迅速光度測定試験を用いた飲用水、ミネラルウォーター、地下水、および湧水中の鉄分の高感度定量
Katrin Schwind, Gunter Decker
飲用水の水質は、EU Council Directive 98/831,2やWHOガイドライン3といったさまざまなガイドラインで規制されています。このような上限値を定めるには、健康被害と感覚的および技術的な理由の両方を考慮します。例えば、飲用水に通常見られる程度の濃度の鉄分は健康に危害を及ぼしません。2,3 しかし、鉄分濃度が高くなると水酸化鉄が生成され、水道管系に堆積して水が茶色に変色します。4
無色透明の水を確実に供給するために、飲用水に対する各国固有の上限値が定められています。EU指令が定める鉄分の上限値は0.2 mg/L Fe2、米国EPAでは0.3 mg/L Feです。5 水道管系への鉄分の堆積を防ぐには、0.02 mg/Lの上限値を超えてはなりません。6 定められた上限値を超えないように、飲用水は多くの場合に鉄分の沈殿処理ステップを通します。この方法によって鉄分が実質的に取り除かれるため、鉄分の濃度は低ppbレベルまで低下します。6
分析方法
微量なレベルを定量するための高感度分析法には、フレーム原子吸光分析（フレームAAS、F-AAS）、誘導結合プラズマ発光分光法（ICP-OES）などがあります。DIN EN ISO 38406-32によるF-AAS法の測定範囲は、投入量に応じて0.002～0.020 mg/L Feです。DIN EN ISO 11885によるICP-OES法の定量限界（LOQ）は0.002 mg/L Feです。7,8 私たちの研究室では、ICH Q2規格に準拠したICP-MSによって0.0007 mg/L FeのLOQを達成しています。
分析テストキットを用いた鉄分分析（迅速光度測定法）
高価な装置を使用することなく高感度の結果を素早く得るための実用的な方法は、迅速光度測定法です。テストキットの一般的な特長は使いやすさと手順の速さです。選択できる方法は、用途、測定範囲、および要求される精度によって決まります。鉄分の場合は2種類の高感度光度測定法を選択できます。
APHA 3500-Fe BとDIN 38406-1に従って1,10-フェナントロリン法を用いる鉄分の定量では、多くのサンプルに十分な0.01 mg/Lの低レベルまでの光度測定が可能です。9
さらに低いLOQが必要な場合はトリアジン法を選択します。この方法では、すべての鉄イオンが鉄（II）イオンまで還元されます。これらは、トリアジン誘導体を含有するチオグリコール酸緩衝溶液中で反応して赤紫色の錯体を生成し、その光度を測定して定量します。10 100 mmのセルとProve 600 UV-VIS分光計を用いると、0.0025 mg/Lという低い鉄分のLOQを達成できます。鉄分除去処理を行うことと、ほとんどの飲用水に含まれる自然由来の鉄分は少ないことから、感度が高いトリアジン法を選択すべきであると考えられます。Spectroquant®鉄分テスト（製品番号114761）の測定範囲は0.0025～5.00 mg/L Feです。Spectroquant®光度計には測定方法が事前にプログラムされているため、時間のかかる検量線の作成を行う必要はありません。
Spectroquant®鉄分テストでのサンプル調製と測定の実行
サンプルにまず硝酸を加えて酸性化し、鉄分を安定化しなければなりません。炭酸を含むサンプルは超音波水槽でガス抜きもしなければなりません。測定手順の詳しい説明については、「水中鉄分の高感度測定」アプリケーションを参照してください。11
ICP-MS法とSpectroquant®鉄分テスト法の比較
異なる5種類のミネラルウォーターの鉄分含有量をSpectroquant®テストキットとICP-MSで定量しました。サンプルはすべて、それぞれの方法のLOQ（ICP-MSでは0.0007 mg/L、Spectroquant®テストキットでは0.0025 mg/L）を下回りました。
5種類のサンプルに3種類の異なる濃度レベルの鉄を標準添加法で添加し、光度測定法でそれぞれの回収率を測定しました。その結果を表1と図1に示します。
添加した鉄の濃度は正確に回収されました。添加サンプルの回収率はすべての実験で89%～99%の範囲にあり、平均回収率は95%でした。
図1.標準添加の結果。
検量線をカスタマイズするとさらに高い精度を得ることができます。図2に、DIN 38402 A51とISO 8466-1に従って定量する製品番号114761の事前にプログラムされた方法と、光度測定テストキットを用いて0.0005～0.0100 mg/L Feの測定範囲用に手作業で作成した検量線の性能特性比較を示します。検量線を図2に示します。
カスタム検量線の変動係数は4.35%で、事前にプログラムされた方法の3.3倍でした。これは、このような低濃度ではカスタム校正法の偏差の相対的な影響が大きくなるためです。絶対値を見れば、メソッド標準偏差とP=95%メソッド信頼区間の値が、事前にプログラムされた方法の1/13～1/14であることから分かるように、カスタム校正手順のメソッド誤差が圧倒的に小さくなります。
標準添加の場合、そのようなカスタム校正を用いると回収率がさらに向上して平均値は101%を達成しました。個々の値は95%～106%の間にあります（表3）。
図2.0.0005～0.0100 mg/L Feの測定範囲の検量線。
ミネラルウォーターは鉄分含有量が少ないため、水処理を行わないことにより鉄分濃度が元々高い地下水と湧水のサンプルを用いた実験も行いました。測定は事前にプログラムされた方法で行いました。ここでも、ICP-MS法を用いた標準分析で測定結果を検証しました。表4に、2つの方法で得られた結果の比較を示します。
Spectroquant®鉄分テストで得られた結果は、ICP-MS法を用いて得られたものと一致しています。Bensheim地下水サンプルは2.7 mg/L Feと鉄分含有量が極めて多く、規定された手順から逸脱するため、10 mmのセルを使用しました。このときの回収率は100%でした。これらの結果から、鉄分濃度が極めて高い場合でも鉄分テストによって正確に濃度を測定できることが示されました。
鉄分濃度が低い湧水サンプルの場合、測定結果のずれは最大0.0008 mg/Lに過ぎませんでした。光度測定法のLOQより低いこのような鉄分濃度もICP-MS測定によって確認されました。
まとめ
飲用水、ミネラルウォーター、地下水、および湧水中の鉄分を定量する場合に、Spectroquant®鉄分テストはICPやAASに代わる優れた代替手段を提供します。この方法は容易に実行でき、ICP-MS法で得られる結果と同程度の結果が得られます。経済的な理由でICP-OESシステムやICP-MSシステムを購入することが得策でないすべての研究室にとって、Spectroquant®鉄分テスト（製品番号114761）は、飲用水、ミネラルウォーター、地下水、および湧水中の鉄分含有量を高速、高感度、かつ正確に定量する代替手段となります。
使用した試薬、サンプル、および装置：
どの測定にもProve 600分光光度計を用いました。基準にしたシステムは、Thermo Fisher Scientific HR-ICP質量分析計（要素2装置による方法）です。
分光光度分析に適したSpectroquant®製品ラインの詳細については、SigmaAldrich.com/spectroquantをご覧ください。
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