(57)【要約】【課題】換気式微量拡散によるフッ化物定量法およびそれに用いる装置を提供することを課題とする。【解決手段】試料に強酸からなる拡散液を拡散反応させ、生じるフッ化物を捕集液に吸着させて捕集し捕集液中のフッ化物イオン濃度を測定して、試料中のフッ化物を定量する、微量拡散によるフッ化物定量法において、体積可変の二つのシリンジ、反応槽および捕集液を含む捕集槽からなり、これらをチューブで連結した反応系を用い、体積可変の二つのシリンジの作動により反応系内を陰圧に調整し、且つ反応槽および捕集槽を含む反応系内の気体を換気することにより、反応槽内での試料と拡散液との拡散反応により生じるフッ化物ガスを、捕集液を含む捕集槽に導入して捕集液に吸着させて、捕集液中のフッ化物イオンを測定して試料のフッ化物を定量することにより、信頼性があり且つ再現性のある試料中のフッ化物の定量値が得られ、また作業性の効率化が計れる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に強酸からなる拡散液を拡散反応させ、生じるフッ化物を捕集液に吸着させて捕集し捕集液中のフッ化物イオン濃度を測定して、試料中のフッ化物を定量する、換気式微量拡散によるフッ化物定量法において、
体積可変の二つのシリンジ、反応槽、および捕集液を含む捕集槽からなり、これらをチューブで連結した反応系を用い、体積可変の二つのシリンジの作動により反応系内を陰圧に調整し、且つ反応槽および捕集槽を含む反応系内の気体を換気することにより、反応槽内での試料と拡散液との拡散反応により生じるフッ化物ガスを、捕集液を含む捕集槽に導入して捕集液に吸着させる、
ことを特徴とする、換気式微量拡散によるフッ化物定量法。
【請求項２】
反応槽内に試料を入れ、次いで体積可変の二つのシリンジを作動させて、反応系内を陰圧に調整した後、拡散液を含む拡散液槽を、試料を含む反応槽に連結し、体積可変の二つのシリンジを作動させて、拡散液を反応槽内に注入する請求項１のフッ化物定量法。
【請求項３】
反応槽内で、拡散液と試料とが拡散反応を行い、生じるフッ化物ガスを、体積可変の二つのシリンジを作動させて反応槽と捕集槽内の気体を換気することより、捕集槽に導入する請求項１または２のフッ化物定量法。
【請求項４】
体積可変の二つのシリンジを作動させて、反応系内の気体を換気することにより、反応系内に残存するフッ化物ガスを捕集槽内の捕集液に捕集させる請求項１から３のいずれかのフッ化物定量法。
【請求項５】
強酸として過塩素酸を用い、捕集液として水酸化ナトリウム溶液を用いる請求項１から４のいずれかのフッ化物定量法。
【請求項６】
捕集槽内の捕集液を、捕集槽内に設けたスポンジに吸着させて用いる請求項１から５のいずれかのフッ化物定量法。
【請求項７】
反応槽の上部内側にシリコーン系消泡剤を塗布する、あるいは反応槽内で試料と拡散液との拡散反応の際にシリコーン系消泡剤を混入させる請求項１から６のいずれかのフッ化物定量法。
【請求項８】
試料に強酸からなる拡散液を拡散反応させ、生じるフッ化物を捕集液に吸着させて捕集し捕集液中のフッ化物イオン濃度を測定して、試料中のフッ化物を定量する、換気式微量拡散によるフッ化物定量のための装置において、
体積可変の二つのシリンジ、反応槽および捕集槽からなり、これらはチューブで連結されて反応系を構成し、体積可変の二つのシリンジの作動により反応系内を陰圧に調整し、且つ反応槽および捕集槽を含む反応系内の気体を換気することができ、反応槽内での試料と拡散液との拡散反応により生じるフッ化物ガスを、捕集槽に導入することができるようにされている、
ことを特徴とする、換気式微量拡散によるフッ化物定量のための装置。
【請求項９】
拡散液を反応槽内に導入するための拡散液槽を備えた請求項８の装置。
【請求項１０】
反応槽として、拡散液槽から反応槽内に拡散液を導入するために拡散液槽から反応槽の底部まで伸びた、反応槽内の中央部に垂直方向に設けられた中央チューブ；および該中央チューブの外部を垂直方向に覆い、該中央チューブよりも長く反応槽の底部まで伸びた、上部に少穴を有する中間筒が設けられた反応槽であって、該中央チューブから導入される拡散液槽からの拡散液が、該中央チューブの底部に達した後、該中央チューブとそれを覆う該中間筒の間の間隙を通って上昇し、該中間筒の上部の少穴から反応槽へ拡散液が排出され、拡散液が該中央チューブを介して反応槽内で循環されるように設計された反応槽を用いる請求項８または９の装置。
【請求項１１】
反応槽の上部内側にシリコーン系消泡剤を塗布した、請求項８から１０のいずれかの装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、換気式微量拡散によるフッ化物定量法およびそれに用いる装置に関する。
