JP5139395B2

JP5139395B2 - 鉛イオンの簡易分析器及びそれを用いた鉛イオンの分析方法

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Publication number: JP5139395B2
Application number: JP2009240898A
Authority: JP
Inventors: 完治岡内; 宏子本多; 陽子今田
Original assignee: 株式会社共立理化学研究所
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2029-10-19
Also published as: JP2011085560A

Description

本発明は、鉛イオンの濃度を測定する簡易分析器とそれを用いた鉛イオンの分析方法に関する。

本出願人は、現場での水質検査などで使用する簡易分析器として「パックテスト」（登録商標）を開発し、改良を重ねて好評を得ている（特許文献１）。このパックテスト（登録商標）は樹脂チューブに分析対象物質に反応する発色試薬が密封された分析器である。試料液をチューブ内に吸い込んで発色試薬と反応させ、その発色の色合いにより分析対象物質の濃度を測定するものである。
ところで、重金属の水質汚濁に係る環境基準と排水基準は、ｐｐｂ（＝μｇ／Ｌ）オーダーと極めて低い濃度レベルに設定されている。そのため、現場においてはパックテスト（登録商標）の発色試薬との反応による呈色を他の光度計等の装置を併用して検出するか、あるいは、現場で採水した試料液を研究室にいったん持ち帰り、精密な検出装置で測定することが求められていた。

重金属のうちで鉛は人体や環境に与える有害性が高く、工業排水基準として０．１ｐｐｍ以下、環境基準として１０ｐｐｂ以下と定められている。そのため、低濃度の鉛イオンの濃度を測定する鉛イオンの測定方法が提案されている（特許文献２）。この方法では、鉛イオンを選択的に捕捉することができる繊維状リン酸セリウムを含有する濾過膜を用いている。この濾過膜に対して試料液を通過させ、試料液中の鉛イオンを濾過膜上に選択的に捕捉させた後、この濾過膜に発色試薬を接触させて発色させ、この発色度合いによって鉛イオンを測定するというものである。

特許文献２で用いられる濾過膜は、濾紙状薄膜が好ましいとされ、繊維状リン酸セリウムと他の繊維材料（例えばセルロース繊維等）とを水に分散した混合スラリーを、濾過器に取り付けた濾紙上に全面的に供し濾過処理に付し乾燥した後、濾紙から剥がすなどの手法によって作成される。作成された濾過膜を使用する際には、例えば直径３０ｍｍ程度の小片として切り出し、この小片をセパラブルフィルターで挟み込むようにセッティングし、これが鉛イオンを含む試料液の濾過材として使用される。

特許第４１２５６０３号公報特開２００６−２３１３２号公報

しかしながら、繊維状リン酸セリウムを含有する濾過膜は非常に硬く脆いため、小片に切り出す作業は高度な熟練を要し、一般には困難を伴う。仮に切り出したとしても、この小片を更に所定のフィルターホルダーで挟み込むというセッティング作業が必要となる。
更に、切り出し作業により「使用されない部分」が生じるとともに、例えば直径３０ｍｍに切り出した小片のうち、実際に用いられる部分は直径５ｍｍであるため、せっかく作成した繊維状リン酸セリウムを含有する濾過膜が無駄となり、コスト高の原因ともなっている。

また、たとえば直径５ｍｍ（濾過面積０．２ｃｍ^２）の濾過膜について単位面積あたりの濾過量を５００ｍｌ／ｃｍ^２とするため、試料液１００ｍｌが必要であり、ポンプ装置を用いて１０分かけて濾過している。そして濾過後には鉛イオンを捕捉した濾過膜を発色試薬に浸漬するため、フィルターホルダーをあけて濾過膜を取り出さなくてはならない。さらに、発色処理後の濾過膜の色はＴＬＣスキャナーや色彩色差計を用いて測定され、あらかじめ作成した検量線にあてはめて濃度が決定される。このように前処理や後処理が複雑であると共に時間がかかり、装置や測定機器が必要であるなど、必ずしも現場で簡易迅速に鉛イオンを測定できるものとなっていない。

そこで本発明は上述した点に鑑み案出されたもので、その目的は濾過膜の切り出し作業やセッティング作業を不要とし、現場で簡易迅速に鉛イオンの測定を可能とする繊維状リン酸セリウムを含有する鉛イオン補足膜を予め備えた簡易分析器およびこれを用いた鉛イオン分析方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の鉛イオンの簡易分析器は、上流側の開口部を広口にするとともに上流側の開口部から下流側の開口部へと通過させる貫通孔と、前記貫通孔の途中に設けられる基礎濾過材と、上流側の開口部に対して繊維状リン酸セリウムを含有するスラリーを供給することにより前記基礎濾過材の表面に前記繊維状リン酸セリウムを定着させてなる鉛イオン捕捉膜とを有し、前記鉛イオン捕捉膜は前記貫通孔の上流側の開口部から直視できるように表出されている。

上記構成によれば、現場において簡易分析器の上流側の開口部に鉛イオンを含む試料液を供給すれば、基礎濾過材の上に定着している鉛イオン捕捉膜に鉛イオンが選択的に捕捉される。膜に捕捉された鉛イオンは発色処理を施すことにより上流側の開口部から目視で確認でき、鉛イオンの濃度が測定される。

