JP2003194683A

JP2003194683A - 分析用試料の調製方法及び元素の定量方法

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Publication number: JP2003194683A
Application number: JP2001399916A
Authority: JP
Inventors: Akiyo Suzuki; 陽代鈴木
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-09
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP3768442B2

Abstract

(57)【要約】【課題】イオン交換樹脂から灰化法により調製した分
析用試料において定性分析及び定量分析が困難であっ
た、イオン交換樹脂に含有されていたＡｌ元素、Ｓｉ元
素、Ｋ元素、及びＢ元素を定性分析または定量分析する
ことが可能であり、灰化法により調製した分析用試料よ
りも、定量分析に際して、測定精度の高い分析用試料を
提供することができる分析用試料の調製方法、並びに、
該分析用試料を用いた元素の定量方法を提供すること。【解決手段】鉱酸を含有する溶液をイオン交換樹脂に
添加し、得られた第１混合液にマイクロ波を照射するこ
とにより、イオン交換樹脂を分解して分析用試料を調製
すること、及び調製した分析用試料を用いた誘導結合プ
ラズマ発光分析による元素の定量方法とすること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン交換樹脂に
含まれる種々の元素を定量分析するための分析用試料の
調製方法、及び該分析用試料中の元素の定量方法に関す
る。

【０００２】

【従来技術】イオン交換樹脂は、例えば、原水中のＣ
ａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌなどの硬度成分の陽イオンをナト
リウムイオンと置換することにより軟化水を得る硬水の
軟化処理、原水中の塩類、弱酸を含む遊離した酸、塩素
などを除去するイオン交換処理を行う脱塩処理や純水・
超純水の製造、復水の処理、精糖の処理など様々な分野
で広く用いられている。

【０００３】このように用いられるイオン交換樹脂に
は、イオン交換によって吸着された物質以外に、明確で
はないが何らかの作用、例えば、金属元素であれば配位
結合により、有機物が含まれている物質であれば疎水結
合や分子間力による結合によりイオン交換樹脂に付着す
る物質（以後、「物理的に付着した物質」という）が存
在する。

【０００４】このような物理的に付着した物質は、イオ
ン交換によって吸着された物質のように酸やアルカリを
添加して溶離させ、イオン交換樹脂の性能を回復させる
いわゆる再生処理を行っても、イオン交換樹脂から溶離
させることが難しく、樹脂の劣化を促進させる恐れがあ
るため、物理的に付着した物質の把握のために該物質の
分析が要望されていた。また、超純水の製造工程等にお
いて、超純水の純度不良などの問題が生じた場合、原因
を解決するための情報としても、樹脂に付着あるいは吸
着している元素の分析が要望されていた。このような測
定を必要とする元素は多種類有り、例えば、Ａｌ、Ｋ、
Ｆｅ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃｕ等が挙
げられるが、これらの元素について測定が可能である方
法が望まれていた。

【０００５】上記イオン交換樹脂の分析用試料の調製方
法として、従来から、ルツボを用いた灰化法が用いられ
ている。この灰化法は、イオン交換樹脂をルツボ内で加
熱して灰化し、次いで、硫酸水素カリウムを添加し、ル
ツボを再度加熱して、灰化したイオン交換樹脂に含まれ
る金属元素をイオン化して溶融する。さらに塩酸水溶液
を加え融解物を完全に溶解し試料溶液とする方法であ
り、この試料溶液を用いて誘導結合プラズマ分析法、ま
たは、吸光光度分析法で分析し、イオン交換樹脂に含ま
れる金属元素の含有量を定量する。

【０００６】該灰化法の実験手順の例を以下に示す。湿
潤したイオン交換樹脂の体積として、１０〜２０ｍｌの
イオン交換樹脂を、容量５０ｍｌのルツボ内に入れて、
開放状態で、バーナーにより５００〜５５０℃で加熱
し、イオン交換樹脂を充分に灰化する。加熱後、ルツボ
を放冷し、適量の硫酸水素カリウム、例えば、４ｇを添
加して、ルツボに蓋をする。バーナーにより、徐々に加
熱し、７００〜８００℃で所定時間、例えば、２０分間
加熱し、灰に含まれる金属元素をイオン化して溶融す
る。ルツボを放冷後、２００ｍｌのビーカーに１００ｍ
ｌの塩酸水溶液（塩酸１重量部あたり純水２重量部を含
むように調製したもの）を添加し、その中にルツボごと
融解物を投入して、ビーカーを砂浴上で加熱し、融解物
を分解して溶液にする。ビーカー内の溶液を、２００ｍ
ｌのメスフラスコに移し入れ、温純水を用いて２００ｍ
ｌにメスアップする。得られた分析用試料を用いて、誘
導結合プラズマ分析法、あるいは、吸光光度分析法で分
析し、分析用試料の体積２００ｍｌあたりの金属元素の
含有量（ｍｇ／２００ｍｌ）を求める。該分析用試料の
体積２００ｍｌあたりの含有量から、イオン交換樹脂の
湿潤体積１ｌあたりの金属元素の含有量を算出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来法
である灰化法には、次のような問題を有している。すな
わち、開放状態で加熱を行うため、また、作業が複雑で
あるため、調製した分析用試料に不純物が混入する可能
性が高い。また、開放状態で加熱して灰化するため、イ
オン交換樹脂が含有する金属元素、無機元素が揮散する
可能性が高い。また、硫酸水素カリウムによる溶融の際
などに、ルツボからのＡｌ、Ｎａ元素の溶出が起こるた
め、調製した分析用試料を、イオン交換樹脂が含有する
Ａｌ、Ｎａ元素の定量に用いることができない。また、
硫酸水素カリウムを用いるため、イオン交換樹脂が含有
するＫ元素の分析が行えない。また、高温で加熱するた
め、ホウ素Ｂ、Ｓｅ元素などが揮散する可能性が高く、
調製した分析用試料により、イオン交換樹脂が含有する
ホウ素Ｂ、Ｓｅ元素などを分析することができない。ま
た、灰化法ではケイ素Ｓｉを溶解させることができない
ため、イオン交換樹脂が含有するケイ素Ｓｉの分析がで
きない。灰化、溶融の過程で、イオン交換樹脂が飛散す
る可能性があるため、調製した試料を用いた定量におい
て、変動定数が３０％程度であり、測定精度が低い。ま
た、１試料あたり１５０分程度の時間を要するため、作
業時間がかかる。