更に詳細には、本発明は、食品などの試料に強酸からなる拡散液を拡散反応させ、生じるフッ化物を捕集液に吸着させて捕集し捕集液中のフッ化物イオン濃度を測定して試料中のフッ化物を定量する換気式微量拡散によるフッ化物定量法であって、体積可変の二つのシリンジ、反応槽および捕集液を含む捕集槽からなり、これらをチューブで連結した反応系を用い、体積可変の二つのシリンジの作動により反応系内を陰圧に調整し、且つ反応槽および捕集槽を含む反応系内の気体を換気することにより、反応槽内での試料と拡散液との拡散反応により生じるフッ化物ガスを、捕集液を含む捕集槽に導入して捕集液に吸着させることを特徴とする、換気式微量拡散によるフッ化物定量法およびそれに用いる装置に関する。
本発明の定量法および装置により、再現性があり且つ信頼性のある、食品などの試料中のフッ化物の定量が可能であり、更には作業効率が極めて高く、多量の試料を用いた定量が可能であるなどの種々の優れた点を有する。
【背景技術】
【０００２】
フッ化物の全身的応用によるう蝕予防効果を最大に獲得する一方、過剰摂取による歯のフッ素症を防ぐためには、一日のフッ化物摂取量を予め推定しておくことが重要である。従って、食品などの試料中のフッ化物の分析法を確立しておくことが急務である。しかしながら、食品などの有機物を多量に含む試料についてのフッ化物分析法は特殊な定量操作を必要とし、特に食品試料などの低濃度フッ化物試料を精度よく分析する統一的方法がないのが現状である。
従来から、食品や生体試料などのフッ化物分析法として、Taves が開発した微量拡散法（非特許文献１）が広く用いられている。この方法は、下記反応式
【０００３】
拡散反応
試料  ＋  過塩素酸  →  試料分解産物  ＋  HF  …………… (1)
HF   +  (CH3)3SiOSi(CH3)3  →  (CH3)3SiF + (CH3)3SiOH  …… (2)
HF   +  (CH3)3SiOH  →  (CH3)3SiF  +  H2O …………………… (3) 
捕集反応
(CH3)3SiF  +  NaOH  →  (CH3)3SiOH  +  Na+  + F- ……………  (4)
【０００４】
に示されるように、試料に過塩素酸などの強力な酸を反応させ、生じたフッ化物（HFガスまたはTMSガス）を水酸化ナトリウムの捕集液に吸着させ捕集し、この捕集液中のフッ化物イオン濃度をイオン電極法により測定して、試料中のフッ化物を定量するものである。
【非特許文献１】Taves,D.R., Talanta, 15: 1015-1023, 1968
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来の微量拡散法は、固定された密閉空間内で行うように設計されている。そのため、拡散容器内の反応液やガスの膨張によって内部圧力が増大し、反応フッ化物ガスが拡散容器外に漏れる危険性をはらんでいる。捕集液の回収はバッチ処理であり、一サンプルから一測定値しか得られない。また、一回の測定に供する試料量が少量（約 0.5 〜 1g 程度）に限られ、濃度濃縮のため前処置としての灰化処理が必要な場合もある。
従って、本発明の課題は、反応フッ化物ガスが拡散容器外に漏れる危険性を回避でき、多量の試料を測定に供することができ、再現性および信頼性の高いフッ化物の定量を可能にし、更には作業効率が極めて高いなどの種々の優れた点を有するフッ化物定量法およびそれに用いる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記した課題を解決するために鋭意研究した結果、体積可変の二つのシリンジ、反応槽および捕集液を含む捕集槽からなり、これらをチューブで連結した反応系を用い、体積可変の二つのシリンジの作動により反応系内を陰圧に調整し、且つ反応槽および捕集槽を含む反応系内の気体を換気して、試料中のフッ化物を定量することにより、上記した課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
従って、本発明は、試料に強酸からなる拡散液を拡散反応させ、生じるフッ化物を捕集液に吸着させて捕集し捕集液中のフッ化物イオン濃度を測定して、試料中のフッ化物を定量する、換気式微量拡散によるフッ化物定量法において、
体積可変の二つのシリンジ、反応槽、および捕集液を含む捕集槽からなり、これらをチューブで連結した反応系を用い、体積可変の二つのシリンジの作動により反応系内を陰圧に調整し、且つ反応槽および捕集槽を含む反応系内の気体を換気することにより、反応槽内での試料と拡散液との拡散反応により生じるフッ化物ガスを、捕集液を含む捕集槽に導入して捕集液に吸着させる、
ことを特徴とする、換気式微量拡散によるフッ化物定量法に関する。
【０００７】
