説明

水溶液中の微量元素分析方法

【課題】水溶液中に存在する微量元素の濃度分析を、蛍光X線分析装置を使用し、簡便に比較的高いレベルの精度で行うことができる水溶液中の微量元素分析方法の提供。
【解決手段】微量元素を含む水溶液1を吸着材2ともに煮沸容器3に入れ、これを加熱して水分を蒸発させ、水分蒸発後に残った煮沸容器内の吸着材を含む固形成分5を微粉状又は粒状にすりつぶし、得られた粉状又は粒状試料中の微量元素の含有量を、蛍光X線分析装置9を用いて計測する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水溶液中に存在する微量元素、例えば、砒素、鉛、セレン、水銀、クロム等を、蛍光X線分析装置を用いて計測する水溶液中の微量元素分析方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、水溶液中に含有する微量な重金属類の濃度を簡易に分析する方法として蛍光X線分析装置を利用する方法がある。これには、対象となる水溶液をそのままの状態で、これに蛍光X線を照射して測定する方法もあるが、この方法は分析に必要な前処理が少ないため、手間が少なくて済むものの、蛍光X線分析装置自身の感度が数ppm程度であるため、水溶液に含まれる微量金属元素を排水基準濃度(0.1ppm)や、環境基準濃度(0.01ppm)まで測定することはできない。
【0003】
このため従来は、水溶液中に存在する微量元素を集めた状態で濃度を分析する方法が提案されており、これには、例えば、水溶液中の各元素にDDTCキレート剤を反応させて沈澱濾過する方法(キレート沈澱法)(例えば特許文献1)、水溶液中の各元素に適当な沈澱剤及び共沈剤を加えて反応させ、水溶液から沈澱分離させる方法(沈澱分離法)(例えば特許文献2)、水溶液中の各元素に有機試薬を反応させ、有機溶媒層に抽出分離させる方法(溶媒抽出法)(例えば特許文献3)等がある。
【特許文献1】特開2004−294329号公報
【特許文献1】特開平10−277564号公報
【特許文献1】特開2005−134277号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述した従来のキレート沈澱法、沈澱分離法、溶媒抽出法には、次のような問題がある。
(1)キレート剤を添加する際、測定対象物質の種類に応じて、過酸化水素(H)等の薬品を水溶液中に溶かす作業を伴い、また、薬品を正確に計量するための専用の道具(例えば、マイクロピペット等)や水溶液の水素イオン濃度を測定するための機器(例えば、PHメーター)等が必要になる。
(2)薬品を投入した後、水溶液の沈澱状態等を管理する必要がある。
(3)水溶液中の水分を蒸発させるために、そのまま、コンロやホットプレート等(以下、単に加熱器という)にかけた場合、薬品による有害な揮発性ガスの発生が懸念され、それを排気するための専用設備(例えば、ドラフトチャンバー)が必要となる。
(4)上述のような作業を行うための高度の知識及び器具を取り扱うための熟練した技術、更には、使用後の廃液の保管又は廃棄及び薬品や器具を保管するための設備等が必要となる。
(5)何れの方法も、化学知識のない人にとってフィールドワーク等で簡単に行うことができない。
【0005】
この他、水溶液中の微量元素と水溶液を分離するのに、薬品を使用しないことを前提とした場合、測定するための前処理方法としては、水溶液を加熱して水蒸気を追い出す(水溶液を濃縮する)方法が考えられる。
【0006】
しかしながら、この方法では、濃縮する過程で容器内に沈殿物が発生することが多く、沈殿物が発生した場合には沈殿物と水溶液との混合物についての分析結果が得られることとなり、固形沈殿物のみや水溶液のみの蛍光X線分析による分析結果に比べ、評価が煩雑となってしまうといった問題がある。
【0007】
この問題は、沈殿物を発生させない程度に水溶液を蒸発させることによって解決するが、沈殿物が発生するタイミングを見極めるための管理が必要となる。
【0008】
また、これまでの実験結果から初期の水溶液に対して容積が3/4から1/3程度になるまで濃縮されると沈殿物ができ始めることが確認されているが、沈殿物の発生しない状態で濃縮を止めると、十分な濃縮倍率が得られないため、結果として目標としている排水基準濃度も分析することができないといった問題がある。
