化学分析における基礎技術の重要性

化学分析における基礎技術の重要性（5）Importance of The Basic Technique on Chemical Analysis (5)─中和滴定の基礎技術── Neutralization Titration ─
関東化学株式会社 検査部

井上 達也

TATSUYA INOUE
Inspection Dept. Kanto Chemical Co.,Inc.

1．はじめに（2）Winkler法
JIS K 8576水酸化ナトリウムでは、塩化バリウムを加中和滴定は、試薬の試験において頻繁に使われる手え、フェノールフタレインとブロモフェノールブルーを指示法で、各種の前処理や検出系等と組み合わせると実に薬として、酸で滴定するが、以下の2段階の反応に基多様である。本稿では、試薬の試験に用いられる主要なづく。

中和滴定を紹介し、その精度を維持するための留意点① フェーノールフタレインでの終点（1段目）について触れることとする。

NaOH＋HCl→NaCl＋H2O② ブロモフェノールブルーでの終点（2段目）

2．中和滴定の種類

BaCO3＋2HCl→BaCl2＋H2O＋CO2
両者の違いは、Winkler法は塩化バリウムを加えるこ

中和滴定は、酸またはアルカリをアルカリまたは酸で滴とであらかじめ炭酸塩を炭酸バリウムの形で沈殿さ定する試験方法で、一見単純に感じられるが、実は裾野せ、1段階目の反応に関与させない点にある。炭酸が極めて広く、試薬の試験ではとても重要性が高い方法の存在は、指示薬の鋭敏さを低下させるという弊害である。

があるので、終点の鋭敏さの点から後者がわずかに優っている。

2.1 直接滴定
中和滴定の代表例として、日本薬局方ではWarder法

2.2 ホルマリン添加法

により、試薬のJIS規格ではWinkler法により、水酸化ナト

試薬には、酢酸アンモニウム、塩化アンモニウムなど多リウムと炭酸ナトリウムを同時に定量し、水酸化ナトリウムくのアンモニウム塩があり、そのほとんどがホルマリン添の純度を求めるという試験方法がある。

加法により純度が試験されている。

（1）Warder法

JIS K 8116塩化アンモニウムの場合、あらかじめ中和フェノールフタレインとメチルオレンジを指示薬として、水したホルマリン溶液を加え、アンモニウムと中和滴定に関酸化ナトリウムを酸で滴定する方法であるが、以下の与しないヘキサメチレンテトラミンを形成させ、遊離した酸2段階の反応に基づく。

をアルカリで滴定して純度を求める。

① フェーノールフタレインでの終点（1段目）

4NH4X+6HCHO→4HX+6H2O+（CH2）6N4

2NaOH＋H2SO4→Na2SO4＋2H2O及び（X: Cl, CH3COO など）

2Na2CO3＋H2SO4→2NaHCO3＋Na2SO4

この方法の特徴は、操作がいたって簡単な点にあるが、② メチルオレンジでの終点（2段目）
2NaHCO3＋H2SO4→Na2SO4＋2CO2＋2H2O

ホルマリンは、空気中で酸化され遊離酸を形成するため、前もって中和することが重要である。

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2.3 間接滴定法
りん酸の濃度試験の場合、日本薬局方等では直接滴定を行なうが、試薬のJIS規格では塩化ナトリウムを加え間接的な滴定が行われる。間接的という表現は、適切でないかもしれないが、本稿ではこのように区別する。
JIS K 9005りん酸の試験では、塩化ナトリウムを加え、15 ℃に保ちながらアルカリで滴定するが、次の反応式で表されるように、塩化ナトリウムを加えることでまず塩酸が生成し、この塩酸がアルカリで間接的に中和滴定される。
15 ℃に保つ理由は塩酸の揮散を防ぐためである。この種の滴定は、電離度が低くアルカリとの反応速度が遅い酸に対して、終点が明瞭かつ反応速度が速くなるという利点がある。
H3PO4 + 2NaCl → Na2HPO4 + 2HCl
HCl + NaOH → NaCl ＋ H2O
電子工業では、数種類の酸を混合した様々な混酸が製

