JP2002107352A - 水質分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸化剤の定期的な調整、交換を要しない水質
分析装置を得る。 【解決手段】 電解部40で硫酸塩が電解されてペルオキ
ソ二硫酸塩が生成される。電解部40の流路は８ポートバ
ルブ22につながっており、生成されたペルオキソ二硫酸
塩は、マイクロシリンジ22で所定量吸引されて、酸化分
解部30の酸化反応槽31内の試料水、希釈水、水酸化ナト
リウムの混合液に添加され、低圧水銀灯32よりの紫外線
照射で硝酸イオンに酸化分解される。酸化分解されｐＨ
調整された所定量の試料水がマイクロシリンジ22で吸引
されて吸光度測定部９の測定セル91に移送される。吸光
度測定部９で波長２２０ｎｍの硝酸イオンの吸光度が測
定され、測定された硝酸イオンの吸光度が制御・データ
処理部10で演算処理されてＴＮ濃度が求められ、表示部
４０に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工場や事業所など
から出る排水や、水質汚濁の深刻な河川や湖沼、海水な
どの環境水に含まれる微量の窒素化合物、リン化合物、
有機汚濁物等の環境水の含有成分の濃度を測定する水質
分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】我が国においては水中の窒素化合物、リ
ン化合物の分析方法は、ＪＩＳのＫ０１０２や環境庁告
示１４０号によって公的に規格化されている。水中の窒
素化合物は硝酸イオン、亜硝酸イオン、アンモニウムイ
オン又は有機態窒素として存在している。これらの水中
窒素を全て測定する全窒素分析方法では、全ての窒素化
合物を硝酸イオンに変えて測定するが、アンモニウムイ
オンや有機態窒素は硝酸イオンに酸化分解され難い。そ
こで、全窒素測定では試料水にアルカリ性ペルオキソ二
硫酸カリウム溶液を酸化剤として加えて１２０℃で３０
分間加熱し、全ての窒素化合物を硝酸イオンに酸化分解
する。それを冷却した後、ｐＨを２〜３に調整し、硝酸
イオンによる波長２２０ｎｍでの紫外線吸光度を測定し
ている。

【０００３】一方、水中のリン化合物はリン酸イオン、
加水分解性リン、又は有機態リンとして存在している。
全リン測定では中性状態でペルオキソ二硫酸カリウム溶
液を酸化剤として添加し、１２０℃で３０分間加熱する
ことによって全てのリン化合物をリン酸イオンに酸化分
解する。リン酸イオンは特有の光吸収を持たないので、
リン酸イオンを測定するには、冷却後に発色剤としてモ
リブデン酸アンモニウム溶液とＬ−アスコルビン酸溶液
を添加して発色させ、波長８８０ｎｍでの吸光度を測定
している。

【０００４】このように、水中の全窒素（ＴＮ）、全リ
ン（ＴＰ）を吸光光度法により測定するには、その前処
理として窒素化合物を硝酸イオンに、リン化合物をリン
酸イオンに酸化分解する必要がある。酸化剤としてのペ
ルオキソ二硫酸カリウムの添加された水を加熱する酸化
分解方法では、水の沸点以上の１２０℃というような高
温に加熱するため、耐圧構造の反応釜を必要とし、酸化
反応槽の構造や操作が複雑、高価格になるという問題が
あることから、酸化剤（ペルオキソ二硫酸カリウム溶
液）の添加された試料水に紫外線を照射して酸化分解を
促進させることで高温加圧を必要としない紫外線酸化分
解方法が提案され、実用に供されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高温加圧による酸化分
解、紫外線の照射による紫外線酸化分解のいずれにして
も試料水の酸化分解（反応）に酸化剤（ペルオキソ二硫
酸カリウム溶液）を添加（使用）を必要とすることか
ら、次の問題がある。すなわち、試料水の酸化反応の促
進に使用する酸化剤（ペルオキソ二硫酸カリウム溶液）
は、容器に収容されて結晶状態の酸化剤を調製して水溶
液を作成する必要があり、また、酸化剤（ペルオキソ二
硫酸カリウム）は、溶液状態では自己分解により時間経
過に伴い酸化能力が低下するために長期保存ができない
ことから、約２〜３週間毎に調製し、新しく調製したも
のと交換する必要がある。

