JP2006201104A - Total nitrogen measuring method and system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排水、下水、環境水、プラント用水などの試料水に含まれる全窒素を測定する方法及び装置に関する。特に、本発明は試料水中の窒素化合物を硝酸イオンにまで酸化分解した後、亜硝酸イオンに還元して発色試薬を用いた吸光光度法によって全窒素を定量する全窒素測定方法に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for measuring total nitrogen contained in sample water such as waste water, sewage, environmental water, and plant water. In particular, the present invention relates to a total nitrogen measurement method in which a nitrogen compound in a sample water is oxidatively decomposed to nitrate ions, then reduced to nitrite ions, and total nitrogen is quantified by an absorptiometric method using a coloring reagent.
我が国においては、工場等からの排水中の全窒素化合物総量を窒素の濃度であらわす全窒素の測定方法は、日本工業規格(JIS)の「工場から排出される排水の試験方法」に規定されている「紫外吸光光度法」(非特許文献1参照。)が構成の簡素さにより最も一般に利用されている。 In Japan, the method for measuring total nitrogen, which expresses the total amount of nitrogen compounds in wastewater from factories, etc. in terms of nitrogen concentration, is stipulated in the Japanese Industrial Standards (JIS) “Testing methods for wastewater discharged from factories”. The “ultraviolet absorptiometry” (see Non-Patent Document 1) is most commonly used because of its simplicity.
この窒素化合物の計測方法は、酸化剤であるアルカリ性ペルオキソ二硫酸カリウムを添加した試料水をオートクレーブ法、すなわち高温、高圧下で試料を硝酸イオンにまで加熱分解した後、pHを2〜3に調整し、波長220nmの紫外線吸光度測定により全窒素濃度を定量する方法である。この方法を実現するための装置は耐圧性と耐熱性が要求され、材質や設計が特殊なものになっている。 In this nitrogen compound measurement method, the sample water to which alkaline potassium peroxodisulfate as an oxidizing agent is added is autoclaved, that is, the sample is thermally decomposed to nitrate ions at high temperature and high pressure, and then the pH is adjusted to 2 to 3. In this method, the total nitrogen concentration is quantified by measuring ultraviolet absorbance at a wavelength of 220 nm. An apparatus for realizing this method is required to have pressure resistance and heat resistance, and has a special material and design.
一方、試料を硝酸イオンにまで分解する方法に、「紫外線酸化分解法」を採用した全窒素測定装置も市販されている。この方法では、温度、圧力を下げる改善も進められ利用されている。すなわち、紫外線酸化に必要な温度が120℃から60℃程度にまで下げられ、圧力も常圧下で行なうことができる。
両者共、酸化分解により窒素化合物は硝酸イオンにまで酸化分解され、その後吸光度測定のための酸が添加され、220nm付近の吸光度測定によって試料中の全窒素の測定が行なわれる。
On the other hand, a total nitrogen measuring device adopting an “ultraviolet oxidative decomposition method” as a method for decomposing a sample into nitrate ions is also commercially available. In this method, improvement of lowering the temperature and pressure is being promoted and used. That is, the temperature required for the ultraviolet oxidation is lowered from 120 ° C. to about 60 ° C., and the pressure can also be performed under normal pressure.
In both cases, the nitrogen compound is oxidatively decomposed to nitrate ions by oxidative decomposition, and then an acid for measuring absorbance is added, and the total nitrogen in the sample is measured by measuring the absorbance near 220 nm.
