JP5790511B2 - Quantitative determination of fluorine with fluorapatite - Google Patents

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Description

本発明は、フルオロアパタイトを存在形態とするフッ素を定量する方法に関する。   The present invention relates to a method for quantifying fluorine containing fluorapatite as an existing form.

鉄鋼業では、鉄鋼製造の精錬工程において、滓化促進材としてフッ化カルシウム(CaF2)から成る蛍石が使用されている。この精錬工程の過程で発生するスラグにはフッ素が含まれる。このフッ素含有スラグと表層水(雨水、地下水)とが接触することにより、環境基準値を超えるフッ素が溶出されることが懸念されている。スラグからのフッ素溶出試験方法については、環境省(環境庁)告示第46号に規定されている。環境省(環境庁)告示第46号における環境基準値は0.8ppm以下とされている。フッ素の溶出量が環境基準値を超えたスラグは、セメントや路盤材等に再利用することが出来なくなる。その結果、全体としてスラグの資源化が滞ることになる。 In the steel industry, fluorite composed of calcium fluoride (CaF 2 ) is used as a hatching accelerator in the refining process of steel production. The slag generated during the refining process contains fluorine. There is a concern that fluorine exceeding the environmental standard value may be eluted when the fluorine-containing slag comes into contact with surface water (rainwater, groundwater). The fluorine dissolution test method from slag is defined in Ministry of the Environment (Environment Agency) Notification No. 46. The environmental standard value in the Ministry of the Environment (Environment Agency) Notification No. 46 is 0.8 ppm or less. Slag whose fluorine elution amount exceeds the environmental standard value cannot be reused for cement or roadbed materials. As a result, the slag resourceization as a whole is delayed.

そこで、フッ素を固定化する方策として、スラグ改質剤となる化合物をスラグに添加する方法が提案されている。
例えば、特許文献1では、スラグ融体にアルミニウム化合物を添加し、その冷却過程においてスラグ改質剤として安定なCaO-Al2O3-F系化合物を添加することでフッ素を固定化する方法が提案されている。また、特許文献2には、酸化精錬時の溶銑に、フッ素含有スラグと、SiO2及び酸化鉄の少なくとも何れか一方の酸化物とを投入し、スラグ成分を調製することで、フッ素の溶出を抑制する技術が開示されている。
Therefore, as a method for fixing fluorine, a method of adding a compound that becomes a slag modifier to slag has been proposed.
For example, Patent Document 1 discloses a method in which fluorine is fixed by adding an aluminum compound to a slag melt and adding a stable CaO—Al 2 O 3 —F compound as a slag modifier in the cooling process. Proposed. Patent Document 2 discloses that fluorine elution is performed by introducing fluorine-containing slag and at least one of SiO 2 and iron oxide into hot metal during oxidative refining to prepare a slag component. Techniques for suppression are disclosed.

ただし、特許文献1および特許文献2に記載の方法は、スラグの発生量が増加するという問題を抱えている。これに対し、特許文献3では、CaO/SiO2比を1.5以上2.5以下に調製したスラグを、出滓温度から500℃まで3℃/min以下の冷却速度で冷却することで、水和性の小さい鉱物相を生成させ、フッ素の溶出量を抑制する方法が提案されている。特許文献3に記載の方法では、複雑な成分調整は必要ないが、スラグ全体の冷却速度の管理が難しくなる。 However, the methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 have a problem that the amount of slag generated increases. On the other hand, in Patent Document 3, by cooling the slag prepared at a CaO / SiO 2 ratio of 1.5 or more and 2.5 or less from the tap temperature to 500 ° C. at a cooling rate of 3 ° C./min or less, There has been proposed a method of generating a mineral phase having a low hydration property and suppressing the elution amount of fluorine. The method described in Patent Document 3 does not require complicated component adjustment, but makes it difficult to manage the cooling rate of the entire slag.

近年、これらの方法に代わり、フッ素を難溶性のフルオロアパタイト(Ca5(PO4)3F)化することで固定化する技術が報告されている。
例えば、特許文献4には、製鋼スラグからのフッ素の溶出を抑制するために、製鋼スラグを常温まで冷却した後、燐酸または燐酸塩の水溶液を添加し、フッ素をアパタイト系化合物に固定化する技術が開示されている。
同様に、特許文献5には、スラグにリン酸成分含有の水溶液を散布し、リン酸とスラグ中のフッ素およびカルシウムとの化学反応によりフルオロアパタイトを生成させることでフッ素の溶出が抑制され、かつpH上昇も効果的に抑制できる技術が開示されている。
In recent years, instead of these methods, there has been reported a technique for immobilizing fluorine by converting it into sparingly soluble fluoroapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 F).
For example, in Patent Document 4, in order to suppress elution of fluorine from steelmaking slag, after the steelmaking slag is cooled to room temperature, an aqueous solution of phosphoric acid or phosphate is added to fix the fluorine to the apatite compound. Is disclosed.
Similarly, in Patent Document 5, an aqueous solution containing a phosphoric acid component is sprayed on slag, and fluorine apatite is generated by a chemical reaction between phosphoric acid and fluorine and calcium in the slag, and elution of fluorine is suppressed, and A technique capable of effectively suppressing an increase in pH is disclosed.

さらに、特許文献6には、スラグではなく排水中のフッ素固定化法として、pH4〜8の条件下において、リン酸水素アンモニウム二水和物と塩化カルシウムとをフッ素含有排水中に添加・混合して、排水中のフッ素をフルオロアパタイトとして不溶化させる技術が開示されている。
ただし、前記特許文献4〜6においては、フルオロアパタイトの存在を立証する手段については明記されておらず、しかも、フルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の割合も示されていない。
Furthermore, in Patent Document 6, as a method for immobilizing fluorine in wastewater instead of slag, ammonium hydrogenphosphate dihydrate and calcium chloride are added and mixed into fluorine-containing wastewater under the conditions of pH 4-8. Thus, a technique for insolubilizing fluorine in wastewater as fluoroapatite is disclosed.
However, in the said patent documents 4-6, the means to prove presence of a fluoroapatite is not specified, and also the ratio of the fluorine which makes a fluoroapatite into an existing form is not shown.

粉末試料に含まれる化合物を特定して定量する方法として、粉末X線回折法、放射光を用いたX線吸収分光法(以下、XAFS法と称する)、電子スピン共鳴法(以下、ESR法と称する)、固体核磁気共鳴法(以下、NMR法と称する)、及び溶媒抽出法を用いる方法が考えられる。
粉末X線回折法は簡便かつ迅速な方法であり、リートベルト解析による定量的解析が可能である。
XAFS法は元素選択的であり、かつ結晶質であるか非晶質であるかに関わらず、混合物の構造解析に適用することが可能である。
NMR法も元素選択的であり、かつ材料の結晶性を問わない手法である。NMR法はXAFS法と比較して水素やフッ素などの軽元素の定量を得意とする方法である。
As a method for identifying and quantifying compounds contained in a powder sample, powder X-ray diffraction method, X-ray absorption spectroscopy using synchrotron radiation (hereinafter referred to as XAFS method), electron spin resonance method (hereinafter referred to as ESR method) And a method using a solid nuclear magnetic resonance method (hereinafter referred to as NMR method) and a solvent extraction method.
The powder X-ray diffraction method is a simple and rapid method and can be quantitatively analyzed by Rietveld analysis.
The XAFS method is element-selective and can be applied to structural analysis of a mixture regardless of whether it is crystalline or amorphous.
The NMR method is also element-selective and is a method that does not matter the crystallinity of the material. The NMR method is good at quantifying light elements such as hydrogen and fluorine as compared with the XAFS method.

