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タイトル:公開特許公報(A)_亜鉛の簡易定量法
出願番号:2010122317
年次:2011
IPC分類:G01N 31/00,G01N 31/22


特許情報キャッシュ

渋川 雅美 齋藤 伸吾 代田 大祐 齊藤 和憲 JP 2011013211 公開特許公報(A) 20110120 2010122317 20100528 亜鉛の簡易定量法 国立大学法人埼玉大学 504190548 学校法人日本大学 899000057 特許業務法人アルガ特許事務所 110000084 有賀 三幸 100068700 高野 登志雄 100077562 中嶋 俊夫 100096736 村田 正樹 100117156 山本 博人 100111028 渋川 雅美 齋藤 伸吾 代田 大祐 齊藤 和憲 JP 2009135344 20090604 G01N 31/00 20060101AFI20101217BHJP G01N 31/22 20060101ALI20101217BHJP JPG01N31/00 TG01N31/22 122G01N31/00 Y 9 OL 14 2G042 2G042AA01 2G042BC11 2G042CA02 2G042CB03 2G042DA08 2G042EA01 2G042FA04 2G042FA11 2G042FB02 本発明は、種々の金属が共存する排水等の水溶液中の亜鉛濃度の正確かつ簡便な定量法に関する。 産業廃棄物、一般廃棄物等の焼却灰、工場排水等から種々の重金属が土壌、大気、水質中に排出される。これらの重金属の中には、発ガン性、催奇形性、アレルギー性、環境ホルモン毒性等を持つものが多く、排出規制が行なわれているものが多い。 この中でも亜鉛は、ヒトに対して必須元素であるにもかかわらず、過剰に摂取すると下痢・嘔吐・粘膜障害等の急性中毒を引き起こすほか、魚などの水生生物では呼吸障害による窒息死をもたらすことから排出規制がなされている。従って、工場排水等においては、適宜測定する必要がある。亜鉛の簡便な測定法としては、亜鉛の発色試薬である1−(2−ピリジルアゾ)−2−ナフトール(PAN)、2−[1−(2−ヒドロキシ−5−スルホフェニル)−3−フェニル−5−ホルマザノ]ベンゾイックアシッド(Zincon)等を用いた比色法が汎用されている。 しかし、PAN等を用いた比色法では、亜鉛以外にニッケル、マンガン、鉄、銅等の金属イオンでも同様の呈色反応を示し、2種以上の金属を含む水溶液中の亜鉛濃度を正確に測定することはできなかった。亜鉛以外の金属をマスキングする手段としてマスキング剤を併用することが考えられるが、ニッケルやマンガンが共存した場合には、亜鉛だけを正確に測定することはできなかった。 一方、金属イオンの分離手段として、水性二相抽出法が知られており、本発明者は、水性二相系に、ハロゲン化物イオン又はチオシアン酸イオン、及び錯形成剤を添加すれば亜鉛等の金属イオンを他の金属イオンと分離できることを見出し、先に報告した(特許文献1)。特開2003−154201号公報 しかしながら、前記水性二相抽出法では、亜鉛の定量においては、水性二相抽出段階で鉄イオン、銅イオン及びコバルトイオンの分離が十分でない、操作が煩雑で日常的な排水中の亜鉛測定には不向きである等の問題があった。 従って、本発明の目的は、種々の金属が共存する水溶液中の亜鉛のみを、簡便な操作で正確に測定できる手段を提供することにある。 そこで本発明者は、簡便な操作と正確な測定という相反する課題の両立を図るべく種々検討した結果、まず、ポリエチレングリコールとチオシアン酸イオンを併用した亜鉛の水性二相抽出段階において、硫酸アルカリ金属塩と酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを組み合せて使用することにより、鉄イオン及び銅イオンと亜鉛イオンとを分離できることを見出した。次に、分相された二相のうち、上相に含まれるコバルトイオンについてはジアミンと酸化剤との組み合せにより錯体とすることができ、また一部上相に抽出される銅イオン、マンガンイオン及びニッケルイオンについてはそれぞれ特異的なマスキング剤を用いることによりマスキングできることから、上相に、これらのマスキング剤と亜鉛イオンの発色剤を作用させれば亜鉛イオンに基づく発色反応のみが得られ、10ppbレベルという低濃度の亜鉛イオンのみが正確に分析できることを見出し、本発明を完成した。 すなわち、(A)被検水に、平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを添加して溶解させ、(B)該溶液を静置又は遠心分離により二相に分離して上相を採取し、(C)得られた上相に、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上と、亜鉛イオンの発色剤とを添加し、測色することを特徴とする被検水中の亜鉛の簡易定量法を提供するものである。 また本発明は、(1)平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを含有する第一組成物、(2)アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上を含有する第二組成物、並びに(3)亜鉛イオンの発色剤を含有する第三組成物を組み合せてなることを特徴とする亜鉛定量用試薬を提供するものである。 本発明方法によれば、(A)被検水に特定の試薬を添加し、(B)二相に分離し、(C)上相に特定の試薬を添加して測色するという極めて簡便な操作により、10ppbレベルという低濃度の亜鉛のみを選択的に定量することができる。従って、従来ニッケルやマンガン等が共存する水の検査においては、誤った判断がされていた排水中の亜鉛濃度が正確に定量可能となった。亜鉛イオン抽出率のチオシアン酸イオン濃度依存性を示す図である。本発明方法による亜鉛イオンの検量線を示す図である。 本発明方法においては、まず(A)被検水に、平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを添加して溶解させる。 当該第一工程は、(1)平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを含有する第一組成物を予め準備しておき、被検水をこれに添加、又は被検水にこれを添加するのが簡便である。 ポリエチレングリコールと硫酸アルカリ金属塩は、水性二相系(水性二相分配系)を形成するための成分であり、被検水にこれらの成分を添加して混合すると、下相の硫酸アルカリ金属塩相と、上相のポリエチレングリコール相に分相する。ここで、チオシアン酸塩と酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とが共存すると、亜鉛のほか、一部のニッケル、マンガン、銅、コバルトは上相のポリエチレングリコール相に分配し、鉄及び大部分の銅とアルカリ土類金属イオンは下相に分配する。ここで、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とのうち、リン酸塩及びチオ硫酸塩が好ましい。 ポリエチレングリコールは平均分子量2000〜6000であることが必要であり、平均分子量が2000未満では粉末状でなく、一方6000を超えると二相分離性が低下する。より好ましい平均分子量は2500〜5500、さらに好ましくは2500〜5000、特に好ましくは2500〜4500である。ポリエチレングリコールの第一組成物中の含有量は、二相分離性及び亜鉛の濃縮の点から、15〜60重量%、さらに15〜30重量%が好ましい。 