上記のオートクレーブ法や紫外線酸化分解による全窒素測定法は、220nm付近の紫外線の吸光度測定によって、全窒素濃度を測定することは共通である。そのため、紫外域に吸収をもつ金属イオンや臭化物イオンを含む試料では測定値に誤差を与え、同時に酸化剤として用いるペルオキソ二硫酸カリウムも220nm付近に吸収をもつため、その酸化後の残量が測定に影響を与えることもあり、220nmの吸光度測定は紫外域に吸収を持つ物質の影響を受けるという問題を有している。また、測定精度についても、高度に処理された0.1mg以下の低濃度域の試料に対しては、220nmの吸光度測定法では定量困難である。 In the autoclave method and the total nitrogen measuring method by ultraviolet oxidative decomposition, it is common to measure the total nitrogen concentration by measuring the absorbance of ultraviolet rays near 220 nm. For this reason, samples containing metal ions and bromide ions that absorb in the ultraviolet range give an error in the measured value. At the same time, potassium peroxodisulfate used as an oxidizing agent also absorbs near 220 nm, so the remaining amount after oxidation is measured. The absorbance measurement at 220 nm has a problem that it is affected by substances having absorption in the ultraviolet region. In addition, regarding the measurement accuracy, it is difficult to quantify the highly processed sample in a low concentration range of 0.1 mg or less by the absorbance measurement method at 220 nm.
この問題回避のために、ペルオキソ二硫酸カリウムのアルカリ性溶液を加えて窒素化合物を硝酸イオンに酸化し、酸化後の試料を銅−カドミウムカラムに通過させ亜硝酸イオンへ還元させたあと、ナフチルエチレンジアミン吸光光度法によって540nm付近の吸光度から全窒素濃度を定量する銅−カドミウムカラム還元方法がある(非特許文献2参照。)。 To avoid this problem, an alkaline solution of potassium peroxodisulfate was added to oxidize the nitrogen compounds to nitrate ions. The oxidized sample was passed through a copper-cadmium column and reduced to nitrite ions, and then absorbed with naphthylethylenediamine. There is a copper-cadmium column reduction method in which the total nitrogen concentration is quantified from absorbance at around 540 nm by a photometric method (see Non-Patent Document 2).
水中の硝酸イオンを亜硝酸イオンに還元する方法として、紫外線を照射する方法が提案されている(非特許文献3参照。)。そこでは、紫外線を照射する試料水のpHは8.0がよい結果を与えるとしている。また紫外線照射だけでは十分な反応率をえることが難しいことから、試料を流すセルの形状をコイル状にして紫外線ランプの周囲に巻きつけることにより紫外線の照射時間を長くしている。
銅−カドミウムカラム還元方法は有害物質である銅−カドミウムカラムを用いなければならず、また、活性化のために頻繁にカラムの再生処理を行なう必要があることから、オンライン測定には不適であった。 The copper-cadmium column reduction method is not suitable for on-line measurement because it requires the use of a copper-cadmium column, which is a hazardous substance, and the column must be regenerated frequently for activation. It was.
また、紫外線照射だけによって硝酸イオンを亜硝酸イオンに還元する方法は、反応速度が低いだけではなく、窒素化合物を硝酸イオンに酸化するために「紫外線酸化分解法」が行なわれていることからもわかるように、紫外線照射は還元と酸化のいずれにも作用するものである。そのため、単に試料に紫外線を照射するだけでは試料中の窒素化合物を全て硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換することは難しく、両イオンが混在した平衡状態になる可能性がある。
本発明はこのような課題に鑑みて、簡便で、保守性に優れ、実用性を備えた全窒素濃度の定量方法と装置を提供することを目的とする。
In addition, the method of reducing nitrate ions to nitrite ions only by ultraviolet irradiation not only has a low reaction rate, but also because the “ultraviolet oxidative decomposition method” is used to oxidize nitrogen compounds to nitrate ions. As can be seen, UV irradiation acts on both reduction and oxidation. Therefore, it is difficult to convert all the nitrogen compounds in the sample into nitrate ions or nitrite ions simply by irradiating the sample with ultraviolet rays, and there is a possibility that both ions are in an equilibrium state.
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a total nitrogen concentration determination method and apparatus that are simple, excellent in maintainability, and practical.