【０００６】このために、調製、交換作業が面倒で時間
を要し、分析効率が低下すると共に、酸化剤としてのペ
ルオキソ二硫酸カリウムは高価であり、また、酸化剤は
消耗するため頻繁に補充しなければならず、分析装置の
ランニングコストが高くなり、また、長時間の連続分析
に不向きであるという問題がある。また、酸化剤として
ペルオキソ二硫酸カリウムを添加して酸化分解し、全有
機炭素（ＴＯＣ）濃度を測定する場合にあっても酸化剤
の調製・交換を要し、同様の問題が生ずる。

【０００７】本発明は、上記に鑑み、酸化剤の定期的な
調製、交換を必要としない水質分析装置を提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１に係る本発明の水質分析装置では、試料水
に添加する酸化剤の生成手段を備えており、分析装置自
体で酸化剤を生成（自製）するようにしたことが特徴と
なっている。なお、酸化剤の生成手段は、硫酸塩よりペ
ルオキソ二硫酸塩を電解生成するものであることが好ま
しく、また、酸化剤の添加された試料水の酸化分解を紫
外線照射で行うことが好ましい。

【０００９】このような構成によれば、分析装置で酸化
剤を生成（自製）し、水質分析に供するので、従来のこ
の種装置のように酸化剤の定期的な調製、交換が不要と
なり、また、分析に必要な量の酸化剤を生成して使用で
きるので、資源の有効利用が図れると共に、従来のこの
種分析装置において不可欠な酸化剤の調製、交換作業が
不要となる。

【００１０】また、ＴＮ、ＴＰの分析時の酸化反応の促
進に使用する酸化剤としてのペルオキソ二硫酸塩を硫酸
塩より電解生成するようにすれば、ペルオキソ二硫酸塩
を安価に、且つ、簡単に生成することができ、また、電
解生成することから生成機構の構成も簡単で、小型化で
きて分析装置全体をコンパクト・安価にできる。さら
に、酸化剤の添加された試料水の酸化分解を紫外線照射
で行うようにすれば、高温加熱を必要とせず、酸化分解
部の構造や操作が簡単となる。なお、酸化剤が添加され
酸化分解された試料水の酸化生成物は、周知の光分析法
や電気化学分析法などで測定できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例に沿って説明する。図１は、本発明が適用
される一例としての全窒素（ＴＮ）分析装置（ＴＮ計）
の概略構成図である。オーバーフロー形容器１内を連続
して流れる環境水などの試料水の一部を採取して分析部
に導くために、該容器１に設けられている採水管２が試
料注入機構２０の８ポートバルブの１つのポートに接続
されている。

【００１２】試料注入機構20は８ポートバルブ21とそれ
に接続されたマイクロシリンジ２２で構成されており、
マイクロシリンジ22は８ポートバルブ21のいずれのポー
トとも接続されるようになっている。８ポートバルブ２
１のそれぞれのポートには、試料用流路の採水管２の
他、三方バルブ３を介して試料水のｐｈ値を調整するた
めに添加する塩酸（HCl）４と水酸化ナトリウム（NaO
H）５につながる流路、校正用の標準液６につながる流
路、希釈や洗浄に使用する希釈水７につながる流路、酸
化分解部30につながる流路、酸化剤としてのペルオキソ
二硫酸塩を生成（自製）する酸化剤生成部としての電解
部40につながる流路、ペルオキソ二酸化塩の原料となる
硫酸塩８につながる流路、測定部としての試料水の吸光
度を測定する吸光度測定部９がそれぞれ接続されてい
る。

