産業における⽔質分析⽅法の完全ガイド
⽔質分析とは、⽔質をテストして評価するプロセスを指します。⽔質を判断するために、さまざまな物理 的、化学的、⽣物学的特性を調べます。これらの結果は、分析対象の⽔源に関連する潜在的な健康リスクや環境上の懸念を特定するのに役⽴ちます。
⽔質分析は、⽔質と⽔の構成を評価するために不可⽋なプロセスです。これは、飲⽤、⼯業⽤、農業、⽔⽣⽣態系など、さまざまな⽤途で⽔が安全で清潔であることを確認するための重要なステップです。⽔質分析プロセスでは、さまざまなパラメータ (pH、導電率など) と⽔中の汚染物質を測定し、飲⽤時の安全性と特定の⽤途への適合性を確認します。
⽔質分析⽅法の必要性とは何ですか?
⽔質分析が重要な主な理由の 1 つは、私たちが毎⽇消費する⽔が飲⽤として安全であることを確認することです。汚染された⽔は、有害なバクテリア、ウイルス、化学物質、重⾦属が含まれている可能性があるため、深刻な健康リスクをもたらす可能性があります。したがって、定期的に⽔質分析を実施すれば、潜在的な脅威を特定し、⽔が蛇⼝に到達する前に、適切な措置を講じて⽔を処理またはろ過し、⽔質を改善できます。これは、⼦供、妊婦、免疫⼒が弱い⼈など、より脆弱な⼈々にとって特に重要です。これらの⼈々は通常、⽔媒介性疾患にかかりやすいです。
⽔質分析は、環境の監視と保護にも不可⽋です。川、湖、海の⽔を分析することで、科学者や環境保護論者は⽔⽣⽣態系の健全性を評価し、⽔⽣⽣物に影響を与える可能性のある汚染物質を特定できます。この情報は、これらの脆弱な⽣態系を保護するための効果的な保全および管理戦略を計画するのに役⽴ちます。
⽔質分析は、⽔質のさまざまな側⾯や、それがさまざまな⽣態系や種に与える影響を研究するなど、研究⽬的に貴重なデータも提供します。このデータは、⻑期的な影響や傾向を理解し、新たな汚染物質を特定し、⽔関連の課題に対処するための新しい技術や処理⽅法を開発するのに役⽴ちます。
産業における⽔質分析法の重要性
⽔質分析法は、⾷品・飲料業界など、業務に⽔を必要とする幅広い業界にとって重要です。この業界では、清掃、調理、材料の準備など、⽇常業務で⽔が広く使⽤されています。したがって、プロセスのさまざまな時点で⽔質を分析し、消費と⽣産に必要な基準を満たしていることを確認することが不可⽋です。⽔質分析を⾏うことで、最終製品の味、安全性、全体的な品質に影響を与える可能性のある汚染物質や不純物を検出できます。
⽔分析法に⼤きく依存しているもう 1 つの業界は、製薬業界です。バイオリアクターなどの装置で製造される医薬品やワクチンなどの医薬品の製造において、⽔は重要な要素です。これらのプロセスで使⽤される⽔の純度と品質は、最終製品の安全性を確保するために最も重要です。
農業も⽔質分析⽅法に⼤きく依存しています。灌漑は農業の重要な段階であるため、⽔質は作物の成⻑と収穫量に重要な役割を果たします。灌漑に使⽤する⽔を分析すると、⽔中に存在する可能性のある農薬や重⾦属などの有害物質を特定するのに役⽴ちます。これにより、農家は作物への悪影響を軽減し、農産物の安全性を確保し、表⾯流出による周辺地域の汚染を防ぐために適切な対策を講じることができます。
さらに、発電所や⽯油精製所では、冷却システムや蒸気⽣成に使⽤される⽔の品質を監視するための⽔質分析⽅法が必要です。⽔中の汚染物質は、機器の腐⾷、スケール、汚れにつながりやすく、効率の低下やメンテナンス費⽤の増加につながる可能性があります。したがって、円滑な運⽤を維持し、安全対策に従うに は、定期的な⽔質分析が不可⽋です。
⽔質分析⽅法の種類
化学⽔分析法
