(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリス（２，２’−ビピリジル）ルテニウム（II）錯体を酸化してルテニウムの酸化数を増加させ、次いで、得られるトリス（２，２’−ビピリジル）ルテニウム(III) 錯体と沃素分子及び／又は沃化物とを接触させる際に、系内に塩化ルテニウム(III) 又は塩化鉄(III)と酒石酸又はグリコール酸及び／又はその塩を共存させ、化学発光を生じさせ、化学発光法を用いて沃素分子及び／又は沃化物の濃度を定量することを特徴とする沃素分子及び／又は沃化物の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハロゲン分子の一種である沃素分子及び／又はハロゲン化物の一種である沃化物を化学発光法を利用して、高感度で簡便且つ迅速に検出する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハロゲン分子及びハロゲン化物は、漂白剤、殺菌剤、難燃剤としての用途のほかに、肥料、融雪剤、触媒、飼料や食品の添加物に用いられたり、各種工業用薬品、医薬品、香料、染料、顔料等の原料として幅広い用途で用いられている。また、冷却水処理システム等の各種水処理システムでも、例えば、不活性トレーサーとしてハロゲン化物が用いられたり、外部からハロゲン化物が混入したりする。多くの用途において、系内のハロゲン分子やハロゲン化物の濃度を適切に管理することは極めて重要であり、従来は滴定法やイオンクロマトグラフを用いた分析方法により濃度管理が行われていた（特開平４−２９６６５１号公報）。
【０００３】
しかし、これらの方法は、簡便且つ高感度な検出方法とは言い難く、例えば、滴定法は煩雑な手動分析法であり自動化が困難なため検出に多くの時間とコストが掛かり、適切な濃度管理に支障をきたしていた。一方、イオンクロマトグラフを用いた分析方法は滴定法に比べれば簡便な方法であるが、測定装置そのものが高価であり、全自動濃度モニタリングシステムとして用いるためには多くの課題を抱えていた。従って、ハロゲン分子やハロゲン化物の定量は、連続流れ分析法（ＦＩＡ： Flow Injection Analysis）に代表される全自動連続測定への適用が困難である等の欠点を有していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消したハロゲン分子の一種である沃素分子及び／又はハロゲン化物の一種である沃化物の検出方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体であるトリス（２，２’−ビピリジル）ルテニウム（II）錯体を酸化してルテニウムの酸化数を増加させ、次いで、得られる酸化体であるトリス（２，２’−ビピリジル）ルテニウム(III) 錯体と沃素分子及び／又は沃化物とを接触させる際に、系内に遷移金属のハロゲン化物である塩化ルテニウム(III) 又は塩化鉄(III)とヒドロキシ酸である酒石酸又はグリコール酸及び／又はその塩を共存させ、化学発光を生じさせ、化学発光法を用いて沃素分子及び／又は沃化物の濃度を定量することを特徴とする沃素分子及び／又は沃化物の検出方法を提供するものである。
【０００６】
発光反応を利用した分析法が最近注目を集めている。この分析法は、吸光光度法や蛍光分析法に比較して高感度であり、定量範囲が広く、応答速度が速い（発光反応に要する時間が短い）ため、特に連続流れ系や循環系等の流通系における高感度検出法として注目されている。発光には、化学発光、生物発光等があるが、現在、分析法としては、化学発光を利用したものが多く、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ−エチルピペラジン、チウラムなどの三級アミン類やトリプトファン、インドール等の二級アミン類、クロロチアジド、ヒドロクロロチアジド等のチアジド類、蓚酸、ピルビン酸、マロン酸、アセト酢酸、レブリン酸のようなα−、β−あるいはγ−ジケトン構造を持つ化合物類等が化学発光原因物質として知られているが、ハロゲン分子の一種である沃素分子及びハロゲン化物の一種である沃化物については検討された例はなかった。本発明は、沃素分子や沃化物も条件によっては化学発光を利用してその濃度の定量が行えるという発見に基づいてなされたものである。
【０００７】
本発明で検出用試薬（発光物質）として用いられる遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体における遷移金属元素は、ルテニウムであり、一方、含窒素芳香族系配位子は、２，２’−ビピリジンである。
