本発明によって求めた計測値を示すグラフである。
【図３】鉛の標準液濃度水溶液について本発明によって求めた計測値を示すグラフである。
【図４】セレンの標準液濃度水溶液について本発明によって求めた計測値を示すグラフである。
【図５】焼却灰から溶出した微量元素を含む水溶液中の砒素について、原子吸光分析装置による濃度測定結果と本発明による濃度測定結果を比較したグラフである。
【図６】焼却灰から溶出した微量元素を含む水溶液中のセレンについて、原子吸光分析装置による濃度測定結果と本発明による濃度測定結果を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１ 煮沸容器
２ 水溶液
３ 吸着材
４ 加熱器
５ 固形成分
６ 乳鉢
７ 試料
８ 専用容器
９ 蛍光Ｘ線分析装置
【図１】
0004788000.tif 000002
【図２】
0004788000.tif 000003
【図３】
0004788000.tif 000004
【図４】
0004788000.tif 000005
【図５】
0004788000.tif 000006
【図６】
0004788000.tif 000007