化学分析は⽔質分析の基本的な部分です。汚染物質を特定し、⽔中の汚染物質のレベルを評価するには、さまざまな化学パラメータのテストが必要です。⼀般的にテストされる化学パラメータには、アンモニア、塩化物イオン、亜硝酸塩、硝酸塩、リン酸塩、⽔の硬度などがあります。
塩化物イオン:⽔中の塩化物イオンの濃度は、汚染レベルと塩⽔の存在の可能性を⽰します。塩化物イオンレベルが⾼いと、⽔に塩味が⽣じ、⽔道管の腐⾷を引き起こす可能性があります。これらは⽔質に悪影響を与えるだけでなく、メンテナンス コストの上昇にもつながります。
アンモニア:アンモニアは有機物の分解の副産物であることが多く、⽔源によく⾒られます。⽔の消毒プロセスでクロラミンを使⽤すると、アンモニア濃度が⾼まります。飲料⽔中のアンモニア濃度が⾼いと、健康に悪影響を与える可能性があり、独特の味や臭いを引き起こす可能性があります。
亜硝酸塩と硝酸塩:亜硝酸塩と硝酸塩は、有機物の分解と⼤気中の窒素固定により⽔中に⾒られる窒素の⼀種です。亜硝酸塩は、特に⾼濃度の場合、有毒となり、乳児の「⻘⾊児症候群」などの健康問題を引き起こす可能性があります。⼀⽅、硝酸塩は⽔⽣植物の成⻑を促進し、池や湖で過剰な植物の成⻑が起こる⾃然⽔系で⽔の富栄養化を引き起こす可能性があります。
リン酸塩:リン酸塩は、⼆⽔素リン酸 (H2PO4-)、ポリリン酸 (ポリP)、有機リン酸など、さまざまな形で⽔中に存在します。リン酸塩は基本的に、農業廃棄物、下⽔、産業廃⽔から発⽣します。リン酸塩⾃体は有毒ではありませんが、⾼濃度になると⽔の富栄養化につながる可能性があります。
硬度:⽔の硬度は、⽔中のカルシウム塩とマグネシウム塩の存在を指します。⼀時的な硬度は炭酸イオンと重炭酸イオンによって⽣じ、永久的な硬度は塩化物イオンと硫酸イオンによって⽣じます。硬⽔は飲⽤には⼀定のメリットがありますが、特定のイオンが過剰になるとスケールが蓄積して問題が⽣じることがありま す。
物理的な⽔質分析⽅法
⽔の物理的分析には、温度、⾊、濁度、導電率など、さまざまな物理的特性の評価が含まれます。これらのパラメータは、さまざまな⽬的に対する⽔の透明度と適合性に関する貴重な情報を提供します。
温度:⽔温は、溶存酸素量、ガスの溶解度、⽔⽣⽣物の成⻑に影響を与えるため、さまざまな物理的および⽣物学的プロセスで重要な役割を果たします。温度測定はシンプルですが、⽔⽣⽣態系の全体的な健全性と機能を理解するために不可⽋です。
⾊:⽔の⾊は、浮遊物質または溶解物質の存在を⽰します。⾒かけの⾊は浮遊物質によって⽣じる⾊を指し、実際の⾊は溶解した固形物によって⽣じます。また、⽔が過度に着⾊すると⾒た⽬が悪くなる可能性があ り、消毒プロセスを妨げる可能性のある有機化合物の存在を⽰している可能性があります。
濁度:濁度は、⽔中の浮遊粒⼦によって光が吸収または散乱される程度を測定するため重要です。濁度は、堆積物 (⼟など)、藻類、有機粒⼦などの粒⼦状物質の存在を⽰し、濁度計で簡単に測定できます。濁度レベルが⾼いと、⽔の美観に影響を及ぼし、消毒プロセスに問題が⽣じる可能性があります。
導電率:導電率は、⽔が電流を伝導する能⼒を測定します。これは、溶解した塩、ミネラル、その他のイオンの存在によって影響を受けます。イオンの数が多いほど、導電率レベルが⾼くなります。導電率は、⽔全体のミネラル含有量と塩分濃度、およびさまざまな⽤途や業界への適合性についての洞察を提供します。
⽣物学的⽔分析法
⽣物学的分析は、⽔中の微⽣物やその他の⽣物学的指標の存在を評価することに重点を置いています。これらの指標は、⽔の全体的な健康状態と安全性を理解するのに役⽴ちます。良い例としては、細菌検査があります。
