Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
## （５）亜鉛イオン試験紙

亜鉛イオンに関しては候補試薬が多数あり、かついずれも選択性が乏しいため一斉スクリーニングは行っておらず、水溶液での主に選択性からZinconを選択した。アニオン性試薬Zinconに対し、強塩基性担体であるLatex-NR⁺とのナノコンポジット膜、Zincon/Latex-NR⁺膜について製膜条件を詳細に調べた。ゼータ電位および平均粒径との関係を図(1)-6に示すが、Latex-NR⁺を一定とし

図(1)-6 Zincon/Latex-NR_{3}^{+}におけるZincon濃度とゼータ電位（■）および平均粒径（○）の関係

てZincon濃度を変化せたところ、Zincon濃度が増加するにつれて急激にLatex-NR_{3}^{+}の表面のゼータ電位が下がり、4×10^{-5} Mでゼロ近くなり、同時に平均粒径も4×10^{-5} MまではLatexナノ粒子単独の100 nmが主流であるが、それ以上ではより大きな凝集体へと変化していることがわかる。条件はこのナノコンポジットが形成する条件とした。またZincon/Latex-NR_{3}^{+}のナノコンポジットは凝集が遅く、しばしば膜色の著しい低下が見られたため、凝集時間もしくは液温の詳細な検討として、濾液でのZincon濃度が薄く吸光光度計を用いた捕集率の算出が難しかったため、色彩計の色分析（L、a^{*}、b^{*}）を行った。凝集時間1分で固定した時、18℃では裏面への抜けが見られ、40℃～60℃で抜けがないが、53℃および60℃でa^{*}値の低下が見られ、加熱によるZinconの分解が示唆された。また凝集温度を45℃として時間を1～10分と変化させたところ、1～5分までは変化せず、10分でa^{*}値の低下が見られた。加熱によるZinconの劣化と製膜の簡便さの観点から、ナノコンポジットの成長条件を45℃、1分とした。

Zincon/Latex-NR_{3}^{+}層の膜厚は断面の電子頭微鏡観察より1.294μmであり、機械的強度は鉛筆試験で3H、表面平滑さはTLCの反射吸収測定より、中心から左右15mmずつデータから標準偏差を算出したところ0.008649であり、均一かつ平滑な膜であることが示された。

## （６）鉄イオン試験紙

水溶液中で鉄(II)もしくは鉄(III)と反応する13試薬を候補として、評価基準①による評価の結果、表(1)-6にあるように、バソフェナントロリン、バソフェナントロリンスルホン酸、クロムアズロールS、MTB、TPTZ、PDT、PDTS、5-Br-PADAP、ニトロソR塩、Nitro-PAPSの10試薬がクリアした。バソフェナントロリン、バソフェナントロリンスルホン酸、TPTZ、PDT、PDTSは鉄(II)イオンのみに呈色する試薬である。

## （7） ホウ素イオン試験紙

ホウ素は上記までのイオンとは異なり、オキソアニオンで、有機試薬との反応は錯形成反応では無く、脱水縮合となる。表(1)-7にある候補試薬は、上のモリンからナリゲニンまでがフラボノ
表(1)-6 鉄イオン用試薬 評価基準①でのスクリーニング結果

試薬☑☑	製膜の有無☑☑	製膜条件☑☑	備考☑☑
バソフェナントロリン☑☑	○再沈法☑☑	2mM☑☑ソフェナントロリンアセトン溶液100μlを1,000☑pmに攪拌した超純水中に射出し、1分間静置した後にろ過a)☑☑
バソフェナントロリンスルホン酸☑☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+,☑アルミナAS3)☑	0.02mM☑☑ソフェナントロリンスルホン酸、☑.175mg/mlLatex-NR3+の混合溶液10☑mlを3分以上静置した後にろ過a)☑☑
Tiron☑☑	×ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑☑
クロムアズロールS☑☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	0.02mM☑☑ロムアズロールS、☑.15mg/mlLatex☑0.01mMEMS緩衝液(pH☑.15)の混合溶液10☑mlを1分静置した後にろ過a)捕集率99.93☑☑
Ferron☑☑	×ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑☑
MTB☑☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)	0.03mMTB、0.375mg/mlLatex-NR3+、p☑☑.15(捕集率99.06%)の混合溶液10☑mlを1分静置した後にろ過a)☑☑
TPTZ☑	○再沈法☑☑	2mM☑PDZアセトン溶液100μlを1,000☑pmに攪拌した超純水中に射出し、1分間静置した後にろ過a)☑☑
PDT☑	○再沈法☑☑	2mM☑PDTアセトン溶液100μlを1,000☑pmに攪拌した超純水中に射出し、1分間静置した後にろ過a)☑☑
PDTS☑	○再沈法☑☑	0.02mM☑PDTS、☑.175mg/mlLatex-NR3+の混合溶液10☑mlを3分以上静置した後にろ過a)☑☑
5-Br-PADAP☑	○再沈法☑☑	2mM☑5-Br-PADAPアセトン溶液100μlを1,000☑rpmで攪拌した25℃水10☑ml中に射出し、1分間静置した後にろ過☑
Nitroso-PSAP☑	×ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑☑
ニトロソ-R塩☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	0.02mM☑PDTS、☑.175mg/mlLatex-NR3+の混合溶液10☑mlを3分以上静置した後にろ過a)☑☑
Nitro-PAPS☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	0.02mM☑PDTS、☑.175mg/mlLatex-NR3+の混合溶液10☑mlを3分以上静置した後にろ過a)☑☑
表(1)-7 ホウ素イオン用試薬 評価基準①でのスクリーニング結果