図1 アンモニア蒸留装置

造プロセスで頻繁に用いられる。これらの濃度試験におカリの量にもよるが、アンモニアガスの回収率は、ある程いても、硝酸、りん酸、酢酸が混合されていれば、アルカ度加熱された時点から受器内に導入されて出てくるアンリとの反応速度が速い硝酸が常に滴定されたナトリウムモニアを効率よく捕集するため、その気泡の大きさの調を受けて、電離度の低い酸にそれを受け渡していると考節の仕方に大きく左右される。試験の精度を上げるならえられる。その結果として、りん酸、酢酸の混合液の滴ば、受器の硫酸に流出ガスが吸収されやすいように、な定においては終点が不明瞭であるが、そこに硝酸が加るべく小さな気泡がゆっくり発生するように工夫すべきでわると各終点が明瞭になる。終点が明瞭でない場合、ある。もともとアンモニアガスは、熱を加えない状態でもこうした方法が利用できることが多い。

簡単に追い出すことができる。アンモニア水及び塩酸について、それぞれエアードポンプで空気を送り、エアレー

2.4 マクロケルダール法
有機試料の窒素分を分解してアンモニウムにし、図1の蒸留装置でアンモニアとして取り出し、酸で滴定するマクションにより追い出されるガスの濃度の時間変化を追跡した結果を図2に示す。アンモニア水は、塩酸と異なり完全に揮散して残留濃度がゼロになることがわかる。

ロケルダール法も重要な試験方法である。
JIS K 8731尿素の純度試験の場合、試料を硫酸で加熱分解して硫酸アンモニウムを生成させ、蒸留装置内で水酸化ナトリウム溶液を加えてアルカリ性とし、加熱してアンモニアガスを蒸留する。硫酸を入れた受器にガスを吸収させ、受器内の過剰な硫酸を水酸化ナトリウム溶液で滴定する方法が採用されている。
ここで重要なポイントは蒸留にある。蒸留といえば蒸気が移動するイメージが強いと思うが、この蒸留の場合、実は最初の1滴が受器に落ちる頃には、アンモニアガスの80〜90％はすでに受器に到達している。もちろん加熱の仕方やアンモニアガスを発生させるために加えるアル16

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図2 エアレーションによる濃度変化

化学分析における基礎技術の重要性（5）2.5 イオン交換滴定法

ることがあるが、ここで注意すべきは、ぎ酸の濃度である。

硫酸ナトリウムなどの中性の塩類の純度試験では、イJIS K 8264ぎ酸には2種類の濃度が規定されているが、非オン交換滴定法が用いられている。JIS K 8987硫酸ナト

水滴定では98.0 ％以上のぎ酸を使用されたい。くれぐれもリウムの純度試験では、試料溶液を強酸性陽イオン交換88.0〜92.0％のぎ酸を用いないよう留意いただきたい。

樹脂（H形）
カラムに通し、溶出する硫酸を水酸化ナトリウ

他の事例として、ハロゲン化水素の妨害を受けやすいム溶液で滴定する方法が採用されている。この試験のポ過塩素酸（酢酸溶媒）滴定の場合、アミンのハロゲン化イントは、強酸性陽イオン交換樹脂（H形）の洗浄におい水素塩の純度試験では、かつてはハロゲン化水素をマスて、酸で十分洗浄し、次に水で酸が残存しないように十キングする目的で水銀化合物を加えていたが、環境問題分洗うことである。カラムの材質については、一般的にガを回避して逆滴定法が徐々に導入されるようになった。

ラス製が使いやすいが、ふっ素化合物の試験に用いる

JIS K 9050 L-ヒスチジン塩酸塩一水和物の場合、試料を場合には、ふっ化水素酸がガラスを腐食するため樹脂製

ぎ酸で溶解後、過塩素酸（酢酸溶媒）を加え、沸騰水浴のカラムを使用する。

上で加熱し、酢酸ナトリウム（酢酸溶媒）で過剰の過塩素酸（酢酸溶媒）を逆滴定している。

2.6 非水滴定法
中和滴定による試薬の試験で、重要な位置を占めて2.7 逆滴定

いる方法の一つに非水滴定（非水溶媒滴定）があり、主試薬の中には水に溶けにく
く、アルカリ塩にすれば溶解にアミノ酸や弱酸塩類の純度試験に用いられる。JIS Kするものもある。このような試薬の純度試験には、一般的