細菌検査は、⽔の安全性と飲⽤適性（飲⽤適性）を判断する上で不可⽋です。検査される最も⼀般的な細菌の 1 つは、⼤腸菌です。これは、糞便汚染の指標です。⽔中の⼤腸菌レベルが⾼い場合、摂取すると深刻な健康問題を引き起こす可能性のある有害な病原体が存在する可能性があります。細菌検査は、⼤腸菌などの潜在的な微⽣物汚染を特定し、飲⽤⽔やその他の⽤途の⽔の安全性を確保するのに役⽴ちます。
⽔質検査機関の役割
⽔質検査研究所は、⽔質分析において重要な役割を果たします。これらの専⾨施設には、幅広いテストと分析を実⾏するための⾼度な機器と訓練を受けた⼈員が備えられています。研究所は、⽔の管理と処理に関して⼗分な情報に基づいた決定を下すために不可⽋な、正確で信頼性の⾼い結果を保証する環境を提供します。
⽔質検査研究所では、包括的な⼀連の検査も提供しており、標準化されたプロトコルと品質管理措置に従って、結果の正確性と精度を確保しています。したがって、⽔質分析研究所は、取得したデータについて専⾨的なガイダンスと解釈を提供し、業界が⽔質低下の影響を理解して適切な措置を講じるのに役⽴ちます。
⽔質分析：分析⽅法の理解
分析法は、⽔サンプル内の特定の汚染物質の濃度を測定するために設計された⼿順です。これらの⽅法は、汚染物質の分離、識別、定量化に加えて、サンプルの収集、保存、保管の構造を提供します。分析法は、品質管理基準を確⽴し、報告基準の概要を⽰します。
分析⽅法には、規制への準拠の証明、監視⽬標の達成、定期的な分析を必要とする⽔サンプルのデータの提供など、さまざまな⽬的があります。これらの⽅法には通常、飲料⽔の汚染物質の濃度の上限と下限が設けられています。また、正確で信頼性の⾼い結果を保証するために、品質管理対策も組み込まれています。
⽔質分析法の開発と評価
略語:
ASTM: アメリカ材料試験協会
DIN: ドイツ規格協会
EN: 欧州連合
EPA: 環境保護庁 (⽶国)
ISO: 国際標準化機構
SCA: アナリスト常任委員会 (ブルーブック)
SLMB: スイスの⾷品分析の本
USP: ⽶国薬局⽅
⽔質分析に使⽤される分析⽅法は、EPA などの政府機関、Standard Methods や ASTM International などのコンセンサス メソッド組織、⼤学、⽔質研究所、商業販売業者など、さまざまな組織によって開発されています。
EPA による⽅法の承認は、新しい汚染物質を規制する場合、またはその他の規則制定活動を通じて⾏われます。迅速承認プロセスは、飲料⽔分析⽅法の承認を効率化するために採⽤されています。公共⽔道システムをサポートする研究所は、飲料⽔規制への準拠を証明するために、サンプルを分析するために EPA 承認の
⽅法を使⽤する必要があります。
主なパラメータと対応する⽔質分析⽅法
⽔質分析には、さまざまなパラメータと汚染物質の測定が含まれます。以下は、分析される最も⼀般的なパラメータとそれに対応する分析⽅法です。
電気伝導率
電気伝導率は、⽔中の塩分濃度と総溶解固形物を評価するために使⽤される重要なパラメータです。電気伝導率は、⽔の電流伝導能⼒についての洞察を提供します。
⽔サンプルの電気伝導率を測定するために、 ASTM D 1125、EPA 120.1、ISO 7888、DIN EN 27888、 USP 645 など、いくつかの標準的な⽅法が採⽤されています。
pH値
⽔の pH 値はその酸性度またはアルカリ性度を⽰し、⽔質を評価するための重要なパラメータです。 ASTM D 5464、EPA 150.2、DIN EN ISO 10523、SCA 14、SLMB 602.1 は、⽔の pH 値を測定するために使⽤される標準的な⽅法の⼀部です。