また、本発明の鉛イオンの簡易分析器は、前記貫通孔の上流側の開口部に嵌着して前記鉛イオン捕捉膜の一部を閉塞し試料液を鉛イオン捕捉膜の表出残部に供給する筒状の誘導部材を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、上流側の開口部に嵌着する誘導部材を通じて試料液が鉛イオン捕捉膜の表出残部に供給され、表出残部に対して試料液が単位面積あたり濃縮された状態で供給される。

また、前記誘導部材の鉛イオン捕捉膜に接する内周側端面は、突出したリング状に形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば誘導部材の突出した先端面が鉛イオン捕捉膜の内径側をリング状に押圧することにより、試料液が誘導部材の内周側のみに供給され、鉛イオンが当該部分のみで濃縮される。

また、本発明の鉛イオンの分析方法は、上記簡易分析器を使用して、鉛イオン捕捉膜の色の変化および濃淡を目視で確認して鉛イオン濃度を測定する方法である。

上記構成によれば、機械や測定装置を使用せずに、目視で比色して鉛イオン濃度を測定できる。

また、本発明の鉛イオンの分析方法は、上記簡易分析器を使用して、鉛イオン捕捉膜の色の変化および濃淡を目視で確認して比色部材と比較し、鉛イオン濃度を測定する方法であって、前記比色部材が目的物質の測定濃度に応じて配列される複数の色表示部と、各色表示部のほぼ中央に設けられた前記簡易分析器本体の外形を受容する嵌着孔とを備え、該嵌着孔に受容された前記簡易分析器本体の広口の開口部から直視される鉛イオン捕捉膜と周囲の色表示部とが隣接して直接比色されることを特徴とする。

上記構成によれば、鉛イオン捕捉膜と濃度比色部材の色表示部とを最大限に接近させ、ほぼ同一面上から比色する。色表示部の中央に設けられている嵌着孔に簡易分析器本体を受容させることができるため、分析器の貫通孔の途中の鉛イオン捕捉膜を色表示部の中央に位置決めして比色することが可能となる。また、濃度比色部材の色表示部の奥行き方向と鉛イオン捕捉膜の奥行き方向とを合わせることができるため、略同一平面上での焦点距離を一致させた比色が可能となり、より正確で迅速な直接対比判断が可能となる。

なお、本発明において、「繊維状リン酸セリウムを含有する」とは、繊維状リン酸セリウムが一部に含まれていることはもちろん、繊維状リン酸セリウムだけで構成されている場合も含み得る概念である。

また、「上流」、「下流」という表現を用いているが、これは簡易分析器使用時における試料液の流れに基づいた表現である。即ち、試料液が供給される側が「上流」側となり、試料液が回収される側が「下流」側となる。

本発明の鉛イオンの簡易分析器によれば、簡易迅速に鉛イオンの濃度測定が可能な現場携帯用分析器を提供することができる。
特に、予め、鉛イオンのみを選択的に捕捉することができる鉛イオン捕捉膜が基礎濾過材に定着しているので、測定にあたってこの鉛イオン捕捉膜を所望の大きさに切り出したり、フィルターホルダーで挟み込んでセッティングする等の手間は不要であり、現場でこの簡易分析器を用いて直ちに鉛イオンを含む試料液を濾過して迅速に濃度測定をすることができる。その際に、上流側の広口の開口部を通して表出する鉛イオン捕捉膜を直視できるため、鉛イオン捕捉膜を取り出すことなくそのままの状態で発色処理をし、現場で直ちに色見本と比色して鉛イオン濃度を決定できるようになっている。

鉛イオン捕捉膜は鉛イオンの存在による発色を目視で確認できるだけの面積があればよいため、鉛イオン捕捉膜を小さくすることができる。その結果、鉛イオン捕捉膜の単位面積あたりの濾過量を増大させることができ、低濃度の鉛イオンが含まれる試料液についても測定することができる。また、簡易分析器も小さく成形できるため、現場への持ち運びが容易であり、現場での作業も容易となる。

さらに、上流側の開口部に誘導部材を嵌着させて試料液を供給することにより、鉛イオン捕捉膜の浮きを防止し、鉛イオン捕捉膜の周縁部からの試料液の漏れを防ぐことができる。また、誘導部材の試料液供給部の内径を変更することにより、鉛イオン捕捉膜の単位面積あたりの試料液の供給量が調整でき、鉛イオンの測定範囲を広くすることができる。そして、発色処理後には、誘導部材により試料液が供給された鉛イオン補足膜の表出残部と試料液が供給されなかった閉塞部分の発色を比較することにより、鉛イオンの存在の有無を容易に判断することができる。

また、本発明の分析方法により、装置や測定機器なしに迅速に現場で試料液中の鉛イオンを測定することができる。貫通孔の途中に鉛イオン捕捉膜を備え、広口の開口部から直視可能な、すなわち、立体的な簡易分析器を用いた場合でも、簡易分析器を濃度比色部材の嵌着孔に受容させて鉛イオン捕捉膜と色表示部との直接対比を同一焦点距離から迅速かつ正確に実施することができる。

本発明の実施形態の一例である簡易分析器の斜視図。同簡易分析器の一部切欠分解斜視図。簡易分析器と誘導部材とを示す斜視図。図１の簡易分析器と誘導部材の接続状態を示す要部拡大断面図。誘導部材の第２実施例を示した斜視図。簡易分析器の製造方法を示す正面図。図６の製造方法を示す要部拡大断面図。簡易分析器を用いて構成した簡易測定システムの概略斜視図。本発明の簡易測定システムを使用して鉛イオンの濃度を測定する発色工程を示す正面図。本発明の簡易測定システムを使用して鉛イオンの濃度を測定する比色工程を示す斜視図。比色工程の要部拡大断面図。実施例２の種々の濃度の鉛イオンを分析した結果を示す写真。実施例３の簡易分析器に誘導部材を取り付けた場合と取り付けない場合の鉛イオンの分析結果を示す写真。