本発明の全窒素測定方法は、試料水中の窒素化合物を硝酸イオンにまで酸化分解した後、硝酸イオンを亜硝酸イオンに還元する還元工程を備え、亜硝酸イオンに発色試薬を用いた吸光光度法によって全窒素を定量する全窒素測定方法において、上記還元工程では試料水に還元促進剤を添加し加熱しつつ紫外領域の光を照射する。
還元工程は中性条件下でもよいが、反応速度を高める上ではアルカリ性条件下で行なうことが好ましい。
The total nitrogen measurement method of the present invention comprises a reduction step of reducing nitrate ions to nitrite ions after oxidative decomposition of nitrogen compounds in sample water to nitrate ions, and a spectrophotometric method using a coloring reagent for nitrite ions In the total nitrogen measurement method in which the total nitrogen is quantified by the above, in the reduction step, a reduction accelerator is added to the sample water and light in the ultraviolet region is irradiated while heating.
The reduction step may be performed under neutral conditions, but is preferably performed under alkaline conditions in order to increase the reaction rate.
本発明の全窒素測定方法を実現する本発明の全窒素測定装置は、試料水中の窒素化合物を硝酸イオンに酸化分解しる酸化分解反応部と、還元促進剤の存在下で加熱しつつ紫外領域の光を照射して硝酸イオンを亜硝酸イオンに還元する還元反応部と、還元反応部からの試料水に対して発色試薬を用いた吸光光度法によって吸光度を測定する測定部と、測定部で得られた吸光度から全窒素濃度を求める演算処理部とを備えている。 The total nitrogen measuring device of the present invention that realizes the total nitrogen measuring method of the present invention includes an oxidative decomposition reaction unit that oxidatively decomposes nitrogen compounds in sample water into nitrate ions, and an ultraviolet region while heating in the presence of a reduction accelerator. A reduction reaction unit that reduces nitrate ions to nitrite ions by irradiating the light, a measurement unit that measures the absorbance of the sample water from the reduction reaction unit by a spectrophotometric method using a coloring reagent, and a measurement unit And an arithmetic processing unit that obtains the total nitrogen concentration from the obtained absorbance.
還元反応部での還元反応はアルカリ性条件下で行なうのが好ましい。
酸化分解反応部は、例えば試料水に酸化剤とアルカリを添加し、オートクレーブ法や紫外線照射により窒素化合物を硝酸イオンにまで酸化分解するものである。
測定部は、例えば亜硝酸イオンをエチレンジアミン法などの吸光光度法により発色させ、可視領域の吸光度を測定するものである。
The reduction reaction in the reduction reaction part is preferably carried out under alkaline conditions.
The oxidative decomposition reaction unit is, for example, an oxidant and an alkali added to sample water, and oxidatively decomposes nitrogen compounds to nitrate ions by an autoclave method or ultraviolet irradiation.
The measurement unit measures the absorbance in the visible region by coloring nitrite ions by an absorptiometric method such as ethylenediamine method.
紫外線照射により硝酸イオンを亜硝酸イオンに還元する際に用いる還元促進剤は、反応速度を高める上で、ヨウ素イオンを含むものが好ましく、ヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウム又はその他のヨウ化物塩を用いることができる。
紫外線照射に用いる紫外線ランプは、低圧水銀ランプをはじめ、高圧、中圧水銀ランプなど紫外線を発生するランプであればよい。
The reduction accelerator used when reducing nitrate ions to nitrite ions by ultraviolet irradiation is preferably one containing iodine ions in order to increase the reaction rate, and potassium iodide, sodium iodide or other iodide salts are used. be able to.
The ultraviolet lamp used for ultraviolet irradiation may be a lamp that generates ultraviolet rays, such as a low-pressure mercury lamp, a high-pressure medium-pressure mercury lamp, or the like.
