JP4728960B2 - 鉛測定用試薬 - Google Patents

Description

本発明は、ポルフィリン核導入ポリマー及びカルシウムイオンを含有する鉛測定用試薬並びに該鉛測定用試薬を用いた鉛濃度測定方法に関する。

鉛は軟らかく加工しやすい金属なので、昔から水道管として使用されてきた。近年は水道メータの前後等の一部に限られて使用されている。かつては、鉛の表面に酸化被膜ができ鉛は溶けにくいといわれたが、最近その溶出が問題視され、水道事業体ではステンレス管等に切り替える傾向にある。また、都市ごみや産業廃棄物の焼却プラントから排出される焼却灰や飛灰からの鉛の溶出を防ぐために、溶出防止剤の開発や処理方法の検討がなされている。鉛は神経系の障害や、貧血、頭痛、食欲不振、鉛疝痛等の中毒症状を呈することが知られている。
そこで、水道水、井戸水、河川、排水、廃液等に含まれる鉛を、簡易な方法で迅速に精度よく測定する方法が望まれている。

簡易な方法で水中の鉛を測定する方法として、吸光度法による測定が知られている。この吸光度法で使用される比色試薬にポルフィリン化合物があり、後述の式（１）及び（２）で表されるポルフィリン化合物をビニレン性単量体とラジカル共重合させて得られたポルフィリン核導入ポリマーは、微量金属測定試薬として使用でき鉛濃度が測定可能であることが知られている（特許文献１）。
米国特許第６４３７０６７号明細書

本発明者らは、前記ポルフィリン核導入ポリマーを用いて排水等に含まれる鉛濃度を測定したところ、カルシウムイオンが共存すると、鉛−ポルフィリン核導入ポリマー錯体の吸収ピークである４６５ｎｍ付近の吸光度が増大し、測定値が鉛濃度より高くなるという問題が生じることが判明した。

したがって、本発明の目的は、上記ポルフィリン核導入ポリマーを用いて鉛濃度を測定する際に、被検体中にカルシウムイオンが含まれている場合であっても正確に鉛濃度を測定できる鉛測定用試薬及び該鉛測定用試薬を用いた鉛濃度測定方法を提供することにある。

かかる実情において本発明者らは、ポルフィリン核導入ポリマーの水溶液に、予めカルシウムイオンを添加しておくことによって、被検体中に存在するカルシウムイオンの影響を受けることなく鉛濃度を精度よく測定できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、次式（１）又は（２）

（式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を示す）
で表されるポルフィリン化合物をビニレン性単量体とともにラジカル共重合させてなるポルフィリン核導入ポリマー及びカルシウムイオンを含有する鉛測定用試薬を提供するものである。
また、本発明は上記ポルフィリン核導入ポリマー及びカルシウムイオンを含有する鉛測定用試薬を用いた鉛濃度測定方法を提供するものである。

本発明の鉛測定用試薬は、被検体中に存在するカルシウムイオンの影響を受けることなく鉛濃度を、精度よく測定することが可能であり、排水、廃液等の鉛測定用試薬として有用である。

図１は、鉛測定用試薬を用いて検水１を測定した際の差スペクトルを示す図である。 図２は、４６５ｎｍにおける吸光度差を１としたときの、検水１から９中に共存するカルシウム濃度との関係を示す図である。

本発明で使用する次式（１）又は（２）

（式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を示す）
で表されるポルフィリン化合物をビニレン性単量体とともにラジカル共重合させてなるポルフィリン核導入ポリマーは、米国特許第６４３７０６７号明細書に記載方法で製造される。なお、式（１）中の２つのＲ基は、同一又は異なったものでもよい。

ポルフィリン核導入ポリマーを構成する式（１）又は（２）で表されるポルフィリン化合物は、例えば、式（１）のＲが水素原子であるプロトポルフィリンＩＸ、式(１)のＲがメチル基であるプロトポルフィリンＩＸジメチルエステル及び式（２）で表される５，１０，１５，２０−テトラキス（４−（アリロキシ）フェニル）−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリンであって、これらのポルフィリン化合物は市販品として入手することができる。

ポルフィリン化合物としては、式（１）のＲが水素原子であるプロトポルフィリンＩＸが好ましく、ポルフィリン核導入ポリマー製造に際しては、そのアルカリ金属塩、特に２ナトリウム塩を用いるのが好ましい。

ポルフィリン核導入ポリマーを構成するビニレン性単量体としては、ビニレン基を１つ有する化合物が挙げられ、具体的にはアクリルアミド、メタクリル酸、アクリル酸、５−ヘキセン酸、アリルアミン、３−ブテン酸、β−メタリルアルコール、アリルアルコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、１−ビニルイミダゾール、２−ビニルピリジン、４−ビニルピリジン、塩化アリル、酢酸ビニル、クロトンアミド、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、トランス−１，２−ジクロロエチレン、シトラコン酸、メサコン酸、アンゲリカ酸、チグリン酸、２−メチル−２−ブテン等が挙げられる。このビニレン性単量体としては、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、１−ビニルイミダゾール、酢酸ビニル等が好ましく、特にアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドが好ましい。