以下、本発明の実施形態の鉛イオンの簡易分析器及びそれを用いた鉛イオンの分析方法について図面を参照しつつ説明する。

＜簡易分析器の構成＞
図１、図２に示すように、簡易分析器１は、貫通孔１２を有するフィルターユニット１０に、この貫通孔１２の途中に設けられた基礎濾過材２０と、繊維状リン酸セリウムを含有する鉛イオン捕捉膜２２とを備えている。なお図１、図２では、上方が上流側、下方が下流側である。

図１、図２に示すように本実施形態におけるフィルターユニット１０は、上下に伸びる貫通孔１２を有した筒状体であり、合成樹脂材などで一体成形される。このフィルターユニット１０は、上下方向のほぼ１／３程度の上位の外周面には全周に渡って鍔部１６が張り出しされている。フィルターユニット１０の外周面は、鍔部１６を境に大径部１１と円錐部１３に区分でき、鍔部１６より上流側が鍔部１６から略垂直に立ち上がる大径な円筒形状の大径部１１が設けられ、大径部１１の上流側端部には広口の開口部１７が開口されている。一方、下流側（図２において下側）は、下方向に向かって外径が徐々に減縮する円錐部１３が設けられ、円錐部１３の下流側端部には開口部１８が開口されている。下流側の開口部１８は狭口に開口されている。また、鍔部１６よりも僅かに上流側の外周面には、全周に渡って突起部１４が形成されている。フィルターユニット１０は現場に簡易に携帯できる大きさに成形され、広口の開口部幅Ｗ２は目視で鉛イオン捕捉膜２２の色の変化等を確認できる程度の大きさであればよい。鉛イオン捕捉膜２２の色の変化等を確認するには、試料液が供給されて色が変化する部分αの直径は２．５ｍｍ以上必要である。視認性を高めつつ、簡易分析器１を現場に携帯できる大きさとするために、広口の開口部幅Ｗ２は２．５ｍｍ〜１０ｍｍが望ましい。特に限定されないが、本実施形態ではこのフィルターユニット１０の全長Ｌ１は約１６ｍｍ、全幅Ｗ１は約１１ｍｍ、広口の開口部幅Ｗ２は約７ｍｍとなっている。

前記貫通孔１２は、上流側の開口部１７から下流側の開口部１８に向かう途中には段部１２ｃがリング状に張り出しされている。上記段部１２ｃの上流側では、ほぼ垂直状の大径孔部１２ｂが外方から直視可能な程度の広口に開口され、大径孔部１２ｂの上端ではテーパ状に拡開する第１テーパ孔部１２ａが設けられている。また、前記段部１２ｃから下流側の内周面は、テーパ状に貫通孔１２の径が絞られて第２テーパ孔部１２ｄが形成され、この第２テーパ孔部１２ｄより下流側は貫通孔１２の内径が細くなる小径孔部１２ｅが設けられている。上述の通り、第１テーパ孔部１２ａ、大径孔部１２ｂ、段部１２ｃ、第２テーパ孔部１２ｄ、小径孔部１２ｅが連通して全体として貫通孔１２を構成している。

前記貫通孔１２の段部１２ｃには、円盤形状の連続多孔質膜からなる基礎濾過材２０が配置され、この基礎濾過材２０の上に積層されるように円盤形状の鉛イオン捕捉膜２２が配置されている。従って、貫通孔１２を上流側から見ると、鉛イオン捕捉膜２２の表面全体を広口の開口部１７を介して直接視認することができる構成となっている。また、積層された結果、鉛イオン捕捉膜２２が鍔部１６より上位位置（高さ方向の位置）まで揃えられるように構成されている。

前記基礎濾過材２０の下面外縁は段部１２ｃに密着され、かつ、外周面が大径孔部１２ｂの内周面に全周に渡って密着している。基礎濾過材２０は、本実施形態においては例えばポリエチレンなどの合成樹脂材を材料とし焼結されて構成され、その空隙率はスラリーに含まれている固体成分（繊維状リン酸セリウムなど）を濾過することができない程度に設定されており、さらに膜全体で空隙率が均一となるように調整されている。特に限定されないが、基礎濾過材２０に用いられる合成樹脂材の粒径は２０μｍ〜１５０μｍ程度であり、基礎濾過材２０の厚さは２〜５ｍｍ程度が望ましい。

なお、フィルターユニット１０は樹脂材料以外で構成されていてもよく、例えば、金属や陶器などで構成することができる。また、基礎濾過材２０は、連続多孔質である限り特に材料の種類に制限はないが、樹脂製の焼結フィルターを利用すればコスト面で有利であり、また樹脂は軽量であることから簡易分析器１全体の軽量化にも寄与できる。

前記鉛イオン捕捉膜２２は、試料液に含まれている鉛イオン（Ｐｂイオン）を捕捉する機能を有する膜である。この鉛イオン捕捉膜２２は、鉛イオンを選択的に捕捉することのできる繊維状リン酸セリウムと他の結合助剤等から構成される。また、場合により、繊維状リン酸セリウムのみから構成されていてもよい。鉛イオン捕捉膜２２はその下面が基礎濾過材２０の表面に一体に付着され、ほぼ同一厚みで表面全域に渡っている。具体的には、鉛イオン捕捉膜の厚さは１０μｍ〜５ｍｍ、好ましくは２０μｍ〜２ｍｍ程度である。