硫酸アルカリ金属塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸リチウムが挙げられ、このうち硫酸ナトリウムが特に好ましい。硫酸アルカリ金属塩の第一組成物中の含有量は、二相分離性及び亜鉛の分配性の点から40〜90重量%、さらに60〜80重量%が好ましい。 チオシアン酸塩は、亜鉛の抽出剤として作用するものである。チオシアン酸塩としては、チオシアン酸ナトリウム、チオシアン酸カリウム、チオシアン酸アンモニウム等のチオシアン酸塩が用いられるが、純度および取扱の容易さからチオシアン酸カリウムを用いることが望ましい。 チオシアン酸塩は、亜鉛イオンの抽出性の点から、第一組成物中に2〜10重量%、特に2〜5重量%含有するのが好ましい。 酸化剤及びリン酸塩は、pH緩衝剤及び鉄のマスキング剤として作用するものである。リン酸塩としては、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム等の水溶性塩リン酸塩が挙げられるが、より好ましくは、分相に影響を及ぼさないナトリウム塩が挙げられる。特にリン酸二水素ナトリウムとリン酸一水素ナトリウムにより弱酸性にすることが望ましい。リン酸塩は、鉄イオンのマスキングとpH緩衝能の点から、第一組成物中に0.2重量%以上、特に0.2〜1.5重量%含有するのが好ましい。酸化剤としては、ペルオキソ二硫酸塩が好ましく、ペルオキソ二硫酸カリウム等のペルオキソ二硫酸アルカリ金属塩が好ましい。ここで、酸化剤は、鉄(II)イオンを酸化して鉄(III)イオンとするものである。また酸化剤は、亜鉛イオンの抽出性の点から、第一組成物中に0.2重量%以上、特に0.2〜1.0重量%含有するのが好ましい。 また、酸化剤による鉄のマスキング反応は、pH4〜7の条件で行うのが好ましい。このような弱酸性から中性の条件下で、酸化剤を用いて鉄イオンをFe(OH)3に変換して沈殿させると、鉄イオンとともに亜鉛イオンも共沈してしまう。本発明においては、水性二相系においてチオシアン酸塩と酸化剤との併用により、鉄イオンがFe(OH)3の沈殿微粒子として、二相界面あるいは硫酸アルカリ金属塩相(下相)に分配する。 従って、鉄のマスキング剤として酸化剤を使用する場合、被検水がpH5〜9のときには、被検水に対して第一工程(A)を直接行えばよいが、この範囲から外れる場合は被検水にpH5〜7の緩衝剤を添加してpH調整した後に第一工程(A)を行うのが好ましい。被検水のpHを5〜7にするための緩衝剤としては、例えば酢酸緩衝液、2-モルホリノエタンスルホン酸(MES)などが用いられる 鉄のマスキング剤としては、酸化剤を用いる場合に比べて、マスキング効果の点からリン酸塩を用いるのがより好ましい。リン酸塩としては、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム等の水溶性塩リン酸塩が挙げられ、より好ましくは、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム、リン酸三アンモニウムが挙げられる。リン酸塩は、亜鉛イオンの抽出性の点から、第一組成物中に0.2重量%以上、特に0.2〜1.0重量%含有するのが好ましい。 また、本発明においては、工程(A)において、チオ硫酸塩を添加して被検水中に存在する銅イオンをマスキングするのが好ましい。チオ硫酸塩としては、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム等が用いられる。チオ硫酸塩は、鉄のマスキング剤としてリン酸塩を採用した場合に特に有用である。チオ硫酸塩は、銅イオンのマスキングの点から、第一組成物中に0.1重量%以上、特に0.1〜1.0重量%含有するのが好ましい。 第一工程(A)の溶液中における、ポリエチレングリコールの濃度は2〜20重量%、特に3〜10重量%が好ましい。硫酸ナトリウムの濃度は10〜30重量%、特に10〜20重量%が好ましい。チオシアン酸塩の濃度は0.2M以上が好ましく、例えば1.2〜4.0重量%、特に2.0〜3.0重量%が好ましい。酸化剤の濃度は0.05〜0.5重量%、特に0.1〜0.3重量%が好ましい。リン酸塩の濃度は、0.2重量%以上、特に0.5〜1.5重量%が好ましい。またチオ硫酸塩の濃度は1.2〜4.0重量%、特に2.0〜3.0重量%が好ましい。 第一工程(A)は、常温、すなわち測定しようとする被検水が存在する状態の温度(0〜35℃)で行うことができる。また、各成分を溶解するには、40〜80℃に加温してもよい。 本発明方法は、次に、(B)この溶液を静置又は遠心分離により二相に分離して上相を採取する。具体的には、必要により攪拌して、各成分が完全に溶解した後遠心分離する方法、又は必要により加温して溶解した後、冷水(例えば0〜30℃)中に2〜8分、次いで温水中に1〜5分静置して分相する方法が好ましい。溶解と二相形成段階での攪拌や加温は各成分が溶解すればよく、例えば40℃以上、40〜80℃程度に加温して攪拌すればよい。遠心分離は、1000〜3000rpmで5〜20分間で十分である。また、静置により分相する場合は、冷水は氷水〜30℃、温水は50〜70℃、特に60℃程度とするのが好ましい。冷水中に3〜6分、次いで温水(50〜70℃)に1〜3分静置して分相するのが特に好ましい。 上相の採取は、ピペッティング、下相の除去等により行えばよい。ここで、上相はポリエチレングリコールに富む相であり、下相は硫酸アルカリ金属塩に富む相である。 次いで、(C)得られた上相に、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上、次いで亜鉛イオンの発色剤を添加し測色する。 当該、第三工程(C)は、上相に各成分を添加してもよいが、予め(2)アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上の成分を含む第二組成物と亜鉛イオンの発色剤を含有する第三組成物を調製しておき、これを添加するのが簡便である。 アルドキシムは、銅イオンのマスキング剤であり、具体例としてはサリチルアルドキシムが挙げられる。前第一工程(A)におけるチオ硫酸塩による銅イオンのマスキングと、第三工程(C)におけるアルドキシムによる銅イオンのマスキングとを併用するのが特に好ましい。 ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン等が挙げられる。これらは液体であるので、固体の二塩酸塩を使用するのが試薬の保存上都合が良い。また、酸化剤としては、ペルオキソ二硫酸塩が好ましく、ペルオキソ二硫酸カリウム等のペルオキソ二硫酸アルカリ金属塩が好ましい。ジアミンはコバルト(II)イオンの錯形成剤として作用する。また酸化剤は当該コバルト(II)ジアミン錯体を、コバルト(III)錯体に変換する。 トリアルカノールアミンとしては、トリエタノールアミン、トリプロパノールアミン等が挙げられ、これはマンガンイオンのマスキング剤である。これらは液体であるので、固体の塩酸塩を使用するのが試薬の保存上都合が良い。ジアルキルグリオキシムとしては、ジメチルグリオキシム、ジエチルグリオキシム等が挙げられ、これはニッケルイオンのマスキング剤である。また、酸化剤はマンガンイオンの酸化剤としても作用する。 これらの金属イオンのマスキング剤は、1種以上を用いるが、被検水中に多種類の金属が含まれることが窺われる場合は、全部用いるのが好ましい。従って、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムを組み合わせて使用するのが特に好ましい。