高速イオンクロマトグラフィーによる

高塩濃度試料中の無機態窒素分析

のご紹介

東ソー株式会社

バイオサイエンス事業部

JASIS 2016 新技術説明会 （2016.9.9） rev.3

1．無機態窒素分析について

環境水分析における無機態窒素分析について

～主な法令による基準値，分析方法～

人の環境の保護に

関する環境基準 NO2-N及びNO3-N 10 mg/L 以下

採用分析方法

（JIS K0102)

NO2-N

ナフチルエチレンジアミン吸光光度法

イオンクロマトグラフ法

流れ分析法

NO3-N

還元蒸留－インドフェノール青吸光光度法

Cu-Cdカラム還元－ナフチルエチレンジアミン吸光光度法

イオンクロマトグラフ法

流れ分析法

●環境基本法

●水質汚濁防止法

一律排出基準

（許容濃度）

NH4-N ｘ 0.4，

NO2-N及びNO3-N

の合計量

100 mg/L 以下

採用分析方法

（JIS K0102）

NH4-N

インドフェノール青吸光光度法

中和滴定法

イオンクロマトグラフ法

流れ分析法

NO2-N

ナフチルエチレンジアミン吸光光度法

イオンクロマトグラフ法

流れ分析法

NO3-N イオンクロマトグラフ法

流れ分析法

イオンクロマトグラフ法のメリット

１．一斉分析

－陰イオン，陽イオン各システムによる多成分一斉分析が可能

２．共存成分の影響を受けにくい

－分離に基づく分析法のため、蒸留，還元カラム等の前処理は不要

－分析条件（分析カラム，溶離液，検出器等）による分離の調整が可能

３．広いダイナミックレンジ

－比色法に比べて広い定量範囲（3ケタ程度は可能）

イオンクロマトグラフ法の課題

１．分析カラムが高価

－排水等の複雑な組成の試料の場合、汚染によりカラムに

ダメージを与えやすい。

２．共存成分の影響

－濃度差の大きなイオン種が共存する場合、その分離に

限界がある。

例 NH4-N分析：隣接して溶出するNaイオン

NO2-N, NO3-N分析：隣接して溶出するClイオン

ろ過，希釈等の前処理

固相抽出などのカートリッジカラムによる前処理

ガードカラムの利用

【今回の検討課題】 分析条件の調整による共存成分の

影響の改善

高速イオンクロマトグラフィーシステムの構成

溶離液

ポンプ オート

サンプラ

カラムオーブン

含 ガードカラム

含 分析カラム

サプレッサー 電気伝導度

検出器

吸光光度

検出器

＊全て東ソー株式会社製

IC-2010 UV-8320 IC IC-2010

ワークステーション

2．分析条件の設定

0

4

8

0 5 10 15 20 25

[ μS

/cm

]

{ min ]

1 2

3

4

NH4-N（陽イオン）分析条件

【測定条件】 装置：IC-2010

分析カラム：TSKgel SuperIC-CR

ガードカラム：TSKgel guardcolumn SuperIC-CR

溶離液：A液- 2.2 mmol/L メタンスルホン酸＋1.0 mmol/L 18-crown-6

B液- 20 mmol/L メタンスルホン酸＋1.0 mmol/L 18-crown-6

流速：0.4～0.7 mL/min

温度：40 ℃

注入量：10 μL

サプレッサーゲル：TSKgel suppress IC-C

検出：電気伝導度

溶出条件： 0 min - A液 100%, 0.4 mL/min

16 min - B液 100%, 0.7 mL/min

17 min - A液 100%, 0.7 mL/min

35 min - 次試料注入

【ポイント】 ２液の溶離液切替溶出法を利用することで１価陽イオンの溶出を遅らせ、

NaイオンとNH4イオンの分離を向上させる条件を設定した。

【ピーク】

1. Li+: 0.5 mg/L

2. Na+: 2.0

3. NH4+: 2.0

4. Mg2+：5.0

1試料あたりの分析時間：35 min

従来条件との比較(NH4-N分析)

【ピーク】

1. Li+: 0.5 mg/L

2. Na+: 2.0

3. NH4+: 2.0

4. Mg2+：5.0

0

1

2

0 5 10 15

[ μS/

cm ]

[ min ]

0

10

20

0 5 10 15

[ μS/

cm ]

[ min ]

Na濃度

（mg/L） NH4-N濃度

（mg/L） 回収率

（％，ピーク面積）

従来条件 1,000 0.05 60.1

今回条件 1,000 0.05 83.1

従来条件 1,000 30 93.5

今回条件 1,000 30 97.3

NH4-N

(0.05 mg/L)