【０００８】従って、本発明の目的は、イオン交換樹脂
から灰化法により調製した分析用試料において定量が困
難であった、イオン交換樹脂に含有されていたＡｌ元
素、Ｓｉ元素、Ｋ元素、及びＢ元素等を定性分析または
定量分析することが可能であり、灰化法により調製した
分析用試料よりも、定量分析に際して、測定精度の高い
分析用試料を提供することができる分析用試料の調製方
法、並びに、該分析用試料を用いた元素の定量方法を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者は鋭意検討を行った結果、（１）鉱酸を含有する
溶液をイオン交換樹脂に添加し、得られた混合液にマイ
クロ波を照射することにより、イオン交換樹脂を分解し
て分析用試料を調製すること、（２）鉱酸を含有する溶
液をイオン交換樹脂に添加し、得られた第１混合液にマ
イクロ波を照射する第１工程と、該第１工程で得られた
溶液に過塩素酸を含有する溶液を添加して、得られた第
２混合液にマイクロ波を照射する第２工程とを行うこと
により、イオン交換樹脂を分解して分析用試料を調製す
ること、によりイオン交換樹脂に含有されていたＡｌ元
素、Ｓｉ元素、Ｋ元素、及びＢ元素を定性分析または定
量分析することが可能であり、灰化法により調製した分
析用試料よりも測定精度の高い分析用試料を提供するこ
とができることを見出し、本発明を完成するに至った。

【００１０】すなわち、本発明（１）は、鉱酸を含有す
る溶液をイオン交換樹脂に添加し、得られた混合液にマ
イクロ波を照射することにより、前記イオン交換樹脂を
分解して分析用試料を調製する分析用試料の調製方法を
提供するものである。かかる構成とすることにより、イ
オン交換樹脂に含有されていたＡｌ元素、Ｓｉ元素、Ｋ
元素、及びＢ元素を定性分析または定量分析することが
可能であり、灰化法により調製した分析用試料よりも測
定精度の高い分析用試料を提供することができる。

【００１１】また、本発明（２）は、鉱酸を含有する溶
液をイオン交換樹脂に添加し、得られた第１混合液にマ
イクロ波を照射する第１工程と、該第１工程で得られた
溶液に過塩素酸を含有する溶液を添加して、得られた第
２混合液にマイクロ波を照射する第２工程とを行うこと
により、イオン交換樹脂を分解して分析用試料を調製す
る分析用試料の調製方法を提供するものである。過塩素
酸は有機物の分解力が非常に高く、分解が行われにくい
イオン交換樹脂も確実に完全分解できる能力を有してい
るが、過塩素酸と有機物との反応は激しく、イオン交換
樹脂などの有機物濃度が高いものを分解する場合、最初
から過塩素酸により分解を行うことは非常に危険なため
好ましくない。そこで、本発明（２）によると、第１工
程で、比較的穏やかにイオン交換樹脂を分解する鉱酸、
例えば、硝酸や硫酸等を用いて予めイオン交換樹脂の酸
化分解をある程度促進しておき、その後、第２工程で過
塩素酸を用いることにより、確実に、さらに迅速に、イ
オン交換樹脂を完全分解することできるため好ましい。
かかる構成とすることにより、上記発明（１）の奏する
効果に加え、第２工程で過塩素酸を用いることにより、
より測定精度を上げることができ、さらに、イオン交換
樹脂を分解する時間を短縮することができるため、灰化
法による分析試料の調製よりも、分析用試料の調製にか
かる時間を短縮することが可能となる。

