銅試験法の性能調査 －フレーム原子吸光法－

15165

銅試験法の性能調査－フレーム原子吸光法－
阿部 進 1，須永善行 2

キーワード

クライテリア・アプローチ，銅，フレーム原子吸光法，肥料等試験法
1. はじめに国際的な適合性評価の動きが進む中，我が国においても ISO/IEC 17025:2005（JIS Q 17025:2005）１）の要求事項を参考にした試験成績の信頼性確保の考え方が重要視されている．ISO/IEC 17025 では，国際・国家規格等又は妥当性が確認された方法を選定することを要求している．一方，品質の評価に用いる分析法を規格，公定法等で指定するのではなく，一定の規準（criteria）を満たす分析法ならば，適用可能としている．この考え方はクライテリア・アプローチ（Criteria Approach）と呼ばれており，化学物質を客観的に測定する分析法の評価に適用できることがコーデックス委員会において合意されている．食品を対象としているコーデックス分析法の性能規準に関する数値設定のためのガイドライン２）には適用範囲，真度，精度，定量下限等が設定されている．
しかしながら，肥料の試験法に要求される性能規準は，食品とは異なるため，新たに設定する必要がある．近年，新たに開発された方法についてはこれらの性能を調査して肥料等試験法３）に順次収載している．ただし，肥料分析法（1992 年版）４）の記載様式を書き替えた試験法には定量下限等が記載されていないため，それらの性能を調査する必要がある．このことから，筆者らは肥料等試験法に収載されている試験法のうち，下水道汚泥
肥料等の主要な成分等として指定５）されている銅全量（T-Cu）及び効果発現促進材として使用量を表示する６）
水溶性銅（W-Cu）のフレーム原子吸光分析法の精確さ等の性能を調査した．
2. 材料及び方法
1) 試料の調製
流通している肥料原料の中には銅が含まれているおそれがあることから，試料の調製にあたっては表 1 のとおり出来る限り各肥料原料の主成分に対応する JIS 規格に規定されている試薬特級を用いた．なお，粒状の試薬は乳鉢等を用いて粉砕した．硫酸銅（Ⅱ）五水和物の純度を 100.0 %と仮定して表 2 のとおり試薬を混合し，銅全量（T-Cu）分析用として，銅（Cu）を 0.001 %～0.15 % 含有する肥料を調製した．また，表 3 のとおり試薬を混合し，水溶性銅（T-Cu）分析用として，銅（Cu）を質量分率 0.003 %～10 %含有する試料を調製した．さらに，試薬を水に溶解して銅（Cu）を質量分率 0.0001 %～1%含有する試料を調製した．
2) 装置及び器具（1） 原子吸光分析装置： 日立ハイテクノロジーズ Z-2300（2） マッフル炉： ADVANTEC 東洋 FUW242PA（3） ホットプレート： アサヒ理化製作所 APS-500（4） 上下転倒式恒温回転振り混ぜ機： ADVANTEC 東洋 恒温回転振とう機 THM062FA
1

独立行政法人農林水産消費安全技術センター仙台センター （現）肥飼料安全検査部

2

独立行政法人農林水産消費安全技術センター仙台センター

166

肥料研究報告 Vol. 6 （2013）

表1 試料の調製に使用した試薬使用する試薬
対応する原材料名
名称
規格
名称又は種類名（材料）
慣用名
JIS K8960 特級
硫酸アンモニウム
硫酸アンモニア
硫安
JIS K9007 特級
りん酸二水素カリウム
りん酸一カリウム
JIS K8121 特級
塩化カリウム
塩化加里
塩加JIS K8983 特級
硫酸銅（Ⅱ）五水和物
効果発現促進材
JIS K8953 特級
硫酸亜鉛七水和物
効果発現促進材
JIS K8283 特級
くえん酸一水和物
沈殿防止材
セルロース
特級
スクロース
特級
グルテン
特級

表2 銅全量 （T-Cu）分析試験に用いた試料の配合割合（質量分率 %）
真度評価用試料
定量下限確認用試料使用する試薬Cu-0.001
Cu-0.15
Cu-0.03
5.000
5.000
5.000
りん酸二水素カリウム
0.00390.58940.1179
硫酸銅（Ⅱ）五水和物
60.00060.00060.000セルロース25.996
25.41125.882
スクロース
9.000
9.000
9.000
グルテン
0.001
Cu含有量
0.150.03

