化学分析のしかた

溶液のつくりかた（1)―一般的な注意点―

中

1

釜達朗

間がどれくらいになるか」など，濃度の精度にそれほどは じ め に影響を受けないような測定をする場合には，必ずしもメ化学分析を行う際に，目的とする濃度の溶液をつくる

スフラスコを使わなくてもよい場合があり，メスシリンこと，あるいは混合比の溶液をつくることは欠くことのダーとビーカーで事が足りる場合も少なくない。逆に，できない操作の一つである。この操作は溶液を「調製すより有効数字桁数の多い定量結果を出さなければならなる」と表現する［「調整する」と書く人がいるが，誤りい場合には，測定法の精度に加えて，メスフラスコや天である。「調整」は調子や過不足をととのえること。「調秤の精度，溶媒によっては実験室の温度などにも注意し製」はととのえつくること。こしらえること（広辞苑第なければならなくなる。

二 版 よ り ）。 英 語 で は 前 者 が ``adjustment'' ， 後 者 が``preparation'' であり，意味が異なる］。

目的とする濃度の溶液を調製する場合には，例えば固効率よく実験を進めるためには，液体を量りとる器具や天秤の精度などをあらかじめ頭に入れておき，目的に応じた器具・機器を用いることが必要となる。

てんびん

体や液体の薬品を電子天秤などで量りとり，ビーカーで溶媒に溶かした後で全量フラスコ（メスフラスコ）に移3

事前に使用する溶媒，試薬の性質を知る

し入れ，標線まで溶媒を入れる（メスアップする）とい

まず，筆者が実際に見かけた事例を二つ紹介する。

う操作を行う。このとき使用する溶媒も，水や酸・塩基

事例 1：「 0.1 M の水酸化ナトリウム水溶液をつくる」

水溶液，ときには有機溶媒やこれらの混合溶液を用いる

ために電子天秤で一生懸命水酸化ナトリウムを秤量しよことがある。本稿では，溶液を調製する際の一般的かつうとした。しかし，表示値がどんどん増えてしまい，ど基本的な注意点を解説する。の数字を秤量値としていいのかわからなくなってしまっ2

目的に応じた「つくりかた」をする

例えば「濃度 0.01 M の色素 A の溶液を 100 mL 調製た。
事例 2：「水とメタノールの容量比 1：1 の溶液を溶媒として， 100 mL メスフラスコを用いて濃度既知の溶液する」場合を考えてみる。このように先生（あるいは上をつくる」ために，最初に 50 mL ホールピペットを使っ司）に言われたとき，大抵の人は 100 mL のメスフラスて水をメスフラスコに入れ，後からメタノールを加えてコを探す。場合によっては探すのに時間がかかったり，メスアップした。振り混ぜたら液面が標線より下がった「 100 mL のメスフラスコがないのでつくれません」なので，メタノールを追加した。

どと言ったりする人もいる。

事例 1 は試薬（水酸化ナトリウム）の潮解性を考え

しかし，ここで考えなければならないのが「この溶液ずに量りとろうとした例である。このとき，天秤の表示はどんな目的に使うか」である。確かに吸光光度法や値は「水酸化ナトリウム」と徐々に増えていく「水」のHPLC などで定量する際の標準溶液として使用する場

質量和である。固体試料を量るときには，この例のよう合には，測定結果の有効数字桁数以上の有効数字桁数をに潮解性や昇華性，場合によっては実験室内での分解性有する溶液を調製することが必要になる。例えば「濃度などを考えて量りとる必要がある。この溶液の使用目的

1.00 × 10－2 M 付近で同様の有効数字桁数を有する色素が中和滴定用標準液であれば，測定結果の有効数字桁数

A の水溶液を 100 mL 調製する」場合，少なくとも有効以上の有効数字桁数を必要とするので，別途，正確に濃数字 3 桁以上の精度を有する電子天秤やメスフラスコ度を決定するために滴定などを行う。などを用いなければならない。しかし，「吸光度測定で事例 1 のようなことをしない人でも，水和物を秤取最大吸収波長がどれくらいになるか」「HPLC で保持時して溶液を調製した際，結晶水を考慮せずに濃度計算を

Process of Chemical Analysis―Method for the Preparation of
Solution (1) : General Points to Notice.