また、ニッケルイオンのマスキング剤としては、ジアルキルグリオキシムに加えて、1,10−フェナントロリンを併用してもよい。また、マスキング反応を効率良く進行させるためにpH調整剤を併用してもよい。 第二組成物中のアルドキシムの含有量は3〜20重量%、特に5〜10重量%が好ましい。ジアミン二塩酸塩含有量は0.2〜2.0重量%、特に0.4〜1.0重量%が好ましい。酸化剤の含有量は5〜25重量%、特に10〜20重量%が好ましい。トリアルカノールアミン塩酸塩の含有量は10〜40重量%、特に20〜30重量%が好ましい。ジアルキルグリオキシム含有量は5〜20重量%、特に8〜15重量%が好ましい。1,10−フェナントロリン含有量は0.1〜1.0重量%、特に0.2〜0.5重量%が好ましい。pH調整剤の含有量は20〜50重量%、特に30〜50重量%が好ましい。 また、第三工程(C)の溶液中のアルドキシムの濃度は0.04〜0.5重量%、特に0.1〜0.4重量%が好ましい。ジアミンの濃度は0.001〜0.1重量%、特に0.005〜0.05重量%が好ましい。酸化剤の濃度は0.05〜2重量%、特に0.1〜1.5重量%が好ましい。トリアルカノールアミンの濃度は0.1〜6重量%、特に0.2〜3重量%が好ましい。ジアルキルグリオキシムの濃度は0.05〜0.5重量%、特に0.1〜0.4重量%が好ましい。1,10−フェナントロリンの濃度は0.001〜0.05重量%、特に0.002〜0.02重量%が好ましい。pH調整剤の濃度は0.2〜3重量%、特に1〜2重量%が好ましい。 亜鉛イオンの発色試薬としては、通常の亜鉛比色用の試薬であれば特に制限されず、例えば2−(5−ブロモ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール二ナトリウム塩2水和物(5−Br−PAPS)、2,7−ビス(2−アルソノフェニルアゾ)−1,8−ジヒドロキシ−3,6−ナフタレンジスルホン酸(Arsenazo−III)、2−ヒドロキシ−1−(1−ヒドロキシ−2−ナフチルアゾ)−6−ニトロ−4−ナフタレンスルホン酸(BT)、1−(2−ピリジルアゾ)−2−ナフトール(PAN)、Cu−EDTAとPANの組成物(Cu−PAN)、ジアンチピリルメタン、2−(5−ニトロ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル]−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール二ナトリウム塩2水和物(ニトロPAPS)、2−[1−(2−ヒドロキシ−5−スルホフェニル)−3−フェニル−5−ホルマザノ]ベンゾイックアシッド(Zincon)等が挙げられるが、このうち、測定感度の点から、5−Br−PAPS、ニトロPAPSが特に好ましい。亜鉛イオンの発色試薬は、1ppm以下の測定を行う場合、5−Br−PAPSでは第三組成物中に1×10-3〜1×10-2重量%、特に2.8×10-3〜3.2×10-2重量%含有するのが好ましい。 第二工程(B)には、亜鉛イオンの発色試薬に応じた調整剤を用いるのが好ましい。例えば、発色試薬が5−Br−PAPSの場合には、pH7.5〜9.5にするのが、亜鉛の発色を向上させ、測定感度を向上させる点から好ましい。より好ましいpHは8〜9.5であり、特に好ましいpHは8.5〜9.5である。このようなpH調整剤としては、炭酸ナトリウム/炭酸水素ナトリウム、グッド緩衝剤、例えばN−トリス(ヒドロキシメチル)メチル−3−アミノプロパンスルホン酸バッファー(TAPS)等が挙げられる。 分離した上相に第二組成物を添加し溶解した後、第三組成物を加えれば、発色試薬に応じた発色が得られる。当該発色を予め準備した標準色との対比、光度計による強度の測定等により測色することにより、被検水中の亜鉛濃度が正確に定量できる。簡便さの点から、標準色用紙により肉眼観察するのが好ましい。 なお、マスキング反応は、常温(0〜35℃)で行うこともできるが、40〜80℃、特に50〜70℃に加温して行うことにより、反応時間を短縮することが可能である。60℃に加温した場合、反応時間は約20分から5分程度に短縮することができる。 本発明で用いられる被検水は、河川水、海水、工場排水等の環境水等が挙げられる。また土壌等を対象とする場合には、対象土壌を洗浄した水が使用される。また、被検水の量は測定濃度に依存するが、5〜30mLで十分である。 本発明方法によれば、従来法では混入が避けられなかったニッケル、鉄、銅、マンガンの影響を全く受けることなく、被検水中の亜鉛濃度を10ppbレベルまで定量可能である。 次に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。実施例1 10mL目盛り付き遠沈管にポリエチレングリコール(平均分子量4000)水溶液50%(w/w)3g、硫酸ナトリウム水溶液20%(w/w)6gを加え二相を形成させた。ついで、抽出剤としてチオシアン酸アンモニウム、酸化剤としてペルオキソ二硫酸カリウムを入れ、これに、Zn2+、Fe3+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Mn2+を含む試料水溶液を加え、全量を10gとした。この水性二相系をウォーターバスで60℃に加温し、高速攪拌機でよく攪拌した後、遠心分離機を用いて2000rpmで15分間遠心分離を行った。再びウォーターバスで60℃に加温した後、上相2gを採取した。 次にpH緩衝液として炭酸ナトリウム水溶液、各金属に対するマスキング剤を加え、20分静置した後、発色剤として2−(5−ブロモ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール(5−Br−PAPS)を添加し、水で25mLとした後、分光光度計を用いて552nmの吸光度を測定した。5−Br−PAPSは、亜鉛イオンに対するモル吸光係数が133,000(λmax=552nm)と高感度であり、溶媒抽出を必要としない水溶性の発色剤である。 Zn2+はチオシアン酸イオン存在下、陰イオン錯体を形成してPEGに富む上相に分配する。ここで、多くの金属イオンは下相へ分配するが、分離度は十分でない。Fe2+とFe3+は水性二相系をpH6にし、酸化剤を加えることによってFe(OH)3とし、二相界面及び硫酸ナトリウムに富む下相へ分配させることができた。Co2+とMn2+は発色段階において酸化剤とエチレンジアミン、トリエタノールアミンを加え3価錯体とすることによって、マスキングできることがわかった。Ni2+はこれと特異的に錯形成する1,10−フェナントロリンとジメチルグリオキシムを加えて、マスキングした。またCu2+はサリチルアルドキシムによってマスキングできることがわかった。最終的に構築した方法による100ppbのZn2+に対しての各金属の共存許容濃度(±5%の誤差を与える濃度)を表1にまとめた。Zn2+に対して共存金属が10倍程度の濃度でもZn2+100ppbを比色定量できることがわかった。実施例2 30mL試験管にポリエチレングリコール(平均分子量4000)1.20g、硫酸ナトリウム水溶液4.80g、抽出剤としてチオシアン酸アンモニウムを380mg、酸化剤としてペルオキソ二硫酸カリウムを26mg入れ、これに、Zn2+、Fe3+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Mn2+を含む試料水溶液24mLを加えた。この水性二相系をウォーターバスで60℃に加温し,3分間攪拌・溶解した後、氷水に浸して3分静置した。これを再び60℃の温水に入れ、4分間静置した後、上相2gを採取した。 