このアプリケーションの一部のコンテンツは現時点では利用できません。
このような状況が続く場合は、にお問い合わせくださいフィードバック & お問い合わせ
1. (WO2018186104) 尿素の定量方法及び分析装置
Document

明 細 書

発明の名称 尿素の定量方法及び分析装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

非特許文献

0006  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0007   0008  

課題を解決するための手段

0009   0010   0011   0012   0013  

発明の効果

0014  

図面の簡単な説明

0015  

発明を実施するための形態

0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024  

実施例

0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032  

符号の説明

0033  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2  

明 細 書

発明の名称 : 尿素の定量方法及び分析装置

技術分野

[0001]
 本発明は、水中の尿素を定量する方法及び分析装置に関する。

背景技術

[0002]
 水中の微量の尿素を精度よく定量することに対する要求がある。例えば、純水製造システムによって原水から純水を製造する場合、純水製造システムを構成するイオン交換装置や紫外線酸化装置では原水中の尿素を除去することが困難であるため、予め尿素を除去した原水を純水製造システムに供給する必要がある。尿素の除去方法として、次亜臭素酸を生成する薬剤を原水に加えて次亜臭素酸により尿素を選択的に酸化する方法が知られているが、次亜臭素酸を生成する薬剤も純水製造システムに対する負荷となるので、薬剤投入量は少なければ少ない方がよい。したがって、原水中の尿素濃度を定量して尿素処理の必要性を判断し、処理が必要な場合は適切な薬剤を投入することが望まれている。さらに、純水製造システムから得られた純水中の尿素濃度を測定することについて要求もある。
[0003]
 尿素の定量法としては、ジアセチルモノオキシムを用いた比色法に基づく定量法が知られている。この定量法の一例として、日本薬学会が発行した「衛生試験法」(非特許文献1)に記載された方法がある。ジアセチルモノオキシムを用いる比色法では、反応を促進するなどの目的で他の試薬、例えば、アンチピリンと硫酸との混合溶液、塩酸セミカルバジド水溶液、塩化マンガンと硝酸カリウムを混合した水溶液、リン酸二水素ナトリウムと硫酸との混合溶液などを併用することができる。アンチピリンを併用する場合には、ジアセチルモノオキシムを酢酸溶液に溶解させてジアセチルモノオキシム酢酸溶液を調製し、アンチピリン(1,5-ジメチル-2-フェニル-3-ピラゾロン)を例えば硫酸に溶解させてアンチピリン含有試薬液を調製し、試料水に対してジアセチルモノオキシム酢酸溶液とアンリピリン含有試薬液とを順次混合し、波長460nm付近での吸光度を測定し、標準液との対照によって定量を行う。
[0004]
 ジアセチルモノオキシムを用いた比色法による尿素の定量方法は、例えば水泳プールの水や公衆浴場水における尿素の定量を目指して意図されたものであるので、純水製造プロセスに供給される原水などにおける尿素の定量を行うには感度が悪い。そこで特許文献1は、ジアセチルモノオキシムを用いる比色法に基づきながらフローインジェクション分析(FIA)を適用して吸光度を測定することにより、ppb以下から数ppmの濃度範囲で連続的にオンラインで尿素を定量する方法を開示している。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開2000-338099号公報