更に本発明は、試料に強酸からなる拡散液を拡散反応させ、生じるフッ化物を捕集液に吸着させて捕集し捕集液中のフッ化物イオン濃度を測定して、試料中のフッ化物を定量する、換気式微量拡散によるフッ化物定量のための装置において、
体積可変の二つのシリンジ、反応槽および捕集槽からなり、これらはチューブで連結されて反応系を構成し、体積可変の二つのシリンジの作動により反応系内を陰圧に調整し、且つ反応槽および捕集槽を含む反応系内の気体を換気することができ、反応槽内での試料と拡散液との拡散反応により生じるフッ化物ガスを、捕集槽に導入することができるようにされている、
ことを特徴とする、換気式微量拡散によるフッ化物定量のための装置に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の装置の一例を示す図１を引用して本発明の定量法および装置を詳細に説明する。
本発明の換気式微量拡散によるフッ化物定量法においては、体積可変の二つのシリンジ、反応槽および捕集液を含む捕集槽からなり、これらをチューブで連結した反応系を用い、体積可変の二つのシリンジの作動により反応系内を陰圧に調整し、且つ反応槽および捕集槽を含む反応系内の気体を換気することにより、反応槽内での試料と拡散液との拡散反応により生じるフッ化物ガスを、捕集液を含む捕集槽に導入して捕集液に吸着させ、捕集液中のフッ化物イオン濃度を測定して、試料中のフッ化物を定量する。
本発明において試料の対象となるものは、フッ化物を含む試料であればいずれでもよく、例えば、血液、唾液などの生体試料、牛乳、ミルク、野菜、緑茶などの液状の食品、固形状の食品などの各種の性状の食品等である。
試料と拡散反応させる強酸からなる拡散液としては、通常、ヘキサメチルジシロキサン（HMDS）を飽和させた過塩素酸（HClO4）溶液が好ましく用いられる。特に、ヘキサメチルジシロキサン飽和の 5.0 モル濃度過塩素酸溶液が好ましい。試料と拡散液との拡散反応により生じるフッ化物ガスを捕集する捕集液としては、通常、水酸化ナトリウム（NaOH）溶液が用いられ、0.1 から 0.01 モル濃度の水酸化ナトリウム溶液が好ましい。
また、拡散反応の際には、一定濃度のシリコーン系消泡剤を存在させるのが、拡散反応を円滑に進める上で好ましい。シリコーン系消泡剤としては、通常使用されているものを使用することができ、例えば、消泡シリコーンＴＳＡ７３７（東芝シリコーン製）などが挙げられる。
【０００９】
本発明においては、拡散液は、図１の左上側に示すように、シリンジからなる拡散液槽１を準備し、この拡散液槽内に拡散液２を入れて用いるのが好ましい。反応槽３は、図１に示すように体積が一定の円筒状の形状を有するのが好ましい。反応槽３は恒温水槽４に浸漬し、40℃から 50℃に設定して試料と拡散液とを拡散反応させるのが好ましい。反応槽３には、拡散液槽１から拡散液２が注入されるように、拡散液２を反応槽３内に導入するチューブ５が設けられている。チューブとしては、通常、タイゴンチューブ、テフロン（登録商標）チューブなどの気密性の高いチューブが好ましい。更に、反応槽３からは、試料と拡散液とが拡散反応して生じるフッ化物ガスを捕集槽６に導入するための、タイゴンチューブ、テフロン（登録商標）チューブなどのチューブ７が設けられている。捕集槽６内には、フッ化物ガスと捕集液との気液接触を良好にするために、捕集液を吸収させたスポンジ８などを設けておくのが好ましい。ここで用いる捕集液、NaOH の量は 2 cc から 3 cc 程度が好ましい。
【００１０】
本発明では、図１に示すように、体積可変の二つのシリンジ９および１０を用いる。これら二つのシリンジの体積は同じであることが好ましく、通常 100 cc が好ましい。これらのシリンジ９および１０は、図１に示すように、上記したと同様のチューブにより、シリンジ９および１０同士、更には反応槽３および捕集槽６に連結しており、反応系を形成している。反応槽３は上部に冷却装置３aを付属しているのが好ましい。より具体的には、シリンジ９および１０の上部から出るチューブは、それぞれ二股に分かれて、捕集槽６および反応槽３に連結している。シリンジ９および１０から出るチューブの上部にはそれぞれ逆止弁が設置され、気体の流れは図１の矢印の方向のみに流れるように設定されている。また、シリンジ９および１０の下側には、それぞれプランジャー保持台１１およびバネ１２が設置され、右側のシリンジ９のプランジャー１３と左側のシリンジ１０のプランジャー１４とが、それぞれ逆方向に同じ距離だけ移動するように自動換気動力を設定するのが好ましい。
また、左側のシリンジ１０の上側には三方弁Ｌ、右側のシリンジ９の上側には、三方弁Ｒを設置するのが好ましい。また、捕集槽６と反応槽３とを結ぶチューブには三方弁Ｙおよび三方弁Ｚ、更には反応槽３と拡散液槽１とを結ぶチューブには三方弁Ｘを設けるのが好ましい。
