JP2003139758A

JP2003139758A - 還元反応を利用した無機性全窒素測定用の簡易水質分析器具

Info

Publication number: JP2003139758A
Application number: JP2001372022A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okumura; 浩奥村; Seiji Ishii; 誠治石井
Original assignee: KYORITSU RIKAGAKU KENKYUSHO KK
Current assignee: KYORITSU RIKAGAKU KENKYUSHO KK
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、高価な分析機器や有害な試薬
等を使用することなく何人も簡単に取り扱い操作をする
ことができ、安全で、しかも環境にやさしい無機性全窒
素の簡易水質分析器具を提供することを課題とする。【解決の手段】検水中に、アルカリ溶液と塩化チタン
（ＩＩＩ）溶液を滴下し、亜硝酸性窒素と硝酸性窒素を
アンモニアに還元する。このアンモニアと検水中のアン
モニウム性窒素の合計値である無機性全窒素を測定する
ための混合試薬を封入してある、弾性を有する少なくと
も一部が透明あるいは半透明の密封容器を、使用時に検
水を吸い込ませるための開口部を作り、スポイト式に塩
化チタンによる還元反応後の検水を吸い込ませ、指定反
応時間後に標準色表と比色して無機性全窒素濃度を測定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工程管理、工場排水
管理、飲料水検査、河川湖沼水質調査、農業用水管理な
どの現場において、誰でも安全に無機性全窒素の概略値
が得られるように考案された簡易水質分析器具に係わる
技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】工場排水、環境水、飲料水等の水質測定
には、工業用水試験方法（ＪＩＳＫ０１０１）、工場
排水試験方法（ＪＩＳＫ０１０２）、上水試験方法
の測定方法を用いるのが一般的である。これらは試薬を
発色させ分光光度計で被検物質濃度を測定する吸光光度
法、イオン電極法、イオンクロマトグラフ法等がある
が、これらは高価な機器を必要とし、さらには煩雑かつ
熟練の操作が必要であるため、設備の調った特定の場所
で専門の技術者が操作する必要がある。

【０００３】窒素関係の各種水質基準が次々と設定され
ている。その中で、環境基準値と工場排水基準値が定め
られている。環境基準値は、硝酸性窒素濃度及び亜硝酸
性窒素濃度の合計値が１０ｍｇ／Ｌ以下である。また、
水質汚濁防止法の工場排水基準値は、アンモニアとアン
モニウム化合物濃度に０．４を掛けた値と亜硝酸性窒素
濃度と硝酸性窒素濃度の合計値が、１００ｍｇ／Ｌ以下
である。しかし、アンモニアとアンモニウム塩は、特に
生活系排水から環境中へ放流されるが、好気性反応で
は、硝酸性窒素に硝化される。このため、アンモニウム
性窒素についても、水中濃度を監視する必要があると考
えられる。現在、窒素測定関係の簡易分析では、アンモ
ニウム性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素測定とそれぞ
れ別々に測定する製品はある。この三項目をそれぞれ別
々に測定することは、測定のための時間と費用がかか
り、合計値を算出せねばならない。そこでこのアンモニ
ウム性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素測定が一度の測
定で求められることが望まれている。

【０００４】工場排水、河川湖沼水質、農業用水等を測
定する現場では、細かい数値は必要ないが概略値をその
場で知りたいというニーズが多くある。そのような場合
に、化学の知識のない人でも安全で簡便に測定すること
のできる簡易水質分析器具が望まれている。このような
簡易水質分析器具の多くは試薬を発色させ、その色を標
準の色列と目視で比色して濃度を測定する方法である。
ここで、試薬は、瓶に入っていて小さなスプーンで１回
分づつをとり検水に加える方法、ラミネート袋に１回分
づつが分封されており、それを破いて検水に加える方
法、ポリエチレンチューブに封入され、そのチューブの
一端にピンで穴をあけ検水を吸入する方法等がある。標
準の色列には、ガラスアンプルに色水を封入したもの、
色ガラスを並べたもの、色のついたプラスチックを並べ
たもの、紙に色列を印刷したもの等がある。これら試薬
及び発色容器、標準色列を組み合わせて簡易水質分析機
器が構成されている。このような簡易水質分析器具によ
り測定される被検物質には、アンモニウムイオン、亜硝
酸イオン、硝酸イオン等、様々なものがあるが、それぞ
れに問題点を含んでいる。