粉末X線回折法の場合、フルオロアパタイトが主要な鉱物相でない場合には、フルオロアパタイトを検出することが出来ないか、あるいは、フルオロアパタイトの定量精度が著しく悪化するという問題があった。
XAFS法では、基本的に元素毎の吸収スペクトルを観測することができる。しかしながら、フッ素は、X線吸収エネルギーの低い軽元素である。よって、XAFS法では、入射X線の減衰と、より重い元素による妨害のため、フルオロアパタイトに由来するフッ素の検出が極めて難しくなるという問題点があった。
In the case of the powder X-ray diffraction method, when the fluoroapatite is not the main mineral phase, there is a problem that the fluoroapatite cannot be detected or the quantitative accuracy of the fluoroapatite is remarkably deteriorated.
In the XAFS method, the absorption spectrum for each element can be basically observed. However, fluorine is a light element with low X-ray absorption energy. Therefore, the XAFS method has a problem that it is extremely difficult to detect fluorine derived from fluoroapatite due to attenuation of incident X-rays and interference by heavier elements.

これに対し、NMR法は軽元素の測定を寧ろ得意とする方法である。固体試料のNMR測定法としては、非特許文献1に示されるように、マジックアングルスピニング(magic angle spinning, MAS)法や交差分極マジックアングルスピニング(cross polarization magic angle spinning, CPMAS)法が知られている。例えば、固体試料中のフッ素を直接観測する場合には、19F-MAS法の適用が考えられる。しかしながら、この方法では、フルオロアパタイトに起因するNMRスペクトルのピークと、Ca-F結合を有するカスピディン(Ca5Si2O4F)に起因するNMRスペクトルのピークとが完全に重複してしまい両者を厳密に分けられない。このため、フルオロアパタイト中のフッ素を過剰に評価するか、逆に過小に評価するという問題点があった。 On the other hand, the NMR method is rather good at measuring light elements. As an NMR measurement method for a solid sample, as shown in Non-Patent Document 1, the magic angle spinning (MAS) method and the cross polarization magic angle spinning (CPMAS) method are known. Yes. For example, the 19 F-MAS method can be applied to directly observe fluorine in a solid sample. However, in this method, the peak of the NMR spectrum due to fluoroapatite and the peak of the NMR spectrum due to caspidine (Ca 5 Si 2 O 4 F) having a Ca—F bond are completely overlapped. It cannot be strictly divided. For this reason, there has been a problem that fluorine in fluoroapatite is evaluated excessively or conversely underestimated.

また、31P核のマジックアングルスピンニング(31P-MAS)法においても、フルオロアパタイトに属するリン酸PO4に起因するNMRスペクトルのピークの位置と、これ以外の化合物に属するリン酸PO4に起因するNMRスペクトルのピーク位置とが一致し分離できない。このため、フルオロアパタイトの量を過剰に見積もり、その結果、フルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の量も過剰に評価してしまうという問題点があった。 Also in 31 P nuclei of magic angle spinning (31 P-MAS) method, the position of the peaks of the NMR spectrum due to the phosphate PO 4 belonging to fluorapatite, phosphate PO 4 belonging to other compounds The peak position of the resulting NMR spectrum matches and cannot be separated. For this reason, there has been a problem that the amount of fluoroapatite is excessively estimated, and as a result, the amount of fluorine containing fluoroapatite is excessively evaluated.

これと同様に、ESR法でも、フルオロアパタイトと、他のフッ素含有鉱物とを識別するには、ESRスペクトルの恣意的な分離に頼らざるを得なかった。
また、溶媒抽出法では、アルカリ溶液でCaF2を選択的に溶解しフルオロアパタイトと分離することを狙うが、そもそもCaF2を完全に除去することが極めて難しいという問題点があった。
Similarly, in the ESR method, in order to distinguish fluoroapatite from other fluorine-containing minerals, it was necessary to rely on arbitrary separation of the ESR spectrum.
In addition, the solvent extraction method aims to selectively dissolve CaF 2 with an alkaline solution and separate it from fluoroapatite, but it has a problem that it is extremely difficult to completely remove CaF 2 in the first place.

特開2000−247694号公報JP 2000-247694 A 特開2005−8935号公報JP 2005-8935 A 特開2011−37644号公報JP 2011-37644 A 特開2008−49327号公報JP 2008-49327 A 特開2008−127271号公報JP 2008-127271 A 特開2011−534号公報JP 2011-534 A

日本化学会編、「実験化学講座8 NMR・ESR」、第5版、丸善株式会社、(平成18年9月15日)、128−143The Chemical Society of Japan, "Experimental Chemistry Course 8 NMR / ESR", 5th Edition, Maruzen Co., Ltd. (September 15, 2006), 128-143

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、共存するフッ素含有鉱物の影響を排除して、精度よくフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量を行うことを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to accurately determine the amount of fluorine containing fluoroapatite as an existing form by eliminating the influence of coexisting fluorine-containing minerals.

本発明者は、前記の課題を解決するために、NMR法により、複数のフッ素含有鉱物相の中から、フルオロアパタイトのみを選択的に測定し、この鉱物相の中に存在するフッ素を定量する方法について、鋭意検討を行った。その結果、フルオロアパタイトの結晶中にリン原子とフッ素原子とが共存することに着目し、31P[19F] cross polarization magic angle spinning 法(31P[19F]交差分極マジックアングルスピニング法:以下、31P[19F]CPMAS法と称する)を用いたNMRの測定によって、フルオロアパタイトのみを観測できることと、予め作成した検量線を用いてフルオロアパタイトの量を定量し、この中に存在するフッ素の割合を定量できることと、を見出し、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor selectively measures only fluoroapatite from a plurality of fluorine-containing mineral phases by NMR, and quantifies the fluorine present in the mineral phase. The method was intensively studied. As a result, we focused on the coexistence of phosphorus and fluorine atoms in the crystals of fluorapatite. 31 P [ 19 F] cross polarization magic angle spinning method ( 31 P [ 19 F] cross polarization magic angle spinning method: , 31 P [ 19 F] CPMAS method), and quantifying the amount of fluoroapatite using a calibration curve prepared in advance. The inventors have found that the ratio of can be quantified, and have completed the present invention.

