Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
課題名 B-1005 環境基準項目の無機物をターゲットとした現場判定用高感度ナノ薄膜試験紙の開発

課題代表者名 高橋 由紀子（長岡技術科学大学 環境建設系 環境材料科学研究室）

研究实施期间 平成22～24年度

累計予算額 14,025 千円（うち 24 年度 4,275 千円）

予算額は、間接経費を含む。

本研究のキーワード(5～10個以下程度) 高感度ナノ薄膜試験紙、無機有害イオン、簡易分析、ppbレベル、環境基準、排水基準

研究体制

（1）膜の作製条件の最適化 （長岡技術科学大学）

（２）ターゲットとの反応条件の最適化 （長岡技術科学大学）

（3）機器分析を用いた試験紙のクロスチェック1（（独）産業技術総合研究所）

（4）妨害イオンの影響および実サンプルへの適用（長岡技術科学大学）

(5) 機器分析を用いた試験紙のクロスチェック2 ((独)産業技術総合研究所)

## 研究概要

### 1. はじめに(研究背景等)

環境規制は厳しくなる一方であり、我が国でも要監視項目が追加され、WHOのガイドラインに沿って、基準値の遵守のために排出基準が設けられる等、環境保護の体系化が世界共通で進んでいる。現在までの分析法の開発は、高感度化と高精度化を合言葉に機器分析のみに偏って進められ、各国の公定法も多くは機器分析である。しかしながら機器分析では、高額な導入コストはもちろん、複雑な実試料に対する高度な前処理技術と機器分析の技術をもつ専門のオペレーター、キャリアガスや建物等のインフラを必要とするため、発展途上国での水質調査や中小事業所での排水管理、分析数の多い汚染物質の動態調査や農産物の汚染実態の把握などは不可能であり、さらに一週間程度の時間も必要となるため、災害時の飲み水（井戸水）緊急調査、日常的な工場排水の管理、土壌洗浄後時の評価などにも不向きである。すなわち現状では基準値はあるものの、限られた範囲内での調査に留まり、真の環境管理は成されていない。このような実情の下、

表 1 環境基本法並びに水質汚濁防止法の定める基準のうち無機物（14項目）抜粋

項目☐☐	環境基準☐☐	排水基準☐☐
カドミウム☐☐	10☐☐pb☐☐	100☐☐pb☐☐
鉛☐☐	10☐☐pb☐☐	100☐☐pb☐☐
六価クロム☐☐	50☐☐pb☐☐	500☐☐pb☐☐
総水銀☐☐	0.5☐☐pb☐☐	5☐☐pb☐☐
ニッケル☐☐	—☐☐
モリブデン☐☐	70☐☐pb☐☐
全もしくは溶解性マンガン☐☐	200☐☐pb☐☐	10☐☐pm☐☐
全亜鉛☐☐	30☐☐pb☐☐	2☐☐pm☐☐
銅☐☐	3☐☐pm☐☐
溶解性鉄☐☐	10☐☐pm☐☐
セレン☐☐	10☐☐pb☐☐	100☐☐pb☐☐
ほう素☐☐	1☐☐pm☐☐	海域以外10☐☐pm海域230☐☐pm☐☐
ふつ素☐☐	800☐☐pb☐☐	海域以外8☐☐pm海域15☐☐pm☐☐
砒素☐☐	10☐☐pb☐☐	100☐☐pb☐☐

「その場で迅速に規制値を超えているか否かを判定できる」簡易分析法が世界的に切望されている。公定法で正確な値を出すことは必要だが、現場では基準値を超えているか否か迅速に判定できることの方がより重要で、現場判定法として、本ナノ薄膜試験紙の開発が急務である。機器分析が一応の完成を見た今、真の意味での環境管理を日常化し、一般社会に浸透させるために、基準値レベルの低濃度を・誰でも・迅速に・現場で判定できる方法として本研究を提案する。表1に本研究のターゲットとする無機物を示す。いずれもppbレベルでの検出が必須であり、実サンプルに含まれる多種多様な妨害成分の影響を受けない選択性が必要である。これに対し、独自にナノテクノロジーを駆使することで、有機比色試薬のナノ粒子もしくはナノコンポジットからなる薄膜を作製
する技術を確立し、これを用いた高感度なナノ薄膜検出法を発案した。これは有害金属イオンをターゲットとした、世界初の規制値（ppb）レベルが測定可能な試験紙を用いた分析法であり、“誰でも・迅速に・その場でできる”現場分析法への適用を目指している。

### 2. 研究開発目的

本研究では、表1の14項目の無機物（カドミウム、鉛、六価クロム、水銀、ニッケル、モリブデン、マンガン、亜鉛、銅、鉄、フッ化物、ヒ素、セレン、ホウ素）のイオンに対する基準値レベルが現場で判定可能なナノ薄膜試験紙の創出を目標に、最終的には7割程度の試験紙の提供を目指している。カドミウム、鉛、六価クロム、水銀、ニッケル、モリブデン、マンガン、亜鉛、銅、鉄、セレン、ホウ素イオンに対しては、既存の有機比色試薬群からのスクリーニング試験となる。一方、フッ化物、ヒ素イオンについては、ナノ薄膜試験紙に適した比色試薬がないため、反応系自体を新たに創出する基礎研究がメインとなる。スクリーニング試験の際の評価基準は、図1にあるように、①ナノ薄膜作製の可能性、②ターゲットイオンとの反応性、③およその感度、④およその選択性、⑤感度、⑥選

ターゲットに対する、基準値レベルが現場で判定可能なナノ薄膜試験紙の創出を目的とする。特に④までクリアした試験紙に対し、⑤から⑦では選別はせず、個々の使用条件、性能等を試験紙の仕様としてまとめる。シリーズ化して成果を投稿することで、ナノ薄膜検出法という新しい分析の方法論を世界に認知させることを目的とする。