試薬	製膜の有無	製膜条件	備考
モリン	×再沈法☑○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+,☑rO2)☑	1mM☑リン エタノール溶液200μl、☑0.175mg/ml Latex-NR3+,☑0.01mMEMS(pH5.2)☑0mlの混合溶液を室温で1分静置した後にろ過a)☑
ルテオリン	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	1mM☑レテオリン エタノール溶液200μl、☑0.175mg/ml Latex-NR3+,☑0.01mMEMS(pH5.2)☑0mlの混合溶液を室温で1分静置した後にろ過a)☑
アピゲニン	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	1mM☑アピゲニン エタノール溶液200μl、☑0.175mg/ml Latex-NR3+,☑0.01mMEMS(pH5.2)☑0mlの混合溶液を室温で1分静置した後にろ過a)☑
フィセチン	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	1mM☑イセチン エタノール溶液200μl、☑0.175mg/ml Latex-NR3+,☑0.01mMEMS(pH5.2)☑0mlの混合溶液を室温で1分静置した後にろ過a)☑
ケンフェロール	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	1mM☑ケンフェノール エタノール溶液200μl、☑0.175mg/ml Latex-NR3+,☑0.01mMEMS(pH5.2)☑0mlの混合溶液を室温で1分静置した後にろ過a)☑
ケルセチン	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	1mM☑ケルセチン エタノール溶液200μl、☑0.175mg/ml Latex-NR3+,☑0.01mMEMS(pH5.2)☑0mlの混合溶液を室温で1分静置した後にろ過a)☑
ミリセチン	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	1mM☑リセチン エタノール溶液200μl、☑0.175mg/ml Latex-NR3+,☑0.01mMEMS(pH5.2)☑0mlの混合溶液を室温で1分静置した後にろ過a)☑
ナリンゲニン	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	1mM☑ナリンゲニン エタノール溶液200μl、☑0.175mg/ml Latex-NR3+,☑0.01mMEMS(pH5.2)☑0mlの混合溶液を室温で1分静置した後にろ過a)☑
アヅメチンH☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+,☑AS3)☑	0.02mM☑アヅメチンH、☑0.175mg/ml Latex-NR3+の混合溶液10mlを室温で1分静置した後にろ過a)☑
クルクミン	○再沈法☑	1mM☑クルクミン アセトン溶液100μlを1,000☑pmに攪拌した超純水中に射出し、1分間静置した後にろ過a)☑
クロモトロープ酸☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+,☑AS3)☑	0.02mM☑クロモトロープ酸、☑0.175mg/ml Latex-NR3+の混合溶液10mlを室温で1分静置した後にろ過a)☑
アリザリンS☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	0.02mM☑アリザリンS、☑0.175mg/ml Latex-NR3+の混合溶液10mlを室温で1分静置した後にろ過a)☑
スチルバゾ☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	0.02mMスチルバゾ、☑0.25mg/ml Latex-NR3+の混合溶液10mlを室温で1分静置した後にろ過a)☑
H-レゾルシノール☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	0.02mM☑H-レゾルシノール、☑0.175mg/ml Latex-NR3+の混合溶液10mlを室温で1分静置した後にろ過a)☑

a) アドバンテック社製セルロース混合エステルメンブレンフィルター(孔径 0.1 μm)
ールと呼ばれる化合物で、いずれも蒸発乾固した後、シュウ酸などの有機酸と塩酸を添加することでホウ素との蛍光性化合物を形成することが知られている。クルクミンも古くからホウ素の検出試薬として知られ、やはり蒸発乾固と酸が検出に必要な試薬である。それに比べアゾメチンH、クロモトロープ酸、アリザリンS、スチルバゾ、H-レゾルシノールは弱酸性から中性の水溶液で反応し、色変化もしくは蛍光が変化する。表(1)-7の14試薬全てが定量的に製膜可能で、評価基準①をクリアしている。

## （8） フッ化物イオン試験紙

既報⁸を参照し、水溶液系でのフッ化物イオンの蛍光検出系を試験紙へと展開することを検討した。既報では、ジルコニウム(IV)イオンのEDTAおよびフラボノール類の蛍光性3元錯体を用い、フッ化物イオンとのイオン交換により青色蛍光が減少することで検出するが、本研究では水溶性の3元錯体の代わりに酸化ジルコニウムナノ粒子(ZrO₂, 約30 nm)とフラボノール類とのナノコンポジットからなる膜にて新規なフッ化物イオンの蛍光検出を試みた。概念図を図(1)-7に示す。酸化ジルコニウムナノ粒子は、図(1)-8に示すように、ゼータ電位の測定結果からpH 2-4で表面が+45 mV以上あり、このpH条件でアニオンのフラボノイド類は静電相互作用で酸化ジルコニウム粒子の表面に吸着し、ゼータ電位の低下により凝集が起きることでナノコンポジットを生じ、製膜が可能になると予想した。

酸化ジルコニウムナノ粒子を蛍光性の複合体を形成し、また膜が作成可能かどうか、図(1)-9にあるようなフラボノイドを試みた。蛍光特性を表(1)-8に示すが、多くのフラボノイドで青から緑、赤色蛍光の特有な膜が作製可能であった。この蛍光は試薬自身の蛍光とは全く異なり、全く蛍光を示さない試薬が $ ZrO_{2} $ 表面に吸着することで発光する、もしくは励起・発光波長がシフトし、かつ蛍光強度が大きくなる傾向が観測された。表(1)-8中でも特に蛍光強度が強い

Flavonol-2'-sulfonate (Flav-s)を用い、蛍光性の試験紙を試作した。蛍光量子収率を、硫酸キニーネを標準蛍光物質として求めたところ、Flav-s

図(1)-7 フッ化物イオン用蛍光検出試験紙の概念図

図(1)-8 酸化ジルコニウムナノ粒子の ゼータ電位とpHの関係

自身は水溶液では弱い緑蛍光( $ \lambda_{em} $ : 520 nm, $ \Phi_{f} $ : 0.30)であるが、Flav-s/ZrO $ _{2} $ ナノコンポジットでは強い青色蛍光( $ \lambda_{em} $ : 450 nm, $ \Phi_{f} $ : 0.67)を示し、酸化ジルコニウムと結合することで、全く異なる共鳴
状態となることが示唆された。Flav-sおよびFlav-s/ZrO_{2}ナノコンポジットの蛍光スペクトルを図(1)-10に示す。また担体を酸化チタン、酸化セリウム酸化銅、酸化ビスマス等の他の金属酸化物に替えると蛍光を示さず、ZrO_{2}特異的であるため、ZrO_{2}がFlav-sの特異な蛍光を誘導していると言える。以上より、ZrO_{2}の結合によりFlav-s分子内のフェニル基が固定され、共鳴状態が大きく変化してこのような特異な蛍光を発すると予想した。

☐ フラボン $ (R_{1-7} = -H) $

$$ アピゲニン (\mathsf{R}_{1,4.5,7}=-\mathsf{H},\mathsf{R}_{2,3,6}=-\mathsf{OH}) $$

$$ \left(\mathsf{R}_{1-5}=-\mathsf{H},\mathsf{R}_{6,7}=-\mathsf{OH}\right) $$

$$ \left(\mathsf{R}_{2,3,5-7}=-\mathsf{H},\mathsf{R}_{1}=-\mathsf{OH},\mathsf{R}_{4}=-\mathsf{SO}_{3}^{-}\right) $$

$$ \begin{aligned} コンフェノール (R_{4,5,7}=-H,R_{1-3,6}=-OH)\end{aligned} $$

ロ モリン $ (R_{5.7} = -H, R_{1-4.6} = -OH) $

$$ \mathrm{ 冏 }\left(\mathsf{R}_{4}=\mathsf{-H},\mathsf{R}_{1\mathsf{-3,5-7}}=\mathsf{-OH}\right) $$