窒素化合物試料水に還元促進剤を添加し、加熱しつつ紫外領域の光を照射して硝酸イオンを亜硝酸イオンにまで還元することで、高感度で、かつ環境に負荷を掛けるカドミウム等の有害な還元カラムを用いることなしに全窒素を測定できる。この紫外線照射による還元過程では還元促進剤を添加するので、酸化反応が抑えられ、もっぱら還元反応が進行する。
アルカリ性条件下で還元反応を行なわせることにより、反応速度が高まる。
還元促進剤として特にヨウ素イオンを添加すると還元反応は短時間に終了する。
Addition of a reduction accelerator to the nitrogen compound sample water, and irradiation with ultraviolet light while heating to reduce nitrate ions to nitrite ions is highly sensitive and harmful to the environment, such as cadmium. Total nitrogen can be measured without using a simple reduction column. In this reduction process by ultraviolet irradiation, a reduction accelerator is added, so that the oxidation reaction is suppressed and the reduction reaction proceeds exclusively.
The reaction rate is increased by carrying out the reduction reaction under alkaline conditions.
When iodine ion is added as a reduction accelerator, the reduction reaction is completed in a short time.
全窒素測定装置が、窒素化合物を硝酸イオンまで酸化分解する酸化分解反応部と、還元促進剤の存在下で亜硝酸イオンに還元する還元反応部と、測定部及び演算処理部を備えることで、簡単で保守性に優れた高精度な測定装置を構成できる。 The total nitrogen measuring device includes an oxidative decomposition reaction unit that oxidatively decomposes nitrogen compounds to nitrate ions, a reduction reaction unit that reduces nitrite ions in the presence of a reduction accelerator, a measurement unit, and an arithmetic processing unit. A simple and highly maintainable high-precision measuring device can be configured.
以下に図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する。
図1は全窒素測定部の構成を示した概略図である。
1は試料調整槽であり、試料水が常時流れており、チューブ29を介して8ポートバルブ10bの1つのポートに接続されており、測定時に試料水が採水される。
8ポートバルブ10bの他のポートには、測定校正用水(スパン液)8や純水9を貯留するための容器と、酸化分解反応部12と、還元反応部23の試料出入口25と、測定部16と、廃棄ポート11が接続され、8ポートバルブ10bの共通ポートは他の8ポートバルブ10aの1つのポートに接続されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the total nitrogen measuring unit.
Reference numeral 1 denotes a sample adjustment tank, in which sample water is constantly flowing, and is connected to one port of the 8-
The other port of the 8-
8ポートバルブ10aの各ポートには、試薬2〜6を貯留するための容器と、大気解放ポート7が配管によって接続されている。
この実施例においては、試薬2はペルオキソ二硫酸カリウム溶液、試薬3は水酸化ナトリウム水溶液、試薬4はスルファニルアミド・塩酸溶液、試薬5はN−(1−ナフチル)エチレンジアミン溶液、試薬6は還元促進剤であるとする。
A container for storing the
In this example,
8ポートバルブ10aの共通ポートにはシリンジポンプ17が接続されており、シリンジポンプ17はモータ27により駆動させられ、8ポートバルブ10a,10bを介して試料水や試薬などをシリンジポンプ17に取り込んだり、還元反応部23や測定部16に送り出すと共に、シリンジポンプ17内にて試料水に試薬などを添加することができる。
A
12は試料中の窒素化合物を硝酸イオンにまで分解する酸化分解反応部である。これは窒素化合物を硝酸イオンにまで酸化分解できるものであればよく、オートクレーブ(蒸気滅菌器)を用いたものでもよく、紫外線ランプを用いたものでもよい。