評価基準①～⑦は以下の通りである。

図１ナノ薄膜試験紙のスクリーニングテストの評価基準

① ナノ薄膜作製の可能性: 膜にできるかできないかを試み、pH, 試薬量、成長時間等の分散液の作製条件を最適化し、膜の評価を電子顕微鏡観察やJISの鉛筆法等で評価し、再度分散液の作製条件を最適化する。これにより定量的な製膜(捕集率97%以上)ができるか否かで判断する。

② ターゲットイオンとの反応性: 試験紙法 (Immersion test: 1/6カットした試験紙を、ターゲットイオン1 ppmを含む、最適pHに合わせたサンプル量20 mLに浸漬) および通液濃縮法 (Filtration enrichment: φ25 mmカットした試験紙に、ターゲットイオン100 ppbを含む、最適pHに合わせたサンプル量100 mLを通液する) で反応するか。

③およその感度:⑦に適したレベルにあるか、排水基準が測定可能かどうか。

④およその選択性: 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、河川水ミックスや排水基準ミックス、メッキ廃液ミックス、米ミックスなど。

⑤ 感度:①～④を受けて製膜条件および反応条件を最適化し、検量線を作成する。

⑥ 選択性:④から予想される妨害イオンを調査し、妨害除去方法を考案する。

⑦ 実試料への適用: ターゲット毎に最もニーズのありそうな実試料にて。

### 3. 研究開発の方法

本研究の研究体制を図2に示す。高橋は開発を、和久井は評価を専門に担当し、上記の評価基準に応じてターゲットとの反応特性の評価および選定を効率的に行える仕組みとした。サブテーマの最終段階で和久井の分析による評価を受け、そのフィードバックでもう一度最適化を行うという、分業体制をとっている。各サブテーマにおける開発方法を以下に示す。

## (1) 膜の作製条件の最適化

有機比色試薬群について、製膜の有無を確認し、可能なものについては捕集率97％以上の定量的製膜が可能となるよう、成膜条件を最適化し、膜を試作した。ナノ粒子の評価に電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）、粒径及び

图 2 研究体制

基準値判定用ナノ薄膜試験紙の創出
ゼータ電位測定装置を用い、分散液の作製条件を求めた。また膜の評価を化学的・機械的強度の測定や電子頭微鏡観察、薄層クロマトグラフィーデンシトメーター（TLCスキャナ）による表面分析等で行った。サブテーマ（2）、（3）を受けて、感度を評価関数として作製条件を再度最適化した。サブテーマ（4）、（5）を受けて、試験紙の選択性改善およびマスキング剤を併用した実サンプルへの適用を目的として、膜の作製条件を再度最適化した。

## (2) ターゲットとの反応条件の最適化

サブテーマ（1）で試作した試験紙を用い、Immersion testとFiltration enrichmentにて反応するか否かを検討した。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、スクリーニングした。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選別した。詳細に使用条件を調べ、感度として検量線を作成した。

## (3) 機器分析を用いた試験紙のクロスチェック1

サブテーマ(2)のサンプル溶液のpHや流速、量とターゲットの抽出率との関係を誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS)や誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP-OES)にて評価し、定量的に膜にターゲットが捕捉されるように、(2)へ最適化を促した。同時に使用条件が決定された試験紙について、感度のクロスチェックを行った。

## (4) 妨害イオンの影響および実サンプルへの適用

サブテーマ(2)および(3)にて、使用条件および感度が決定された試験紙について、ターゲット毎に最もニーズのありそうな実試料中に含まれるイオンを中心として妨害イオンの影響を詳細に調査し、選択性を求めた。個々の試験紙や分離条件に適したマスキング剤を選択し、適宜添加して、除去条件を見出した。必要であれば、反応条件や膜の作製条件の最適化を再度促した。人工もしくは実サンプルへの適用を行い、試験紙の仕様書を決定した。

## (5) 機器分析を用いた試験紙のクロスチェック2

サブテーマ(4)の人工および実サンプルでのクロスチェックを行い、使用条件、感度が決定された試験紙について、妨害イオンの影響をICP-MSやICP-OESにて求めた。除去条件をクロスチェックし、最適化を促した。ターゲットとの反応条件、必要であれば膜の作製条件の最適化を再度促した。

サブテーマと評価基準①～⑦との関係は、サブテーマ（1）が全評価基準①～⑦、サブテーマ（2）は②～⑤、サブテーマ（3）が⑤、サブテーマ（4）が⑥、⑦、サブテーマ（5）が⑥、⑦となる。

### 4. 結果及び考察

実際に開発を遂行したものは表1に記載の14ターゲットのうち、時間と人員不足のため遂行できなかった4ターゲットを除く10ターゲットであり、これら10全てで規制値を測定可能な試験紙を完成した。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。

## (1) 膜の作製条件の最適化

本ナノ薄膜試験紙の作製方法は、有機比色試薬を、疎水性試薬では一旦ナノ粒子分散液に、水溶性試薬ではナノコンポジット分散溶液とし、これを目の細かなメンブレンフィルター上に表面ろ過することで作製する。これら2つの製膜法について、膜の作製条件を以下の3段階で最適化する。第1段階はナノ薄膜作製の可能性として定量的製膜（97%以上捕集）を目的として、第2段階ではターゲットイオンに対する感度および選択性の最適化を目指して、最後に第3段階で選択性改善および実試料への適用を目的として、それぞれナノ分散液作製条件や粒子成長条件および製膜条件を再検討し、向上させた。