誘導部材１００は、試料液を鉛イオン捕捉膜２２の表出残部に供給し、鉛イオン捕捉膜２２への単位面積あたりの試料液の供給量を変化させることのできる部材である。図３、図４に示すように、本実施形態においては試料液が通過する中空部１００ａが形成された筒状（パイプ状）の部材として構成され、一端に簡易分析器１の大径孔部１２ｂに強制嵌合し得る小径部１００ｂが縮径され、縮径部位に段差面１００ｃが位置している。筒状には、円筒状、角筒状及び拡開した筒状、すなわちラッパ状が含まれる。また、小径部１００ｂの先端には、先端面１００ｄと内周側を突出した凸部１００ｅの端面がリング状に形成されている。誘導部材１００の小径部１００ｂを簡易分析器１の大径孔部１２ｂに嵌め込んでいくと、段差面１００ｃにフィルターユニット１０の上流側端面１０ａが当接して位置決めされる構成となっている。このとき、誘導部材１００の先端面１００ｄは鉛イオン捕捉膜２２の表面の周縁部を押圧するように密着できる構成とされている。その際に、前記先端面１００ｄの内周側では凸部１００ｅがリング状に鉛イオン捕捉膜２２をさらに押圧している。リング状には、円形状（環状）、楕円状、角型状が含まれる。先端面１００ｄからの凸部１００ｅの高さは、鉛イオン捕捉膜の厚みによるが、たとえば０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度が望ましい。

誘導部材１００の中空部１００ａの開口面積は鉛イオン捕捉膜２２の表面積よりも小さくなっているので、この誘導部材１００を簡易分析器１の大径孔部１２ｂに接続することで、試料液の通過を鉛イオン捕捉膜２２の表面の一部に絞り込み、単位面積当たりの濃縮度合いを変化させることが可能となる。例えば、中空部１００ａの内径ｄ１がそれぞれ異なる複数の誘導部材１００をシリーズとして揃えておくことで、濃縮レベルを適宜調整することができる。換言すれば、試料液が貴重で大量に確保できない場合でも濃縮レベルを確保できるので、濃度測定が可能となることを意味している。
中空部１００ａの内径ｄ１は試料液の供給量と濾過にかかる時間の関係から５ｍｍ以下が望ましく、鉛イオン発色処理後の発色状態の目視による確認のしやすさから２．５ｍｍ以上が望ましい。具体的には、内径ｄ１が３ｍｍであった場合、単位面積あたりの濾過量を５００ｍｌ／ｃｍ^２とするには、試料液は３５ｍｌと少量で足りる。

また、誘導部材１００は、鉛イオン捕捉膜２２の周縁部が乾燥収縮することによって生じ得る隙間（必ず隙間が生じているということを意味しない）γから試料液が通過することを阻止することができる。すなわち、鉛イオン捕捉膜２２は、基礎濾過材２０の上に水分を含んだ繊維状リン酸セリウムを積層させて乾燥させるため、乾燥工程で収縮が生じる可能性を有する。収縮により鉛イオン捕捉膜２２の周縁部と大径孔部１２ｂとの間に僅かな隙間が生じると、試料液の一部がその隙間を通過して濃度測定に影響を及ぼすからである。誘導部材１００は凸部１００ｅが隙間γより内周側で鉛イオン捕捉膜２２をさらに押圧して外周側への浸透拡散を阻止できる構造となっている。

さらに、誘導部材１００を用いると、発色処理後の鉛イオン捕捉膜２２の表面に試料液が通過する中心部αと試料液７０が通過しない円環部βが形成される（図１参照）。そのため、発色処理後も鉛イオン捕捉膜２２の地色がそのまま残る部分（円環部β）ができ、簡易分析器単体でも発色の有無を容易に確認することが可能となる。本発明の鉛イオン捕捉膜２２の地色は淡ベージュ色であり、鉛が捕捉され発色すると焦茶色を呈するところ、地色が白のものに比べると色の変化の認定は難しいことがある。そこで、地色の部分を残すことで(円環部β)、色の変化を容易に確認することができる。即ち、試料液中の鉛イオンの有無の判断に限れば、色見本などを用いずとも簡易分析器１単独で行うことができる。

さらに、誘導部材１００を装着するということは、単に試料液７０の濃縮レベルを調整するのみならず、鉛イオン捕捉膜２２の脱落防止の機能も発揮する。また、鉛イオン捕捉膜２２は繊維状の固体成分が積層して構成されているものであるため、誘導部材１００で押圧することによって毛羽立ちを防止し型崩れを防止するという機能も発揮する。

なお、誘導部材１００は、簡易分析器１について脱着できる構造としても、脱着できない構造（嵌め殺し構造、一体成形構造）としてもよい。誘導部材１００が脱着できない構造とした場合にはもちろん、脱着できる構造とした場合においても、誘導部材１００部分を無色透明の樹脂等とすることで、簡易分析器１から誘導部材１００を外さずに迅速に比色分析を行うことができる。

また、誘導部材１００は上記のようにパイプ状のものに限られず、例えば図５に示しているようにいわゆるドーナツ形の誘導部材１１０として構成してもよい。このような構成とすれば、誘導部材１１０全体を簡易分析器１の大径孔部１２ｂの中に納めておくことができ、コンパクトに構成できる。