8372酢酸ナトリウムの純度試験では、試料を酢酸に溶解に逆滴定が用いられる。

し、過塩素酸（酢酸溶媒）で電位差滴定を行なう方法がJIS K 8887無水フタル酸の純度試験では、試料に1用いられている。日本薬局方ではクリスタルバイオレット

mol/L水酸化ナトリウム溶液を加えて、フタル酸イオンとして（塩化メチルロザニリン）などの指示薬が用いられる。クリ

溶解し、0.5 mol/L硫酸で過剰の水酸化ナトリウムを滴定

スタルバイオレットを用いる場合、終点の色は必ずしも紫する方法が用いられている。特に困難を伴う試験方法でから緑になるとは限らず、試料によって終点の色が異なる。

はないが、アルカリに溶解する際、時間が掛かると二酸化

日本薬局方のカフェインのように、黄色が終点になること炭素の吸収の影響を受けるため、この影響の補正を含もある。本来、酢酸ナトリウムはpH値7.5〜9.0のほぼ中性め空試験の必要がある。の塩であるが、酢酸溶媒中では酢酸とナトリウムの電離JISのほか、日本薬局方アスピリンの純度試験でも、ア度の差から、まるで強アルカリのように中和滴定が可能とスピリンに過剰のアルカリを加え、中和を通り越して更にエなる。この分野は奥が深いため、興味のある方は是非専

ステル結合もけん化し、次いで過剰のアルカリを硫酸で滴門書に目を通していただきたい。

定するという興味ある方法を採用している。

JIS K 9101 L-アラニンも酢酸ナトリウムと同様の方法で純度が試験されるが、滴定に当っては注意を要する。重要なポイントは使用する過塩素酸（酢酸溶媒）
そのものにC6H4（OCOCH3）COOH＋NaOH→ C6H4（OCOCH3）COONa＋H2O
C6H4（OCOCH3）COONa＋NaOHある。通常過塩素酸（酢酸溶媒）
は、過塩素酸（70%）に→ C6H4（OH）COONa＋CH3COONa

無水酢酸を加え、過塩素酸に含まれる水を酢酸に変えて多数ある中和滴定のなかでも、逆滴定を巧みに組み合から、さらに酢酸を加えて濃度を調整する。この際、非わせて利用している珍しい事例といえる。

水滴定と称するにも関わらず、わずかながら過剰の水分を残す必要がある。即ち、無水酢酸が存在すると滴定

2.8 質量ビュレットを用いた滴定の際滴定対象であるL-アラニンのアミノ基をアセチル化

一般試薬とは一線を画しているが、JIS K 8005容量分し、過塩素酸との反応を阻止するため、実際よりも低い

析用標準物質では、その純度試験として、電位差滴定に純度となってしまうのでこのような工夫が必要となる。

よる中和滴定が採用されている。この試験の特徴は、反また、酢酸に溶けにくい試料の場合、ぎ酸を代りに用い応ではなく使用する器具にあり、図3のような質量ビュレッ

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17トが使われ、滴定量も質量（g）に変わる。質量ビュレット（b）（a）のB液にマンニトール20 gを加え、1 mol/L水酸によれば、温度変動の影響は受けず、さらに有効数字も化ナトリウム溶液で滴定（指示薬：フェノールフタレイン

容量分析では4桁（例えば25.34 mL）であるのに対し、6溶液）。別に空試験を行い、滴定量を補正する。

桁（例えば25.1234g等）まで得られ、精度を必要とする標反応式を次に示す。

準物質の純度試験には不可欠な器具といえる。

H3BO3＋NaOH → NaBO2＋2H2O

JIS K 8005容量分析用標準物質の純度試験では、よ（a）の中和反応により生じたオルトほう酸を（b）で中和り上位の標準物質と値付けする試料を同時に滴定する

滴定し、メタほう酸ナトリウムに変えるものである。
（b）のため、滴定溶液のファクターを考慮する必要がない。

操作で、マンニトールのほかに、グリセリン、あるいは糖類他にも中和熱を測定し終点を決定する熱量滴定等、中和滴定にはユニークな方法がある。のような多価アルコール化合物を用いてもオルトほう酸が強い一塩基酸として働くので中和滴定が可能である。このように2種類の滴定を組み合わせ、確認試験を兼ねた純度試験が実用されている。

