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JP4665154B2 - Coexisting anion treatment apparatus and method - Google Patents

Coexisting anion treatment apparatus and method Download PDF

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JP4665154B2
JP4665154B2 JP2004272626A JP2004272626A JP4665154B2 JP 4665154 B2 JP4665154 B2 JP 4665154B2 JP 2004272626 A JP2004272626 A JP 2004272626A JP 2004272626 A JP2004272626 A JP 2004272626A JP 4665154 B2 JP4665154 B2 JP 4665154B2
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JP
Japan
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acid
column
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ion
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勝伸 森
一彦 田中
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Description

本発明は、被処理試料中に共存する強酸性あるいは弱酸性の陰イオンを高効率に除去するための処理装置及び方法に関するものであり、更に詳しくは、例えば、環境試料水中に溶存するホウ酸やケイ酸、環境ホルモン物質に関連するビスフェノールAやノニルフェノール等のフェノール類、あるいは、メタノールやエタノール等のアルコール類のような炭酸よりも弱い酸を対象として、水素型陽イオン交換樹脂カラムによって分離検出を行う際に、妨害となる、高濃度の強酸(硫酸、塩化物、硝酸、あるいはリン酸等)や弱酸(フッ化水素、脂肪族カルボン酸等)を除去するために、プレカラムとして水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂カラムを試料導入部と分離カラムの間に接続することによって、これらをイオン交換反応により水に変換し、分析対象物質である炭酸よりも弱い酸を効率的に検出することを行うための処理装置及び方法に関するものである。   The present invention relates to a treatment apparatus and method for efficiently removing strongly acidic or weakly acidic anions coexisting in a sample to be treated, and more specifically, for example, boric acid dissolved in environmental sample water. Separation and detection using hydrogen-type cation exchange resin columns for phenols such as bisphenol A and nonylphenol related to environmental hormones, silicic acid, and acids weaker than carbonic acid such as alcohols such as methanol and ethanol In order to remove high concentrations of strong acids (sulfuric acid, chloride, nitric acid, phosphoric acid, etc.) and weak acids (hydrogen fluoride, aliphatic carboxylic acids, etc.) By connecting a type weakly basic anion exchange resin column between the sample introduction part and the separation column, these are converted into water by an ion exchange reaction, It relates processing apparatus and method for performing detecting a weaker acid than carbonic is analyzed substance efficiently.

本発明は、例えば、自然環境、生活環境の保全、環境変動の解明、将来予測や影響評価等を行うために不可欠な環境化学物質の基礎的データを得るために必要な、極微量の環境化学物質を計測する計測方法及びその装置の技術分野において、複雑な手法を必要としないで、水に溶存する微量成分を、高感度で計測することを可能とするとともに、2次汚染を生じない、無(低)公害かつ簡便な計測方法及び装置を提供するものであり、例えば、環境水、排水・飲料水、食品、薬品等の技術分野における管理・分析に係る新技術の開発を推進するものとして有用である。   The present invention provides, for example, an extremely small amount of environmental chemistry necessary for obtaining basic data on environmental chemical substances that are indispensable for carrying out conservation of the natural environment, living environment, elucidation of environmental changes, future prediction and impact assessment, etc. In the technical field of measurement methods and devices for measuring substances, it is possible to measure trace components dissolved in water with high sensitivity without requiring a complicated method, and secondary contamination does not occur. Providing no (low) pollution and simple measurement methods and equipment, for example, promoting the development of new technologies related to management and analysis in the technical fields of environmental water, drainage / drinking water, food, medicine, etc. Useful as.

例えば、ケイ酸イオンは、自然界に金属・炭素・ハロゲン等の種々な元素と、物理的あるいは化学的に結合し、海水、雨水、河川水、湖沼水等の環境水、水道水、ビール、ミネラルウォーター等の飲料水、あるいは、土壌、粘土、岩石の主成分として、あらゆる環境条件に存在する重要なイオンである。そのため、ケイ酸イオンの計測は、当然のことながら重要とされているが、多量の炭酸、ホウ酸、フッ素及びリン酸等と共存していることから、単独での計測は非常に難しいことが、以前から知られている。試料水中のケイ酸イオンの計測は、モリブデン酸アンモニウムを用いた比色法(非特許文献1参照)、塩酸あるいは過塩素酸を用いる重量測定法等が挙げられるが、この計測方法は、種々な環境水中に含まれるリン酸並びに強酸等の妨害を受けやすく、複雑な前処理を必要とする。また、導電率検出ノンサプレッサー型イオン排除型クロマトグラフィーあるいはイオン交換型イオンクロマトグラフィー(非特許文献2参照)では、炭酸水素イオンと検出ピークが重なり、酸による前処理が必要となり、加えて、その検出感度は、低い極限モル当量伝導度のために、導電率検出に対する応答が低く、検出限界が高いという問題点があった。   For example, silicate ions are physically or chemically combined with various elements such as metals, carbon, and halogens in nature, and are used for environmental water such as seawater, rainwater, river water, and lake water, tap water, beer, and minerals. It is an important ion that exists in all environmental conditions as the main component of drinking water such as water, or soil, clay, and rock. Therefore, silicate ion measurement is of course important, but because it coexists with a large amount of carbonic acid, boric acid, fluorine, phosphoric acid, etc., it can be very difficult to measure alone. Has been known for a long time. Examples of the measurement of silicate ions in sample water include a colorimetric method using ammonium molybdate (see Non-Patent Document 1), a gravimetric method using hydrochloric acid or perchloric acid, and the like. It is susceptible to interference from phosphoric acid and strong acid contained in environmental water and requires complex pretreatment. In addition, in conductivity detection non-suppressor type ion exclusion type chromatography or ion exchange type ion chromatography (see Non-Patent Document 2), bicarbonate ions and detection peaks overlap, and pretreatment with acid is required. The detection sensitivity has a problem of low response to conductivity detection and high detection limit due to low ultimate molar equivalent conductivity.

既に、炭酸水素イオンや脂肪族有機カルボン酸類等の、弱酸性イオンの計測における検出感度を上昇させるために、強酸性陽イオン交換樹脂を充填した分離カラムを用い、溶離液を水として、イオン排除作用により、共存する強酸イオンから分離した後、カリウム型強酸性陽イオン交換樹脂カラムと、水酸化物イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂カラムの順に、分離された炭酸水素イオンを通過させることによって、極めて高い導電率検出応答を有する水酸化カリウムに変換し、通常の10倍の検出応答の増大に成功した例が報告されている(非特許文献3参照)。また、本発明者らは、溶離液を水とし、弱酸性陽イオン交換樹脂を充填した分離カラムとして用い、共存イオン陰イオンから炭酸水素イオンを分離した後、分離カラムの後に接続されている、カリウム型強酸性陽イオン交換樹脂カラムと、ヨウ化物イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂カラムの順に炭酸水素イオンを通過させることによって、吸光度係数の高いヨウ化カリウムに変換し、200〜240nmの波長領域において高感度に検出する装置の開発に成功している(特許文献1参照)。   Already, in order to increase the detection sensitivity in the measurement of weakly acidic ions such as bicarbonate ions and aliphatic organic carboxylic acids, ion separation is performed using a separation column packed with a strongly acidic cation exchange resin and the eluent is water. After separation from the coexisting strong acid ions by the action, by passing the separated bicarbonate ions in the order of potassium type strongly acidic cation exchange resin column and hydroxide ion type strongly basic anion exchange resin column An example has been reported in which conversion to potassium hydroxide having an extremely high conductivity detection response has succeeded in increasing the detection response by a factor of 10 compared to normal (see Non-Patent Document 3). In addition, the present inventors use eluent as water and a separation column filled with a weakly acidic cation exchange resin, and after separating bicarbonate ions from the coexisting anions, they are connected after the separation column. By passing hydrogen carbonate ions in the order of a potassium type strongly acidic cation exchange resin column and an iodide ion type strongly basic anion exchange resin column, it is converted to potassium iodide having a high absorbance coefficient, and has a wavelength of 200 to 240 nm. An apparatus for detecting with high sensitivity in the region has been successfully developed (see Patent Document 1).

しかし、ケイ酸イオンを対象物質として適用した場合、酸解離定数がpKa=9.86であり、そのため、検出応答に用いられたイオン交換カラム中での変換効率がかなり低いため、高感度検出を達成することができないという問題があった。更に、ケイ酸イオンを単独で検出するためには、試料を、強酸(塩酸あるいは硫酸)によりpHを3以下にし、窒素ガスを封入することにより、溶存する炭酸ガスを排除する必要があった。以前から、ケイ酸イオンの定量に対し、イオンクロマトグラフィーを計測手段とした、報告例はいくつかあるが、共存する炭酸イオン、リン酸イオン及びフッ化物イオン等の妨害を考慮しているものは少ない状況であった(非特許文献4〜7参照)。それゆえに、当技術分野においては、前処理工程を最小限に抑えつつ、他のイオン種の妨害を避けながら、高精度にケイ酸イオンを分離検出する方法を構築し、更に広範囲の試料濃度において、高感度かつ高精度に定量が可能な計測装置の開発が必要とされていた。   However, when silicate ions are applied as the target substance, the acid dissociation constant is pKa = 9.86, and therefore, the conversion efficiency in the ion exchange column used for the detection response is considerably low. There was a problem that could not be achieved. Furthermore, in order to detect silicate ions alone, it was necessary to remove the dissolved carbon dioxide gas by making the sample pH 3 or less with a strong acid (hydrochloric acid or sulfuric acid) and enclosing nitrogen gas. There have been several reports that have used ion chromatography as a measurement method for the quantification of silicate ions, but those that consider interferences such as coexisting carbonate ions, phosphate ions, and fluoride ions There were few situations (see Non-Patent Documents 4 to 7). Therefore, in this technical field, a method for separating and detecting silicate ions with high accuracy while minimizing the pretreatment process and avoiding interference with other ion species has been established. Therefore, it was necessary to develop a measuring device capable of quantitative determination with high sensitivity and high accuracy.

特願2004−10261号Japanese Patent Application No. 2004-10261 "Standard Medods, 17th edition", Edited by L.S. Clesceri, A.E. Greenberg, R.R. Trussell, eds., American Publish Health Association, Washington DC, 1989, pp. 4-184 - 187"Standard Medods, 17th edition", Edited by L.S.Clesceri, A.E.Greenberg, R.R.Trussell, eds., American Publish Health Association, Washington DC, 1989, pp. 4-184-187 "Standard Medods, 17th edition", Edited by L.S. Clesceri, A.E. Greenberg, R.R. Trussell, eds., American Publish Health Association, Washington DC, 1989, pp. 4-183 - 184"Standard Medods, 17th edition", Edited by L.S.Clesceri, A.E.Greenberg, R.R. Trussell, eds., American Publish Health Association, Washington DC, 1989, pp. 4-183-184 K. Tanaka, J.S. Fritz, Anal. Chem., 59, pp. 708 - 712 (1987)K. Tanaka, J.S. Fritz, Anal. Chem., 59, pp. 708-712 (1987) H.-B. Li, F. Chen, J. Chromatogr. A, 874, pp. 143 - 147 (2000)H.-B. Li, F. Chen, J. Chromatogr. A, 874, pp. 143-147 (2000) P. Jones, R. Stanley, Anal. Chim. Acta, 249, pp. 539 - 544 (1991)P. Jones, R. Stanley, Anal. Chim. Acta, 249, pp. 539-544 (1991) T. Okada, T. Kuwamoto, Anal. Chem., 57, pp. 258 - 262 (1985)T. Okada, T. Kuwamoto, Anal. Chem., 57, pp. 258-262 (1985) H. Sakai, T. Fujiwara, T. Kumamaru, Bull. Chem. Soc. Jpn., 66, pp. 3401 - 3406 (1993)H. Sakai, T. Fujiwara, T. Kumamaru, Bull. Chem. Soc. Jpn., 66, pp. 3401-3406 (1993)

このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上述の諸問題を抜本的に解決することを可能とする新しい計測手段を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、炭酸よりも弱い酸を溶存する被験試料水を、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させて強酸あるいは弱酸性の陰イオンを除去することが可能であること、それにより、共存する陰イオンの妨害を受けずに、高感度で、検出濃度範囲が広く、再現性が良く、極めて弱い酸の分離計測方法及びその装置を構築することが可能となること、を見出し、本発明を完成するに至った。   Under such circumstances, the present inventors have conducted intensive research with the goal of developing new measuring means that can drastically solve the above-mentioned problems in view of the above prior art. As a result, it is possible to remove a strong acid or a weakly acidic anion by passing a test sample water dissolving a weaker acid than carbonic acid through a column packed with a hydroxide type weakly basic anion exchange resin. In this way, it is possible to construct a highly sensitive acid separation measurement method and apparatus with high sensitivity, wide detection concentration range, good reproducibility, and no interference from coexisting anions. As a result, the present invention has been completed.

