JP4860419B2

JP4860419B2 - イオンクロマトグラフィーを用いた陰イオンの同時分析方法

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Publication number: JP4860419B2
Application number: JP2006277730A
Authority: JP
Inventors: 隆司小塚; 正敏村上
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-10-11
Also published as: JP2008096258A

Description

本発明は、試料中の塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンを同時分析する方法に関する。さらに詳しくは、イオンクロマトグラフィーを用いてワイン等の試料中の塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンを同時分析する方法に関する。

イオンクロマトグラフィー（サプレッサー方式）を用いて塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンを含む無機陰イオンを同時分析する方法が、１９７５年にＨ．Ｓｍａｌｌらによって発表され（非特許文献１）、塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオン等の無機陰イオンの分析には、イオンクロマトグラフィーが効率的な手段として広く利用され、さらに高精度・高感度の分析を可能にするよう研究が行なわれている。

特許文献１には、塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンを含む無機陰イオンとハロゲン酸化物イオンを同時分析可能な陰イオン交換体を充填したイオンクロマトグラフィー用カラムについて開示されている。

また、陰イオン交換分離カラムによるイオンクロマトグラフィーで、移動相に四ホウ酸ナトリウムを添加することにより、無機イオンの溶出位置を制御することが特許文献２に開示されている。

また、弱酸、糖、アルコール、アミノ酸等の混在した試料中の無機陰イオンを、弱酸性の陽イオン交換分離カラムを用いたイオンクロマトグラフィーで分離することが特許文献３に開示されている。

しかし、亜硫酸イオンまたは酒石酸やリンゴ酸等の有機酸が混在するワイン等の試料の分析においては、クロマトグラム上の塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンピークの一部にこれらの混在イオンのピークが重なってしまい、従来のイオンクロマトグラフィーでは単離することができない。この結果、イオンクロマトグラフィーによる陰イオン同時定量分析はワインの分析には不適であった。

そのため現状では、ワインを分析する際には、塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンを別々に定量している。それぞれのイオンの分析法としては、塩化物イオンは銀イオンと反応し難溶性沈殿を生成することを利用した銀滴定法、リン酸イオンはモリブデンブルー法を用いた吸光光度滴定法、硫酸イオンは塩化バリウムとの反応により生成する硫酸バリウムの質量測定が知られている。しかし、塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンを個別に滴定法等で分析する場合、１つのイオンの分析に約３０分を要し、且つ１つのワインの陰イオン定量のために３つの分析を実施するため、多大な労力と時間を要する。

Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，４７，１８０１（１９７５年）特開２００２−１９４１１７号公報特開２０００−１８０４２９号公報特開２００５−１２７７３９号公報

本発明は、ワイン等の亜硫酸イオンまたは酒石酸やリンゴ酸等の有機酸が混在する試料中の、塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンの同時定量を可能とする分析方法を提供する。

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、カルボニル化合物を移動相に添加し、陰イオン分析用イオンクロマトグラフィーカラムを用いたイオンクロマトグラフィーにより、塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンを、亜硫酸イオンまたは／及び酒石酸やリンゴ酸等の有機酸から分離し、同時に短時間で定量できることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、以下の［１］〜［１０］に示されるワイン中の陰イオンの同時分析方法に関する。
［１］イオンクロマトグラフィーによる分析において、カルボニル化合物を含有する移動相を用いることを特徴とする、試料中の塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンの同時分析方法。
［２］試料が有機酸イオン及び／または亜硫酸イオンを含有するものである前記１に記載の分析方法。
［３］さらに硝酸イオンも同時分析する前記１または２に記載の分析方法。
［４］移動相中のカルボニル化合物の濃度が０．１〜５０質量％である前記１〜３のいずれかに記載の分析方法。
［５］カルボニル化合物がアセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドのいずれかである前記１〜４のいずれかに記載の分析方法。
［６］第四級アンモニウム構造を含む含窒素複素環基がスペーサーを介して耐アルカリ性重合体基材に結合されてできたイオン交換体を充填したイオンクロマトグラフィー用カラムを使用する前記１〜５のいずれかに記載の分析方法。
［７］ハロゲン酸化物イオンの測定用のイオンクロマトグラフィー用カラムを使用する前記１〜５のいずれかに記載の分析方法。
［８］試料がワインである前記１〜７のいずれかに記載の分析方法。
［９］カルボニル化合物を含有する移動相を用いて、亜硫酸イオンのピークと、硫酸イオン及び／またはリン酸イオンのピークを分離させることを特徴とするイオンクロマトグラフィーによる分析方法。
［１０］カルボニル化合物を含有する移動相を用いて、有機酸イオンのピークと、硫酸イオン及び／またはリン酸イオンのピークを分離させることを特徴とするイオンクロマトグラフィーによる分析方法。