カドミウム、鉛、クロム、マンガン、鉄、ホウ素イオン用試験紙については水溶液系で反応することが知られている有機比色試薬群から製膜の有無によるスクリーニングを行った。水銀イオンについては、感度および選択性が高いことで知られるDithizoneのみを試し、亜鉛イオンについても、高感度な試薬は多いがどれも選択性に欠けるため、選択性がもっとも優れたZinconに限定した。フッ化物イオンおよび砒素イオンについては新規反応系の開発の基礎研究を行った。カドミウム、鉛、クロム、マンガン、鉄、ホウ素イオン用の候補試薬群からの、定量的に製膜可能な試薬の割合は約67%にも及び、2つの製膜法の汎用性の高さを実証した。フッ化物イオン試験紙について、フラボノールと酸化ジルコニウムナノ粒子からなる新たな反応系を見出し、また砒素イオンについても、全pH領域で発色するモリブデンブルー法に基づく新規固相反応系を発見した。

同時にナノコンポジット膜の作製に適したナノ担体も調査し、本試験紙に適した新たなナノ担体として酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウムが優れていること見出した。

## (2) ターゲットとの反応条件の最適化

本サブテーマでは、規定の反応条件下でImmersion testもしくはFiltration enrichmentの2つの検出方法で反応するか否か、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、およその感度にて排水基準が検
出できるかできないかで選別し、さらにおよその選択性にて、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(排水基準値での各種イオンの混合液)、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相当の混合液等にターゲットイオンを添加することで、妨害が著しいものは選別する。選出された試験紙については、この先は選別を行わず、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成し、検出範囲および検出限界を求める。カドミウム、鉛、クロム、マンガン、鉄、ホウ素イオンについては、上述のように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。水銀および亜鉛イオン試験紙についてはDithizoneもしくはZinconを用いた試験紙の検出方法および最適反応条件を求め、検量線を作成した。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。カドミウムでは2試薬が、他鉛、クロム、水銀、マンガン、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-NR_{3}^{+}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-NR_{3}^{+}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-NR_{3}^{+}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-NR_{3}^{+}ナノコンポジット膜、Immersion test)、フッ化物イオン試験紙(Flav-s/ZrO_{2}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-NR_{3}^{+}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。

## (3) 機器分析を用いた試験紙のクロスチェック1

ナノ薄膜試験紙の反応性のクロスチェックとして、本サブテーマ（3）は（2）でのターゲットイオンの抽出率と流速、試薬量、ターゲットイオンの濃度、添加剤の種類等の関係を、ICP-OESおよびICP-MSで評価し、定量的にターゲットイオンが膜に捕捉されるように、サブテーマ（1）、（2）へ更なる最適化を促す。これに関して、5-Br-PADAP ナノ粒子膜からなるカドミウムイオン試験紙の分析1回、TMPyP/SAナノコンポジット膜からなる鉛イオン試験紙の分析1回を行った。結果、またサブテーマ（2）のナノ薄膜の改質に関して、5-Br-PADAP ナノ粒子膜によるカドミウムイオン試験紙にて、ドロップテストの分析1回、カチオン性ポリマーの添加実験の分析1回、ポリマー各種添加実験の分析1回の計3回の分析を行った。全てに於いて、ICP発光分析およびICP質量分析による分析の妥当性を確認した。

## (4) 妨害イオンの影響および実サンプルへの適用

評価基準④まで既に選出された試験紙に対し、ターゲットイオンの選択性に関する評価、妨害除去方法、実試料への適用、実試料での問題点から膜の作製条件や反応条件を最適化し、さらに妨害除去条件や前処理法などを考案し、最終的にどのような実サンプルへ試験紙が適しているか、仕様書とする。結果、カドミウムイオン試験紙では、5-Br-PADAPナノ粒子膜では河川水や水道水レベルまで適用可能であったが、TMPyP/SAナノコンポジット膜では有効なマスキング条件が見つからず、適用可能な環境サンプルは皆無であった。鉛イオン試験紙では、TMPyP/SAナノコンポジット膜にて、pH 8で3種類のマスキング剤を添加することで妨害除去が可能となり、河川水に適用可能であった。水銀イオン試験紙では、ジチゾンナノ繊維膜にて、酸性およびEDTA存在下で、ほぼ妨害なしとなり、河川水、水道水はもちろん、工業排水、海水にまで応用可能で、非常に高選択性である。マンガンイオン試験紙では、3,5-DiBr-PADAPナノ粒子膜にて、マスキング剤2種混合にて妨害を除去することが可能で、河川水、水道水レベルまで適用可能である。亜鉛イオン試験紙では、Zincon/Latex-NR_{3}^{+}ナノコンポジット膜にて、マスキング剤を3種類混合することで除去可能で有り、特にメッキ排水まで適用可能な優れた方法である。フッ化物イオン試験紙では、アルミニウム、鉄、銅などのカチオンはEDTAにて除去可能であるが、リン酸が多量に含まれると妨害となるため、河川水レベルに適用可能である。砒素イオン試験紙では、フッ化物、ホウ素、シリカ等のアニオンは妨害しないが、リン酸は妨害するため、リンの除去が必要で、河川水レベルに適用可能である。