表3 水溶性銅（W-Cu）分析試験に用いた試料の配合割合
使用する試薬（質量分率 %）
定量下限確認用試料

真度評価用試料
Cu-10

Cu-1-1Cu-1-2

Cu-0.05

Cu-0.03 Cu-0.002

Cu-0.003 Cu-0.0001

硫酸アンモニウム

10.00060.000

5.000

5.000

60.0005.000

60.0005.000

りん酸二水素カリウム

5.000

20.000

3.000

3.000

20.0003.000

30.0003.000

塩化カリウム

1.721

7.274

硫酸銅（Ⅱ）五水和物

39.2933.92933.92930.19650.11790.00790.01180.000393

硫酸亜鉛七水和物

43.9868.7972

4.3986

0.21990.04400.00880.01320.000440

くえん酸一水和物

1.000

1.000

1.000

1.000

水

82.67290.58490.98391.000

10.05

Cu含有量

1019.838

10.03

9.975

0.002

0.003

0.0001

3) 試薬の調製（1） 水： 水精製装置（MERCK ELIX ESSENTIAL5）を用いて精製した JIS K 0557 に規定する A3 相当の水を使用した．
（2） 塩酸： JIS K 8180 に規定する特級試薬．
（3） 硝酸： JIS K 8541 に規定する特級試薬．
（4） 銅標準液（Cu 0.1 mg/mL）： 銅標準液（Cu: 100 mg/L）（和光純薬工業；JCSS）を使用した．

銅試験法の性能調査 －フレーム原子吸光法－

167（5） 検量線用銅標準液： 銅標準液（Cu 0.1 mg/mL）を段階的にとり，最終希釈液に調製する容量の 1/4 容量の塩酸（1+5）をそれぞれ加え，水で希釈して検量線用銅標準液（Cu 0.5, 1.0, 2.0, 3.0 µg/mL）を調製した．
（6） 検量線用空試験液： 塩酸（1+5）を一定量とり，水で 10 倍に希釈した．
（7） その他の試薬： 肥料等試験法３）に従った．
4） 試験成分及び試験方法
銅全量（T-Cu）及び水溶性銅（W-Cu）の抽出及び測定は表 4 のとおり肥料等試験法（2012）３）の各試験方法を用いる．なお，参考のため，各試験法のフローシート（図 1～2）を示した．

試験成分
銅全量（T-Cu）
水溶性銅（W-Cu）

分析試料 5.00 g

表4 試験成分及び試験方法
肥料等試験法の項目
試料溶液の調製方法
4.10.1.a フレーム原子吸光法（4.1） 灰化、硝酸・塩酸分解
4.10.2.a フレーム原子吸光法（4.1） 水回転振とう

トールビーカー 200 mL～300 mL

炭化灰化

穏やかに加熱
450 ℃±5 ℃で強熱

放冷

室温

←水 少量
←硝酸約10 mL←塩酸約30 mL
加熱

時計皿で覆い，分解

加熱

時計皿をずらし，酸の除去

放冷

室温←塩酸（1+5） 25 mL～50 mL
加熱
移し込み

時計皿で覆い，溶解
全量フラスコ 100 mL～200 mL，水←水（標線まで）

図１

ろ過

ろ紙3種

測定

原子吸光分析装置

銅全量試験法フローシート

168

肥料研究報告 Vol. 6 （2013）

分析試料 5.00 g

全量フラスコ 500 mLにはかりとる。

←水 約 400 mL
振り混ぜ

回転振り混ぜ機（30～40回転／分），30分間

放冷←水（標線まで）ろ過分取（一定量）ろ紙3種
全量フラスコ 100 mL←塩酸（1+5）25 mL←水（標線まで）
測定
図2

原子吸光分析装置

水溶性銅試験法フローシート

3. 結果及び考察
1） 試料の調製に用いた硫酸銅（Ⅱ）五水和物中の銅の含有量
試料の調製に用いた硫酸銅（Ⅱ）五水和物中の銅含有量を肥料等試験法（水溶性銅）により 3 点併行で測定した結果を表 5 に示した．平均値より算出した理論値に対する割合は，質量分率 100.2 %と試薬の表示値（min.
99.5 %）を満たしており，その相対標準偏差は 0.1 %と小さかった．このことから，試料の調製では理論値を用いて配合設計を行った．
表5 試料の調製に用いた硫酸銅（Ⅱ）五水和物中の銅の測定値
理論値に
1)
2)
試料
標準偏差
理論値
平均値
3)
対する割合
4)
4)
4)
（%）
（%）
（%）
（%）
25.45
25.50
0.04
100.2
硫酸銅（Ⅱ）五水和物（水溶性）
1） 硫酸銅（Ⅱ）五水和物の銅（Cu）理論値
2） 3点併行試験の平均値
3） （平均値／理論値）×1004） 質量分率