【００１２】また、本発明（３）は、前記鉱酸が、硫酸
及び硝酸である前記発明（１）または（２）に記載の分
析用試料の調製方法を提供するものである。

【００１３】また、本発明（４）は、前記発明（１）〜
（３）に記載の分析用試料の調製方法により調製された
分析用試料を、原子吸光分析法、誘導結合プラズマ発光
分析法、誘導結合プラズマ質量分析法、又は吸光光度分
析法により分析することにより、該分析用試料に含有さ
れる元素のうち、所望の元素を定量する元素の定量方法
を提供するものである。

【００１４】また、本発明（５）は、分析に際して内標
準物質を用いる前記発明（４）に記載の元素の定量方法
を提供するものである。この方法では、内標準物質を用
いるため、分析用試料が含有する酸により、分析用試料
あるいは分析用試料の希釈液の粘度が上昇し、分析機器
への導入量が減少する場合においても、所望の元素の定
量を精度よく行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態におけ
る分析用試料の調製方法は、鉱酸を含有する溶液をイオ
ン交換樹脂に添加し、得られた混合液にマイクロ波を照
射することにより、前記イオン交換樹脂を分解して分析
用試料を調製する方法である。第１の実施の形態におい
て、イオン交換樹脂としては、特に制限されないが、そ
の形状は、ゲル形、ポーラス形、ＭＲ形などが挙げられ
る。また、イオン交換樹脂の種類としては、強酸性陽イ
オン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂、弱酸性陽イ
オン交換樹脂、弱塩基性陰イオン交換樹脂、酸、塩基両
方のイオン交換基を有するハイブリッド型イオン交換樹
脂などが挙げられる。また、イオン交換樹脂は、使用途
中のイオン交換樹脂でも新品のイオン交換樹脂でもどち
らでも好適に使用でき、具体的には、よりクリーンな純
度が求められることから超純水製造などの水のイオン交
換処理に使用しているイオン交換樹脂が例示される。ま
た、分析用試料の調製に用いるイオン交換樹脂は、鉱酸
を添加するまえに、予め、乾燥重量を測定しておくこと
が好ましい。具体的には、イオン交換樹脂を乾燥器によ
り、８０〜１１０℃で４時間以上乾燥した後、水分を吸
収しないようデシケーターで放冷し、乾燥重量を測定す
る。

【００１６】本発明の第１の実施の形態の分析用試料の
調製方法において、鉱酸としては、非金属元素から成る
無機酸であれば特に制限されないが、硫酸、塩酸、フッ
化水素酸などの無機酸、硝酸、塩素酸などの酸化力のあ
る無機酸が挙げられる。硝酸または塩素酸は、有機物に
対してより強い酸化力があり、単独で使用可能である
が、硫酸、塩酸、フッ化水素酸は、硝酸や塩素酸に比べ
て有機物に対する酸化力が劣るため、硝酸や塩素酸と共
に用いるのがよい。これらの鉱酸は、１種または２種以
上を適宜組み合せて用いることができる。これらの鉱酸
の中、硝酸を用いることが好ましく、特に、硝酸及び硫
酸を用いることが更に好ましい。なお、本明細書中、
「鉱酸」または「無機酸」は、溶液ではなく、酸そのも
のを示す。

【００１７】鉱酸を含有する溶液における鉱酸の濃度
は、特に制限されないが、水分がイオン交換樹脂の分解
を妨げるため、硫酸は９６重量％以上、硝酸は６０重量
％以上であることが好ましい。

【００１８】イオン交換樹脂に対する鉱酸の添加量とし
ては、イオン交換樹脂の種類、及び調製した分析用試料
において分析を行う元素の種類などによって異なるた
め、特に制限されず、イオン交換樹脂を十分に酸化分解
できる量以上で反応の進行を妨げない量以下であること
が好ましく、例えば、イオン交換樹脂の乾燥重量１ｇに
対して、硫酸であれば、通常７〜１８ｇ、好ましくは１
０〜１８ｇを添加し、硝酸であれば、通常３〜９ｇ、好
ましくは５〜９ｇである。また、硝酸と硫酸を併用して
鉱酸とする場合、イオン交換樹脂の乾燥重量１ｇに対し
て、硫酸が３〜１３ｇ、好ましくは９〜１１ｇ、硝酸は
１．５〜５ｇ、好ましくは３．５ｇ〜４．５ｇを添加す
る。

【００１９】本発明の第１の実施の形態の分析用試料の
調製方法は、マイクロ波分解装置による密閉状態で、マ
イクロ波加熱による酸分解法により行うことが、イオン
交換樹脂が含有する金属元素の飛散を防ぎ、さらには、
不純物の混入を抑制することができるため、測定精度を
高める上で好ましい。マイクロ波分解装置を用いたマイ
クロ波加熱酸分解法は、例えば、テフロン（登録商標）
容器などの容器中において、鉱酸を含有する溶液をイオ
ン交換樹脂に添加して混合液を得、その後、該混合液の
入った容器をテフロン製耐圧性容器などの耐圧性容器に
収容して密閉し、該耐圧性容器をマイクロ波分解装置に
収納し、マイクロ波を照射して、イオン交換樹脂の分解
を行う方法が例示される。