【００１１】
以下、本発明の定量法の手順について、図１の装置を用いて説明する。
１）試料の導入
先ず、反応槽３内に試料を入れる。試料の量は、任意の量でよいが、通常、一回量として 1 g から 40 g 程度である。このように、本発明においては、かなり多量の試料を用いることができる。また、試料とともに、上記したシリコーン消泡剤を加えるのが好ましい。
【００１２】
２）拡散液の注入と反応系内の陰圧の調整
次いで、拡散液の注入を行ないながら反応系内を陰圧に調整するための操作を行う。即ち、先ず、三方弁Ｌおよび三方弁Ｒを操作して左右のシリンジ９、１０内の空気が外気に通じ、チューブ内には移動しないようにする。次いで、自動換気動力のスイッチを入れて、左側のシリンジ１０のプランジャー１４が下側に移動し、右側シリンジ９のプランジャー１３が上端に届いた時にスイッチを切る。三方弁Ｒを操作して、右側のシリンジ９内の空気と外気が通じないようにし、チューブ内と右側のシリンジ９内の空気が移動するようにする。一方、拡散液槽１内の各拡散液２を、反応槽３に注入するための準備を行なう。即ち、先ず、拡散液槽１を三方弁Ｘを介してチューブ５と連結し、三方弁Ｘを操作して、拡散液槽１と反応槽３とを結ぶチューブ５のみが通じるようにする。次いで、自動換気動力のスイッチを入れて、左側のシリンジ１０のプランジャー１４が上側に移動し、他方、右側のシリンジ９のプランジャー１３が下側に移動する。右側のシリンジ９のプランジャー１３が底に届いた時に、自動換気動力のスイッチが切れる。以上の操作により、左側のシリンジ１０内にあった空気、例えば、80 cc の空気が外部に排出され、一方、右側のシリンジ９において、例えば、容積が 80 cc 増加し、反応槽内ではこの分の陰圧が生じる。間もなく、拡散液槽１の中にあった拡散液２は、反応槽３の中に吸引され、完全に注入される。この段階で、拡散液槽１内に準備された拡散液は、例えば、40 cc である場合には、反応系内はなお体積 40 cc 分の陰圧が保たれていることになる。次いで、三方弁Ｌを操作して、左側のシリンジ１０内の空気と外気とが通じないようにし、チューブ内と左側シリンジ１０内の空気が移動するようにする。次いで、三方弁Ｘを操作して、拡散液槽１からチューブ５ヘ通じる通路を閉じ、捕集槽から流れてくる気体が反応槽３内へ通じるようにする。次いで拡散液槽１を反応系から外す。
上記した工程の間、三方弁Ｚは、捕集槽６並びにシリンジ９および１０からの気体が三方弁Ｘ方向に流れ、三方弁Ｙ方向へ直接流れないように操作される。三方弁Ｙは、三方弁Ｚからの流れが閉じられ、反応槽３から捕集槽６へ流れるように操作される。
かくして、反応系内が外気圧より低い陰圧のまま拡散液の注入を完了することができる。
【００１３】
３）反応系内の換気
次いで、反応系内を換気することにより、反応槽３において試料と拡散液とが拡散反応して生じるフッ化物ガスが、捕集槽６の捕集液に捕集させるようにする。即ち、先ず、自動換気動力のスイッチを入れて、左側のシリンジ１０のプランジャー１４が下側に移動し、他方、右側のシリンジ９のプランジャー１３が上側に移動する。この時、捕集槽６内の気体が、チューブ５を経由して反応槽３内に移動し、更に、反応槽３から生じるフッ化物ガスが捕集槽６へ移動し、反応系内の気体が系内を循環するようになり、反応槽３内で試料と拡散液との拡散反応により生じるフッ化物ガスが良好に捕集槽６内の捕集液に捕集される。なお、フッ化物ガスが反応槽３より捕集槽６へ移動する際に、反応槽に付属する冷却装置３a において水蒸気が冷却され、反応槽内に落下して三方弁Ｙ方向には移行しない。
次いで、一定時間経過後に、自動換気動力のスイッチを切る。
上記した工程の間、三方弁Ｚは、捕集槽６並びにシリンジ９および１０からの気体が三方弁Ｘ方向に流れ、三方弁Ｙ方向へは流れないように操作される。三方弁Ｘは、拡散液槽１への流れは閉じられ、三方弁Ｚからチューブ５の方向へ流れるように操作される。三方弁Ｙは、三方弁Ｚからの流れが閉じられ、反応槽３から捕集槽６へ流れるように操作される。
かくして、反応系内の気体が換気され、拡散反応して生じるフッ化物ガスが、捕集槽の捕集液に良好に捕集される。
【００１４】
４）短絡回路内の気体の換気
次いで、反応系内の回路内の気体を換気することにより、反応系内に残存するフッ化物ガスを捕集槽内の捕集液に捕集させる。即ち、先ず、三方弁Ｚを操作して、捕集槽６からの気体が三方弁Ｘの方向へは流れず、三方弁Ｙ方向のみに流れるようにする。更に、三方弁Ｙを操作して、反応槽３の方向からはガスが流入せず、三方弁Ｚからの流れのみが捕集槽６の方に流れるようにする。次いで、自動換気動力のスイッチを入れて、左側のシリンジ１０のプランジャー１４が下側に移動し、他方、右側のシリンジ９のプランジャー１３が上側に移動する。この時、回路内の気体が、捕集槽６から三方弁Ｚ、三方弁Ｙ、次いで捕集槽６と循環するようになり、反応槽３以外のチューブやシリンジ等の部分に未捕集で残存するフッ化物ガスを捕集槽内の捕集液に、ほぼ完全に捕集させることができる。