☐ ケルセチン $ (R_{4-6} = -H, R_{1-3,6,7} = -OH) $

$$ (R_{4,5}=-H,R_{2,3,6,7}=-OH,R_{1}=rutinoside) $$

図(1)-9 フラボノイドの構造

表(1)-8 フラボノイドおよびフラボノイド/ZrO2膜の蛍光特性

フラボノイドⅢ	フラボノイド粉末Ⅲ	フラボノイド/ZrO₂膜Ⅲ
λex/nm☐em/nm☐ex/nm☐em/nm☐
フラボンⅢ	383☐☐	540☐☐	380☐☐	450☐☐
アピゲニンⅢ	438☐☐	530☐☐	370☐☐	505☐☐
3′,4′-ジヒドロキシフラボン?	485☐☐	570☐☐	370☐☐	530☐☐
Flav-sⅢ	365☐☐	535☐☐	370☐☐	450☐☐
ケンフェノールⅢ	—☐☐	—☐☐	435☐☐	515☐☐
モリンⅢ	485☐☐	560☐☐	430☐☐	520☐☐
ミリセチンⅢ	—☐☐	—☐☐	440☐☐	545☐☐
ケルセチンⅢ	453☐☐	615☐☐	440☐☐	520☐☐
ルチンⅢ	—☐☐	—☐☐	420☐☐	555☐☐
図(1)-10 Flav-s水溶液およびFlav-s/ZrO_{2}の蛍光強度

図(1)-11 Flav-s/ZrO_{2}の蛍光強度およびZrO_{2}のゼータ電位のpH依存性
図(1)-11のFlav-s/ZrO_{2}の蛍光強度およびZrO_{2}のゼータ電位のpH依存性より、ZrO_{2}のゼータ電位が低いためアニオン性のFlav-sと静電吸着に基づくナノコンポジットを形成しにくいpH8以上の弱アルカリ域においても蛍光性であるため、当初予想された静電吸着に基づく吸着ではなく、Flav-s/ZrO_{2}ナノコンポジットは表面のZrとFlav-sの錯形成に基づくと結論した。またpH1-10までの広い範囲では強い蛍光を放つことは、以前に報告されたZr(IV)イオン-Flav-s錯体およびZr(VI)-EDTA-Flav-s三元錯体の、pH2-2.5も

しくはpH 4-10と大きく異なり、 $ ZrO_{2} $ に特異な蛍光特性である。

Flav-sと$\mathrm{ZrO}_{2}$ (約3 nm) 表面の安定度定数を、透析膜法を用いてLangmuir吸着等温式より求めた。

Flav-s + $\mathrm{Zr}_{\mathrm{surface}}$ $\xlongequal{\quad}$ Flav-s/$\mathrm{Zr}_{\mathrm{surface}}$ (1)

$\mathrm{Zr}_{\mathrm{surface}}:\mathrm{ZrO}_{2}$ ナノ粒子表面のジルコニウム原子□□

Flav-s/$\mathrm{Zr}_{\mathrm{surface}}$ : $\mathrm{Zr}_{\mathrm{surface}}$ と Flav-s の錯体□□

Langmirの吸着等温式より、

$\frac{1}{A}=\frac{1}{KA_{\max}}\frac{1}{Flav-s}+\frac{1}{A_{\max}}$ (2)

(2)式から、図(1)-12の1/[Flav-s]と1/Aのプロットより、 $ A_{max}=0.147 $ 、 $ K=9.27\times10^{5}\ M^{-1} $ とドーパミンと酸化チタン $ ^{10)} $ の約100倍の値となり、安定な複合体を形成していることがわかった。

図(1)-12 Flav-s/ZrO_{2}の蛍光強度およびZrO_{2}の ゼータ電位のpH依存性

最適製膜条件は、pH 3.7、約30 nmの $ ZrO_{2}\ (0.05\ wt\%) $ 、 $ 6\times10^{-6}\ M $ Flav-sの混合溶液10 mLを、室温下で粒子成長時間（錯形成時間）として2分静置した後、孔径0.45 μmのセルロース混合エステルタイプメンブレンフィルターで濾過することに決定した。この時のFlav-sの捕集率は約98%であった。

図(1)-13にFlav-s/ZrO_{2}膜の電子頭微鏡観察にて断面観察を行ったところ、平均膜厚1.65 μm(n=4)であった。

図(1)-13 Flav-s/ZrO_{2} ナノコンポジット膜の 断面写真
## （9） 砒素イオン試験紙

砒素定量の現行法は、水素化物発生法とICPやAAS等の機器分析を組み合わせたものが主流で、感度も選択性も実サンプルの測定に十分であるが、水素化物（アルシン、 $ AsH_{3} $ ）は猛毒のガスであるため、現場分析への適用はできない。モリブデンとのヘテロポリ酸形成とその還元に基づく、モリブデンブルー法は安全ではあるが、感度が低く100 ppbの排水基準も満足に測定できない。そこで本ナノ薄膜試験紙のコンセプト、ナノ薄膜構造でモリブデンブルー法の高感度化を図り、環境基準10 ppbおよび排水基準100 ppbを判定可能な試験紙を作製することを目的とする。砒素の水溶液中の存在形態には3価（ $ As^{III}O(OH)^{2-} $ ）と5価（ $ As^{V}O_{4}^{3-} $ ）があり、モリブデンブルー発色は5価の砒素のみの反応であり、基本的に2つの反応からなる。はじめに $ As^{V} $ がモリブデン酸（ $ MoO_{4}^{2-} $ ）と反応し、モリブドヒ酸（薄黄色）を生成する。これを還元して、モリブデンの混合原子価状態（ $ AsMo(V)_{n}Mo(VI)_{12-n}O_{40}H_{m}^{-(n+m-3)} $ ）を作り出すことで、極大吸収波長840 nmの深青色の発色となる。本砒素イオン試験紙の基本的な作製および検出のコンセプトを図(1)-14に示す。強塩基性のLatex- $ NR_{3}^{+} $ に、アニオン種であるモリブデン酸（ $ MoO_{4}^{2-} $ ）を吸着させることで試験紙とし、ヘテロポリ酸を形成しない中性域で製膜し、これを $ As(V) $ との反応時に酸性とすることでヘテロポリブルーを発現させることを目的として試験紙を最適化した。図(1)-15に青色試験紙の反射吸収スペ

$$ \mathsf{M}\circ\mathsf{O}_{4}^{2-}) $$

$$ \mathsf{A s M o_{12}O_{40}}^{3-}) $$

図(1)-14 砒素イオン試験紙のコンセプト
クトルを示すが、モリブデン量と青色発色（吸収極大840 nm）との関係で、モリブデン量が多ければ多いほど、砒素との青色発色の強度が大きくなるが、同時にAs(V)無しのバックグラウンドにも、700 nmの青色発色が観測されてしまう。これは砒素が内包されていないモリブデンのみのイソポリモリブデンの吸収であるため、840 nmの極大吸収が大きくなるよう、またバックグラウンド吸収の出ないよう、モリブデン量を調整した。