本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
(1)フルオロアパタイト(Ca5(PO4)3F)を存在形態とするフッ素の定量方法であって、未知試料中の全フッ素濃度を測定する工程と、既知量のフルオロアパタイトと、フッ素を含有しないマトリックス物質とを混合して標準試料を作製し、31Pと19Fとの間の双極子相互作用を利用した固体核磁気共鳴法により、該標準試料の固体核磁気共鳴スペクトルを測定し、その結果に基づいて、フルオロアパタイトに帰属される固体核磁気共鳴スペクトルのピーク積分強度に対するフルオロアパタイトの含有量の検量線を作成する工程と、31P核と19F核との間の双極子相互作用を利用した固体核磁気共鳴法により、前記未知試料の固体核磁気共鳴スペクトルを測定し、フルオロアパタイトに帰属される該固体核磁気共鳴スペクトルのピーク積分強度と、前記検量線とに基づいて、前記未知試料中のフルオロアパタイトの含有率を決定する工程と、前記全フッ素濃度と前記フルオロアパタイトの含有率とに基づいて、前記未知試料中における全フッ素のうち、フルオロアパタイトの元素組成となるフッ素の割合を求める工程と、を含むことを特徴とするフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量方法。
(2)前記固体核磁気共鳴法は、31Pと19Fの交差分極(cross polarization)マジックアングルスピニング(magic angle spinning)固体核磁気共鳴法であることを特徴とする、前記(1)に記載のフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量方法。
(3)前記固体核磁気共鳴法における、31P核にラジオ波のパルスを照射する時間である接触時間が、0ms超40ms以下の範囲の時間であることを特徴とする、前記(2)に記載のフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量方法。
(4)前記固体核磁気共鳴法における、マジックアングルスピニングの回転周波数が、10kHz以上であることを特徴とする、前記(2)または(3)に記載のフルオロアパタイを存在形態とするフッ素の定量方法。
(5)前記接触時間tに対する固体核磁気共鳴スペクトルの強度M0(t)の変化を、固体核磁気共鳴スペクトルのピーク積分強度の減衰に関する時定数T1ρFと、交差分極の効率を表す磁化移動定数TP-Fと、前記接触時間に依存しない真の固体核磁気共鳴スペクトル強度Mcpと、をフィッティングパラメータとする下記の式(A)により回帰分析し、該回帰分析の結果から決定された前記接触時間に依存しない真の固体核磁気共鳴スペクトル強度Mcpを用いて前記検量線を作成することを特徴とする、前記(3)または(4)に記載のフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量方法。
0(t)=Mcp{exp(−t/T1ρF)−exp(−t/TP-F)}/(1−TP-F/1ρF) ・・・(A)
(6)前記未知試料中の全フッ素濃度を、ランタン−アリザリンコンプレキソン法あるいはイオン電極法で定量することを特徴とする、前記(1)〜(5)のいずれか1に記載のフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量方法。
The gist of the present invention is as follows.
(1) Fluorine apatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 F) is a method for quantitative determination of fluorine, comprising measuring a total fluorine concentration in an unknown sample, a known amount of fluoroapatite, and fluorine. A standard sample is prepared by mixing with a matrix material that does not contain the solid material, and a solid nuclear magnetic resonance spectrum of the standard sample is measured by a solid nuclear magnetic resonance method using a dipole interaction between 31 P and 19 F. Based on the results, a calibration curve of the content of fluoroapatite with respect to the peak integrated intensity of the solid nuclear magnetic resonance spectrum attributed to fluoroapatite, and a dipole between 31 P nucleus and 19 F nucleus The solid nuclear magnetic resonance spectrum of the unknown sample was measured by a solid nuclear magnetic resonance method using interaction, and the peak integrated intensity of the solid nuclear magnetic resonance spectrum attributed to fluoroapatite Determining the content of fluoroapatite in the unknown sample based on the calibration curve, and determining the content of total fluorine in the unknown sample based on the total fluorine concentration and the content of fluoroapatite. And a step of determining a proportion of fluorine that is an elemental composition of fluoroapatite, and a method for determining fluorine with fluoroapatite as an existing form.
(2) The solid nuclear magnetic resonance method according to (1), characterized in that it is a 31 P and 19 F cross polarization magic angle spinning solid nuclear magnetic resonance method Quantitative determination method of fluorine in the form of fluorapatite.
(3) The above (2) is characterized in that, in the solid nuclear magnetic resonance method, the contact time, which is the time for irradiating the 31 P nucleus with a radio wave pulse, is a time in the range of more than 0 ms and not more than 40 ms. A method for quantifying fluorine using the described fluoroapatite as an existing form.
(4) The rotation angle of magic angle spinning in the solid nuclear magnetic resonance method is 10 kHz or more, and the fluorine of the fluoroapatite according to (2) or (3) is present. Quantitation method.
(5) The change in the intensity M 0 (t) of the solid nuclear magnetic resonance spectrum with respect to the contact time t represents the time constant T 1 ρ F relating to the decay of the peak integrated intensity of the solid nuclear magnetic resonance spectrum and the efficiency of cross polarization. The regression analysis was performed by the following equation (A) using the magnetization transfer constant T PF and the true solid nuclear magnetic resonance spectrum intensity M cp independent of the contact time as fitting parameters, which were determined from the results of the regression analysis. The calibration curve is created using the true solid nuclear magnetic resonance spectral intensity Mcp independent of the contact time, and the fluorine having the fluoroapatite as described above in (3) or (4) Quantification method.
M 0 (t) = M cp {exp (−t / T 1 ρ F ) −exp (−t / T PF )} / (1-T PF / T 1 ρ F ) (A)
(6) The fluoroapatite according to any one of (1) to (5) above, wherein the total fluorine concentration in the unknown sample is quantified by a lanthanum-alizarin complexone method or an ion electrode method. Quantitative determination method of fluorine to be present.

本発明によれば、31P−19F間の双極子相互作用を利用した固体核磁気共鳴の測定法を用いて固体核磁気共鳴スペクトルを得る。したがって、リン原子Pとフッ素原子Fの原子間距離が近いフルオロアパタイトのみが選択的に固体核磁気共鳴スペクトルに観測され、固体核磁気共鳴スペクトル上に現れる構造情報が絞り込まれる。このため、19F核のみ、または31P核のみを観測するMAS法ではしばしば問題となる、固体核磁気共鳴スペクトルのピークの重なりと、固体核磁気共鳴スペクトルの各波形の分離に煩わされることがなく、精度良くフッ素の定量を行うことができる。 According to the present invention, a solid nuclear magnetic resonance spectrum is obtained by using a solid nuclear magnetic resonance measurement method utilizing a dipole interaction between 31 P and 19 F. Therefore, only the fluoroapatite having a short interatomic distance between the phosphorus atom P and the fluorine atom F is selectively observed in the solid nuclear magnetic resonance spectrum, and the structural information appearing on the solid nuclear magnetic resonance spectrum is narrowed down. For this reason, the MAS method that observes only 19 F nuclei or only 31 P nuclei often suffers from separation of the solid nuclear magnetic resonance spectrum peaks and separation of each waveform of the solid nuclear magnetic resonance spectrum. And the amount of fluorine can be accurately determined.

31P[19F]CPMAS法の原理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the principle of 31 P [ 19 F] CPMAS method. 19F-MASスペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a 19 F-MAS spectrum. 31P[19F]CPMASスペクトルのピーク積分強度のコンタクトタイム依存性の一例を示す図である。Of 31 P [19 F] contact time dependency of the peak integral intensity of the CPMAS spectrum shows an example. 検量線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a calibration curve. 実施例における31P[19F]CPMASスペクトルを示す図である。Is a diagram showing the 31 P [19 F] CPMAS spectrum of Example. 比較例における19F-MASスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the 19 F-MAS spectrum in a comparative example.