Na+

従来条件

今回条件

従来条件

今回条件

NH4-N

(30 mg/L) Na+

0

25

50

0 5 10 15 20

[ m

AB

U ]

[ min ]

1

2

3

NO2-N, NO3-N（陰イオン）分析条件

【測定条件】 装置：IC-2010

分析カラム：TSKgel SuperIC-Anion HR

ガードカラム：TSKgel guardcolumn SuperIC-A HS

溶離液：2.2 mmol/L NaHCO3＋2.7 mmol/L Na2CO3

流速：1.2 mL/min

温度：40 ℃

注入量：100 μL

サプレッサーゲル：TSKgel suppress IC-A

検出：紫外吸光光度（210 nm）

＊サプレッサーを使用することで、210 nm検出において

より安定したベースラインを得ることができる。

【ポイント】 高交換容量カラムTSKgel SuperIC-Anion HRを使用して、

各陰イオンの分離を向上させ、紫外吸光光度検出法を採用することで、選択的な検出条件を設定した。

【ピーク】

1. NO2－

: 5.0 mg/L

2. Br－

: 5.0

3. NO3－

: 5.0

1試料あたりの分析時間：20 min

0

1000

2000

0 5 10 15

[

AB

U ]

[ min ]

0

5

10

0 5 10 15

[

AB

U ]

[ min ]

従来条件との比較(NO2-N, NO3-N分析)

Cl濃度

（mg/L） Br濃度

（mg/L） SO4濃度

（mg/L）

NO2-N,

NO3-N濃度

（mg/L）

NO2-N 回収率

（％，ピーク面積） NO3-N 回収率

（％，ピーク面積）

従来条件 1,000 3.3 135 各0.01 86.6 91.5

今回条件 1,000 3.3 135 各0.01 107.0 100.6

従来条件 1,000 3.3 135 各25 103.5 100.0

今回条件 1,000 3.3 135 各25 96.0 100.3

NO3-N

(0.01 mg/L)

Br－

従来条件(HSカラム）

今回条件

従来条件（HSカラム）

今回条件

NO2-N

(0.01 mg/L)

Cl－

NO2-N

(25 mg/L)

NO3-N

(25 mg/L)

分析精度の検証結果

＊MDL算出方法：0.05 mg/L(NH4-N), 0.01 mg/L(NO2-N, NO3-N) を n=6 にて測定し、

ピーク面積の標準偏差×t値（危険率5%，自由度5）×2 により算出した。

検量線 定量性

成分 濃度範囲

(mg/L) 近似式

決定係数r2

MDL

(mg/L)

MQL

（mg/L)

NO2-N 0.01-5 y=ax 0.9999

0.0004 0.0018 5-50 y=ax+b 0.9999

NO3-N 0.01-5 y=ax 1.0000

0.0012 0.0029 5-25 y=ax+b 0.9996

NH4-N 0.05-5 y=ax2+bｘ 0.9999

0.0040 0.0110 5-30 y=ax2+bx+c 0.9998

＊MQL算出方法：0.05 mg/L(NH4-N), 0.01 mg/L(NO2-N, NO3-N) を n=6 にて測定し、

ピーク面積の標準偏差×10 により算出した。

2区間検量線について（NH4-N分析）

近似区間 １区間近似 ２区間近似

近似式 y=ax2+bx y=ax2+bx y=ax2+bx+c

濃度(mg/L) 面積実測値 面積算出値 誤差(%) 面積算出値 誤差(%) 面積算出値 誤差(%)

0.05 1.00 0.78 -21.4 1.00 0.1 － －

0.1 2.12 1.57 -26.3 1.99 -6.2 － －

0.2 4.14 3.13 -24.5 3.97 -4.1 － －

0.5 10.24 7.80 -23.9 9.82 -4.1 － －

1 19.55 15.51 -20.7 19.28 -1.4 － －

2 36.74 30.66 -16.5 37.12 -1.0 － －

5 82.03 74.02 -9.8 81.98 0.1 83.17 1.4

10 140.66 139.26 -1.0 － － 138.52 -1.5

20 234.46 243.38 -3.8 － － 235.89 0.6

30 315.91 312.36 -1.1 － － 315.48 -0.1

★広い検量線範囲で誤差が大きい場合、区間分割検量線により、分析精度は向上する。

2区間検量線設定例

②分割区間の

境界面積を入力

④誤差の算出結果の表示

③各区間の検量線の近似関数を設定

①「2 区間」分割を指定

3．共存成分の影響について

0

5

10

0 5 10

[ m

AB

U ]

[ min ]

NO2-N, NO3-N分析条件における塩濃度の影響調査

Cl－

NO2-N NO3-N

Br－

NO2-N, NO3-N 各0.004 mg/L添加試料のクロマトグラム

試料

No.