モリブデンの捕集率から見ると、モリブデンの量を変化させても図(1)-16にあるように、0.5%以下であったため、製膜時の精度に問題があると判断し、捕集率改善のための補助膜化剤の検討を行った。補助膜化剤として、10のモリブデンと水溶液中で錯形成することが知られている有機試薬を試した。BPA（N-Benzoyl-N-phenylhydroxylamine）、Tiron、CPA、アセチルアセトン、クロムアズロールS、カルマガイト、クプフェロン、オキシン、チオキシンである。そのうち、モリブデンの沈殿試薬として知られるBPA（N-Benzoyl-N-phenylhydroxylamine）と溶媒抽出試薬であるアセチルアセトンが良好な結果を与えた。図(1)-16にBPA添加および添加無し時の捕集率を示すが、BPAを添加することで、1/100量で十分なモリブデン量が得られ、かつ94%以上の捕集率で、定量的な製膜が達成された。モリブデン酸とBPAの組成比は、1:2の配位飽和となると、青色発色が現れず、1:1の配位不飽和の時に青色となった。

Mo/Latex-NR_{3}^{+}膜の断面観察を行ったところ、図(1)-17にあるように、本膜は有機比色試薬のナノコンポジット膜とは異なり、同じ量のLatex-NR_{3}^{+}でも空隙が多く、厚い膜となった。これは吸着種であるモリブデン酸（MoO_{4}^{2-}）が水を含みやすいためで、膜も親水性であることが予想される。電子顕微鏡観察より、平均膜厚は2.54 μm(n=3)であった。

図(1)-15 モリブデン量と反射吸収スペクトルの関係
図(1)-16 モリブデン量と反射吸収スペクトルの関係

図(1)-17 Mo/LatexNR_{3}^{+} 膜の断面構造
## （１０）ナノイオン交換体の探索

図(1)-1のイオン性有機物からなるナノコンポジット膜の作製法で、今まではコロイダルシリカ(数～20 nm)、α-アルミナ繊維(10 × 100 nm)、トリメチル基修飾ラテックス(Latex-NR_{3}^{+}, 100 nm)を用いてきたが、適用可能なpHに縛りがある、ラテックスが高価等の問題があったため、ナノコンポジット膜用のナノイオン交換体の種類を増やすことを目的として、表(1)-16にある金属酸化物ナノ粒子を試みた。探索用の試薬として、アニオン性試薬であるTPPS(4-)、Lumogallion(-)を、カチオン性試薬としてTMPyP(4+)を用い、これらの試薬が定量的に成膜されるか否かで評価した。特に酸化ジルコニウム（ZrO_{2}）、酸化チタン（TiO_{2}）、酸化セリウム（CeO_{2}）が、それぞれpH 2-4、pH 3以下、pH 6以下でアニオン担体として良好に働くことがわかった。

表(1)-16 ナノイオン交換体のスクリーニング結果

金属酸化物
ナノ粒子	等電点	粒径(nm)	比表面積
(m²/g)	pH2-4でアニオンの担持良好
pH3以下でアニオンを担持
pH6以下でアニオンの担持良好
Bi₂O₃	3.2	22.5-134.8	5-30
ZrO₂	4	29	34.2
TiO₂
(ルチル)	4.8-6.7	19.7-101.0	15-77
CeO₂	6.8	7.4-27.4	30-110
Y₂O₃	9.3	20.6-88.5	14-60
ZnO	9.3	20.8-107.0	10-45
CuO	9.5	27.2-95.3	10-35
MgO	12.4	27	61.5

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

サブテーマ（1）では、ナノ薄膜試験紙の有機試薬製膜時における汎用性を実証した。2つの試薬のナノサイズ化を経る製膜法にて、定量的に製膜可能（97%以上捕集）な有機比色試薬は約67%にも及んだ。本法は機能性膜作製のプラットフォームとなり得る。

フッ素イオン試験紙では、フラボノール類と酸化ジルコニウムナノ粒子との新規蛍光性複合体の発見し、これを蛍光性試験紙とすることに成功した。

砒素イオン試験紙では、モリブデン酸をLatex-NR3+を用いて膜にすることができた。さらにはモリブデンと錯形成する試薬BPAを補助膜化剤とすると、モリブデンの捕集率が0.51%以下であったものが94%以上に飛躍的に改善した。

今後、試験紙の実用化を通じ、本研究成果の普及に努める。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に特記すべき事項はない
## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

サブテーマ（1）～（5）に共通する事項として、本試験紙を日常的な水管理に、規制値のモニタリングとして活用することを提案したい。法定の水質検査は年に1回程度であるが、これを補う日常的な方法として、その場で・迅速に・誰でも、環境基準値や排水基準値を超えているか否かの判定を可能とする本試験紙は日々変動する水の管理に大いに役立つと考える。現行では工業排水、河川水、海水、井戸水等の環境水サンプル中の無機物の測定は、サンプリングした試料を分析センターにてAASやICP、ICP-MSにて測定している。専門の分析者が試料を溶媒抽出等で分離し、濃縮してから専門のオペレーターが機器分析するため、1週間以上もの時間と、1サンプル数万円ものコストがかかる。本研究で開発されたナノ薄膜試験紙（現時点で、カドミウム、鉛、クロム、水銀、マンガン、亜鉛、鉄、フッ化物、砒素、ホウ素の10ターゲット）は、ppbレベルの感度と主な実サンプル中での高い選択性のため、分析センターで行われていた煩雑な分析操作を簡略化して、年に一度の水質測定を機器分析で値として認知し、日常的には本ナノ試験紙で規制値を超えているか否かを判定する、それにより、真の意味で環境管理が日常化すると考える。事業所の日常的な排水管理の他にも、食品等の大量サンプルの機器分析前のスクリーニング、また発展途上国での水質管理、研究分野での地球化学的な微量イオンの動態分析や学校での教育教材として用いることが期待される。

本サブテーマからは、本ナノ薄膜作製法を機能性薄膜作製のプラットフォームとして提案したい。他の有機薄膜作製技術、例えばCVDやLB膜と比べて、汎用性が高く、非常に簡便、100％近く試薬を製膜可能でロスがない、試薬の分解が起こらない、膜厚の調整が容易、大面積の薄膜を作製可能（10 cmまでは確認済み）と有利である。

## 6 ．国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない

### 7. 研究成果の発表状況

（1）誌上発表

<論文（査読あり）>

1) Kyaing Kyaing Latt, Yukiko Takahashi : Anal. Chim. Acta, 689, 103-109 (2011)

“Fabrication and characterization of a TMPyP/silica nanocomposite thin-layer membrane for detection of ppb-level heavy metal ions”

2）高橋由紀子：分析化学、61(2)，123-126(2012).

