(57)【要約】【課題】従来に比べ短時間で溶存金属イオン分析に適した試料溶液を調製することが可能な溶存金属イオン分析用前処理デバイス、溶存金属イオン分析デバイスおよび溶存金属イオン分析方法を提供する。【解決手段】溶存金属イオン分析用前処理デバイスは、金属イオンを含有する溶液を保持する空間を有する電解槽と、電解槽の空間を、第１、第２、第３、第４および第５室に仕切る第１、第２陽イオン交換膜および第１、第２陰イオン交換膜と、陽極および陰極とを備え、第１室は、第１陽イオン交換膜によって仕切られており、第２室は、第１および第２陽イオン交換膜によって仕切られており、第３室は、第２陽イオン交換膜および第１陰イオン交換膜によって仕切られており、第４室は、第１および第２陰イオン交換膜によって仕切られており、第５室は、第２陰イオン交換膜によって仕切られており、陽極は第１室内に配置され、陰極は第５室内に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属イオンを含有する溶液から、前記金属イオン濃度を測定するための改質された溶液を製造する溶存金属イオン分析用前処理デバイスであって、
前記金属イオンを含有する溶液を保持する空間を有する電解槽と、
前記電解槽の前記空間を、第１、第２、第３、第４および第５室に仕切る第１、第２陽イオン交換膜および第１、第２陰イオン交換膜と、
陽極および陰極と、
を備え、
前記第１室は、前記第１陽イオン交換膜によって仕切られており、
前記第２室は、前記第１および前記第２陽イオン交換膜によって仕切られており、
前記第３室は、前記第２陽イオン交換膜および前記第１陰イオン交換膜によって仕切られており、
前記第４室は、前記第１および第２陰イオン交換膜によって仕切られており、
前記第５室は、前記第２陰イオン交換膜によって仕切られており、
前記陽極は前記第１室内に配置され、
前記陰極は第５室内に配置されている、
溶存金属イオン分析用前処理デバイス。
【請求項２】
前記陽極に前記陰極よりも高い直流電圧を印加することにより、前記第２室および前記第４室からそれぞれ陰イオン分析液および陽イオン分析液を得る、
請求項１に記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイス。
【請求項３】
前記第１陽イオン交換膜の前記第１室側に前記第１陽イオン交換膜に隣接して配置された第３陰イオン交換膜をさらに備え、
前記第１陽イオン交換膜および前記第３陰イオン交換膜はバイポーラ膜を構成している、
請求項１または２に記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイス。
【請求項４】
前記第２陰イオン交換膜の前記第５室側に前記第２陰イオン交換膜に隣接して配置された第３陽イオン交換膜をさらに備え、
前記第２陰イオン交換膜および前記第３陽イオン交換膜は、バイポーラ膜を構成している、請求項１または２に記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイス。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイスと、
前記陽極および前記陰極に接続された直流電源と、
前記第４室に保持される溶液に含まれる陽イオンの定量分析を行う分析器と
を備えた溶存金属イオン分析デバイス。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイスと、
前記陽極および前記陰極に接続された直流電源と、
前記第２室に保持される溶液に含まれる陰イオンの定量分析を行う分析器と
を備えた溶存金属イオン分析デバイス。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかに記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイスと、
前記陽極および前記陰極に接続された直流電源と、
前記第２室および前記第４室にそれぞれ含まれる陰イオンおよび陽イオンの定量分析を行う分析器と
を備えた溶存金属イオン分析デバイス。
【請求項８】
前記分析器は、ＩＣＰ法、または、ストリッピングボルタンメトリ法で定量分析を行う、請求項５から７のいずれかに記載の溶存金属イオン分析デバイス。
【請求項９】