上記した工程の間、三方弁Ｚから三方弁Ｙの方向へ流れ、三方弁Ｘおよび反応槽３の方向へは流れないように操作される。また、三方弁Ｌは、外気に通じず、シリンジ１０から上側へのチューブに流れるように操作する。
かくして、反応系内の短絡回路に残存するフッ化物ガスが捕集液に捕集される。
【００１５】
５）捕集液の回収および定量
次いで、捕集槽を装置から除いて、捕集液中のフッ化物イオン濃度を通常のイオン電極法により測定することにより、試料中のフッ化物を定量することができる。具体的には、捕集槽内の捕集液の水酸化ナトリウム溶液を 1 cc程度採取し、イオン緩衝液 TISAB III（ORION社製）を 0.1cc 程度加え、フッ化物イオン（F）複合電極（ORION 社製 96-06）を用いて、フッ化物イオン濃度を測定する。試料中のフッ化物濃度は、試料重量、捕集液重量を基に、またブランク値を減じて以下に示す計算式により算出することができる。
【００１６】
試料中フッ化物濃度＝
（捕集液中のフッ化物イオン濃度値−ブランク値）×（捕集液重量/試料重量）
【００１７】
以上に説明した１）から６）の工程において、例えば、任意の一定時間の間、１）から５）の工程を実施し、工程６）の捕集液の回収を行なって、次ぎに新たな捕集液を備えた捕集槽を設置して、工程２）、工程４および工程５）を実施し、経時的にフッ化物ガスの定量を行なうことも可能である。
【００１８】
以上に説明した本発明の換気式微量拡散によるフッ化物定量のための装置においては、反応槽として、図２に示すような反応槽を用いるのが好ましい。図２に示す反応槽は、拡散液槽から反応槽内に拡散液を導入するために拡散液槽から反応槽の底部まで伸びた、反応槽内の中央部に垂直方向に設けられた中央チューブ１５を有する。更に、該中央チューブの外部を垂直方向に覆い、該中央チューブよりも長く反応槽の底部まで伸びた、上部に少穴１７を有する中間筒１６が設けられている。そして、該中央チューブから導入される拡散液槽からの拡散液が、該中央チューブの底部に達した後、該中央チューブとそれを覆う該中間筒の間の間隙を通って上昇し、該中間筒の上部の少穴から反応槽へ拡散液が排出され、拡散液が該中央チューブを介して反応槽内で循環されるように設計されている。更に詳細には、図２のａに示すように、中央チューブ内では、拡散液槽からの換気空気並びに拡散液が上部より下方に引き込まれる。ｂに示すように、中央チューブと中間筒の間では、上昇する換気空気並びに拡散液によって、下部にあった試料および拡散反応液が上方に運ばれる。ｃに示すように、中間筒底部より、試料および拡散反応液が吸い込まれる。ｄに示すように、中間筒の上部小穴より、下部から吸い上げられた試料および拡散反応液が排出される。次いで、ｅに示すように、中間筒の外部では、上部にあった試料および拡散反応液が下方に引き下げられる。
このような反応槽を用いることによって、泡を生じることなく、反応槽内で拡散液が良好に循環するようになり、反応槽内での試料と拡散液との拡散反応が良好に進むようになる。また、泡の発生を抑えるために、反応槽の上部内側にシリコーン系消泡剤を塗布する、または一定濃度、例えば、100 ppm 濃度でシリコーン系消泡剤を試料と拡散液とが拡散反応する際に混入するのが好ましい。
【００１９】
上記の反応槽における中央チューブおよび中間筒の具体的な例を図３および図４に示す。図３のＡが中間筒、Ｂが中央チューブを構成し、図３のＡ＋Ｂがこれらを組み合わせた時の状態を示す。図４は、図３に示したＡの中間筒およびＢの中央チューブの構成を更に具体的に示す。図４に示したＡの中間筒の各構成部分Ａ１、Ａ２およびＡ３、並びにＢの中央チューブの各構成部分Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４を組み合わせて、それぞれ中間筒および中央チューブとし、これらを図２に示したように反応槽内に設定することによって、目的とする反応槽を得ることができる。
以下に、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００２０】
本発明の換気式微量拡散によるフッ化物定量法および
その装置を用いた試料中のフッ化物の定量
（１）装置
図１に示す装置を用いて定量した。本装置は換気用の二つのシリンジ９および１０と自動換気動力、反応槽３、拡散液槽１、捕集液を含む捕集槽６、恒温水槽４、そしてこれらを連結するチューブと空気の流れをコントロールする三方弁Ｌ、Ｒ、Ｘ、ＺおよびＹからなっている。