＜簡易分析器の製造方法＞
次に、図６及び図７を参照しつつ、簡易分析器１の製造方法について説明する。なお、簡易分析器１の製造方法は以下記載の方法に限定されるものではない。

繊維状リン酸セリウムは、例えば、リン酸セリウムを１Ｍ硫酸に溶解させて得た溶液を、９５℃の６Ｍリン酸に攪拌しながら添加する。添加終了後に攪拌を止め、９５℃で６時間放置する。その後、水を加えてナイロンフィルターにて濾過し、フィルター上の繊維状リン酸セリウムを水で洗浄する。これを５０℃で乾燥させることにより、繊維状リン酸セリウムが生成する。続いて、生成した繊維状リン酸セリウムに水を加えて１５分間振動させると、繊維状リン酸セリウムを含有するスラリー６０が得られる。なお、必要により、鉛イオン捕捉膜２２の型くずれを防止して、フィルターユニット１０から脱落することなく安定に膜を固定することを目的として、結合助剤を添加してもよい。この結合助剤としては、例えば、ヒドロキシプロピルセルロース、グリセリン、ポリビニルアルコールなどが利用できる。

図６に示すように、大径孔部１２ｂの段部１２ｃに基礎濾過材２０が配置されているフィルターユニット１０の大径部１１に接続チューブ４０の一端を押し込んで接続する。このときフィルターユニット１０の大径部１１の外周面に形成された突起部１４が、接続チューブ４０の外れ止めとして機能する。そして、所定量の繊維状リン酸セリウムを含有するスラリー６０をシリンジ３０内に一定容量入れ、接続チューブ４０の他端にシリンジ３０を接続する。シリンジ３０で上記スラリー６０を定速で押し込み、基礎濾過材２０の上に積層させる。基礎濾過材２０は、水分などは通過させるが、上記スラリー６０中の繊維状リン酸セリウム等は通過させずに上流側に残して積層させるため、鉛イオン捕捉膜２２が形成される。

図７に示すように、繊維状リン酸セリウムを含有するスラリー６０を開口部１７から供給する際には、固体成分として上記スラリー６０中に分散している繊維状リン酸セリウム等が、基礎濾過材２０の上に定着される。上記スラリー６０は、第１テーパ孔部１２ａにより内周縁側が収束されつつ大径孔部１２ｂへと供給され、基礎濾過材２０の空隙に引き込みされる状態で係合しつつ定着する。このとき、基礎濾過材２０の空隙率は、全面に渡って均一となるように設定されていることから、上記スラリー６０内の固体成分が均一な状態に順次積層し、鉛イオン捕捉膜２２が形成される。なお、供給されるスラリー６０の量によって形成される鉛イオン捕捉膜２２の厚みが異なってくるため、供給量は適宜調整する必要がある。

上記スラリー６０を供給した後、小径孔部１２ｅより一定量の空気を吸引することで、鉛イオン捕捉膜２２や基礎濾過材２０に含まれている水分を取り除く。必要に応じて、大径孔部１２ｂに丁度嵌合できるサイズの部材を利用して、鉛イオン捕捉膜２２の表面を押圧し余分な水分を取り除いてもよい。
その後、図示していないが、鉛イオン捕捉膜２２が形成されたフィルターユニット１０を乾燥機にて乾燥させ、簡易分析器１を得る。

＜簡易分析器を利用した鉛イオンの簡易測定システム＞
次に、上記説明した簡易分析器１を用いて、鉛イオンの濃度を簡易に測定するシステムについて説明する。

簡易分析は、図８に示している簡易測定システムによって実現される。簡易測定システムは、試料液７０に含まれる鉛イオンを捕捉して鉛イオン捕捉膜２２上で鉛イオンの存在を可視化する可視化手段と、この可視化手段により可視化された鉛イオンの色を識別する識別手段を備えて構成されている。

可視化手段は、たとえば、鉛イオンを含む試料液７０が供給されるビーカー（容器）５０と、鉛イオン補足膜２２より鉛イオンが捕捉された試料液７０が回収されるシリンジ３０と、これらビーカー５０とシリンジ３０とを繋ぐ接続チューブ４０と、これら接続チューブ４０の端部に連通接続される簡易分析器１を有してなる。具体的には、シリンジ３０のノズル部３２に接続チューブ４０の一端が被嵌接続され、他端が簡易分析器１の円錐部１３に接続される。接続チューブ４０としては柔軟性を有する熱可塑性樹脂製の筒状体が望ましく、ノズル部３２や円錐部１３のテーパ部分への押し込みによって密着する。また、簡易分析器１の大径孔部１２ｂは、試料液７０に開放してもよいが、図示するように、大径孔部１２ｂに誘導部材１００を嵌合してもよい。

シリンジ３０は、一般に市販されている様々なシリンジを利用することができる。特に限定されないが、具体的には試料液の吸引速度をほぼ一定にでき、吸引に手間がかからない観点から、シリンジ内部のシリンダー位置を固定できるストッパー付きシリンジ（藤原製作所製など）が望ましい。

また、可視化手段においては、試料液７０をシリンジに一定容量入れ、シリンジ３０のノズル部３２と簡易分析器１の大径孔部１２ｂを接続チューブ４０又は誘導部材１００を用いて接続する構成としてもよい。シリンジ３０により、試料液７０は押し込まれて簡易分析器１に供給される。

