Topic outline

  • General

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    • 分析化学の教科書では、

      「標準試料を作って、分析して、検量線を作り、濃度定量する。」

      と、簡単に説明されています。確かに、原理は簡単です。しかし、環境分析化学を実践すると、この濃度を定量するところが一番難しいのです。　練習問題（１－１）は、簡単な例です。練習問題（２）以降が難しくなります。




    • 標準試料分析の結果をプロット、検量線の回帰式から、未知試料の濃度を求める問題

      　雨水に含まれる無機イオン成分をイオンクロマトグラフィーで測定しました。強度法にて硝酸イオン(NO3-)の濃度を求めてください

       

      雨水を分析する背景：水蒸気が凝結してできる雲の水は真水に近いです。しかし、雲粒ができるには、その核となる水溶性の微粒子が必要です。雲粒には、少しばかりは水溶性成分が含まれています。何を核にして雲ができるのか？を調べるには雨水の成分を調べればよいでしょう。大気には、酸性ガスやアンモニアガス、有機ガスが含まれていて、雲粒や雨粒に吸収されます。それらが汚染物質であれば、汚染状況を調べるにも雨水分析が必要になります。


      雨水分析の手順（①～④）を示しました。

      ①　空から降ってくる雨粒を大気に開放したロートで集める

      ②　集まった雨水をボトルに保管する

      ③　試料水（雨水）をフィルターでろ過してから、イオンクロマトグラフィーに導入する

      ④　イオンクロマトグラフィーにより、試料水中の水溶性イオン成分の信号強度を検出します



      信号強度の検出の原理－イオンクロマトグラフィーによるイオン成分測定－

      　イオン交換樹脂を充填したカラムに雨水試料を通します。イオン成分によってカラムを通過する時間が異なるので、カラムを通過した試料水の電気伝導度を時系列で測定すれば、其々の成分を分離して信号強度を得ることができます（下図を参照）。試料水中のNO3-の濃度が高いほど、電気伝導度の値が大きくなります。電気伝導度の大きさの違いから、試料水中のNO3-の量を求めます。


    • 例題（１－１）の問題文

      　まずは、純水をベースに標準試料を作成して、それをイオンクロマトグラフィーで測定します。NO3-が出てきたときの電気伝導度のピーク高さ（信号強度）が以下のように得られました。データファイルをダウンロードして、A）とB）を求めてください。

       

      　　標準試料   　　調整濃度　                                    　測定結果　

      ①　ブランク（NO3-濃度 = 0）                        →　ピーク高 =    1030

      ②　標準試料（NO3-濃度 = 0.002 mg L-1）      →　ピーク高 =    3500

      ③　標準試料（NO3-濃度 = 0.02 mg L-1）        →　ピーク高 =   36150

      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


    • 例題（１－１）のデータファイル　ダウンロード Folder

      　検量線（回帰曲線）を図にプロットする方法も簡単に記しています。

      　以下、A）とB）に従って、このエクセルファイル内に記してください。

    • A）ダウンロードしたデータファイル（エクセル）にて、標準試料に含まれるNO3-濃度と信号強度（ピーク高さ）の関係をプロットしてください。

      　信号強度を横軸（X）、濃度を縦軸（Y）にしてください。

      ※　一般的には、信号強度を縦軸、濃度を横軸に検量線をプロットしますが、本コースでは逆にして、y=ax+bの回帰式のxに信号強度を代入し濃度(y)を計算するようにしました。


      B）未知試料１～４）の信号強度から、未知試料の濃度を計算してください。

      　A）で作図したプロットを右クリックして、「近似曲線の追加」を選択します。その近似曲線の回帰式を表示して、計算式を得ます。その計算式のXに、未知試料の信号強度を代入して、濃度を計算します。
      　（近似曲線の作り方など、同エクセルファイル内の別シートに記してあります）

      ★ エクセルのプロットで近似曲線の回帰式を表示させると、デフォルトでは、有効数字の桁数が少なすぎる場合があります。小数点以下何桁まで表示させるかを調整して、有効桁数を増やす必要があります。


    • 例題（１－１）の解説


      例題（１－１）は、以下のようになりましたか？

      （下の図は、エクセルとは別のソフトで描きました）


      　回帰式（検量線の式）も表示させてください。エクセルの初期設定だと、回帰式の数値が二桁しか表示されません。それでは大きな誤差を生んでしまうので、十桁くらい、多めに表示させましょう。



    • 　未知試料の信号強度（測定結果） 5.1×105 を図にプロットしたうえで、検量線の回帰式に代入して濃度を計算します。



      　横軸に未知試料の信号強度を記して、検量線が示す縦軸の値（濃度）を読み取ると、おおよそ、0.3 mg/L であることがわかりました。正確な値を求めるため、回帰式に未知試料の信号強度を代入します。

      未知試料：信号強度（ピーク高さ）が5.1・105

      (未知試料の濃度) = 0.0016079+5.9215×10-7×（5.1・105）=  0.30 (mg L-1)

      検量線のグラフを目視で読み取った値と一致しました。


      ここまでは、何の問題もなく、濃度を計算で求められる例題です。

      分析化学の教科書でも、この辺までは説明されています。

      次のコースでは、未知試料の信号強度が小さい場合、大きい場合、どのような処理が必要になるかを学びます。



  • 練習問題（１－１）