本発明を実施する一形態について以下に説明する。
最初に、試料中の全フッ素濃度(以下、トータルフッ素濃度と称する)を測定する。フッ素の測定方法としては、ランタン−アリザリンコンプレキソン法あるいはイオン電極法のいずれかで行うことが好ましい。蛍光X線分析等の他の分析法では誤差が大きく、精度を欠くからである。
One mode for carrying out the present invention will be described below.
First, the total fluorine concentration in the sample (hereinafter referred to as total fluorine concentration) is measured. As a method for measuring fluorine, it is preferable to carry out either the lanthanum-alizarin complexone method or the ion electrode method. This is because other analysis methods such as fluorescent X-ray analysis have large errors and lack accuracy.

次に、試料のNMRスペクトル測定を実施し、NMRスペクトルデータからフルオロアパタイトに関する検量線を作成する。
NMRスペクトルの測定法として、31Pと19Fとの間の双極子相互作用を利用した31P[19F]cross polarization magic angle spinning(31P[19F]CPMAS法)を用いる。
図1は、31P[19F]CPMAS法の原理を説明する概念図である。具体的に図1(a)は、試料に対するパルスの照射タイミングの一例を示す図である。図1(b)は、19F核のスピンと31P核のスピンを概念的に示す図である。尚、CPMAS法の詳細については、例えば、非特許文献1に記載されている。
Next, the NMR spectrum of the sample is measured, and a calibration curve relating to fluoroapatite is created from the NMR spectrum data.
As a method for measuring the NMR spectrum, 31 P [ 19 F] cross polarization magic angle spinning ( 31 P [ 19 F] CPMAS method) using dipole interaction between 31 P and 19 F is used.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating the principle of the 31 P [ 19 F] CPMAS method. Specifically, FIG. 1A is a diagram illustrating an example of pulse irradiation timing on a sample. FIG. 1B is a diagram conceptually showing the spin of 19 F nucleus and the spin of 31 P nucleus. Details of the CPMAS method are described in Non-Patent Document 1, for example.

ここで用いる31P[19F]CPMAS法では、図1(a)に示すパルス系列から構成されるラジオ波(RF)のパルスを試料に照射してNMRスペクトルを測定する。尚、図1(a)に示すFIDは、自由誘導減衰信号であり、この自由誘導減衰信号を高速フーリエ変換することによりNMRスペクトルが得られる。
最初に19F核に対してRFパルスP1を照射し、図1(b)に示すように、z軸方向に向いていた19F核のスピンを90°倒し、y軸方向にする。
In the 31 P [ 19 F] CPMAS method used here, an NMR spectrum is measured by irradiating a sample with a radio wave (RF) pulse composed of the pulse sequence shown in FIG. The FID shown in FIG. 1A is a free induction decay signal, and an NMR spectrum can be obtained by fast Fourier transforming this free induction decay signal.
First, the 19 F nucleus is irradiated with an RF pulse P1, and as shown in FIG. 1 (b), the spin of the 19 F nucleus that has been oriented in the z-axis direction is tilted by 90 ° to be in the y-axis direction.

次に、y軸方向に倒れた19F核のスピンをy軸方向に保持するようなRFパルスP2(このパルスをスピンロックパルスという)を照射すると、19F核はy軸方向に磁場H1 Fが掛かっている状態に置かれる。このとき、y軸と直角方向にあるz軸方向の静磁場H0は無視できる。この状態でのゼーマン分裂は、γF1 F(γF19F核の核磁気回転比)で表される周波数ωFに等しい間隔で生じる(これを回転系におけるゼーマン分裂という)。 Next, when an RF pulse P2 that holds the spin of the 19 F nucleus that has fallen in the y-axis direction in the y-axis direction is irradiated (this pulse is referred to as a spin lock pulse), the 19 F nucleus has a magnetic field H 1 in the y-axis direction. It is put in the state where F is hung. At this time, the static magnetic field H 0 in the z-axis direction perpendicular to the y-axis can be ignored. Zeeman splitting in this state occurs at an interval equal to the frequency ω F expressed by γ F H 1 FF : 19 F nuclear nuclear magnetic rotation ratio) (this is called Zeeman splitting in a rotating system).

また、19F核側にRFパルスP2(パルススピンロックパルス)が照射されている状態で、31P核にもy軸方向にRFパルスP3(これをコンタクトパルスという)を照射すると、31P核もy軸方向に静磁場H1 Pが掛かっている状態となる。この状態での回転系におけるゼーマン分裂は、γP1 P(γP31P核の核磁気回転比)で表される周波数ωPに等しい間隔で生じることになる。ただし、19F核と異なり、この段階で31P核のスピンはy軸方向に倒れていないため、y軸方向の磁化は、実際には存在していない。このとき、31P核と19F核のゼーマン分裂が等しくなるように磁場H1 Fと磁場H1 Pが与えられると、以下の式(1)のHartmann-Hahn条件が満たされ、19F核から31P核への磁化移動が起きる。
γF1 F=ωF=ωP=γP1 P ・・・(1)
In addition, when the RF pulse P2 (pulse spin lock pulse) is irradiated on the 19 F nucleus side and the 31 P nucleus is also irradiated with the RF pulse P3 (this is called a contact pulse) in the y-axis direction, the 31 P nucleus Also, a static magnetic field H 1 P is applied in the y-axis direction. The Zeeman splitting in the rotating system in this state occurs at an interval equal to the frequency ω P expressed by γ P H 1 PP : nuclear magnetic rotation ratio of 31 P nucleus). However, unlike the 19 F nucleus, the spin of the 31 P nucleus does not fall in the y-axis direction at this stage, so the magnetization in the y-axis direction does not actually exist. At this time, when the magnetic field H 1 F and the magnetic field H 1 P are given so that the Zeeman splitting of the 31 P nucleus and the 19 F nucleus is equal, the Hartmann-Hahn condition of the following equation (1) is satisfied, and the 19 F nucleus To 31 P nucleus occurs.
γ F H 1 F = ω F = ω P = γ P H 1 P (1)

このような19F核から31P核への磁化移動が起きる現象を交差分極(CP:Cross polarization)と呼ぶ。分子運動の速い溶液やそれに準ずる系では、分子運動が平均化されてしまうため、NMR法では交差分極(CP)を利用した測定を行うことはできない。また、交差分極(CP)は、19Fと31Pとが同じ試料中に含まれ、原子レベルで近い位置にないとNMRスペクトル(信号)を与えない。従って、フルオロアパタイトのようにリンPとフッ素Fの両方が結晶構造中に含まれない限り、31P[19F]CPMAS法ではNMRスペクトルが検出されない(以下、31P[19F]CPMAS法によるNMRスペクトルを31P[19F]CPMASスペクトルと称する)。 Such a phenomenon in which magnetization transfer from 19 F nuclei to 31 P nuclei occurs is called cross polarization (CP). In a solution having a fast molecular motion or a system conforming thereto, the molecular motion is averaged, and therefore, measurement using cross polarization (CP) cannot be performed by the NMR method. Further, in the cross polarization (CP), 19 F and 31 P are contained in the same sample, and an NMR spectrum (signal) is not provided unless they are close to each other at the atomic level. Therefore, according to as long as both the phosphorus P and fluorine F as fluorapatite is not included in the crystal structure, 31 P [19 F] NMR spectrum is not detected by the CPMAS method (hereinafter, 31 P [19 F] CPMAS method NMR spectrum is referred to as 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum).