【0009】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、水溶液中に存在する微量元素の分析を、蛍光X線分析装置を使用し、キレート剤や薬品を一切使用することなく、また、化学知識のない人でもフィールドワーク等で排水基準濃度(0.1ppm)及び環境基準濃度(0.01ppm)レベルの精度で行うことができる水溶液中の微量元素分析方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上述の如き従来の問題点を解決し、所期の目的を達成する請求項1に記載の発明は、微量元素を含む水溶液を吸着材ともに煮沸容器に入れ、該水溶液を加熱して水分を蒸発させ、水分蒸発後に残った煮沸容器内の吸着材を含む固形成分をすりつぶし、得られた粉状及び/又は粒状の試料中の蛍光X線分析装置にて分析可能な微量元素の含有量を、蛍光X線分析装置を用いて計測することを特徴としてなる水溶液中の微量元素分析方法にある。
【0011】
請求項2に記載の発明の特徴は、請求項1の構成に加え、吸着材は、粉状及び/又は粒状の材料を使用することにある。
【0012】
請求項3に記載の発明の特徴は、請求項1又は2の構成に加え、吸着材として活性炭を使用することにある。
【発明の効果】
【0013】
本発明は、微量元素を含んでいる水溶液内に吸着材を入れ、これを加熱して水分を蒸発させることで、水溶液中の微量元素を吸着材に捕捉せしめこれをすりつぶして分析のための試料を調整することとしたことにより、キレート剤を添加したり薬品を水溶液中に溶かしたりする作業が不要となり、また、使用器具も、特殊な器具は使用することなく、常用の計りやビーカーなど、汎用品ばかりを使用でき、しかも試料調整工程において分析器具を全く使用する必要がない。
【0014】
また、対象とする水溶液と吸着材の適量を計測し、ビーカー等の煮沸容器内に投入し、水分が蒸発し終わるまで、加熱器にかけて放置すれば良く、また、途中の水溶液の管理を必要とせず、化学の特別な専門知識も必要とせず計測できる。
【0015】
また、水分が蒸発して、最終的には水溶液中の蒸発しない微量元素の大部分が吸着材に捕捉され、粉体及び/又は粒状体で残るため、初めの水溶液の状態に比べ、体積は格段に小さく、液体でないため、保管時の液漏れが無く、取り扱いが容易である。
【0016】
また、薬品を混合しないため、水溶液中の水分を蒸発させる時、薬品の化学反応による有害な物質は発生せず、有害物質を排気するための専用設備も必要としない。
【0017】
このように本発明の微量元素の分析方法は、フィールドワークでの作業を可能とする方法であり、また、最終的には、蒸発しない大部分の微量元素が吸着材に吸着され、試料を粒状体として扱うことができるため、土壌中の微量元素と同じ手順で分析することができ、新たに水溶液中を分析するための高度な技術を習得する必要が無く、また、土壌など固形分の分析と水溶液の分析とを、同一の蛍光X線分析装置で分析できるため、設置するためのスペースや機械のメンテナンスも一台で可能になる等、現場での省力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
次に、本発明の実施の最良の形態を図面について説明する。本発明は、含有している微量元素の分析及びその計量を行おうとする水溶液内に吸着材を入れた後、加熱して水分を蒸発させることにより、残された固形成分、即ち水溶液中の蒸発しない微量元素の殆どを補足した吸着材及び吸着されないで容器内に残された固形成分をすりつぶして有形物である試料を調製し、この試料を計量して専用容器に入れ、これを蛍光X線分析装置に掛け、試料に蛍光X線を照射して微量元素の種類を分析するとともにその濃度を計測するものであり、先ず、図1(a)に示すように、ビーカー等の煮沸容器1内に、微量元素例えば、砒素、鉛、セレン、水銀、クロム等が溶融している水溶液2を計量して注入する。
【0019】
次いで、図1(b)に示すように同煮沸容器1内の水溶液2内に吸着材3を浸漬させる。吸着材3としては、例えば、活性炭が使用できる。また、これらの吸着材3は、粉状体及び粒状体の何れか又はこれらの混合物が好ましい。尚、水溶液2と吸着材3との煮沸容器1への収容順序は逆であってもよい。
【0020】
次に、図1(c)に示すように、水溶液2と吸着材3とを収容した煮沸容器1を加熱器4にかけて煮沸し、水分を蒸発させる。これにより図1(d)に示すように、煮沸容器1内に水溶液2中に含まれていた蒸発しない固形成分が、吸着材3に吸着された状態、及び容器底部や周壁に付着した状態で残る。
【0021】
