超高感度遊離残留塩素分析に基づく次世代水質管理手法の開発

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04420
• Research Institution: National Institute of Public Health
• Principal Investigator: 越後 信哉 国立保健医療科学院, その他部局等, 上席主任研究官 (70359777)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小坂 浩司 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60370946)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 遊離残留塩素 / カーボンフェルト電極 / クロラミン

Outline of Annual Research Achievements

本研究の最終目標は，塩素が入っていても塩素に由来する臭い（カルキ臭）がしない安全な水道水を作ることである。平成30年度は,極低濃度塩素標準液の検定が可能な塩素標準試料不要のプローブ物質による分析法（LC-MS/MSを想定）を構築を試みた（プローブ法）。特に，分析条件の最適化について注力した。あわせて，高感度残留塩素選択性電極の作成と基本特性の評価，電極の無機クロラミン類に対する評価を行った。
より具体的には，プローブ法の開発については，3-クロロ-4-ヒドロキシ安息香酸 (CHBA) を用いた超高感度分析について，反応条件の最適化を容易にするために，CHBAの反応経路やpH依存性に関する数理モデルを構築したうえで検討した。その結果，CHBAは約80%が中性付近であればpHによらず，測定対象である3,5-ジクロロ-4-ヒドロキシ安息香酸(DCHBA)に塩素化されることが推定された。さらに，反応試薬（CHBA溶液および緩衝液）の保存状態により，保存液中のアンモニウムイオン濃度が増加した場合に，反応に影響があるため正確な分析のためには試薬の調整頻度や保存環境が重要であることを示した。
高感度残留塩素選択性電極についてはカーボンフェルト電極によるシステムを構築し，これによりppbオーダーでの遊離残留塩素の検出が可能であること，モノクロラミン，ジクロラミンの影響は受けないこと，トリクロラミンについては応答があるが事前のパージによりその影響を回避できることなどを明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成30年度は,極低濃度塩素標準液の検定が可能な塩素標準試料不要のプローブ物質による分析法（LC-MS/MSを想定）を構築する（プローブ法）。あわせて，高感度残留塩素選択性電極の作成と基本特性の評価，電極の無機クロラミン類に対する評価を行うこととしている。概要に記載の通り，プローブ法の最適化（pH依存性および反応試薬中アンモニウムイオン濃度の影響），および超高感度電極についてppbレベルの感度を実現し，クロラミン類の影響を排除する方法を確立する等十分な結果が得られているため，概ね順調と評価した。

Strategy for Future Research Activity

今後の計画では，2019年度は，電極法における臭素化合物の影響評価，有機クロラミンの影響評価，連続測定における安定性評価の順に検討を進め，高感度・高選択性遊離残留塩素センサーの可能性を示し，並行して種々の浄水フローと極低濃度域での塩素の安定性の関係性を明らかにし，2020年度はさらに，極低濃度遊離残留塩素を確保するための浄水フローに関する多角的評価を進め，次世代の水質管理手法の提案を行うこととしている。ここまで概ね順調に成果が得られており，このまま予定通りに計画を遂行する予定である。
なお，試薬中のアンモニウムイオンの影響については，制御法をさらに検討する予定である。