換気シリンジには市販の 100 cc シリンジ（JMS）を用いた。自動換気動力は左右のシリンジを、任意の速度で、上下運動させる。右シリンジが上部から下部に向かって移動する場合、スイッチを入れた後初めて底部に届くとスイッチは自動的にオフとなる。しかし、右シリンジが底部から上方に向かって移動する場合、スイッチを入れた後連続して任意の時間、換気動作を続ける仕組みになっている。また、片道の移動が済んでから、反転して移動を開始するまでの一時停止時間も任意に設定できることになっている。今回は、片道移動で 20 秒から 30 秒、一時停止時間を 2 秒から 3 秒とした。また、シリンジ・プランジャーが下から上に移動（シリンジ内の空気を圧縮しようと）する時、シリンジ内面とプランジャーの間で生じた摩擦抵抗力に対応して、保持台に附属したバネが作動しプランジャーの動きが遅くなるように工夫した。これによって、常時、反応系内の陰圧条件が確保された。
【００２１】
反応槽は市販の 100 cc メスシリンダーを用いた。上部に冷水が循環する装置を付け、水蒸気が反応槽から流出することを抑制した。
拡散液槽は 50 cc シリンジ（TERUMO）を用い、連結端子を附属させた。拡散液は、HMDS 飽和の 5.0 モル濃度 HClO4 溶液を用いた。
捕集槽は市販の 25 cc シリンジ（JMS）の筒部分を用い、ゴム栓で封じた。捕集液には、0.1 から 0.01 モル濃度  NaOH を用いることとした。スポンジは捕集液を染み込ませるために用いた。捕集槽の形態にフィットするサイズで円柱状に形成したものを用いた。
拡散液注入用のチューブにはテフロン（登録商標）チューブを、その他の連結用にはタイゴンチューブを、その他、ガスの流れをコントロールするための逆止弁、三方弁を用いた。
【００２２】
（２）作業手順
作業手順は以下の通りであった。
１．試料および捕集液の準備：
試料 40 cc を反応槽に入れ栓をし、またスポンジに 0.01 から 0.1 モル濃度 NaOH、2 cc から 3 cc を染み込ませ捕集槽にセットした。
２．酸注入と反応系内の陰圧調整：
反応槽に直接つながる三方弁の一弁に、拡散液槽の端子を連結し、拡散液を反応槽に注入した。ここで、左側シリンジにつながる三方弁を操作して排気を外部に出し、右側シリンジにつながる全ての弁は外部と閉鎖した状態で右側シリンジ・プランジャーを引いた。拡散液槽中に拡散液量 40 cc を用意し、一方、シリンジ・プランジャーの移動に伴う体積変化は 63 cc であった。よって、この拡散液注入に伴うシリンジの片道移動で、反応系の全体に対して容積 40 cc の分だけ陰圧に調整したことになる。
【００２３】
３．拡散反応：
反応系内の換気とフッ化物ガスの捕集：各弁の状態を反応系内の全体にガスの流れができるようにして、反応槽、捕集槽、そして換気シリンジを経由して再び反応槽へと、ガスを循環させた。ただし、短絡回路は閉じた状態にした。拡散反応を行なわせ、生じたフッ化物ガス捕集のための換気作動時間を 1 時間、また 1 時間 30 分とした。
【００２４】
４．短絡回路による換気：
一定時間後、換気動力スイッチを止めた。そこで、反応槽につながる 2 つの三方弁を操作して、反応槽の入口・出口を閉鎖し、短絡回路を交通させた。この状態で換気動作を行い、左右のシリンジ内、捕集槽内、その他連結チューブ内に未捕集で残存するフッ化物ガスの捕集をおこなった。これにより、一定時間における拡散反応で生じたフッ化物ガスがほぼ完全に捕集できた。
５．捕集液の回収および定量：
短絡回路による換気が終了した後、捕集槽を外した。捕集槽内のスポンジをプランジャーで圧縮、吸引を繰り返して、スポンジに含まれた捕集液、NaOH、を攪拌均一にしながら取り出した。この NaOH 1 cc を採取し、TISAB III（ORION社製）0.1 cc を加え、F 複合電極（ORION社製、96-06）を用いてフッ化物イオン濃度を測定した。測定値からブランク値を減じ、また試料量と捕集液量との比をもとに最終的な試料中のフッ化物イオン濃度を算出した。
【００２５】
（３）0.1 ppm F 標準液を用いた測定実験
拡散温度 50℃、換気のためのプランジャー移動速度を片道 30 秒、一時停止時間を 3 秒、短絡回路による回収時間を 3 分として、0.1 ppm F 標準液の測定実験を行なった。
0.1 ppm F 標準液 40 cc を試料とし、拡散液 40 cc、捕集液 2 ccを用いた。拡散時間は 1 時間、短絡回路による換気時間は 3 分とした。同じ条件での測定を 6 回行なった。
（４）0.01 ppm F 標準液を用いた測定実験
拡散温度 50℃、換気のためのプランジャー移動速度を片道 30 秒、一時停止時間を 3 秒、短絡回路による回収時間を 3 分として、0.01 ppm F 標準液の測定実験を行なった。