このようにして煮沸容器1内に残った固形成分5を、図1(e)に示すように、乳鉢6に移し、すりつぶして微粉状(粒径150μm以下程度)となす。尚このすりつぶし作業後の粒径は、小さければ小さい程計測精度が向上するが、時間と手間がかかるため、大よその分析結果が得られれば良いとする場合には粒径2mm程度の粒状であってもよい。
【0022】
又は粒状(粒径2mm程度以下)となし、試料を均一化する。尚、このすりつぶし作業は、このようにして得られた試料7を計量して分析用の専用容器8に入れ、図1(f)に示すように蛍光X線分析装置9にセットして分析及び計量を行わせ、得られた値から最初の水溶液に対する含有濃度を算出する。
(比較試験)
図2〜図4は、本発明の分析方法を用いて、水溶液中に溶出した砒素、鉛、セレンの濃度を蛍光X線分析装置で分析した結果を示している。
【0023】
図2は砒素濃度0.01、0.1、0.5mg/Lの3種の標準液について、本発明方法によって計測を行った場合の結果、図3は鉛濃度0.01、0.2、0.5mg/Lの3種の標準液について、本発明方法によって計測を行った場合の結果、図4はセレン濃度0.01、0.1、0.5mg/Lの3種の標準液について、本発明方法によって計測を行った場合の結果を示している。
【0024】
各図のグラフにおいて横軸が標準濃度(目標値)、縦軸が本発明による同水溶液の計測結果であり、いずれの場合においても、標準液に比べ稍低い値となっているが、略直線関係が保たれている。
【0025】
図5、図6は、焼却灰から溶出した重金属を含有する水溶液について本発明方法によって計測した結果と、同じ水溶液について原子吸光分析装置を用いて計測した結果とを比較したものであり、図5は砒素の濃度を、図6はセレンの濃度を計測している。各図のグラフにおいて横軸が原子吸光分析装置による計測値、縦軸が本発明による同水溶液の計測結果を示している。いずれの場合においても、図2〜図4の計測結果に比べて本発明による計測結果にばらつきがあるが、全体的に原子吸光分析装置による結果と同じ傾向、即ち原子吸光分析装置により計測される濃度が濃くなるに従って、本発明方法による測定値も大きくなるという傾向が見られ、簡易分析としては充分に使用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明に係る水溶液中の微量元素分析方法の工程の一例を示す説明図である。
【図2】砒素の標準液濃度水溶液について本発明によって求めた計測値を示すグラフである。
【図3】鉛の標準液濃度水溶液について本発明によって求めた計測値を示すグラフである。
【図4】セレンの標準液濃度水溶液について本発明によって求めた計測値を示すグラフである。
【図5】焼却灰から溶出した微量元素を含む水溶液中の砒素について、原子吸光分析装置による濃度測定結果と本発明による濃度測定結果を比較したすグラフである。
【図6】焼却灰から溶出した微量元素を含む水溶液中のセレンについて、原子吸光分析装置による濃度測定結果と本発明による濃度測定結果を比較したすグラフである。
【符号の説明】
【0027】
1 煮沸容器
2 水溶液
3 吸着材
4 加熱器
5 固形成分
6 乳鉢
7 試料
8 専用容器
9 蛍光X線分析装置

【特許請求の範囲】
【請求項1】
微量元素を含む水溶液を吸着材ともに煮沸容器に入れ、該水溶液を加熱して水分を蒸発させ、水分蒸発後に残った煮沸容器内の吸着材を含む固形成分をすりつぶし、得られた粉状及び/又は粒状の試料中の蛍光X線分析装置にて分析可能な微量元素の含有量を、蛍光X線分析装置を用いて計測することを特徴としてなる水溶液中の微量元素分析方法。
【請求項2】
前記吸着材は、粉状及び/又は粒状の材料を使用する請求項1に記載の水溶液中の微量元素分析方法。
【請求項3】
前記吸着材として活性炭を使用する請求項1又は2に記載の水溶液中の微量元素分析方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2007−127453(P2007−127453A)
【公開日】平成19年5月24日(2007.5.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−318587(P2005−318587)
【出願日】平成17年11月1日(2005.11.1)
【出願人】(000166627)五洋建設株式会社 (364)
【出願人】(503226903)domi環境株式会社 (2)
【Fターム(参考)】