【０００８】
また、本発明で検出用試薬として遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体と共に用いることができる遷移金属のハロゲン化物は、塩化ルテニウム(III) 、塩化鉄(III) である。このような遷移金属のハロゲン化物の量は、遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体１モルに対し、好ましくは０．００５〜０．４モル、より好ましくは０．０１〜０．２モルである。なお、このような遷移金属のハロゲン化物は、遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体中に元々混入している場合もあるため、その混入量が充分である場合には、新たに添加する必要はない。このような遷移金属のハロゲン化物の量が上記錯体１モルに対し０．００５モル未満では、沃素分子や沃化物を高感度では測定することはできない。一方、遷移金属のハロゲン化物の量が上記錯体１モルに対し０．４モルを超えると、沃素分子や沃化物の測定感度が著しく低下するため好ましくない。
【０００９】
また、本発明で検出用試薬として用いることができるヒドロキシ酸である酒石酸又はグリコール酸及び／又はその塩は、一分子中にカルボキシル基とアルコール性水酸基とを持つ有機化合物及び／又はその塩である。このようなヒドロキシ酸及び／又はその塩の量は、遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体１モルに対し、好ましくは０．２〜１００モル、より好ましくは０．５〜５０モルの範囲で用いることができる。ヒドロキシ酸及び／又はその塩の量が上記錯体１モルに対し０．２モル未満では、沃素分子や沃化物を高感度では測定することはできない。一方、ヒドロキシ酸及び／又はその塩の量が上記錯体１モルに対し１００モルを越えると、沃素分子や沃化物の測定を行う際にヒドロキシ酸及び／又はその塩が測定を妨害するようになるため好ましくない。
【００１０】
本発明で利用される化学発光の一般的な発光機構について説明する。ルテニウムが２価のトリス（２，２’−ビピリジル）ルテニウム（II）錯体は、酸化を受けるとルテニウムが３価のトリス（２，２’−ビピリジル）ルテニウム(III) 錯体となり、これが化学発光原因物質により還元され、その化学反応のエネルギーにより、励起状態の２価錯体を生成し、これが基底状態の２価錯体となる時に過剰のエネルギーを発光として放出するものと考えられる。この時の発光波長は、６１０〜６２０ｎｍ近辺である。ただし、本発明の系において、遷移金属のハロゲン化物やヒドロキシ酸及び／又はその塩が或る種の発光助剤として発光機構にどのような影響を与えているのかについては、不明確な点が多く、今後の検討課題である。
【００１１】
上述のことから明らかな様に、ハロゲン分子やハロゲン化物の一種である沃素分子や沃化物を本発明の方法で検出しようとする場合、遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体を酸化して中心金属である遷移金属元素の酸化数（価数）を増加させた状態にしてやることが必要である。この遷移金属の酸化方法には幾つかの方法が知られており、例えば、遷移金属を酸化剤を用いて酸化する方法〔酸化剤として二酸化鉛、酸化ビスマス、酸化金などの金属酸化物を用い、この金属酸化物をカラムに充填し、遷移金属錯体であるルテニウム錯体をカラムに通すことで酸化する方法（特開平５−３０２８９５号公報）、酸化剤としてペルオキソ二硫酸カリウム等を水に溶解して用い、この酸化剤と遷移金属錯体を共存させた状態で光を照射して光化学的に酸化する方法（山崎重雄等、J. High Resol. Chromatogr., 21,  315〜316,  1998）、酸化剤として二酸化鉛／硫酸水溶液を用いる方法など〕、電極上で電気化学的に遷移金属を酸化する方法（特開平５−５２７５５号公報）等が挙げられる。本発明においては、遷移金属のルテニウムの酸化方法に特に制限はなく、いずれの酸化方法を用いても良い。
【００１２】
このように、遷移金属錯体が発光するためには、励起状態の活性種を生成してやることが重要であり、本発明の系に塩化ルテニウム(III) 等の遷移金属のハロゲン化物とヒドロキシ酸を加えることで、その詳細な機構は不明であるが、沃素分子や沃化物の高感度での検出が可能となる。一方、多くの有機系還元性物質や無機塩では、ルテニウム錯体と反応はするものの励起状態の活性種（錯体等）が形成されないため、発光は示さない。従って、本発明の方法は、高感度での分析が可能な上に選択性にも優れた方法である。