本発明は、共存する陰イオンの妨害を受けずに、高感度で、検出濃度範囲が広く、再現性が良く、極めて弱い酸(炭酸よりも弱い酸)の分離計測方法及びその装置を構築することを可能とする、被験試料水の処理装置及び方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、被験試料水中に共存する強酸あるいは弱酸イオンを除去するための、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂をプレカラムとして用い、次いで、分離カラムを選択することにより、共存するイオン種から、イオン排除作用により、選択的に、極めて弱い酸を分離し、検出ピークの良好な再現性を達成することを目的とするものである。   The present invention constructs a method and apparatus for separating and measuring an extremely weak acid (acid weaker than carbonic acid) with high sensitivity, wide detection concentration range, good reproducibility, and without interference from coexisting anions. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for treating test sample water that make it possible. Further, the present invention uses a hydroxide type weakly basic anion exchange resin for removing strong acid or weak acid ion coexisting in test sample water as a pre-column, and then coexists by selecting a separation column. An object of the present invention is to selectively separate extremely weak acids from ion species by ion exclusion action and achieve good reproducibility of detection peaks.

また、本発明は、例えば、環境試料水中のホウ酸、ケイ酸及びフェノール類あるいはアルコール類等のような炭酸よりも弱い酸を対象として、水素型陽イオン交換樹脂分離カラムによって分離検出を行うに際し、水酸化物型陰イオン交換樹脂カラムを、試料導入部と分離カラムの間に接続することによって、妨害となる高濃度の強酸や弱酸を除去して、計測対象物質である極めて弱い酸の効率的な検出を行うための予備的処理装置及び方法を提供することを目的とするものである。更に、本発明は、湖沼水、河川水、水道水、海水、飲料水、ボイラー水、超純水等に存在する微量の物質、あるいは医薬品、食品中の、ホウ酸、フェノール類あるいはアルコール類の計測等に幅広く適用することができ、自然環境、生活環境に存在する、環境化学物質である、極めて弱い酸の分離計測に有用な共存陰イオンの処理装置及び方法を提供することを目的とするものである。   In addition, the present invention, for example, when performing separation detection with a hydrogen cation exchange resin separation column targeting acids that are weaker than carbonic acid such as boric acid, silicic acid and phenols or alcohols in environmental sample water. By connecting a hydroxide-type anion exchange resin column between the sample introduction part and the separation column, it removes high-concentration strong and weak acids that interfere with the efficiency of the extremely weak acid that is the measurement target substance. It is an object of the present invention to provide a preliminary processing apparatus and method for performing automatic detection. Furthermore, the present invention relates to trace substances present in lake water, river water, tap water, seawater, drinking water, boiler water, ultrapure water, etc., or boric acid, phenols or alcohols in pharmaceuticals and foods. An object of the present invention is to provide a coexisting anion treatment apparatus and method that can be widely applied to measurement, etc., and is useful for separation and measurement of extremely weak acids, which are environmental chemical substances, existing in the natural environment and living environment. Is.

上記課題を解決するための本発明は、被処理試料水中に共存する強酸性及び/又は弱酸性の陰イオンを処理する装置において、共存する陰イオンを強電解質の水酸化物型に変換する手段、及び上記強電解質をイオン交換反応を原理として水に変換する手段を具備したことを特徴とする共存陰イオン処理装置である。本装置は、上記水酸化物型に変換する手段が、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムからなること、上記水に変換する手段が、水素型弱酸性陰イオン交換樹脂を充填したカラムからなること、被処理試料が、炭酸よりも弱い酸を溶存する水であること、炭酸よりも弱い酸が、ケイ酸、ホウ酸、ヒ酸、シアン化水素、アルコール類、フェノール類又は糖アルコールであること、溶離液として、水又は水と有機溶媒の混合溶媒を用いること、被処理試料水が、生活排水あるいは工場廃水、アルコール類を溶存する活性汚泥処理水、医薬品又は食品中のホウ酸、フェノール類あるいはアルコール類を計測するための試料水、又は脱イオン水に変換する高塩濃度水であること、を特徴としている。また、本発明は、共存する陰イオンを強電解質の水酸化物型に変換する手段、及び上記強電解質をイオン変換反応を原理として水に変換する手段を備え、1)上記水酸化物型に変換する手段が、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムからなり、2)上記水に変換する手段が、水素型弱酸性陽イオン変換樹脂を充填したカラムからなり、被処理試料水が、炭酸よりも弱い酸を溶存する水であり、上記の変換を溶離液を用いて行い、それにより、炭酸よりも弱い酸である、ケイ酸、ホウ酸、ヒ酸、シアン化水素、アルコール類、フェノール類又は糖アルコールを分離計測するようにしたことを特徴とする水質モニタリング装置である。また、本発明は、被処理試料水中に共存する強酸性及び/又は弱酸性の陰イオンを処理する方法において、上記試料水を水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、共存する陰イオンを強電解質の水酸化物型に変換し、次いで、これを水素型弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、イオン交換反応を原理として水に変換することを特徴とする共存陰イオンの処理方法である。本方法は、炭酸よりも弱い酸を溶存する被験試料水から、妨害となる、共存する強酸性及び/又は弱酸性の陰イオンを除去するために、該試料水を、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、強電解質の水酸化物型に変換し、次いで、これを水素型弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、イオン交換反応を原理として水に変換すること、炭酸よりも弱い酸が、ケイ酸、ホウ酸、ヒ酸、シアン化水素、アルコール類、フェノール類又は糖アルコールであること、溶離液として、水又は水と有機溶媒の混合溶媒を用いること、生活排水あるいは工場廃水を処理すること、アルコール類を溶存する活性汚泥処理水を処理すること、医薬品あるいは食品中のホウ酸、フェノール類あるいはアルコール類の含量を計測するための試料水を処理すること、高塩濃度の試料水を、脱イオン水に変換する前処理として、それを水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、強電解質の水酸化物型に変換した後、これを水素型弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、イオン交換反応を原理として水に変換すること、を特徴としている。尚、本明細書において、炭酸よりも弱い酸とは、ケイ酸、ホウ酸、ヒ酸、シアン化水素、アルコール類、フェノール類、糖アルコール等を意味するものとして定義される。 In order to solve the above problems, the present invention provides a device for treating strongly acidic and / or weakly acidic anions coexisting in the sample water to be treated, and means for converting the coexisting anions into a hydroxide type of a strong electrolyte. And a coexisting anion treatment apparatus comprising means for converting the strong electrolyte into water on the principle of an ion exchange reaction. In this apparatus, the means for converting to the hydroxide type comprises a column packed with a hydroxide type weakly basic anion exchange resin, and the means for converting to water is a hydrogen type weakly acidic anion exchange resin. The sample to be treated is water in which an acid weaker than carbonic acid is dissolved, the acid weaker than carbonic acid is silicic acid, boric acid, arsenic acid, hydrogen cyanide, alcohols, phenols or Being sugar alcohol, using water or a mixed solvent of water and organic solvent as eluent, sample water to be treated in domestic wastewater or factory wastewater, activated sludge treated water in which alcohol is dissolved, pharmaceuticals or foods It is characterized by being sample water for measuring boric acid, phenols or alcohols, or high salt concentration water that is converted to deionized water. The present invention also comprises means for converting the coexisting anions to a hydroxide type of a strong electrolyte, and means for converting the strong electrolyte into water on the principle of an ion conversion reaction. It means for converting is comprised column filled with a hydroxide-type weakly basic anion exchange resin, 2) means for converting the water, consists of a column packed with a hydrogen form weak acid cation conversion resin, treated The sample water is water in which an acid weaker than carbonic acid is dissolved, and the above conversion is performed using an eluent, whereby silicic acid, boric acid, arsenic acid, hydrogen cyanide, alcohol, which are acids weaker than carbonic acid. Water quality monitoring device characterized by separating and measuring sucrose, phenols or sugar alcohol . The present invention also relates to a method for treating strongly acidic and / or weakly acidic anions coexisting in sample water to be treated, and passing the sample water through a column packed with a hydroxide type weakly basic anion exchange resin. By converting the coexisting anion into a hydroxide type of a strong electrolyte, and then passing it through a column packed with a hydrogen type weakly acidic cation exchange resin, the ion exchange reaction is converted into water. A coexisting anion treatment method characterized by conversion. In order to remove the coexisting strong and / or weakly acidic anions from the test sample water in which an acid weaker than carbonic acid is dissolved, the present method is used to remove the sample water from a hydroxide-type weak base. By passing through a column filled with a cationic anion exchange resin, it is converted into a hydroxide type of strong electrolyte, and then this is passed through a column filled with a hydrogen type weakly acidic cation exchange resin to exchange ions. Conversion to water based on the principle of reaction, acid weaker than carbonic acid is silicic acid, boric acid, arsenic acid, hydrogen cyanide, alcohols, phenols or sugar alcohol, water or water and organic solvent as eluent Use of mixed solvents, treatment of domestic wastewater or factory wastewater, treatment of activated sludge treated water that dissolves alcohols, boric acid, phenols in pharmaceuticals or foods Or treating sample water to measure the alcohol content, pretreatment to convert high salt concentration sample water into deionized water, and using hydroxide type weakly basic anion exchange resin After passing through a packed column, it is converted to a strong electrolyte hydroxide type, and then passed through a column filled with a hydrogen-type weakly acidic cation exchange resin to convert it into water based on the principle of ion exchange reaction. It is characterized by. In the present specification, an acid weaker than carbonic acid is defined as meaning silicic acid, boric acid, arsenic acid, hydrogen cyanide, alcohols, phenols, sugar alcohols and the like.

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、炭酸よりも弱い酸、例えば、ケイ酸(pKa=9.86)、ホウ酸(pKa=9.23)、ヒ酸(pKa=9.10)、シアン化水素等の酸、あるいは、メタノール、エタノール、プロパノール、糖アルコール等のアルコール類、ビスフェノールA、ノニルフェノール、オクチルフェノール等のフェノール類等を被験対象とする被験試料水の処理装置及び方法において、これらの酸と共に、高濃度で共存する強酸性あるいは弱酸性の陰イオンを高効率に除去するものであり、水素型弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したイオン排除分離カラムの前に、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムを接続することにより、イオン交換反応により、共存する陰イオンを水に変換することを特徴とするものである。本発明は、例えば、水道水、ミネラルウォーター、及び湖沼水中のケイ酸をモニターして、その増減をモニタリングすること、医薬品、工業用水あるいは食品中に含まれるホウ酸、アルコールやフェノール類等の品質管理を行う項目の一つとして、それらを高感度に計測すること、を可能とするものであり、例えば、共存する強酸性及び弱酸性の陰イオンを、水に変換し、確実に被験対象物質のみを計測する方法として適用されるものである。しかし、本発明は、これらに限定されるものではない。
Next, the present invention will be described in more detail.
In the present invention, an acid weaker than carbonic acid, for example, silicic acid (pKa = 9.86), boric acid (pKa = 9.23), arsenic acid (pKa = 9.10), hydrogen cyanide or the like, or methanol , Ethanol, propanol, sugar alcohol and other alcohols, bisphenol A, nonylphenol, octylphenol, and other phenols such as test sample water treatment apparatus and method, together with these acids, strong acid coexisting in high concentration Alternatively, a column that removes weakly acidic anions with high efficiency and is packed with a hydroxide-type weakly basic anion exchange resin before an ion exclusion separation column packed with a hydrogen-type weakly acidic cation exchange resin. Are connected, and the coexisting anion is converted into water by an ion exchange reaction. The present invention monitors, for example, silicic acid in tap water, mineral water, and lake water, and monitors the increase and decrease, quality of boric acid, alcohol, phenols, etc. contained in pharmaceuticals, industrial water or food As one of the items to be managed, it is possible to measure them with high sensitivity.For example, coexisting strongly acidic and weakly acidic anions are converted into water to ensure the test substance. It is applied as a method of measuring only. However, the present invention is not limited to these.