次にpH緩衝液として炭酸ナトリウム水溶液(pH 9.0)、各金属に対するマスキング剤を加え、20分静置した後、発色剤として2−(5−ブロモ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール(5−Br−PAPS)を添加し、水で5mLとした後、分光光度計を用いて552nmの吸光度を測定した。Zn2+に対して共存金属が10倍程度の濃度でもZn2+10ppbを比色定量できることがわかった。実施例3 30mL試験管にポリエチレングリコール(平均分子量4000)1.30gと硫酸ナトリウム水溶液5.10gを入れ、これに、水24mLを加えた。この水性二相系をウォーターバスで60℃に加温し、攪拌・溶解した後、水道水に浸して5分静置した。これを再び60℃の温水に入れ、2分間静置した後、上相2gを採取した。 60℃に加温して溶解し、20〜25℃の水に溶かして5分静置し、再び60℃に加温して2分間静置することにより、合計7分間で分相が完了した。実施例4 30mL試験管にポリエチレングリコール(平均分子量4000)1.30g、硫酸ナトリウム水溶液5.10g、抽出剤としてチオシアン酸カリウム及びマスキング剤Aを加え、これにZn2+、Fe3+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Mn2+を含む試料水溶液24mLを加えた。この水性二相系を実施例3と同様にして分相し、上相2gを採取した。 次に上相2.0gにマスキング剤Bを加え、20分静置した後、発色剤として2−(5−ブロモ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール(5−Br−PAPS)を添加し、水で5mLとした後、分光光度計を用いて552nmの吸光度を測定した。(1)チオシアン酸イオンの添加濃度の検討 チオシアン酸イオン濃度と亜鉛イオンの抽出率の結果を図1に示す。図1より、チオシアン酸イオン濃度は0.2M以上の濃度で、亜鉛イオンを完全に抽出できることがわかる。(2)マスキング剤Aの検討 リン酸イオン(リン酸Na添加)による鉄イオンのマスキング効果を表1に示す。表1から、10ppbの亜鉛を定量するには、0.02Mのリン酸イオンを添加すればよいことがわかる。 チオ硫酸イオン(チオ硫酸ナトリウム添加)による銅イオンのマスキング効果を表2に示す。表2から10ppb亜鉛を定量するのには、チオ硫酸イオン0.017M単独では十分でないことがわかる。(3)マスキング剤Bの検討 0.03Mのジメチルグリオキシムによるニッケルイオンのマスキング効果を表4に示す。表4から、10ppbの亜鉛を定量するとき、ニッケルイオン濃度0.8ppmまでは影響を与えないことがわかる。 0.02Mの酸化剤と0.3Mのエチレンジアミンによるコバルトイオンのマスキング効果を表4に示す。表4から、10ppbの亜鉛を定量するとき、コバルトイオン濃度5ppmまでは影響を与えないことがわかる。(4)マスキング条件の検討 マスキング剤Bを添加後、25℃で放置し、発色を測定した場合と、60℃に加温して発色を測定した場合のコバルトイオンのマスキング効果を検討した。その結果、表6に示すように、常温では20分以上必要だった反応時間が5分に短縮された。実施例5 30mL試験管にポリエチレングリコール(平均分子量4000)1.30g、硫酸ナトリウム水溶液5.10g、抽出剤としてチオシアン酸カリウムを460mg、リン酸水素二ナトリウム40mg、リン酸二水素ナトリウム24mg、チオ硫酸ナトリウム5水和物180mgを入れ、これに、Zn2+、Fe3+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Mn2+を含む試料水溶液24mLを加えた。この水性二相系をウォーターバスで60℃に加温し攪拌・溶解した後、水道水に浸して5分静置した。これを再び60℃の温水に入れ、2分間静置した後、上相2gを採取した。 上相2gにペルオキソ硫酸カリウム23mgを加えた。これにサリチルアルドキシム12mg、トリエタノールアミン100mg、ジメチルグリオキシム24mg、エチレンジアミン0.67μl、4M水酸化ナトリウム250μlを含有するエタノール溶液(66%)を加え、60℃に加温して5分後、発色剤として2−(5−ブロモ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール(5−Br−PAPS)を添加し、水で5mLとした後、分光光度計を用いて552nmの吸光度を測定した。Zn2+に対して共存金属が存在してもZn2+10ppbを比色定量できることがわかった。 共存イオンの許容限界濃度を表7示す。 他の金属イオンが亜鉛の10〜100倍共存する試料水中の亜鉛の定量値を表8に、その検量線を図2に示す。 河川水中のZn2+を定量した結果を表9に示す。表9から、実際の河川において10ppbレベルの亜鉛を正確に測定できることがわかる。 (A)被検水に、平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを添加して溶解させ、(B)該溶液を静置又は遠心分離により二相に分離して上相を採取し、(C)得られた上相に、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上と、亜鉛イオンの発色剤とを添加し、測色することを特徴とする被検水中の亜鉛の簡易定量法。 工程(A)において、リン酸塩及びチオ硫酸塩を添加する請求項1記載の亜鉛の簡易定量法。 酸化剤が、ペルオキソ二硫酸塩である請求項2記載の亜鉛の簡易定量法。 工程(A)の溶解操作を40〜80℃で行い、工程(B)の二相分離が、該溶液を静置して30℃以下に冷却し、次いで40〜80℃に加温して二相に分離するものである請求項1〜3のいずれか1項記載の亜鉛の簡易定量法。 (C)得られた上相に、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシム、次いで亜鉛イオンの発色剤を添加する請求項1〜4のいずれか1項記載の亜鉛の簡易定量法。 亜鉛イオンの発色剤が、2−(5−ブロモ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール二ナトリウム塩である請求項1〜5のいずれか1項記載の亜鉛の簡易定量法。 被検水に、最初にpH5〜7の緩衝剤を添加する請求項1〜6のいずれか1項記載の亜鉛の簡易測定法。 (1)平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを含有する第一組成物、(2)アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上を含有する第二組成物、並びに(3)亜鉛イオンの発色剤を含有する第三組成物を組み合せてなることを特徴とする亜鉛定量用試薬。 第二組成物が、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムを含有する組成物である請求項8記載の亜鉛定量試薬。 【課題】本発明の目的は種々の金属が共存する水溶液中の亜鉛のみを、簡便な操作で正確に測定できる手段を提供することにある。【解決手段】(A)被検水に、平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを添加して溶解させ、(B)該溶液を静置又は遠心分離により二相に分離して上相を採取し、(C)得られた上相に、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上、次いで亜鉛イオンの発色剤を添加し、測色することを特徴とする被検水中の亜鉛の簡易定量法。【選択図】なし