【００１３】
また、上記の酸化により得られるトリス（２，２’−ビピリジル）ルテニウム(III) は、含水溶媒中では不安定なため、調製後、速やかに沃素分子及び／又は沃化物と化学発光反応させる必要がある。
【００１４】
ハロゲン分子としては、弗素分子、塩素分子、臭素分子、沃素分子が挙げられるが、これらのうち、沃素分子の検出感度が特に高く、かなりの低濃度でも測定が可能である。従って、本発明で検出対象物質となることができるハロゲン分子は、沃素分子である。
【００１５】
また、ハロゲン化物とは、ハロゲンＸとこれより電気陰性度の小さい元素もしくは原子団Ａとの化合物ＡＸを指すものである。このＡＸは、共有結合性分子であってもイオン結合性分子であっても良い。ただし、遷移金属はＡとしては除外される。ハロゲン化物のうち、沃化物が特に高い検出感度で測定可能なため、本発明で検出対象物質となることができるハロゲン化物は、沃化物である。
【００１６】
共有結合性沃化物の例としては、Ａが有機基や周期律表 IIIＡ族もしくはIVＡ族元素の場合であり、沃化メチル、沃化エチル、沃化ブチル、沃化ベンゼン、沃化安息香酸、チロキシン等が挙げられる。
【００１７】
イオン結合性沃化物の例としては、Ａが水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属やアンモニウム等の場合であり、具体例としては、沃化水素酸、沃化リチウム、沃化ナトリウム、沃化カリウム、沃化マグネシウム、沃化カルシウム、沃化アンモニウム、テトラメチルアンモニウムアイオダイド、テトラブチルアンモニウムアイオダイド等が挙げられる。
【００１８】
本発明の方法により沃素分子及び／又は沃化物を検出する際の測定条件としては、特に制限はなく、測定温度、ｐＨ、サンプルの濃度等は任意に設定することができる。ただし、沃素分子及び／又は沃化物の検出感度は、測定温度、ｐＨの影響を受けるため、これらに関しては一定した測定条件で測定を行うのが望ましい。
【００１９】
次に、本発明の検出方法を実施する装置について説明する。装置は、基本的にヒドロキシ酸を含むキャリア溶液を送液するポンプ、ハロゲン分子及び／又はハロゲン化物を含む試料溶液をキャリア溶液中に注入するインジェクター、遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体と遷移金属のハロゲン化物を含む溶液を送液するポンプ、遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体を酸化する酸化反応器、キャリア溶液、試料溶液及び遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体と遷移金属のハロゲン化物を含む溶液を混合する混合器、発光を検出する検出器、検出器で得られたデータを記録するデータプロセッサーで構成される。ただし、場合によっては、ヒドロキシ酸を含むキャリア溶液とハロゲン分子及び／又はハロゲン化物を含む試料溶液とを予め混合し、混合物を連続的に供給することもあるため、そのような系ではインジェクターは不要となる。また、混合器としては、インラインミキサー、混合コイル等でもよく、混合後の混合物は直ちに検出に供されるのが望まれるので、検出器に混合器を付設したり、検出器中で攪拌混合や合流混合する様な構成の検出器が混合器をも兼ねるものでもよい。
【００２０】
上記の酸化反応器としては、遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体を酸化させる酸化方式により異なる反応器が用いられる。例えば、酸化剤として二酸化鉛、酸化ビスマス、酸化金などの金属酸化物を用いる場合には、この金属酸化物をカラムに充填させたものを反応器として用いる。また、酸化剤としてペルオキソ二硫酸カリウム等を用いる場合には、この酸化剤と遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体を共存させた状態で光を照射して光化学的に酸化させることが可能な装置を反応器として用いる。一方、電極上で電気化学的に遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体を酸化する方法を採用する場合には、安定化直流電源を備えた電解酸化装置を反応器として用いる。
