亜鉛の簡易定量法
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１５４２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】本発明方法による亜鉛イオンの検量線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【実施例】
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
【表１】
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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。
【００４８】
【表２】
【００４９】
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。
【００５０】
【表３】
【００５１】
（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。
【００５２】
【表４】
【００５３】
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。
【００５４】
【表５】
【００５５】
（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。
【００５６】
【表６】
【００５７】
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。
【００５８】
共存イオンの許容限界濃度を表７示す。
【００５９】
【表７】
【００６０】
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。
【００６１】
【表８】
【００６２】
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。
【００６３】
【表９】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１５４２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】本発明方法による亜鉛イオンの検量線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【実施例】
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
【表１】
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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。
【００４８】
【表２】
【００４９】
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。
【００５０】
【表３】
【００５１】
（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。
【００５２】
【表４】
【００５３】
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。
【００５４】
【表５】
【００５５】
（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。
【００５６】
【表６】
【００５７】
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。
【００５８】
共存イオンの許容限界濃度を表７示す。
【００５９】
【表７】
【００６０】
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。
【００６１】
【表８】
【００６２】
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。
【００６３】
【表９】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
（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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
（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。
【請求項９】
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。
【請求項１】
（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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
（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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
（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。
【請求項９】
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。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１３２１１（Ｐ２０１１−１３２１１Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２２３１７（Ｐ２０１０−１２２３１７）
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（５０４１９０５４８）国立大学法人埼玉大学 (292)
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（５０４１９０５４８）国立大学法人埼玉大学 (292)
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【Ｆターム（参考）】
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