さらに、可視化手段においては、試料液７０に含まれる鉛イオンを鉛イオン捕捉膜２２上に捕捉した後、鉛イオン捕捉膜２２に対して発色試薬を滴下して鉛イオンを発色させ、可視化させる（図９）。

一方、識別手段は、可視化手段により可視化された鉛イオンの色を比べるための濃度比色部材９０を用いてなる。濃度比色部材９０は、鉛イオンの濃度に応じて段階的に並べて配列された複数の色表示部９２と、この色表示部９２に対応する濃度表示９４とを備えている。濃度比色部材９０は、図示するシート状を呈し、それぞれの色表示部９２の中央には、簡易分析器１の大径部１１を嵌着させるための嵌着孔９６が形成されている。そのため色表示部９２は、嵌着孔９６を取り囲むような環状の態様が基本となる。色表示部９２の色は、予め濃度が既知の試料液７０を利用して発色を確認して作成されている。

前記色表示部９２は離間して配列され、例えば、鉛イオンの濃度に応じて配列される。より具体的には、左右方向（Ｘ方向）、つまり左側から右側に向かうに従って鉛イオンの濃度が高くなるように濃度表示９４が配列され、これに応じて色表示部９２の色も淡ベージュから焦茶色へと順に濃くなっている。

＜簡易測定システムを用いた測定方法＞
続いて、上記簡易測定システムを用いた具体的な測定方法について手順に沿って説明する。

鉛イオンの濃度の測定方法の概要は、簡易分析器１の鉛イオン捕捉膜２２上に試料液７０を供給し、試料液７０に含まれる鉛イオンを鉛イオン捕捉膜２２上に捕捉する。その後、鉛イオン捕捉膜２２に対して発色試薬を滴下して鉛イオンを発色させて可視化し、その発色の濃淡（発色強度）により鉛イオンの濃度を測定する。鉛イオンの濃度と、発色した色の濃淡には相関関係が成り立つので、鉛イオンの濃度は、予め濃度が既知の試料を用いて作成した濃度比色部材９０の色表示部９２の色と目視により比較することで判定することができる。

最初に、ビーカーなどの容器５０の試料液７０の中に誘導部材１００の下端を浸した状態でシリンジ３０のピストンを引き、試料液７０を吸い上げる（図８参照）。これにより、試料液７０は、簡易分析器１の貫通孔１２を通ってシリンジ３０側へと移動する。シリンジ３０はピストンを定速で所望距離だけ操作して一定容量を供給し、一定容量の試料液７０中に含まれる鉛イオンは鉛イオン捕捉膜２２で濃縮される。
その後、接続チューブ４０からシリンジ３０を一旦取り外し、シリンジ３０内に回収された濾過液を廃棄した上で、空になったシリンジ３０を接続チューブ４０に再接続する。

次に、簡易分析器１の大径孔部１２ｂから誘導部材１００を取り外し、図９に示しているように、鉛イオン捕捉膜２２の表面に発色試薬８４を適量滴下する。なお、この発色試薬８４は、特に限定されないが、たとえば、３％硫化ナトリウムのグリセリン溶液、あるいは３％のチオアミドのグリセリン溶液である。この後、発色反応後の鉛イオン捕捉膜２２に蒸留水を供給し、発色試薬を洗い流すと共に、発色の安定を図る操作をしてもよい。さらに、鉛イオン捕捉膜２２や基礎濾過材２０に含まれている反応後の発色液や水分を小径孔部１２ｅから接続チューブ４０を通じて接続されているシリンジ３０に吸引することで取り除いてもよい。

次に、図１０に示すように、簡易分析器１を接続チューブ４０から取り外し、鉛イオン捕捉膜２２の表面上にできたスポット（捕捉された鉛イオンが発色した跡）を濃度比色部材９０の色表示部９２と比較する。比較した結果、最も近いものに対応している濃度表示９４が試料液７０に含まれている鉛イオンの濃度となる。
なお、上記スポットと誘導部材１００により閉塞されて試料液７０が供給されなかった部分との発色を比較することにより、試料液中の鉛イオンの存在の有無は直ちに確認される。

濃度比色部材９０の色表示部９２にはそれぞれ嵌着孔９６が設けられているため、この嵌着孔９６に簡易分析器１の大径部１１を嵌め込んで嵌着させる。このとき、フィルターユニット１０の外周には鍔部１６が形成されていることから、この鍔部１６が濃度比色部材９０の下面に当接した状態で上面が突起部１４で挟み込みされるので、嵌着孔９６に嵌着した簡易分析器１が位置決めされる（図１１参照）。またこの鍔部１６は、鉛イオン捕捉膜２２の位置とほぼ揃った位置に形成されていることから、鍔部１６にて位置決めされると、濃度比色部材９０上の色表示部９２と鉛イオン捕捉膜２２の表面との高さ方向がある程度揃い、より正確な比色が可能となっている。特に、鉛イオン捕捉膜２２の表面と色表示部９２とが接近しているので、比色が迅速かつ正確に実施される。また、簡易分析器１を濃度比色部材９０の下側から嵌着するのではなく、上側から嵌めてもよい。即ち、フィルターユニット１０の円錐部１３を嵌着孔９６へ落とし込み挿入して比色することも可能であり、この場合には開口部１７の鉛イオン捕捉膜２２の発色と鍔部周囲の色表示部９２とを対比して比色する。