## (5) 機器分析を用いた試験紙のクロスチェック2

ナノ薄膜試験紙のサブテーマ（4）の人工および実サンプルでのクロスチェックを行い、使用条件、感度が決定された試験紙について、妨害イオンの影響をICP-MSやICP-OESにて求めた。除去条件をクロスチェックし、最適化を促した。ターゲットとの反応条件、必要であれば膜の作製条件の最適化を再度促した。1）カドミウムイオン試験紙の実サンプルとして米酸抽出液の成分分析、2）亜鉛イオン試験紙の実サンプルとして鍍金廃液および処理水の成分分析、3）鉛イオン試験紙の人工サンプルとして釣りおもりから溶出した鉛イオンの定量、4）砒素
イオン試験紙の実サンプルとして瀬波温泉（新潟県村上市）中の砒素の定量、かのせ赤湯温泉（新潟県東蒲原郡阿賀町）中の砒素の定量、井戸水（新潟県）および40ppbの砒素イオンをスパイクした井戸水について、砒素の定量分析を行った。1)では、カドミウムイオン試験紙をカドミ米の分析へ適用することを想定し、カドミ米標準物質中のカドミウムイオンおよび妨害となるマンガン、亜鉛イオン濃度を、酸抽出液としてから求めた。2)では、実際に鍍金業から頂いた排水の原液と処理水について成分分析を行い、亜鉛イオン試験紙で分析結果とクロスチェックを行った。メッキ排水は事業所によってメッキの種類が異なり、また受注によってその濃度が変化するため、事業所の方に話を伺いながら、含まれると予想される亜鉛、クロム、ニッケル、マンガン、銅、コバルト、鉛を分析した。この成分分析結果と比較することで、亜鉛イオン試験紙の妨害除去方法の見直しや前処理などを検討した。3)では、鉛イオン試験紙の人工サンプルとして、鉛製の釣りおもりからの超純水および水道水への鉛の溶出についてクロスチェックを行った。超純水では浸漬6時間以降200～300ppbが検出され、これはICP-OESによる結果と一致した。水道水ではICP-MSと若干の差が認められたが、20ppb前後を検出可能であった。4)砒素イオン試験紙の実サンプルとして、砒素を含むとされる瀬波温泉およびかのせ赤湯温泉についてはそのまま、井戸水については含まれている砒素が5ppb以下であるため、40ppbの砒素を添加してサンプルとし、水素化物発生ICP-OES法にて測定した。結果、瀬波温泉では試験紙で約15ppb、水素化物発生ICP-OES法で10～12ppbと良好に一致したが、かのせ赤湯温泉では59ppb～2500ppbと分析値が全く異なった。これはかのせ赤湯温泉は、温泉成分表によると高濃度のシリカを含んでいるためと予想した。

### 5. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

1. ナノ薄膜試験紙とすることで、高感度化、選択性の向上を実証した。

ナノ薄膜試験紙は世界初のppbレベルのイオン試験紙であり、薄膜構造による高感度化のコンセプトにより、高感度試験紙のプラットフォームとして期待できる。

### 2. ナノ薄膜試験紙の汎用性を実証

製膜可能な、97%以上捕集可能な、有機比色試薬は試した物のうち約67%にも達する。疎水性試薬および水溶性試薬に対する2つの製膜法より、多くの低分子有機化合物が膜になる。製膜方法のプラットフォームとして期待できる。

### 3. ナノコンポジット用ナノイオン交換体（担体）の探索

ナノコンポジット膜タイプの試験紙の作製用の新たなナノ担体として、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウムが優れていることを見出した。

### 4. フッ化物イオン試験紙および砒素イオン試験紙では新しい反応系を発見

フッ化物イオン試験紙では、フラボノールスルホン酸と酸化ジルコニウムナノ粒子との新規な蛍光性ナノコンポジット膜を見出し、フッ化物イオンとフラボノールスルホン酸との置換反応に基づき、蛍光が定量的に減衰するためフッ化物イオンの定量を可能とした。砒素イオン試験紙では、水溶液のモリブデンブルー法を固相の試験紙へと展開することに成功し、水溶液より100倍程度高感度化した。また、通常モリブデンブルー法は強酸性下にて行うが、本試験紙では全pH領域で青色発色することを見出し、新規なヘテロポリ酸が生成している可能性がある。

### 5. Immersion testにおける反応時間短縮への知見の獲得

Immersion testでは、分析操作は極めて簡単であるが、ppbレベルのターゲットを検出するため時間がかかる。あらかじめナノ薄膜に親水性物質等を添加し、改質することで、水の浸透性の大幅な改善につながり、dip & readの迅速分析となる可能性も示唆された。

## (2) 環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない

## ＜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-MSI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。

### 6. 研究成果の主な発表状況

## (1) 主な誌上発表

## <査読付き論文>

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通液濃縮法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」

## (2) 主な口頭発表 (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)

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」

### 7. 研究者略壓

課題代表者:高橋 由紀子

東北大学大學院工学研究科修了、工学博士、現在長岡技術科學大學環境建設系 准教授
## 研究参画者

(1): 高橋由紀子(同上)

(2): 和久井喜人

東北大学大学院工学研究科修了、工学博士、現在産業技術総合研究所コンパクト化学システム研究センター先進機能材料チーム 主任研究員
# 環境基準項目の無機物をターゲットとした現場判定用 高感度ナノ薄膜試験紙の開発

## (1) 膜の作製条件の最適化

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：7,581千円（うち、平成24年度予算額：1,994千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

本ナノ薄膜試験紙の作製方法は、有機比色試薬を、疎水性試薬では一旦ナノ粒子分散液に、水溶性試薬ではナノコンポジット分散溶液とし、これを目の細かなメンブレンフィルター上に表面ろ過することで膜として作製する。これら2つの製膜法について、膜の作製条件を以下の3段階で最適化する。第1段階はナノ薄膜作製の可能性として定量的製膜（97%以上捕集）を目的として、第2段階ではターゲットイオンに対する感度および選択性の最適化を目指して、最後に第3段階で選択性改善および実試料への適用を目的として、それぞれナノ分散液作製条件や粒子成長条件および製膜条件を再検討し、向上させた。

カドミウム、鉛、クロム、マンガン、鉄、ホウ素イオン用試験紙については水溶液系で反応することが知られている有機比色試薬群から製膜の有無によるスクリーニングを行った。亜鉛イオンについては、高感度な試薬は多いがいずれも選択性に欠けるため、選択性がもっとも優れたZinconに限定した。フッ化物イオンおよび砒素イオンについては新規反応系の開発の基礎研究を行った。カドミウム、鉛、クロム、マンガン、鉄、ホウ素イオン用の候補試薬群からの、定量的に製膜可能な試薬の割合は約67%にも及び、2つの製膜法の汎用性の高さを実証した。フッ化物イオン試験紙について、フラボノールと酸化ジルコニウムナノ粒子からなる新たな反応系を見出し、また砒素イオンについても、全pH領域で発色するモリブデンブルー法に基づく新規固相反応系を発見した。