非特許文献

[0006]
非特許文献1 : 日本薬学会編、衛生試験法・注解1990.4.1.2.3(13)1(1990年版第4刷付追補(1995)、p1028)、1995年

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0007]
 特許文献1に記載された方法は、オンラインで連続的に微量の尿素の定量を行うことができる方法であるが、時間の経過とともに尿素濃度が安定して測定できなくなる、という課題がある。
[0008]
 本発明の目的は、長期にわたって安定してオンラインでの尿素の連続的な定量を行うことができる方法及び分析装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0009]
 本発明者らは、ジアセチルモノオキシムを用いる比色法によってオンラインで連続的に微量の尿素の定量を行うときに、反応に用いる試薬、特に調製後のアンチピリン含有試薬液を冷蔵保存することによって、長期間にわたり安定して尿素濃度を定量できることを見出し、本発明を完成させた。
[0010]
 したがって本発明の方法は、ジアセチルモノオキシムを用いる比色法によって試料水中の尿素を定量する方法において、反応に使用するために調製された試薬を冷蔵し、冷蔵された試薬を用いて尿素を定量することを特徴とする。
[0011]
 また本発明の分析装置は、ジアセチルモノオキシムを用いる比色法によって試料水中の尿素を連続的に定量する分析装置であって、反応に使用するために調製された試薬を貯蔵する貯槽と、貯槽を冷却する冷却手段と、を備える。
[0012]
 本発明において、反応に使用するために調製された試薬の冷蔵では、その試薬の調製後、試薬の温度を20℃以下に維持することが好ましく、3℃以上20℃以下に維持することがさらに好ましく、5℃以上15℃以下に維持することがより好ましい。またこれらの試薬は、遮光保管することが好ましい。冷蔵温度が低過ぎる場合には試薬の凍結などの恐れがある。ジアセチルモノオキシムを用いる尿素の定量では、ジアセチルモノオキシムとともに、反応を促進するためなどの試薬を併用するが、この併用する試薬としては、アンチピリンを使用することが好ましい。アンチピリンを併用する場合には、ジアセチルモノオキシム酢酸溶液とアンチピリン含有試薬液とを使用するので、その場合には、本発明では、ジアセチルモノオキシム酢酸溶液とアンチピリン含有試薬液の一方、あるいは両方の試薬を冷蔵することになるが、特にアンチピリン含有試薬液を冷蔵保管することが好ましい。アンチピリン含有試薬液は、例えば、アンチピリンを硫酸に溶解させて得られる液である。
[0013]
 本発明の方法は、後述するように、例えば数日以上の期間にわたって尿素を連続的に定量するために適しており、特にFIA法を適用して吸光度の測定を行うことにより尿素を定量するのに適している。