【００２０】鉱酸を含有する溶液をイオン交換樹脂へ添
加する場合、イオン交換樹脂と該溶液とのテフロン容器
などの容器への装入順序は任意でよい。前記混合液は、
鉱酸を含有する溶液をイオン交換樹脂に添加して得られ
たものであればよく、イオン交換樹脂が該混合液中に均
一分散されている必要はない。また、マイクロ波分解装
置としては、特に制限されず、例えば、市販のマイクロ
波分解装置、電子レンジなど、公知のものが使用でき
る。

【００２１】マイクロ波の照射方法は、イオン交換樹脂
の分解を行えるのであれば、特に制限されないが、分解
の初期に過剰に反応がおこり、前記容器の密閉を破り、
内容物が飛散することを防止するため、分解初期は、低
出力のマイクロ波を照射し、連続的または断続的にマイ
クロ波の出力を上昇させて照射を行う照射方法が好まし
い。具体的には、出力２５０Ｗで５分間、出力４００Ｗ
で５分間、出力５００Ｗで１０分間、出力６００Ｗで１
０分間と、断続的にマイクロ波の出力を上昇させる４ス
テップのマイクロ波の照射方法を挙げることができる。

【００２２】イオン交換樹脂の分解は、例えば、マイク
ロ波照射後の容器の内容物の全有機炭素濃度（ＴＯ
Ｃ）、あるいは全炭素濃度を測定することによって確か
めることができ、マイクロ波照射後の容器の内容物の全
有機炭素濃度あるいは全炭素濃度が、炭素原子として、
５mg-C/L以下である場合にイオン交換樹脂が分解したと
いえる。イオン交換樹脂の分解により、使用した鉱酸が
溶解することができる金属元素及び非金属元素をイオン
化した分析用試料が調製される。例えば、硫酸と硝酸を
含む鉱酸を用いてイオン交換樹脂を分解することによ
り、イオン交換樹脂が含有するＡｌ、Ｋ、Ｆｅ、Ｃａ、
Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎａなどの金属元素を
イオン化することが可能であり、且つイオン交換樹脂が
含有していたホウ素Ｂ、ケイ素Ｓｉ、Ｓｅなどの非金属
元素を、イオン化して溶解することが可能である。ま
た、フッ化水素酸の場合は、白金、金、鉛以外のすべて
の金属状の金属元素を溶解させることができるほか、低
温で、珪酸、二酸化ケイ素を溶解することができる。ま
た、イオン交換樹脂の分解処理においては、前記混合液
に対して、試験的にマイクロ波を照射した後に、全有機
炭素濃度を測定することにより、マイクロ波の照射条件
の最適化を図ることができる。また、第１の実施の形態
の調製方法において、イオン交換樹脂に鉱酸を含有する
溶液を添加して、該混合液にマイクロ波を照射した後、
さらに、得られた溶液に鉱酸を含有する溶液を添加して
マイクロ波を照射する工程を１回以上追加して行うこと
もできる。これにより、イオン交換樹脂をより確実に分
解できる。

【００２３】本発明の第２の実施の形態の分析用試料の
調製方法は、鉱酸を含有する溶液をイオン交換樹脂に添
加し、得られた第１混合液にマイクロ波を照射する第１
工程と、該第１工程で得られた溶液に過塩素酸を含有す
る溶液を添加して、得られた第２混合液にマイクロ波を
照射する第２工程とを行うことにより、イオン交換樹脂
を分解して分析用試料を調製する方法である。かかる構
成を採ることにより、第１工程でイオン交換樹脂をある
程度分解し、第２工程で残りのイオン交換樹脂を酸化力
の強い過塩素酸で急速に分解するため、イオン交換樹脂
を分解する時間を短縮することができる。第２の実施の
形態例において、イオン交換樹脂は、第１の実施の形態
において挙げたイオン交換樹脂と同様のものを使用する
ことができる。また、第１工程で使用する鉱酸として
は、過塩素酸を使用しないこと以外は、第１の実施の形
態において例示した無機酸を用いることができ、硝酸を
鉱酸とすることが好ましく、硫酸と硝酸を鉱酸とするこ
とが特に好ましい。第１工程で過塩素酸を使用すると、
イオン交換樹脂の分解が激しすぎるため、調製作業の安
全性の点で好ましくない。イオン交換樹脂に対する鉱酸
の添加量、鉱酸を含有する溶液の鉱酸の濃度等は、第１
の実施の形態と同様である。

【００２４】第２の実施の形態において、第１工程は、
第１の実施の形態において例示した、マイクロ波分解装
置を用いたマイクロ波加熱酸分解法により行うことが、
定性分析または定量分析を行う際の測定精度を向上する
ことができるため好ましい。この場合、鉱酸を含有する
溶液の添加方法、密閉の方法、マイクロ波の照射条件な
どマイクロ波加熱酸分解法の実験操作は第１の実施の形
態と同様である。また、第１工程を行った後に、さら
に、得られた溶液に鉱酸を含有する溶液を添加してマイ
クロ波を照射する工程を１回以上追加して行うこともで
き、このようにして得られた溶液も、「第１工程を経て
得られた溶液」に含まれるものであるが、作業時間の短
縮の観点から、第１工程を行い、第１工程で得られた溶
液を用いて、第２工程を行う方法とすることが好まし
い。