【００１３】吸光度測定部９の出力は、制御・データ処
理部10に接続されており、制御・データ処理部10は、吸
光度測定部９の出力を処理してＴＮ濃度を求めたり、８
ポートバルブ21及びマイクロシリンジ22の動作を制御す
る。また、制御・データ処理部10には、表示部50や不図
示のキーボード、レコーダ等が接続されている。酸化分
解部30は、実施例では酸化剤の添加された試料水に紫外
線を照射して酸化分解させるもので、酸化反応槽31と該
槽31内に配置された紫外線を照射する紫外線源としての
低圧水銀灯32とそれの電源33を備え、酸化反応槽31に供
給されたペルオキソ二硫酸塩の添加された試料水に低圧
水銀灯32よりの紫外線の照射により窒素化合物が硝酸イ
オンに酸化分解される。

【００１４】また、酸化剤の生成は、実施例では硫酸塩
の電気分解（電解）でもって酸化剤としてのペルオキソ
二硫酸塩を生成する電解部40で、ペルオキソ二硫酸塩の
原料となる硫酸塩を収容する隔壁41で仕切られた電解槽
42と隔壁41で画成された電解槽42内の硫酸塩に侵漬され
る一方が陽陰、他方が陰極となる電極43、44とそれの電
源45とを備え、硫酸塩に侵漬された電極43、44に電圧を
印加すると電気分解により、陽極電極43側にペルオキソ
二酸化塩が生成される。

【００１５】次に、図１を参照して試料水中のＴＮ濃度
の測定動作を説明する。先ず、測定に先立ち、酸化剤で
あるペルオキソ二酸化塩を電解部40で生成する。制御・
データ処理部10からの制御信号により、８ポートバルブ
21の切換えとマイクロシリンジ22が駆動される。まず、
マイクロシリンジ22が硫酸塩の流路に接続されて、マイ
クロシリンジ22に一定量の硫酸塩が採取されて後、マイ
クロシリンジ22が電解部40の流路に接続されて採取され
た硫酸塩が、電源45に接続された電極43、44が配置され
た電解槽42内に排出される。電解槽42内の供給された硫
酸塩は電気分解されて陽極電極43側にペルオキソ硫酸塩
が生成される。

【００１６】その後、制御・データ処理部10の制御のも
とにマイクロシリンジ22が採水管２の流路に接続され
る。所定量の希釈率が設定されている場合は、マイクロ
シリンジ22が希釈水７の流路に接続され、マイクロシリ
ンジ22中の試料に所定量の希釈水が加えられる。つい
で、マイクロシリンジ22が水酸化ナトリウム５、電解部
40の流路に順次接続されてマイクロシリンジ22中の試料
水に、電解部40で生成された所定量のペルオキソ二硫酸
塩と水酸化ナトリウムが添加されて後、マイクロシリン
ジ22が酸化分解部30の流路に接続され、マイクロシリン
ジ２２中の希釈水、水酸化ナトリウム、ペルオキソ二硫
酸塩の添加された試料水は、酸化分解部30の酸化反応槽
31内に吐出される。

【００１７】なお、上記の説明では、マイクロシリンジ
22中に試料水、希釈水、水酸化ナトリウム、ペルオキソ
二硫酸塩をそれぞれ所定量吸引し、その混合液を酸化分
解部30の酸化反応槽31に吐出するようにしたが、先ず、
マイクロシリンジ22を採水管２の流路に接続して所定量
の試料水を吸引して後に、マイクロシリンジ22を酸化分
解部30の流路に接続してマイクロシリンジ22中の試料水
を酸化反応槽31内に吐出し、次いで、マイクロシリンジ
22を希釈水７の流路に接続して所定量の希釈水を吸引し
てマイクロシリンジ22を酸化分解部30の流路に接続して
マイクロシリンジ22中の希釈水を酸化反応槽31内に吐出
するというように、マイクロシリンジ22を採水管２の流
路、希釈水７の流路、水酸化ナトリウム５の流路、電解
部40の流路に順次切換える間に、酸化分解部30の流路に
接続し、マイクロシリンジ22による吸引、吐出を繰り返
して、酸化分解部30の酸化反応槽31内に、所定量の試料
水、希釈水、水酸化ナトリウム、ペルオキソ二硫酸塩を
順次供給するようにしてもよい。この場合、マイクロシ
リンジ22で試料水等を順次採取するに先立って、マイク
ロシリンジ22を希釈水７の流路に接続してマイクロシリ
ンジ22とそれより酸化分解部30に至る流路内を洗浄する
必要がある。