発明の効果

[0014]
 本発明によれば、長期にわたって安定してオンラインでの尿素の連続的な定量を行うことが可能になる。

図面の簡単な説明

[0015]
[図1] 本発明の実施の一形態の分析装置の構成を示す図である。
[図2] 実施例1における通水日数とピーク強度との関係を示すグラフである。

発明を実施するための形態

[0016]
 次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の一形態の分析装置の構成を示している。ここでは、純水製造に用いる原水、あるいは純水そのものに含まれる尿素の量をオンラインで定量する場合を例に挙げて本発明を説明する。しかしながら、尿素を含んで本発明が定量対象とする水は、これらに限られるものではない、また、ここでいう純水製造の原水には、純水を循環利用する際に、純水を使用したプロセスから回収された回収水も含まれる。
[0017]
 図1に示されるように、純水製造に用いる原水のライン20が設けられており、このライン20では、原水がポンプP0によって送水される。原水のライン20から分岐する試料配管21が設けられている。試料配管21は、原水から分岐した試料水の配管であり、開閉弁22、流量計FIを備えている。試料配管21の先端は、サンプリング弁10(インジェクター、インジェクション弁ともいう)が設けられている。サンプリング弁10を含めてサンプリング弁10から下流の部分は、フローインジェクション分析(FIA)装置としての構成を有して実際に尿素の定量に関わる部分となる。
[0018]
 サンプリング弁10は、FIA法において一般的に用いられる構成のものであり、六方弁11とサンプルループ12とを備えている。六方弁11は、図において[1]、[2]、[3]、[4]、[5]及び[6]によって示される6個のポートを備えている。試料配管21はポート2に接続している。また、ポンプP1を介してキャリア水が供給される配管23がポート6に接続し、ポンプP4を介して試料水を排水するための配管25がポート3に接続している。ポート1とポート4との間には、所定容量の試料水を採取するためのサンプルループ12が接続している。ポート5には、サンプリング弁11の出口となる配管24の一端が接続している。キャリア水は、尿素を実質的に含まない水である。
[0019]
 六方弁11においてポートXとポートYとが連通することを(X-Y)と表すこととすると、六方弁11は、(1-2)、(3-4)、(5-6)である第1の状態と、(2-3)、(4-5)、(6-1)である第2の状態とを切り替えられるようになっている。図1において、第1の状態でのポート間の接続関係は実線で示され、第2の状態でのポート間の接続は点線で示されている。第1の状態においてキャリア水は、配管23→ポート6→ポート5→配管24と流れてサンプリング弁10から下流側に流出する。試料水は、試料配管21→ポート2→ポート1→サンプルループ12→ポート4→ポート3と流れて配管25から排出される。この第1の状態から第2の状態に切り替わると、試料水は、試料配管21→ポート2→ポート3と流れて配管25から排出され、また、キャリア水は、配管23→ポート6→ポート1→サンプルループ12→ポート4→ポート5→配管24と流れ、下流側へ流出する。このとき、第1の状態であったときに既に流入してサンプルループ12内を満たしている試料水は、キャリア水に先立ってポート5から配管24へと流れ込み、サンプリング弁10の下流側へと流れる。配管24に流れる試料水の体積は、サンプルループ12によって規定される。したがって、第1の状態と第2の状態とを繰り返し切り替えることによって、例えば六方弁11を図示矢印方向に回転することによって、所定容量の試料水を繰り返して配管24に送り込むことができる。第1の状態と第2の状態との切り替えは、後述する反応に必要な滞留時間、検出器32で尿素が検出されるまでの時間を考慮して、所定の時間ごとに行うことができる。また、検出器32に導入した試料水が検出器32から排出されたことを検知して切り替えを行うこともできる。このように、第1の状態と第2の状態との切り替えを自動的に行うようにすることで、尿素を連続的に定量することができる。
[0020]
 この分析装置では、ジアセチルモノオキシムを用いる比色法による尿素の定量に対してFIA法を適用する。そのため、尿素の定量に用いる反応試薬として、ジアセチルモノオキシム酢酸溶液(以下、試薬Aともいう)とアンチピリン含有試薬液(以下、試薬Bともいう)を使用する。これらの試薬は、それぞれ、冷蔵部40内に設けられた貯槽41,42に貯えられる。試薬Aは、ジアセチルモノオキシムを酢酸溶液に溶解させて調製されるが、本実施形態では、調製自体を貯槽41で行う、あるいは、試薬Aをその調製後、貯槽41に貯えるようにする。同様に、試薬Bは、アンチピリンを例えば硫酸に溶解させて調製されるが、調製自体を貯槽42で行う、あるいは、試薬Bをその調製後、貯槽42に貯えるようにする。冷蔵部40は、貯槽41,42を遮光するとともに、貯槽41,42を冷却し、これによって、貯槽41,42内の試薬A、試薬Bの温度を20℃以下、好ましくは3℃以上20℃以下、より好ましくは5℃以上15℃以下に維持する。なお、試薬Aを貯える貯槽41については、遮光保管できるもであれば、必ずしも冷蔵部40内に配置する必要はない。また、試薬の冷蔵温度は、5℃未満であっても、試薬において結晶の析出が生じなければ差し支えない。なお、非特許文献1には、アンチピリンを硫酸に溶解させたアンチピリン硫酸溶液について、褐色瓶に保管すれば2~3箇月は使用できることと、結晶が析出し室温に戻しても再溶解しないため冷蔵保管は適さないこととが記載されているが、本発明者らは、非特許文献1に記載された方法にしたがって調製されたアンチピリン硫酸溶液は3℃でも結晶化しないことを実験により確認した。