「ジチゾンナノ薄膜試験紙を用いるFiltration enrichmentによる水銀イオン検出における妨害除去法の検討」

3) 高橋由紀子、相馬聡、和久井喜人：分析化学、61(3), 229-234 (2012).

「2-(5-Bromo-2-pyridylazo)-5-diethylaminophenolナノ薄膜試験紙の評価と浸漬によるカドミウム(II)イオンの検出特性」

くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない
## （2） 口頭発表（学会等）

1) 高橋由紀子：日本分析化学会第59年会（2010）

「ジチゾンナノ薄膜試験紙を用いた特異的水銀イオン検出システムにおける選択性の考察」

2) Kyaing Kyaing Latt、高橋由紀子、和久井喜人：日本分析化学会第59年会（2010）

“Fabrication of TMPyP/silica nanocomposite thin layered membrane for ppb leveled heavy metal ions detection and its characterization”

3) Yukiko Takahashi : International Conference on Nanoscopic Colloid and Surface Science 2010 (2010) "Anionic Dye/Cationic Latex Nanocomposite coated Test Strips for Ppb-level Detection of Metal Ions"

4) Takahashi Yukiko : Pacifichem 2010 (2010)

“Dithizone nanofiber thin film for highly sensitive and selective detection of Hg(II)”

5) Yukiko Takahashi : IUPAC International Congress for Analytical Sciences (2011)

“Preparation and Characterization of Dye Nanoparticle coated Test Strips for ppb-level Metal Ion Detection”

6) 安藤涉、高橋由紀子：日本分析化学会第60年会（2011）

「フラボノール類と酸化ジルコニウムから成る複合ナノ粒子膜でのフッ化物イオンの蛍光検出」

7) 高橋由紀子、相馬聡、和久井喜人：日本化学会第92春季年会（2012）

「5-Br-PADAPナノ薄膜試験紙によるppbレベルのカドミウムイオンの検出特性」

8) 志田八州太郎、高橋由紀子：日本分析化学会第61年会（2012）

「モリブデンブルー発色を利用した微量砒素(V)イオン検出用ナノ薄膜試験紙の開発」

9) 高橋由紀子、安藤涉：日本分析化学会第61年会（2012）

「フラボノールスルホン酸と酸化ジルコニウムナノ粒子からなるナノコンポジット膜の蛍光特性とフッ化物イオン試験紙としての評価」

10）高橋由紀子、安藤涉：錯体化学会第62回討論会（2012）

「酸化ジルコニウムナノ粒子表面への吸着によって誘起されるフラボノイドの特異蛍光および吸着特性」

11）志田八州太郎、高橋由紀子：日本化学会第93春季年会（2013）

「モリブデンを担持した微量砒素イオン検出用ナノ薄膜試験紙の改良と評価」

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない

（４）シンポジウム、セミナー等の開催（主催のもの）

特に記載すべき事項はない

## （５）マスコミ等への公表・報道等

1) 長岡技術科学大学 定例記者会見 教職員の受賞「日本分析化学会関東支部 新世紀賞」
(平成25年1月13日、於長岡技術科学大学)

## (6) その他

1) 高橋由紀子、日本分析化学会関東支部2012年新世紀賞（25年1月10日、於日立製作所ダイビル会議室）

### 8 \. 引用文献

1) Y. Takahashi, H. Kasai, H. Nakanishi, T. M. Suzuki: Angew. Chem. Int. Ed., 45, 913 (2006).

2) Y. Takahashi, T. M. Suzuki: “Nanotechnology Applications for Clean Water”, p.417 (2009) (William Andrew, New York).

3）産業技術総合研究所：日本特許公開公報“金属イオンの検出フィルム、その製造方法、及びそれを用いた金属イオン定量方法”、特許第4185982号、鈴木敏重、高橋由紀子、笠井均、中西八郎、（2008.9.19）.

4) Y. Takahashi, S. Danwittayakul, T. M. Suzuki: Analyst, 134, 1380 (2009).

5) H. Kasai, H. S. Nalwa, H. Oikawa, S. Okada, H. Matsuda, N. Minami, A. Kakuta, K. Ono, A. Mukoh, H. Nakanishi: Jpn. J. Appl. Phys., 31, L1132 (1992).

6) K. Ueno, T. Imamur, K. L. Cheng: “Handbook of organic analytical reagents”, 2nd edn., (1992), (CRC Press Inc., Boca Raton, FL).

7) 日本化学会編：化学便覧基礎編Ⅰ、改訂5版、I-783、(2003)、(丸善).

8) Y. Takahashi, D. A. P. Tanaka, H. Matsunaga and T. M. Suzuki: J. Chem. Soc. Perkin Trans., 2,759 (2002).

9) 鈴木信男他編：実験化学講座 15 分析、第4版、(1991)、(丸善).

10) M. A. Blesa, A. D. Weisz, P. J. Morando, J. A. Salfity, G. E. Magaz and A. E. Regazzoni: Coordination Chemistry Reviews., 196, 31 (2000).
(2) ターゲットとの反応条件の最適化

長岡技術科学大学 環境建設系

高橋由紀子

平成22～24年度累計予算額：1,736千円（うち、平成24年度予算額：0千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