した人はいるのではないだろうか。溶液を調製するため

250

ひょう しゅに水和物を 秤 取するとき，実際には濃度計算に必要なぶんせき  

「主たる化合物」と「結晶水」の質量和を量っている。

溶媒の性質を把握し，使用目的と照らし合わせて溶液をしたがって，濃度は調製することが必要である。以後の章では，溶媒としてよく用いられる水やいくつかの水溶性有機溶媒につい「主たる化合物」の秤取量＝ 実際の秤取量 × ｢主たる化合物」の式量（分子量)/｢水和物」の式量で 計 算し な け れ ば なら な い 。 例 え ば ， 日 本 工 業 規 格て，温度や混合による体積変化について実験結果も交えて説明していく。

溶媒の性質（1)―温度による体積変化

4（JIS）に試薬として規定されている炭酸ナトリウム十水

メスフラスコを使って溶液をつくったとき，「メタノー和物（ Na2CO3 ・ 10H2O ， K8624 ）を秤取して炭酸ナト

ルでメスアップしたあとで，しばらくたつといつのまにリウム水溶液を調製する場合，以下の式で求める炭酸ナ

か液面が標線から上昇していた」という経験をした人もトリウムの秤取量を用いて濃度計算する必要がある。

いると思う。これは，多くの場合，メタノールの温度が上昇したことが原因である。「アルコール温度計」に見炭酸ナトリウムの秤取量られるように，メタノールやエタノールは温度上昇によ＝ 炭酸ナトリウム十水和物の秤取量

る体積変化の大きい溶媒の一つである（といっても，メ× 105.99/286.14

タノールやエタノールでは沸点が低すぎるので，現在のまた，標準溶液などを調製する場合，秤取する試料は標準品でも不純物を含んでいる場合が多く，正確には「アルコール温度計」には，着色した灯油や軽油などが使われている。）。

「主たる化合物」と「不純物」の質量和を量っている。

JIS の化学分析方法通則（K0050）にも書かれている

濃度計算の際には以下の式で求める「主たる化合物」のとおり，試験場所の温度は常温（20±5 °C）または室温

秤取量を用いる。

（ 20 ± 15 °C ）のいずれかとしている。したがって，「 5°C の温度差」は実験室内ではよくあることである。こ「主たる化合物」の秤取量

こで，溶媒が 20 °C から 25 °C に上昇したとき，どれく＝ 実際の秤取量 × 純度(％)/100らい体積が変化するかを考えてみる。例えばメタノール

いずれの場合にも，天秤の上にある試料が「 100 ％の 場 合 ， 20 °C お よ び 25 °C における密度はそれぞれ純品」でないことを認識する必要がある。しかし，純度0.79129 および 0.78664 g / mL1) であり，それぞれの温が 100 ％ に近い場合は，その溶液の使用目的によって度における単位質量あたりの体積は，密度の逆数よりどれくらいの精度で濃度を決めなければならないか，で1.26376 および 1.27123 mL / g となる。このときの単位考慮すべきかどうかが決まる。

質 量 （ グ ラ ム ） あ た り の 体 積 増 加 量 は 1.27123 －事例 2 の場合，「水 50 mL とメタノール 50 mL を混合すると合計量は 100 mL にならない」ことなどを考えずに溶液を調製した例である。この方法だと水とメタノールの容量比は 1 ： 1 にならない。溶媒の体積和は1.26376 ＝ 0.00747 mL なので， 20 °C から 25 °
C になったときの体積増加率は0.00747(mL)/1.26376(mL) × 100 ＝ 0.59(％)

「 1 ＋ 1 ＝ 2 」にならないことが多く，さらに混合によると計算される。すなわち， 100 mL のメタノールはこの発熱・吸熱で体積も変わる。まず，水とメタノールの容5°
C の温度変化で 0.59 mL 増えることになる。

量比 1：1 の溶液を調製しておき，試料をビーカー内な表 1 に水，メタノール，エタノール，アセトニトリ

どで溶解させた後，メスフラスコ内に移し入れ，メスルおよびアセトンの計算結果をまとめた。水は比較的増アップすべきである。

加量が小さく，アセトニトリルやアセトンは増加量が多以上のように，溶液をつくる際には，使用する試薬，表1くなる。アセトンは揮発性が比較的高い点も考慮する必

温度変化による各溶媒の体積増加率
温度
（°C)

溶

媒

水

メタノール

エタノール

アセトニトリル

アセトン

200.998210.79129

0.78937

0.78220.7899825

0.99704

0.786640.78504

0.7766

0.7844020

1.00179

1.26376

1.26683

1.27841.26585

1.00297

1.27123

1.27382

1.28771.27486

単位質量あたりの体積増加量（mL/g)

2520→250.00118

0.00747

0.006990.00920.00900

体積増加率（％)