3．試薬の純度規格と試験結果試薬を使うお客様から、なぜ純度が100％を超える場合があるのかと質問されることがある。他の公定書では、例えば上限100.5 ％のように記載されていることが多いが、JISの試薬では若干ルールが異なる。通常、ラベルには純度99 ％以上のように表記されているため、上限があることがあまり認識されていない。その上限についての規定
は、JIS K 8001試薬試験方法通則の規格値の項で述べられており、「純度試験項目において、規格値として適合下限だけを規定している場合は、その適合上限は101 ％又は［100＋（100−規格値）］％のいずれか小さいほうとする」と規定している。純度が100 ％を越す原因は様々であるが、主なものを次に例示する。
結晶水に起因する例として、加熱乾燥の工程で加熱
図3 質量ビュレット（質量測定中の写真）し過ぎたり、その物質が風解性のため結晶水を失ってしまったような場合、結晶水の付いた分子量から純度を計算するため、100％を超えてしまうことがある。

2.9 その他の中和滴定

18

不純物に起因する例として、分子量の大きなナトリウムJIS規格収載品でやや変わった中和滴定を適用してい塩をナトリウムから純度試験する場合 、合成原料起因のる事例がある。JIS K 8866四ほう酸ナトリウム十水和物で分子量の小さなナトリウム塩が不純物として含まれていれは2種類の純度試験が適用され、両者の試験結果が規ば、少量であっても計算上化合物の分子量が異なるため、格に適合して合格となる。

100％を超えることがある。

（a）試料2 g（0.1 mgの桁まではかる）を二酸化炭素を含ままた、使用する指示薬が中間色を持たない場合、滴ない水100 mLに溶解し、0.5 mol/L塩酸でpH4.0まで滴定量がわずか過剰になることがある。このように計算値と定（B液）［（b）の試験に用いる］。反応式を次に示す。

して表わされる純度は、100％を超える可能性が常に存

Na2B4O7･10H2O＋2HCl → 2NaCl＋4H3BO3＋5H2O

在する。

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化学分析における基礎技術の重要性（5）表2 酒石酸の純度試験の基本統計量

4．中和滴定の精度

サンプル数

ビュレットを用いる最も基本的な中和滴定の精度を以下

30

合計3002.59

試験の精度を確認した時の試験結果である。試料は試平均値

100.0863

薬の酒石酸で、n=30の併行精度と日間再現精度のデー

標本標準偏差0.0133

不偏分散0.0002

本的な操作である。1回の滴定に要した時間は約6分

標準偏差0.0130（秤量3分＋滴定3分）ほどであり、10回毎に休憩すること

分散0.0002

範囲0.05n=20付近から徐々に精度の低下が認められ、精神的疲最小値

100.06

れの影響と判断できたので、n=10ごとに15分程度休憩

最大値

100.11

中央値100.085

尖度-0.6344

歪度0.1672に述べる。表1に示すデータは、QS9000の要求事項でタを求めた。試験方法は、試料を量りとって水に溶解し、指示薬を加えて水酸化ナトリウム溶液で滴定する最も基で有効なデータを得ることができた。
当初、3時間半連続でn=30の試験を実施したところし、表1のデータを得た。
表2に本試験の基本統計量を示す。

表1 酒石酸の純度試験の併行精度

ｎ純度％

ｎ純度％

標準誤差

0.00241100.08

16100.07

変動係数0.0001

2100.1017100.08

母平均の区間推定

3100.0818100.09

下限値100.0814

4100.0719100.08

上限値

100.0913

5100.1120100.08

6100.1121100.07

7100.0922100.09

8100.1123100.10

9100.07

24100.09

10100.06

25100.0711100.08

26100.08

12100.08

27100.1013100.09

28100.09

14100.1029100.10

15100.0830

100.09信頼度95%

母標準偏差の区間推定信頼度95%

下限値

0.0106

上限値

0.0177

ISO 17025を取得している筆者らの試験所では、滴定用塩酸及び水酸化ナトリウム溶液を標定する際、n=3のばらつきの幅が0.0003〜0.0007であることから、本試験でも同等の精度が得られた。
またこの結果も、試薬の純度が100 ％を超える事例であるが、表2のデータから、100 ％を超える理由は、偏りに起因するものであり、ばらつきに起因するものではないことが十分理解していただけよう。
次に日間再現精度のデータを表3に示す。
条件として、2人の試験者が、2つの試料（別ロット）を3日間にわたりそれぞれn=3で試験した。最大のばらつきを