有害無機イオンに対するppbレベルで検出可能なナノ薄膜試験紙の開発として、本サブテーマ（2）は、ターゲットとの反応条件の最適化として、規定の反応条件下で試験紙法（Immersion test）tもしくは通液濃縮法（Filtration enrichment）の2つの測定モードで反応するか否か、色変わりの明瞭さ、試薬漏れの有無等により選別する。そして、およその感度、さらに環境基準ミックス（環境基準値の各種イオンの混合液）、排水基準ミックス、河川ミックス（河川標準試料）および各ターゲットに特有な実サンプルに近い混合液等にターゲットイオンを添加することでおよその選択性として妨害が著しい試験紙は、実サンプルに適したレベルにないので除外する。ここからは選別は行わず、Immersion testでは反応時間、pH等を、Filtration enrichmentでは流速、サンプル量、pH等を最適化して、感度として検量線を作製し、検出範囲および検出限界を求める。カドミウム、鉛、亜鉛イオンについてターゲットとの反応性によりスクリーニングを行い、選出された試験紙について感度を求めた。フッ化物イオン、砒素イオンについては新規反応系の開発を行った。カドミウム2試薬が、他鉛、クロム、水銀、マンガン、亜鉛、鉄、ホウ素ではそれぞれ1試薬が選出された。それぞれの感度は、カドミイオン試験紙（5-Br-PADAPナノ粒子膜、Immersion test、検出限界7.14 ppb、検出レンジ～700 ppb）、カドミウムイオン試験紙（TMPyP/SAナノコンポジット膜、Filtration enrichment、検出限界0.102 ppb、検出レンジ～200 ppb）、鉛イオン試験紙（TMPyP/SAナノコンポジット膜、Filtration enrichment、検出限界0.99 ppb、検出レンジ～100 ppb）、クロムイオン試験紙（クロムアズロールS/Latex-NR₃⁺ナノコンポジット膜、Immersion test、検出レンジ～1000 ppb）、マンガンイオン試験紙（3,5-DiBr-PADAPナノ粒子膜、Immersion test、検出限界1.36 ppb、検出レンジ～700 ppb）、亜鉛イオン試験紙（Zincon/Latex-NR₃⁺ナノコンポジット膜、Immersion test、検出限界48.6 ppb、検出レンジ～1000 ppb）、鉄イオン試験紙（バソフェナントロリンスルホン酸/Latex-NR₃⁺ナノコンポジット膜、Immersion test、検出限界約10 ppb、検出レンジ～200 ppb）、ホウ素イオン試験紙（クロモトロープ酸/Latex-NR₃⁺ナノコンポジット膜、Immersion test）、フッ化物イオン試験紙（Flav-s/ZrO₂ナノコンポジット膜、Immersion test、検出限界約0.13 ppm、検出レンジ～5 ppm）、砒素イオン試験紙（Mo/Latex-NR₃⁺ナノコンポジット膜、Immersion test、検出限界2.35 ppb、検出レンジ目視では10-500 ppb）であった。反応時間の短縮を目指し、ナノ薄膜の改質を試み、いくつかの親水性物質にて反応時間の短縮に成功した。

[キーワード] 試験紙、有害無機イオン、色素ナノ粒子、試験紙法、通液濃縮法
### 1. はじめに

研究背景はサブテーマ（1）と同様である。サブテーマ（2）は評価基準②ターゲットとの反応性、③およその感度、④およその選択性によりスクリーニングし、⑤感度にて検量線を作成する。また本試験紙は高感度ではあるが、従来の試験紙と比べて一般的に検出に時間がかかる。できる限り、これを'dip & read'に近づけるために、ナノ薄膜の改質を行ったので併せて報告する。

## 2 ．研究開発目的

ナノ薄膜試験紙では、通常の試験紙同様、検液に試験紙を浸漬させる試験紙法（immersion test）と、本試験紙特有な通液濃縮法（filtration enrichment）という2つの測定モードを持ち、概略を図(2)-1に示す。試験紙法は最も手軽で誰でもできる簡単な方法であるが、dip & readを売りにしてきた既存の試験紙とは異なり、ppbレベルとなると検液中のターゲットの量が1/1,000～1/10,000と超微量であるため、従来の試験紙と比べて一般的に検出に時間がかかる。Filtration enrichmentは本試験紙に特有な検出方法であり、ある程度の量のサンプル溶液を試験紙に通液させることで、ターゲットを試験紙表面に濃縮し感度を上げることが可能で、かつ固—液分離が可能なため各種水溶性マスキング剤等で、妨害成分を流し去ることができ選択性も向上する。全ての試験紙をこの2つの測定モードで試し、スクリーニングを行う。

同時におおよその感度を、排水基準が目視判定できるかどうかで判断し、スクリーニングする。さらに選出された試験紙に対して、ターゲット毎に最もニーズのありそうな実試料を想定した人工サンプル（例えば、排水基準ミックスや河川水ミックス、水道水ミックス、めっき廃液ミックス等）を作成し、ターゲットを添加しておおよその選択性を見積もり、妨害が著しい場合は除外する。その後感度として検量線を作成する。

図(2)-1 ナノ薄膜試験紙での測定モード
### 3. 研究開発方法

評価基準②のターゲットイオンとの反応については、Immersion testでは、サブテーマ（1）で作製した試験紙を1/6カットし、これをターゲットイオン1 ppmを含み、かつ水溶液でその試薬がターゲットイオンと反応するとされる至適pHに調整されたサンプル溶液20 mLに浸漬する。Filtration enrichmentでは、試験紙をφ25 mmの円形にカットし、セパラブルホルダーに挟み、かつ水溶液でその試薬がターゲットイオンと反応するとされる至適pHに調整したサンプル溶液100 mLを通液する。両方のモードで反応の有無、試薬漏れについて確認し、反応しない、もしくは試薬漏れが著しい場合には採用しない。評価基準③およその感度では、⑦実試料への適用に適したレベルにあるか排水基準値が測定可能かどうか判断し、あまりにも感度不足の場合は断念する。

④およその選択性では、表(2)-1にあるような、ターゲット毎に特有な実サンプルに近い模擬サンプル溶液を作成し、妨害の有無を調査する。例えば、カドミウムイオン試験紙では、河川水ミックスおよび米ミックスにて、亜鉛イオン試験紙ではメッキ廃液ミックス等である。あまりにも妨害が著しい場合には選別する。⑤感度では、②～④の結果から選出された試薬について、再度製膜条件を見直して最適化し、かつ反応条件も最適化して、その後検量線を作成する。

ナノ薄膜の改質は、5-Br-PADAPナノ粒子膜でのカドミウム試験紙をモデル系として、主に薄膜へ親水性ポリマーを微量添加してその効果を確かめた。薄膜の疎水性および親水性の評価のために、薄膜の凹凸をできる限り軽減する必要があり、最も平滑な平面を持つ、ミリポア製0.05μm孔径のセルロース混合エステルメンブレンフィルターを使用した。薄膜の透水性評価のための実験については、4．結果及び考察に述べる。

有機比色試薬は、試薬特級をそのまま用いた。ナノ担体として、表面がトリメチル化アミノ基修飾されたラテックス（Latex-NR_{3}^{+}、100 nm、Mircomod社製）およびシリカ粒子（SA、10-14 nm、日揮触媒化成工業社製）、酸化ジルコニウム(ZrO_{2}、29 nm、ホソカワミクロン社製)を主に用いた。メンブレンフィルターはアドバンテック社製のセルロース混合エステルタイプメンブレンフィルター（直径47 mm、孔径0.1 μm）を主に用いた。分散液量は10 mLで統一した。

試薬担持率の算出に吸光光度測定（島津 uv-1800）、粒子成長時間の決定に電子顕微鏡による表面粒子および薄膜の断面観察（日立 S-800、産業技術総合研究所）およびゼータ電位・動的光散乱測定（大塚電子 ELSZ-2）、試験紙の表面分析に瞬間マルチ測光システム（大塚電子 MCPD-3700）およびTLCスキャナ（島津 CS-9300）、試薬薄膜層の機械的強度を鉛筆試験(JIS K5600塗料の一般試験法)、試薬薄膜層の経時安定性を色彩計（コニカミノルタ CM-2600d）にて評価した。フッ化物イオン試験紙については、蛍光分光光度計（Horiba FluoroMax-4）にて、固体サンプルホルダーに試験紙を取り付けて、励起光に対し30°、検出器に対し60°の角度にセットして測定した。
表(2)-1 およその選択性 各種ミックス