[0021]
 貯槽41には配管26の一端が接続し、配管26の他端は混合部43により配管24に接続している。配管26には、試薬Aを所定の流量で配管24に送り込むためのポンプP2が設けられている。同様に貯槽42には配管27の一端が接続し、配管27の他端は混合部44により配管24に接続している。配管27には、試薬Bを所定の流量で配管24に送り込むためのポンプP3が設けられている。混合部43,44は、それぞれ、試薬A、試薬Bを配管24内の液体の流れに対して均一に混合する機能を有する。配管24の他端は、反応恒温槽30内に設けられた反応コイル31の入口に接続している。反応コイル31は、その内部においてアンチピリンの存在下での尿素とジアセチルモノオキシムとによる発色反応を起こさせるものであり、その長さと反応コイル31の内部での流速とは、反応に必要な滞留時間に応じて適宜に選択される。反応恒温槽30は、反応コイル31を反応に適した温度まで昇温するものであって、例えば、50℃以上150℃以下、好ましくは90℃以上120℃以下の温度に反応コイル31を加熱する。
[0022]
 反応コイル31の出口には、発色反応で生じた発色の吸光度を測定するための検出器32が接続されている。検出器32によって、例えば、波長460nm付近での吸光度のピーク強度あるいはピーク面積を求める。キャリア水が流れているときの吸光度をベースラインとし、尿素濃度が既知の標準液に対する吸光度から検量線を求めることにより、試料水に対する吸光度から試料水での尿素の濃度を求めることができる。検出器32の出口には、ポンプP1からサンプリング弁10、配管24及び反応コイル31を経て検出器32に至る管路に対して背圧を与える背圧コイル33が設けられている。検出器32の出口と背圧コイル33の入口との間の位置に対し、圧力計PIが接続している。背圧コイル33の出口から、このFIA装置の排液が流出する。
[0023]
 本実施形態の分析装置では、FIA法を利用し、ジアセチルモノオキシムを用いる比色法によって試料水中の尿素をオンラインで測定することができる。このとき、反応に用いる試薬A(すなわちジアセチルモノオキシム酢酸溶液)及び試薬B(すなわちアンチピリン含有試薬液)として、特に試薬Bについて、それらの試薬の調製後、20℃以下に維持されたものを使用することができる。その結果、後述する実施例から明らかになるように、長期にわたって安定して尿素の連続的な定量を行うことが可能になる。
[0024]
 以上の説明では、ジアセチルモノオキシムを用いる比色法により尿素を定量する方法においてジアセチルモノオキシムと併用される試薬としてアンチピリン含有試薬液を用いる場合を説明したが、本発明では、併用される試薬はアンチピリン含有試薬液に限定されるものではない。
実施例
[0025]
 次に、本発明の効果を示すために発明者らが行った実験の結果を説明する。
[0026]
 [実施例1]
 図1に示す装置を組み立てた。ただし、ライン20から流量計FIに至る部分は設けないで、尿素濃度を60ppbに調製した標準液を試料水としてサンプリング弁10に連続供給できるようにした。そしてこの標準液に関して尿素濃度の連続モニタリングを行った。ここでは、標準液について連続的に測定を行ったときに、検出器32における吸光度の検出ピークの測定値として得られる尿素濃度がどのように変化するかを調べた。本実施例では、ジアセチルモノオキシム2gを10%酢酸100mLに溶解させて試薬A(すなわちジアセチルモノオキシム酢酸溶液)を調製し、アンチピリン0.2gをとり、9mol/Lの硫酸に溶かし、全量を100mLとして試薬B(すなわちアンチピリン含有試薬液)を調製し、調製後直ちにそれらの試薬をそれぞれ貯槽41,42に貯え、貯槽41,42から各試薬を配管24に向けて連続的に供給するようにした。連続測定の最初に各試薬を貯槽41,42に注入した後は、連続測定中には試薬を補充しないようにした。また、試薬Aの貯槽41については常温に維持した。試薬Bについては、その調製後の保管温度を10℃とした場合と25℃とした場合の2通りについて実験を行った。尿素濃度の変化は、波長460nmでの吸光度のピーク強度で確認した。結果を図2に示す。図2では、試薬A及び試薬Bを調製してそれぞれ貯槽41,42に貯えた直後に60ppbの尿素標準液を測定した際のピーク強度を100%として、同じ標準液を測定したときの測定値が日時の経過とともにどのように変化したかを示している。
[0027]
 図2に示すように、試薬Bすなわちアンチピリン含有試薬液を25℃に維持した場合には、徐々にピーク強度が低下し、連続測定のための10日間の運転の間にピーク強度が72%まで低下した。すなわち、尿素の定量を安定して行えなくなっていた。これに対しアンチピリン含有試薬液を冷蔵保管して10℃に維持した場合には、10日間の連続運転の後にもピーク強度が低下せず、長期にわたって安定して尿素の連続定量を行えることが分かった。
[0028]
 [実施例2]
 実施例1と同様に試薬Bを調製後、5℃、10℃、15℃、20℃及び25℃でそれぞれ10日間保管した。そして、この保管の後に試薬Bを図1の装置に供給した。試薬Bを装置に供給したのち直ちにこの装置を用いて尿素濃度60ppbの標準液を測定し、そのピーク強度を求めた。その際、試薬Bの調製直後に標準液を測定したときのピーク強度を100%とした。試薬Aについては実施例1と同様に調製したのち、常温で保管したものを使用した。結果を表1に示す。
[0029]
[表1]