本発明の分析方法を用いれば、ワイン等の有機酸を含有する試料においても塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンを１５分以内に同時に定量することが可能になる。

以下、本発明についてより詳細に説明する。
本発明の分析方法は、移動相にカルボニル化合物を添加し、陰イオン分析用イオンクロマトグラフィーカラムを用いたイオンクロマトグラフィーにより、試料中の塩化物イオン、リン酸イオン、硫酸イオン及び硝酸イオン等を同時に分析するものである。

本発明の分析方法は、分析対象の試料に分析を阻害する物質である亜硫酸イオンまたは酒石酸やリンゴ酸等の有機酸が混在する場合に、特に有効である。例えば、亜硫酸イオンを５０〜１０００ｐｐｍ程度含む試料に好適に適用できる。このような試料の例としては、酸化防止や殺菌等の目的で亜硫酸イオンを添加した食品及び飲料、有機酸を含む食品や飲料、例えば発酵食品や酒類等が挙げられる。酒類としては、果実酒等の果実を原料とするもの、日本酒等の穀類を原料とするもの、糖類を原料とするもの等のいずれも含まれるが、本発明において特に好適に適用できる酒類の例としては、ワインが挙げられる。本発明の分析対象となるワインは、一般的なものであり、ブドウの種類、生産地、製造方法によらず、分析可能である。また、ワインにはブドウを原料とした醸造酒のみならず、これに各種の加工処理・操作や、添加物を加えたもの、例えば蒸留酒も含まれる。

イオンクロマトグラフィーには、サプレッサー法とノンサプレッサー法とがあるが、本発明の分析方法では、測定感度をより高めるためサプレッサー法が好ましい。

分析カラムとしては、陰イオン分析用カラムが用いられる。陰イオン分析用カラムとしては、塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオン（好ましくはさらに硝酸イオン）の分離ができるものであればよく、例えば第四級アンモニウム構造を含む含窒素複素環基がスペーサーを介して耐アルカリ性重合体基材に結合されてできたイオン交換体を充填したイオンクロマトグラフィー用カラムが好ましい。具体的には、ポリビニルアルコール系基材、スチレンジビニルベンゼン共重合体系基材またはポリメタクリレート系基材に第４級アンモニウム基を導入した構成からなるゲルを充填したものが挙げられる。これらの中では、１−メチルピペリジンを１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテルを介してカルボン酸ビニルエステルとイソシアヌレート系架橋性単量体との共重合体のエステル基の一部をケン化して水酸基にしたポリビニルアルコール系共重合体に結合させてできたイオン交換体を充填したイオンクロマトグラフィー用カラムが特に好ましい。

また、陰イオン分析用カラムとしてはハロゲン酸化物イオンの測定用のイオンクロマトグラフィー用カラムを使用することも可能である。これらのカラムはDionex製IonPac AS9-SC、Dionex製IonPac AS9-HC、Dionex製IonPac AS19などが挙げられる。

移動相は、炭酸ナトリウムまたは／及び炭酸水素ナトリウムから構成される水溶液、または水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等の水酸化物水溶液にＣ＝Ｏ基を含み水に溶解するカルボニル化合物を添加して調製する。

カルボニル化合物の例としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの中ではアセトンが特に好ましい。