鉛イオン捕捉膜２２の単位面積あたりに捕捉される鉛イオンの総量は、試料液７０の供給量に比例するため、試料液７０の供給量が大きいほど簡易分析器１に捕捉される鉛イオン量が増大し、より低濃度が測定できる。
試料液７０の量は、濾過処理にかかる時間の観点から、２００ｍｌ以下が望ましい。

また、簡易測定システムを用いて、鉛イオンの測定を行う際に、試料液７０に共存する他の金属イオンにより妨害を受けることがある。そのようなことが懸念される場合には、これを防ぐため、試料液７０の中に、共存金属と錯体を形成するマスキング試薬を加えておくことによって妨害を排除することができる。例えば共存し得る金属イオンとして、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ(ＩＩ)、Ｍｇ(ＩＩ)、Ｆｅ(ＩＩ)、Ｆｅ(ＩＩＩ)、Ｃｕ(ＩＩ)、Ｚｎ(ＩＩ)などがある。これらの金属イオンのマスク剤として、イミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、エチレンジアミン、アセチルヒドロキサム酸、アミノ酸、クエン酸、酒石酸などが挙げられ、これらを単独ないし、必要により二種類以上を組み合わせて用いるとよい。

なお、試料液７０中に浮遊物や懸濁物質がある場合には、浮遊物が鉛イオン捕捉膜２２に付着して詰まりや着色ムラの原因となりやすいため、あらかじめ、メッシュやフィルターで上記浮遊物等を取り除いておくことが望ましい。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々、設計変更した形態が技術的範囲に含まれるものである。

本発明の実施にあたり、フィルターユニットは、図１、図２に示す全長約１６ｍｍ、全幅約１１ｍｍ、広口の開口部幅約７ｍｍであり、ポリプロピレン樹脂製のものを用いた。基礎濾過材はフィルターユニット内でポリエチレン粉末を焼結させて得た。また、誘導部材は図３に示す全長３０ｍｍ、外形幅８ｍｍ、内径３ｍｍ、ポリプロピレン樹脂製のものを用いた。

リン酸セリウム３ｇを１Ｍ硫酸１５０ｍｌに溶解させ、その溶液を９５℃に加温させた６Ｍリン酸１５０ｍｌに毎分３ｍｌで攪拌しながら添加した。添加終了後に攪拌を止め、９５℃で６時間放置した。その後、２００ｍｌの水を加えて１０８μｍのメッシュのナイロンフィルターで濾過した。フィルター上に残った繊維状リン酸セリウムを２００ｍｌの水で洗浄し、５０℃条件下で乾燥させ、繊維状リン酸セリウムを得た。

得られた繊維状リン酸セリウム１ｇに対して７５ｍｌの蒸留水を加え、１５分間振動させて水中で分散させ、繊維状リン酸セリウムを含有するスラリーを得た。シリンジでスラリーを吸引し、広口の開口部より上記スラリーを定速で供給し、基礎濾過材の上に積層させた。基礎濾過材に残っている水を下流側の開口部からシリンジで吸引して取り除いた後、フィルターホルダーに水平に置き、５０℃条件下で１時間静置させて乾燥させ、簡易分析器を得た。

実施例１で得た簡易分析器の大径孔部に誘導部材を嵌めこみ、円錐部とシリンジを接続チューブを用いて接続した。鉛イオン濃度が２５ｐｐｂの試料液と１００ｐｐｂの試料液をビーカーに準備し、それぞれ誘導部材の下端を各種試料液に入れてシリンジのピストンを一定速度で引き、５０ｍｌ吸引した。鉛イオン捕捉膜の濾過面積は０．０７ｃｍ^２（直径３ｍｍ）であり、単位面積あたりの濾過量は７００ｍｌ／ｃｍ^２であった。また、この５０ｍｌの吸引濾過にかかった時間は１０分ほどであった。

誘導部材を大径孔部から取り外し、鉛イオン捕捉膜に発色液である３％の硫化ナトリウム水溶液を２ｍｌ滴下し、２分間反応させた。２分後、円錐部に接続チューブを接続したシリンジで小径孔部から発色液を吸引して取り除いた。蒸留水を入れたビーカーに簡易分析器の開口部を入れ、シリンジで蒸留水を５ｍｌ吸引し、発色液を洗い流した。

広口の開口部より、鉛イオン捕捉膜を見ると、誘導部材により試料液が供給された部分が丸く焦茶色に着色していた。この着色を図１２に示す。この簡易分析器の大径部を濃度比色部材の嵌着孔に嵌めこみ、色表示部と鉛イオン捕捉膜上の着色を比色したところ、試料液の濃度が容易に判定できた。そして、通液量５０ｍｌにおいては、１０ｐｐｂ〜２０ｐｐｂ程度の鉛イオン濃度を検出限界として分析することができた。
また、試料液の濾過量を１００ｍｌにすることで、さらに鉛イオン濃度が低濃度の試料についても、測定できることが推測された。

実施例１で得た簡易分析器に誘導部材を取り付けて測定した場合と、取り付けなかった場合について、実施例２と同じ手順で分析を行った。
試料液は鉛イオン濃度が４００ｐｐｂのものを使用し、濾過量は５０ｍｌとした。誘導部材を取り付けて測定した簡易分析器については、鉛イオン捕捉膜の濾過面積は０．０７ｃｍ^２（直径３ｍｍ）であり、単位面積あたりの濾過量は７００ｍｌ／ｃｍ^２であった。また、誘導部材を取り付けていない簡易分析器については、濾過面積は０．２０ｃｍ^２（直径５ｍｍ）であり、単位面積あたりの濾過量は２５０ｍｌ／ｃｍ^２であった。この結果を図１３に示す。