相 対標準偏差（%）0.1

2） 真度評価試験
真度評価用試料（表 2，3）を用いて 3 点併行で銅全量（T-Cu）及び水溶性銅（W-Cu）の試験を実施した成績を表 6 に示した．
肥料取締法７）において，主要な成分の含有量を保証票又は表示に記載することを汚泥肥料等又はたい肥等の生産業者等に義務づけている．銅全量（T-Cu）については，現物 1 キログラム当たり 300 ミリグラム以上含有する場合に限り表示が義務５）づけられており，表示値に対する許容誤差は，特殊肥料の品質表示基準８）において，表示値の±30 % と定められている．よって，銅全量（T-Cu）の回収率及び設計値と測定値との差の割合について算出した．Cu-0.15 及び Cu-0.03 の回収率は 99.6 %～100.4 %であり，Cu-0.15 及び Cu-0.03 の設計値と測定値との差の割合は，質量分率-0.4 %～0.4 %であった．このことから，これらの試験法は，汚泥肥料等又はたい銅試験法の性能調査 －フレーム原子吸光法－

169

肥等の銅全量（T-Cu）の表示値の評価を得るに十分な正確さを有していることが確認された．
また，農林水産省告示６）において，効果発現促進材の使用量等は家庭園芸用肥料以外の普通肥料にあっては，保証票に表示することが義務づけられている．銅（Cu）については，効果発現促進材として液状肥料での使用も多いため，粉状試料と液状試料（表 3）について調査を行い，水溶性銅（W-Cu）の回収率及び設計値と測定値との差の割合について算出した．粉状試料である Cu-10，Cu-1-1 及び Cu-0.03 の回収率は 99.4 %～102.6 %であり，Cu-10，Cu-1-1 及び Cu-0.03 の設計値と測定値との差の割合は，質量分率-0.6 %～2.6 %であった． 液状試料である Cu-1-2，Cu-0.05 及び Cu-0.002 の回収率は 98.8 %～101.4 %であり，Cu-1-2，Cu-0.05 及び Cu-0.002 の設計値と測定値との差の割合は，質量分率-1.2 %～1.4 %であった．このことから，これらの試験法は，水溶性銅（W-Cu）の表示値の評価を得るに十分な正確さを有していることが確認された．
なお，AOAC９）における濃度レベルにおける回収率の許容範囲は質量分率 10 %で 95 %～102 %，質量分率1 %で 92 %～105 %及び質量分率 0.001 %で 85 %～110 %であり，参考のため比較したところ銅全量（T-Cu）及び水溶性銅（W-Cu）のいずれの回収率もこれらの許容範囲内であった．

表6 試料中の銅（Cu）の試験成績
試験成分 試料

理論値

測定値

A1) （%）2) B3) （%）2)
T- Cu
Cu-0.150.150.151
Cu-0.030.030.030
W- Cu
Cu-101010.07
Cu-1-110.994Cu-1-2
10.988Cu-0.05
0.05
0.0497Cu-0.03
0.03
0.0308Cu-0.002
0.002
0.002031） 試料中の銅（Cu）の含有量（理論値）
2） 質量分率3） 3点併行試験の平均値
4） C＝B－A
5） D＝（C／A）×100
6） E＝（B／A）×100
7） 3点併行試験の標準偏差
8） G＝（F／B）×100

理論値との差差の割合

回収率

標準偏差

相対標準偏差C4) （%）3)
0.001
0.000
0.07
-0.006-0.012-0.00030.00080.00003

D5) （%）
0.4-0.40.7-0.6-1.2-0.7
2.6
1.4E6) （%）
100.4
99.6
100.7
99.4
98.8
99.3
102.6
101.4F7)（%）2)
0.00
0.00
0.04
0.01
0.00
0.00
0.00
0.00G8) （%）
1.1
3.2
0.4
1.0
0.4
0.2
2.7
1.23） 検出下限及び定量下限
定量下限確認用試料（表 2，3）を用いて 7 点併行で銅全量（T-Cu）及び水溶性銅（W-Cu）の試験を実施した
結果を表 7 に示した．なお，定量下限は（標準偏差）×10 式，また，検出下限は（標準偏差）×2×t（n-1,0.05）式を用いて算出した１０）．
AOAC９）における濃度レベルにおける回収率の許容範囲は質量分率 0.001 %で 80 %～115 %であり，参考のため比較したところ銅全量（T-Cu）Cu-0.001 の回収率は許容範囲内であった．Cu-0.001 の推定定量下限値は質量分率 0.0004 %，推定検出下限値は質量分率 0.0001 %であると評価できる．
AOAC９）における濃度レベルにおける回収率の許容範囲は質量分率 0.001 %で 80 %～115 %及び質量分率170