【００１８】酸化反応槽31内の希釈水、水酸化ナトリウ
ム、ペルオキソ二硫酸塩の添加された試料水は、低圧水
銀灯31によりの紫外線が所定時間照射され、試料水中の
窒素化合物が硝酸イオンに分解される。酸化分解された
酸化反応槽31内の試料水はマイクロシリンジ22で所定量
吸引採取され、その後、マイクロシリンジ22は塩酸４に
連なる流路に接続されて所定量の塩酸が、酸化分解され
た試料水に添加され所定のｐｈ値に調整される。つい
で、マイクロシリンジ22は吸光度測定部９に接続され、
ｐＨ調整されたマイクロシリンジ22内の試料水は、吸光
度測定部９の測定セル91に移送され、吸光度測定部９で
波長２２０ｎｍの硝酸イオンの吸光度が測定され、測定
された硝酸イオンの吸光度が制御・データ処理部10で演
算処理されてＴＮ濃度が求められ、表示部40に表示され
る。

【００１９】このように、分析装置が試料水に添加する
酸化剤としてのペルオキソ二硫酸塩の生成手段を備えて
いて、ペルオキソ二硫酸塩（酸化剤）を生成（自製）し
て試料水に添加できるので、従来のこの種装置のように
酸化剤の定期的な調製、交換が不要となり、また、分析
に必要な量の酸化剤を生成して使用できるので、資源の
有効利用が図れると共に、ペルオキソ二硫酸塩（酸化
剤）は、その基になる硫酸塩を酸化剤生成部としての電
解部に補給することで生成できるので、長時間の連続分
析が可能となる。また、酸化剤の生成手段が電気分解で
酸化剤を生成する電解生成手段であり、ＴＮ、ＴＰの分
析時の酸化の促進に使用する酸化剤が、ペルオキソ二硫
酸塩である場合、硫酸塩の電解でペルオキソ二硫酸塩を
安価、且つ、簡単に生成することができ、また、酸化剤
の生成機構の構成も簡単で、小型化できるので、装置全
体をコンパクト・安価にできる。

【００２０】なお、実施例では、ＴＮ計に適用したが、
本発明は、試料水の酸化分解を促進するために酸化剤を
使用するＴＰ計、ＴＯＣ計などの水質分析装置、ならび
に、ＴＰ、ＴＮ、ＴＯＣの２以上の成分を分析する多成
分水質分析装置にも適用できるものである。例えば、Ｔ
Ｐ計にあっては、酸化剤生成部で生成されたペルオキソ
二硫酸塩を試料水に添加さして酸化分解部で酸化分解し
てｐＨ値を調整するまでの工程は実施例のＴＮ計と同様
であり、ｐＨ調整された試料水に発色剤が添加されて発
色反応後、吸光測定部９で波長８８０ｎｍの吸光度が測
定され、測定された吸光度が制御・データ処理部で演算
処理されてＴＰ濃度が求められ、表示部４２に表示され
る。この場合、発色剤は、吸光度測定部の測定セル内の
酸化分解された試料水に添加しても、酸化分解部の酸化
反応槽内の酸化分解された試料水に添加し、その発色剤
の添加された試料水を測定セルに移送して吸光度を測定
するようにしてもよい。また、発色剤は、リン酸イオン
と反応して発色するものであり、具体的には、ＪＩＳＫ
０１０２に採用されているモリブデン酸アンモニウム溶
液とＬ−アスコルビン酸溶液である。また、ＴＯＣ計に
あっては、酸化剤を添加した試料水に紫外線を照射して
酸化し、発生した二酸化炭素を非分散型赤外分析計で測
定してもＴＯＣ濃度が求められる。