使用するポルフィリン化合物とビニレン性単量体との量比は、ポルフィリン化合物：ビニレン性単量体の質量比で、１：１００〜１：１０，０００、特に１：２００〜１：１，０００が好ましい。

ポルフィリン化合物とビニレン性単量体とのラジカル共重合により得られるポルフィリン核導入ポリマーの分子量は特に限定されないが、鉛測定の精度の点から、光散乱法による平均分子量で５万〜５００万、特に１０万〜１００万が好ましい。

本発明で使用するポルフィリン核導入ポリマーの構成単位であるビニレン性単量体として、ビニレン基を１つ有するビニレン性単量体に加えて、ビニレン基を２以上有し架橋剤として働く化合物を併用すると、ポリマー鎖が三次元的に架橋されるため、任意の形状に成型することができるので、本発明の鉛測定用試薬が液体以外の形状を取ることができる。例えば、ペースト状、シート状、フィルム状、チューブ状、ビーズ状等の設置箇所や測定系に適した任意の形状に成型することができる。

このビニレン基を２以上有し架橋剤として働く化合物としては、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ビスアクリロイルシスタミン、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等が挙げられ、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ビスアクリロイルシスタミン等が好ましい。
このビニレン基を２つ以上有し架橋剤として働く化合物は、ビニレン基を１つ有する化合物に対し、０．００１〜０．４質量倍、更に０．０２〜０．２質量倍含有するのが好ましい。

鉛測定用試薬中のポルフィリン核導入ポリマーの含有量は、１〜６０質量％、更に、５〜５０質量％、特に、１０〜３０質量％であるのが、被検体中に微量含まれる鉛濃度測定の精度の点で好ましい。

本発明の鉛測定用試薬に用いられるカルシウムイオンを発生させるカルシウムイオン供給化合物としては、本発明の効果を損なわないでカルシウムイオンを遊離する化合物であれば特に制限されるものではない。例えば、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、硝酸カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸カルシウム等の無機カルシウム塩；酢酸カルシウム、ギ酸カルシウム、乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、安息香酸カルシウム、イソ酪酸カルシウム、プロピオン酸カルシウム、サリチル酸カルシウム等の有機カルシウム塩が挙げられる。カルシウムイオン供給化合物としては、無機カルシウム塩、例えば、塩化カルシウム、硫酸カルシウム及び硝酸カルシウムが好ましく、特に塩化カルシウムが好ましい。

鉛測定用試薬に共存させるカルシウムイオン濃度は０．１〜１００ｍｍｏｌ／Ｌ、特に２〜２０ｍｍｏｌ／Ｌが好ましい。

本発明の鉛測定用試薬には上記成分及び水の他、本発明の効果を損なわない範囲で、通常溶液中の重金属イオンの測定に使用される任意成分を加えることができる。このような任意成分としては、ｐＨ調整剤、界面活性剤、キレート剤又はマスキング剤等が挙げられる。

ｐＨ調整剤としては、Ｎ−シクロヘキシル−３−アミノプロパンスルホン酸、Ｎ−シクロヘキシル−２−ヒドロキシ−３−アミノプロパンスルホン酸、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。

界面活性剤としては、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤等が挙げられる。

キレート剤又はマスキング剤としては、ポリエチレンイミン、クエン酸、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、エチレングリコール四酢酸（ＥＧＴＡ）等が挙げられる。

本発明の鉛測定用試薬を用いた測定は、鉛測定用試薬と被検体との混合液のｐＨが、９〜１２、更に１０〜１１（２５℃）で行うのが好ましい。なお、鉛測定用試薬が固形状の場合は、被検体中に試薬成分が溶出した後のｐＨをいう。該混合液のｐＨがこの範囲外である場合は、この範囲になるようにｐＨ調整剤で調整するのが好ましい。

本発明の鉛測定用試薬は、液体、ペースト状、シート状、フィルム状、チューブ状、ビーズ状等の形状を取ることができるが、使い易さの点で液体、シート状が好ましい。

本発明の鉛測定用試薬を用いて被検体中に含有する鉛濃度の測定は、例えば、吸光度法により標準試料を用いた検量線を用いて行われる。
吸光度計による測定における吸光波長は、３５０〜７００ｎｍ、更に４００〜５００ｎｍ、特に４６５ｎｍであるのが好ましい。

本発明の鉛測定用試薬を用いた鉛濃度測定において、被検体中のカルシウムイオン濃度は、１０００ｍｍｏｌ／Ｌ以下が好ましく、３００ｍｍｏｌ／Ｌ以下が特に好ましい。

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

参考例１ ポルフィリン核導入ポリマーの合成
プロトポルフィリンＩＸ２ナトリウム塩１８２．４ｍｇ、アクリルアミド７１．２ｇをジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）に溶かし、９８０ｍＬとした。三口フラスコ内に移し、５００ｍｍｏｌ／Ｌのアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）を２０ｍＬ添加した後、窒素ガスによるバブリングを１０分間おこない、すみやかに封栓した。６０℃に調整したウォーターバスに三口フラスコを浸し、重合を開始した。４時間後、得られた重合液を沈殿剤である大量のメタノールに少しずつ滴下し、ポルフィリン核導入ポリマーを単離した。