[0030]
 表1に示されるように、保管温度が5℃の場合と10℃の場合にはピーク強度の低下はほとんど見られず、15℃で保管した場合には、約1割程度のピーク強度の低下が見られた。20℃で保管した場合には約2割のピーク強度の低下であったが、25℃では3割近くピーク強度が低下した。これらから、微量の尿素濃度を連続的に測定するためには、反応に用いる試薬、ここではジアセチルモノオキシム酢酸溶液及びアンチピリン含有試薬液のうち少なくともアンチピリン含有試薬液を冷蔵保存すべきであること、その場合、アンチピリン含有試薬液の温度を20℃以下に維持することが好ましく、3℃以上20℃以下に維持することがさらに好ましく、5℃以上15℃以下に維持することがより好ましいことが分かった。
[0031]
 [実施例3]
 実施例2の試薬Aを実施例2の試薬Bと同様の保管温度にて保管したことを除いて、実施例2と同様の試験を行った。
[0032]
 試薬Aと試薬Bの両方を冷蔵して測定を行った場合、試薬Bのみを冷蔵して測定を行った結果(表1)と同様の結果が得られた。

符号の説明

[0033]
 10  サンプリング弁
 11  サンプルループ
 31  反応コイル
 32  検出器
 33  背圧コイル
 40  冷蔵部
 41,42  貯槽
 43,44  混合部

請求の範囲

[請求項1]
 ジアセチルモノオキシムを用いる比色法によって試料水中の尿素を定量する方法において、
 反応に使用するために調製された試薬を冷蔵し、
 冷蔵された試薬を用いて尿素を定量することを特徴とする方法。
[請求項2]
 前記試薬の調製後、前記試薬の温度を20℃以下に維持する、請求項1に記載の方法。
[請求項3]
 前記冷蔵される試薬がアンチピリン含有試薬液である、請求項1または2に記載の方法。
[請求項4]
 前記冷蔵された試薬を用いて尿素を連続的に定量する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
[請求項5]
 フローインジェクション分析法を適用して吸光度から尿素を定量する、請求項4に記載の方法。
[請求項6]
 前記試料水が純水製造に用いられる水または純水である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
[請求項7]
 ジアセチルモノオキシムを用いる比色法によって試料水中の尿素を連続的に定量する分析装置であって、
 反応に使用するために調製された試薬を貯蔵する貯槽と、
 前記貯槽を冷却する冷却手段と、
 を備える、分析装置。
[請求項8]
 前記冷却手段は前記貯槽を20℃以下の温度に維持する、請求項7に記載の分析装置。
[請求項9]
 前記冷却手段によって冷却される前記貯槽は、アンチピリン含有試薬液を貯蔵する貯槽である、請求項7または8に記載の分析装置。
[請求項10]
 キャリア水と試料水とが連続的に供給されて前記キャリア水を連続的に排出し、切り替え動作によって一定量の前記試料水を前記キャリア水に置き換えて排出するサンプリング弁と、
 前記サンプリング弁の下流に設けられて前記サンプリングから排出される水に前記貯槽から前記試薬が混合される混合部と、
 前記混合部の下流に設けられて前記試料水と前記試薬とが反応する反応コイルと、
 前記反応コイルの出口に接続された検出器と、
 をさらに有する請求項7乃至9のいずれか1項に記載の分析装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]