【００２５】第２の実施の形態において、第１工程を経
て得られた溶液に過塩素酸を含有する溶液を添加して、
得られた第２混合液にマイクロ波を照射することによ
り、前記イオン交換樹脂を分解する。第１工程を経て得
られた溶液は、第２工程における過塩素酸添加後のマイ
クロ波照射により、爆発、内容物の飛散を起こさない程
度に、イオン交換樹脂の分解がすすんでいることが好ま
しく、具体的には、第１工程で得られる溶液中の全有機
炭素濃度あるいは全炭素濃度は、炭素原子として、１０
０mg-C／L以下であることが好ましく、５０mg-C／L以下
であることが特に好ましい。また、目視観察により、イ
オン交換樹脂の粒子が観察されないことも簡便な目安と
することもできる。また、全有機炭素濃度あるいは全炭
素濃度を測定することにより、第１工程のマイクロ波の
照射条件を最適化することが可能であることも、第１の
実施の形態と同様である。

【００２６】第２工程において添加される過塩素酸を含
有する溶液としては、特に制限されず、過塩素酸に加え
て、硝酸、硫酸、フッ化水素酸などの任意の無機酸を含
有させることもできる。また、過塩素酸を含有する溶液
中の過塩素酸の濃度は、特に制限されないが、好ましく
は６０重量％である。また、過塩素酸の添加量は、原料
であるイオン交換樹脂の乾燥重量１ｇあたり、通常２．
０ｇ〜７．５ｇ、好ましくは４．５ｇ〜６．５ｇであ
る。

【００２７】第１工程を経て得られた溶液に過塩素酸を
含有する溶液を添加して得られる前記第２混合液は、過
塩素酸を含有する溶液をイオン交換樹脂に添加して得ら
れたものであればよく、該混合液が、均一分散された混
合液である必要はない。

【００２８】第２工程は、第１の実施の形態において述
べたマイクロ波分解装置を用いたマイクロ波加熱酸分解
法と同様の方法を用いることが好ましく、第１工程及び
第２工程を共に、同一の装置を用いたマイクロ波加熱酸
分解法で行うことが好ましい。例えば、テフロン容器な
どの容器において、鉱酸を含有する溶液をイオン交換樹
脂に添加して、第１混合液を得、その後、該第１混合液
の入った容器をテフロン製の耐圧性容器などの耐圧性容
器に収容して密閉し、該耐圧性容器をマイクロ波分解装
置に収納し、マイクロ波を照射する第１工程を行い、第
１工程を経て得られた溶液に過塩素酸を含有する溶液を
添加して、得られた第２混合液の入ったテフロン容器な
どの容器を、テフロン製耐圧容器などの耐圧性容器を用
いて密閉して、マイクロ波分解装置に収納し、マイクロ
波を照射する第２工程を行うことにより、前記イオン交
換樹脂を分解するマイクロ波加熱酸分解法とすることが
好ましい。この場合、第１工程に用いるテフロン容器な
どの容器と第２工程で用いる容器が同一であると、測定
精度の観点から好ましい。

【００２９】このようなマイクロ波分解装置を用いたマ
イクロ波加熱酸分解法は、コンタミネーションや容器内
の内容物の飛散を防ぎ、得られた分析用試料の測定精度
を、例えば、誘導結合プラズマ発光分析における変動係
数として１０％以下にすることができるため好ましい。
マイクロ波の照射条件は、イオン交換樹脂を分解できる
条件であれば、特に制限されないが、分解の初期に過剰
に反応がおこり、前記容器の内容物が飛散することを防
止するため、分解初期は、低出力のマイクロ波を照射
し、連続的または断続的にマイクロ波の出力を上昇させ
る照射方法が好ましい。具体的には、出力２５０Ｗで５
分間、出力４００Ｗで５分間、出力５００Ｗで１０分
間、出力６００Ｗで１０分間と、断続的にマイクロ波の
出力を上昇させる４ステップのマイクロ波の照射方法を
挙げることができる。また、第２工程を行った後、さら
に、第２工程で得られた溶液に、上記鉱酸、あるいは過
塩素酸を含有する溶液を添加し、マイクロ波を照射する
工程を１回以上追加して行うことも可能であるが、作業
時間の短縮の観点から、第１工程及び第２工程のみによ
り、イオン交換樹脂の分解を行うことが好ましい。