フッ化物
フッ化物は天然に存在するミネラルで、過剰に存在すると⼈体の健康に有害な影響を及ぼす可能性があります。⽔サンプル中のフッ化物の分析は、フッ化物の濃度が許容範囲内であることを確認するために重要で す。
ASTM D 1179、ASTM D 3868、DIN 38405-4、EPA 340.2、ISO 10359-1、SCA 62、および SLMB 626.1 は、フッ化物分析に使⽤される標準的な⽅法の⼀部です。
アンモニウムとケルダール窒素
アンモニウムと総ケルダール窒素 (TKN) は、⽔サンプル中の窒素化合物の存在を評価するために使⽤されるパラメータです。これらは、⽔中の有機窒素と無機窒素のレベルに関する情報を提供し、汚染と潜在的な健康リスクを⽰すことができます。
ASTM D 1426、ASTM D 3590、DIN 38406-5、EPA 350.2、EPA 350.3、EPA 351.3、EPA 351.4、ISO 5663、ISO 5664、ISO 6778、SCA 126、および SLMB 631.1 は、アンモニウムおよび TKN の分析に使⽤される標準的な⽅法の⼀部です。
イオンクロマトグラフィー
イオンクロマトグラフィーは、⽔サンプル中の陰イオンと陽イオンの分析に広く使⽤されている技術です。さまざまなイオンを分離して定量化し、⽔の化学組成に関する情報を提供します。
ASTM D 4327、ASTM D 5085、ASTM D 5257、ASTM D 5542、ASTM D 5996、ASTM D 6581、ASTM D 6919、EPA 218.6、EPA 300.0、EPA 300.1、EPA 314.0、EPA 317.0、DIN EN ISO 10304-1、DIN EN ISO 10304-3、DIN EN ISO 10304-4、DIN EN ISO 14911、DIN EN ISO 15061、SCA 631.1、および SLMB 658.1 は、イオンクロマトグラフィーに使⽤される標準的な⽅法の⼀部です。
研究室で使⽤される機器による⽅法
現場でのテスト⽅法とは別に、実験室環境では機器による⽅法を使⽤して⽔サンプルを分析することもあります。これらの⽅法では、⾼度な電⼦機器を使⽤して汚染物質の微量レベルを測定し、迅速かつ正確な結果を提供します。
イオンクロマトグラフィー：陰イオンの微量レベルを測定
原⼦吸光分光法、誘導結合イオン分光法、X線蛍光分光法：さまざまな元素の微量レベルを検出します
ガスクロマトグラフィー：揮発性化合物の定量に使⽤
⾼圧液体クロマトグラフィー：抗菌システム中の微量有機化合物を分離・検出するために使⽤される 全有機炭素：樹脂の漏れや有機汚染が発⽣した⽔中の有機物の数を測定するために使⽤されます。
核磁気共鳴分光法：有機ポリマーやその他の⽔処理化学物質の構造を評価するために使⽤される
フーリエ変換⾚外線分析：ボイラーや冷却システムの堆積物の組成を識別し定量化するために使⽤されます。
⽔質分析のためのサンプルの準備と収集⽅法
正確で有意義な結果を確実に得るには、⽔質分析において適切なサンプルの収集と準備が不可⽋です。
まず、⽔質分析のさまざまな⽅法を理解することが重要です。pH レベル、溶存酸素、濁度、バクテリアや重⾦属などの汚染物質の存在など、さまざまなテストとパラメータを測定できます。実⾏する特定の分析に応じて、適切な⽅法を選択し、それに応じてサンプルを収集する必要があります。