請求項１から４のいずれかに記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイスの電解槽に溶存金属イオンを含む試料溶液を導入し、
前記陽極に前記陰極よりも高い直流電圧を印加することにより、前記第１室から前記第５室間で前記溶存金属の陽イオンおよび陰イオンを移動させ、
前記第４室の前記試料溶液に含まれる陽イオンの定量分析を行う、
溶存金属イオン分析方法。
【請求項１０】
請求項１から４のいずれかに記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイスの電解槽に溶存金属イオンを含む試料溶液を導入し、
前記陽極に前記陰極よりも高い直流電圧を印加することにより、前記第１室から前記第５室間で前記溶存金属の陽イオンおよび陰イオンを移動させ、
前記第２室の前記試料溶液に含まれる陰イオンの定量分析を行う、
溶存金属イオン分析方法。
【請求項１１】
請求項１から４のいずれかに記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイスの電解槽に溶存金属イオンを含む試料溶液を導入し、
前記陽極に前記陰極よりも高い直流電圧を印加することにより、前記第１室から前記第５室間で前記溶存金属の陽イオンおよび陰イオンを移動させ、
前記第２室および第４室の前記試料溶液にそれぞれ含まれる陰イオンおよび陽イオンの定量分析を行う、
溶存金属イオン分析方法。
【請求項１２】
前記定量分析をＩＣＰ法、または、ストリッピングボルタンメトリ法で行う、請求項９から１１のいずれかに記載の溶存金属イオン分析方法。
【請求項１３】
前記溶存金属イオンを含む試料溶液は、Ｃｒ（ＩＩＩ）の陽イオンおよびＣｒ（ＶＩ）の陰イオンを含む請求項９から１１のいずれかに記載の溶存金属イオン分析方法。
【請求項１４】
前記溶存金属イオンを含む試料溶液は、Ｍｎ（ＩＩ）の陽イオンおよびＭｎ（ＶＩ）の陰イオンを含む請求項９から１１のいずれかに記載の溶存金属イオン分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、溶存金属イオン分析法およびこの分析に用いる溶存金属イオン分析用前処理デバイス、溶存金属イオン分析デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水や表層水、工業用水等に含まれるＣｒイオン、Ｍｎイオンなどの金属イオンは、酸化状態、つまり酸化数によって生体への毒性、物理的および化学的性質が異なる。酸化数が異なる金属が溶存した水を浄化する場合、その酸化状態に応じた処理工程の設計および管理が必要である。
【０００３】
こうした処理工程においては、これらイオン濃度の変動を連続的または断続的にモニタリングすることが管理運用上有効である。これらイオンを酸化数別に分離して測定する手法としては、例えばイオンクロマトグラフ法やジフェニルカルバジド比色法等が広く用いられている。しかし、こうした手法は測定ごとに薬剤の補充やカラムの再生作業を必要するため、連続的または断続的なイオン濃度のモニタリングには適していない場合がある。
【０００４】
こうした酸化数別に金属イオンの測定を行う手法として、ＩＣＰ発光分析法とその前処理法としてイオン別に測定対象の元素を抽出液で抽出する方法とを組み合わせる分析方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この分析方法の前処理方法では、透析膜を挟んで、試料水溶液、抽出液としての純水をそれぞれ供給する流路が設けられており、それらに電界を印加することで試料水溶液から抽出液に測定対象となる溶存金属イオンが抽出される。試料水溶液から抽出液側に向けて電界が印加される場合は陽イオンが抽出液に抽出され、抽出液側から試料水溶液側に向けて電界が印加される場合は陰イオンが抽出液に抽出されるため、イオン符号（極性）別に測定対象のイオンを分離することが可能である。Ｃｒイオン、Ｍｎイオンなどは酸化数に応じて水中でのイオン符号が異なる。例えば、毒性の高い６価のＣｒイオン（Ｃｒ（ＶＩ））は水中では、ＣｒＯ42-あるいはＣｒ2Ｏ72-のような陰イオンとなる。一方、毒性の低い３価のＣｒイオン（Ｃｒ（ＩＩＩ））はアクア錯体をはじめとした陽イオンとなる。このため、符号別にイオンを分離する前処理は、酸化数によって対象となる溶存元素を分離することとほぼ同義といえる。
【０００６】