環境基準ミックス	排水基準ミックス	水道水ミックス	河川水ミックス	海水ミックス
Pb 10 ppb	Pb 100 ppb	Cd 10 ppb	Cr 0.16 ppb	Cl 19350 ppm
CrVI 50 ppb	CrVI 500 ppb	Pb 10 ppb	Cu 0.37 ppb	Na 10780 ppm
Hg 0.5 ppb	Hg 5 ppb	CrVI 50 ppb	Fe 6.4 ppb	Mg 1280 ppm
Zn 30 ppb	Cu 3 ppm	Hg 0.5 ppb	Mn 0.2 ppb	S 898 ppm
Mn 200 ppb	Zn 2 ppm	Zn 1 ppm	Zn 0.17 ppb	Ca 412 ppm
Mo 70 ppb	Fe 10 ppm	Al 200 ppb	B 8.2 ppb	K 399 ppm
Cd 10 ppb	Mn 10 ppm	Fe 300 ppb	Al 15 ppb	Br 67 ppm
CrIII 2 ppm	Cu 1 ppm	K 0.47 ppm	Sr 7.8 ppm
Cd 100 ppb	Mn 50 ppb	Na 4.34 ppm	B 4.5 ppm
Ca 300 ppm	Mg 3.34 ppm	Si 2.8 ppm
Na 200 ppm	Ca 13 ppm	F 1.3 ppm
Mg 300 ppm	Pb, Cdほとんどない

日本分析化学会

無機成分分析用

河川水認証標準物

工業排水ミックス	セメント廃水ミックス	メッキ廃水ミックス	米ミックス
Cr⁶⁷五十ppb	Cd 500 ppb	Zn 1.3 ppm	Fe 21 ppb
Pb 5 ppm	Pb 500 ppb	Fe 0.16 ppm	Zn 18 ppb
Cd 5 ppm	Cu 6.4 ppm	CrIII 0.69 ppm	Cu 2.7 ppb
Cu 3 ppm	Fe 5.6 ppm	Ni 12 ppb	Mn 20.5 ppb
Fe 10 ppm	Zn 6.5 ppm	Cu 3 ppb	Na 10 ppb
Mn 10 ppm	K 1049 ppm	Ca 0.28 ppm	K 2.3 ppm
Zn 5 ppm	Na 787 ppm	Na 16.25 ppm	Ca 90 ppb
Ni 10 ppm	Ca 400 ppm	Mg 39 ppb	Mg 1.1 ppm
Al 10 ppm	K 50 ppb
K 1000 ppm	Cd, Pb, Hg, Al, As,
Na 780 ppm
Mg 100 ppm
Ca 400 ppm

最悪な廃水を予想

めっき廃水論文から 産業技術総合研究所計量標準センター

各廃液の最高値の NMIJ CRM-7531

1/100液
## 4 ．結果及び考察

成果の概要で述べたように、実際に開発を達成したものは表(1)-1に記載の14ターゲットのうち、4ターゲットは遂行できなかったが、試した10ターゲットは全て規制値レベルが測定可能な試験紙として完成した。内訳は、カドミウム、鉛、クロム、水銀、マンガン、亜鉛、鉄、ホウ素、フッ化物、砒素イオン用試験紙である。水銀のみ反応条件は既存 $ ^{1)} $ であり、それ以外の膜の作製条件の最適化について（1）～（9）に述べ、また併せて（10）ナノ薄膜の改質も述べる。

## （１）カドミウムイオン試験紙

カドミウム試験紙について、表(2)-2に評価基準⑤までのスクリーニングの結果をまとめた。④およその選択性は、河川水ミックスおよび米ミックスとした。10試薬から、評価基準②～④により選抜することで、5-Br-PADAPとTMPyPの2試薬になった。カドミウムイオンと反応する試薬でも、Filtration enrichmentで試薬が溶出してしまい適用できないものや、逆に反応が遅く試験紙法に適用できないものがあった。色変わりが不明瞭な試薬、感度や選択性の低いものは除外した。

感度の良かった5-Br-PADAPでは、Filtration enrichmentでは試薬漏れが観測され、Immersion testによって検出した。色変化は、図(2)-2にあるようにカドミウムイオン濃度が上がるにつれて黄色からオレンジ、赤色となった。反応最適pHは8.4、分析時間（浸漬時間）は60分であった。この色変化を反射吸収スペクトルの強度変化から数値化することは困難だったため、人間の目に近い三色刺激で分析可能な色彩計にて評価を行った。La*b*表色系での色の推移およびΔE(=(a^{*2}+b^{*2})^{1/2})による検量線を図(2)-3に示す。検量線の式は、I=54.425(1-e^{-0.00425C})（r^{2}=0.99332）で表され、3σ(n=7)（Cd 0 ppbを7回測定し算出）から求めた検出限界は18.33 ppb、定量範囲は～約700 ppbであった。また、TMPyP/Saのナノコンポジット膜では、Immersion testでは反応が遅すぎ、Filtration

enrichmentでのみ検出を行った。色変化は図(2)-4にあるように、茶色から緑色への明瞭な変化であった。反応最適pHは10、分析時間（吸引時間）は23分であった。TLCスキャナで485 nmの1×16 mmビームでの反射吸収強度の積算値から求めた検量線の式は、 $ I=16506.44\ (1-\mathrm{e}^{-0.05c})\ (\mathrm{r}^{2}=0.9929 $ であり、 $ 3\sigma(n=8) $ から求めた検出限界は0.102 ppb、定量範囲は1～200 ppbであった。
表(2)-2 カドミウムイオン用試薬 評価基準②～⑤でのスクリーニング結果

