JP3500431B2 - フッ化物イオンの定量法 - Google Patents

フッ化物イオンの定量法

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由紀子 高橋
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水溶液中に微量に
存在するフッ化物イオンを、ジルコニウム(IV)錯体
と3‐ヒドロキシフラボンを含む水溶液を用いて高感度
かつ迅速に定量する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、フッ化物イオンの定量法として、
アリザリンコンプレクサンのランタン(III)錯体を
用いる比色法が知られ、工業用水中のフッ化物イオンを
定量する公定法(工業用水試験法JIS K0101,
K0102)として採用されている。この方法は、フッ
化物イオンの存在下でのランタン(III)錯体の吸収
スペクトルの強度変化を用いるものであるが、生成錯体
種が複雑であること、発色試薬とその錯体が化学的に不
安定で溶液として長期の保存が困難であること、発色反
応に時間がかかるため加熱しなければならないなどの欠
点を有している。
【0003】また、アリザリンコンプレクサンのセリウ
ム(III)錯体も同様に比色法として用いられるが
[「アナティカル・ケミストリー(Analytica
l Chemistry)」,第3巻,第1308ペー
ジ(1962年)、感度及び試薬溶液の安定性の点で問
題があった。さらに、ジルコニウム(IV)及びアルミ
ニウム(III)などと有機色素化合物との錯体を利用
する退色法(分析化学便覧、改訂4版、第293ペー
ジ)が古くから知られているが、塩酸などの強酸性条件
下で反応させなければならない上、発色が温度に著しい
影響を受けるため分析精度の点で難点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、水溶液中に微量に存在するフッ化物イオ
ンを、簡単な操作で、高感度かつ迅速に、しかも精度よ
く定量する方法を提供することを目的としてなされたも
のである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、フッ化物
イオンの定量について鋭意研究を重ねた結果、水溶性で
化学的に安定なジルコニウム(IV)錯体が、フラボノ
ールと三元錯体を形成して、水溶液中で青色の強いけい
光を発すること、そしてこの水溶液にフッ化物イオンを
加えると、フラボノールとの配位子置換反応により、フ
ラボノールが遊離して青色けい光強度のシャープな減少
を起すことを見出し、この知見に基づいて本発明を完成
するに至った。
【0006】すなわち、本発明は、等モル量のジルコニ
ウム(IV)錯体と3‐ヒドロキシフラボンを含む水溶
液に、濃度不明のフッ化物イオン含有水溶液を加えたの
ち、pHを4〜6に調整し、その範囲における青色けい
光強度の減少量に基づいてフッ化物イオン濃度を求める
ことを特徴とするフッ化物イオンの定量法を提供するも
のである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明のフッ化物イオンの定量法
におけるジルコニウム(IV)錯体としては、配位子と
して、2個以上のカルボン酸で置換されたポリアミンを
もつものを用いることができるが、ジルコニウム(I
V)との錯生成定数の大きな、NTA(ニトリロトリ酢
酸)、EDTA(エチレンジアミン‐N,N,N´,N
´‐テトラ酢酸)、HEDTA[N‐(2‐ヒドロキシ
エチル)エチレンジアミン‐N,N´,N´‐トリ酢
酸]や、これらに対応するプロピオン酸誘導体をもつも
のが好ましい。
【0008】このような配位子をもつジルコニウム(I
V)錯体としては、例えば[Zr(H2O)2EDTA]
2H2O、K2[Zr(CO3)EDTA]3H2O、[Z
r(H2O)2HEDTA]Clなどがある。Zr(I
V)イオンの配位数は8であり、6配位のEDTAなど
が結合しても2個の配位座が残る。したがって、この残
った配位サイトを用いて単座や2座の配位子との三元錯
体を形成することが可能である。これらの錯体は反応液
から単離精製したものを用いるのが好ましい。
【0009】水溶液中において、前記の残った配位サイ
トに、2座配位の3‐ヒドロキシフラボン(フラボノー
ル)が結合して三元錯体を形成することにより、460
nmの波長領域にピークをもつ強い青色けい光を発す
る。そして、該三元錯体は、フッ化物イオンによりフラ
