JP4233152B2 - 水中のリン酸イオン濃度の測定用カラムおよびそれを用いる水中のリン酸イオン濃度の測定方法 - Google Patents
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【産業上の利用分野】
近年、富栄養化による水質汚濁が進行していることから、中小規模の生活系排水処理施設においても、窒素・リン除去型の高度処理が導入されつつある。高度処理では従来以上の維持管理が要求されており、適正に管理するためには水質の迅速な把握が必要不可欠である。
【0002】
本発明は斯様な常況の元に創案した水中のリン酸イオン濃度(PO4 3-濃度)の測定用カラムに関するものである。
【0003】
【従来の技術】
従来の、水中のリン酸イオン濃度の測定方法として被測定水を当該被測定水中に含まれているリン酸イオンによりモリブデン青を発色させ、その着色の程度を目視又は吸光光度計にて測定する方法がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の測定方法では目視での比色により測定するため、測定者個々によって微妙に判定が相違し、また、吸光光度計を用いるにしても該光度計を準備しなければならず、いずれにしても測定に煩雑さが伴うのみならず、リン酸イオン濃度が高濃度な試料(被測定水)の測定がむずかしい、という欠点がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
セルロースアセテート又は水に対する溶解度の低い四級アンモニウム塩を吸着剤として被着させたシリカゲル粉末又はポリ塩化ビニル粉末を保持させたことを基本構成とし、四級アンモニウム塩として、セチルトリメチルアンモニウム塩又はベンジルセチルジメチルアンモニウム塩を用い、これらは塩化物、臭化物或いはよう化物のいずれも利用可能である。
【0006】
【作用】
カラム吸着法に基いて用い、測定試料水中のリン酸イオンをモリブデン青として発色させ、この発色試料水の一定量を測定用カラム中に流入展開させ、その青色着色帯の長さを、別に作成したリン酸標準液を同様な方法で発色、展開させた着色帯の長さと比較して、試料水中のリン酸イオン濃度を測定する。
【0007】
【実施例】
本発明者は、リンの分析法の簡易化と定量性の改善を目的として、ガス検知管と同じようにリン濃度を直色帯の長さとして判定する方法について検討を行った。
【0008】
その結果、セルロースアセテートを吸着させたシリカゲル粉末(以下、CDA吸着剤と称す)及びセチルトリチメチルアンモニウム塩を被着させたシリカゲル粉末(以下、CTMA吸着剤と称す)及びセチルトリメチルアンモニウム塩を被着させたポリ塩化ビニル粉末(以下、CTMA−PVC吸着剤と称す)或いはベンジルセチルジメチルアンモニウム塩を吸着させたシリカゲル粉末(以下、BCDMA吸着剤と称す)が、水中のリン酸イオン濃度の測定に用いる極めて有効で、かつ、カラムの固定相を形成する物質として適切であることが判明した。
【0009】
1)CDA吸着剤等の製法(調整)
a)CDA吸着剤
シリカゲル粉末10gにセルロースアセテート(CDA:アセチル化度38.9%)のアセント溶液(1〜4%)50mLを添加して吸着させた後、これを65℃で乾燥させてCDA吸着剤を得た。
【0010】
b)CTMA吸着剤
シリカゲル粉末10gにセチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTMA)のメタノール溶液(0.01〜0.1%)50mLを添加してに吸着させた後、これを65℃で乾燥させてCTMA吸着剤を得た。
【0011】
c)CTMA−PVC吸着剤
ポリ塩化ビニル(PVC)粉末10gに、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTMA)のメタノール溶液(0.01〜0.1%)50mLを添加して該メタノール溶液を前記ポリ塩化ビニル粉末に吸着させた後、これを65℃で乾燥させてCTMA−PVC吸着剤得た。
【0012】
d)BCDMA吸着剤
塩素化ベンジルセチルヂメチルアンモニウム(BCDMA)をメタノールに溶解して0.01〜0.1%の溶液を調整した。この溶液50mLにシリカゲル10gを加えて室温で24時間振とうしてBCDMAを吸着させた。その後シリカゲルをろ過して65℃で乾燥させた。
【0013】
2)吸着速度試験
前記のCDA吸着剤とCTMA吸着剤0.5gのそれぞれにJISK0102に準じて3または15.0mgPO4 3-/Lのモリブデン青溶液10mLを添加して20℃の恒温槽内で振とうし、溶液中のリン酸イオン濃度の経時変化を測定した。
【0014】
図1にCTMA吸着剤の吸着速度の結果を示す。
【0015】
図1で明らかな通り、30分でほぼ平衡状態に達したが、1分で平衡吸着量の3/4が吸着されており吸着反応が早いことが示された。これはシリカゲルに保持されたCTMAとモリブデン青とのイオン対形成によるものであるが、シリカゲル内部への拡散が律速しているためと考えられる。また、CDA吸着剤に3mgPO4 3-/L溶液10mLを添加した場合、60分でほぼ平衡状態に達したが、10分で平衡吸着量の3/5が吸着された。また、CTMA−PVC吸着剤やBCDMA吸着剤もこれと同様の結果を期待できる。
【0016】
3)吸着試験
次に、前記CDA吸着剤およびCTMA吸着剤を濾過法による吸着試験、また、CTMA−PVC吸着剤も毛管現象法による吸着試験を行った。
【0017】