膜	②Cdとの反応、③およその感度a)	④およその選択性	⑤感度
Zincon/Latex-NR3+	Immersion: 反応せず(pH 8.4)Filtration: 抜け
Dithizone	Immersion: 反応するが、剥離Filtration: 反応するが、抜け(pH 5)青灰色→赤茶色 10 ppb以下～	河川Mixと反応せず米Mixと反応せず
EBT/Latex-NR3+	Immersion: 青→紫(pH 8.4) 100 ppbくらい～Filtration: 抜け	河川Mixと反応(Znの妨害大)米Mixと反応
5-Br-DMPAP	Immersion: 黄→橙(pH 8.4) 200 ppbくらい～Filtration: 抜け	河川Mixと反応せず米Mixと反応
5-Br-PADAP	Immersion: 黄→橙→赤橙(pH 8.4)100ppbくらい～Filtration: 抜け	河川Mixと反応せず米Mixと反応(Znと予想)	Immersion定量範囲:～約700 ppb検出限界:18.33 ppb
3,5-DiBr-PADAP	Immersion: 黄→赤紫(pH 8.4) 100ppbくらい～Filtration: 抜け	河川Mixと反応米Mixと反応(CuとZnに反応)
PAN	Immersion: 黄→橙(pH 8.4) 200 ppbくらい～	河川Mixと反応せず米Mixと反応
TAN	反応せず
XO	Immersion:1 ppm～
TMPyP/SA	Immersion:反応せず(pH 10)Filtration: 茶→緑	—	Filtration定量範囲:1-200 ppb検出限界:0.102 ppb
図(2)-2 5-Br-PADAPナノ粒子膜によるカドミウムイオンの検出

図(2)-3 5-Br-PADAPナノ粒子膜によるカドミウムイオンの色彩計(La*b*表色系)による検出

図(2)-4 TMPYP/SAナノコンポジット膜によるカドミウムイオンの検出
## （２）鉛イオン試験紙

表(2)-3 に評価基準⑤までの結果を示す。XO 、Lumogallion、EBT に関しては、反応するが、排水基準の 100 ppb が目視できないもしくは色変化が不明瞭のいずれかの理由のため断念した。

MTB/LatexNR_{3}^{+}試験紙では、鉛イオン濃度に応じて、緑灰色～紫～青へと色相が変化する、目視に適した試験紙であったが、浸漬中に溶液中にMTBが漏れ出してしまい、開発を断念した。結果、TMPyP試薬が選出された。

TMPyP/SA 試験紙は、鉛イオン濃度の上昇に伴い薄茶色から黄緑色へと変化する。最適反応条件は、最適 pH 8.0、検出方法は filtration enrichment であった。20℃、100 mL の検液での、TLC スキヤナの条件を 480 nm、 $ 1 \times 16 $ mm ビームとした時の反射吸収強度の積算値から、検量線の式は、 $ I=3066.4+15641(1-e^{-0.0588c}) $ ( $ r^{2}=0.97946 $ ) となり、3σ(n=7) から求めた検出限界は 0.99 ppb、定量範囲は～100 ppb であった。

表(2)-3 鉛イオン用試薬 評価基準②～⑤でのスクリーニング結果

試薬☑	② Pbとの反応、③ およその 感度a)☑	④ およその選択性☑	⑤ 感度☑
XO☑	Immersion:薄茶→薄ピンク☐ 200ppb～☑
MTB☑	Immersion:薄緑→水色or紫色☐ 100ppb～☑試薬漏れ)☐ Filtration:☑減け☐	Cd,Co,Cu,Zn,Mnの妨 害あり☑
PR☑	Immersion:反応せず pH6.15☐
EBT☑	Immersion:青色→濃い青色 (pH8)☐ Filtration:減け☐
Dithizone☐	Immersion:剥離(pH3.0～ pH4.2)☐ Filtration:反応せず(pH3.0～ pH4.2)☑
Zincon☑	Immersion:反応せず(pH8)☐ Filtration:☑
Lumogallion☐	Immersion:オレンジ→黄色☐ <500ppb～☑
TPPS☐	Immersion:☑色→黄色、条件 が不安定☐
TMPyP☑	Filtration:薄茶色→黄☑H8.0)☑☑ 水道水Mixと反応☑	Filtration☐ 定量範囲:～100ppb☑ 検出限界:0.99ppb☑
## （３）クロムイオン試験紙

評価基準①を、クロムアズロールS、5-Br-PADAP、5-Br-PAPS、ジチゾンの4試薬がクリアしていた。評価基準②のターゲットとの反応性で、クロム(VI)とはいずれの試験紙も反応せず、クロム(III)ではクロムアズロールS/Latex-NR $ _{3}^{+} $ 膜のみが反応し、検出方法はimmersion testで、図(2)-5のように茶色から青色への変化をした。最適pHは5であった。暫定的な検量線から、

図(2)-5 クロムアズロールS /Latex-NR_{3}^{+}膜によるクロム(III)の検出 定量範囲は約30～2,000 ppbである。

## （４）マンガンイオン試験紙

候補試薬が11であったが、評価基準①をクリアした試薬は、5-Br-PADAP、3,5-DiBr PADAP、PAN、TANの4試薬で、このうち5-Br-PADAP、3,5-DiBrPADAP、PANがMn(II)と反応し、評価基準②をクリアした。最終的に、3,5-DiBr-PADAPナノ粒子膜が③のおおよその感度および④のおおよその選択性（井戸水での定量ニーズがあるため、水道水および河川水とした）をクリアした。最適pHは9.2で、検出方法はimmersion test、図(2)-6のようにオレンジから紫への変化をする。色彩計でのΔE $ =\left(L^{*2}+a^{*2}+b^{*2}\right)^{1/2} $ による検量線の式は、 $ I=15.991+35.368(1-e^{-0.0035494c}) $ $ (\mathrm{r}^{2}=0.99519) $ 、 $ 3\sigma(n=5) $ から求めた検出限界は1.36 ppb、定量範囲は約～700 ppbであった。

図(2)-6 3,5-DiBr-PADAPナノ粒子膜によるマンガン(II)の検出
## （５）亜鉛イオン試験紙

Zincon/Latex-NR_{3}^{+}膜は、Immersion test のみであるが、周期律表が上下で性質の似通ったカドミウムイオンと反応しないことがわかっており、有望である。図(2)-7 のように、亜鉛濃度の上昇に従って、リトマス紙のように赤から紫、青に変化する。TLC スキャナを用いて、検量線は I=972.63 + 1982.6 $ (1-\mathrm{e}^{-0.002747c}) $ $ (R^{2}=0.98599) $ となり、検出限界は 48.6 ppb $ (3\mathrm{s}, n=10) $ 、定量範囲は～約 1 ppm であった。

電子頭微鏡観察とエネルギー分散型 X 線分光法（EDX）にて、亜鉛イオンを含む溶液に浸漬した後の Zincon/Latex-NR_{3}^{+} 膜の断面観察を行ったところ、図(2)-8 のように、Zincon/Latex-NR_{3}^{+} 膜のみ、亜鉛が観測され、メンブレンフィルターには観測されなかった。これはナノ薄膜試験紙の検出コンセプトの通り、Zincon/Latex-NR_{3}^{+} 膜のみが亜鉛を濃縮しているために、高感度検出となることを証明している。

図(2)-7 Zincon/Latex- $ NR_{3}^{+} $ ナノコンポジット膜による亜鉛(II)の検出

図(2)-8 Zincon/Latex- $ NR_{3}^{+} $ ナノコンポジット膜の断面図とEDX分析