次に、本発明の一例として、計測対象をケイ酸イオンとした場合における、実際試料中の強酸性の陰イオンの処理方法並びにケイ酸イオンの分離計測について説明するが、本発明では、ケイ酸イオンよりも弱い酸である、例えば、ホウ酸、ヒ酸、シアン化水素等についても、ケイ酸イオンと同様にして分離計測することが可能である。 Next, as an example of the present invention, a method for treating strongly acidic anions in an actual sample and separation measurement of silicate ions when the measurement object is silicate ions will be described. For example, boric acid, arsenic acid , hydrogen cyanide, and the like, which are weaker than ions, can be separated and measured in the same manner as silicate ions.

本発明の処理装置及び方法は、例えば、共存陰イオンを除去するプレカラム、ケイ酸イオンを分離する分離カラム、ケイ酸イオンを強電解質に変換する強電解質変換カラム、及び、検出感度を増大するための検出応答増大カラムより構成される分離計測システムにおいて、そのプレカラムによる予備的処理として使用される。共存陰イオンを除去するためのプレカラムとしては、水酸化物イオン型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムが例示される。また、強電解質変換カラムとしては、アルカリ金属イオン型強酸性陽イオン交換樹脂、具体的には、例えば、リチウムイオン型強酸性陽イオン交換樹脂、ナトリウムイオン型強酸性陽イオン交換樹脂、カリウムイオン型強酸性陽イオン交換樹脂等を充填したカラムが例示される。更に、検出応答増大カラムとしては、陰イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂、具体的には、UV吸光度を増大する場合には、例えば、硝酸イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂、亜硝酸イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂、ヨウ化物イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂、臭化物イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂、モリブデン酸イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂等の、約200〜300nmの範囲に吸光度を有するイオンを吸着させた強塩基性陰イオン交換樹脂が例示され、導電率を増大する場合には、例えば、水酸化物イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂、硫酸イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂、塩化物イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂、臭化物イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂、硝酸イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂等の高い極限モル当量導電率を有するイオンを吸着させた、強塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムが例示される。しかし、本発明は、これらに限定されるものではなく、上記カラムと同等もしくは類似のもので、同様の機能を有するものであれば同様に使用することができる。   The processing apparatus and method of the present invention are, for example, a pre-column for removing coexisting anions, a separation column for separating silicate ions, a strong electrolyte conversion column for converting silicate ions to a strong electrolyte, and a detection sensitivity. Is used as a preliminary treatment by the precolumn. Examples of the precolumn for removing the coexisting anion include a column packed with a hydroxide ion type weakly basic anion exchange resin. Further, as the strong electrolyte conversion column, alkali metal ion type strongly acidic cation exchange resin, specifically, for example, lithium ion type strongly acidic cation exchange resin, sodium ion type strongly acidic cation exchange resin, potassium ion type A column packed with a strongly acidic cation exchange resin or the like is exemplified. Further, as the detection response increasing column, an anion type strongly basic anion exchange resin, specifically, in the case of increasing UV absorbance, for example, a nitrate ion type strongly basic anion exchange resin, a nitrite ion About 200 to 300 nm, such as a strong basic anion exchange resin, an iodide ion type strong basic anion exchange resin, a bromide ion type strong basic anion exchange resin, a molybdate ion type strong basic anion exchange resin For example, a strong basic anion exchange resin that adsorbs ions having absorbance in the range of 5 to 10 is exemplified. When increasing the conductivity, for example, a hydroxide ion type strongly basic anion exchange resin, a sulfate ion type strong High poles such as basic anion exchange resin, chloride ion type strongly basic anion exchange resin, bromide ion type strong base anion exchange resin, nitrate ion type strong base anion exchange resin Moles of ions having an equivalent weight conductivity adsorbed, a column packed with strongly basic anion exchange resins. However, the present invention is not limited to these, and can be used in the same manner as long as it is equivalent or similar to the above column and has the same function.

本発明は、例えば、試料水中のケイ酸イオンを対象として、これを選択的、かつ高感度に計測するイオン排除型イオンクロマトグラフィーに使用する装置の構築に有用な予備的処理方法として使用される。この場合は、ケイ酸イオンと共存する陰イオン、特に、炭酸水素イオン等を、水酸化物イオン型弱塩基性イオン交換樹脂プレカラムによって、一旦、強塩基である水酸化物にした後、水素イオン型弱酸性陽イオン交換樹脂分離カラムによって、それらを水に変換する。それによって、共存する陰イオンを除去すると同時に、弱電解質であるケイ酸を強電解質であるケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウムあるいはケイ酸カリウム等に変換するためのアルカリ金属イオン型強酸性陽イオン交換樹脂カラム、更に、導電率あるいはUV吸光度検出器の応答を増大させる陰イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂を、この順序に組み合わせた、ケイ酸イオンの分離計測装置が構築されるが、上記カラムとしては、上述の各種カラムから適宜選択して使用することができ、また、UV検出あるいは導電率検出を手段としては、適宜の検出器を組み合わせて使用することができる。本発明では、これらの手段により、試料水中のケイ酸イオンを対象とし、溶離液を、水あるいは水−メタノールの混合溶液として、水酸化物イオン型弱塩基性陰イオン交換樹脂により、ケイ酸イオンと共存している強酸イオン及び炭酸水素イオンを、水酸化物型に変換し、分離カラムである水素イオン型弱酸性陽イオン交換樹脂カラムにより、ケイ酸イオン以外の炭酸よりも強い酸の陰イオンを水に変換する。更に、ケイ酸イオンを高感度に検出するために、アルカリ金属イオン型強酸性陽イオン交換樹脂カラムにより、強電解質化合物、具体的には、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、あるいはケイ酸カリウム等に予め変換した後、導電率により検出する場合は、陰イオン強塩基性陰イオン交換樹脂カラムにより、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、硝酸カリウム等の、高い極限モル当量導電率を有する化合物に変換して導電率検出が行われ、UV吸光度により検出する場合は、陰イオン強塩基性陰イオン交換樹脂カラムにより、例えば、ヨウ化リチウム、臭化ナトリウム、硝酸カリウム等の、広い検出波長領域において、高い吸光度係数を有する化合物に変換してUV検出が行われる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used as a preliminary processing method useful for construction of an apparatus for use in ion-exclusion ion chromatography that selectively and highly sensitively measures silicate ions in sample water. . In this case, anions coexisting with silicate ions, especially hydrogen carbonate ions, etc. are once converted into strong base hydroxides with a hydroxide ion type weakly basic ion exchange resin precolumn, and then hydrogen ions. They are converted to water by a type weakly acidic cation exchange resin separation column. It removes coexisting anions, and at the same time, alkali metal ion type strongly acidic cation exchange resin for converting weak electrolyte silicic acid to strong electrolyte lithium silicate, sodium silicate or potassium silicate. A silicate ion separation and measurement device is constructed by combining a column and an anionic strong base anion exchange resin that increases the response of the conductivity or UV absorbance detector in this order. Can be used by appropriately selecting from the above-mentioned various columns, and as a means for UV detection or conductivity detection, an appropriate detector can be used in combination. In the present invention, by these means, silicate ions in the sample water are targeted, and the eluent is made of water or a mixed solution of water-methanol with a hydroxide ion type weakly basic anion exchange resin, and silicate ions Strong acid ions and hydrogen carbonate ions coexisting with the acid are converted into hydroxide types, and the hydrogen ion type weakly acidic cation exchange resin column, which is a separation column, makes the acid anion stronger than carbonic acid other than silicate ions. To water. Furthermore, in order to detect silicate ions with high sensitivity, an alkali metal ion type strongly acidic cation exchange resin column can be used to apply strong electrolyte compounds such as lithium silicate, sodium silicate, or potassium silicate. In the case of detecting by conductivity after conversion in advance, conversion to a compound having a high ultimate molar equivalent conductivity, such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium nitrate, etc., using an anion strong basic anion exchange resin column In the case where the conductivity is detected and detected by UV absorbance, it is high in a wide detection wavelength region such as lithium iodide, sodium bromide, potassium nitrate, etc. by an anion strong basic anion exchange resin column. UV detection is performed by converting to a compound having an absorbance coefficient.

本発明では、例えば、被験試料水中に多く共存する、強酸・弱酸イオンを可能な限り除去し、ケイ酸イオンを効率よく検出するために、好適には、分離カラムの前に、親水性ポリマーであるポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリヒドロキシアクリレート、及びポリビニルアルコール等を担体とする水酸化物イオンを吸着させた弱塩基性陰イオン交換樹脂カラムをプレカラムとして使用する。これにより、酸解離定数(pKa)5〜6以下の試料は、水溶離液中で電離し、速やかに強電解質である水酸化物イオン型に変換される。その際、ケイ酸イオンのような極めて弱い酸(pKa=8以上)は、ほとんど解離せず分子状態でプレカラムを通過する。次に、ケイ酸イオンのみを単独で分離検出するために、親水性ポリマーである、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリヒドロキシアクリレート、及びポリビニルアルコール等を担体とする水素イオンを吸着させた弱酸性陽イオン交換樹脂カラムを分離カラムとして使用する。これより、水酸化物イオン型の強電解質を、導電率検出及びUV吸光度検出にほとんど応答しない水に変換し、最終的に分離カラムによって上述の目的対象物のみを単独に検出することが可能になる。   In the present invention, for example, in order to remove strong acid / weak acid ions coexisting in test sample water as much as possible and efficiently detect silicate ions, a hydrophilic polymer is preferably used before the separation column. A weakly basic anion exchange resin column that adsorbs hydroxide ions using a polymethacrylate, polyacrylate, polyhydroxyacrylate, polyvinyl alcohol or the like as a carrier is used as a precolumn. As a result, a sample having an acid dissociation constant (pKa) of 5 to 6 or less is ionized in a water eluent, and is quickly converted into a hydroxide ion type that is a strong electrolyte. At that time, a very weak acid (pKa = 8 or more) such as a silicate ion hardly passes through the precolumn in a molecular state. Next, in order to separate and detect only silicate ions alone, weakly acidic cations adsorbing hydrogen ions, which are hydrophilic polymers such as polymethacrylate, polyacrylate, polyhydroxyacrylate, and polyvinyl alcohol, are adsorbed. An exchange resin column is used as a separation column. This makes it possible to convert the hydroxide ion type strong electrolyte into water that hardly responds to conductivity detection and UV absorbance detection, and finally it is possible to detect only the above-mentioned target object alone by the separation column. Become.