誘導部材を取り付けた簡易分析器については、実施例２と同様、誘導部材により試料液が供給された部分が丸く焦茶色に着色していた。そのため、誘導部材に閉塞された鉛イオン捕捉膜の地色との対比を容易にすることができた。
一方、誘導部材を取り付けなかった簡易分析器については、鉛イオン捕捉膜全体が茶色に発色した。発色の濃さについては、誘導部材を取り付けたものより薄く、単位面積あたりの濾過量と同様、３分の１程度の濃度を示した。また、誘導部材を取り付けていない簡易分析器については、鉛イオン濾過膜のめくれが生じ、発色ムラになった箇所が見られた（図１３）。

１…簡易分析器
２…簡易測定システム
１０…フィルターユニット
１０ａ…フィルターユニット１０の上流側端面
１１…大径部
１２…貫通孔
１２ａ…第１テーパ孔部
１２ｂ…大径孔部
１２ｃ…段部
１２ｄ…第２テーパ孔部
１２ｅ…小径孔部
１３…円錐部
１４…突起部
１６…鍔部
１７…広口の開口部
１８…下流側の開口部
２０…基礎濾過材（連続多孔質膜）
２２…鉛イオン捕捉膜
３０…シリンジ
３２…ノズル
４０…接続チューブ
５０…容器
９０…濃度比色部材
９２…色表示部
９４…濃度表示
９６…嵌着孔
１００，１１０…誘導部材
１００ａ…中空部
１００ｂ…小径部
１００ｃ…段差面
１００ｄ…先端面
１００ｅ…凸部
Ｌ１…フィルターユニット１０の全長
Ｗ１…フィルターユニット１の全幅
Ｗ２…広口の開口部１７の幅
ｄ１…誘導部材の中空部１００ａの内径
α…試料液が通過する中心部
β…試料液が通過しない円環部
γ…鉛イオン捕捉膜２２の周縁部の乾燥収縮によって生じ得る隙間

Claims

上流側の開口部を広口にするとともに上流側の開口部から下流側の開口部へと試料液を通過させる貫通孔と、前記貫通孔の途中に設けられる基礎濾過材と、上流側の開口部に対して繊維状リン酸セリウムを含有するスラリーを供給することにより前記基礎濾過材の表面に前記繊維状リン酸セリウムを定着させてなる鉛イオン捕捉膜とを有し、前記鉛イオン捕捉膜は前記貫通孔の上流側の開口部から直視できるように表出され、前記貫通孔の上流側の開口部に脱着可能に嵌着して前記鉛イオン捕捉膜が表出する一部を閉塞し前記試料液を鉛イオン捕捉膜の表出残部に供給する筒状の誘導部材を備えており、前記誘導部材には前記試料液が通過する中空部が形成され、該中空部の開口面積は前記鉛イオン捕捉膜の表出する面積よりも小さくなっており、前記試料液通過後、前記鉛イオン捕捉膜の地色が円環状に残るように構成されていることを特徴とする鉛イオン濃度測定用の簡易分析器。
前記誘導部材の鉛イオン捕捉膜に接する内周側端面は突出したリング状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の簡易分析器。
鉛イオン捕捉膜の色の変化および濃淡を目視で確認して鉛イオン濃度を測定する方法であって、請求項１又は２に記載の簡易分析器を使用する鉛イオンの分析方法。
鉛イオン捕捉膜の色の変化および濃淡は比色部材と比較することで目視で確認され、前記比色部材が目的物質の測定濃度に応じて配列される複数の色表示部と、各色表示部のほぼ中央に設けられた前記簡易分析器本体の外形を受容する嵌着孔とを備え、該嵌着孔に受容された前記簡易分析器本体の広口の開口部から直視される鉛イオン捕捉膜と周囲の色表示部とが隣接して直接比色されることを特徴とする請求項３に記載の鉛イオンの分析方法。
前記色表示部が鉛イオンの濃度に応じて配列されていることを特徴とする請求項４に記載の鉛イオンの分析方法。
鉛イオン捕捉膜の色の変化および濃淡を目視で確認して鉛イオン濃度を測定する方法であって、
上流側の開口部を広口にするとともに上流側の開口部から下流側の開口部へと試料液を通過させる貫通孔と、前記貫通孔の途中に設けられる基礎濾過材と、上流側の開口部に対して繊維状リン酸セリウムを含有するスラリーを供給することにより前記基礎濾過材の表面に前記繊維状リン酸セリウムを定着させてなる鉛イオン捕捉膜とを有し、前記鉛イオン捕捉膜は前記貫通孔の上流側の開口部から直視できるように表出されている鉛イオン濃度測定用の簡易分析器に前記試料液を供給し、
鉛イオン捕捉膜の色の変化および濃淡は比色部材と比較することで目視で確認され、前記比色部材が目的物質の測定濃度に応じて配列される複数の色表示部と、各色表示部のほぼ中央に設けられた前記簡易分析器本体の外形を受容する嵌着孔とを備え、該嵌着孔に受容された前記簡易分析器本体の広口の開口部から直視される鉛イオン捕捉膜と周囲の色表示部とが隣接して直接比色されることを特徴とする鉛イオンの分析方法。
前記色表示部が鉛イオンの濃度に応じて配列されていることを特徴とする請求項６に記載の鉛イオンの分析方法。