【００２１】さらに、酸化剤の添加された試料水の酸化
分解は、高温加圧によるものであってもよいが、実施例
のように紫外線を照射して酸化分解するようにすれば、
高温加圧を必要とせず、酸化分解部の構成や操作が簡単
となる。また、実施例では、低圧水銀灯を試料水内に侵
漬る構成であったが、酸化分解槽を内側と外側間に試料
水が収容できる二重有底円筒構造とし、内側の円筒体内
に低圧水銀灯を配置したものであってもよく、また、酸
化反応槽の外側に低圧水銀灯を配置したものであっても
よい。さらに、実施例では、マルチポートバルブとそれ
に接続されたマイクロシリンジで構成される試料注入機
構で、所定量の試料水、酸化剤、希釈水、塩酸等を吸入
（採取）し、酸化分解部の酸化反応槽等に供給するよう
にしたが、計量器を用いて試料水、酸化剤等を酸化分解
部への計量・供給、ならびに、酸化分解部からの試料水
を吸光度測定部へ計量・供給することも可能である。

【００２２】

【発明の効果】本発明の水質分析装置によれば、装置自
体で酸化剤を生成して水質分析に供するので、従来のこ
の種装置で不可欠であった酸化剤の定期的な調製、交換
作業がが不要となり、また、分析に必要な量の酸化剤を
生成して使用できるので資源の有効利用が図れる。

【００２３】また、全窒素、全リン等の分析時の酸化促
進に使用する酸化剤としてのペルオキソ二硫酸塩を硫酸
塩より電気分解でもって生成するようにすれば、ペルオ
キソ二硫酸塩を安価に、且つ、簡単に生成することがで
き、また、電解生成することから生成機構の構成も簡単
で、小型化できるので、装置全体をコンパクト・安価に
できる。さらに、酸化剤の添加された試料水の酸化分解
を紫外線照射で行うようにすれば、高温加熱を必要とせ
ず、酸化分解部の構造や操作が簡単となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の水質分析装置としてのＴ
Ｎ計の概略構成図である。

【符号の説明】

１：オーバーフロー形容器 ２：採水管 ３：三方バルブ ４：塩酸
（HCl） ５：水酸化ナトリウム（NaOH） ６：校正用の
標準液 ７：希釈水 ８：硫酸塩 ９：吸光度測定部（９１…測定セル） 10：制御・
データ処理部 20：試料注入機構 21…８ポートバルブ 22…マイクロシリンジ 30：酸化分解部 31…酸化反応槽 32…低圧水銀灯 33…
電源 40：電解部 41…隔壁 42…電解槽 43、44…
電極 45…電源 50：表示部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料水に酸化剤を添加して測定対象成分
   を酸化分解し、酸化生成物を測定する水質分析装置であ
   って、試料水に添加する酸化剤の生成手段を備えたこと
   を特長とする水質分析装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の水質分析装置であっ
   て、酸化生成物を光分析法で測定することを特長とする
   水質分析装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の水質分析装置であっ
   て、酸化生成物を電気化学分析法で測定することを特長
   とする水質分析装置。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
   の水質分析装置であって、前記酸化剤生成手段は、ペル
   オキソ二硫酸塩を硫酸塩の電解により生成するものであ
   ることを特長とする水質分析装置。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
   の水質分析装置であって、酸化剤の添加された試料水の
   酸化分解を紫外線照射で行うことを特長とする水質分析
   装置。