図1に示す装置を用いて、実際に、例えば、水酸化物イオン型弱塩基性陰イオン交換樹脂カラム(例えば、東ソー製TSKgel DEAE−5PW)をプレカラムとし、水素イオン型弱酸性陽イオン交換樹脂カラム(例えば、東ソー製TSKgel Super−IC−A/C)を分離カラムとして用い、いくつかの代表的な、陰イオン及びケイ酸イオンの水への変換効率を調べた。その結果を、表1に示す。これらの結果から、ケイ酸イオンを除く、強酸性陰イオンあるいは炭酸水素イオンを含めた弱酸性陰イオンが、分離カラムの前にプレカラムを接続することによって、ケイ酸イオン及び高濃度の炭酸水素イオンを除く試料は、ほぼ100%水に変換されていることが分かった。   Using the apparatus shown in FIG. 1, actually, for example, a hydroxide ion type weakly basic anion exchange resin column (for example, TSKgel DEAE-5PW manufactured by Tosoh Corporation) is used as a precolumn, and a hydrogen ion type weakly acidic cation exchange resin is used. A column (for example, TSKgel Super-IC-A / C manufactured by Tosoh Corporation) was used as a separation column, and several typical anion and silicate ion conversion efficiencies into water were examined. The results are shown in Table 1. From these results, it can be seen that weakly acidic anions, excluding silicate ions, including weakly acidic anions or bicarbonate ions, are connected to a pre-column before the separation column, so that silicate ions and high-concentration bicarbonate ions It was found that the samples except for were converted to almost 100% water.

Figure 0004665154
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表1は、水溶離液を用いた際の、導電率イオン排除型イオンクロマトグラフィーにより得られた、プレカラムの接続前と接続後の、陰イオンのピーク面積を示し、図2は、そのクロマトグラムを示す。なお、この試験では、溶離液は水を用い、流速0.5mL/minで行い、導電率検出により各イオンを検出した。また、注入された陰イオン試料の濃度は全て5mMであり、注入量は100μLである。プレカラムは、東ソー製TSKgel DEAE−5PWの水酸化物イオン型 (4.0cm × 4.6mmID)を使用し、分離カラムは、TSKGEL Super IC−A/Cの水素イオン型 (15cm×7.8 mmID)を使用した。図2において、上図は、強酸イオン(1mM硫酸イオン+1mM塩化物イオン+1mM硝酸イオン)、下図は、弱酸イオン(1:0.1mMギ酸、2:0.1mM酢酸、3:0.1mMプロピオン酸、4:0.1mM酪酸、5:1mM炭酸、6:0.1mM吉草酸)であり、カラムの組み合わせについては、Aは、分離カラムのみ、Bは、プレカラム+分離カラムである。   Table 1 shows the peak areas of anions obtained by conductivity ion exclusion ion chromatography when using a water eluent before and after connection of the pre-column, and FIG. 2 shows its chromatogram. Indicates. In this test, water was used as the eluent, the flow rate was 0.5 mL / min, and each ion was detected by conductivity detection. Further, the concentration of the injected anion sample is all 5 mM, and the injection volume is 100 μL. The pre-column uses TSKgel DEAE-5PW hydroxide ion type (4.0 cm × 4.6 mm ID) manufactured by Tosoh, and the separation column uses the TSKEL Super IC-A / C hydrogen ion type (15 cm × 7.8 mm ID). )It was used. In FIG. 2, the upper figure is a strong acid ion (1 mM sulfate ion + 1 mM chloride ion + 1 mM nitrate ion), and the lower figure is a weak acid ion (1: 0.1 mM formic acid, 2: 0.1 mM acetic acid, 3: 0.1 mM propionic acid). (4: 0.1 mM butyric acid, 5: 1 mM carbonic acid, 6: 0.1 mM valeric acid). Regarding the combination of columns, A is a separation column only, and B is a precolumn + separation column.

共存する陰イオンを除去するためのプレカラムである弱塩基性陰イオン交換樹脂カラム、及び弱酸性陽イオン交換樹脂分離カラムは、充填されたゲルのサイズが10μM以下であり、好適には3〜5μMであり、例えば、長さが各々4cm以上のものであれば、水溶離液あるいは水−メタノール混合溶離液において、流速が1mL/min以下の場合、ケイ酸イオンの分離及び酸解離定数pKa=6以下の陰イオンを効率よく水に変換することができる。そして、計測終了後の2次汚染の発生を最小限に抑えることについても、計測過程において、水のみによって実施することができることから、100μLの注入試料以外はほとんど無(低)公害である。これにより、pKa=8以上の弱酸の検出と、溶離液中の溶存炭酸も効率よく除去されるため、ベースラインの減少と検出限界の拡大が示され、幅広い分野での有効な予備的処理方法としての適用が可能になる。   The weakly basic anion exchange resin column and the weakly acidic cation exchange resin separation column, which are pre-columns for removing coexisting anions, have a gel size of 10 μM or less, preferably 3 to 5 μM. For example, if the length is 4 cm or more in each case, the separation of silicate ions and the acid dissociation constant pKa = 6 in the water eluent or the water-methanol mixed eluent when the flow rate is 1 mL / min or less. The following anions can be efficiently converted to water. Further, minimizing the occurrence of secondary contamination after the measurement can be carried out only with water in the measurement process, and therefore there is almost no (low) pollution except for the 100 μL injection sample. As a result, the detection of weak acids with pKa = 8 or more and the removal of dissolved carbonic acid in the eluent are also efficiently removed, so that the baseline is reduced and the detection limit is increased, and an effective preliminary processing method in a wide range of fields. Application as is possible.

本発明では、フェノール類、アルコール類等の分離計測については、フェノール類、アルコール類等を含有する水溶液を、水素型陽イオン交換樹脂カラムによって分離検出を行う際に、妨害となる高濃度の強酸(硫酸、塩化物、硝酸、あるいはリン酸)や弱酸(フッ化水素、脂肪族カルボン酸等)を除去するために、プレカラムとして、水酸化物型陰イオン交換樹脂カラムを、試料導入部と分離カラムの間に接続する。これによって、妨害イオンを交換反応により水に変換し、分析対象物質であるフェノール類、アルコール類等を効率的に検出することが可能となる。更に、陰イオンのイオン排除用分離カラムである水素型弱酸性陽イオン交換樹脂カラムにおいて、陰イオンが水に変換される結果、それらのイオン交換反応を受けない物質のみが、イオン排除作用により選択的に分離される。   In the present invention, for separation measurement of phenols, alcohols, etc., a high concentration strong acid that interferes when an aqueous solution containing phenols, alcohols, etc. is separated and detected by a hydrogen cation exchange resin column. In order to remove (sulfuric acid, chloride, nitric acid, or phosphoric acid) and weak acids (hydrogen fluoride, aliphatic carboxylic acid, etc.), a hydroxide type anion exchange resin column is separated from the sample inlet as a pre-column. Connect between columns. As a result, interfering ions are converted into water by an exchange reaction, and it is possible to efficiently detect phenols, alcohols, and the like, which are analysis target substances. Furthermore, in the hydrogen-type weakly acidic cation exchange resin column, which is a separation column for ion exclusion of anions, as a result of anions being converted to water, only substances that do not undergo these ion exchange reactions are selected by ion exclusion. Separated.

本発明の処理方法を適用することにより、分離計測できるフェノール類やアルコール類の具体例としては、例えば、ビスフェノールA、ノニルフェノール、メタノール、エタノール、プロパノール、オクチルフェノール、ブチルフェノール等が挙げられる。また、本発明により分離された、例えば、フェノール類は、具体的には、アセトニトリル−水溶離液を用いるUV検出吸着型クロマトグラフィーにより、アルコール類は、具体的には、水溶離液を用いるUV検出逆相高速液体クロマトグラフィーにより、高感度で計測することが可能である。   Specific examples of phenols and alcohols that can be separated and measured by applying the treatment method of the present invention include bisphenol A, nonylphenol, methanol, ethanol, propanol, octylphenol, butylphenol, and the like. Further, for example, phenols separated according to the present invention are specifically detected by UV detection adsorption chromatography using an acetonitrile-water eluent, and alcohols are specifically UV using a water eluent. It is possible to measure with high sensitivity by detection reverse phase high performance liquid chromatography.

本発明では、例えば、ケイ酸イオンを分析対象物質とした場合、分離カラムの前に、試料水中に共存する陰イオンを効率よく除去するための水酸化物イオン型弱塩基性陰イオン交換樹脂カラムを接続し、分離カラムと検出器との間に、ケイ酸イオンを強電解質に変換するアルカリ金属イオン型強酸性陽イオン交換樹脂カラム、及び極限モル伝導率の大きい化合物に変換するための陰イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂カラムを検出応答増大カラムとして接続することによって、通常のケイ酸イオンの検出に使用される電気伝導度検出器で得られた結果の300倍以上の検出感度の増大を示すことができる。   In the present invention, for example, when silicate ions are used as an analysis target substance, a hydroxide ion type weakly basic anion exchange resin column for efficiently removing anions present in the sample water before the separation column. An alkali metal ion type strongly acidic cation exchange resin column that converts silicate ions into a strong electrolyte, and an anion for conversion into a compound having a high ultimate molar conductivity, between the separation column and the detector By connecting a type strongly basic anion exchange resin column as a detection response enhancement column, the detection sensitivity is increased by more than 300 times that obtained with an electric conductivity detector used for the detection of ordinary silicate ions Can be shown.

本発明において用いられた予備処理用カラムの寿命は、例えば、検量線作成において、0.01〜2.0mMまでのケイ酸イオンの標準試料8種類を各3回、ピーク面積並びに溶出時間の再現性を算出するため、1mMケイ酸イオンの標準試料を6回、そして、水道水、湖水、河川水、及び海水の実際試料を各3回、計42回を導電率検出及びUV吸光度検出各々においてカラムに注入した場合、いずれも再生処理することなく連続使用が可能であることから、かなり長いものと考えられる。再生処理について、分離カラムは、0.1M硫酸、塩酸、硝酸のいずれかの強酸を10分間通液することによって再生が可能になる。一方、本システムに用いられるプレカラムは、0.1〜1M水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのいずれかの強塩基を10分間流通することによって再生することができる。なお、カラムの再生処理の際の溶離液流速は、カラム圧を考慮し、1min/mL以下が望ましい。   The lifetime of the pretreatment column used in the present invention is, for example, the reproduction of the peak area and elution time three times each for eight types of standard samples of silicate ions from 0.01 to 2.0 mM in preparing a calibration curve. In order to calculate the properties, the standard sample of 1 mM silicate ions was used 6 times, and the actual samples of tap water, lake water, river water, and seawater were each 3 times, 42 times in total for conductivity detection and UV absorbance detection. When injected into a column, it can be used continuously without any regeneration treatment, so it is considered to be quite long. Regarding the regeneration process, the separation column can be regenerated by passing a strong acid of 0.1 M sulfuric acid, hydrochloric acid, or nitric acid for 10 minutes. On the other hand, the precolumn used in the present system can be regenerated by flowing a strong base of 0.1 to 1M lithium hydroxide, sodium hydroxide, or potassium hydroxide for 10 minutes. The eluent flow rate during the regeneration process of the column is preferably 1 min / mL or less in consideration of the column pressure.