まず、⽔サンプルを採取する前に、必要な器具が揃っていることを確認してください。汚染を防ぐために、清潔で滅菌されたボトルまたは容器が必要です。⽔サンプル採取⽤に特別に設計されたガラス製または⾼品質のプラスチック製の容器を使⽤することをお勧めします。また、サンプルを適切に識別して記録するために、⼿袋、防⽔マーカー、ラベルも⽤意する必要があります。
次に、正しいサンプル採取場所を選択することが重要です。場所は、分析する⽔源を代表する場所でなければなりません。たとえば、⾃宅の⽔道⽔の⽔質を検査する場合は、蛇⼝から直接サンプルを採取する必要があります。川や湖の⽔を分析する場合は、⼯業地帯や下⽔⼝など、汚染の可能性のある場所から離れた場所を選択します。
⽔サンプルを採取する際は、常に汚染の可能性を最⼩限に抑える予防策を講じてください。まず、採取した⽔源と同じ⽔でサンプル容器を徹底的にすすいでください。これにより、分析結果に影響を与える可能性のある不純物や残留物を取り除くことができます。次に、容器が表⾯に触れたり、⼿に触れたりしないように注意しながら容器に⽔を注ぎます。
分析のために⼗分な量の⽔を採取することが重要です。必要な量は、特定のテストや分析⽅法によって異なります。⼀般的に、ほとんどの標準テストでは少なくとも 500 ミリリットル (ml) の⽔を採取することが推奨されています。ただし、より包括的な分析を⾏う場合や、複数のテストを実⾏する必要がある場合には、より⼤きなサンプルが必要になることがあります。
サンプルを収集した後は、サンプルが適切にラベル付けされ、記録されていることを確認してください。ラベルには、収集場所、⽇付、時間などの重要な情報を含める必要があります。この情報は、正確なデータの解釈と将来の分析との⽐較に不可⽋です。
最後に、採取したサンプルは分析のために研究室に到着するまで適切に管理してください。サンプルの特性の変化を最⼩限に抑えるため、サンプルは冷暗所に保管してください。可能であれば、輸送中にサンプルの温度を維持するために保冷剤を⼊れたクーラーボックスに⼊れて輸送してください。
サンプルはテスト前に室温まで冷却する必要があります。通常は 21 〜 26°C (70 〜 80°F) の範囲ですが、ほとんどの⽔分析⽅法では 25°C の温度が推奨されます。粒⼦状物質を除去してサンプルの純度を確保するには、0.2 〜 2.5 µm のフィルターでろ過する必要がある場合があります。
⽔の採取⽅法
⽔サンプルを採取する⼀般的な⽅法の 1 つは、グラブ サンプリング⼿法です。これは、ガラス瓶やビニール袋などの清潔な容器を使⽤して、特定の⽔源から⽔のサンプルを直接採取するものです。
採取する⽔の成分を変える可能性のある汚染物質を含まない容器を選択することが重要です。正確性を確保するには、⽔源内のさまざまな場所から複数のサンプルを採取することをお勧めします。これにより、サンプル採取エリア全体に存在する可能性のある⽔質の変動を考慮することができます。
⽔サンプルを採取する別の⽅法は、複合サンプリング技術です。これは、特定の期間（通常は 24 時間）にわたって複数のグラブサンプルを採取し、それらを 1 つの代表的なサンプルに組み合わせるものです。
複合サンプリングの⽬的は、⼀定期間の⽔の平均組成を取得することです。この⽅法は、⻑期間にわたって⽔質を監視する場合や、⼀⽇を通して変動する可能性のある汚染物質を検査する場合によく使⽤されます。
まとめ
⽔質分析法は、さまざまな⽤途における⽔質と安全性を評価する上で重要な役割を果たします。標準化された⽔質分析法を採⽤することで、業界は正確で信頼性の⾼い結果を確保し、コミュニティと⽣態系の全体的な健康と幸福を促進できます。