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特許公報(B2)_亜鉛の簡易定量法

生命科学関連特許情報

タイトル:特許公報(B2)_亜鉛の簡易定量法
出願番号:2010122317
年次:2014
IPC分類:G01N 31/00,G01N 31/22


特許情報キャッシュ

渋川 雅美 齋藤 伸吾 代田 大祐 齊藤 和憲 JP 5622144 特許公報(B2) 20141003 2010122317 20100528 亜鉛の簡易定量法 国立大学法人埼玉大学 504190548 学校法人日本大学 899000057 特許業務法人アルガ特許事務所 110000084 有賀 三幸 100068700 高野 登志雄 100077562 中嶋 俊夫 100096736 村田 正樹 100117156 山本 博人 100111028 渋川 雅美 齋藤 伸吾 代田 大祐 齊藤 和憲 JP 2009135344 20090604 20141112 G01N 31/00 20060101AFI20141023BHJP G01N 31/22 20060101ALI20141023BHJP JPG01N31/00 TG01N31/22 122G01N31/00 Y G01N 31/00 G01N 31/22 CAplus/REGISTRY(STN) JSTPlus(JDreamIII) 特開2003−154201(JP,A) 特開2002−311011(JP,A) 特開2006−046985(JP,A) 特開昭60−120249(JP,A) 国際公開第2008/066003(WO,A1) 特開平07−213898(JP,A) 特開平03−122564(JP,A) 特開2005−249552(JP,A) 特開2008−070121(JP,A) 国際公開第2007/097468(WO,A1) 特開昭64−001950(JP,A) 9 2011013211 20110120 13 20130524 三木 隆 本発明は、種々の金属が共存する排水等の水溶液中の亜鉛濃度の正確かつ簡便な定量法に関する。 産業廃棄物、一般廃棄物等の焼却灰、工場排水等から種々の重金属が土壌、大気、水質中に排出される。これらの重金属の中には、発ガン性、催奇形性、アレルギー性、環境ホルモン毒性等を持つものが多く、排出規制が行なわれているものが多い。 この中でも亜鉛は、ヒトに対して必須元素であるにもかかわらず、過剰に摂取すると下痢・嘔吐・粘膜障害等の急性中毒を引き起こすほか、魚などの水生生物では呼吸障害による窒息死をもたらすことから排出規制がなされている。従って、工場排水等においては、適宜測定する必要がある。亜鉛の簡便な測定法としては、亜鉛の発色試薬である1−(2−ピリジルアゾ)−2−ナフトール(PAN)、2−[1−(2−ヒドロキシ−5−スルホフェニル)−3−フェニル−5−ホルマザノ]ベンゾイックアシッド(Zincon)等を用いた比色法が汎用されている。 しかし、PAN等を用いた比色法では、亜鉛以外にニッケル、マンガン、鉄、銅等の金属イオンでも同様の呈色反応を示し、2種以上の金属を含む水溶液中の亜鉛濃度を正確に測定することはできなかった。亜鉛以外の金属をマスキングする手段としてマスキング剤を併用することが考えられるが、ニッケルやマンガンが共存した場合には、亜鉛だけを正確に測定することはできなかった。 一方、金属イオンの分離手段として、水性二相抽出法が知られており、本発明者は、水性二相系に、ハロゲン化物イオン又はチオシアン酸イオン、及び錯形成剤を添加すれば亜鉛等の金属イオンを他の金属イオンと分離できることを見出し、先に報告した(特許文献1)。特開2003−154201号公報 しかしながら、前記水性二相抽出法では、亜鉛の定量においては、水性二相抽出段階で鉄イオン、銅イオン及びコバルトイオンの分離が十分でない、操作が煩雑で日常的な排水中の亜鉛測定には不向きである等の問題があった。 従って、本発明の目的は、種々の金属が共存する水溶液中の亜鉛のみを、簡便な操作で正確に測定できる手段を提供することにある。 そこで本発明者は、簡便な操作と正確な測定という相反する課題の両立を図るべく種々検討した結果、まず、ポリエチレングリコールとチオシアン酸イオンを併用した亜鉛の水性二相抽出段階において、硫酸アルカリ金属塩と酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを組み合せて使用することにより、鉄イオン及び銅イオンと亜鉛イオンとを分離できることを見出した。次に、分相された二相のうち、上相に含まれるコバルトイオンについてはジアミンと酸化剤との組み合せにより錯体とすることができ、また一部上相に抽出される銅イオン、マンガンイオン及びニッケルイオンについてはそれぞれ特異的なマスキング剤を用いることによりマスキングできることから、上相に、これらのマスキング剤と亜鉛イオンの発色剤を作用させれば亜鉛イオンに基づく発色反応のみが得られ、10ppbレベルという低濃度の亜鉛イオンのみが正確に分析できることを見出し、本発明を完成した。 すなわち、(A)被検水に、平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを添加して溶解させ、(B)該溶液を静置又は遠心分離により二相に分離して上相を採取し、(C)得られた上相に、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上と、亜鉛イオンの発色剤とを添加し、測色することを特徴とする被検水中の亜鉛の簡易定量法を提供するものである。 また本発明は、(1)平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを含有する第一組成物、(2)アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上を含有する第二組成物、並びに(3)亜鉛イオンの発色剤を含有する第三組成物を組み合せてなることを特徴とする亜鉛定量用試薬を提供するものである。 本発明方法によれば、(A)被検水に特定の試薬を添加し、(B)二相に分離し、(C)上相に特定の試薬を添加して測色するという極めて簡便な操作により、10ppbレベルという低濃度の亜鉛のみを選択的に定量することができる。従って、従来ニッケルやマンガン等が共存する水の検査においては、誤った判断がされていた排水中の亜鉛濃度が正確に定量可能となった。亜鉛イオン抽出率のチオシアン酸イオン濃度依存性を示す図である。本発明方法による亜鉛イオンの検量線を示す図である。 本発明方法においては、まず(A)被検水に、平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを添加して溶解させる。 当該第一工程は、(1)平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを含有する第一組成物を予め準備しておき、被検水をこれに添加、又は被検水にこれを添加するのが簡便である。 ポリエチレングリコールと硫酸アルカリ金属塩は、水性二相系(水性二相分配系)を形成するための成分であり、被検水にこれらの成分を添加して混合すると、下相の硫酸アルカリ金属塩相と、上相のポリエチレングリコール相に分相する。ここで、チオシアン酸塩と酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とが共存すると、亜鉛のほか、一部のニッケル、マンガン、銅、コバルトは上相のポリエチレングリコール相に分配し、鉄及び大部分の銅とアルカリ土類金属イオンは下相に分配する。