本発明を、医薬品あるいは食品中の、ホウ酸、フェノール類あるいはアルコール類の含有量を計測する場合に適用するにあたっては、例えば、目薬中のホウ酸を計測するには、そのほとんどが2%以下の濃度で調製されているため(薬発第755号、医療用医薬品再評価結果−その24、1985.7.30参照)、希釈及び固形物除去等の前処理工程を必要とはせず、目薬を、直接、本システムに導入することにより、他のイオン成分(マレイン酸やクエン酸等)を除去しながら計測することが可能である。また、食品に関しては、pH緩衝剤として、ホウ酸(実際には、四ホウ酸ナトリウム)が用いられていることがあり、対象となる試料の形態や温度に応じて、予め、固形物除去及び10倍以上の希釈前処理を施し、その後に、本発明のシステムに導入してホウ酸を計測する。また、フェノールの場合は、フェノール水や中水準消毒薬として、高濃度に添加されることがあり(例えば、(1)小林寛伊、大久保憲、尾家重治:消毒薬、厚生省保健医療局結核感染課監修、小林寛伊編集、消毒と滅菌のガイドライン、第1版、ヘルス出版、東京、1999;81−100、(2)石塚紀元、小林寛伊、尾家重治:消毒薬、小林寛伊編集、感染制御学、第1版、ヘルス出版、東京、1996;125−156、(3)日本医薬情報センター:医療薬日本医薬品集、医薬時報社、東京、2001、参照)、この場合には、水で希釈した後、色素等の難水性成分を、メンブランフィルターによってろ過した後、本発明のシステムに導入することにより計測される。   When the present invention is applied when measuring the content of boric acid, phenols or alcohols in pharmaceuticals or foods, for example, most of the boric acid in eye drops is 2% or less. (Refer to Yakuhin No. 755, Ethical Drug Re-evaluation Results-No. 24, 1985.7.30), so that pretreatment steps such as dilution and solids removal are not necessary. It is possible to measure while removing other ionic components (maleic acid, citric acid, etc.) by directly introducing the eye drops into the system. For foods, boric acid (actually sodium tetraborate) may be used as a pH buffering agent. Depending on the form and temperature of the target sample, solid matter removal and A dilution pretreatment of 10 times or more is performed, and then introduced into the system of the present invention to measure boric acid. In the case of phenol, it may be added at high concentration as phenol water or medium level disinfectant (for example, (1) Kobayashi Kanei, Okubo Ken, Oie Shigeharu: Disinfectant, Ministry of Health Supervised by Infection Division, Kanei Kobayashi, Disinfection and Sterilization Guidelines, 1st edition, Health Publishing, Tokyo, 1999; 81-100, (2) Ishizuka Norimoto, Kobayashi Kanei, Oie Shigeharu: Disinfectant, Kobayashi Kanei Edit, Infection Control Studies, 1st Edition, Health Publishing, Tokyo, 1996; 125-156, (3) Japan Pharmaceutical Information Center: Japanese Medicine Collection, Medicinal Times, Tokyo, 2001)), in this case After being diluted with water, it is measured by introducing a poorly water-soluble component such as a pigment through a membrane filter and then introducing it into the system of the present invention.

本発明により、(1)分離カラムのみを用いた場合に生じる、被験試料中に多く含まれる強酸性及び弱酸性の陰イオンの妨害を、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したプレカラムによって、それらをイオン交換作用により水に変換することができる、(2)それにより、電離の小さい弱酸を、イオンクロマトグラフィーあるいは高速液体クロマトグラフィーによって分離検出することができる、(3)溶離液中に溶存する炭酸も水に変換できることから、特に、導電率検出において生じるベースラインの上昇を抑え、分離後の検出感度の拡大を増幅することができる、(4)更に、上述の弱酸の検出応答を増大させたい場合は、それらを強電解質に変換するアルカリ金属イオン型強酸性陽イオン交換樹脂カラムと、検出応答の増大を助長させることができる陰イオン型強塩基製陰イオン交換樹脂カラムを接続することによって、格段に検出応答を増大させることが可能である、(5)本発明は、複雑な実験操作過程を必要としない簡便な共存陰イオン除去のための予備的処理を提供することができる、(6)特別な薬品を一切使用することなく、種々な試料中の極めて弱い酸の高感度な計測に対応する無(低)公害な水質モニタリングが可能となる、という格別の効果が奏される。   According to the present invention, (1) the interference of strong acid and weak acid anion contained in a large amount in a test sample, which occurs when only a separation column is used, is filled with a hydroxide type weakly basic anion exchange resin. They can be converted into water by ion exchange action by the precolumn, (2) whereby weak acids with low ionization can be separated and detected by ion chromatography or high performance liquid chromatography, (3) eluent Since carbon dioxide dissolved in water can also be converted to water, it is possible to suppress the rise in baseline that occurs particularly in conductivity detection, and to amplify the increase in detection sensitivity after separation. (4) Further, the detection of the weak acid described above If you want to increase the response, alkali metal ion-type strongly acidic cation exchange resin columns that convert them into strong electrolytes and increased detection response It is possible to remarkably increase the detection response by connecting an anion exchange resin column made of an anionic strong base that can be promoted. (5) The present invention requires a complicated experimental operation process. It is possible to provide a preliminary treatment for easy coexisting anion removal, and (6) no need to use any special chemicals for highly sensitive measurement of extremely weak acids in various samples. (Low) An extraordinary effect is achieved that it is possible to monitor pollution water quality.

次に、本発明を、実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited at all by the following examples.

(1)実験条件
本実施例では、1)プレカラム(予備的処理)として、水酸化物イオン型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムを用い、2)分離カラムとして、水素イオン型弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したカラムを用い、3)強電解質変換カラムとして、カリウムイオン型強酸性陽イオン交換樹脂を用い、4)検出応答増大カラムとして、導電率増大カラムとしての水酸化物イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂又はUV吸光度増大カラムとしてのヨウ化物イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂を充填したものを用いた。
(1) Experimental conditions In this example, 1) a column packed with hydroxide ion type weakly basic anion exchange resin was used as a precolumn (preliminary treatment), and 2) a hydrogen ion type weakly acidic as a separation column. Using a column filled with cation exchange resin, 3) Using potassium ion type strongly acidic cation exchange resin as strong electrolyte conversion column, 4) Hydroxide ion type as conductivity increasing column as detection response increasing column A strongly basic anion exchange resin or an iodide ion type strongly basic anion exchange resin as a UV absorbance increasing column was used.

イオンクロマトグラフの周辺装置としては、UV−8020型吸光度検出器、CM−8020型導電率検出器、DP−8020型送液ポンプ、CO−8020型カラム恒温槽及びSD−8022型オンラインデガッサー(全て東ソー製)を用いた。また、得られたデータの解析・管理は、専用のLC−8020−MODEL−IIデータプロセッサーを用いて行った。試料注入量は0.1mLとし、カラム温度は、40℃、溶離液流速は、0.5mL/minとした。   Peripheral devices of the ion chromatograph include UV-8020 type absorbance detector, CM-8020 type conductivity detector, DP-8020 type liquid feed pump, CO-8020 type column thermostat and SD-8022 type online degasser ( All manufactured by Tosoh Corporation) were used. The obtained data was analyzed and managed using a dedicated LC-8020-MODEL-II data processor. The sample injection amount was 0.1 mL, the column temperature was 40 ° C., and the eluent flow rate was 0.5 mL / min.

プレカラムには、ポリメタクリレートを担体とする弱塩基性陰イオン交換樹脂TSKgel DEAE−5PW (長さ4cm、内径4.6mm)を水酸化物イオン型として用いた。分離カラムには、親水性ポリマーである、ポリメタクリレートを担体とする弱酸性陽イオン交換樹脂TSKgel Super−IC−A/C (長15cm、内径7.8mm)を水素イオン型として用いた。強電解質変換カラムには、ポリスチレンジビニルベンゼンを担体とする強酸性陽イオン交換樹脂TSKgel SCX (長さ7.5cm、内径6mm)をカリウムイオン型として用いた。導電率増大カラムには、ポリスチレンジビニルベンゼンを担体とする強塩基性陰イオン交換樹脂TSKgel SAX(長さ5cm,内径4.8mm)を水酸化物イオン型として用い、UV吸光度増大カラムには、前記のものを、ヨウ化物イオン型として用いた。溶離液として水を用いた。   For the precolumn, a weakly basic anion exchange resin TSKgel DEAE-5PW (length 4 cm, inner diameter 4.6 mm) using polymethacrylate as a carrier was used as the hydroxide ion type. For the separation column, a weakly acidic cation exchange resin TSKgel Super-IC-A / C (15 cm long, inner diameter 7.8 mm), which is a hydrophilic polymer, polymethacrylate, was used as a hydrogen ion type. For the strong electrolyte conversion column, a strongly acidic cation exchange resin TSKgel SCX (length 7.5 cm, inner diameter 6 mm) using polystyrene divinylbenzene as a carrier was used as a potassium ion type. For the conductivity increasing column, a strongly basic anion exchange resin TSKgel SAX (length 5 cm, inner diameter 4.8 mm) using polystyrenedivinylbenzene as a carrier was used as the hydroxide ion type, and the UV absorbance increasing column was Was used as the iodide ion type. Water was used as the eluent.

図3に、この分離システムの構成を示す。図に示されるように、プレカラム(水酸化物イオン型弱塩基性陰イオン交換樹脂)1、分離カラム(水素イオン型弱酸性陽イオン交換樹脂)2、強電解質変換カラム(カリウムイオン型強酸性陽イオン交換樹脂)3、及び検出応答増大カラム(導電率の検出には水酸化物イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂、UVの検出にはヨウ化物イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂)4をおの順序で接続した。   FIG. 3 shows the configuration of this separation system. As shown in the figure, pre-column (hydroxide ion type weakly basic anion exchange resin) 1, separation column (hydrogen ion type weakly acidic cation exchange resin) 2, strong electrolyte conversion column (potassium ion type strongly acidic cation exchange resin) Ion exchange resin) 3 and a detection response increasing column (hydroxide ion type strongly basic anion exchange resin for detecting conductivity, iodide ion type strongly basic anion exchange resin for detecting UV) 4 Connected in your order.

標準試料として用いた試薬(全て和光純薬製)は、目的に応じて適宜希釈して調製した。即ち、標準試薬として、ケイ酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、硝酸ナトリウムを使用し、各々の0.1M水溶液を調製し、適宜希釈して使用した。なお、溶離液及び標準試料に用いた水は、イオン交換後の蒸留水であり、水溶離液は、それらに含まれる溶存炭酸を除去するため、予め、超音波により30分間脱気処理した後、窒素ガス封入を10分間したものを用いた。海水は、名古屋港で採取し、固形物を、孔径0.2μMのメンブランフィルターによって除去した後、イオン交換後の蒸留水で100倍希釈したものを用いた。湖水は愛知池(愛知県東郷町)、河川水は庄内川(愛知県名古屋市)、水道水は本研究所(瀬戸市)から採取した。それらは、直ちに孔径0.2μMのメンブランフィルターによってろ過した後、上記プレカラムに注入した。なお、これらの実際試料は、溶存する炭酸(炭酸水素イオンとして1mM以上)が多く含まれており、ケイ酸イオンの検出を妨害する恐れがあるため、1mM硫酸水溶液により10から100倍に希釈し、窒素ガス封入を10分間したものを用いた。   Reagents used as standard samples (all manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were prepared by diluting appropriately according to the purpose. Specifically, sodium silicate, sodium bicarbonate, sodium sulfate, sodium chloride, and sodium nitrate were used as standard reagents, and 0.1M aqueous solutions of each were prepared and used after appropriately diluted. The water used for the eluent and the standard sample is distilled water after ion exchange, and the water eluent is previously degassed with ultrasound for 30 minutes in order to remove dissolved carbonic acid contained therein. Then, nitrogen gas sealed for 10 minutes was used. Seawater was collected at the Port of Nagoya, and solids were removed by a membrane filter having a pore size of 0.2 μM, and then diluted 100 times with distilled water after ion exchange. Lake water was collected from Aichi Pond (Togo Town, Aichi Prefecture), river water was collected from Shonai River (Nagoya City, Aichi Prefecture), and tap water was collected from the Institute (Seto City). They were immediately filtered through a membrane filter having a pore size of 0.2 μM and then injected into the pre-column. Since these actual samples contain a large amount of dissolved carbonate (1 mM or more as hydrogen carbonate ions) and may interfere with detection of silicate ions, they are diluted 10 to 100 times with 1 mM sulfuric acid aqueous solution. Then, nitrogen gas sealed for 10 minutes was used.