【０００５】アンモニウムイオンを測定する方法として
は、インドフェノール青法が一般的である。インドフェ
ノール青法は、工業用水試験方法（ＪＩＳＫ０１０
１）、工場排水試験方法（ＪＩＳＫ０１０２）、上
水試験方法等で採用されているが、この方法では、アン
モニウムイオンを含む検水が次亜塩素酸イオンの共存の
もとで、強アルカリ性でフェノールと反応して生じるイ
ンドフェノール青の吸光度を測定してアンモニウムイオ
ンを定量する。

【０００６】前記インドフェノール青法では、フェノー
ルを用いることになる。これは、毒物及び劇物取締法の
劇物となり、製造、販売、輸送、取り扱いの際には危険
防止策が必要となる。フェノールは、水質汚濁防止法の
生活環境項目に該当し、使用後の廃水は排水処理が必要
である。また、フェノールは不快な臭気を発するので、
作業者は作業中、マスク等が必要になる。

【０００７】また、アンモニウムイオンの低濃度測定で
は、さらにペンタシアノニトロシル鉄（ＩＩＩ）酸二ナ
トリウムを使用する場合がある。これは、毒物及び劇物
取締法の毒物となり、製造、販売、輸送、取り扱いの際
には危険防止策が必要となる。また、水質汚濁防止法の
有害物質に該当し、使用後の廃水は適切な排水処理が必
要である。

【０００８】亜硝酸イオンを測定する方法としては、ナ
フチルエチレンジアミン吸光光度法が一般的である。こ
の亜硝酸イオンは、非常に変化しやすいので、水質測定
は試料採取後直ちに行う必要がある。

【０００９】硝酸イオンを測定する方法としては、銅・
カドミウムカラム還元−ナフチルエチレンジアミン吸光
光度法が一般的である。銅・カドミウムカラム還元−ナ
フチルエチレンジアミン吸光光度法は、検水中の硝酸イ
オンを銅・カドミウムカラムによって還元して亜硝酸イ
オンとし定量する。このカラムは、銅とカドミウムを使
用し、測定の際には、一定の還元率を保つためカラムの
洗浄をかならず行う必要がある。このカドミウム化合物
は、毒物及び劇物取締法の劇物となり、製造、販売、輸
送、取り扱いの際には危険防止策が必要となる。また、
水質汚濁防止法の有害物質に該当する。

【００１０】全窒素の測定としては、総和法や紫外吸光
光度法がある。しかし、蒸留操作や高圧蒸気滅菌器での
分解操作などの後に、分析装置による測定になり非常に
煩雑かつ熟練が必要である。この全窒素測定の簡易化に
は問題が多く、アンモニウム性窒素、亜硝酸性窒素、硝
酸性窒素測定とそれぞれ別々に測定し、この合計値を全
窒素測定値の目安とすることになる。しかし、この三項
目を別々に測定することだけでも、測定のための時間と
費用がかかり、合計値を算出せねばならない。そこでこ
のアンモニウム性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素の合
計値である無機性全窒素の測定が望まれている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
問題点を考慮してなされたもので、高価な分析機器等を
使用することなく何人も簡単に取り扱い操作をすること
ができ、安全で、しかも環境にやさしい無機性全窒素の
簡易水質分析器具を提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明に係わる簡易水質分析器具は、次の手段を採
用する。即ち、請求項１では、検水中の亜硝酸性窒素と
硝酸性窒素をアンモニアに還元するための、滴びんに入
れた添加溶液として、検水をアルカリ性にするために、
水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等があげられるが、
ここでは水酸化ナトリウム溶液とする。

【００１３】次に、塩化チタン（ＩＩＩ）（別名：三塩
化チタン）２０％溶液からなる、前記とは別の滴びんに
入れた添加溶液とする。

【００１４】請求項２では、前記で得られたアンモニア
と検水中のアンモニウム性窒素の合計値である無機性全
窒素を測定するための、無機性全窒素分析用混合試薬の
構成として、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム、サリ
チル酸ナトリウム及び金属触媒からなる。