【００３０】第２工程において、マイクロ波照射後の溶
液中の全有機炭素濃度あるいは全炭素濃度は、５mg-C／
L以下であることが好ましく、０．５mg-C／L以下である
ことが特に好ましい。第２の実施の形態においては、第
１工程で用いる鉱酸、及び第２工程における過塩素酸を
使用することにより、該鉱酸や過塩素酸が溶解できる金
属化合物及び非金属元素化合物をイオン化することがで
きる。例えば、第１工程において、硫酸と硝酸を含む鉱
酸を用い、第２工程で過塩素酸を含有する溶液を添加し
てイオン交換樹脂を分解する場合には、イオン交換樹脂
が含有するＡｌ、Ｋ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、
Ｎａ、Ｃｕ、Ｃｒなどの金属元素をイオン化することが
可能であり、且つイオン交換樹脂が含有していたホウ素
Ｂ、ケイ素Ｓｉ、Ｓｅなどの無機非金属元素を、イオン
化して溶解することが可能である。また、イオン交換樹
脂の分解処理においては、試験的にマイクロ波を照射し
た後に、全有機炭素濃度あるいは全炭素濃度を測定する
ことにより、第１工程および第２工程のマイクロ波の照
射条件を最適化することができることも、第１の実施の
形態と同様である。

【００３１】本発明の元素の定量方法において、前述の
分析用試料の調製方法により得られた分析用試料は、原
子吸光分析法、誘導結合プラズマ発光分析法、誘導結合
プラズマ質量分析法、又は吸光光度分析法などの分析法
により、定性分析または定量分析が行われる。そして、
使用済み等のイオン交換樹脂が含有する元素のうち、所
望の元素が定量され、その定量結果から、該所望の元素
のイオン交換樹脂中の濃度を求めることができる。

【００３２】本発明の元素の定量方法において、分析用
試料は、本発明の分析用試料で調製した分析用試料の体
積を測定して、そのまま定量分析に用いてもよいが、分
析用試料の粘度が高い場合などの必要に応じて、または
任意に、純水により希釈して体積を所定量に調整して用
いることもできる。

【００３３】本発明の元素の定量方法において、定量さ
れる元素としては、本発明の分析用試料の調製方法にお
いて、分析用試料に溶解させることができる元素であ
り、金属元素としては、例えば、第２の実施の形態にお
いて、鉱酸として硫酸及び硝酸を用いた場合について
は、イオン交換樹脂が含有するＡｌ、Ｋ、Ｆｅ、Ｃａ、
Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎａなどの金属元素、
及びイオン交換樹脂が含有していたホウ素、ケイ素、Ｓ
ｅなどの非金属元素を挙げることができる。所望の元素
とは、分析用試料に溶解している元素のうち、分析を行
うことを意図する任意の元素を示す。例えば、誘導結合
プラズマ発光分析法においては、Ｈ、Ｎ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂ
ｒ以外の任意の元素について、高感度の定量分析が可能
である。

【００３４】また、元素の定量方法としては、誘導結合
プラズマ発光分析法が、簡便に多元素を同時に分析でき
る点で好ましい。また、元素の定量に際して、分析用試
料の酸濃度が高い場合など、試料溶液による物理干渉が
おこり測定の際、試料の導入量が減少する場合において
は、分析用試料と粘度などの物理的条件を等しくする検
量線作成用の溶液を調製して、検量線を作成すること、
あるいは物理干渉を無視できる程度に分析用試料を純水
により希釈することもできる。また、イットリウム、イ
ンジウムなどの内部標準物質を分析用試料に対して所定
量添加して測定することが、定量する所望の元素のピー
ク強度と、内部標準物質のピーク強度との相対強度が、
物理干渉による導入量の変化にかかわらず一定であるこ
とにより、濃度既知の内部標準物質から精度よく該所望
の元素を定量することができる点で好ましい。内部標準
物質は、多元素同時分析を容易に行うことができる誘導
結合プラズマ発光分析法において、特に好ましく用いら
れる。分析により、調製した分析用試料の単位体積あた
りの元素含有量が求まり、これから、分析用試料の調製
に用いたイオン交換樹脂の単位乾燥重量あたりの元素含
有量を定量することができる。

【００３５】

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限
するものではない。

【００３６】実施例１分析用試料の調製は、下記のイオン交換樹脂及びマイク
ロウェーブ分解装置を用いて行った。イオン交換樹脂：新品のアンバーライト２００（Ｈ型）鉄標準液：市販品の試薬（化学分析用、濃度１ｍｇ／ｍ
ｌ）硫酸：市販品の試薬特級（濃度９６重量％）硝酸：市販品の試薬特級（濃度６０重量％）過塩素酸：市販品の試薬特級（濃度６０重量％）マイクロウェーブ分解装置の型式：MLS-1200MEGA （Mil
estone社製）テフロン容器及びテフロン製の耐圧性容器：共にテフロ
ンＴＦＭ製の高圧用容器であり、耐圧力１００bar／cm²
（約１０１．９kgf／cm²）

【００３７】＜標準試料の調製＞鉄標準液を用いアンバ
ーライト２００をカチオン交換処理し、１０mgFe／L−
樹脂となるように、イオン交換樹脂の湿潤体積１Ｌあた
りの鉄元素含有量を調整して標準試料とし、該標準試料
を分析用試料の調製に用いた。