これに対し、一般的な19F-MAS法や31P-MAS法では、各元素を含む化合物がすべて同一のNMRスペクトル上に観測されるため、フルオロアパタイトの定量を大きく妨害する。即ち、19F-MASスペクトルでは、Ca-F系化合物の化学シフト値が−100ppm付近に集中して表れる、このため、Ca-F系化合物に起因するNMRスペクトルのピークと、フルオロアパタイトに起因するNMRスペクトルのピークとが重複してしまう。
図2は、19F-MASスペクトルの一例を示す図である。具体的に図2(a)は、ある酸化物Aの19F-MASスペクトルを示す図であり、図2(b)は、カスピディン(Ca4Si2O7F)の19F-MASスペクトルを示す図であり、図2(c)は、フルオロアパタイトとCaF219F-MASスペクトルを示す図である。
図2に示すように、カスピディン(Ca4Si2O7F)の19F-MASスペクトルとフルオロアパタイトの19F-MASスペクトルは、スペクトルのピークが重複する代表的なケースである。図2(b)、図2(c)に示すように、カスピディンの2つの19F-MASスペクトルのピークのうち、一方は、フルオロアパタイトの19F-MASスペクトルのピークと区別できない。その結果、19F-MASスペクトルを波形分離しても、フルオロアパタイトを正確に定量することはできない。
On the other hand, in the general 19 F-MAS method and 31 P-MAS method, since all the compounds containing each element are observed on the same NMR spectrum, the determination of fluoroapatite is greatly hindered. That is, in the 19 F-MAS spectrum, the chemical shift value of the Ca-F compound is concentrated in the vicinity of -100 ppm. For this reason, it is attributed to the peak of the NMR spectrum due to the Ca-F compound and the fluoroapatite. The peaks of the NMR spectrum overlap.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a 19 F-MAS spectrum. Specifically, FIG. 2 (a) is a diagram showing the 19 F-MAS spectrum of a oxide A, FIG. 2 (b), the 19 F-MAS spectrum of Kasupidin (Ca 4 Si 2 O 7 F ) FIG. 2C is a diagram showing 19 F-MAS spectra of fluoroapatite and CaF 2 .
As shown in FIG. 2, 19 F-MAS spectrum of 19 F-MAS spectrum and fluorapatite in Kasupidin (Ca 4 Si 2 O 7 F ) is a typical case in which the peak of the spectrum overlap. As shown in FIG. 2 (b), FIG. 2 (c), the one of the peaks of the two 19 F-MAS spectrum of Kasupidin, one, indistinguishable from a peak of 19 F-MAS spectrum of fluorapatite. As a result, fluoroapatite cannot be accurately quantified by waveform separation of the 19 F-MAS spectrum.

また、31P-MASスペクトルにおいても、フルオロアパタイト中のリン酸PO4に由来するピークと、それ以外のリン酸PO4に由来するピークは、全く同じ位置に観測される。このため、31P-MAS法でもフルオロアパタイトを正確に定量することはできない。
よって、本実施形態では、31P[19F]CPMAS法を採用した。
In the 31 P-MAS spectrum, the peak derived from phosphoric acid PO 4 in fluoroapatite and the other peak derived from phosphoric acid PO 4 are observed at exactly the same position. For this reason, fluoroapatite cannot be accurately quantified even by the 31 P-MAS method.
Therefore, in this embodiment, the 31 P [ 19 F] CPMAS method is adopted.

次に、31P[19F]CPMASスペクトルから検量線を作成する方法の一例を説明する。
まず、既知量のフルオロアパタイトとフッ素未含有のマトリックス物質とを混合し、全体を秤量した標準試料を作成する。
フルオロアパタイトとマトリックス物質との割合を変えて、複数の検量線作成用の標準試料を準備する。各標準試料を別々のNMR試料管に詰め、NMRスペクトルの測定に供する。
Next, an example of a method for creating a calibration curve from 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum will be described.
First, a standard sample is prepared by mixing a known amount of fluoroapatite and a fluorine-free matrix material and weighing the whole.
A standard sample for preparing a plurality of calibration curves is prepared by changing the ratio between the fluoroapatite and the matrix material. Each standard sample is packed in a separate NMR sample tube and subjected to measurement of the NMR spectrum.

31P[19F]CPMASスペクトルの測定は、10kHz以上の回転速度でNMR試料管を回転させて行う(すなわち、31P[19F]CPMASスペクトルの測定は、マジックアングルスピニングの回転周波数を10kHz以上として行う)。この回転速度が10kHz未満であると、31P[19F]CPMASスペクトルが広幅化し、十分な分解能が得られないからである。31P[19F]CPMASスペクトルの強度は、31Pに照射するラジオ波パルスの強度とその照射時間(以下、コンタクトタイムと称する)とに依存して変化する。 The 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum is measured by rotating the NMR sample tube at a rotational speed of 10 kHz or higher (that is, the 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum is measured at a rotational frequency of magic angle spinning of 10 kHz or higher. As do). This is because if the rotational speed is less than 10 kHz, the 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum becomes wider and sufficient resolution cannot be obtained. The intensity of the 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum varies depending on the intensity of the radio wave pulse irradiated on 31 P and its irradiation time (hereinafter referred to as contact time).

前述した磁化移動のためのコンタクトタイムtを長くしていくと、31P[19F]CPMASスペクトルのピーク積分強度は上昇し、PとFとの間の距離が近いほど、即ち双極子相互作用が強いほど、31P[19F]CPMASスペクトルの立ち上がりが急峻になる。このときの磁化移動定数(交差分極の効率を表す定数)をTP-Fとする。あるコンタクトタイムに達すると、31P[19F]CPMASスペクトルのピーク積分強度は低下に転じる。31P[19F]CPMASスペクトルのピーク積分強度の減衰に関する時定数(フッ素の運動性を表す(フッ素の運動に起因する)時定数)をT1ρFとする。以上のパラメータ(Mcp、TP-F、T1ρF)を用いて、31P[19F]CPMASスペクトルのピーク積分強度M(t)のコンタクトタイム依存性を、次の式(2)で回帰分析し、交差分極の効率に依存しないピーク積分強度を求める。 As the contact time t for the above-mentioned magnetization transfer is increased, the peak integrated intensity of the 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum increases, and the closer the distance between P and F, that is, the dipole interaction. The stronger the, the steeper the rise of 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum. Magnetization transfer constant in this case a (constant representing the efficiency of cross-polarization) and T PF. When a certain contact time is reached, the peak integrated intensity of the 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum starts to decline. Let T 1 ρ F be the time constant related to the decay of the peak integrated intensity of the 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum (the time constant representing the mobility of fluorine (due to the movement of fluorine)). Using the above parameters (M cp , T PF , T 1 ρ F ), the contact time dependence of the peak integrated intensity M (t) of 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum is regressed by the following equation (2): Analyze and find the peak integrated intensity independent of cross-polarization efficiency.