Cl-

(mg/L)

Br-

(mg/L)

SO42-

(mg/L) 回収率NO2-N

回収率NO3-N

1 4000 13 540 76.6 104.6

2 2000 6.5 270 96.6 95.1

3 1000 3.3 135 107.0 100.6

4 400 1.3 54 105.3 101.1

5 200 0.65 27 94.2 103.6

試料- 1

試料- 2

試料- 3

試料- 4

試料- 5

夾雑成分無し

・Cl-濃度が増加すると、NO2-Nの

溶出の遅れが顕著となり、回収率も低下する。

・海水レベル（Cｌ-：約20,000 mg/L）の塩濃度の場合、20倍程度の希釈が必要。

＊擬似海水の原液の陰イオン濃度（mg/L)：Cl－ 20,000， Br－：65， SO42－ 2,700

回収率の検証結果（NO2-N, NO3-N）

＊回収率は各イオンのピーク面積に基づき算出した。（ブランクは検出下限以下）

測定成分 共存イオン成分 評価結果

添加濃度

(mg/L)

Cl-

(mg/L)

Br-

(mg/L)

SO42-

(mg/L)

回収率

（％） MDL

(mg/L)

MQL

(mg/L)

[ NO2-N ]

0.01 0 0 0 － 0.0008 0.0021

0.01 200 0.65 27 95.8 0.0004 0.0011

0.01 1000 3.3 135 107.0 0.0006 0.0015

25 1000 3.3 135 96.0 － －

[ NO3-N ]

0.01 0 0 0 － 0.0019 0.0047

0.01 200 0.65 27 99.2 0.0020 0.0049

0.01 1000 3.3 135 100.6 0.0008 0.0021

25 1000 3.3 135 100.3 － －

海水レベルの塩濃度（Cl-：約20,000 mg/L）の試料の場合、20倍希釈で測定することにより、約0.04mg/L（試料原液中の濃度）のNO2-N，NO3-Nの分析が可能！！

0

1

2

5 10 15

[ μS

/cm

]

[ min ]

NH4-N分析条件における塩濃度の影響調査

Na＋

NH4-N

NH4-N 各0.05 mg/L 添加試料のクロマトグラム

試料

No.

Na＋

(mg/L)

NH4-N

回収率(%)

1 1000 83.1

2 500 92.8

3 200 92.2

4 100 97.8

5 50 99.5

6 10 100.6

試料- 1

試料- 2

試料- 3

試料- 4

試料- 5

夾雑成分無し

・Na+濃度が増加すると、NH4-Nは

ベースラインドリフトの影響により回収率が低下する傾向となる。

・海水レベル（Na+：約10,000 mg/L）の塩濃度の場合、10倍程度の希釈が必要。

試料- 6

＊回収率はブランク補正値を記載

回収率の検証結果（NH4-N）

＊回収率は各イオンのピーク面積に基づき算出した。（ブランク補正を実施）

測定成分 夾雑成分 評価結果

添加濃度

(mg/L)

Na+

(mg/L)

回収率

（％） MDL

(mg/L)

MQL

(mg/L)

[ NH4-N ]

0.05 0 － 0.004 0.011

0.05 100 97.8 0.006 0.015

0.05 1000 83.1 0.004 0.009

30 0 － － －

30 100 100.3 － －

30 1000 97.2 － －

海水レベルのNa ＋濃度（Na＋：約10,000 mg/L）の試料の場合、10倍希釈で測定することにより、約0.1 mg/L（試料原液中の濃度）のNH4-Nの分析が可能！！

0

1

2

5 10 15

[ μS

/cm

]

[ min ]

NH4-N分析条件における塩濃度の影響調査

Na+

NH4-N

Mg2+

NH4-N 0.05 mg/L添加試料のクロマトグラム

試料

No.