ここで、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とのうち、リン酸塩及びチオ硫酸塩が好ましい。 ポリエチレングリコールは平均分子量2000〜6000であることが必要であり、平均分子量が2000未満では粉末状でなく、一方6000を超えると二相分離性が低下する。より好ましい平均分子量は2500〜5500、さらに好ましくは2500〜5000、特に好ましくは2500〜4500である。ポリエチレングリコールの第一組成物中の含有量は、二相分離性及び亜鉛の濃縮の点から、15〜60重量%、さらに15〜30重量%が好ましい。 硫酸アルカリ金属塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸リチウムが挙げられ、このうち硫酸ナトリウムが特に好ましい。硫酸アルカリ金属塩の第一組成物中の含有量は、二相分離性及び亜鉛の分配性の点から40〜90重量%、さらに60〜80重量%が好ましい。 チオシアン酸塩は、亜鉛の抽出剤として作用するものである。チオシアン酸塩としては、チオシアン酸ナトリウム、チオシアン酸カリウム、チオシアン酸アンモニウム等のチオシアン酸塩が用いられるが、純度および取扱の容易さからチオシアン酸カリウムを用いることが望ましい。 チオシアン酸塩は、亜鉛イオンの抽出性の点から、第一組成物中に2〜10重量%、特に2〜5重量%含有するのが好ましい。 酸化剤及びリン酸塩は、pH緩衝剤及び鉄のマスキング剤として作用するものである。リン酸塩としては、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム等の水溶性塩リン酸塩が挙げられるが、より好ましくは、分相に影響を及ぼさないナトリウム塩が挙げられる。特にリン酸二水素ナトリウムとリン酸一水素ナトリウムにより弱酸性にすることが望ましい。リン酸塩は、鉄イオンのマスキングとpH緩衝能の点から、第一組成物中に0.2重量%以上、特に0.2〜1.5重量%含有するのが好ましい。酸化剤としては、ペルオキソ二硫酸塩が好ましく、ペルオキソ二硫酸カリウム等のペルオキソ二硫酸アルカリ金属塩が好ましい。ここで、酸化剤は、鉄(II)イオンを酸化して鉄(III)イオンとするものである。また酸化剤は、亜鉛イオンの抽出性の点から、第一組成物中に0.2重量%以上、特に0.2〜1.0重量%含有するのが好ましい。 また、酸化剤による鉄のマスキング反応は、pH4〜7の条件で行うのが好ましい。このような弱酸性から中性の条件下で、酸化剤を用いて鉄イオンをFe(OH)3に変換して沈殿させると、鉄イオンとともに亜鉛イオンも共沈してしまう。本発明においては、水性二相系においてチオシアン酸塩と酸化剤との併用により、鉄イオンがFe(OH)3の沈殿微粒子として、二相界面あるいは硫酸アルカリ金属塩相(下相)に分配する。 従って、鉄のマスキング剤として酸化剤を使用する場合、被検水がpH5〜9のときには、被検水に対して第一工程(A)を直接行えばよいが、この範囲から外れる場合は被検水にpH5〜7の緩衝剤を添加してpH調整した後に第一工程(A)を行うのが好ましい。被検水のpHを5〜7にするための緩衝剤としては、例えば酢酸緩衝液、2-モルホリノエタンスルホン酸(MES)などが用いられる 鉄のマスキング剤としては、酸化剤を用いる場合に比べて、マスキング効果の点からリン酸塩を用いるのがより好ましい。リン酸塩としては、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム等の水溶性塩リン酸塩が挙げられ、より好ましくは、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム、リン酸三アンモニウムが挙げられる。リン酸塩は、亜鉛イオンの抽出性の点から、第一組成物中に0.2重量%以上、特に0.2〜1.0重量%含有するのが好ましい。 また、本発明においては、工程(A)において、チオ硫酸塩を添加して被検水中に存在する銅イオンをマスキングするのが好ましい。チオ硫酸塩としては、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム等が用いられる。チオ硫酸塩は、鉄のマスキング剤としてリン酸塩を採用した場合に特に有用である。チオ硫酸塩は、銅イオンのマスキングの点から、第一組成物中に0.1重量%以上、特に0.1〜1.0重量%含有するのが好ましい。 第一工程(A)の溶液中における、ポリエチレングリコールの濃度は2〜20重量%、特に3〜10重量%が好ましい。硫酸ナトリウムの濃度は10〜30重量%、特に10〜20重量%が好ましい。チオシアン酸塩の濃度は0.2M以上が好ましく、例えば1.2〜4.0重量%、特に2.0〜3.0重量%が好ましい。酸化剤の濃度は0.05〜0.5重量%、特に0.1〜0.3重量%が好ましい。リン酸塩の濃度は、0.2重量%以上、特に0.5〜1.5重量%が好ましい。またチオ硫酸塩の濃度は1.2〜4.0重量%、特に2.0〜3.0重量%が好ましい。 第一工程(A)は、常温、すなわち測定しようとする被検水が存在する状態の温度(0〜35℃)で行うことができる。また、各成分を溶解するには、40〜80℃に加温してもよい。 本発明方法は、次に、(B)この溶液を静置又は遠心分離により二相に分離して上相を採取する。具体的には、必要により攪拌して、各成分が完全に溶解した後遠心分離する方法、又は必要により加温して溶解した後、冷水(例えば0〜30℃)中に2〜8分、次いで温水中に1〜5分静置して分相する方法が好ましい。溶解と二相形成段階での攪拌や加温は各成分が溶解すればよく、例えば40℃以上、40〜80℃程度に加温して攪拌すればよい。遠心分離は、1000〜3000rpmで5〜20分間で十分である。また、静置により分相する場合は、冷水は氷水〜30℃、温水は50〜70℃、特に60℃程度とするのが好ましい。冷水中に3〜6分、次いで温水(50〜70℃)に1〜3分静置して分相するのが特に好ましい。 上相の採取は、ピペッティング、下相の除去等により行えばよい。ここで、上相はポリエチレングリコールに富む相であり、下相は硫酸アルカリ金属塩に富む相である。 次いで、(C)得られた上相に、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上、次いで亜鉛イオンの発色剤を添加し測色する。 当該、第三工程(C)は、上相に各成分を添加してもよいが、予め(2)アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上の成分を含む第二組成物と亜鉛イオンの発色剤を含有する第三組成物を調製しておき、これを添加するのが簡便である。 アルドキシムは、銅イオンのマスキング剤であり、具体例としてはサリチルアルドキシムが挙げられる。前第一工程(A)におけるチオ硫酸塩による銅イオンのマスキングと、第三工程(C)におけるアルドキシムによる銅イオンのマスキングとを併用するのが特に好ましい。 ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン等が挙げられる。これらは液体であるので、固体の二塩酸塩を使用するのが試薬の保存上都合が良い。また、酸化剤としては、ペルオキソ二硫酸塩が好ましく、ペルオキソ二硫酸カリウム等のペルオキソ二硫酸アルカリ金属塩が好ましい。ジアミンはコバルト(II)イオンの錯形成剤として作用する。また酸化剤は当該コバルト(II)ジアミン錯体を、コバルト(III)錯体に変換する。 トリアルカノールアミンとしては、トリエタノールアミン、トリプロパノールアミン等が挙げられ、これはマンガンイオンのマスキング剤である。これらは液体であるので、固体の塩酸塩を使用するのが試薬の保存上都合が良い。