Figure 0005790511
Figure 0005790511

31P[19F]CPMASスペクトルのピーク積分強度M0(t)のコンタクトタイム依存性を測定する際には、0ms超〜40msの期間にコンタクトタイムtを2点以上設定して、1つの標準試料について複数のデータを測定する。この期間内に複数のデータがないと、フィッティングの精度が低下するからである。
図3は、31P[19F]CPMASスペクトルのピーク積分強度M0(t)のコンタクトタイム依存性の一例を示す図である。図3では、3つの標準試料No.1〜No.3から得られたものを示している。
31P[19F]CPMASスペクトルのピーク積分強度M0(t)のコンタクトタイム依存性を測定し、測定したデータに対し、式(2)でフィッティングすると、図3に示すような曲線301〜303が得られ、その結果から真のピーク積分強度Mcp(式(2)の係数)を算出することができる。フルオロアパタイトの量が異なる複数の標準試料について同様のことを行い、図4に示すように、31P[19F]CPMASスペクトルの真のピーク積分強度Mcpを横軸に、標準試料中のフロオロアパタイトの含有量を縦軸にとったグラフを作成し、線形回帰分析することによって、検量線401が得られる。
When measuring the contact time dependence of the peak integrated intensity M 0 (t) of 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum, set two or more contact times t in the period of over 0 ms to 40 ms, and use one standard A plurality of data is measured for the sample. This is because the accuracy of fitting is reduced if there is no plurality of data within this period.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the contact time dependency of the peak integrated intensity M 0 (t) of the 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum. In FIG. 1-No. The one obtained from 3 is shown.
When the dependence of the peak integrated intensity M 0 (t) of the 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum on the contact time is measured and the measured data is fitted with the equation (2), curves 301 to 303 as shown in FIG. From the result, the true peak integrated intensity M cp (coefficient of equation (2)) can be calculated. The same is done for a plurality of standard samples with different amounts of fluoroapatite. As shown in FIG. 4, the true peak integrated intensity M cp of 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum is plotted on the horizontal axis, A calibration curve 401 is obtained by creating a graph in which the content of oroapatite is plotted on the vertical axis and performing linear regression analysis.

尚、検量線401は、31P[19F]CPMASスペクトルの真のピーク積分強度Mcpと、標準試料中のフロオロアパタイトの含有量との関係を表す情報であれば、必ずしも数式(関数)である必要はない。例えば、31P[19F]CPMASスペクトルの真のピーク積分強度Mcpと、標準試料中のフロオロアパタイトの含有量とを相互に関連付けて記憶するデータテーブルを採用してもよい。このようにした場合、データテーブルにない値については、補間処理を行うことにより導出することができる。 Incidentally, the calibration curve 401, and 31 P [19 F] CPMAS true peak integrated intensity M cp spectrum, as long as information indicative of a relation between the content of fluoroalkyl apatite in the standard samples, necessarily equation (function) Need not be. For example, a 31 P [19 F] CPMAS true peak integrated intensity M cp spectrum, may be employed to the data table to be stored in association with each other and the content of fluoroalkyl apatite in the standard samples. In this case, values not in the data table can be derived by performing an interpolation process.

次に、別途秤量した未知試料をNMR試料管に詰め、31P[19F]CPMASスペクトルを測定し、そのピーク積分強度のコンタクトタイム依存性を式(2)により解析し、未知試料に関する31P[19F]CPMASスペクトルの真のピーク積分強度Mcpを求める。この31P[19F]CPMASスペクトルの真のピーク積分強度Mcpを、図4に示す検量線401に代入することによって、未知試料中のフルオロアパタイトの量[g]を求めることができる。NMR試料管内の粉末試料の質量をa[g]、粉末試料中のトータルフッ素濃度をw[mass%]、フルオロアパタイトの分子量をA、フッ素の原子量をN、粉末試料中のフルオロアパタイト含有量をy[g]とすると、まず、NMR試料管に詰められた粉末試料の中で、フルオロアパタイトとして存在するフッ素量[g]は次の式(3)のように表現できる。
フッ素量=y×(N/A) ・・・(3)
Next, packed unknown sample which is separately weighed into NMR sample tube, 31 P [19 F] CPMAS spectrum was measured, the contact time dependence of the peak integrated intensity was analyzed by Equation (2), 31 P for the unknown sample Request [19 F] CPMAS true peak integrated intensity M cp of the spectrum. The 31 P [19 F] CPMAS true peak integrated intensity M cp spectrum, by substituting the calibration curve 401 shown in FIG. 4, it is possible to determine the amount of fluoroapatite in the unknown sample [g]. The mass of the powder sample in the NMR sample tube is a [g], the total fluorine concentration in the powder sample is w [mass%], the molecular weight of fluoroapatite is A, the atomic weight of fluorine is N, and the fluoroapatite content in the powder sample is Assuming y [g], first, the amount of fluorine [g] present as fluoroapatite in the powder sample packed in the NMR sample tube can be expressed as the following formula (3).
Fluorine content = y × (N / A) (3)

また、NMR試料管に詰められた粉末試料中のトータルフッ素量[g]は、次の式(4)のように表される。
トータルフッ素量=a×(w/100) ・・・(4)
従って、未知試料中の全フッ素のうち、フルオロアパタイトとして存在するフッ素の割合[mass%]は次式(5)で求められる。
Further, the total fluorine amount [g] in the powder sample packed in the NMR sample tube is expressed by the following equation (4).
Total fluorine amount = a × (w / 100) (4)
Therefore, the ratio [mass%] of fluorine existing as fluoroapatite out of the total fluorine in the unknown sample can be obtained by the following formula (5).

Figure 0005790511
Figure 0005790511

以上のように、本実施形態では、31P核−19F核間の双極子相互作用を利用したNMRの測定法を用いてNMRスペクトルを得るようにした。したがって、リン原子Pとフッ素原子Fとの原子間距離が近いフルオロアパタイトのみが選択的にNMRスペクトルに観測され、NMRスペクトル上に現れる構造情報が絞り込まれる。このため、19F核のみ、または31P核のみを観測するMAS法では、しばしば問題となる、NMRスペクトルのピークの重なりと、NMRスペクトルの各波形の分離に煩わされることがなく、フルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量を精度良く行うことができる。 As described above, in this embodiment, an NMR spectrum is obtained by using the NMR measurement method using the dipole interaction between 31 P nucleus and 19 F nucleus. Therefore, only the fluoroapatite having a close interatomic distance between the phosphorus atom P and the fluorine atom F is selectively observed in the NMR spectrum, and the structural information appearing on the NMR spectrum is narrowed down. For this reason, in the MAS method in which only 19 F nuclei or only 31 P nuclei are observed, there is no need to bother the overlap of NMR spectrum peaks and separation of each waveform of NMR spectra, which is often a problem. The amount of fluorine in the existing form can be accurately determined.

尚、以上説明した本発明の実施形態のうち、少なくともNMRスペクトルに対する処理は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
Of the embodiments of the present invention described above, at least processing for the NMR spectrum can be realized by a computer executing a program. Further, a computer-readable recording medium in which the program is recorded and a computer program product such as the program can also be applied as an embodiment of the present invention. As the recording medium, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.
In addition, the embodiments of the present invention described above are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. Is. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

以下に、本発明の実施例を示す。尚、この実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
まず、フルオロアパタイトの定量のために用いる検量線を以下のように作成した。
電子天秤で、フッ素未含有のマトリックス物質とフルオロアパタイトとをそれぞれ秤量した後、混合し、両物質の混合比が異なる複数の標準試料No.1、No.2、No.3を作製した。表1に、各標準試料中のマトリックス物質とフルオロアパタイトの割合を示す。
Examples of the present invention are shown below. Note that this example does not limit the scope of the present invention.
First, a calibration curve used for quantification of fluoroapatite was prepared as follows.
Using an electronic balance, a fluorine-free matrix material and fluoroapatite were weighed and mixed, and a plurality of standard samples No. 1 and No. 1 having different mixing ratios of the two materials were mixed. 2, no. 3 was produced. Table 1 shows the ratio of the matrix material and fluoroapatite in each standard sample.