しかし特許文献１をはじめとする抽出液にイオンを分離する手法によれば、抽出液に純水などの高抵抗な液体を用いる必要がある。このため、抽出液に電流が流れにくい、つまり、イオンが移動しにくく、試料水溶液から抽出液へ測定すべきイオンを抽出するのに時間を要するという課題がある。また、測定ごとに新たな抽出液を供給する必要があるため、連続または断続的な溶存金属のモニタリングには適していない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１２／０７３５６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来に比べ短時間で溶存金属イオン分析に適した試料溶液を調製することが可能な溶存金属イオン分析用前処理デバイス、溶存金属イオン分析デバイスおよび溶存金属イオン分析方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一実施形態にかかる溶存金属イオン分析用前処理デバイスは、金属イオンを含有する溶液から、前記金属イオン濃度を測定するための改質された溶液を製造する溶存金属イオン分析用前処理デバイスであって、前記金属イオンを含有する溶液を保持する空間を有する電解槽と、前記電解槽の前記空間を、第１、第２、第３、第４および第５室に仕切る第１、第２陽イオン交換膜および第１、第２陰イオン交換膜と、陽極および陰極とを備え、前記第１室は、前記第１陽イオン交換膜によって仕切られており、前記第２室は、前記第１および前記第２陽イオン交換膜によって仕切られており、前記第３室は、前記第２陽イオン交換膜および前記第１陰イオン交換膜によって仕切られており、前記第４室は、前記第１および第２陰イオン交換膜によって仕切られており、前記第５室は、前記第２陰イオン交換膜によって仕切られており、前記陽極は前記第１室内に配置され、前記陰極は第５室内に配置されている。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の溶存金属イオン分析用前処理デバイス、溶存金属イオン分析デバイスおよび溶存金属イオン分析方法によれば、従来に比べ短時間で酸化数の異なる金属イオンの分離および除去を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は溶存金属イオン分析用前処理デバイスの第１の実施形態の構成を示す模式図である。
【図２】図２は溶存金属イオン分析用前処理デバイスの第２の実施形態の構成を示す模式図である。
【図３】図３は溶存金属イオン分析デバイスの実施形態の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の溶存金属イオン分析用前処理デバイス、溶存金属イオン分析デバイスおよび溶存金属イオン分析方法の概要は以下の通りである。
【００１３】
［項目１］
金属イオンを含有する溶液から、前記金属イオン濃度を測定するための改質された溶液を製造する溶存金属イオン分析用前処理デバイスであって、
前記金属イオンを含有する溶液を保持する空間を有する電解槽と、
前記電解槽の前記空間を、第１、第２、第３、第４および第５室に仕切る第１、第２陽イオン交換膜および第１、第２陰イオン交換膜と、
陽極および陰極と、
を備え、
前記第１室は、前記第１陽イオン交換膜によって仕切られており、
前記第２室は、前記第１および前記第２陽イオン交換膜によって仕切られており、
前記第３室は、前記第２陽イオン交換膜および前記第１陰イオン交換膜によって仕切られており、
前記第４室は、前記第１および第２陰イオン交換膜によって仕切られており、
前記第５室は、前記第２陰イオン交換膜によって仕切られており、
前記陽極は前記第１室内に配置され、
前記陰極は第５室内に配置されている、
溶存金属イオン分析用前処理デバイス。
［項目２］
前記陽極に前記陰極よりも高い直流電圧を印加することにより、前記第２室および前記第４室からそれぞれ陰イオン分析液および陽イオン分析液を得る、
項目１に記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイス。
［項目３］
前記第１陽イオン交換膜の前記第１室側に前記第１陽イオン交換膜に隣接して配置された第３陰イオン交換膜をさらに備え、
前記第１陽イオン交換膜および前記第３陰イオン交換膜はバイポーラ膜を構成している、