カルボニル化合物を添加することにより、従来法では溶出ピークが近接しており、分離、定量が困難であった亜硫酸イオンと硫酸イオン及びリン酸イオン、有機酸イオンと硫酸イオンを明確に分離して定量することができる。カルボニル化合物の添加濃度は限定されないが、移動相中に好ましくは０．１〜５０質量％、より好ましくは０．５〜１０質量％、更に好ましくは１〜５質量％の範囲である。０．１％質量未満では添加効果を得られない恐れがあるため好ましくない。また、５０％質量を超えると移動相としての溶離作用が不十分になる恐れがあるため好ましくない。

本発明により、試料中の塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンから分離される他の陰イオンとしては、亜硫酸イオン、及び有機酸イオンが挙げられ、有機酸イオンとしては、カルボン酸イオン、特にモノカルボン酸イオン、ジカルボン酸イオン、ヒドロキシカルボン酸等が挙げられ、例えば、酒石酸イオン、リンゴ酸イオン、オキサロ酢酸イオン、クエン酸イオン、コハク酸イオン、ピログルタミン酸イオン、乳酸イオン、酢酸イオン、ギ酸イオン、マレイン酸イオン等が挙げられる。

以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの記載により何らの限定を受けるものではない。

実施例１：
ワイン標準液（by Dr. R. Ristow Albert-Schweitzer-Str.1 67346 Speyer Germany）を純水で６０倍の体積に希釈し、その１μｌを以下の条件で分析した。
装置：サプレッサー型イオンクロマトグラフ（Ｍｅｔｒｏｈｍ社製，７６１ＣｏｍｐａｃｔＩＣ）、
分析カラム：ポリビニルアルコール系基材に第４級アンモニウム基を導入したゲルを充填した陰イオン分析カラムで、カラムサイズは内径４．０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ（昭和電工（株）製，ＳｈｏｄｅｘＩＣＳＩ−５２４Ｅの長さを２５０ｍｍから１５０ｍｍに短縮した特別カラム）、
保護カラム：カラムサイズは内径４．６ｍｍ、長さ１０ｍｍ（昭和電工（株）製，ＳｈｏｄｅｘＩＣＳＩ−９０Ｇ）、
移動相：５．０ｍＭ炭酸ナトリウム＋１２ｍＭ炭酸水素ナトリウム＋３質量％アセトン、
分析温度：３０℃、
移動相流速：０．８ｍｌ／分、
検出器：電気伝導度検出器（Ｍｅｔｒｏｈｍ社製，７６１ＣｏｍｐａｃｔＩＣに搭載されている検出器）。
分析結果のクロマトグラムを図１に示す。塩化物イオン（保持時間６．０分）、リン酸イオン（保持時間７．７分）、硫酸イオン（保持時間９．７分）を他の陰イオンから分離し、同時分析することができた。硝酸イオンの保持時間は１１．３分であり、有機酸ピーク（保持時間１０．７分）の直後に溶出した。

実施例２：
亜硫酸イオン（ＳＯ₃ ^2-）６００ｐｐｍ、及び硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）１５０ｐｐｍを純水で希釈したサンプル２０μｌを以下の条件で分析した。
装置：サプレッサー型イオンクロマトグラフ（昭和電工（株）製）、
分析カラム：ポリビニルアルコール系基材に第４級アンモニウム基を導入したゲルを充填した陰イオン分析カラムで、カラムサイズは内径４．０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ（昭和電工（株）製，ＳｈｏｄｅｘＩＣＳＩ−５２４Ｅ）、
保護カラム：カラムサイズは内径４．６ｍｍ、長さ１０ｍｍ（昭和電工（株）製，ＳｈｏｄｅｘＩＣＳＩ−９０Ｇ）、
移動相：１．０ｍＭ炭酸ナトリウム＋１２ｍＭ炭酸水素ナトリウム＋５質量％アセトン、
分析温度：４５℃、
移動相流速：０．８ｍｌ／分、
検出器：電気伝導度検出器（昭和電工（株）製，ＳｈｏｄｅｘＣＤ−５）。
分析結果のクロマトグラムを図２に示す。亜硫酸イオン（保持時間２７．６分）、硫酸イオン（保持時間４２．４分）のピークが検出された。