同時にナノコンポジット膜の作製に適したナノ担体も調査し、本試験紙に適した新たなナノ担体として酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウムが優れていること見出した。

## [キーワード]

試験紙、有害無機イオン、色素ナノ粒子、ナノコンポジット、薄膜
### 1. はじめに

表(1)-1に今回ターゲットとする無機物を示す。これらを測定する際の問題点は、いずれもppbレベルであり、加えて実サンプルが多種類かつ高濃度の妨害成分を含むことであり、現在はJIS K0102を基本としており、ほとんどが機器分析で、サンプルの前処理に高度なスキルと多大な労力、時間、費用を必要とする。現存する簡易分析法として、吸光分析法、イオン選択性電極、イオン試験紙等があるが、感度はppmレベルに止まり、水道水のように比較的妨害を含まないサンプルに対してのみ適用可能であり、またターゲットが限定されており、網羅的な分析手法は存在しない。

表(1)-1 環境基本法並びに水質汚濁防止法の定める基準のうち無機物（14項目）抜粋

項目☐☐	環境基準☐☐	排水基準☐☐
カドミウム☐☐	10☐☐pb☐☐	100☐☐pb☐☐
鉛☐☐	10☐☐pb☐☐	100☐☐pb☐☐
六価クロム☐☐	50☐☐pb☐☐	500☐☐pb☐☐
総水銀☐☐	0.5☐☐pb☐☐	5☐☐pb☐☐
ニッケル☐☐	—☐☐
モリブデン☐☐	70☐☐pb☐☐
全もしくは溶解性マンガン☐☐	200☐☐pb☐☐	10☐☐pm☐☐
全亜鉛☐☐	30☐☐pb☐☐	2☐☐pm☐☐
銅☐☐	3☐☐pm☐☐
溶解性鉄☐☐	10☐☐pm☐☐
セレン☐☐	10☐☐pb☐☐	100☐☐pb☐☐
ほう素☐☐	1☐☐pm☐☐	海域以外10☐☐pm海域230☐☐pm☐☐
ふつ素☐☐	800☐☐pb☐☐	海域以外8☐☐pm海域15☐☐pm☐☐
砒素☐☐	10☐☐pb☐☐	100☐☐pb☐☐

研究代表者は独自に、ナノテクノロ

ジーを駆使し、有機比色試薬のナノ粒子もしくはナノコンポジットからなる薄膜を作製する技術を確立し、これを用いた高感度なナノ薄膜試験紙 $ ^{1\sim4} $ を発案した。これは有害金属イオンをターゲットとした、世界初の規制値（ppb）レベルが測定可能な試験紙であり、“誰でも・迅速に・その場でできる”現場分析法への適用を目指している。本試験紙の作製法は非常に簡便であり、図(1)-1にあるように、疎水性有機比色薬については再沈法 $ ^{5)} $ によりナノ粒子とし、またイオン性有機比色薬については反対の電荷をもつナノイオン交換体（シリカ、アルミナ、ラテックス等）にて凝集させてナノコンポジットとし、数十から300 nm程度のナノ分散液を作製する。これを孔径0.1 μm程度の目の細かなメンブレンフィルターで濾過するだけという、簡便で汎用性の高い方法である。

図(1)-1 ナノ薄膜の作製法
本膜は、ナノ物質からなる厚さ数百ナノメートルの薄膜（ナノ薄膜）であり、試薬層が均一かつ指で擦っても剥がれないほど強固に着いている。市販の金属イオン試験紙は、その感度が数十ppm以上であるのに対し、本ナノ薄膜試験紙はppbレベルであり、同じ試薬を用いても3-4桁の高感度化を達成している。これは図(1)-2にあるように、市販の試験紙の場合、試薬はろ紙の厚さ方向にほぼ均一に存在し、多くのシグナルは表面からは観測できないのに対し、本ナノ薄膜試験紙では試薬がフィルターの片面のみに

ナノ薄膜の断面図

図(1)-2 ナノ粒子保持膜の断面とナノ薄膜検出

400-700 nmの薄膜として局在するため、全てのシグナルを検出できるという特長による。測定方法としては、試験紙法とFiltration enrichmentの2通りあり、Filtration enrichmentでは試薬が固体であり溶出がないかつ通液性があるという特性を利用し、ターゲットイオンを濃縮しさらに高感度となる。水溶性マスキング剤の併用で妨害イオンを水溶性錯体として流し去ってしまうことも可能で、高選択性で、妨害に強い分析法である。

## 2 ．研究開発目的

表(1)-1にある、14項目の無機イオン（カドミウム、鉛、クロム、水銀、ニッケル、モリブデン、マンガン、亜鉛、銅、鉄、フッ化物、ヒ素、セレン、ホウ素イオン）に対する基準値レベルが現場で判