【００２１】
なお、検出対象物質が共有結合性のハロゲン化物の場合、検出対象物質からハロゲンイオンを遊離させ、検出感度を高めるため、例えば、紫外線を発する光源と紫外線照射下に置かれたリアクションコイルからなる光反応装置を上記装置に付加するのも好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施の形態を説明するが、本発明がこれらに限定されるものでないことは言うまでもない。なお、試料溶液については、水系等からサンプリングしたものをそのまま試料溶液として用いる場合、水系やその他の系からサンプリングした試料を水等の溶媒で一定の希釈率で希釈した溶液を試料溶液として用いる場合など種々の場合がある。
【００２３】
本発明の検出方法を図１を参照して更に具体的に説明する。図１は、本発明の検出方法を実施する装置の一例を示すフロー図である。ルテニウム錯体である遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体と遷移金属のハロゲン化物とを含む溶液（図１では、この溶液を「Ｒｕ錯体溶液」で代表している）とヒドロキシ酸を含むキャリア溶液は、それぞれポンプ１１、１２により供給される。なお、酸化反応器として光化学的な酸化反応器を用いる場合には、遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体と遷移金属のハロゲン化物とを含む溶液に、ペルオキソ二硫酸カリウム等の酸化剤を予め添加しておくのが望ましい。ルテニウム錯体である遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体と遷移金属のハロゲン化物とを含む溶液は、酸化反応器１４で連続的に酸化されて混合器付検出器１５に供給される。一方、ヒドロキシ酸を含むキャリア溶液には、インジェクター１３からハロゲン分子及び／又はハロゲン化物を含む試料溶液の一定量が注入され、混合器付検出器１５に供給される。混合器付検出器１５ではヒドロキシ酸を含むキャリア溶液、ハロゲン分子及び／又はハロゲン化物を含む試料溶液及びルテニウム錯体である遷移金属元素と含窒素芳香族系配位子との錯体と遷移金属のハロゲン化物とを含む溶液が混合されて反応し、発光が起こる。この発光が検出器１５で検出され、化学発光強度がデータプロセッサー１６に記録される。検出器１５には、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード、イメージインテンシファイヤー等を用いることができる。
【００２４】
本発明の方法を用いれば、沃素分子及び／又は沃化物が高感度で且つ幅広い定量範囲で簡便に検出することが可能である。更に、本発明の方法は、応答速度が速い（発光反応に要する時間が短い）ため、特に連続流れ分析法（ＦＩＡ： Flow Injection Analysis）に代表される全自動連続測定系における高感度検出法としての応用展開が可能である。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例により本発明を更に詳しく説明するが、実施例は本発明のいくつかの実施態様を説明するものであり、本発明を何ら限定するものではない。
【００２６】
実施例１
図１に示した装置を用いて、ハロゲン分子やイオン結合性のハロゲン化物の検出を行った。なお、図１中の酸化反応器としては、光化学的酸化装置〔２０Ｗの蛍光灯に内径１ｍｍポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）チューブを巻き付けたものであり、反応時間（滞留時間）は約１．５分〕１４を用いた。
【００２７】
試料としては、弗化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、沃化カリウム、沃素分子を用い、純水で希釈して表１に示す濃度に調製し、インジェクター１３から２０μＬ（マイクロリットル）ずつキャリア溶液中に注入した。
【００２８】
一方、ルテニウム錯体を含む溶液としては、トリス（２，２’−ビピリジル）ジクロロルテニウム（II）と三塩化ルテニウムとペルオキソ二硫酸カリウムとを１０ミリモル／Ｌ（リットル、以下同様）濃度のアセテート緩衝液（ｐＨ：３．３）に溶解させ、それぞれ０．５ミリモル／Ｌ、６５マイクロモル／Ｌ、１ミリモル／Ｌの濃度に調製したものを用いた。このルテニウム錯体を含む溶液を０．５ｍｌ／分で送液して酸化反応器（光化学的酸化装置）１４に供給し、Ｒｕ（II）をＲｕ(III) に酸化した。