肥料研究報告 Vol. 6 （2013）

0.0001 %で 75 %～120 %であり，参考のため比較したところ水溶性銅（W-Cu）の粉状試料である Cu-0.003 の回収率は許容範囲内であったが，液状試料である Cu-0.0001 の回収率は許容範囲を超える結果であった．
Cu-0.003 の推定定量下限値は質量分率 0.001 %，推定検出下限値は質量分率 0.0005 %であり，Cu-0.0001 の推定定量下限値は質量分率 0.0003 %，推定検出下限値は質量分率 0.0001 %であると評価できる．
表7 定量下限確認試験の成績
試験成分 試料

理論値１）

２）

平均値３）

２）

（%）
（%）
7）
T- Cu
0.001
0.00103
Cu-0.001
7
W- Cu
0.003
0.00300
Cu-0.003 ）8）
W- Cu
0.00010.000142
Cu-0.0001
1） 試料中の銅（Cu）の含有量（理論値）
2） 質量分率3） 7点併行試験の平均値
4） （平均値／理論値）×100
5） 標準偏差×106） 標準偏差×2×t（n-1,0.05）
7） 粉状試料
8） 液状試料

回収率
（%）
103.3
100.1
141.9

４）

標準偏差２）（%）
0.00004
0.000120.000029

推定定量５）
下限値２）（%）
0.00040.001
0.0003

推定検出６）
下限値２）（%）
0.00010.00050.0001

4） 室間再現精度
クライテリア・アプローチにおける性能規準では室間再現精度が要求されるが，試験法の妥当性確認のための共同試験の実施には大きな労力がかかる．このことから，該当する試験法で実施された既報の認証標準物質の値付けのための共同試験１０）の成績１１）を適用することとし，それらの成績を表 8 に示した．
銅全量（T-Cu）の平均値が 583 mg/kg でその室間再現標準偏差は 22 mg/kg，その相対標準偏差は 3.8 %であった．また，銅全量（T-Cu）の試験成績の HorRat 値は 0.61 であった．
なお，AOAC（OMA）８）における濃度レベルにおける室間再現精度の目安は濃度 100 %で 2 %，濃度 10 %で3 %，濃度 1 %で 4 %及び濃度 0.1 %で 6 %であり，参考のため比較したところ銅全量（T-Cu）の室間再現標準偏差（RSDR）はこれらの目安を下回った．

表8 肥料認証標準物質の値付けのための共同試験成績
PRSDR
SDR
RSDR
平均値
試験 試験3)2)
試験成分 試料の種類
A1)
CD4)
B
年度 室数（mg/kg） （mg/kg）（%）（mg/kg）
T-Cu 汚泥発酵肥料
201211583223.86.1
1） 認証値
2） 室間再現標準偏差3） 室間再現相対標準偏差 C＝（B/Ａ）×100
4） Horwitz修正式から算出された室間再現標準偏差5） HorRat値 E＝C/D