海水

希釈倍率

Na+

(mg/L)

Mg2+

(mg/L)

回収率(%)

NH4-N

1 10倍 950 120 35.1

2 20倍 475 60 60.8

3 50倍 190 24 96.6

試料- 1

試料- 2

試料- 3

無添加（50倍希釈）

人工海水（商品名：マリンアート SF-1，富田製薬（株）製）にNH4-N 0.05 mg/L

を添加し、ピーク面積の回収率を評価

人工海水の場合、Na+とMg2＋がともに濃度が高いため、

10倍希釈では十分な回収率が得られず、50倍程度の希釈が必要であった。

4．実試料の分析例

工場排水の分析－１

＊) 定量下限（MQL)以下であることを示す

0

2

4

0 5 10 15 20

[ m

AB

U ]

[ min ]

0

0.5

1

0 5 10 15 20

[ μS

/cm

]

[ min ]

【陰イオン分析】 【陽イオン分析】

NO2-N NO3-N

Br-

Cl- 由来ピーク

Na+

NH4-N

Mg2+

前処理：20倍希釈，ろ過 前処理：50倍希釈，ろ過

注入試料中濃度

（mg/L） 試料原液中濃度

(mg/L)

NO2-N 0.0017（＊） 0.034

NO3-N 0.0037 0.074

NH4-N 0.032 1.6

【定量結果】

海水組成に近い排水試料であり、陰イオン分析では、20倍希釈、

陽イオン分析では、50倍希釈

にて測定を実施した。

0

2

4

0 5 10 15 20

[ μS

/cm

]

[ min ]

0

20

40

0 5 10 15 20

[ m

AB

U ]

[ min ]

工場排水の分析－２

【陰イオン分析】 【陽イオン分析】

NO2-N NO3-N

Br- 有機物由来ピーク Na+

NH4-N

Mg2+

前処理：無希釈，ろ過 前処理：10倍希釈，ろ過

注入試料中濃度

（mg/L） 試料原液中濃度

(mg/L)

NO2-N 0.17 0.17

NO3-N 0.18 0.18

NH4-N 2.7 27

【定量結果】

塩濃度は比較的低い試料であったが、NH4-Nの含有量は多い結果であった。

0

2

4

0 5 10 15 20

[ μS

/cm

]

[ min ]

0

100

200

300

0 5 10 15 20

[ m

AB

U ]

[ min ]

生活排水の分析－１

【陰イオン分析】 【陽イオン分析】

NO2-N

NO3-N Na+

NH4-N

Mg2+

前処理：無希釈，ろ過 前処理：無希釈，ろ過

注入試料中濃度

（mg/L）

NO2-N 0.16

NO3-N 4.2

NH4-N 4.7

【定量結果】

塩濃度は低い試料であったが、NO3-N，NH4-Nの含有量は多い結果であった。

0

10

20

0 5 10 15 20

[ m

AB

U ]

[ min ]

0

2

4

0 5 10 15 20

[ μS

/cm

]

[ min ]

生活排水の分析－２

【陰イオン分析】 【陽イオン分析】

NO2-N

NO3-N Na+

NH4-N

Mg2+

前処理：無希釈，ろ過 前処理：無希釈，ろ過

注入試料中濃度

（mg/L）

NO2-N 0.012

NO3-N 0.25

NH4-N 0.36

【定量結果】

Br-

塩濃度は低く、微量のNO3-N，NH4-Nが検出された。

0

25

50

0 5 10 15 20

[

AB

U ]

[ min ]

河川水（山口県周南市）の分析

【陰イオン分析】 【陽イオン分析】

NO3-N Na+

NH4-N

Mg2+

前処理：無希釈，ろ過 前処理：無希釈，ろ過

注入試料中濃度

（mg/L）

NO2-N －

NO3-N 0.48

NH4-N 0.36

【定量結果】

0

0.1

0.2

0 5 10 15 20

[ μS

/cm

]

[ min ]

塩濃度は低く、微量のNO3-N，NH4-Nが検出された。

5．まとめ

1. NO2-N，NO3-N分析

高交換容量カラム及び紫外吸光光度検出を採用することで、Cl-濃度1,000 mg/L程度が共存しても、0.002～0.003 mg/Lの定量が可能であった。海水レベルの塩濃度の場合、20倍希釈試料で測定が可能であった。

高塩濃度試料中の

無機態窒素の分析条件検討結果

2. NH4-N分析

溶離液切替溶出法を利用して、１価陽イオンの溶出を遅らせることで、Na+濃度1,000 mg/L程度が共存しても、0.01 mg/Lの定量が可能であった。しかしながら、海水などの試料の場合、共存するMg2＋の影響を受けるため、50倍希釈での分析が必要であった。