実施例１ 鉛測定用試薬の調製
ポルフィリン核導入ポリマーをＭｉｌｌｉＱ水に少しずつ溶かし、１０倍希釈した際の４００ｎｍの吸光度（ブランク：空気）が０．５〜０．６の間になるまで希釈した。このようにして得られたポルフィリン核導入ポリマー水溶液と、水酸化ナトリウムの添加によってｐＨを１１に調整した１００ｍｍｏｌ／Ｌの３−シクロヘキシル−１−プロパンスルホン酸（ＣＡＰＳ）溶液を体積比３：２で混合し、比較鉛測定用試薬（ｐＨ：１１）を調製した。さらにこの比較鉛測定用試薬と１０００ｍｍｏｌ／Ｌ塩化カルシウム溶液を体積比５００：１で混合し、本発明鉛測定用試薬（ｐＨ：１１）を調製した。

実施例２ 共存カルシウムの影響の検討
（１）検水
原子吸光用鉛標準液（１０００ｍｇ／Ｌ）をＭｉｌｌｉＱ水で希釈して２μｍｏｌ／Ｌ（＝０．４１ｍｇ／Ｌ）に調整した。この２μｍｏｌ／Ｌ鉛水溶液に高濃度の塩化カルシウムを少量（全量の１質量％以下）添加することにより、表１に示した鉛とカルシウムの混合溶液を検水とした。

（２）測定
本発明鉛測定用試薬又は比較鉛測定用試薬２５０μＬとＭｉｌｌｉＱ水２５０μＬを１ｃｍ角キュベット内で混合（ｐＨ：１１）した後、７５℃で５分間加熱し、次いで空気をブランクとして吸収スペクトルを測定し参照スペクトルとした。本発明鉛測定用試薬又は比較鉛測定用試薬と各検水を同様に混合（ｐＨ：１１）し、加熱し、吸収スペクトルを測定した。ベースラインの変動や増振の影響を取り除くため、３７０〜６００ｎｍの測定ポイントを用いて吸収スペクトルを標準化（ＳＮＶ変換）したうえで、吸収スペクトルから参照スペクトルを差し引いた差スペクトルを得た。

（３）結果
図１は、鉛測定用試薬を用いて検水１を測定した際の差スペクトルである。いずれも鉛に由来する差スペクトルピークが４６５ｎｍ付近に観察された。このときの４６５ｎｍにおける吸光度差を１として、各検水中に共存するカルシウム濃度と吸光度差との関係を図２にプロットした。図２では横軸を対数目盛りで表示した。
図２より、カルシウムを含有していない鉛測定用試薬を用いた場合、２０ｍｍｏｌ／Ｌ以下のカルシウムの共存で吸光度差が最大で４０％以上増加した。一方、本発明の鉛測定用試薬を用いた場合は、カルシウムの共存による吸光度差の増加は最大でも７％であった。また、本発明鉛測定用試薬又は比較鉛測定用試薬のいずれを用いた場合も１００ｍｍｏｌ／Ｌ以上の高濃度のカルシウムが共存したとき、カルシウム濃度に応じて吸光度差が減少する傾向が認められた。
測定誤差を１０％まで許容できるとすると、カルシウムを含有していない鉛測定用試薬を用いた場合の検水中のカルシウム許容濃度は１ｍｍｏｌ／Ｌ以下であるのに対し、本発明の鉛測定用試薬は３００ｍｍｏｌ／Ｌ以下であった。

Claims (5)

1. （Ａ）次式（１）又は（２）
   （式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を示す）
   で表されるポルフィリン化合物をアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド及び１−ビニルイミダゾールから選ばれるビニレン性単量体とともにラジカル共重合させてなるポルフィリン核導入ポリマー、及び（Ｂ）カルシウムイオン０．１〜１００ｍｍｏｌ／Ｌを含有する鉛測定用試薬。
2. ポルフィリン核導入ポリマーを構成するビニレン性単量体が、前記ビニレン性単量体に加えてビニレン基を２以上有し架橋剤として働く化合物を併用するものである請求項１記載の鉛測定用試薬。
3. ビニレン基を２以上有し架橋剤として働く化合物が、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ビスアクリロイルシスタミン、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート及びトリメチロールプロパントリアクリレートの群から選ばれるものである請求項２記載の鉛測定用試薬。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の鉛測定用試薬を用いた鉛濃度測定方法。
5. 鉛測定用試薬と被検体との混合液のｐＨを９〜１２に調整して測定する請求項４記載の鉛濃度測定方法。