項目１または２に記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイス。
［項目４］
前記第２陰イオン交換膜の前記第５室側に前記第２陰イオン交換膜に隣接して配置された第３陽イオン交換膜をさらに備え、
前記第２陰イオン交換膜および前記第３陽イオン交換膜は、バイポーラ膜を構成している、  前記第
項目１または２に記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイス。
［項目５］
項目１から４のいずれかに記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイスと、
前記陽極および前記陰極に接続された直流電源と、
前記第４室に保持される溶液に含まれる陽イオンの定量分析を行う分析器と
を備えた溶存金属イオン分析デバイス。
［項目６］
項目１から４のいずれかに記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイスと、
前記陽極および前記陰極に接続された直流電源と、  前記第２室に保持される溶液に含まれる陰イオンの定量分析を行う分析器と
を備えた溶存金属イオン分析デバイス。
［項目７］
項目１から４のいずれかに記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイスと、
前記陽極および前記陰極に接続された直流電源と、
前記第２室および前記第４室に含まれるそれぞれ含まれる陰イオンおよび陽イオンの定量分析を行う分析器と
を備えた溶存金属イオン分析デバイス。
［項目８］
前記分析器は、ＩＣＰ法、または、ストリッピングボルタンメトリ法で定量分析を行う、項目５から７のいずれかに記載の溶存金属イオン分析デバイス。
［項目９］
項目１から４のいずれかに記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイスの電解槽に溶存金属イオンを含む試料溶液を導入し、
前記陽極に前記陰極よりも高い直流電圧を印加することにより、前記第１室から前記第５室間で前記溶存金属の陽イオンおよび陰イオンを移動させ、
前記第４室の前記試料溶液に含まれる陽イオンの定量分析を行う、
溶存金属イオン分析方法。
［項目１０］
項目１から４のいずれかに記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイスの電解槽に溶存金属イオンを含む試料溶液を導入し、
前記陽極に前記陰極よりも高い直流電圧を印加することにより、前記第１室から前記第５室間で前記溶存金属の陽イオンおよび陰イオンを移動させ、
前記第２室の前記試料溶液に含まれる陰イオンの定量分析を行う、
溶存金属イオン分析方法。
［項目１１］
項目１から４のいずれかに記載の溶存金属イオン分析用前処理デバイスの電解槽に溶存金属イオンを含む試料溶液を導入し、
前記陽極に前記陰極よりも高い直流電圧を印加することにより、前記第１室から前記第５室間で前記溶存金属の陽イオンおよび陰イオンを移動させ、
前記第２室および第４室の前記試料溶液にそれぞれ含まれる陰イオンおよび陽イオンの定量分析を行う、
溶存金属イオン分析方法。
［項目１２］
前記定量分析をＩＣＰ法、または、ストリッピングボルタンメトリ法で行う、項目９から１１のいずれかに記載の溶存金属イオン分析方法。
［項目１３］
前記溶存金属イオンを含む試料溶液は、Ｃｒ（ＩＩＩ）の陽イオンおよびＣｒ（ＶＩ）の陰イオンを含む項目９から１１のいずれかに記載の溶存金属イオン分析方法。
［項目１４］
前記溶存金属イオンを含む試料溶液は、Ｍｎ（ＩＩ）の陽イオンおよびＭｎ（ＶＩ）の陰イオンを含む項目９から１１のいずれかに記載の溶存金属イオン分析方法。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本開示の溶存金属イオン分析用前処理デバイスの第１の実施形態を示す模式図である。溶存金属イオン分析用前処理デバイス１０１は、電解槽２０と、第１陽イオン交換膜８、第２陽イオン交換膜７、第１陰イオン交換膜６、第２陰イオン交換膜５、陽極２および陰極１とを備える。
【００１５】
電解槽２０は、試料溶液２１を保持する空間２０ｓを有する。電解槽２０は、試料溶液２１によって腐食したり、試料溶液に溶出したり、変質したりすることのない材料によって構成されている。例えば、ガラス、樹脂等によって構成されている。
【００１６】