(2)実験方法
分離カラムの前後に接続されるイオン交換樹脂カラムによる、ケイ酸イオンの導電率増大検出及び共存する陰イオンの除去効果を検討するために、試料として、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、硝酸ナトリウム及びケイ酸ナトリウム各1mMを混合した標準試料を分離カラムに注入し、各々のカラム条件における導電率応答をモニターし、得られたクロマトグラムを比較した。カラムの組み合わせは、Aは分離カラムのみ、Bは分離カラム+強電解質変換カラム、Cは分離カラム+強電解質変換カラム+導電率増大カラム、Dはプレカラム+分離カラム+強電解質変換カラム+導電率増大カラム、Eはプレカラム+分離カラム+強電解質変換カラム+UV吸光度増大カラムとした。
(2) Experimental method In order to examine the effect of detecting increased conductivity of silicate ions and the effect of removing coexisting anions by ion exchange resin columns connected before and after the separation column, sodium sulfate, sodium chloride, A standard sample mixed with 1 mM each of sodium nitrate and sodium silicate was injected into the separation column, and the conductivity response under each column condition was monitored, and the obtained chromatograms were compared. As for the combination of columns, A is a separation column only, B is a separation column + strong electrolyte conversion column, C is a separation column + strong electrolyte conversion column + conductivity increasing column, D is a pre-column + separation column + strong electrolyte conversion column + conductivity. The increase column, E, was a precolumn + separation column + strong electrolyte conversion column + UV absorbance increasing column.

(3)結果
図4(A)に示されるように、分離カラムのみでの陰イオン、特に、強酸性陰イオン1は、高い極限モル伝導率を有するために、かなり大きなピークとして検出されるが、ケイ酸イオン2のピークは、かなり弱い弱酸であるために、検出応答の小さいピークのみが検出された。図4(B)に示されるように、分離カラムの後に強電解質変換カラムを接続した場合は、弱酸イオンであるケイ酸イオンが、強電解質であるケイ酸カリウムに変換され、若干のピークの増大が見られた。
(3) Results As shown in FIG. 4 (A), the anion only in the separation column, particularly the strongly acidic anion 1, is detected as a considerably large peak because it has a high ultimate molar conductivity. Since the silicate ion 2 peak is a weak acid, only a peak with a small detection response was detected. As shown in FIG. 4B, when a strong electrolyte conversion column is connected after the separation column, the silicate ion, which is a weak acid ion, is converted to potassium silicate, which is a strong electrolyte, and a slight increase in peak is obtained. It was observed.

更に、図4(C)に示されるように、導電率増大カラムを、強電解質変換カラムと検出器の間に接続した場合は、直後でモニターされたクロマトグラムは、ケイ酸イオンが強電解質である水酸化カリウムに変換されることによって、検出応答の増大が期待されたが、ケイ酸イオンの酸解離が十分なされていなかったと考えられ、この段階での検出感度の増大は見られなかった。   Furthermore, as shown in FIG. 4C, when the conductivity increasing column is connected between the strong electrolyte conversion column and the detector, the chromatogram monitored immediately after the silicate ion is a strong electrolyte. The conversion to certain potassium hydroxide was expected to increase the detection response, but it was thought that the acid dissociation of silicate ions was not sufficient, and no increase in detection sensitivity was observed at this stage.

これを解決するために、前述の表1に示されるように、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂をプレカラムとして、分離カラムをプレカラムと接続した場合、殆どの陰イオン試料が水に変換され、ケイ酸イオンのみがその影響を殆ど受けなかった事実に基づき、上記の検出応答増大システムにある分離カラムの前に、プレカラムを接続し、ケイ酸イオンのピーク増大を試みた結果、図4(D)に示されるように、強酸の陰イオンは、ほとんど検出されなくなり、ケイ酸イオンのみの検出応答増大に関与するイオン交換作用が生じ、高い極限イオン当量伝導率を有する水酸化カリウムに効率よく変換されることによって、そのピークが劇的に増大し、検出応答(ピーク面積)が、分離カラムのみの340倍まで増大していることが分かった。これにより、ケイ酸イオンのみを検出することが可能となったが、仮に1mM以上の炭酸水素イオンが含まれているような実際試料を用いる場合、その検出を妨害することが予想されるため、予め、1mM硫酸水溶液によりpH3以下に保ち、窒素ガス封入を10分間して、炭酸を完全に除去したものを使用することが好ましい。   In order to solve this, as shown in Table 1 above, when a hydroxide type weakly basic anion exchange resin is used as a precolumn and a separation column is connected to the precolumn, most anion samples are converted to water. Based on the fact that only the silicate ions were hardly affected by this, the result of an attempt to increase the peak of silicate ions by connecting a pre-column before the separation column in the detection response enhancement system described above was shown in FIG. As shown in (D), the anion of the strong acid is hardly detected, and an ion exchange action involved in increasing the detection response of only the silicate ion occurs, which is effective for potassium hydroxide having a high ultimate ion equivalent conductivity. With good conversion, it was found that the peak increased dramatically and the detection response (peak area) increased to 340 times that of the separation column alone. As a result, it is possible to detect only silicate ions. However, if an actual sample containing 1 mM or more hydrogen carbonate ions is used, it is expected to interfere with the detection. It is preferable to use a solution in which carbonic acid is completely removed by preliminarily maintaining the pH at 3 or less with a 1 mM sulfuric acid aqueous solution and nitrogen gas sealing for 10 minutes.

図4(E)に、前記と同様のシステムを用い、導電率増大カラムの代わりに、ヨウ化物イオン型強塩基性陰イオン交換樹脂を充填したUV吸光度増大カラムを接続した場合のケイ酸イオンのクロマトグラムを示す。この図に示されるように、前記の導電率増大の場合と同様の効果が得られ、UV吸光度を検出器とした場合でも、有効であることが実証された。   In FIG. 4 (E), using the same system as described above, instead of the conductivity increasing column, the silicate ion in the case of connecting a UV absorbance increasing column packed with an iodide ion type strongly basic anion exchange resin is connected. A chromatogram is shown. As shown in this figure, the same effect as that in the case of increasing the conductivity was obtained, and it was proved that it is effective even when the UV absorbance is used as a detector.

本発明では、上述のシステムにおいて、水溶離液のみでのイオン排除分離及び検出応答の増大が可能であるが、溶離液流速が1mL/min以上になると、カラム圧は上昇し、カラム内に充填されたイオン交換樹脂に大きなダメージを与えるため、短時間内(例えば、10分以内)に検出することは、通常困難である。そのため、一般的に、メタノールやアセトニトリル等の有機溶媒を水溶離液に添加することがあり、また、有機溶媒の添加は、純水よりも粘性が低いことから、カラム内抵抗が減少し、イオン交換樹脂に対する負担が軽減される利点がある。ただし、ケイ酸試料の解離状態が水溶離液よりも更に抑制されることから、検出感度は減少するが、感度よりもカラム寿命を考慮したい場合は、10%以下の有機溶媒を溶離液に添加することによって、長期間保存することができる。なお、これによって、ケイ酸イオンの溶出挙動(溶出時間並びにピーク形状等)が大きく変化することはない。   In the present invention, ion exclusion separation and detection response can be increased with only the water eluent in the above-described system. However, when the eluent flow rate becomes 1 mL / min or more, the column pressure rises and fills the column. It is usually difficult to detect within a short period of time (for example, within 10 minutes), because the ion exchange resin is greatly damaged. Therefore, in general, an organic solvent such as methanol or acetonitrile may be added to the water eluent, and the addition of the organic solvent has a lower viscosity than pure water, so that the resistance in the column decreases, and the ion There is an advantage that the burden on the exchange resin is reduced. However, since the dissociation state of the silicic acid sample is further suppressed than that of the water eluent, the detection sensitivity is reduced. However, when considering the column life rather than the sensitivity, an organic solvent of 10% or less is added to the eluent. It can be stored for a long time. This does not greatly change the elution behavior of silicate ions (elution time, peak shape, etc.).

図5に、ケイ酸イオンの注入濃度の増大に伴うピークの増加をプロットした結果を示す(試料注入量100μL)。図に示されるように、導電率及びUV吸光度検出の両方において、0.01〜2.0mMの濃度範囲で直線性が示された。表2に、ケイ酸イオンの検出応答の検出限界及びピーク面積の再現性及び溶出時間の再現性を示す。   FIG. 5 shows the results of plotting the increase in peak with increasing silicate ion injection concentration (sample injection amount 100 μL). As shown in the figure, linearity was shown in the concentration range of 0.01 to 2.0 mM in both conductivity and UV absorbance detection. Table 2 shows the detection limit of the detection response of silicate ions, the reproducibility of the peak area, and the reproducibility of the elution time.

Figure 0004665154
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表2に示された値は、連続6回の測定で得られた結果を示す。検出限界及び再現性を検討する際に注入されたケイ酸イオンの濃度は1mMであり、検出限界は、シグナル/ノイズ比3で行った場合の値である。他の計測条件は、図2の場合と同じである。   The values shown in Table 2 show the results obtained from 6 consecutive measurements. The concentration of silicate ions injected when examining the detection limit and reproducibility is 1 mM, and the detection limit is a value obtained when the signal / noise ratio is 3. Other measurement conditions are the same as in the case of FIG.

本発明の実際試料への応用として、種々な試料中のケイ酸イオンの定量に適用することを検討した。図6に示されるように、湖沼水、河川水、海水及び水道水中に含まれているケイ酸イオンが、他の陰イオンの妨害を受けることなく、良好に検出されることが分かった。更に、本発明で得られた計測結果を検証するために、モリブデン酸ナトリウム、スルファミン酸及びクエン酸を用いる比色法により同様にケイ酸イオンの定量を行った。表3に、種々の水試料中に含まれるケイ酸イオンの濃度を示す。比色においては、HACH社製シリカ計測用キットを用い、試料中のケイ酸イオンを呈色させ、HACH社製の分光光度計DR4000型を用い、本発明による結果と同様にケイ素として定量した。   As an application of the present invention to an actual sample, application to the quantification of silicate ions in various samples was examined. As shown in FIG. 6, it was found that silicate ions contained in lake water, river water, seawater, and tap water can be detected well without being disturbed by other anions. Furthermore, in order to verify the measurement results obtained in the present invention, silicate ions were similarly determined by a colorimetric method using sodium molybdate, sulfamic acid and citric acid. Table 3 shows the concentration of silicate ions contained in various water samples. In colorimetry, a silica measurement kit manufactured by HACH was used to color silicate ions in the sample, and the spectrophotometer DR4000 manufactured by HACH was used to quantify silicon as in the results of the present invention.

Figure 0004665154
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実際の試料水は、10倍に蒸留後の脱イオン水により希釈したものを用いた。その結果、表3に示されるように、両者によるケイ酸イオンの計測結果がかなり一致していることが分かった。   The actual sample water used was diluted 10 times with deionized water after distillation. As a result, as shown in Table 3, it was found that the measurement results of silicate ions by both of them were in good agreement.