【００３８】＜分析用試料の調製：第１工程＞上記標準
試料を、メスシリンダー法により、イオン交換樹脂の湿
潤体積として、２０．０ｍｌを計りとり、濾過した後、
デシケーターで１００℃で４時間乾燥した。乾燥した
後、デシケーター中で３０分間放冷後、試料の全質量
（乾燥重量）を測定したところ、８．１７９４ｇであっ
た。標準試料を乾燥重量として０．５０ｇ計り取り、容
量５０ｍｌのテフロン容器に投入した。さらに、ドラフ
ト中で、該テフロン容器に、濃度９６重量％の硫酸３ｍ
ｌ、及び濃度６０重量％の硝酸２．５ｍｌを添加し、よ
く振り混ぜ、白煙が発生するため、ドラフト中にて１分
間以上静置した。次いで、マイクロ波分解装置に用い
る、高圧用容器の蓋で、テフロン容器を簡易的に蓋を
し、ドラフトからテフロン容器を取り出して、高圧用容
器の蓋をはめ込んで、容量１００ｍｌの高圧用容器によ
りテフロン容器を密閉し、テフロン容器を密閉した高圧
用容器をマイクロウェーブ分解装置にセットした。次い
で、下記の照射条件で、マイクロ波を照射した。

【００３９】＜分析用試料の調製：第２工程＞上記照射
条件で、マイクロ波を照射した後、放冷し、高圧用容器
をマイクロウェーブ分解装置より取り出し、ドラフト中
で蓋を開けて、テフロン容器中に濃度６０重量％の過塩
素酸３ｍｌを添加し、よく振り混ぜ、ドラフト中にて１
分間以上静置した。第１工程と同様に、テフロン容器を
高圧用容器に密閉し、マイクロウェーブ分解装置にセッ
トした。下記の条件でマイクロ波を照射し、分析用試料
を調製した。

【００４０】上記分析用試料の調製方法の第１工程及び
第２工程と同一の実験操作で、上記標準試料０．５０ｇ
を用いた別バッチで、調製した分析用試料の全有機炭素
濃度を、ＴＯＣ計により測定したところ、２mg-C／Lで
あり、イオン交換樹脂が分解し、分析用試料が調製され
ていることを確認することができた。

【００４１】＜分析用試料を用いた誘導結合プラズマ分
析による鉄元素の定量＞ドラフト中で蓋を開け、テフロ
ン容器中の分析用試料を、共栓付きの容量５０ｍｌのガ
ラス製メスシリンダーに、純水を用いて移した。マイク
ロピペッターを用い、イットリウム標準液（市販品、原
子吸光分析用、濃度１mg／ml）１００μｌをメスシリン
ダーに添加し、純水で５０ｍｌにメスアップした後、よ
く振り混ぜた。この調製試料について、下記測定条件
で、鉄元素及び内部標準のイットリウム元素の誘導結合
プラズマ発光分析による測定を行った。・誘導結合プラズマ発光分析装置：SPS4000（セイコー
株式会社製）・誘導結合プラズマ発光分析の条件（共通の測定条件）積分時間：１秒積分回数：３回キャリアガス及びプラズマガス：アルゴンガスキャリアガス流量：１．０ｌ／ｍｉｎプラズマガス流量：１６．０ｌ／ｍｉｎ補助ガス流量：０．５ｌ／ｍｉｎ（鉄元素の測定の条件）測定波長：２５９．９４０ｎｍ測光高さ：９．９ｍｍ分光器：回折格子溝数３６００ｇｒ／ｍｍ波長範囲１６０〜５００ｎｍ逆線分散０．２２７ｎｍ／ｍｍ最大波長送り速度３３ｎｍ／ｓｅｃ最小波長送り量０．０００１ｎｍ検出器光電子増倍管（Ｒ３０６）（イットリウム測定の条件）測定波長：３７１．０３ｎｍ測光高さ：９．９ｍｍ分光器：回折格子溝数２４００ｇｒ／ｍｍ波長範囲１６０〜７７０ｎｍ逆線分散０．３７４ｎｍ／ｍｍ最大波長送り速度５０ｎｍ／ｓｅｃ最小波長送り量０．０００１５ｎｍ検出器光電子増倍管（Ｒ１５０３）同時ＢＧ補正オプション付

【００４２】以上の分析用試料の調製、及び誘導結合プ
ラズマ発光分析による鉄元素の測定を、別々のバッチに
より、それぞれ、上記標準試料０．５０ｇを用いて、同
一の実験操作により合計５回行い、繰り返し精度として
の標準偏差、正確度としての調整濃度と測定濃度の差を
求めた。