23は、酸化分解後の硝酸イオン溶液を亜硝酸イオンに還元するための還元反応部であり、反応容器15の中心部には低圧水銀ランプなどの紫外線ランプ14を備え、反応容器15の外側には温度調節を行なうヒータ13を備えている。ヒータ13による加熱は100℃以下で行なうことが望ましい。
還元反応部23の反応容器15内には酸化分解反応部12から硝酸イオン含有試料水が供給され、この試料水に還元促進剤6として例えばヨウ化カリウムを加え、紫外線ランプ14によって紫外線を照射して硝酸イオンを亜硝酸イオンに還元する。
Nitrate ion-containing sample water is supplied from the oxidative
反応容器15の試料出入口25は、バルブ10bの1つのポートに接続される。
測定部16は還元化反応終了後の試料水にのN−(1−ナフチル)エチレンジアミン溶液5による発色反液の吸光度を測定するものであり、詳しくは図示していないが、試料セルと、特定の波長(例えば、540nm)の光を試料セルに照射する光源と、試料セルを透過した光を検出するセンサなどから構成されている。
演算処理部18は測定部16で測定された吸光度を全窒素濃度に変換し、表示部19に表示する。
The sample inlet /
The measuring
The
22は入力部であり、オペレータは入力部22から還元反応部23における還元化の条件や試料水に添加する試薬の量や濃度を入力することで、制御部20がオペレータの入力した条件に基づいた制御を行なう。制御部20は、専用のマイクロコンピュータや汎用のパーソナルコンピュータにより実現され、8ポートバルブ10a、10bの切換え動作、シリンジポンプ17を駆動するモータ27の動作、加熱ヒータ13による反応容器15の温度調節、測定部16の測定動作、及び紫外線ランプ14のオン/オフの制御を行なう。
この全窒素測定装置における測定動作を図2のフローチャートを参照して説明する。
試料水は、試料調製槽1から8ポートバルブ10b、10aを介してシリンジポンプ17に計量される。必要に応じて純水9が8ポートバルブ10b,10aを介してシリンジポンプ17に吸入され、試料水が2mgN/L以下になるまで希釈する。
The measuring operation in this total nitrogen measuring device will be described with reference to the flowchart of FIG.
The sample water is measured from the sample preparation tank 1 to the
この試料水に、ペルオキソ二硫酸カリウム溶液2と水酸化ナトリウム溶液3を添加したものを、シリンジポンプ17から酸化分解反応容器12へ導入する。そして内部ヒータで30分間120℃程度に加熱し、窒素化合物を硝酸イオン(NO3-)にまで酸化分解する。
A solution obtained by adding the
続いて酸化分解後の硝酸イオン含有溶液をシリンジポンプ17で希釈しながら計量し、これに水酸化ナトリウム水溶液及びヨウ化カリウム溶液を添加した後、還元反応部23へ導入する。そして、ヒータ13で80℃に加熱し、5分間紫外線を照射した環境で、試料中の硝酸イオンを亜硝酸イオン(NO2-)にまで、(1)式に示すように紫外線還元する。
Subsequently, the nitrate ion-containing solution after oxidative decomposition is weighed while being diluted by the
還元反応終了後、試料の一定量をシリンジポンプ17へ計量し、スルファニルアミド・塩酸溶液4とナフチルエチレンジアミン溶液5を添加し、ナフチルエチレンジアミン反応による発色反応液(淡赤褐色溶液)を生成させる。
After completion of the reduction reaction, a certain amount of the sample is weighed to the
その発色反応液を測定部16中のセルに導入し、発色した試料を45℃で3分間経過後、540nmにおける吸光度測定を行い、次式(1)から試料中の窒素濃度を算出した。
{(試料吸光度―純水吸光度)/(校正液吸光度―純水吸光度)}×(校正液濃度)×希釈率 ………(1)
The coloring reaction solution was introduced into the cell in the
{(Sample Absorbance−Pure Water Absorbance) / (Calibration Solution Absorbance−Pure Water Absorbance)} × (Calibration Solution Concentration) × Dilution Rate ………… (1)
校正液8には、例えば2mgN/Lの硝酸カリウム水溶液を用い、純水9と校正液8にも試料水と同じように試薬を加え、酸化分解反応、還元化反応及び発色反応を行なったものを用いる。
全窒素濃度は、(1)式から算出する以外に測定結果を試料水の希釈率や校正データが入力されている演算処理部38に取り込んで求めてもよい。
As the
The total nitrogen concentration may be obtained by taking the measurement result into the arithmetic processing unit 38 to which the dilution rate of the sample water and the calibration data are input, in addition to calculating from the equation (1).