Figure 0005790511
Figure 0005790511

次に、図3に示すように、標準試料No.1〜No.3の各標準試料について、31P[19F]CPMASスペクトルのピーク積分強度M0(t)のコンタクトタイム依存性を測定し、測定したデータに対して式(2)によりフィッティングして、31P[19F]CPMASスペクトルの真のピーク積分強度Mcpを求めた。
図4に示すように、各標準試料中のフルオロアパタイトの含有量を縦軸に、31P[19F]CPMASスペクトルの真のピーク積分強度Mcpを横軸にとり、両者の相関を直線回帰分析することで検量線401を得た。その結果、フルオロアパタイトの含有量y[g]の検量線401は、次の式(6)で表された。回帰係数Rは0.99以上となり、非常に優れた直線性を有することから、定量に際し、高い精度が確保できる。
y=9.7317×10-3×Mcp+6.3617×10-4 ・・・(6)
次に、予めトータルフッ素濃度を測定しておいた測定用試料について、フルオロアパタイトとして存在するフッ素の割合を調査した。表2に、測定用試料SampleA、B、Cの化学組成(CaO、SiO2、P2O5、Total F)を示す。予め秤量したNMR試料管に測定用試料を封入して再度秤量し、前後の差し引きからNMR試料管中の測定用試料の質量を求めた。
Next, as shown in FIG. 1-No. For each standard sample 3, the contact time dependency of 31 P [19 F] CPMAS peak integrated intensity M 0 of the spectrum (t) were measured, by fitting the equation (2) with respect to the measured data, 31 P It was determined [19 F] CPMAS true peak integrated intensity M cp of the spectrum.
As shown in FIG. 4, the content of fluoroapatite in each standard sample on the vertical axis, the 31 P [19 F] CPMAS true peak integrated intensity M cp spectral horizontal axis, linear regression analysis correlations between them Thus, a calibration curve 401 was obtained. As a result, a calibration curve 401 of the fluoroapatite content y [g] was expressed by the following formula (6). Since the regression coefficient R is 0.99 or more and has a very excellent linearity, high accuracy can be ensured in quantification.
y = 9.7317 × 10 −3 × M cp + 6.3617 × 10 −4 (6)
Next, the ratio of fluorine existing as fluoroapatite was investigated for the measurement sample whose total fluorine concentration had been measured in advance. Table 2 shows the chemical compositions (CaO, SiO 2 , P 2 O 5 , Total F) of the measurement samples Sample A, B, and C. A measurement sample was sealed in a pre-weighed NMR sample tube and weighed again, and the mass of the measurement sample in the NMR sample tube was determined from the front and back subtraction.

Figure 0005790511
Figure 0005790511

図5は、測定用試料の一例としてのSampleAの31P[19F]CPMASスペクトルを示す図である。Sample Aの31P[19F]CPMASスペクトル501と同様に、SampleBおよびSampleCの31P[19F]CPMASスペクトルにも、フルオロアパタイトの化学シフト値と一致するピークが観測された。このフルオロアパタイトに相当するピーク積分強度M0(t)のコンタクトタイム依存性から、31P[19F]CPMASスペクトルの真のピーク積分強度Mcpを求める。そして、式(6)で表される検量線401を用いて、各測定試料中のフルオロアパタイトの含有量を求めた。その上で、式(5)を用いて、各測定試料中でフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の割合を算出した。表3に、本実施例における定量結果と、後述する比較例における定量結果を示す。 FIG. 5 is a diagram showing a 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum of Sample A as an example of a measurement sample. Like the 31 P [19 F] CPMAS spectrum 501 of Sample A, also 31 P [19 F] CPMAS spectra of SampleB and sample C, the peak that matches the chemical shift value of fluorapatite was observed. From the dependence of the peak integrated intensity M 0 (t) corresponding to this fluoroapatite on the contact time, the true peak integrated intensity M cp of the 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum is obtained. And the content of the fluoroapatite in each measurement sample was calculated | required using the calibration curve 401 represented by Formula (6). Then, the ratio of fluorine having fluoroapatite as an existing form in each measurement sample was calculated using Equation (5). Table 3 shows the quantitative results in the present example and the quantitative results in the comparative example described later.

Figure 0005790511
Figure 0005790511

表3中の実施例1、2、3は、それぞれSampleA、B、Cに対し、前述した新規定量法により求めた値を示す。表3において、FinFAPは、測定試料におけるトータルフッ素濃度Total Fのうち、フルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の割合である(前述した式(5)を参照)。
一方、表3中の比較例1、2、3は、それぞれSampleA、B、Cに対し、従来の19F-MASスペクトルを波形分離する方法により求めた値である。図6は、測定用試料の一例としてのSampleAの19F-MASスペクトルを示す図である。
SampleAの19F-MASスペクトル601では、フルオロアパタイト(−100ppm)の他にカスピディン(−100ppm、−105ppm)に相当するピークが観測されている。
表3より、本実施例によって定量されたフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の比率FinFAPは、比較例のそれよりも低い値であることが判る。フルオロアパタイトCa5(PO4)3Fには、P2O5が1.5分子相当存在する。よって、フルオロアパタイト中のP2O5/F比は、11.2となる。フルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の比率FinFAPに、既知のトータルフッ素濃度Total Fを掛け、その値に11.2を掛けると、化学組成上、フルオロアパタイトに必要な酸化リンP2O5の濃度を求めることができる。
Examples 1, 2, and 3 in Table 3 show values obtained by the above-described novel quantification method for Samples A, B, and C, respectively. In Table 3, FinFAP is a ratio of fluorine having fluoroapatite as an existing form in the total fluorine concentration Total F in the measurement sample (see the above-described formula (5)).
On the other hand, Comparative Examples 1, 2, and 3 in Table 3 are values obtained by the method of waveform separation of the conventional 19 F-MAS spectrum for Samples A, B, and C, respectively. FIG. 6 is a diagram showing a 19 F-MAS spectrum of Sample A as an example of a measurement sample.
In the Sample A 19 F-MAS spectrum 601, in addition to fluoroapatite (-100 ppm), peaks corresponding to caspidine (-100 ppm, -105 ppm) are observed.
From Table 3, it can be seen that the fluorine ratio FinFAP having the fluoroapatite quantified by this example is lower than that of the comparative example. Fluoroapatite Ca 5 (PO 4 ) 3 F contains 1.5 molecules of P 2 O 5 . Therefore, the P 2 O 5 / F ratio in fluoroapatite is 11.2. Multiplying the known total fluorine concentration Total F by Fluorapatite's fluorination ratio FinFAP and multiplying that value by 11.2 gives the concentration of phosphorous oxide P 2 O 5 necessary for fluoroapatite in terms of chemical composition Can be requested.