本実施例において、分離カラム後に接続される2本のカラムは、1meq/mL以上の高交換容量を有するものであり、これらのカラムの寿命は、かなり長いものと考えられる。例えば、検量線の作成において、0.01〜2.0mMまでのケイ酸イオンの標準試料8種類を各3回、ピーク面積並びに溶出時間の再現性を算出するため、1mMケイ酸イオンの標準試料を6回、そして、海水及び河川水の実際試料を各3回、計42回カラムに注入した場合、いずれも再生処理することなく、連続使用が可能であった。再生処理については、分離カラムは、0.1M硫酸、塩酸、硝酸のいずれかの強酸を10分間通液することによって再生が可能になる。検出器が導電率の場合、プレカラム、強電解質変換カラム及び検出器応答増大カラムを直列に接続し、0.1〜1M水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのいずれかの強塩基を10分間流通することによって、同時に再生することができる。なお、カラムの再生処理の際の溶離液の流速は、カラム圧を考慮し、1min/mL以下で行うことが好ましい。   In this example, the two columns connected after the separation column have a high exchange capacity of 1 meq / mL or more, and the lifetime of these columns is considered to be considerably long. For example, in order to calculate the reproducibility of peak area and elution time three times each for eight types of standard samples of silicate ions from 0.01 to 2.0 mM in the preparation of a calibration curve, a standard sample of 1 mM silicate ions When the actual samples of seawater and river water were injected into the column a total of 42 times a total of 42 times, all could be used continuously without any regeneration treatment. Regarding the regeneration treatment, the separation column can be regenerated by passing a strong acid of 0.1 M sulfuric acid, hydrochloric acid, or nitric acid for 10 minutes. When the detector has conductivity, a pre-column, a strong electrolyte conversion column, and a detector response increasing column are connected in series, and a strong base of 0.1 to 1M lithium hydroxide, sodium hydroxide, or potassium hydroxide is added. By circulating for a minute, it can be played back simultaneously. The flow rate of the eluent during the column regeneration treatment is preferably 1 min / mL or less in consideration of the column pressure.

本実施例では、脂肪族アルコール類である、メタノール、エタノール及び2-プロパノールの逆相型高速液体クロマトグラフィーにおける、共存陰イオンの予備的処理について実験を行った。   In this example, an experiment was conducted on the preliminary treatment of coexisting anions in reversed-phase high-performance liquid chromatography of methanol, ethanol, and 2-propanol, which are aliphatic alcohols.

(1)実験条件
プレカラムである、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂カラム(TSKgel DEAE-5PW)とイオン排除分離カラムである、水素型弱酸性陽イオン交換樹脂カラム(TSKgel Super-IC-A/C)を用い、アルコール類の分離システムを構築し、溶離液として水を用い、UV検出波長190nmによりアルコール類の分離行った。標準試料として、アルコール類のメタノール、エタノール、2−プロパノールの各々1%溶液を調製し、共存する陰イオンの高濃度の硝酸及びヨウ化物イオン(各10mM)を調製し、これらを混合したものを使用した。溶離液流速は1mL/minとし、その他の条件は前記実施例1と同様とした。
(1) Experimental conditions Pre-column, hydroxide type weakly basic anion exchange resin column (TSKgel DEAE-5PW) and ion exclusion separation column, hydrogen type weakly acidic cation exchange resin column (TSKgel Super-IC-) A / C) was used to construct a separation system for alcohols, and water was used as the eluent to separate the alcohols with a UV detection wavelength of 190 nm. As standard samples, prepare 1% solutions of alcohols in methanol, ethanol, and 2-propanol, and prepare high concentrations of coexisting anions of nitric acid and iodide ions (each 10 mM). used. The eluent flow rate was 1 mL / min, and other conditions were the same as in Example 1.

(2)実験方法及び結果
標準試料を上記分離システムに導入し、プレカラム及びイオン排除分離カラムで分離処理した。その結果、共存しているUV吸収を持つ陰イオン(硝酸及びヨウ化物イオン)は、ほぼ100%水に変換され、水溶離液中のアルコール類のみが通過し、この段階でアルコール類のイオン排除分離カラム内の固定相への吸着作用によって、高濃度の共存陰イオンに妨害されることなく分離検出が達成された(図7)。更に、イオン排除分離カラムの代わりに逆相HPLCカラムをプレカラムの後に接続したとき、プレカラムを通過した共存陰イオンである硝酸イオン及びヨウ化物イオンは、UV吸収を持たない、水酸化物イオンに変換され、アルコール類のみのUV検出が可能であることがわかった。なお、本実施例では、UV検出器を用いてアルコール類を検出したが、示差屈折率検出(例えば、昭和電工製)を用いることによっても、高感度に検出できることがわかった。
(2) Experimental method and result The standard sample was introduced into the separation system and separated by a pre-column and an ion exclusion separation column. As a result, coexisting anions with UV absorption (nitric acid and iodide ions) are converted to almost 100% water, and only alcohols in the water eluent pass through. Separation and detection were achieved without being disturbed by the high concentration of coexisting anions due to the adsorption action on the stationary phase in the separation column (FIG. 7). Furthermore, when a reverse-phase HPLC column is connected after the precolumn instead of the ion exclusion separation column, nitrate ions and iodide ions, which are coexisting anions that have passed through the precolumn, are converted to hydroxide ions that do not have UV absorption. It was found that UV detection of only alcohols was possible. In this example, alcohols were detected using a UV detector, but it was found that high sensitivity can also be detected by using differential refractive index detection (for example, manufactured by Showa Denko).

本実施例では、フェノールの吸着クロマトグラフィーにおける、共存陰イオンの予備的処理について実験を行った。   In this example, an experiment was conducted on the preliminary treatment of coexisting anions in phenol adsorption chromatography.

(1)実験条件
プレカラムである水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂カラム(TSKgel DEAE-5PW)と、イオン排除分離カラムである水素型弱酸性陽イオン交換樹脂カラム(TSKgel Super-IC-A/C)を用いて、フェノールの分離システムを構築し、溶離液としては、40%アセトニトリル-60%水混合溶離液を使用し、検出波長215nmのUV検出によりフェノールを分離計測した。添加された標準試料は、1mMフェノールに、UV吸収を有する10mM硝酸及び10mMヨウ化物イオンを混合したものを用いた。溶離液流速は1.2mL/minとし、その他の条件は実施例1と同様とした。
(1) Experimental conditions Pre-column hydroxide type weakly basic anion exchange resin column (TSKgel DEAE-5PW) and ion-exclusion separation column hydrogen type weakly acidic cation exchange resin column (TSKgel Super-IC-A) / C) was used to construct a phenol separation system. As the eluent, 40% acetonitrile-60% water mixed eluent was used, and phenol was separated and measured by UV detection with a detection wavelength of 215 nm. As the added standard sample, 1 mM phenol mixed with 10 mM nitric acid having UV absorption and 10 mM iodide ion was used. The eluent flow rate was 1.2 mL / min, and other conditions were the same as in Example 1.

(2)実験方法及び結果
前記実施例2での記載と同じシステムを導入し、フェノールを分離した。その結果、共存しているUV吸収を持つ陰イオン(硝酸及びヨウ化物イオン)は、215nmの検出波長において、約98%水に変換され、フェノールは、それらの影響を受けずに高感度にUV検出することができた(図8)。更に、イオン排除分離カラムの代わりに逆相HPLCカラムをプレカラムの後に接続し場合、プレカラムを通過した共存陰イオンである硝酸イオン及びヨウ化物イオンは、UV吸収を持たない、水酸化物イオンに変換され、フェノールのみのUV検出が可能であることがわかった。なお、本実施例では、UV検出器を用いてフェノールを検出したが、電気化学検出(例えば、東亜DKK製)を用いることによっても、高感度に検出できることがわかった。
(2) Experimental method and results The same system as described in Example 2 was introduced to separate phenol. As a result, coexisting anions with UV absorption (nitric acid and iodide ions) are converted to about 98% water at a detection wavelength of 215 nm, and phenol is highly sensitive to UV without being affected by them. It could be detected (FIG. 8). In addition, when a reverse-phase HPLC column is connected after the precolumn instead of the ion exclusion separation column, nitrate ions and iodide ions, which are coexisting anions that have passed through the precolumn, are converted to hydroxide ions that do not have UV absorption. It was found that UV detection of phenol alone was possible. In this example, phenol was detected using a UV detector, but it was found that it can also be detected with high sensitivity by using electrochemical detection (for example, manufactured by Toa DKK).

以上詳述したように、本発明は、種々な被験試料中のホウ酸やケイ酸等の弱酸や、フェノールやメタノール等の極めて弱い酸を分離計測するに当たり、多量に共存する、炭酸よりも強い酸性の陰イオンを、水酸化物型陰イオン性交換樹脂カラムと分離カラムである水素型陽イオン交換カラムの組み合わせにより、それらのイオン交換作用を利用し、共存する陰イオンを水に変換し、上述の分析対象試料のみの分離検出を達成する処理装置及び方法に係るものであり、例えば、次のような、更なる展開が期待される有用なものである。本発明は、環境試料中や生体試料中の、ホウ酸やケイ酸等の非常に弱い酸を分離計測する際に、多量に共存する陰イオンを、水酸化物イオンを吸着させた弱塩基性陰イオン交換樹脂カラムと水素イオンを吸着させた弱酸性陽イオン交換樹脂カラムにより、それらのイオン交換樹脂でのイオン交換反応を利用して水に変換し、水中で、極弱い電離状態にあるホウ酸やケイ酸等の弱酸、加えてフェノール類やアルコール類等を効率よく計測することを可能とする。実際の環境試料や生体試料を計測するにあたり、特別な化学薬品を用いることなく、水による希釈や固形物除去による前処理のみで分離カラムに注入でき、容易に分離検出が可能である。また、共存陰イオンの予備的処理に用いられるプレカラム及び分離カラムはいずれの充填剤も親水性ポリマーであるため、脂肪族カルボン酸のような不純物が共存していても、カラム内樹脂相とそれらとの疎水吸着を効果的に抑制でき、再現性のある実験及びカラムの長寿命化が期待される。   As described in detail above, the present invention is stronger than carbonic acid, which coexists in a large amount in separating and measuring weak acids such as boric acid and silicic acid and extremely weak acids such as phenol and methanol in various test samples. By combining acidic anions with hydroxide type anion exchange resin columns and separation type hydrogen cation exchange columns, their ion exchange action is used to convert coexisting anions into water, The present invention relates to a processing apparatus and method that achieves separation and detection of only the sample to be analyzed, and is useful, for example, where further development is expected as follows. The present invention provides a weak basicity in which a large amount of anions adsorb hydroxide ions when separating and measuring very weak acids such as boric acid and silicic acid in environmental samples and biological samples. An anion exchange resin column and a weakly acidic cation exchange resin column adsorbed with hydrogen ions are converted into water by using the ion exchange reaction of these ion exchange resins, and the water is in a very weakly ionized state in water. It enables efficient measurement of weak acids such as acids and silicic acids, as well as phenols and alcohols. When measuring an actual environmental sample or biological sample, it can be injected into a separation column only by a pretreatment by diluting with water or removing a solid substance without using a special chemical, and can be easily separated and detected. In addition, since both the pre-column and separation column used for the pretreatment of the coexisting anion are hydrophilic polymers, even if impurities such as aliphatic carboxylic acid coexist, the resin phase in the column and those Can be effectively suppressed, and reproducible experiments and longer column life are expected.

また、本発明は、高塩濃度を含む試料水を、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、強電解質の水酸化物型に変換後、水素型弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、水に変換することができることから、イオン交換水を製造する処理装置及び方法として有用である。更に、本発明を使用したシステムは、弱酸を分離する際に用いられる溶離液が、脱イオン化した蒸留水のみであることから、2次汚染を極力低減させた計測法として有用であるばかりか、本発明の、微量成分を迅速、高感度に分離計測可能な特徴を生かし、環境計測システムの分野だけでなく、無(低)公害なものつくりを目指す新しい分野(グリーンケミストリー)における「2次汚染防止のための安全管理システム」へ展開することによって、一層の利用拡大が期待される。   In addition, the present invention is a method in which sample water containing a high salt concentration is passed through a column packed with a hydroxide-type weakly basic anion exchange resin to convert it into a strong electrolyte hydroxide-type, and then a hydrogen-type weakly. Since it can be converted into water by passing through a column filled with an acidic cation exchange resin, it is useful as a treatment apparatus and method for producing ion exchange water. Furthermore, the system using the present invention is not only useful as a measurement method that reduces secondary contamination as much as possible because the eluent used to separate weak acids is only deionized distilled water. Utilizing the features of the present invention capable of separating and measuring trace components quickly and with high sensitivity, not only in the field of environmental measurement systems, but also in a new field (green chemistry) that aims to create pollution-free (low chemistry) “secondary pollution” By expanding into a “safety management system for prevention”, further expansion of use is expected.