ボノールが置換されて遊離することにより、青色けい光
が消光する。次に、この反応の1例のスキームを示す。
【0010】
【化1】
【0011】この反応スキームに示されるように、Zr
(IV)−EDTAとフラボノールが三元錯体を形成し
た際に強い青色けい光を発する。これにフッ化物イオン
が加えられると、該フッ化物イオンがフラボノールを追
い出し、Zr(IV)−EDTAと結合する。フラボノ
ールは遊離し、青色けい光が消失する。
【0012】モリン(C15107)などの、他のフラ
ボノイド族化合物も同様の現象を示すが、ジルコニウム
(IV)錯体と三元錯体を形成することにより、けい光
波長のシフトとけい光強度が著しく増大したり、フッ化
物イオンと速やかに置換してけい光強度が急速に減少す
るため、本発明においては、3‐ヒドロキシフラボン
(フラボノール)が用いられる。
【0013】本発明方法においては、フッ化物イオンを
定量する場合、等モル量の前記ジルコニウム(IV)錯
体とフラボノールを含む水溶液が用いられる。この水溶
液における該ジルコニウム(IV)錯体の濃度は、通常
10-6〜10-5モル/リットルの範囲で選ばれる。ま
た、この水溶液を調製する際には、フラボノールは、エ
チルアルコールなどの低級アルコールに溶解し、溶液と
して添加するのが好ましい。該水溶液中の低級アルコー
ル濃度は、フッ化物イオン定量時に遊離したフラボノー
ルを可溶化し、けい光強度を安定化させるために、10
〜30体積%程度が好ましい。
【0014】このようにして調製されたジルコニウム
(IV)錯体とフラボノールを含む水溶液に、濃度不明
のフッ化物イオン含有水溶液を加え、そのフッ化物イオ
ンを定量する際のpHは4〜6の範囲に調整される。こ
のpHが上記範囲を逸脱すると、けい光強度の変化が小
さくなり、感度が低下する。したがって、感度の点から
pHは4.7〜5.2の範囲が特に好ましい。このpH
の調整には、酢酸緩衝液やフタル酸緩衝液が好適に用い
られる。
【0015】このような条件下では、反応は室温におい
て、通常3分以内で平衡に達する。けい光を発生させる
ための励起光の波長は、350〜430nmの範囲で選
ぶことができるが、400nmが最大のけい光強度を与
えるので、この波長を用いるのが最適である。本発明方
法においては、先ず、けい光光度計を用いて、けい光強
度とフッ化物イオン濃度の対数値との関係を示す検量線
を作成し、この検量線に基づいて、フッ化物イオンを定
量する。そして、ブランクの3σ値から求めた検出限界
は約60ppb(3×10-6モル/リットル)で、約2
0ppm(1ミリモル/リットル)までの広範囲のフッ
化物イオン濃度に対応することができる。
【0016】本発明方法においては、フッ化物イオン1
ppm(5.5×10-5モル/リットル)に対して、塩
素イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオンがそ
れぞれ1×10-3モル/リットル程度共存していても、
これらの妨害を受けずにフッ化物イオンを定量すること
ができる。また、Fe(III)、Al(III)、C
u(II)などの陽イオンの共存は、フッ化物イオンの
定量を妨害することがあるが、マスキング剤として、例
えばEDTAを用いることにより防ぐことができる。
【0017】本発明方法においては、使用する試薬溶液
は、常温で1か月間以上安定に保存可能である上に、け
い光シグナルも室温下で1週間以上安定であり、試薬溶
液や検量線溶液は、アリザリンコンプレクサンを用いる
従来の比色システムよりも長期間にわたって極めて安定
に用いることができる。
【0018】
【発明の効果】本発明方法によれば、水中の微量フッ化
物イオンを、室温で迅速にけい光強度測定法により定量
することができる。本発明方法は、けい光強度の変化が
シャープに検知できるため定量可能範囲が60ppb〜
20ppmと広く、かつ試薬系が水溶液中で長期間安定
であるため、半導体工業、表面処理工程から排出される
フッ化物イオン含有排水や地下水中の微量フッ化物イオ
ンのモニターや定量に好適であり、極めて実用的価値が
高い。
【0019】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によって何ら限定され
るものではない。
【0020】実施例1 25mlメスフラスコに、5ミリモル/リットルのK2
[Zr(CO3)EDTA]3H2O水溶液50μl、1
×10-4モル/リットルフラボノールエタノール溶液5
ml、1モル/リットル酢酸緩衝液250μlを入れ、