空間２０ｓは、第１陽イオン交換膜８、第２陽イオン交換膜７、第１陰イオン交換膜６および第２陰イオン交換膜５によって５つの副空間に仕切られている。具体的には、例えば、空間２０ｓは、直方体の形状を有し、長手方向の一端から他端に向かって、第１陽イオン交換膜８、第２陽イオン交換膜７、第１陰イオン交換膜６および第２陰イオン交換膜５が順に配列されることによって、第１室３１、第２室３２、第３室３３、第４室３４および第５室３５に仕切られている。より具体的には、第１室３１は、第１陽イオン交換膜８によって仕切られており、第２室３２は、第１陽イオン交換膜８および第２陽イオン交換膜７によって切られている。第３室３３は、第２陽イオン交換膜７および第１陰イオン交換膜６によって仕切られている。第４室３４は、第１陰イオン交換膜６および第２陰イオン交換膜５によって仕切られている。第５室３５は、第２陰イオン交換膜５によって仕切られている。
【００１７】
第１陽イオン交換膜８および第２陽イオン交換膜７は、陽イオンを選択に透過させ、陰イオンを透過させない。また、中性の液体も透過させない。第１陰イオン交換膜６および第２陰イオン交換膜５は、陰イオンを選択に透過させ、陽イオンを透過させない。また、中性の液体も透過させない。
【００１８】
第１陽イオン交換膜８、第２陽イオン交換膜７、第１陰イオン交換膜６および第２陰イオン交換膜５には、市販された公知のイオン交換膜を用いることができる。
【００１９】
陽極２および陰極１はそれぞれ第１室および第５室内に配置される。陽極２および陰極１は、陽極２および陰極１に直流電圧を印加した状態で、電解槽２０内に保持された試料溶液２１に溶出したり、試料溶液２１によって腐食したりしない材料によって形成されていることが好ましい。例えば、白金、グラッシーカーボン等の材料によって形成することができる。
【００２０】
陽極２および陰極１は直流電源１５に接続される、直流電源１５は、陽極２に陰極１よりも高い直流電圧を印加し、試料溶液２１中のイオンを移動させる。陽極２および陰極１に印加する電圧は、陽極２、第１陽イオン交換膜８、第２陽イオン交換膜７、第１陰イオン交換膜６、第２陰イオン交換膜５、陰極１のそれぞれの間隔や、試料溶液の電気伝導度などに依存する。例えば、陽極２、第１陽イオン交換膜８、第２陽イオン交換膜７、第１陰イオン交換膜６、第２陰イオン交換膜５、陰極１のそれぞれの間隔を３ｃｍとした場合、伝導率２００μＳ／ｃｍ程度の水中においては、約３０分程度でほぼ完全な分離が可能である。
【００２１】
試料溶液２１に含まれる溶存金属のうち、本開示の溶存金属イオン分析用前処理デバイス１０１によって、前処理が可能な金属の例は、ＣｒおよびＭｎである。Ｃｒの主なイオン種は、Ｃｒ3+、Ｃｒ6+である。水溶液中では、Ｃｒ3+は、中性分子である水が配位したアクア錯体の陽イオンとして存在する。また、Ｃｒ6+は、ＣｒＯ42-あるいはＣｒ2Ｏ72-で示される陰イオンとして存在する。
【００２２】
Ｍｎの主なイオン種は、Ｍｎ2+、Ｍｎ6+である。水溶液中では、Ｍｎ2+は、中性分子である水が配位したアクア錯体の陽イオンとして存在する。また、Ｍｎ6+は、ＭｎＯ42-で示される陰イオンとして存在する。以下、Ｃｒ3+およびＣｒ6+を含むイオンをＣｒ（ＩＩＩ）、Ｃｒ（ＶＩ）で示す。また、Ｍｎ2+およびＭｎ6+を含むイオンをＭｎ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＶＩ）で示す。
【００２３】
次に、溶存金属イオン分析用前処理デバイス１０１を用いた溶存金属イオン分析方法を説明する。以下では、試料溶液２１がＣｒ（ＩＩＩ）陽イオンとＣｒ（ＶＩ）陰イオンを含む場合を例に挙げる。
【００２４】
（１）試料溶液の導入
まず、溶存金属イオンを含む試料溶液２１を、電解槽２０の第１室３１、第２室３２、第３室３３、第４室３４および第５室３５にそれぞれ一定量注入する。
【００２５】
（２）電界の印加
直流電源１５を用いて陽極２および陰極１に直流電圧を印加する。これにより、試料溶液２１には、直流電界が印加され、試料溶液２１中の陽イオンは、陰極１側へ移動し、陰イオンは陽極２側へ移動する。陽イオンおよび陰イオンは、イオン交換膜の特性に応じて第１陽イオン交換膜８、第２陽イオン交換膜７、第１陰イオン交換膜６および第２陰イオン交換膜５を選択的に透過し、隣接する室へ移動する。
【００２６】