図(1)-3 スクリーニングテストの評価基準

定可能なナノ薄膜試験紙の創出を目標に、7割程度の試験紙の提供を目指す。既存の有機比色試薬 $ ^{6,7} $ が存在するターゲットイオンについては、候補試薬からのスクリーニング試験を行った。スクリーニング試験の際の評価基準は図(1)-3にあるように、①ナノ薄膜作製の可能性、②ターゲットイオンとの反応性、③およその感度、④およその選択性、⑤感度、⑥選択性、⑦実試料への適用であり、本サブテーマ（1）「膜の作製条件の最適化」は全ての評価基準に関わる。サブテーマ（1）は、研究期間中継続して行われるが、年度によって内容が異なる。平成22年度は、ナノ分散液作製条件、製膜条件をおおよそ見積もり、膜を試作、製膜の有無を確認し、化学的および機械的強度を測定した（主に評価基準①）。平成23年度はサブテーマ（2）、（3）を受けて、試験紙の反応性および感度向上を目的として、ナノ分散液作製条件および製膜条件を再検討した（②～⑤のフィードバック）。平成24年度は、サブテーマ（4）、（5）を受けて、選択性の改善、マスキング剤を併用した実試料への適用を目的として、最終的なナノ分散液作製および製膜条件を決定した（⑥,⑦のフィードック）。
一方、フッ化物および砒素イオンについては、適した有機比色試薬が存在しないため、試薬のスクリーニングではなく、ナノ薄膜試験紙に適した反応系自体を新たに創出する基礎研究である。フッ化物イオンについては、以前に研究代表者が開発した、ジルコニウムイオン-EDTA-フラボノールの水溶液での蛍光定量法 $ ^{8)} $ を応用し、試験紙という固相での反応とするために酸化ジルコニウム $ (\mathrm{ZrO}_{2}) $ ナノ粒子を用い、フラボノール類と $ ZrO_{2} $ との蛍光性複合体がフッ化物イオンとの置換反応を起こすことに基づいて、フッ化物イオンの蛍光検出用試験紙を開発する。砒素イオンは、以前から溶液での砒素(V)の定量法として知られているモリブデンブルー法 $ ^{9)} $ を、塩基性ナノ担体上でモリブデンと砒素とのヘテロポリ酸形成および還元を行わせることで試験紙とした。

特にナノコンポジット膜の作製において、以前まで用いてきた担体が、表面がトリメチルアミノ基修飾されたラテックスナノ粒子（ $ Latex-NR_{3}^{+} $ ，100 nm）、シリカ（5～10 nm）、アルミナ（～100 nm）のみであり、さらに試験紙の種類を増やすためにもナノ担体の選択の自由度を上げる必要があり、新たなナノ担体の候補を探索した。

## 3 ．研究開発方法

評価基準①では、溶液でターゲットとの反応が報告されている有機比色試薬群について、図(1)-1の2つの膜化法で膜になるかどうかで選別し、膜になる試薬についてナノ粒子もしくはナノコンポジット分散液の作製条件（pH、試薬量、ナノ担体量および種類、液温等）および粒子成長条件（静置時間）を最適化し、定量的製膜（97%以上捕集可能）となるような条件を求める。加えて、疎水性試薬は試薬粒子が50-300 nmの粒子もしくは太さ10-200 nm長さ100～2000 nm程度の繊維となるよう、イオン性試薬はナノコンポジットの大きさが100 nmを超えるように電子顕微鏡観察および粒径測定によって確認しながら、粒子成長条件を定めた。できた膜は機械的強度測定や電子顕微鏡およびTLCスキャナにより表面分析を行い評価した。評価基準②～⑤のサブテーマ（2）、（3）にてターゲットとの反応性や妨害を調査した試験紙についても、反応性および感度向上との観点から、また評価基準⑥、⑦のサブテーマ（4）、（5）にて試験紙の選択性や実サンプルでの測定を行った試験紙についても、選択性の改善およびマスキング剤を併用した実試料への適用との観点から再度膜の作製条件の見直しを行った。

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)、酸化チタン（TiO_{2}、19.7-101.0 nm、関東化学社製）、酸化セリウム（CeO_{2}、7.4-27.4 nm、関東化学社製）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。
## 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ターゲットは時間と人員不足で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。水銀のみ作製条件は既存 $ ^{4)} $ 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）ナノ担体の探索の結果も述べる。

## （１）カドミウムイオン試験紙

表1-(2)に、評価基準①での候補の15試薬からのスクリーニング結果を示す。疎水性試薬および水溶性試薬は、それぞれ再沈法もしくはナノコンポジットにより製膜したが、溶液pHによりどちらの性質も取りうる試薬は両方法にて、pHをおおまかに変化させて製膜の有無を確認した。膜になりそうな試薬は、メンブレンフィルターへの比色試薬の担持率が100%近くなるような定量的製膜条件の確立を目指して、有機比色試薬やナノ担体の酸解離定数を見定めながらpH範囲を決め、有機比色試薬やナノ担体などの添加量を調整した。例えばTMPyP/シリカSA膜の場合、pH依存性を図(1)-4に示すが、これは広いpH範囲で正に帯電しているTMPyPの影響ではなく、ナノ担体であるシリカが弱アルカリ側で負に帯電していることと相関しており、ゼータ電位の測定結果からも裏付けられた。さらに粒子やナノコンポジットがメンブレンフィルターの孔径より大きくなるよう、個々の粒子の成長時間やナノコンポジットの凝集時間にあわせて静置時間や液温をおおよそ決めた。例えば、5-Br-PADAPおよび3,5-DiBrPADAPは電子顕微鏡観察より、成長時間が1分の場合100 nm以下の粒子が多く、また5分では大きな凝集体が生じており、最適な成長時間は3分であった。また、図(1)-5のようにTMPyP/シリカSAの