20→25

0.12

0.59

0.55

0.70.71

密度1)（g/mL)
単位質量あたりの体積（mL/g)

ぶんせき  251

要がある。

100 ＝ 44.2 ％ と計算される。このとき，メタノール水

では，実際にメスフラスコの液面はどれくらい上昇す

溶液の密度は 20 °C において 0.9272 g / mL2) なので，混るのかを推算する。 100 mL メスフラスコの「首」の部

合後の溶液の体積は 17.89 ( g )/ 0.9272 ( g / mL )＝ 19.29分の内径を 13.0 mm とすれば断面積は 1.33 cm2 になる

mL と計算される。したがって，混合により 0.71 mL 体ので， 20 °C から 25 °C の温度変化によりメタノールは積が減ることになる。 20 mL メスフラスコの「首」の0.59(cm3 )/1.33(cm2 )＝0.44 cm（4.4 mm ）も液面が上

内径が 11 mm であれば断面積は 0.95 cm2 となるので，昇することになる。

0.71 ( cm3 )/ 0.95 ( cm2 )＝ 0.75 cm ( 7.5 mm ）液面が標線

冷所（1～15 °C）保存していた溶媒は，温度が平衡に達してから取り扱うことはいうまでもない。温度によるから下がることになる。
実際に， 10 mL ホールピペットを用いて表 1 に記載

体積変化が比較的大きい溶媒を使用する場合には，メスされている溶媒を 20 mL メスフラスコ内に導入した後フラスコはなるべく「首」の部分を持ち，中の溶液を（図 1），別の溶媒を標線まで静かに注ぎ込んで栓をして「人肌」に暖めないような配慮も必要となる。

30 秒間振り混ぜ， 1 時間放置した。そのときの液面の5溶媒の性質（2)―混合による体積変化―様子を図 2 に示す。ほとんどの組み合わせで混合後，体積が変化していることがわかる。図 2 において一番20 mL メスフラスコに水（ 20 °C ）を 10.0 mL 入れ，左が水 メタノール混合溶液の様子だが，液面の下がり続けてメタノール（ 20 °C ）を静かに加えてメスアップ方が若干小さいものの，計算で求めた値とほぼ同じ程度した後，完全に混合したら液面は標線からどれくらい下に液面が下がっていることがわかる。これらの組み合わがるだろうか。仮に，メタノールを正確に 10.0 mL 加せの中では，水 アセトン混合溶液が最も体積が小さくえたとして計算してみる。

なった。中にはメタノール アセトニトリルの組み合わ

表 1 より 20 °C における水およびメタノールの密度はせのように体積が大きくなる溶媒の組み合わせもあった。

それぞれ 0.99821， 0.79129 g /mL1)であり， 10.0 mL で混合溶液を溶媒にして溶液を調製する場合，調製事前はそれぞれ 9.98 g，7.91 g となる。混合後の溶液の質量に混合しておくことはもちろんだが，再現性良く混合では 17.89 g，メタノールの質量％は 7.91(g)/17.89(g)×きない場合も考えられる。したがって，吸光・蛍光スペクトル測定など溶媒環境に影響を受けやすいような測定において溶媒の混合比を設定するときには，微妙な混合具合いの差で測定結果に差が生じないような配慮も必要である。

6

溶媒の性質（3)―混合による温度変化―溶媒の混合において，体積変化とともにもう一つ厄介なことがある。それは，「温度変化」である。水とメタノールとの組み合わせの場合，前項では温度変化がない
図1