0.01 ppm F 標準液 40 cc を試料とし、拡散液 40 cc、捕集液 2 cc を用いた。拡散時間は 1 時間 30 分、短絡回路による換気時間は 3 分とした。同じ条件での測定を 5 回行なった。
【００２６】
（５）結果および考察
１．0.1 ppm F 標準液を用いた測定実験
表１に示したごとく、測定結果は平均 0.101 ppm、CV 値 1.4% であった。理論値が 0.1 ppm であることに対して、101% の回収率で、測定値の変動も小さく、満足できる結果が得られた。
表１    標準液 0.1 ppm F 回収試験                   
n          F 測定値 (ppm)       SD (ppm)            CV 値 (%)   
6            0.101              0.001               1.4         
【００２７】
２．0.01 ppm F 標準液を用いた測定実験
表２に示したごとく、測定結果は平均 0.0094 pm、CV 値 4.1% であった。理論値が 0.01 ppm であることに対して、94% の回収率でやや劣っていた。しかし、測定値の変動は小さかった。このレベルの低フッ化物濃度の測定においては、過去の報告に比べ、満足できる結果と考えられた。
表２    標準液 0.01 ppm F 回収試験                  
n          F 測定値 (ppm)       SD (ppm)            CV 値 (%) 
5            0.0094             0.0004              4.1       
【００２８】
これら実施例の結果より、F 標準液を用いた場合、0.1 ppm、0.01 ppm レベルの F 濃度でも高い精度で測定できることが判明した。日常摂取している飲食品中のフッ化物濃度は約 0.1 ppm 以上とされているので、食品中フッ化物濃度の測定には本装置の有用性は高いものと考えられる。しかし、一定時間毎の回収率測定に対応するためには、0.01 ppm F レベルの低濃度において、さらに安定した測定値が得られるように改善することが今後の課題である。
装置が自動化されたことにより、温度、換気速度、拡散時間、さらに反応系内の気圧を厳密に規格化して測定することが可能となった。また、シリンジは換気を行なうだけとし、別に反応槽、捕集槽を設けたことにより、反応槽、捕集槽の管理が容易となった。さらに、両槽間の内容物が一部でも交じり合うことがないようにできた。以上のごとく、手動では極めて困難であった拡散反応と回収率に影響を与える種々条件の厳密な比較検討が、今回の装置の自動化により容易となった。
【実施例２】
【００２９】
反応槽として、図２に示した反応槽、より具体的には図３および図４で示した構成成分からなる反応槽を用いて、実施例１と同様にして、濃度レベルの異なるフッ化物標準液を測定した。
具体的な測定条件は、フッ化物（Ｆ）標準液量 40cc、回収液（0.1 モル濃度 NaOH） 3cc、濃縮倍率 13.3 倍、拡散温度 40℃、換気のためのプランジャー移動速度を片道 20 秒、一時停止時間を 2 秒、短絡回路による回収時間を 1 分、拡散時間 1 時間であった。
得られた結果を表３から５に示した。
表３：0.01 ppm F の標準液の測定                
１回目                      0.0010 ppm
２回目                      0.010 ppm
３回目                      0.011 ppm
４回目                      0.012 ppm
５回目                      0.011 ppm
６回目                      0.011 ppm        
平均値：0.01 ppm
SD：0.0008 ppm
CV値：6.84%
表４：0.10 ppm F の標準液の測定                
１回目                      0.099 ppm
２回目                      0.099 ppm
３回目                      0.105 ppm
４回目                      0.108 ppm
５回目                      0.108 ppm
６回目                      0.108 ppm        
平均値：0.11 ppm
SD：0.0044 ppm
CV値：4.15%
表５：1.00 ppm F の標準液の測定                