図(1)-4 TMPyP/SA製膜時における TMPyPの保持率へのpHの影響

図(1)-5 シリカSA（■）およびTMPyP/SAナノコンポジット（□）の粒径分布
表(1)-2 カドミウムイオン用試薬 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
8-Quinolinol	×再沈法
Thioxine	×再沈法
Zincon	○ナノコンポジット(Latex-NR3+)	0.04mMZincon、0.175mg/mlLatex-NR3+、0.01M酢酸緩衝液(pH2.7)の混合溶液10mlを45℃で1分静置した後にろ過	最適製膜条件孔径0.45μm
Dithizone	○再沈法	2mMジチソンアセトン溶液100μlを1,000pmで攪拌した0.25mアスコルビン酸水溶液10ml(pH2.43)に射出し、1分間静置した後にろ過	最適製膜条件
1,5-Bis(4-nitrophenyl)carbohydrate	△再沈法×ナノコンポジット
1-Pyrrolidinecarbohydrate	×再沈法
EBT	○ナノコンポジット(Latex-NR3+)	0.02mMEBT、0.175mg/mlLatex-NR3+、0.01MZTAPS緩衝液(pH2.6)の混合溶液10mlを30秒以上静置した後にろ過	最適製膜条件
5-Br-DMPAP	○再沈法	2mM5-Br-DMPAPセトン溶液をマイクロシリンジで100μl取り、1,000pmで攪拌した水10ml中に射出し、ろ過a)	最適製膜条件孔径0.45μm
5-Br-PADAP	○再沈法	2mM5-Br-PADAPセトン溶液100μlを1,000pmで攪拌した25℃水10ml中に射出し、3分間静置した後にろ過	最適製膜条件孔径0.45μm
3,5-DiBr-PADAP	○再沈法	2mM3,5-DiBr-PADAPセトン溶液をマイクロシリンジで100μl取り、1,000pmで攪拌した水10ml中に射出し、3分間静置した後にろ過	最適製膜条件
PAN	○再沈法	2mMPANセトン溶液200μlを1,000pmに攪拌した0.01mTAPS緩衝液10ml(pH2.4)中に射出し、1分間静置した後にろ過	最適製膜条件
TAN	○再沈法	2mMPANセトン溶液100μlを1,000pmに攪拌した0.01mTAPS緩衝液10ml(pH2.4)中に射出し、1分間静置した後にろ過	最適製膜条件
XO	△ナノコンポジット	0.02mMXO、0.175mg/mlLatex-NR3+、0.01MZMES緩衝液(pH2.24)の混合溶液10mlを30秒以上静置した後にろ過	最適製膜条件
MTB	×ナノコンポジット
TMPyP	○ナノコンポジット(シリカSA)	0.02mMTPyP、0.1×10-5wt%シリカSA、0.01MZTris緩衝液(pH7.8)の混合溶液10mlを30秒以上静置した後にろ過	最適製膜条件

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)
ナノコンポジットは動的光散乱測定の結果、表1-(2)の条件でナノコンポジットは100 nmを越えており、製膜の妥当性を示している。表1-(2)の「製膜の有無」の欄に○で示した10試薬が評価基準①をクリアした。

カドミウムイオン用試験紙の膜の評価として、鉛筆法での機械的強度の結果は、Dithizone膜で4H、TMPyP/SA膜で4Hであった。膜厚は、断面の電子顕微鏡観察より、Dithizone膜で440 nm、TMPyP/SA膜で2.60 μm、5-Br-PADAPおよび3,5-DiBrPADAP膜で1 μm以下、PAN膜でおよそ700 nmとなった。表面の平滑さを、TLCスキャナにて膜の中心から左右15 mmを1×1 mmのビームでスキャンレシグナル強度の標準偏差から見積もったが、TMPyP/SA膜で0.0039743と、本膜は極めて均一で平滑な膜であることが示された。光や空気にて酸化分解を受けやすいDithizoneおよび5-Br-PADAP膜について、膜色の経時安定性を色彩計にて評価したが、Dithizone膜では、アスコルビン酸という還元剤で成膜し減圧して除酸素材入りのアルミバックに入れることで3ヶ月以上安定であり、5-Br-PADAP膜でも減圧して除酸素材入りのアルミバックに保存して現在までのところ3ヶ月以上、L（明度）およびa*, b*（彩度）の値は変化しなかった。5-Br-PADAPナノ粒子膜の機械的強度および安定性の実験を行った。鉛筆法での機械的強度の結果、硬度3H以上でメンブランフィルター自体が破断し、そこまで剥離が見られなかったことから2H以上となった。TLCスキャナでの455 nmの反射吸光度の表面の平滑さは、標準偏差0.00571と十分に平滑であった。膜の保存安定性については、室内照明、大気条件下ではΔE*(a*,b*)=√(a*²+b*²)が1日後14、6日後に30と退色し白色となるのに対し、遮光・除酸素条件下では30日後に4、100日後に6と黄色いままであり、これよりガスバリア袋にて除酸素剤を同封し、保存することとした

サブテーマ（2）（3）の評価基準②～⑤で選出された2試薬、5-Br-PADAP、TMPyPについては、評価基準②～⑤だけでなく、続く⑥、⑦からのフィードバックも受けた、最終の最適製膜条件となっている。

## （２）鉛イオン試験紙

鉛イオンについての候補試薬は表(1)-3に示すように11からスタートし、製膜の有無の欄に○で示した9試薬が評価基準①をクリアした。TMPyP/SA膜およびMTB/LatexNR_{3}^{+}膜については、サブテーマ（2）で評価基準②で鉛イオンとの反応が確認されたため、感度の観点から膜の作成条件を再度最適化した。

## （３）クロムイオン試験紙

表(1)-4にある10の候補試薬は、水溶液でクロム(III)もしくはクロム(VI)イオンの吸光検出が報告されているもので、製膜の有無の欄に○で示した4試薬、クロムアズロールS、5-Br-PADAP、5-Br-PAPS、ジチゾンが評価基準①をクリアした。