具体的には、第２室３２では、Ｃｒ（ＶＩ）陰イオンは電界によって第１室３１側へ引き寄せられる。しかし、第１室３１との仕切りが陰イオンの透過ができない第１陽イオン交換膜８であるため、Ｃｒ（ＶＩ）陰イオンは第１室３１へは移動できず、第２室３２にとどまる。つまり、試料溶液２１のＣｒ（ＶＩ）陰イオンの濃度は変化しない。
【００２７】
一方、Ｃｒ（ＩＩＩ）陽イオンは電界によって第３室３３側へ引き寄せられる。第３室３３との仕切りが陽イオンの透過が可能な第２陽イオン交換膜７であるため、Ｃｒ（ＩＩＩ）陽イオンは、第３室３３へ移動する。その結果、第２室３２の試料溶液２１に含まれるＣｒ（ＩＩＩ）陽イオンおよびＣｒ（ＶＩ）陰イオンのうち、Ｃｒ（ＩＩＩ）陽イオンが選択的に分離、除去されたＣｒ（ＶＩ）陰イオンを含む試料溶液が調製される。
【００２８】
第４室３４では、Ｃｒ（ＶＩ）陰イオンは電界によって第３室３３側へ引き寄せられる。第３室３３との仕切りが陰イオンの透過が可能な第１陰イオン交換膜６であるため、Ｃｒ（ＶＩ）陰イオンは、第３室３３へは移動する。一方、Ｃｒ（ＩＩＩ）陽イオンは電界によって第５室３５側へ引き寄せられる。第５室３５との仕切りが陽イオンの透過ができない第２陰イオン交換膜５であるため、Ｃｒ（ＩＩＩ）陽イオンは、第５室３５へ移動できず第４室３４にとどまる。つまり、試料溶液２１のＣｒ（ＩＩＩ）陽イオンの濃度は変化しない。その結果、第４室３４の試料溶液２１に含まれるＣｒ（ＩＩＩ）陽イオンおよびＣｒ（ＶＩ）陰イオンのうち、Ｃｒ（ＶＩ）陰イオンが選択的に分離、除去されたＣｒ（ＩＩＩ）陽イオンを含む試料溶液が調製される。
【００２９】
これらのイオンの移動に伴い、第１室３１および第２室３２では水の電気分解が生じ、第１室３１から第２室へ水素イオンが移動し、第５室３５から第４室３４へ、水酸化物イオンが移動する。これにより、第１室３１から第５室３５の試料溶液の電気的中性が保たれる。
【００３０】
なお、第１室３１および第５室３５の試料溶液中には、Ｃｒ（ＩＩＩ）陽イオンおよびＣｒ（ＶＩ）陰イオンが含まれるため、これらのイオンが、第１陽イオン交換膜８および第２陰イオン交換膜５を透過して、第２室３２および第４室３４へ移動し、定量分析に影響を与え得る。このようなイオンの移動が問題となる場合には、第１室３１および第５室３５の容積を、第２室３２および第４室３４の容積に比べてできるだけ小さくすることが好ましい。これにより、第２室３２および第４室３４へ移動するＣｒ（ＩＩＩ）陽イオンおよびＣｒ（ＶＩ）陰イオンの影響を相対的に小さくすることが可能である。
【００３１】
（３）イオンの定量分析
一定時間、直流電圧を印加した後、第２室３２から得られた試料溶液の陰イオンの定量分析および第４室３４から得られた試料溶液の陽イオン定量分析の少なくとも一方を行う。定量分析には、ＩＣＰ法、ストリッピングボルタンメトリ法等を用いることができる。第２室３２の試料溶液から、試料溶液中のＣｒ（ＶＩ）の定量を行うことができ、第４室３４の試料溶液から試料溶液中のＣｒ（ＩＩＩ）の定量を行うことができる。
【００３２】
このように本実施形態の溶存金属イオン分析用前処理デバイスおよび溶存金属イオン分析方法によれば、試料溶液に直流電圧を印加し、処理された試料溶液を調製する。試料溶液は純水等に比べて十分に低抵抗であるため、実用的な時間でイオンを分離するために十分な大きさの直流電流を試料溶液に流すことができる。このため、短時間で分析のための前処理、つまり、イオンの極性による、酸化数の異なる金属イオンの分離および除去を行うことが可能となる。また、酸化数の異なる金属イオンの分離および除去に特別な薬剤等を用いないため、測定のたびに、薬剤等を調製する必要がない。よって、本実施形態の溶存金属イオン分析用前処理デバイスおよび溶存金属イオン分析方法はメンテナンス性に優れ、自動測定に好適に用いられる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図２は、本開示の溶存金属イオン分析用前処理デバイスの第２の実施形態を示す模式図である。溶存金属イオン分析用前処理デバイス１０２は、第３陰イオン交換膜９および第３陽イオン交換膜１０をさらに備える点で、第１の実施形態の溶存金属イオン分析用前処理デバイス１０１と異なる。
【００３４】
第３陰イオン交換膜９は、第１陽イオン交換膜８の第１室３１側に第１陽イオン交換膜８に隣接して配置されている。第３陰イオン交換膜９および第１陽イオン交換膜８はバイポーラ膜１１を構成している。
【００３５】