【００１５】請求項３では、弾性を有する、少なくても
一部が透明又は半透明の密封容器に、塩化チタン（ＩＩ
Ｉ）還元反応で得られたアンモニアと検水中のアンモニ
ウム性窒素の合計値である無機性全窒素を測定するため
の、請求項２の混合試薬を定量、封入した簡易水質分析
器具からなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の好ましい実施形態は、検水中の亜硝酸性窒素と
硝酸性窒素をアンモニアに還元するためにはかならずア
ルカリ性で反応させる必要がある。このため、水酸化ナ
トリウムや水酸化カリウムなどを用いることになる。こ
こで用いる水酸化ナトリウムは、毒物及び劇物取締法の
劇物に該当しないように、安全のため５％以下にし、こ
こでは、４．８％水酸化ナトリウムとした。また、添加
量についてもできるだけ少なくした方が安全であるた
め、検水３ｍｌに対して、水酸化ナトリウム溶液は、
０．５〜１ｍｌ添加とした。この水酸化ナトリウム溶液
を添加する小びん等の処理は、アルカリ性になる使用後
の廃液の処理や使用器具の洗浄の問題が生じてくる。廃
液についてはｐＨ１２．５以上の特別管理産業廃棄物と
なり、その処理については特殊な技能を要し、処理が不
可能な場合には廃液処理業者に委託する必要がある。特
に屋外での水質測定の場合にはこの処理に非常に注意
し、環境保全のための測定が環境を汚すことにならない
ように注意しなければならない。このため、水酸化ナト
リウムは、できるだけ低濃度で少ない添加量とした。

【００１７】この水酸化ナトリウムは、微量を粉体にす
ることができないため、一定量を添加するためには何ら
かの計量，例えばメスピペットで計量、あるいは点眼び
んで滴数を数えるなどの用具と、手間が必要である。こ
こでの添加は、メスピペットなどを用いると煩雑になる
ため、滴下びんから滴下する方法を用いた。

【００１８】この実施形態では、塩化チタン（ＩＩＩ）
（別名：三塩化チタン）２０％溶液を使用した。塩化チ
タン（ＩＩＩ）の添加量は、検水中の亜硝酸性窒素と硝
酸性窒素をアンモニアに還元するために必要な量とし
た。塩化チタン（ＩＩＩ）は、微量を粉体にすることが
できないため、一定量を添加するためには何らかの計
量，例えばメスピペットで計量、あるいは点眼びんで滴
数を数えるなどの用具と、手間が必要である。ここでの
添加は、メスピペットなどを用いると煩雑になるため、
滴下びんから滴下する方法を用いた。

【００１９】この実施形態では、塩化チタン（ＩＩＩ）
の添加後、硝酸標準液がアンモニアまで還元される塩化
チタン（ＩＩＩ）の還元反応時間を１〜５分とした。１
分より短い時間では、硝酸標準液がアンモニアまで還元
される塩化チタン（ＩＩＩ）還元反応が完了せず、５分
より長い時間では、生成したアンモニアが発散する恐れ
がある。

【００２０】この実施形態では、塩化チタン（ＩＩＩ）
により還元生成したアンモニアと検水中にあるアンモニ
ウム化合物の合計値である無機性全窒素を、ジクロロイ
ソシアヌル酸ナトリウムと反応させてモノクロラミンを
生成させる。モノクロラミンは、サリチル酸ナトリウム
と反応し、微量の金属触媒の存在下で酸化して、インド
フェノールの青色の化合物を生成する。この時の反応時
間は、５分以上が必要である。これを、標準液であらか
じめ作成しておいた標準色表と比色し、検水中の無機性
全窒素濃度が得られる。この場合の金属触媒は、マンガ
ンイオン、アルミニウムイオン、ニッケルイオンなどが
考えられる。

【００２１】前記水質分析用器具の密封容器に用いる材
料は、弾性を有していればよく、特に限定されないが、
該材料でできた筒を健常者が手の親指と人さし指で挟ん
で圧迫したときに容易に変形する程度の弾性を有するこ
とが望ましい。

【００２２】この実施形態では、弾性を有する、少なく
とも一部が透明または半透明の密封容器に、塩化チタン
（ＩＩＩ）還元反応で得られたアンモニアと検水中のア
ンモニウム性窒素に特異的に反応し得る試薬を封入して
なる簡易水質分析器具を提供する。前記材料は、好まし
くはポリエチレンである。

【００２３】上記密閉容器の形状及び大きさは特に制限
されないが、片手で保持することができ、また、片手で
水質分析操作を行うことができる形状及び大きさである
ことが望ましい。該密閉容器は、その一部に検水を吸い
込むための開口部が必要で、該密閉容器にピン等で開口
部を作っても良いし、あらかじめ開口部を紐状又は棒状
の栓部材で密閉し、使用時にその紐状又は棒状の栓部材
を引き抜くことで開口部を形成しても良い。その開口部
より検水をスポイトの要領で吸い込ませ密閉容器内の無
機性全窒素分析用混合試薬と接触させ反応させる。