ジアルキルグリオキシムとしては、ジメチルグリオキシム、ジエチルグリオキシム等が挙げられ、これはニッケルイオンのマスキング剤である。また、酸化剤はマンガンイオンの酸化剤としても作用する。 これらの金属イオンのマスキング剤は、1種以上を用いるが、被検水中に多種類の金属が含まれることが窺われる場合は、全部用いるのが好ましい。従って、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムを組み合わせて使用するのが特に好ましい。また、ニッケルイオンのマスキング剤としては、ジアルキルグリオキシムに加えて、1,10−フェナントロリンを併用してもよい。また、マスキング反応を効率良く進行させるためにpH調整剤を併用してもよい。 第二組成物中のアルドキシムの含有量は3〜20重量%、特に5〜10重量%が好ましい。ジアミン二塩酸塩含有量は0.2〜2.0重量%、特に0.4〜1.0重量%が好ましい。酸化剤の含有量は5〜25重量%、特に10〜20重量%が好ましい。トリアルカノールアミン塩酸塩の含有量は10〜40重量%、特に20〜30重量%が好ましい。ジアルキルグリオキシム含有量は5〜20重量%、特に8〜15重量%が好ましい。1,10−フェナントロリン含有量は0.1〜1.0重量%、特に0.2〜0.5重量%が好ましい。pH調整剤の含有量は20〜50重量%、特に30〜50重量%が好ましい。 また、第三工程(C)の溶液中のアルドキシムの濃度は0.04〜0.5重量%、特に0.1〜0.4重量%が好ましい。ジアミンの濃度は0.001〜0.1重量%、特に0.005〜0.05重量%が好ましい。酸化剤の濃度は0.05〜2重量%、特に0.1〜1.5重量%が好ましい。トリアルカノールアミンの濃度は0.1〜6重量%、特に0.2〜3重量%が好ましい。ジアルキルグリオキシムの濃度は0.05〜0.5重量%、特に0.1〜0.4重量%が好ましい。1,10−フェナントロリンの濃度は0.001〜0.05重量%、特に0.002〜0.02重量%が好ましい。pH調整剤の濃度は0.2〜3重量%、特に1〜2重量%が好ましい。 亜鉛イオンの発色試薬としては、通常の亜鉛比色用の試薬であれば特に制限されず、例えば2−(5−ブロモ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール二ナトリウム塩2水和物(5−Br−PAPS)、2,7−ビス(2−アルソノフェニルアゾ)−1,8−ジヒドロキシ−3,6−ナフタレンジスルホン酸(Arsenazo−III)、2−ヒドロキシ−1−(1−ヒドロキシ−2−ナフチルアゾ)−6−ニトロ−4−ナフタレンスルホン酸(BT)、1−(2−ピリジルアゾ)−2−ナフトール(PAN)、Cu−EDTAとPANの組成物(Cu−PAN)、ジアンチピリルメタン、2−(5−ニトロ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル]−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール二ナトリウム塩2水和物(ニトロPAPS)、2−[1−(2−ヒドロキシ−5−スルホフェニル)−3−フェニル−5−ホルマザノ]ベンゾイックアシッド(Zincon)等が挙げられるが、このうち、測定感度の点から、5−Br−PAPS、ニトロPAPSが特に好ましい。亜鉛イオンの発色試薬は、1ppm以下の測定を行う場合、5−Br−PAPSでは第三組成物中に1×10-3〜1×10-2重量%、特に2.8×10-3〜3.2×10-2重量%含有するのが好ましい。 第二工程(B)には、亜鉛イオンの発色試薬に応じた調整剤を用いるのが好ましい。例えば、発色試薬が5−Br−PAPSの場合には、pH7.5〜9.5にするのが、亜鉛の発色を向上させ、測定感度を向上させる点から好ましい。より好ましいpHは8〜9.5であり、特に好ましいpHは8.5〜9.5である。このようなpH調整剤としては、炭酸ナトリウム/炭酸水素ナトリウム、グッド緩衝剤、例えばN−トリス(ヒドロキシメチル)メチル−3−アミノプロパンスルホン酸バッファー(TAPS)等が挙げられる。 分離した上相に第二組成物を添加し溶解した後、第三組成物を加えれば、発色試薬に応じた発色が得られる。当該発色を予め準備した標準色との対比、光度計による強度の測定等により測色することにより、被検水中の亜鉛濃度が正確に定量できる。簡便さの点から、標準色用紙により肉眼観察するのが好ましい。 なお、マスキング反応は、常温(0〜35℃)で行うこともできるが、40〜80℃、特に50〜70℃に加温して行うことにより、反応時間を短縮することが可能である。60℃に加温した場合、反応時間は約20分から5分程度に短縮することができる。 本発明で用いられる被検水は、河川水、海水、工場排水等の環境水等が挙げられる。また土壌等を対象とする場合には、対象土壌を洗浄した水が使用される。また、被検水の量は測定濃度に依存するが、5〜30mLで十分である。 本発明方法によれば、従来法では混入が避けられなかったニッケル、鉄、銅、マンガンの影響を全く受けることなく、被検水中の亜鉛濃度を10ppbレベルまで定量可能である。 次に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。実施例1 10mL目盛り付き遠沈管にポリエチレングリコール(平均分子量4000)水溶液50%(w/w)3g、硫酸ナトリウム水溶液20%(w/w)6gを加え二相を形成させた。ついで、抽出剤としてチオシアン酸アンモニウム、酸化剤としてペルオキソ二硫酸カリウムを入れ、これに、Zn2+、Fe3+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Mn2+を含む試料水溶液を加え、全量を10gとした。この水性二相系をウォーターバスで60℃に加温し、高速攪拌機でよく攪拌した後、遠心分離機を用いて2000rpmで15分間遠心分離を行った。再びウォーターバスで60℃に加温した後、上相2gを採取した。 次にpH緩衝液として炭酸ナトリウム水溶液、各金属に対するマスキング剤を加え、20分静置した後、発色剤として2−(5−ブロモ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール(5−Br−PAPS)を添加し、水で25mLとした後、分光光度計を用いて552nmの吸光度を測定した。5−Br−PAPSは、亜鉛イオンに対するモル吸光係数が133,000(λmax=552nm)と高感度であり、溶媒抽出を必要としない水溶性の発色剤である。 Zn2+はチオシアン酸イオン存在下、陰イオン錯体を形成してPEGに富む上相に分配する。ここで、多くの金属イオンは下相へ分配するが、分離度は十分でない。Fe2+とFe3+は水性二相系をpH6にし、酸化剤を加えることによってFe(OH)3とし、二相界面及び硫酸ナトリウムに富む下相へ分配させることができた。Co2+とMn2+は発色段階において酸化剤とエチレンジアミン、トリエタノールアミンを加え3価錯体とすることによって、マスキングできることがわかった。Ni2+はこれと特異的に錯形成する1,10−フェナントロリンとジメチルグリオキシムを加えて、マスキングした。またCu2+はサリチルアルドキシムによってマスキングできることがわかった。最終的に構築した方法による100ppbのZn2+に対しての各金属の共存許容濃度(±5%の誤差を与える濃度)を表1にまとめた。Zn2+に対して共存金属が10倍程度の濃度でもZn2+100ppbを比色定量できることがわかった。