HorRat値
E5)0.61

銅試験法の性能調査 －フレーム原子吸光法－

171

4. まとめ
銅全量（T-Cu）及び水溶性銅（W-Cu）のフレーム原子吸光光度法の真度，定量・検出下限及び室間再現精度を調査したところ，次の結果を得た．
（1） 銅（Cu）として 0.03 %～0.15 %含有する試料についての銅全量（T-Cu）の測定結果は，回収率が 99.6 %～100.4 %であり，設計値と測定値との差の割合は，質量分率-0.4 %～0.4 %であった．
（2） 銅（Cu）として 0.03 %～10 %含有する粉状試料についての水溶性銅（W-Cu）の測定結果は，回収率が99.4 %～102.6 %であり，設計値と測定値との差の割合は，質量分率-0.6 %～2.6 %であった． また，銅（Cu）として 0.002 %～1 %含有する液状試料についての水溶性銅（W-Cu）の測定結果は，回収率が 98.8 %～101.4 %であり，設計値と測定値との差の割合は，質量分率-1.2 %～1.4 %であった．
（3） 銅全量（T-Cu）について銅（Cu）として 0.001 %含有する試料を用いて定量下限及び検出下限を確認したところ，それぞれ質量分率 0.0004 %，0.0001 %程度と推定された．
（4） 水溶性銅（W-Cu）について銅（Cu）として 0.003 %含有する粉状試料を用いて定量下限及び検出下限を確認したところ，それぞれ質量分率 0.001 %，0.0005 %程度と推定された．また，銅（Cu）として 0.0001 %含有する液状試料を用いて定量下限及び検出下限を確認したところ，それぞれ質量分率 0.0003 %，0.0001 %程度と推定された．
（5）肥料認証標準物質の値付けのための共同試験より室間再現精度を調査したところ，銅全量（T-Cu）は平均値が 583 mg/kg でその室間再現標準偏差は 22 mg/kg，その相対標準偏差は 3.8 %であった．
（1）～（5）の成績は，肥料等試験法に収載された試験法が主要な成分としての銅（Cu）の含有量を評価することができる性能を有していると示しており，クライテリア・アプローチのガイドラインの銅（Cu）試験法の性能規準を作成する際に，これらの試験成績は十分に参考になると考えられた．
文献1） ISO/IEC 17025 (2005): “General requirements for the competence of testing and calibration laboratories”（JIS Q 17025 :2006, 「試験所及び校正機関の能力に関する一般要求事項」）
2） Codex Alimentarius Commission: “PROCEDURAL MANUAL, Twentieth edition, (2011)<ftp://ftp.fao.org/codex/Publications/ProcManuals/Manual_20e.pdf>
3） 農林水産消費安全技術センター（FAMIC）：肥料等試験法 <http://www.famic.go.jp/ffis/fert/sub9.html>
4） 農林水産省農業環境技術研究所：肥料分析法（1992 年版），日本肥糧検定協会，東京(1992)
5） 農林水産省告示：肥料取締法第一七条第一項第三号の規定に基づき、肥料取締法第四条第一項第三号に掲げる普通肥料の保証票にその含有量を記載する主要な成分を定める件，平成 12 年 1 月 27 日，農林水産省告示第 96 号，最終改正平成 13 年 3 月 15 日，農林水産省告示第 337 号 (2001)
6） 農林水産省告示：肥料取締法施行規則第十一条の二第一項及び第二項の規定に基づき原料及び材料の保証票への記載に関する事項を定める件，昭和 59 年 3 月 16 日，農林水産省告示第 700 号，最終改正平成 16 年 1 月 15 日，農林水産省告示第 74 号 (2004)
7） 肥料取締法：昭和 25 年 5 月 1 日，法律第 127 号，最終改正平成 23 年 8 月 30 日，法律第 105 号 (2011)8） 農林水産省告示：特殊肥料の品質表示基準，平成 12 年 8 月 31 日，農林水産省告示第 1163 号，最終改
正平成 17 年 2 月 28 日，農林水産省告示第 364 号 (2005)
9） AOAC Guidelines for Single Laboratory Validation of Chemical Methods for Dietary Supplements and172

肥料研究報告 Vol. 6 （2013）

Botanicals, AOAC INTERNATIONAL (2002)
10） ISO Guide 35 (2006): “Reference materials－General and statistical principles for certification” （JIS Q0035 : 2008，「標準物質－認証のための一般的及び統計学的な原則」）
11） 高橋佐貴子，廣井利明，八木寿治，井塚進次郎，山西正将，秋元里乃，白井裕治，柴田政人：2010 年度
肥料認証標準物質の開発，肥料研究報告，4，107～120 (2011)

銅試験法の性能調査 －フレーム原子吸光法－

173

Verification of Performance Characteristics of Testing Methods for Copper in Fertilizer
by Atomic Absorption Spectrometry
Shin ABE1 and Yoshiyuki SUNAGA2
12Food and Agricultural Materials Inspection Center，Sendai Regional Center
Food and Agricultural Materials Inspection Center，Sendai Regional Center(Now) Fertilizer and Feed Inspection Department
We verified performance characteristics of testing methods for total copper (T-Cu) and water-soluble copper(W-Cu) by atomic absorption spectrometry described in Testing Methods for Fertilizers. The accuracy of testing
methods for the several form of copper was assured from 3 replicate determinations of 8 fertilizer samples
containing 0.002% ~ 10% copper which were prepared each test. As a result, the mean recoveries ranged from
98.8 % ~ 102.6 %. On the basis of 7 replicate measurements of each testing method of a solid sample and a liquidsample, the limit of quantitative value (LOQ) was estimated at 0.0004 % ~ 0.001 % and 0.0003%, respectively.
Reported in Research Report of Fertilizer, mean values , relative standard deviations (SDR) for reproducibility andrelative standard deviations (RSDR) of T-Cu obtained by collaborative studies were 583 mg/kg, 22 mg/kg and3.8 %, respectively. These results indicated that these methods performance characteristics were available inestablishing criteria for a determination method of copper.
Key words

criteria approach, copper, atomic absorption spectrometry, Testing Methods for Fertilizers(Research Report of Fertilizer, 6, 165 ~173, 2013)