評価基準②で、クロム(III)とクロム(VI)の両方で反応を確認したが、唯一クロムアズロースSにてクロム(III)の検出に成功した。このため表(1)-4中のクロムアズロールSについては、評価基準⑤までのフィードバックを受けた最適な製膜条件となっている。
表(1)-3 鉛イオン用試薬 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☑☑
XO☑☑	△ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑☑	0.02mM☑O、☑0.175mg/mlLatex-NR3+、0.01☑M☑MES緩衝液(pH☑6.24)の混合溶液10☑mlを30秒以上静置した後にろ過a)☑☑
MTB☑☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)	0.03mMTB、0.375mg/mlLatex-NR3+、pH☑6.15(捕集率99.06%)の混合溶液10☑mlを1分静置した後にろ過a)☑☑
PR☑☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+) ☑☑	0.02mM☑PR、0.25mg/mlLatex-NR3+、pH11.0混合溶液10☑mlを1分静置した後にろ過a)☑☑
PV☑☑	△ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑☑
EBT☑☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑☑	0.02mM☑BT、☑0.175mg/mlLatex-NR3+、0.01☑M☑APS緩衝液(pH☑6.6)の混合溶液10☑mlを30秒以上静置した後にろ過a)☑☑
Thioxine☑	×再沈法☑☑
Dithizone☑	○再沈法☑☑☑	2mM☑ジチソンアセトン溶液100μlを1,000☑rpmで攪拌した0.25m☑スコルビン酸水溶液10☑ml(pH☑2.43)に射出し、1分間静置した後にろ過a)☑☑	最適製膜条件☑
Zincon☑☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑☑	0.04mM☑incon、☑0.175mg/mlLatex-NR3+、0.01☑M☑酢酸緩衝液(pH☑4.7)の混合溶液10☑mlを45℃で1分静置した後にろ過☑☑	最適製膜条件☑孔径0.45μm☑
Lumogallion☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑☑	0.02mM☑レモガリオン、☑0.175mg/mlLatex-NR3+、0.01☑M☑酢酸緩衝液(pH☑4.7)の混合溶液10☑mlを1分静置した後にろ過a)☑☑
TPPS☑	○ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑☑	0.02mM☑PPS、☑0.25mg/mlLatex-NR3+、0.01☑M☑酢酸緩衝液(pH☑4.7)の混合溶液10☑mlを2分静置した後にろ過a)☑☑
TMPyP☑☑	○ナノコンポジット☑(シリカ)☑☑	0.02mM☑MPyP、☑2×10⁻⁵wt%シリカSA、0.01☑M☑ris緩衝液(pH7.8)の混合溶液10☑mlを30秒以上静置した後にろ過a)☑☑	最適製膜条件☑

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)
表(1)-4 クロム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☑☑
クロムアズ ロールS☑☑	×再沈法☑	0.02mM☑☑ロムアズロールS、☑☑.15mg/mlLatex☑ 0.01mMEMES緩衝液(pH☑.15)の混合溶液10mlを1分静置した後にろ過a) 捕集率99.93%☑☑
TAR☑	×再沈法☑
PAR☑	×再沈法☑
5-Br-PADAP☑	○再沈法☑☑	2mM☑☑Br-PADAPセトン溶液100μlを1,000☑ rpmで攪拌した25℃水10ml中に射出し、3分間静置した後にろ過☑☑	最適製膜条件☑ 孔径0.45μm☑☑
5-Br-PAPSP☑	0.02mM☑☑Br-PAPSP、☑☑.15mg/mlLatex☑ 0.01mMEMES緩衝液(pH☑.15)の混合溶液10mlを1分静置した後にろ過a) 捕集率99.93%☑☑
8-キノリノール☑	×再沈法☑
チオオキシン☑☑	×再沈法☑
Dithizone☑	○再沈法☑☑	2mM☑☑チソンアセトン溶液100μlを1,000☑rpmで攪拌した0.25mMアスコルビン酸水溶液10mI(pH☑.43)に射出し、1分間静置した後にろ過a)☑☑	最適製膜条件☑
ジフエニル カルババン☑☑	×再沈法☑☑
ジフエニル カルババド☑☑	×再沈法☑☑

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)
## （４）マンガンイオン試験紙

表(1)-5にある候補試薬のうち、評価基準①製膜の可能性をクリアしたものは、5-Br-PADAP、3,5-DiBr PADAP、PAN、TANの4試薬であった。

評価基準⑤をクリアした3,5-DiBr-PADAPについて、⑦選択性まで加味した最終的な最適製膜条件となっている。

表(1)-5 マンガンイオン用試薬 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☑
カルセインブルー☑	×再沈法☑×ナノコンポジット☑
XO☑	△ナノコンポジット☑(Latex-NR3+)☑	0.02mM☑O、☑.175mg/mlLatex-NR3+、0.01mM☑MES緩衝液(pH☑.24)の混合溶液10mlを30秒以上静置した後にろ過a)☑
8-キノリノール☑	×再沈法☑
ジフェニルカルバツン☑	×再沈法☑
チオオキシン☑	×再沈法☑
5-Br-PADAP☑	○再沈法☑☑	2mM☑-Br-PADAPセトン溶液100μlを1,000☑rpmで攪拌した25℃水10ml中に射出し、3分間静置した後にろ過☑	最適製膜条件☑孔径0.45μm☑
3,5-DiBr-PADAP☑	○再沈法☑☑	2mM☑,5-DiBr-PADAPセトン溶液をマイクロシリンジで100μl取り、1,000☑rpmで攪拌した水10ml中に射出し、3分間静置した後にろ過a)☑
PAN☑	○再沈法☑☑	2mM☑PANアセトン溶液200μlを1,000☑rpmに攪拌した0.01mM☑APS緩衝液10ml(pH☑.4)中に射出し、1分間静置した後にろ過a)☑
TAN☑	○再沈法☑☑	2mM☑PANアセトン溶液100μlを1,000☑rpmに攪拌した0.01mM☑APS緩衝液10ml(pH☑.4)中に射出し、1分間静置した後にろ過a)☑
TAR☑	×再沈法☑
PAR☑	×再沈法☑

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)