混合時の体積変化測定方法（22.5 °C）

図2252と仮定して計算したが，実際には混合時に温度が上昇す混合後の液面（22.5 °C）
ぶんせき  

る。したがって，図 1 のような実験を行うと，振り混ぜた直後に液面が下がり，上昇した温度が元に戻ることによってさらに液面が下がる。

スアップ」だけをするような配慮が必要である。
話題が少しそれるが， HPLC でグラジエント溶出する場合にも，溶離液混合時の体積変化，温度変化をでき

図 1 と同様に二つの溶媒を混合した後，直ちに液温るだけ避ける工夫が必要である。例えば，メタノール・を測定した結果を表 2 に示す。水 メタノール混合溶液

水混合移動相においてメタノールの混合比を 20 ％ から

では液温が 7.5 °C 上昇したが，メタノール アセトニト

80 ％ に変化させる場合，メタノール 100 ％（ A ），水リル混合溶液では 3.0 °C 低下していた。

100 ％（B）の移動相の混合比（A：B）を 20：80 から水酸化ナトリウムを水に溶かしたとき，あるいは水中80 ： 20 に変化させるのではなく，メタノール 20 ％ 水に塩酸を静かに加えたときに溶液が熱くなることを経験溶液（A），80 ％ 水溶液（B）の混合比（A：B）を 100：した方もいると思う。このように，溶液を混合する，希0 から 0 ： 100 に変化させるほうが再現性のある結果が釈する，あるいは固体を溶解するときに温度変化は「つ得られる。また，溶離液と試料溶液で使用する溶媒の組きもの」である。表 3 に，水に溶解するときに吸熱・成があまりにも違うと，試料ゾーンの両端において混合発熱する物質の一例を示した3)。d 酒石酸ナトリウムのによる温度変化，体積変化が起こり，試料ゾーンがよりように水和物と非水和物との違いにより，あるいはショ広がることがある。また，試料に対する溶解度が減少し糖のように同じ物質でも結晶形が異なることにより，吸て，試料が析出する可能性もあるので，溶離液と試料溶熱・発熱が異なるものもある。

媒は，なるべく同一溶媒にするのが無難である。

メスフラスコの容積は一定温度（ 20 °C ）で保証されているので，メスフラスコを用いた溶液調製では，温度試薬の溶解性を示す表記

7や体積変化を伴わないように溶液調製を行うのが基本的

化合物の溶解性も，溶液を調製する際には重要な情報な考え方である。したがって，メスフラスコ内での混合である。日本薬局方（ JP ）では「医薬品を固形の場合や溶解操作は行わず，希釈も最小限にとどめて温度変化には粉末とした後，溶媒中に入れ， 20 ± 5 °C で 5 分ごや体積変化をなるべく最小限にする。最近汎用されていとに 30 秒間振り混ぜるとき， 30 分以内に溶ける度合る超音波照射器の使用も溶液の温度を容易に上昇させる

い」により，「極めてとけやすい」から「ほとんど溶けので，メスフラスコに直接超音波照射することも好ましない」まで 7 段階に分類している（表 4）。

くない。面倒でもメスフラスコに入れる前にビーカーなJIS では試薬試験方法通則（K8001）に同様の記載がどで混合・溶解操作を済ませ，メスフラスコ内では「メある。例えば，「極めて溶けやすい」に関しては「常温（ 20 ± 5 °C ）において，溶質が固体のものは 1 g ，液体

表2のものは 1 ml を溶かすのに必要な溶媒の量が 1 ml 未満混合直後の液温測定結果

溶媒 A（10 mL, 22.5 °C)＋溶媒 B（10 mL, 22.5 °C)

液温(°C)である」と定義されている。用語や溶かすのに要する溶媒量は同様であるが， JP のように振とう間隔や振とう時間など細かい操作に関する記載はない。

水＋メタノール

30.0

水＋アセトン

28.5

アセトニトリル＋アセトン

24.5

メタノール＋アセトン

20.5

水＋アセトニトリル

20.0

調製した試料溶液の表記方法については JIS と JP で

メタノール＋アセトニトリル

19.5

はいくつかの違いが見られるので，そのいくつかを説明溶液の表記8する。
表3

水に溶解するときに吸熱・発熱する物質例3)

吸熱する物質HCN
H 2O 2AgNO3JIS あるいは JIS に準拠した技術書を見ていると「塩酸（1＋10）の溶液を…」などという記載に出くわすこ

発熱する物質

HCl
エタノール

NaCl

CaCl2･2H2OCuSO4･H2O

KCl

CuSO4･3H2O

表4用語

CuSO4･5H2O

FeSO4極めて溶けやすいFeSO4･7H2O
Mg(ClO)2･6H2O

FeSO4･4H2O
Mg(ClO4)2

溶けやすいd 酒石酸ナトリウム･H2O
ショ糖（結晶)Mg(ClO4)2･2H2Od 酒石酸ナトリウム

やや溶けにくい尿素

ショ糖（ガラス状)

極めて溶けにくい

マロン酸

ピクリン酸アンモニウム

ほとんど溶けない

ぶんせき  

やや溶けやすい
溶けにくい

溶解性の表記方法（JP 15)
溶質 1 g 又は 1 mL を溶かすに要する溶媒量

1 mL 未満
1 mL 以上
10 mL 以上

10 mL 未満
30 mL 未満

30 mL 以上

100 mL 未満

100 mL 以上
1000 mL 以上

1000 mL 未満
10000 mL 未満
10000 mL 以上
253

表5

水との混合比で表記できる試薬（JIS K0050)
参名称

化学式含量wt ％モル濃度(約)mol/L

JP では「水・メタノール混液（3：7）」と表記する。

考9密度（ r)(約)g/mL

お わ り に以上，溶液を調製する際に注意しなければならないいくつかの点について解説した。溶液を調製する場合には

塩酸

HCl35.0～37.0 11.71.18(15 °C)