共存陰イオンの除去を目的とした予備処理システムの概略図を示す。1 shows a schematic diagram of a pretreatment system for the purpose of removing coexisting anions. プレカラムと分離カラムの組み合わせによる強酸・弱酸イオンの除去効果を示す。The removal effect of strong acid and weak acid ion by the combination of pre-column and separation column is shown. ケイ酸イオンに対する導電率検出増大システムの概要を示す。1 shows an overview of an enhanced conductivity detection system for silicate ions. 強電解変換カラム、検出応答増大カラムによるケイ酸イオンの溶出挙動、並びに、更にプレカラムを設置した場合のケイ酸イオンの溶出挙動を示す。The elution behavior of silicate ions by a strong electrolytic conversion column and a detection response increasing column, and the elution behavior of silicate ions when a pre-column is further installed are shown. ケイ酸イオンの試料注入濃度の変化に伴うピーク面積の変化を示す。(◆)は導電率検出による値、(○)はUV吸光度検出による値、である。The change of the peak area accompanying the change of the sample injection density | concentration of a silicate ion is shown. (♦) is a value based on conductivity detection, and (◯) is a value based on UV absorbance detection. 海水及び河川水中のケイ酸イオンの測定結果を示す。Aは海水(100倍希釈)、Bは河川水(10倍希釈)であり、ケイ酸イオンのピークを矢印で示す。The measurement result of silicate ion in seawater and river water is shown. A is seawater (100-fold dilution), B is river water (10-fold dilution), and the peak of silicate ions is indicated by arrows. プレカラムと分離カラムの組合せによる硝酸及びヨウ化物イオンの除去効果と脂肪族アルコール類の分離検出を示す(プレカラム:弱塩基性陰イオン効果樹脂TSKgel DEAE-5PW (水酸化物イオン型);分離カラム:弱酸性陽イオン交換樹脂TSKgel Super-IC-A/C (水素イオン型); クロマトグラム:左図:プレカラムなし、右図:プレカラムあり)。The removal effect of nitric acid and iodide ions and the separation detection of aliphatic alcohols by the combination of a precolumn and a separation column are shown (precolumn: weakly basic anion effect resin TSKgel DEAE-5PW (hydroxide ion type); separation column: Weakly acidic cation exchange resin TSKgel Super-IC-A / C (hydrogen ion type); Chromatogram: left figure: no precolumn, right figure: with precolumn). プレカラムと分離カラムの組合せによる硝酸及びヨウ化物イオンの除去効果とフェノールの分離検出を示す(プレカラム:弱塩基性陰イオン効果樹脂TSKgel DEAE-5PW (水酸化物イオン型);分離カラム:弱酸性陽イオン交換樹脂TSKgel Super-IC-A/C (水素イオン型); クロマトグラム:左図:プレカラムなし、右図:プレカラムあり)。Shows removal effect of nitrate and iodide ions and separation and detection of phenol by combination of pre-column and separation column (pre-column: weakly basic anion effect resin TSKgel DEAE-5PW (hydroxide ion type); separation column: weakly acidic cation Ion exchange resin TSKgel Super-IC-A / C (hydrogen ion type); Chromatogram: Left figure: no precolumn, right figure: with precolumn).

符号の説明Explanation of symbols

(図2の符号)
1:ギ酸
2:酢酸
3:プロピオン酸
4:酪酸
5:炭酸
6:吉草酸
(図3の符号)
1:プレカラム(水酸化物イオン型弱塩基性陰イオン交換樹脂カラム)
2:分離カラム(水素イオン型弱酸性陽イオン交換樹脂カラム)
3:強電解質変換カラム(強酸性陽イオン交換樹脂カラム)
4:検出応答増大カラム(強塩基性陰イオン交換樹脂カラム)
(図4の符号)
1:強酸性陰イオン
2:ケイ酸イオン
(Reference in FIG. 2)
1: Formic acid 2: Acetic acid 3: Propionic acid 4: Butyric acid 5: Carbonic acid 6: Valeric acid (reference numeral in FIG. 3)
1: Pre-column (hydroxide ion type weakly basic anion exchange resin column)
2: Separation column (hydrogen ion type weakly acidic cation exchange resin column)
3: Strong electrolyte conversion column (strongly acidic cation exchange resin column)
4: Detection response increasing column (strongly basic anion exchange resin column)
(Reference in FIG. 4)
1: Strongly acidic anion 2: Silicate ion

Claims (13)

被処理試料水中に共存する強酸性及び/又は弱酸性の陰イオンを処理する装置において、共存する陰イオンを強電解質の水酸化物型に変換する手段、及び上記強電解質をイオン交換反応を原理として水に変換する手段を具備した共存陰イオン処理装置であって、
1)上記水酸化物型に変換する手段が、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムからなり、2)上記水に変換する手段が、水素型弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したカラムからなり、被処理試料水が、炭酸よりも弱い酸を溶存する水であり、上記変換を、溶離液を用いて行い、それにより、炭酸よりも弱い酸を分離計測するようにしたことを特徴とする共存陰イオン処理装置。
In a device for treating strongly acidic and / or weakly acidic anions coexisting in the sample water to be treated, means for converting the coexisting anions into a hydroxide type of strong electrolyte, and the principle of ion exchange reaction of the strong electrolyte As a coexisting anion treatment device comprising means for converting to water,
1) The means for converting to the hydroxide type comprises a column packed with a hydroxide type weakly basic anion exchange resin. 2) The means for converting to water comprises a hydrogen type weakly acidic cation exchange resin. It consists of a packed column, and the sample water to be treated is water in which an acid weaker than carbonic acid is dissolved, and the above conversion is performed using an eluent, thereby separating and measuring an acid weaker than carbonic acid. Coexisting anion treatment apparatus characterized by that.
炭酸よりも弱い酸が、ケイ酸、ホウ酸、ヒ酸、シアン化水素、アルコール類、フェノール類又は糖アルコールである請求項1に記載の装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the acid weaker than carbonic acid is silicic acid, boric acid, arsenic acid, hydrogen cyanide, alcohols, phenols or sugar alcohol. 溶離液として、水又は水と有機溶媒の混合溶媒を用いる請求項1に記載の装置。   The apparatus according to claim 1, wherein water or a mixed solvent of water and an organic solvent is used as an eluent. 被処理試料水が、生活排水あるいは工場廃水、アルコール類を溶存する活性汚泥処理水、医薬品又は食品中のホウ酸、フェノール類あるいはアルコール類を計測するための試料水、又は脱イオン水に変換する高塩濃度水である請求項1に記載の装置。   Sample water to be treated is converted into domestic wastewater or factory wastewater, activated sludge treated water in which alcohols are dissolved, sample water for measuring boric acid, phenols or alcohols in pharmaceuticals or foods, or deionized water The apparatus of claim 1, wherein the apparatus is high salt water. 共存する陰イオンを強電解質の水酸化物型に変換する手段、及び上記強電解質をイオン変換反応を原理として水に変換する手段を備え、1)上記水酸化物型に変換する手段が、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムからなり、2)上記水に変換する手段が、水素型弱酸性陽イオン変換樹脂を充填したカラムからなり、被処理試料水が、炭酸よりも弱い酸を溶存する水であり、上記の変換を溶離液を用いて行い、それにより、炭酸よりも弱い酸である、ケイ酸、ホウ酸、ヒ酸、シアン化水素、アルコール類、フェノール類又は糖アルコールを分離計測するようにしたことを特徴とする水質モニタリング装置。 A means for converting the coexisting anion into a hydroxide type of a strong electrolyte, and a means for converting the strong electrolyte into water on the principle of an ion conversion reaction; 1) a means for converting the strong electrolyte into a hydroxide type; consists column packed with oxide weakly basic anion exchange resin, 2) means for converting the water, consists of a column packed with a hydrogen form weak acid cation conversion resin, treated water sample, from carbonate Is a water in which weak acids are dissolved, and the above conversion is carried out using an eluent, whereby silicic acid, boric acid, arsenic acid, hydrogen cyanide, alcohols, phenols or sugars, which are weaker acids than carbonic acid. A water quality monitoring device characterized by separating and measuring alcohol . 被処理試料水中に共存する強酸性及び/又は弱酸性の陰イオンを処理する方法において、上記試料水を水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、共存する陰イオンを強電解質の水酸化物型に変換し、次いで、これを水素型弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、イオン交換反応を原理として水に変換する共存陰イオンの処理方法であって、
被処理試料水が、炭酸よりも弱い酸を溶存する水であり、上記変換を、溶離液を用いて行い、それにより、炭酸よりも弱い酸を分離計測することを特徴とする共存陰イオンの処理方法。
In the method for treating strongly acidic and / or weakly acidic anions coexisting in the sample water to be treated, the sample water is allowed to coexist by passing through a column packed with a hydroxide type weakly basic anion exchange resin. An anion is converted into a hydroxide type of strong electrolyte, and then passed through a column packed with a hydrogen-type weakly acidic cation exchange resin to convert coexisting anions into water based on the principle of ion exchange reaction. A processing method,
The sample water to be treated is water in which an acid weaker than carbonic acid is dissolved, and the above conversion is performed using an eluent, thereby separating and measuring an acid weaker than carbonic acid. Processing method.
炭酸よりも弱い酸を溶存する被験試料水から、妨害となる、共存する強酸性及び/又は弱酸性の陰イオンを除去するために、該試料水を、水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、強電解質の水酸化物型に変換し、次いで、これを水素型弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、イオン交換反応を原理として水に変換する請求項6に記載の方法。   In order to remove interfering strong acidic and / or weakly acidic anions from the test sample water in which an acid weaker than carbonic acid is dissolved, the sample water is subjected to hydroxide type weak basic anion exchange. By passing through a column filled with a resin, it is converted to a hydroxide type of strong electrolyte, and then this is passed through a column filled with a hydrogen-type weakly acidic cation exchange resin to make the ion exchange reaction a principle. The process according to claim 6, wherein the process is converted to water. 炭酸よりも弱い酸が、ケイ酸、ホウ酸、ヒ酸、シアン化水素、アルコール類、フェノール類又は糖アルコールである請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the acid weaker than carbonic acid is silicic acid, boric acid, arsenic acid, hydrogen cyanide, alcohols, phenols or sugar alcohol. 溶離液として、水又は水と有機溶媒の混合溶媒を用いる請求項6又は7に記載の方法。   The method according to claim 6 or 7, wherein water or a mixed solvent of water and an organic solvent is used as an eluent. 生活排水あるいは工場廃水を処理する請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein domestic wastewater or factory wastewater is treated. アルコール類を溶存する活性汚泥処理水を処理する請求項7に記載の方法。   The method of Claim 7 which processes the activated sludge treated water which dissolves alcohols. 医薬品あるいは食品中のホウ酸、フェノール類あるいはアルコール類の含量を計測するための試料水を処理する請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the sample water for measuring the content of boric acid, phenols or alcohols in pharmaceuticals or foods is treated. 試料水を、脱イオン水に変換する前処理として、それを水酸化物型弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、強電解質の水酸化物型に変換した後、これを水素型弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したカラムを通過させることにより、イオン交換反応を原理として水に変換する請求項6に記載の方法。   As a pretreatment to convert the sample water into deionized water, it is converted to a strong electrolyte hydroxide type by passing it through a column packed with a hydroxide type weakly basic anion exchange resin. The method according to claim 6, wherein the water is passed through a column packed with a hydrogen-type weakly acidic cation exchange resin to convert it into water based on an ion exchange reaction.
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