表1はこの実施例の装置を用いて、オートクレーブ法による酸化分解を行い、ヨウ化カリウム存在下で紫外線を照射して還元したときの実排水試料の紫外線還元ナフチルエチレンジアミン吸光光度法による全窒素測定結果を示す。
表1に示すように、化学工業排水、下水処理場排水の(A)及び(B)において、本発明法による測定値はJIS法とよく一致しており、全窒素を精度よく測定できることが示された。
また、硝酸イオンから亜硝酸イオンへは5分程度で90〜100%還元することができ、測定終了までの時間が短縮された。
As shown in Table 1, in chemical industrial wastewater and sewage treatment plant wastewater (A) and (B), the measured values according to the method of the present invention are in good agreement with the JIS method, indicating that total nitrogen can be measured accurately. It was done.
Moreover, it was possible to reduce the nitrate ion to the nitrite ion by 90 to 100% in about 5 minutes, and the time until the measurement was completed was shortened.
試料水の加熱温度、紫外線照射時間、還元促進剤濃度などは試料水により変更することができる。例えば還元化反応時の加熱温度は20〜100℃、紫外線照射時間は1〜10分程度、還元促進剤のヨウ化カリウム濃度は0.01〜1.0%が適当である。 The heating temperature of the sample water, the ultraviolet irradiation time, the concentration of the reduction accelerator, etc. can be changed depending on the sample water. For example, the heating temperature during the reduction reaction is 20 to 100 ° C., the ultraviolet irradiation time is about 1 to 10 minutes, and the potassium iodide concentration of the reduction accelerator is suitably 0.01 to 1.0%.
排水、下水、環境水、プラント用水、などの試料水に含まれる硝酸イオンの還元方法に利用することができ、亜硝酸イオンの発色反応によって、試料水中に含まれる全窒素を測定することができる。 It can be used for reducing nitrate ions contained in sample water such as waste water, sewage, environmental water, plant water, etc., and total nitrogen contained in sample water can be measured by coloration reaction of nitrite ions. .
1 試料調整槽
2、3、4、5、6、8、9 試薬又は水
7 大気解放ポート
10 バルブ
11 廃棄ポート
12 酸化分解反応部
13 ヒータ
14 紫外線ランプ
15 反応容器
16 測定部
17 シリンジポンプ
18 演算処理部
19 表示部
20 制御部
22 入力部
23 還元反応部
25 試料出入口
27 モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記還元工程では試料水に還元促進剤を添加し、紫外領域の光を照射することを特徴とする全窒素測定方法。 After the oxidative decomposition of the nitrogen compound in the sample water to nitrate ions, a reduction process is provided for reducing the nitrate ions to nitrite ions, and total nitrogen is quantified by absorptiometry using a coloring reagent for the nitrite ions. In the nitrogen measurement method,
In the reduction step, a reduction accelerator is added to the sample water, and irradiation with ultraviolet light is performed.
前記酸化分解反応部を経た試料水を還元促進剤の存在下で加熱しつつ紫外領域の光を照射して硝酸イオンを亜硝酸イオンに還元する還元反応部と、
前記還元反応部からの試料水に対して発色試薬を用いた吸光光度法によって吸光度を測定する測定部と、
前記測定部で得た吸光度から全窒素濃度を求める演算処理部と、
を備えた全窒素測定装置。 An oxidative decomposition reaction unit that oxidatively decomposes nitrogen compounds in the sample water into nitrate ions;
A reduction reaction part for reducing nitrate ions to nitrite ions by irradiating light in the ultraviolet region while heating the sample water that has passed through the oxidation decomposition reaction part in the presence of a reduction accelerator;
A measurement unit for measuring absorbance by a spectrophotometric method using a coloring reagent for the sample water from the reduction reaction unit;
An arithmetic processing unit for determining the total nitrogen concentration from the absorbance obtained by the measurement unit;
A total nitrogen measuring device.
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