同様に、第３陽イオン交換膜１０は、第２陰イオン交換膜５の第５室３５側に第２陰イオン交換膜５に隣接して配置されている。第３陽イオン交換膜１０および第２陰イオン交換膜５はバイポーラ膜１２を構成している。
【００３６】
バイポーラ膜１１および１２は、一定以上の電界中において陽極側に陰イオン交換膜、陰極側に陽イオン交換膜がくるよう配置された場合、イオンを殆ど通過させずに陽イオン交換膜からは水素イオン、陰イオン交換膜からは水酸化物イオンを放出する。このため、第１室３１および第５室３５の電気的中性の条件を保ちつつ、Ｃｒ（ＶＩ）陰イオンが、第１室３１から第２室３２へ移動すること、および、Ｃｒ（ＩＩＩ）イオンが第５室３５から第４室３４へ移動することを抑制することができる。
【００３７】
したがって、第１の実施形態と同様の方法に従い、第２室３２において、Ｃｒ（ＩＩＩ）陽イオンが選択的に分離、除去されたＣｒ（ＶＩ）陰イオンを含む試料溶液が調製され、第４室３４において、Ｃｒ（ＶＩ）陰イオンが選択的に分離、除去されたＣｒ（ＩＩＩ）陽イオンを含む試料溶液が調製される。これら調整された試料溶液において、第１室３１または第５室３５からのＣｒ（ＩＩＩ）陽イオンまたはＣｒ（ＶＩ）陰イオンの流入が抑制される。したがって、本実施形態によれば、より精度の高い定量分析が可能となる。
【００３８】
（第３の実施形態）
図３は、本開示の溶存金属イオン分析デバイスの実施形態を示す模式図である。溶存金属イオン分析デバイス１０３は、溶存金属イオン分析用前処理デバイス１１１と、直流電源１５と、分析器１１２とを備える。
【００３９】
溶存金属イオン分析用前処理デバイス１１１は、第１の実施形態の溶存金属イオン分析用前処理デバイス１０１または第２の実施形態の溶存金属イオン分析用前処理デバイス１０２である。直流電源１５は、第１の実施形態で説明した通り、溶存金属イオン分析用前処理デバイス１１１の陽極および陰極に直流電圧を印加する。
【００４０】
分析器１１２は、第１の実施形態で説明したように、ＩＣＰ法またはストリッピングボルタンメトリ法により試料中の金属元素の定量を行う。
【００４１】
溶存金属イオン分析用前処理デバイス１１１は、第１の実施形態で説明したように、電解槽２０に保持された試料溶液に直流電界を印加することによって、第２室３２にＣｒ（ＶＩ）陰イオンを含む試料溶液を調製し、第４室３４にＣｒ（ＩＩＩ）陽イオンを含む試料溶液を調製する。
【００４２】
分析器１１２は、第２室３２および第４室３４の少なくとも一方の試料溶液中の金属の定量を行う。
【００４３】
図３に示すように、溶存金属イオン分析デバイス１０３は、更に、金属イオン濃度をモニタすべき環境から定期的に試料溶液を分取し、溶存金属イオン分析用前処理デバイス１１１の電解槽２０へ移送する採取部１１３と、溶存金属イオン分析用前処理デバイス１１１の第２室３２および第４室３４の少なくとも一方の試料溶液を分析器１１２へ導入する移送部１１４と、各構成要素を制御する制御部１１５を備え、定期的かつ自動的に試料溶液中の金属の定量分析を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本開示の溶存金属イオン分析用前処理デバイス、溶存金属イオン分析デバイスおよび溶存金属イオン分析方法は、種々の分野における水溶液中の金属イオンの定量分析に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１    陰極
２    陽極
５    第２陰イオン交換膜
６    第１陰イオン交換膜
７    第２陽イオン交換膜
８    第１陽イオン交換膜
９    第３陰イオン交換膜
１０  第３陽イオン交換膜
１１、１２  バイポーラ膜
１５  直流電源
２０  電解槽
２０ｓ空間
２１  試料溶液
３１  第１室
３２  第２室
３３  第３室
３４  第４室
３５  第５室
１０１  溶存金属イオン分析用前処理デバイス
１０２  溶存金属イオン分析用前処理デバイス
１０３  溶存金属イオン分析デバイス
１１１  溶存金属イオン分析用前処理デバイス
１１２  分析器
１１３  試料溶液採取部
１１４  移送部
１１５  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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