【００４３】＜イオン交換樹脂が含有する鉄元素の計算
＞誘導結合プラズマ発光分析により、分析用試料中の鉄
元素の濃度（ｍｇ／ｌ）がわかる。すなわち、分析用試
料中の鉄元素の濃度をＣｍｇ／ｌとし、分析用試料を調
製に用いたイオン交換樹脂の湿潤体積をＡｍｌとし、湿
潤体積Ａｍｌのイオン交換樹脂の乾燥重量をＢｇとする
と、分析用試料が５０ｍｌに希釈されていること、及び
該分析用試料５０ｍｌが乾燥重量０．５ｇの標準試料よ
り調製されたことから、下記式（１）により、標準試料
の湿潤体積１Ｌのイオン交換樹脂が含有していた鉄元素
Ｚ（ｍｇ）を求めることができる。Ｚ＝Ｃ×（５０／１０００）×（Ｂ／０．５）×（１０００／Ａ）（１）上記式を用いた計算により求めた「標準試料の湿潤体積
１Ｌのイオン交換樹脂が含有していた鉄元素Ｚ（ｍ
ｇ）」の定量の結果、及び測定精度の結果を表１に示
す。表１中、調整濃度とは、アンバーライト２００を鉄
標準液によりカチオン交換した際に求めた測定精度の基
準となるＺ（ｍｇ／Ｌ）の値である。

【００４４】実施例２鉄標準液を用いアンバーライト２００をカチオン交換処
理し、１００mgFe／L−樹脂となるように調製して標準
試料を得、分析用試料の調製に用いた以外は、実施例１
と同様に分析用試料の調製、誘導結合プラズマ発光分析
による鉄元素の測定、及び「標準試料の湿潤体積１Ｌが
含有していた鉄元素Ｚ（ｍｇ／Ｌ）」の定量を行った。
標準試料の湿潤体積の値は、２０．０ｍｌであり、標準
試料の乾燥重量は、８．２７５７ｇであり、乾燥重量
０．５ｇの標準試料を分析用試料の調製に用いた。結果
を表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】実施例１及び２における分析用試料の調製
方法により、１バッチのサンプルにかかる作業時間（分
析用試料の調製時間）を、灰化法の約１５０分から約９
５分程度まで短縮することができた。また、実施例１及
び２の分析用試料を用いることにより、変動係数を、実
施例１では、７．７％、実施例２では、１．９％に低下
させることができ、測定精度のよい鉄元素の定量ができ
た。乾燥重量０．５ｇと少ないイオン交換樹脂を用いて
測定精度の高い分析用試料を調製できた。さらに、実施
例１及び２における分析用試料の調製方法により、Ａｌ
元素、Ｋ元素、Ｂ元素、Ｓｉ元素を溶解した分析用試料
を調整できるため、これらの灰化法で分析できない元素
が、イオン交換樹脂に含有されている場合においても、
元素の定量分析を精度よく行うことも可能である。よっ
て、純水製造装置や、超純水製造装置など、イオン交換
樹脂を用いる装置の評価、及びこれらの装置におけるシ
ステム構築に有効な情報を提供することが可能となっ
た。

【００４７】

【発明の効果】本発明の分析用試料の調製方法により、
イオン交換樹脂から灰化法により調製した分析用試料に
おいて分析が困難であった、イオン交換樹脂に含有され
ていたＡｌ元素、Ｓｉ元素、Ｋ元素、及びＢ元素を定性
分析または定量分析することが可能であり、灰化法によ
り調製した分析用試料よりも測定精度の高い分析用試料
を提供することができる。また、本発明の元素の定量方
法により、前記分析用試料の含有する所望の元素の定量
が可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 27/62 Ｇ０１Ｎ 31/00 Ｓ 31/00 31/12 Ｂ 31/12 1/28 ＸＦターム(参考） 2G042 AA03 BC00 CA07 CB06 DA05 EA20 FA01 FB02 HA02 2G043 AA01 BA01 BA02 BA03 BA07 CA03 DA09 EA08 JA04 KA03 KA05 LA02 2G052 AA18 AB01 AD32 AD46 EA02 EB11 FD09 GA12 GA13 GA15 GA24 HC03 HC17 HC38 JA09 2G059 AA01 BB04 CC03 DD01 DD03 DD20 EE01 EE12 HH03 JJ05 KK02 MM01 MM03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉱酸を含有する溶液をイオン交換樹脂に
添加し、得られた混合液にマイクロ波を照射することに
より、前記イオン交換樹脂を分解して分析用試料を調製
することを特徴とする分析用試料の調製方法。
【請求項２】鉱酸を含有する溶液をイオン交換樹脂に
添加し、得られた第１混合液にマイクロ波を照射する第
１工程と、該第１工程で得られた溶液に過塩素酸を含有
する溶液を添加して、得られた第２混合液にマイクロ波
を照射する第２工程とを行うことにより、イオン交換樹
脂を分解して分析用試料を調製することを特徴とする分
析用試料の調製方法。
【請求項３】前記鉱酸が、硫酸及び硝酸であることを
特徴とする請求項１または２に記載の分析用試料の調製
方法。
【請求項４】請求項１〜３に記載の分析用試料の調製
方法により調製された分析用試料を、原子吸光分析法、
誘導結合プラズマ発光分析法、誘導結合プラズマ質量分
析法、又は吸光光度分析法により分析することにより、
該分析用試料に含有される元素のうち、所望の元素を定
量することを特徴とする元素の定量方法。
【請求項５】分析に際して内標準物質を用いることを
特徴とする請求項４記載の元素の定量方法。