【００２４】

【実施例】以下に実施例をあげて、本発明をより具体的
に説明する。検水中の無機性全窒素測定について、無機
性全窒素測定用の簡易水質分析器具を用いて、測定を行
った。該簡易水質分析器具の小びんに検水を３ｍｌ採取
し、該簡易水質分析器具の水酸化ナトリウム溶液を添加
用滴びんより、８滴（約０．５ｍｌ）滴下する（図
１）。該簡易水質分析器具の塩化チタン（ＩＩＩ）２０
％溶液を添加用滴びんより、１滴（約０．０３ｍｌ）滴
下し（図２）、蓋をした後、軽く２回ほど転倒させ（図
３）、３分間放置する。一方、該簡易水質分析器具の無
機性全窒素分析用混合試薬を封入した、ポリエチレン製
チューブに栓をしてある紐状又は棒状の栓部材を引き抜
いて開口部をつくり（図４）、スポイトの要領で、小び
んより検水をおよそチューブの半分程度（約１．５ｍ
ｌ）を吸い込ませた（図５）。検水を吸い込ませた後、
５分後に、標準色表の色、あるいは似た色を探し、その
場所に記載されている数値を読みとった（図６）。無機
性全窒素は、０．１〜１０ｍｇ／ｌが、定量できた（図
７）。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係わる検水中の
アンモニア、アンモニウム性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸
性窒素の合計値である無機性全窒素が測定できる。さら
に、フェノール、ペンタシアノニトロシル鉄（ＩＩＩ）
酸二ナトリウム、カドミウムを用いることなく、簡単で
だれにでも測定が可能であり、環境にもやさしい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施における作業図で、小びん（６）に検水
（５）を３ｍｌ採取し、水酸化ナトリウム溶液添加用滴
びん（１）より、８滴（約０．５ｍｌ）滴下している図
である。

【図２】実施における作業図で、前記後、塩化チタン
（ＩＩＩ）溶液添加用滴びん（２）より、１滴（約０．
０３ｍｌ）滴下している図である。

【図３】実施における作業図で、水酸化ナトリウム溶液
と塩化チタン（ＩＩＩ）溶液試薬を添加後、蓋をした
後、軽く２回ほど転倒させている図である。

【図４】実施における作業図で、無機性全窒素分析用混
合試薬（１０）を封入した、ポリエチレン製チューブ
（３）に栓をしてある紐状又は棒状の栓部材（４）を引
き抜いて開口部をつくっている図である。

【図５】実施における作業図で、小びん（６）より検水
をおよそチューブの半分程度、吸い込ませた図である。

【図６】実施における作業図で、検水を吸い込ませた
（７）後、５分後に、標準色表（８）の色、あるいは似
た色を探し、その場所に記載されている数値を読みとっ
ている図である。

【図７】無機性全窒素の定量に用いる標準色表の色列を
示す図である。

【符号の説明】

１水酸化ナトリウム溶液添加用滴びん２塩化チタン（ＩＩＩ）溶液添加用滴びん３無機性全窒素分析用混合試薬を封入したチューブ４チューブに栓をしてある紐状又は棒状の栓部材５検水６小びん７検水を含んだチューブ８無機性全窒素分析用標準色表９手１０無機性全窒素分析用混合試薬

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 33/18 Ｇ０１Ｎ 33/18 Ｚ１０６１０６Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】塩化チタン（ＩＩＩ）を含むアルカリ溶
液中で検水中の亜硝酸性窒素と硝酸性窒素をアンモニア
に還元し、得られたアンモニアと検水中に存在するアン
モニウム性窒素の合計値である無機性全窒素を測定する
簡易水質分析器具。
【請求項２】請求項１において得られたアンモニア
と、検水中に存在するアンモニウム性窒素の合計値であ
る無機性全窒素を、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウ
ム、サリチル酸ナトリウムの反応に金属触媒を混在させ
た試薬で測定するための簡易水質分析器具。
【請求項３】弾性を有する、少なくても一部が透明又
は半透明の密封容器に、請求項２における試薬を封入し
た簡易水質分析器具。