１回目                      1.047 ppm
２回目                      1.055 ppm
３回目                      1.040 ppm
４回目                      1.040 ppm
５回目                      1.062 ppm
６回目                      1.070 ppm
７回目                      1.070 ppm        
平均値：1.05 ppm
SD：0.0122 ppm
CV値：1.16%
【００３０】
表３から５に示した結果から明らかなように、反応槽として、図２に示したような反応槽を用いることにより、0.01 ppm F レベルの低濃度でも、満足できる精度で測定することができた。また、0.10 ppm F、1.00 ppm F の濃度レベルでの測定データ再現性は極めて高く、ＣＶ値はそれぞれ約 4%、約 1% であった。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上に説明した本発明の換気式微量拡散によるフッ化物定量法および装置は以下の利点を有する。
１）反応系の内圧を陰圧に調整して定量を行なうため、反応系の内圧が１気圧以上にならないので、反応系から外部にフッ化物ガスなどの反応ガスが漏れることはない。
２）反応槽の温度（恒温水槽の温度に依存）、拡散液の濃度、換気速度を調節することにより反応速度をコントロールできる。
３）反応槽と捕集槽が別々になっているため、試料と拡散液との反応液、具体的には、試料および HClO４ と、捕集液が混じりあうことはない。
４）本発明では、体積可変の二つのシリンジを用いるものであり、定量中のこれらのシリンジを交換する必要がないため作業の効率化が計れる。
５）例えば、反応槽の容積が 100cc である時、反応槽に例えば 40g（40cc）の試料を用いることができる。40g の試料を用い、捕集液を例えば 2cc（2g）とすると、20 倍の濃度濃縮となる。また、必要に応じ測定試料の加算ができ、最終的に捕集液のフッ化物濃度を 20 倍以上でも任意に濃縮することができる。
６）低濃度フッ化物の試料でも、測定に供する試料の量を多くすれば、F複合電極の測定可能レベルの中で測定でき、信頼性のあるデータが得られる。
７）拡散反応開始後、一定時間ごとにあらたな捕集槽を付け替えることにより、拡散反応の経時的測定を可能とできる。
８）試料毎の拡散時間を追ったデータから、拡散率の経時パターンを把握し、拡散率がゼロになったところを拡散反応終末点とし、ここで得られた値から、より正確なその食品のフッ化物含有量、また濃度を算出することができる。既存の方法では、バッチ処理であることから、拡散反応終末点を求めることはできなかった。
９）反応槽として、図２に示すような反応槽を用いることにより、反応槽内で拡散液を良好に循環することができ、そのために拡散反応を良好に進めることが可能であり、反応液との接触や換気による攪拌で泡の発生しやすい食品、また塊をつくりやすい食品であっても正確に定量することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の換気式微量拡散によるフッ化物定量に用いる装置を示す。１は拡散液槽、２は拡散液、３は反応槽、３ａは反応槽に付属する冷却装置、４は恒温水槽、５、７はチューブ、６は捕集槽、８はスポンジ、９は右側の体積可変のシリンジ、１０は左側の体積可変のシリンジ、１１はプランジャー保持台、１２はバネ、１３は右側のシリンジのプランジャー、１４は左側のシリンジのプランジャー、Ｌ、Ｒ、Ｘ、ＺおよびＹはそれぞれ、三方弁Ｌ、三方弁Ｒ、三方弁Ｘ、三方弁Ｚおよび三方弁Ｙを示す。
【図２】本発明の換気式微量拡散によるフッ化物定量に用いる装置における、好ましい反応槽を示す。１５は、拡散液槽から反応槽内に拡散液を導入するため中央チューブ、１６は中間筒、１７は中間筒の上部に設けられた少穴を示す。
【図３】図２示す中央チューブおよび中間筒の具体的な例を示す。Ａが中間筒、Ｂが中央チューブ、Ａ＋Ｂがこれらを組み合わせた時の状態を示す。
【図４】図３に示したＡの中間筒およびＢの中央チューブの構成を更に具体的に示す。Ａ１、Ａ２およびＡ３は、Ａの中間筒の各構成部分、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４は、Ｂの中央チューブの各構成部分を示す。
【図１】
2005099002.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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