硝酸

HNO260.0～62.0 13.41.38(15 °C)

過塩素酸

HClO460.0～62.0

9.41.54(15 °C)

フッ化水素酸HF

46.0～48.0 27.01.14(20 °C)

臭化水素酸

HBr

47.0～49.0

8.81.48(15 °C)

ることが必要である。いずれも「目の前で起こっているヨウ化水素酸

HI55.0～58.0

7.51.70(15 °C)

ことは何か」を想定して実験することに他ならず，化学

硫酸

H2SO495.0 以上 17.8 以上 1.84(15 °C)

リン酸

H3PO485.0 以上 14.7 以上 1.69(15 °C)

後半では JIS と JP の表記方法の違いについても触れ

酢酸

CH3COOH

99.5 以上 17.4 以上 1.05(20 °C)た。規格を文章化する場合や論文投稿を行うときには，

アンモニア水

NH4OH

28.0～30.0 15.4(NH3)0.90(15 °C)

提出先によって表記方法の指定がないかを確認する必要

過酸化水素

H 2 O230.0～35.51.11(20 °C)―「質量を量る」「体積（容量）を量る」という二つの操作を伴う。前者は「何を量っているのか」（濃度に反映される物質＋不純物，結晶水など），後者は「目的とする容量を量っているのか」（体積変化はないのか）を考えほか実験を行う上で基本的かつ重要な姿勢である。

がある。参考になれば幸いである。
（本稿は， 2003 年 6 月 27 ～ 29 日に行われた第 26 回
分析化学若手交流会での講演（「ぶんせき」キソの基礎と が あ る 。「 塩 酸 （ 1 ＋ 10 ）」 は ，「 塩 酸 1 mL と 水 10

「目からうろこ」講座―特に「量る」のキソの基礎―）

mL とを混合した溶液」を示す。この表現は塩酸，硝の内容を一部改訂，追記したものである。）

酸 ， 硫 酸 な ど 11 種 類 の 試 薬 に 適 用 さ れ て お り （ JISK0050 ，表 5 ），これらの試薬を薄めないで用いる場合には，その試薬名だけで示してもよい。しかし，表と異なる純度または濃度の表記試薬を用いる場合には，その純度，濃度または密度を試薬名の後に記載することになっている。ちなみに， 10 ％ 以下の塩酸，硝酸，硫酸

文er, p.67, 145, 146, 242 and 399 (1970), (J. & Wiley Sons,Inc., New York).
2 )“化学便覧 基礎編 II （改訂 5 版）”，日本化学会編， p. 13(2004)，（丸善）．

およびアンモニア水， 6 ％ 以下の過酸化水素水は「劇物」扱いにはならない。混合溶液の表記については，例

3) 大瀧仁志：“溶液化学（化学選書）”，（1985），（裳華房）．


えば水とメタノールを体積比 3 ： 7 で混合した溶液は「水/メタノール（3：7）」と表記する。
一方， JP あるいは JP に準拠した技術書では，「本品献1) J. A. Riddick, W. B. Rossiter : ``Organic solvents （3rd Ed.,
Techniques of chemistry, Vol. II)'', Edited by A. Weissberg-

中釜達朗（Tatsuro NAKAGAMA）
日本大学生産工学部応用分子化学科（〒275 8575 千葉県習志野市泉町 1 2 1）。

東京都立大学大学院工学研究科修士課程修（ 1 → 10 ）の溶液を…」という表記をよく見かける。こ了。博士（工学）。≪現在の研究テーマ≫

れは，「本品が固形の場合には 1 g ，液状の場合には 1

マイクロプラズマ・インクジェット技術による分析要素技術の開発。≪主な著書≫

mL を水に溶かして全量を 10 mL とした溶液」を示す。

“ガスクロ自由自在 Q&A ”（分担執筆）丸JIS ， JP とも，単に「溶液」と表記してある場合には善。≪趣味≫装置いじり，装置づくり，授「水溶液」を示す。また，混合溶液の表記については，例えば水とメタノールを体積比 3：7 で混合した溶液を254

業教材づくり。
E mail : nakagama.tatsurou ＠nihon u.ac.
jp

ぶんせき  