JP2987373B2 - 電解液中の塩素の測定方法 - Google Patents

電解液中の塩素の測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電解液中の塩素濃度の測
定方法に関し、さらに詳しくは作用電極として銀電極を
用いて電解液中の微量塩素を捕集し、ストリッピングボ
ルタンメトリー分析法を利用した迅速かつ自動化対応が
可能な塩素濃度の測定方法に関する。
【従来の技術】銅箔製造および粗銅の電解製錬等に使用
されている電解液中には、しばしば添加剤として微量の
塩素が添加されている。この塩素は電着銅、めっき銅の
粗さ、および物性等を調節する重要な役割を果たしてお
り、安定した品質の製品を作るためには銅電解液中の塩
素濃度の管理が重要である。
【0002】従来、銅電解液中の微量(例えば5mg/
1以下)の塩素濃度を測定する方法として、塩化銀重量
法、臭化銀共沈−イオンクロマト法、ストリッピングボ
ルタンメトリー法等が行われている。しかし、塩化銀重
量法、臭化銀共沈−イオンクロマト法による測定値には
測定者による個人差があり、また自動化分析への対応が
困難である等の欠点がある。さらに、ストリッピングボ
ルタンメトリー法は、高感度で自動化分析への対応が可
能でありながら、銅電解液中の塩素濃度を定電位で電解
して測定すると、その再現性が悪いという欠点があっ
た。
【0003】また、ストリッピングボルタンメトリー法
の再現性の現状把握のために、最適と考えられる条件で
銅電解液中の微量塩素濃度を10回繰り返し測定した結
果、その相対標準偏差(標準偏差値を平均値で除した値
x100%)は8.9%であり、高精度の分析法とは言
い難かった。
【0004】したがって、上記に示した様な既存の分析
方法では、それぞれの欠点により、製品の安定製造のた
めの塩素濃度管理方法としては不十分であった。
【0005】上記のことは銅電解液だけでなく、高濃度
の酸および金属塩、またはいずれか一方を含む種々の電
解液、めっき液等についても同様に言える。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高濃
度の酸および金属塩、またはいずれか一方を含む種々の
電解液、めっき液中の微量塩素(mg/lレベル)をス
トリッピングボルタンメトリー分析法を改良することに
より、再現性良く、迅速、かつ、自動化対応可能な測定
方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
達成するために、上記の原因について鋭意検討した結
果、電解液中に酸化性を有するイオンが共存すると、電
極を挿入すると同時に自動的に電極に塩素が付着を開始
し、電圧印加時までの所要時間の相違によって測定値が
バラツクということを見出し、さらに電圧印加時までの
所要時間を一定値にすることにより再現性良く塩素濃度
を測定できるという事実を見出した。すなわち、所定濃
度範囲に希釈した電解液中に作用電極として銀電極を浸
せきして電圧を印加せずに一定時間撹拌すると、電解液
中の微量塩素が酸化性を有するイオンの共存下で起こる
酸化還元反応により、銀電極に塩化銀として定量的に捕
集されるという事実を見い出した。そこで、この反応を
利用して銀電極に塩素を捕集した後、ストリッピングを
行って生成した塩化銀の還元反応電流を測定することに
より、短時間でかつ再現性良く電解液中の微量塩素の量
が測定できる本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明はストリッピングボルタ
ンメトリー分析法を用いた電解液中の塩素濃度の測定方
法において、銀作用電極を電解液中に浸せきして酸化性
を有するイオンの共存下で電圧を印加せずに所定時間撹
拌し、電解液中の塩素を塩化銀として銀作用電極上に捕
集した後、支持電解質中で銀作用電極の電位を負方向に
走査してこの際の電流−電位曲線を記録し、この曲線の
面積または高さから塩素の定量を行なうことを特徴とす
る電解液中の塩素濃度の測定方法にある。
【0009】このように、本発明ではストリッピングボ
ルタンメトリー分析法を用いた電解液中の塩素濃度の分
析法において、定電位電解を行わずに、銀作用電極を所
定濃度範囲に希釈した、酸化性を有するイオンを含む電
解液中に浸せきして、電圧を印加せずに一定時間撹拌す
るだけで電解液中の微量塩素を銀電極上に捕集できるこ
とを特徴とする。また、酸化性を有するイオンを含まな
い電解液およびめっき液の場合には、鉄(III )、クロ
ム(VI)、マンガン(VII )等の酸化力を持つイオンを
電解液中に添加すればよい。
【0010】以下に、本発明を添付図面を参照してさら
に詳しく説明する。
【0011】図1は、本発明に用いる銀電極を作用電極
とする電解液中の微量塩素の分析装置を示す。
【0012】図中、1は作用電極、2は試料溶液、3は
前処理用セル、4はシリコン栓、5は回転子、6は分析
用セル、7は参照電極、8は対極、9は参照電極側セ
ル、10は支持電解質、11は塩橋、12は前処理セル