表3の実施例、比較例に示す酸化リンの濃度(P2O5の欄を参照)は、このようにして求めた値である。表3の実施例および比較例の値より、新規の定量方法(本実施例)により決定されたフッ素の比率FinFAPから逆算した酸化リンP2O5の濃度は、化学組成上の酸化リンP2O5の濃度未満であるのに対し、比較例によるフッ素の比率FinFAPから逆算した酸化リンP2O5の濃度は、化学組成上の酸化リンP2O5の濃度を超過しており、リンが不足してしまうことが分かる。従って、比較例では、フルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の比率を過剰に評価していることになる。これに対し、新規定量法(本実施例)では、マスバランスの観点からも妥当なフッ素の比率が得られており、より精度の高い解析方法となっている。 The phosphorus oxide concentrations (see the column of P 2 O 5 ) shown in the examples and comparative examples in Table 3 are values obtained in this manner. Table than the value of the examples and comparative examples 3, concentration of phosphorus oxide P 2 O 5 was calculated back from fluorine ratio FinFAP determined by a novel determination method (this embodiment), the phosphorus oxide P 2 on the chemical composition Whereas the concentration of phosphorous oxide P 2 O 5 calculated backward from the fluorine ratio FinFAP in the comparative example exceeds the concentration of phosphorous oxide P 2 O 5 in the chemical composition, while it is less than the concentration of O 5 It turns out that there will be a shortage. Therefore, in the comparative example, the ratio of fluorine having fluoroapatite as an existing form is excessively evaluated. On the other hand, in the new quantitative method (this example), an appropriate fluorine ratio is obtained also from the viewpoint of mass balance, and this is a more accurate analysis method.

401 検量線
501 31P[19F]CPMASスペクトル
601 19F-MASスペクトル
401 Calibration curve 501 31 P [ 19 F] CPMAS spectrum 601 19 F-MAS spectrum

Claims (6)

フルオロアパタイト(Ca5(PO4)3F)を存在形態とするフッ素の定量方法であって、
未知試料中の全フッ素濃度を測定する工程と、
既知量のフルオロアパタイトと、フッ素を含有しないマトリックス物質とを混合して標準試料を作製し、31Pと19Fとの間の双極子相互作用を利用した固体核磁気共鳴法により、該標準試料の固体核磁気共鳴スペクトルを測定し、その結果に基づいて、フルオロアパタイトに帰属される固体核磁気共鳴スペクトルのピーク積分強度に対するフルオロアパタイトの含有量の検量線を作成する工程と、
31P核と19F核との間の双極子相互作用を利用した固体核磁気共鳴法により、前記未知試料の固体核磁気共鳴スペクトルを測定し、フルオロアパタイトに帰属される該固体核磁気共鳴スペクトルのピーク積分強度と、前記検量線とに基づいて、前記未知試料中のフルオロアパタイトの含有率を決定する工程と、
前記全フッ素濃度と前記フルオロアパタイトの含有率とに基づいて、前記未知試料中における全フッ素のうち、フルオロアパタイトの元素組成となるフッ素の割合を求める工程と、を含むことを特徴とするフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量方法。
A method for quantifying fluorine using fluorapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 F) as an existing form,
Measuring the total fluorine concentration in the unknown sample;
A standard sample is prepared by mixing a known amount of fluoroapatite and a matrix material not containing fluorine, and the standard sample is obtained by solid nuclear magnetic resonance using a dipole interaction between 31 P and 19 F. Measuring a solid nuclear magnetic resonance spectrum of, and creating a calibration curve of the content of fluoroapatite with respect to the peak integrated intensity of the solid nuclear magnetic resonance spectrum attributed to fluoroapatite based on the results,
The solid nuclear magnetic resonance spectrum of the unknown sample was measured by the solid nuclear magnetic resonance method using the dipole interaction between 31 P nucleus and 19 F nucleus, and the solid nuclear magnetic resonance spectrum attributed to fluoroapatite. Determining the content of fluoroapatite in the unknown sample based on the peak integrated intensity of and the calibration curve;
A step of determining a proportion of fluorine that is the elemental composition of fluoroapatite out of all fluorine in the unknown sample based on the total fluorine concentration and the content of the fluoroapatite. Quantitative determination method of fluorine in the presence form.
前記固体核磁気共鳴法は、31Pと19Fの交差分極(cross polarization)マジックアングルスピニング(magic angle spinning)固体核磁気共鳴法であることを特徴とする請求項1に記載のフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量方法。 3. The presence of fluoroapatite according to claim 1, wherein the solid nuclear magnetic resonance method is a 31 P and 19 F cross polarization magic angle spinning solid nuclear magnetic resonance method. A method for quantitative determination of fluorine in the form. 前記固体核磁気共鳴法における、31P核にラジオ波のパルスを照射する時間である接触時間が、0ms超40ms以下の範囲の時間であることを特徴とする請求項2に記載のフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量方法。 3. The fluoroapatite according to claim 2, wherein in the solid-state nuclear magnetic resonance method, a contact time, which is a time for irradiating a 31 P nucleus with a radio wave pulse, is a time in a range of more than 0 ms and not more than 40 ms. Quantitative determination method of fluorine to be present. 前記固体核磁気共鳴法における、マジックアングルスピニングの回転周波数が、10kHz以上であることを特徴とする請求項2または3に記載のフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量方法。   4. The method for quantitatively determining fluorine in the form of fluoroapatite according to claim 2, wherein the rotational frequency of magic angle spinning in the solid nuclear magnetic resonance method is 10 kHz or more. 前記接触時間tに対する固体核磁気共鳴スペクトルの強度M0(t)の変化を、固体核磁気共鳴スペクトルのピーク積分強度の減衰に関する時定数T1ρFと、交差分極の効率を表す磁化移動定数TP-Fと、前記接触時間に依存しない真の固体核磁気共鳴スペクトル強度Mcpと、をフィッティングパラメータとする下記の式(A)により回帰分析し、該回帰分析の結果から決定された前記接触時間に依存しない真の固体核磁気共鳴スペクトル強度Mcpを用いて前記検量線を作成することを特徴とする請求項3または4に記載のフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量方法。
Figure 0005790511
The change in the intensity M 0 (t) of the solid nuclear magnetic resonance spectrum with respect to the contact time t, the time constant T 1 ρ F relating to the decay of the peak integrated intensity of the solid nuclear magnetic resonance spectrum, and the magnetization transfer constant representing the efficiency of cross polarization. The contact time determined from the regression analysis results by regression analysis using the following equation (A) with T PF and the true solid nuclear magnetic resonance spectrum intensity M cp independent of the contact time as fitting parameters. The method according to claim 3 or 4, wherein the calibration curve is created using a true solid nuclear magnetic resonance spectral intensity Mcp that does not depend on fluorapatite.
Figure 0005790511
前記未知試料中の全フッ素濃度を、ランタン−アリザリンコンプレキソン法あるいはイオン電極法で定量することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のフルオロアパタイトを存在形態とするフッ素の定量方法。   The total fluorine concentration in the unknown sample is quantified by a lanthanum-alizarin complexone method or an ion electrode method, wherein the fluorine content of the fluoroapatite in the existing form according to any one of claims 1 to 5 is characterized. Quantitation method.
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