これにフッ化物イオンを含む検液を加えて、純水を用い
て全量25mlとした。2、3分室温で放置した後に、
けい光光度計にて励起波長400nmとした際のけい光
スペクトルを得た。添加したフッ化物イオンの濃度が濃
くなるに従い、最大けい光波長約460nmの青色けい
光の強度が減少することが認められた。けい光スペクト
ルの変化を図1に示す。
【0021】図1において、横軸は励起波長400nm
の際のけい光波長を、縦軸は相対けい光強度を表わす。
2[Zr(CO3)EDTA]3H2O及びフラボノー
ルの濃度は、それぞれ10-5モル/リットル、反応溶液
のpHは5.0である。図中、A、B、C、Dはそれぞ
れフッ化物イオン濃度0ppm、1ppm、2ppm及
び20ppmの検液をそれぞれ添加した場合のものであ
る。
【0022】実施例2 実施例1で得た、青色けい光強度の減衰とフッ化物イオ
ンのモル濃度の対数値を関数として検量線を作成した。
図2に得られた検量線を示す。全量25mlの測定検液
に対して、60ppb〜20ppmの範囲のフッ化物イ
オンの定量が可能であることが分る。
【0023】図2において、横軸はフッ化物イオンのモ
ル濃度の対数値、縦軸は相対けい光強度を表わす。測定
における励起波長は400nmであり、けい光検出波長
は460nmである。K2[Zr(CO3)EDTA]3
2O及びフラボノールの濃度は、それぞれ10-5モル
/リットル、反応溶液のpHは5.0である。
【0024】実施例3 けい光強度とpHの関係をフッ化物イオンの存在下、非
存在下で調べた。5×10-3モル/リットルの[Zr
(H2O)2EDTA]2H2O水溶液400μl、1×
10-4モル/リットルのフラボノールエタノール溶液2
0ml、1モル/リットルHCl水溶液20ml、及び
5.5×10-2モル/リットルフッ化物イオン水溶液2
mlを混合し、全量200mlとした。この溶液に、濃
厚な水酸化ナトリウム水溶液を微量滴下し、かきまぜな
がら、溶液のけい光光度及びpHを測定した。このよう
にして得た460nmにおけるけい光強度とpHの関係
を図3に示す。
【0025】図3において、横軸は溶液pH、縦軸は相
対けい光強度を表わす。[Zr(H 2O)2EDTA]2
2O及びフラボノールの濃度は、それぞれ1×10-5
モル/リットルである。また、●はフッ化物イオン非存
在下のけい光強度変化を、○はフッ化物イオン5.5×
10-4モル/リットル存在時のけい光強度変化を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1においてフッ化物イオンを添加した
場合におけるけい光スペクトルの変化を示すグラフ。
【図2】 実施例2において作成した検量線を示すグラ
フ。
【図3】 実施例3におけるけい光強度のpH依存性を
示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 日本化学会講演予稿集,2002年 3月 11日,Vol.81st,No.1,p 628 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/62 - 21/74 G01N 21/75 - 21/83 JICSTファイル(JOIS) 実用ファイル(PATOLIS) 特許ファイル(PATOLIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 等モル量のジルコニウム(IV)錯体と
    3‐ヒドロキシフラボンを含む水溶液に、濃度不明のフ
    ッ化物イオン含有水溶液を加えたのち、pHを4〜6に
    調整し、その範囲における青色けい光強度の減少量に基
    づいてフッ化物イオン濃度を求めることを特徴とするフ
    ッ化物イオンの定量法。
  2. 【請求項2】 ジルコニウム(IV)錯体が、2個以上
    のカルボン酸で置換されたポリアミンを配位子としても
    つ錯体である請求項1記載のフッ化物イオンの定量法。
JP2001320241A 2001-10-18 2001-10-18 フッ化物イオンの定量法 Expired - Lifetime JP3500431B2 (ja)

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日本化学会講演予稿集,2002年 3月11日,Vol.81st,No.1,p628

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