撹拌用スターラー、13は電気化学分析装置をそれぞれ
示す。
【0013】(1)まず初めに、本発明における電解液
中の塩素の捕集操作および条件を説明する。
【0014】前処理用セル3に所定濃度範囲の塩素を含
む試料溶液を一定量入れて十分に撹拌を行った後、撹拌
されている試料溶液2中に一気に作用電極1を差し込
み、電圧を印加せずに塩素の捕集を開始する。このと
き、作用電極1が常に一定の位置になるようにセットす
る。作用電極1が試料溶液2中に浸せきしてから所定時
間経過後、作用電極1を試料溶液2から一気に取り出し
捕集を完了する。
【0015】(2)次に、ストリッピング時の分析操作
および条件を示す。
【0016】上記捕集操作で塩素を塩化銀として電極表
面に捕集した作用電極1を洗ビンを用いて純水で3回程
度洗浄した後、支持電解質(ストリッピング液)10を
満たした分析用セル6に取り付け、一定時間後にストリ
ッピングが開始できる状態に組み立てる。このとき、対
極8は塩化銀の還元反応電流測定時のノイズを低減させ
る目的で、参照電極側セル9に配置した。また、支持電
解質10としては、塩化銀の還元反応電流ピークに他の
物質のピークが重ならないこと、イオンの伝導性等を考
慮して、例えば硫酸カリウム0.5mol/lと硫酸1
mol/lの混合溶液を用い、参照電極側セル9および
分析用セル6ともに一定量ずつ入れ、塩橋11も同じ溶
液で満たす。次に、電気化学分析装置13を用いて、初
期電位+320mVから電位を負方向に最終電位まで走
査してストリッピングを行なう。このとき同時に、電流
−電位曲線を自記記録する。このときの最終電位は測定
試料に適した電位の設定が必要であるが、例えば銅電解
液中の塩素濃度の測定の際には、銅イオンの洗浄残分の
還元反応を防止するために+60mVに設定する。塩素
の定量は、ストリッピング時の電流−電位曲線の面積ま
たは高さ(電気量または電流)を計算し、測定試料に適
した校正法、例えば絶対検量線法、標準添加法等の校正
法を用いて定量を行なう。
【0017】さらに、ストリッピング終了後、直ちに作
用電極1の配線および塩橋1を取り外す。作用電極1を
ストリッピング液から取り出し、純水で3回洗浄し、次
回の測定まで別に用意した支持電解質中に一定時間保存
する。この間に次の測定試料の準備をする。
【0018】以上の操作を繰り返し、連続測定を行な
う。
【0019】なお、本操作は、測定中の溶液の温度変化
が緩やかであるため温度制御は行っていないが、測定中
の溶液の温度を制御することによりさらに分析値の再現
性の向上が期待できる。
【0020】上記の測定法により、例えば銅電解液中の
塩素が塩化銀として銀電極に捕集される際の捕集時間と
ストリッピング時の電気量との関係を示すと図2のよう
になる。この図2から明らかなように、電解液中の塩素
が鉄イオン(III )の共存下で銀電極上に塩化銀として
捕集時間にほぼ比例した量で捕集されることを示してい
る。塩素の捕集時間は、電気量およびピーク形状と迅速
性を考慮して決める必要がある。
【0021】本発明における捕集時には、銀電極表面
で、 Ag+Cl- +Fe3+→AgCl+Fe2+ の酸化還元反応が起きていると考えられるが、例えば銅
電解液中の塩素濃度を測定する際、検出される電気量は
電解液主成分である銅イオン、硫酸イオンおよび鉄イオ
ン(III )の濃度の影響を受けるため、測定の際には測
定試料の主な成分の電気量への影響をあらかじめ把握
し、さらに、塩素濃度と電気量の間に比例関係が成り立
つ濃度範囲になるように測定試料の希釈倍率を決める必
要がある。また、連続測定を行なうために、銀電極の劣
化状況についても考慮して、測定試料の希釈倍率を決め
る必要がある。
【0022】以上のような本発明の測定法により、電解
液中の塩素の定量が短時間でかつ再現性良く行なうこと
ができる。
【0023】さらに、本発明を手動操作から自動化する
ことは比較的容易と考えられ、液の給排液システムと銀
電極洗浄システム、塩素量を自動計算する機能を持った
電気化学分析システム等を組み合わせて作ることが可能
である。
【0024】
【実施例】以下に本発明を実施例及び比較例によりさら
に詳しく説明するが、本発明は以下の実施例に限定され
るものではない。
【0025】実施例1 図1に示した前処理用セル3に、銅イオン40g/l、
硫酸98g/l、塩素0.5mg/lおよび鉄(III )
0.5g/lを含む酸性硫酸銅溶液を100ml入れ、
室温で前処理セル撹拌用スターラー12(池田科学製、
MAGNETIC STIRRER IS−34N)に
て回転子の回転速度を一定に保ったまま、撹拌されてい
る試料溶液2中に一気に直径3mmの銀線の断面を研磨
して製作した作用電極1を差し込み、電圧を印加せずに
塩素の捕集を開始した。この時、作用電極1が常に一定
の位置になるようにセットし、作用電極1が試料溶液2
中に浸せきしてから180秒後に作用電極1を試料溶液
2から一気に取り出し捕集を完了した。全分析操作の流
れを図3に示す。
【0026】次に、このように電極表面に試料溶液中の
塩素を塩化銀として捕集した作用電極1を太いノズルの