比較例１：
移動相としてアセトンを添加しないものを使用した以外は実施例２と同様にして分析を行った。分析結果のクロマトグラムを図３に示す。保持時間３７．０分に亜硫酸イオンのピークが硫酸イオンのピークに重なって検出された。

アセトンを添加した実施例１では亜硫酸イオンのピークをリン酸イオンと硫酸イオンのピーク間に溶出でき、且つ硫酸イオンを有機酸イオンピークから分離でき、試料中の塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンを同時分析できた。また、アセトンを添加しない比較例１では亜硫酸イオンのピークが硫酸イオンのピークに重なってしまい、硫酸イオンを定量できなかったのに対し、アセトンを添加した実施例２では硫酸イオンのピークが亜硫酸イオンのピークから分離できた。

実施例３：
装置をポンプ（（株）島津製作所製，Ｌ−１０ＡＴ）、デガッサ（昭和電工（株）製，ＳｈｏｄｅｘＤＥＧＡＳ）、カラムオーブン（昭和電工（株）製，ＳｈｏｄｅｘＯＶＥＮＡＤ−３０）、検出器を電気伝導度検出器（昭和電工（株）製，ＳｈｏｄｅｘＣＤ−５）とした以外は実施例１と同様にしてワイン標準液を分析した。分析結果のクロマトグラムを図４に示す。
塩化物イオン（保持時間４．９分）、リン酸イオン（保持時間７．１分）、亜硫酸イオン（保持時間８．７分）、硫酸イオン（保持時間９．４分）を他の陰イオンから分離し、同時分析することができた。硝酸イオンの保持時間は１０．７分であり、有機酸ピーク（保持時間１０．５分）の直後に溶出した。

比較例２：
溶離液にアセトンを加えなかった以外は実施例３と同様にしてワイン標準液を分析した。分析結果のクロマトグラムを図５に示す。比較例２（図５）では亜硫酸イオンのピークが分離されず、クロマトグラムに現れていない。

実施例１において、ワイン標準液を分析したクロマトグラム。実施例２において、亜硫酸イオン（ＳＯ₃ ^2-）及び硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）を含むサンプルを分析したクロマトグラム。比較例１において、亜硫酸イオン（ＳＯ₃ ^2-）及び硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）を含むサンプルを分析したクロマトグラム。実施例３において、ワイン標準液を分析したクロマトグラム。比較例２において、ワイン標準液を分析したクロマトグラム。

Claims

少なくとも有機酸イオン及び／または亜硫酸イオンを含有する試料を、カルボニル化合物を含有する移動層を用いたハロゲン酸化物イオンの測定用のイオンクロマトグラフィー用カラムで分析する工程を有する、試料中の塩化物イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンを同時に分析する方法。
さらに硝酸イオンも同時分析する請求項１に記載の分析方法。
移動相中のカルボニル化合物の濃度が０．１〜５０質量％である請求項１または２に記載の分析方法。
カルボニル化合物がアセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドのいずれかである請求項１〜３のいずれかに記載の分析方法。
第四級アンモニウム構造を含む含窒素複素環基がスペーサーを介して耐アルカリ性重合体基材に結合されてできたイオン交換体を充填したイオンクロマトグラフィー用カラムを使用する請求項１〜４のいずれかに記載の分析方法。
試料がワインである請求項１〜５のいずれかに記載の分析方法。
カルボニル化合物を含有する移動相を用いたハロゲン酸化物イオンの測定用のイオンクロマトグラフィー用カラムにより、亜硫酸イオンのピークと、硫酸イオン及び／またはリン酸イオンのピークを分離させることを特徴とするイオンクロマトグラフィーによる分析方法。
カルボニル化合物を含有する移動相を用いたハロゲン酸化物イオンの測定用のイオンクロマトグラフィー用カラムにより、有機酸イオンのピークと、硫酸イオン及び／またはリン酸イオンのピークを分離させることを特徴とするイオンクロマトグラフィーによる分析方法。