a)ガラスカラム(内径5mm、長さ20cm)にCDA吸着剤またはCTMA吸着剤を10cmの高さまで充積して保持させ、所定濃度のモリブデン青溶液(JISK0102に準じて調整した)3〜5mLの所定量をカラム上部から供給して濾過操作を行い、モリブデン青に着色した吸着剤の長さを測定した。なお、測定操作は室温で行った。
【0018】
CDA吸着剤のリン酸イオンと吸着帯の長さの関係を図2に示す。
【0019】
図2で明らかな通りCDA吸着剤の保持量を変化させたCDAカラムでモリブデン青溶液5mLを濾過した場合、いずれも明確な吸着帯が認められ、いずれのカラムでも吸着帯の長さとリン酸イオン濃度との間に高い直線性が認められた。そしてこれらの回帰式の傾きは図4に示すようにCDA吸着剤の保持量と直線的関係を示した。
【0020】
CTMA吸着剤のリン酸イオンと吸着帯の長さの関係を図3に示す。
【0021】
図3に示すように、CTMAカラムもCDAカラムと同様明確な吸着帯が認められ、リン酸イオン濃度と吸着帯の長さの関係は高い直線性を示した。
【0022】
また、回帰式の傾きとCTMA吸着剤カラム保持量の関係は、図4で示すように、互いに反比例した。CTMAカラムはppmレベルの高濃度リン溶液を無希釈で測定できることが示された。
【0023】
b)毛管吸着法による吸着試験
ガラスカラム(内径3mm、長さ20cm)にCTMA−PVC吸着剤を10cmの高さまで充積して保持させ、該CTMA−PVCカラムを10mLのモリブデン青溶液(JISK0102に準じて調整)を注入した試験管に挿入して垂直に保持して、毛管現象により溶液を供給して吸着操作し、モリブデン青に着色した吸着帯の長さを測定した。なお、測定操作は室温で行った。
【0024】
その結果、図5で示すように毛管作用でも濾過作用による方法と同様明確な吸着帯が認められたが、吸着帯の長さは短く、かつ、高いリン酸濃度領域では増加率が減少し、また、カラムのCTMA−PVC吸着剤の保持量による影響は認められなかった。
【0025】
しかし、この方法は溶液の吸着時間が5〜10分と短く、広範囲のリン酸イオン濃度領域の溶液に対応できるものと思われる。
【0026】
以上の通りで、CDA吸着剤等いずれの吸着剤もモリブデン青を吸着し、リン酸イオン濃度を吸着帯の長さとして表示できることが判明した。そして、CTMA吸着剤は、生活排水レベルのリン酸イオン濃度を無希釈で測定することが可能で、CDA吸着剤はリン酸イオン濃度が低濃度の試料に適していることが示された。さらに、吸着剤のカラム保持量を変化させることにより着色帯の長さを制御できることが判明した。
【0027】
なお、BCDMA吸着剤については、ガラスカラム(内径5mm、長さ20cm)に10cm(約1g)まで該吸着剤を充填した前記カラムの上部に、JISK0102の方法によってモリブデン青を形成したリン酸標準溶液(1〜5mg−P/L)を供給して全量をろ過し、ろ過終了後カラムの着色帯の長さを計測した。その結果、BCDMAシリカゲル吸着剤の場合も、基本的にはCTMAシリカゲル吸着剤の場合と同様であり、得られた結果は以下のように要約できる。
【0028】
(1)モリブデン青を吸着し明確な着色帯を形成し、リン濃度と吸着帯長さとの間に高い直線関係が得られた。
【0029】
(2)吸着剤調整時のBCDMA濃度が高いほど吸着帯長さは短くなることから、必要とするリンの定量範囲に適した吸着剤を調整することが可能である。
【0030】
(3)15mg−PO4 3-/L以下のリンを定量するためには、0.05%BCDMAを用いて調整した吸着剤が適切であった。
【0031】
(4)BCDMA吸着剤における着色帯の長さは、CTMA吸着剤に比較して若干短くなる傾向が認められた。CTMAに比べてBCDMAの分子量が大きいこと、また水に対する溶解度が低いことなどが要因と考えられるが、シリカゲルへの担持量の差も影響していると考えられる。測定結果を図6および図7で示す。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の目視での比色より判定が容易でかつ定量性の高いリン酸イオン濃度測定に供するカラムを提供でき、また、本発明のカラムを用いることにより、従来の簡易測定法では困難であった3−15mg−PO4 3-/Lの高濃度範囲の試料も直接測定ができること、さらに吸着物質を選択することにより0.75−3mg−PO4 3-/Lの範囲の試料も直接測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】吸着速度と吸着量の関係図
【図2】リン酸イオン濃度と着色帯の長さとの関係図
【図3】リン酸イオン濃度と着色帯の長さとの関係図
【図4】回帰式の傾きと溶液濃度との関係図
【図5】リン酸イオン濃度と着色帯の長さとの関係図
【図6】リン酸イオン濃度と着色帯の長さの関係図。
【図7】回帰式の傾きと溶液濃度との関係図。
Claims (2)
- セルロースアセテート又はセチルトリメチルアンモニウム塩若しくはベンジルセチルジメチルアンモニウム塩を吸着剤として被着させたシリカゲル粉末又はポリ塩化ビニル粉末を保持させた、水中のリン酸イオン濃度の測定用カラム。
- 測定試料水中のリン酸イオンをモリブデン青として発色させた後、該発色試料水の一定量を請求項1記載の測定用カラム中に流入展開させ、その青色着色帯の長さを測定することを特徴とする水中のリン酸イオン濃度の測定方法。
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