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19表3 酒石酸純度試験の日間再現精度

試験者

日付

力価

観測するため、試験日ごとにビュレット及び 滴定溶液のビュレット 試料

純度％100.081100.06
100.08

8.16

1.006

41100.10
2100.08
100.08100.06

1100.08

ロットを変えて試験を実施した。紙面の都合上1人分のデータのみを記載するが、2つの 試料の 各平均値で比較すると2人の差は、最大0.04 ％であった。
この結果から、管理が一定水準に達すれば試験の頑健性（堅牢性）が強化され、信頼性のある結果が得られるようになることがお分かりいただけよう。
次にロット内の均質性を確認するため、小分けした同一ロット品5試料について各n=5で純度試験を実施した
が、結果は表4に示すように高い均質性を示した。
また、酒石酸の純度試験の不確かさの要因を図4のと100.10
A

8.171.005

41100.09
2100.12

表4 酒石酸の均質性確認

試料＼n1234

5

平均値％ RSD%

100.07100.101100.06
100.07

8.18

1.005

29

1100.08 100.05 100.09 100.07 100.08 100.07 0.015

2100.07 100.11 100.06 100.09 100.08 100.08 0.019

3100.06 100.06 100.10 100.11 100.09 100.08 0.023

4100.08 100.09 100.10 100.08 100.07 100.08 0.011

5100.07 100.07 100.09 100.08 100.11 100.08 0.017

100.07
2100.10100.12

分 子 量酒石酸
純度
試
験の不確
かさ秤

量

秤量併行精度
目盛りの校正体滴積定

ファクター

図4 酒石酸の純度試験の不確かさの要因

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吐出併行精度
液終点判断

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天秤精度直線性

温補正化学分析における基礎技術の重要性（5）おり解析し、各要因について不確かさの見積もりを行なっ

かさの要因として挙げなかったが、水の炭酸吸収対策、てみた。その結果を表5に示す。

秤量時の静電気対策、室温変動対策等を適切に管理

酒石酸の純度試験における不確かさは次のようになった。
（100.08±0.17）％ （k=2）

することで上記の結果が得られている。決して、滴定操作だけで精度が保てるわけではない。

以上のように中和滴定は、基礎技術を高め、適切な管理を実施すれば、高い精度を出すことができる。不確

5．おわりに神の手を持つといわれる日本人脳外科医のドキュメン

表5 酒石酸の純度試験の不確かさの見積り

項目

単位

タリーを見て、技術者とは何かを再認識させられた。や

値

u as SDu as RSD

はり、深い知識と経験、そしてそれを具現化するテクニッ
クが備わることが望ましい。さらに、患者の症状は多種多秤量

g20.000128

0.0000640

様であり、この脳外科医の解析力と決断力はすばらしいものであった。試験精度を向上させることもこれに似てい

NaOHファクター

−

1.000

0.000465

0.0004650

分子量g/mol

150.0864

0.002120.0000141

滴定量

mL

24.88

0.019

0.0007637

ると感じる。やはり、解析力が大きなウェイトを占めるだろう。データを解析し、重要ポイントを見つけだし、適切な管理に結び付けられるかが分かれ目となる。不確かさの推定が徐々に一般化してゆく状況ともなれば、ますます基礎技術が重要となるだろう。

THE CHEMICAL TIMES 200号発刊にあたって「THE CHEMICAL TIMES」は昭和25年（1950年）3月の創刊以来、学術誌として半世紀以上の永きにわたり関東化学と共に歩んできました。この間多くの読者の皆様のご愛顧を賜り、お蔭さまをもちまして、今号をもって200号の発刊を迎えるに到りました。
今後さらに読者の皆様に親しまれ、記憶に残る「THE CHEMICAL TIMES」をめざし、化学、医薬、物理、生物その他幅広い分野でご活躍の諸先生方をご紹介できますよう、編集委員一同努力していく所存です。
今後とも本誌をご愛顧下さいますよう何卒よろしくお願い申し上げます。
【創刊号からの誌面サイズと表紙の変遷】
創刊以来のＢ5版誌面を、平成15年、2003-No.1（通巻187号）をもってＡ4版に変更いたしました。
また同時に５回目の表紙変更を行い、従来のイメージを一新し、高山植物のシリーズで毎号表紙写真を差し替え致しております。ご覧になってひと時のなごみをお楽しみ下さい。

初代

1号〜26号
S25（1950）3月〜S37（1962）10月

第2代

27号〜100号
S38（1963）1月〜S56（1981）4月

第3代101号〜154号
S56（1981）7月〜H6（1994）10月

第4代

155号〜186号
H7（1995）1月〜H14（2002）10月

第5代

187号〜
H15（2003）1月〜

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