洗ビンを使い、純水で3回洗浄した。洗浄した銀電極1
を支持電解質を満たした分析用セル6に取り付け、30
秒後にストリッピングが開始できる状態に組み立てた。
支持電解質としては、硫酸カリウム0.5mol/lと
硫酸1mol/lの混合溶液を分析用セル6および参照
電極側セル9ともに100mlずつ入れ、塩橋11も同
じ溶液で満たした。参照電極7として銀−塩化銀電極
(東亜電波工業製、TOA HS−205C)、対極8
として直径1mmの白金線、電気化学分析装置13とし
て電気化学分析装置(サイプレスシステムズ製、CS−
1090型)を用いて、初期電位+320mVから最終
電位+60mVまで掃引速度2mV/sで走査し、この
際の電流−電位曲線を自記記録し、電流−電位曲線の電
気量を計算した。
【0027】このようにして得られた電流−電位曲線を
図4に示す。
【0028】以上のような分析操作を同一試料で10回
繰り返して測定を行った結果、得られた電気量の平均値
は76.1μCであり、相対標準偏差はCV2.2%と
なり、十分な分析精度を達成することができた。
【0029】図5に試料溶液中の塩素濃度を変化させた
場合の塩素濃度とストリッピング時の電気量の関係を示
す。図5は塩素濃度0から1mg/lの範囲で塩素濃度
とストリッピング時の電気量は比例関係にあることを示
している。したがって、測定溶液組成がほぼ同じである
場合、図5を検量線として、絶対検量線法により未知試
料の塩素の量を求めることができることがわかった。
【0030】比較例1 前処理用セル3に実施例1と同じ酸性硫酸銅溶液を10
0ml入れ、以下の捕集時の操作を除き、実施例1と同
様の操作手順により行なった。
【0031】本比較例1の捕集操作では、試料溶液中に
作用電極1を差し込み、その後、スターラー12、回転
子5により試料溶液2を撹拌しながら+320mVの電
位を20秒間かけて試料溶液2中の塩素を作用電極1に
捕集した。本比較例1の操作では、従来から行われてい
るように作用電極1を挿入してから電圧を印加するまで
の時間の管理は行わなかった。
【0032】実施例1と同様に、以上のような分析操作
を同一試料溶液で10回繰り返して測定を行った結果、
得られた電気量の平均値は59.5μCであり、相対標
準偏差はCV8.9%となり、実施例1の分析精度と比
べて劣っていた。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、一般的なストリッ
ピングボルタンメトリー法を改良した本発明は鉄イオン
(III )等の酸化力を持つイオンを含むことにより起こ
る反応を利用することを特徴とし、銀電極の浸せき時間
等の各分析操作時間および撹拌速度等を管理することに
より、従来法では困難であった電解液中の微量塩素濃度
を迅速に、再現性良く測定でき、また、自動化も十分に
可能な測定方法が確立できた。従って、本発明の測定方
法により製造工程液中の微量塩素の高精度な濃度管理が
可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の電解液中の微量塩素の分析装置を示
す図。
【図2】 捕集時間と電気量の関係を示す図。
【図3】 全分析操作の流れを示す図。
【図4】 ストリッピング時の電流−電位曲線を示す
図。
【図5】 塩素濃度と電気量の関係を示す図。
【符号の説明】
1:作用電極、2:試料溶液、3:前処理用セル、4:
シリコン栓、5:回転子、6:分析用セル、7:参照電
極、8:対極、9:参照電極側セル、10:支持電解
質、11:塩橋、12:スターラー、13:電気化学分
析装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/48 G01N 27/48 301 G01N 27/48 311 JICSTファイル(JOIS)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ストリッピングボルタンメトリー分析法
    を用いた電解液中の塩素濃度の測定方法において、銀作
    用電極を電解液中に浸せきして酸化性を有するイオンの
    共存下で電圧を印加せずに所定時間撹拌し、電解液中の
    塩素を塩化銀として銀作用電極上に捕集した後、支持電
    解質中で銀作用電極の電位を負方向に走査してこの際の
    電流−電位曲線を記録し、この曲線の面積または高さか
    ら塩素の定量を行なうことを特徴とする電解液中の塩素
    濃度の測定方法。
  2. 【請求項2】 前記酸化性を有するイオンが、鉄(III
    )である請求項1に記載の電解液中の塩素濃度の測定
    方法。
  3. 【請求項3】 前記電解液が、銅イオンを含む電解液で
    ある請求項1または2に記載の電解液中の塩素濃度の測
    定方法。
  4. 【請求項4】 前記電解液が、メッキ液である請求項1
    または2に記載の電解液中の塩素濃度の測定方法。
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