Development of Next Generation Water Quality Management Method Based on Ultra High Sensitivity Free Residual Chlorine Analysis

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04420
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 越後 信哉 京都大学, 工学研究科, 准教授 (70359777)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小坂 浩司 国立保健医療科学院, その他部局等, 上席主任研究官 (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 / 水道水質

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。この目的を達成するために，高感度の遊離残留塩素の測定技術について研究を進めた。まず，極微量の遊離残留塩素を検量線なしで測定するプローブの開発を進めた。これまで，検討してきた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。
次により汎用性の高い残留塩素測定技術として，高感度残留塩素選択性電極（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を明らかにした。
臭化物イオン非存在下では，これらの2つの方法は，遊離塩素が数ppbの条件下でも良好な相関関係にあったが，電極法では臭化物イオン存在下で遊離塩素を添加した場合に生成する次亜臭素酸に応答を示すことが分かった。