雨水中の硝酸イオン(NO3-)の濃度を検量線法で求める

予備知識：信号強度の検出の原理－イオンクロマトグラフィー

参考として、雨水に含まれる無機イオン成分を分離して計測する原理を示した（次の絵）。降水を集めて、イオンクロ装置（イオンクロマトグラフィー）に雨水試料を導入、各イオン成分の濃度を測定する。雨水だけを測ればよいのではなく、後述するブランク試料や標準試料も測定しなくてはならない。

雨水試料を分析するにあたり、まずは、純水をベースに各イオン成分の標準試料を作成する。その標準試料を雨水サンプルの測定と同条件で測定する。例えば、標準試料測定で得られたNO₃^-の電気伝導度のピーク高さ（信号強度）が以下のようになった。

　　標準試料   　　調整濃度　                        　　測定結果（信号強度）

①　ブランク（NO₃^-濃度 = 0）                        →　ピーク高 =     453

②　標準試料（NO₃^-濃度 = 0.002 mg L^-1）      →　ピーク高 =    3600

③　標準試料（NO₃^-濃度 = 0.02 mg L^-1）        →　ピーク高 =   34031

④　標準試料（NO₃^-濃度 = 0.10 mg L^-1）        →　ピーク高 =  163223

⑤　標準試料（NO₃^-濃度 = 0.20 mg L^-1）        →　ピーク高 =  330409

⑥　標準試料（NO₃^-濃度 = 0.50 mg L^-1）        →　ピーク高 =  814093

図１　硝酸イオンの標準試料を測定した結果（縦軸：信号強度、横軸：濃度）

 図１にて、回帰式は以下のように表されている。

             Y (信号強度) = 1628215・X (濃度) + 1236

 これを濃度計算の式に直すと、

             X (濃度) = { Y (信号強度) － 1236 }／1628215

である。

つぎに、濃度不明の未知試料（A）～（C）を測定して信号強度を得た。これら未知試料の信号強度を回帰式に代入して濃度を求めた。

 未知試料(A)の信号強度（ピーク高）= 550409

 (Aの濃度) = {550409 － 1236 }／1628215 = 0.34 (mg L^-1)

 　未知試料（A）の信号強度は、標準試料測定による信号強度の範囲内にあり、かつ、良好な回帰直線の上にプロットされたので、確からしい定量結果といえる（図２の赤矢印）。

図２　未知試料（A～C）の測定結果から濃度定量の例

未知試料（B）はどうだろうか。

 未知試料(B)の信号強度（ピーク高さ）= 3000

 　(Bの濃度) = { 3000 － 1236 }／1628215 = 0.00108 (mg L^-1)

 　（B）の信号強度は原点近傍であり、濃度がかなり小さいことがわかる。低濃度の標準試料②の信号強度より、ほんの少し小さい。回帰直線の低濃度範囲を拡大表示して見ないことには、確からしさが判別できない。不安である。

未知試料（C）の結果はどうだろうか。

未知試料(C)：信号強度（ピーク高さ）が910000

(Cの濃度)  = { 910000 － 1236 }／1628215 = 0.56 (mg L^-1)

 　標準試料を測定した際の信号強度を超えている（図２の黒矢印）。回帰直線を範囲外まで延長しても大丈夫だろうか？　不安である。