実施例2 30mL試験管にポリエチレングリコール(平均分子量4000)1.20g、硫酸ナトリウム水溶液4.80g、抽出剤としてチオシアン酸アンモニウムを380mg、酸化剤としてペルオキソ二硫酸カリウムを26mg入れ、これに、Zn2+、Fe3+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Mn2+を含む試料水溶液24mLを加えた。この水性二相系をウォーターバスで60℃に加温し,3分間攪拌・溶解した後、氷水に浸して3分静置した。これを再び60℃の温水に入れ、4分間静置した後、上相2gを採取した。 次にpH緩衝液として炭酸ナトリウム水溶液(pH 9.0)、各金属に対するマスキング剤を加え、20分静置した後、発色剤として2−(5−ブロモ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール(5−Br−PAPS)を添加し、水で5mLとした後、分光光度計を用いて552nmの吸光度を測定した。Zn2+に対して共存金属が10倍程度の濃度でもZn2+10ppbを比色定量できることがわかった。実施例3 30mL試験管にポリエチレングリコール(平均分子量4000)1.30gと硫酸ナトリウム水溶液5.10gを入れ、これに、水24mLを加えた。この水性二相系をウォーターバスで60℃に加温し、攪拌・溶解した後、水道水に浸して5分静置した。これを再び60℃の温水に入れ、2分間静置した後、上相2gを採取した。 60℃に加温して溶解し、20〜25℃の水に溶かして5分静置し、再び60℃に加温して2分間静置することにより、合計7分間で分相が完了した。実施例4 30mL試験管にポリエチレングリコール(平均分子量4000)1.30g、硫酸ナトリウム水溶液5.10g、抽出剤としてチオシアン酸カリウム及びマスキング剤Aを加え、これにZn2+、Fe3+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Mn2+を含む試料水溶液24mLを加えた。この水性二相系を実施例3と同様にして分相し、上相2gを採取した。 次に上相2.0gにマスキング剤Bを加え、20分静置した後、発色剤として2−(5−ブロモ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール(5−Br−PAPS)を添加し、水で5mLとした後、分光光度計を用いて552nmの吸光度を測定した。(1)チオシアン酸イオンの添加濃度の検討 チオシアン酸イオン濃度と亜鉛イオンの抽出率の結果を図1に示す。図1より、チオシアン酸イオン濃度は0.2M以上の濃度で、亜鉛イオンを完全に抽出できることがわかる。(2)マスキング剤Aの検討 リン酸イオン(リン酸Na添加)による鉄イオンのマスキング効果を表2に示す。表2から、10ppbの亜鉛を定量するには、0.02Mのリン酸イオンを添加すればよいことがわかる。 チオ硫酸イオン(チオ硫酸ナトリウム添加)による銅イオンのマスキング効果を表3に示す。表3から10ppb亜鉛を定量するのには、チオ硫酸イオン0.017M単独では十分でないことがわかる。(3)マスキング剤Bの検討 0.03Mのジメチルグリオキシムによるニッケルイオンのマスキング効果を表4に示す。表4から、10ppbの亜鉛を定量するとき、ニッケルイオン濃度0.8ppmまでは影響を与えないことがわかる。 0.02Mの酸化剤と0.3Mのエチレンジアミンによるコバルトイオンのマスキング効果を表5に示す。表5から、10ppbの亜鉛を定量するとき、コバルトイオン濃度5ppmまでは影響を与えないことがわかる。(4)マスキング条件の検討 マスキング剤Bを添加後、25℃で放置し、発色を測定した場合と、60℃に加温して発色を測定した場合のコバルトイオンのマスキング効果を検討した。その結果、表6に示すように、常温では20分以上必要だった反応時間が5分に短縮された。実施例5 30mL試験管にポリエチレングリコール(平均分子量4000)1.30g、硫酸ナトリウム水溶液5.10g、抽出剤としてチオシアン酸カリウムを460mg、リン酸水素二ナトリウム40mg、リン酸二水素ナトリウム24mg、チオ硫酸ナトリウム5水和物180mgを入れ、これに、Zn2+、Fe3+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Mn2+を含む試料水溶液24mLを加えた。この水性二相系をウォーターバスで60℃に加温し攪拌・溶解した後、水道水に浸して5分静置した。これを再び60℃の温水に入れ、2分間静置した後、上相2gを採取した。 上相2gにペルオキソ硫酸カリウム23mgを加えた。これにサリチルアルドキシム12mg、トリエタノールアミン100mg、ジメチルグリオキシム24mg、エチレンジアミン0.67μl、4M水酸化ナトリウム250μlを含有するエタノール溶液(66%)を加え、60℃に加温して5分後、発色剤として2−(5−ブロモ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール(5−Br−PAPS)を添加し、水で5mLとした後、分光光度計を用いて552nmの吸光度を測定した。Zn2+に対して共存金属が存在してもZn2+10ppbを比色定量できることがわかった。 共存イオンの許容限界濃度を表7示す。 他の金属イオンが亜鉛の10〜100倍共存する試料水中の亜鉛の定量値を表8に、その検量線を図2に示す。 河川水中のZn2+を定量した結果を表9に示す。表9から、実際の河川において10ppbレベルの亜鉛を正確に測定できることがわかる。 (A)被検水に、平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを添加して溶解させ、(B)該溶液を静置又は遠心分離により二相に分離して上相を採取し、(C)得られた上相に、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上と、亜鉛イオンの発色剤とを添加し、測色することを特徴とする被検水中の亜鉛の簡易定量法。 工程(A)において、リン酸塩及びチオ硫酸塩を添加する請求項1記載の亜鉛の簡易定量法。 酸化剤が、ペルオキソ二硫酸塩である請求項2記載の亜鉛の簡易定量法。 工程(A)の溶解操作を40〜80℃で行い、工程(B)の二相分離が、該溶液を静置して30℃以下に冷却し、次いで40〜80℃に加温して二相に分離するものである請求項1〜3のいずれか1項記載の亜鉛の簡易定量法。 (C)得られた上相に、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシム、次いで亜鉛イオンの発色剤を添加する請求項1〜4のいずれか1項記載の亜鉛の簡易定量法。 亜鉛イオンの発色剤が、2−(5−ブロモ−2−ピリジルアゾ)−5−[N−n−プロピル−N−(3−スルホプロピル)アミノ]フェノール二ナトリウム塩である請求項1〜5のいずれか1項記載の亜鉛の簡易定量法。 被検水に、最初にpH5〜7の緩衝剤を添加する請求項1〜6のいずれか1項記載の亜鉛の簡易測定法。 (1)平均分子量2000〜6000のポリエチレングリコールと、硫酸アルカリ金属塩と、チオシアン酸塩と、酸化剤又はリン酸塩及びチオ硫酸塩とを含有する第一組成物、(2)アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムから選ばれる1種以上を含有する第二組成物、並びに(3)亜鉛イオンの発色剤を含有する第三組成物を組み合せてなることを特徴とする亜鉛定量用試薬。 第二組成物が、アルドキシム、酸化剤、ジアミン、トリアルカノールアミン及びジアルキルグリオキシムを含有する組成物である請求項8記載の亜鉛定量試薬。


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