【００２９】
また、キャリア溶液としては、酒石酸を５０ミリモル／Ｌ濃度の燐酸緩衝液（ｐＨ：２．５）に溶解させ、１ミリモル／Ｌの濃度に調製したものを用い、０．５ｍｌ／分で送液した。結果を表１に示すが、本実施例で用いた試料は、いずれも検出することができた。特に、沃素分子と沃化カリウムは極めて高感度で検出可能であった。
【００３０】
【表１】
0003870601.tif 000002
【００３１】
実施例２
三塩化ルテニウムの添加量を０〜２１５マイクロモル／Ｌの範囲で変えた以外は実施例１と同様の操作で、沃化カリウムの検出を行った。また、三塩化ルテニウムの代わりに三塩化鉄を用いて、実施例１と同様の操作で沃化カリウムの検出を行った。結果を表２に示すが、三塩化ルテニウムや三塩化鉄の適切な量を添加することで、沃化カリウムの高感度検出が可能であった。Run No. 20を見れば分かる様に、三塩化ルテニウム量が余り多くなると発光強度が小さくなる。
【００３２】
【表２】
0003870601.tif 000003
【００３３】
実施例３
酒石酸の添加効果を把握するために他のヒドロキシ酸やヒドロキシ酸ではないが酒石酸と構造が類似している各種の化合物を用い、実施例１と同様の操作で、沃化カリウムの検出を行った。結果を表３に 示すが、ヒドロキシ酸である酒石酸とグリコール酸を用いた場合が沃化カリウムの高感度検出が可能であった。
【００３４】
【表３】
0003870601.tif 000004
【００３５】
実施例４
試料として２−ヨード安息香酸及びチロキシンを用い、２−ヨード安息香酸については純水に、チロキシンについては１０ミリモル／Ｌ濃度の燐酸緩衝液（ｐＨ：１２．０）に溶解させたことを除いて実施例１と同様の操作で検出を行った。結果を表４に示すが、有機沃素化合物についても本発明の方法を用いれば、高感度検出が可能であった。
【００３６】
実施例５
２−ヨード安息香酸及びチロキシンの検出感度を高めるため、図２に示す装置を用いて検出を行った。この装置は、図１の装置に新たなポンプ２２の系を設け、そこから酒石酸溶液〔酒石酸を５０ミリモル／Ｌ濃度の燐酸緩衝液（ｐＨ：２．５）に溶解させ、１ミリモル／Ｌの濃度に調製した溶液〕を供給した。また、キャリア溶液供給系にはインジェクター２４の後に酸化反応器〔光化学的酸化装置、２５４ｎｍの紫外線を発する１４Ｗの紫外線放電管に内径１ｍｍのＰＴＦＥチューブを巻き付けたものであり、反応時間（滞留時間）は約５分〕２５を新たに設置した。なお、キャリア溶液としては、５０ミリモル／Ｌ濃度の燐酸緩衝液（ｐＨ：６．０）を用いた。なお、他の測定条件は実施例１と同じである。結果を表４に示すが、共有結合性沃化物を測定する際には、試料流路に光反応装置を設置することで検出対象物質から沃素イオンを遊離させ、検出感度を高めることができることが分かった。
【００３７】
【表４】
0003870601.tif 000005
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、沃素分子及び／又は沃化物が極めて高感度且つ再現性良く測定できるため、沃素分子及び／又は沃化物が添加されている幅広い用途範囲の系において本発明の応用が可能である。また、本発明の方法は、最近注目されている連続流れ分析法による全自動連続測定系への応用展開が可能である。
【００３９】
従って、本発明の方法は、冷却水処理システムに代表される各種水処理システムの水質管理システムに応用することができる。また、水処理システム以外にも沃素分子及び／又は沃化物が用いられたり混入してくる系であれば、本発明の方法を応用することができる。そのような用途の具体例としては、飼料や食品中に添加物として添加されている沃化物の定量分析や、肥料、難燃剤、触媒等の各種工業用製品・薬品、医薬品、香料、染料、顔料等の原料として用いられている沃素分子や沃化物の残存量等の定量分析などが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法を実施するための装置の一例を示すフロー図である。
【図２】図２は、本発明の実施例５で用いた装置を示すフロー図である。
【符号の説明】
１１、１２、２１、２２、２３  ポンプ
１３、２４  インジェクター
１４、２５、２６  酸化反応器
１５、２７  検出器
１６、２８  データプロセッサー
【図１】
0003870601.tif 000006
【図２】
0003870601.tif 000007