＜概要＞

通常の河川や飲料水のpHは5～8程度で、溶存する鉄・アルミニウム濃度は水酸化物の沈殿が起きるため極めて低い^*1。 しかし温泉・鉱泉の中にはpH 2程度の強酸性のものがあり、鉄・アルミニウム濃度が100 ppm以上になるものも知られている。 ここでは別府で採取された温泉水の中で「酸性・含硫黄・鉄(II, III)-アルミニウム-硫酸塩泉」（旧称：酸性含明礬・緑礬泉） に分類される温泉水中の鉄とアルミニウムの定量を行う。 鉄は8-1-1の操作に従って鉄フェナントロリン錯体として発色させ、(１)目視及び写真の画像解析による較正溶液との比較（比色法）、 (２)分光光度計を用いた吸光度測定（分光光度法）、によって定量する。 アルミニウムの定量は、鉄の定量に用いた残液にオキシン（8-キノリノール）を加え、生成したアルミニウムのオキシン塩を酢酸エチルで抽出して、 その吸光度を測定することで行う（鉄もオキシンと不溶性の塩を作るが、鉄の定量残液中ではフェナントロリン錯体としてマスクされる）。 なおアルミニウムについても鉄同様、標準溶液の採取量を変えて較正溶液・検量線を作成することが望ましいが、 時間の関係もあって、典型的と思われる1種類の濃度について吸光度を測定することでよいことにしてある。

^*1 ただし地下水など還元的な雰囲気では鉄は鉄(II)の形で相当程度溶存することがある。いわゆる「金気の強い水」である。

＜操作：鉄の定量＞

1. 試料水のpHを測定する。
2. 10 mLのメスフラスコにメスピペットを用いて試料水1.0 mLを精確にとる。
3. 6 mol/L塩酸0.4 mLを加えた後、塩化ヒドロキシルアンモニウム溶液0.1 mLを加えて振り混ぜる。
4. 1,10-フェナントロリン溶液0.5 mLと酢酸アンモニウム緩衝溶液1 mLを加える。
5. イオン交換水を加えて精確に10 mLにする。
6. 調製した試料溶液をポリスチレン（あるいはPMMA）製の光学セルに取る。
7. 【吸光光度法】イオン交換水をリファレンスにして、510 nm付近での吸光度を測定し、 8-1-1で決定した検量線を用いて鉄の濃度を求める。
8. 【比色法(肉眼観察)】試料溶液を入れた光学セルを、較正溶液を入れた光学セルと並べて置き、肉眼で鉄の濃度を推定する（背景に白い紙や色紙をおいたりして、どうすれば判別しやすいか工夫する）。
9. 【比色法(画像解析)】試料溶液と較正溶液の色の違いが明瞭になるように工夫し、スマートフォンなどを利用して写真を撮る。
10. ImageJなど適当な画像処理ソフトを用い、得られた画像データを解析して試料溶液の濃度を求めて、吸光光度法の結果と比較する。（試料溶液は次のアルミニウムの定量で使用するので捨てない）

＜操作：アルミニウムの定量＞

注意：ポリスチレン（あるいはPMMA）製の光学セルは有機溶媒に侵されるので使用しないこと

【ブランクの測定】

1. 遠沈管（15 mL）にイオン交換水3 mLを取る。
2. オキシン溶液0.5 mLを加える。
3. 酢酸アンモニウム緩衝液2 mLを加えて振り混ぜる。
4. メスピペットで酢酸エチル4 mLを精確に取って加え、遠沈管に蓋をしてよく振り混ぜる。
5. しばらく静置し、上層の酢酸エチル層をスポイトでUV用プラスチック光学セルに分取して、 酢酸エチルをリファレンスにして、385 nm付近の吸光度を測定する（A₀とする）。 水層が混入した場合は乾いたろ紙でろ過して除けばよい。

【測定】

1. 遠沈管（15 mL）にメスピペットを用いてアルミニウム標準溶液 1.0 mLを精確に取る。
2. イオン交換水を 2 mL加える。
3. オキシン溶液 0.5 mLを加えて振り混ぜる。
4. 酢酸アンモニウム緩衝液 2 mLを加えて振り混ぜる（沈殿ができてもそのまま次の操作に移る）。
5. メスピペットで酢酸エチル4 mLを精確に取って加え、遠沈管に蓋をしてよく振り混ぜる。
6. しばらく静置し、上層の酢酸エチル層をスポイトでUV用プラスチック光学セルに分取して、酢酸エチルをリファレンスにして、 385 nm付近の吸光度を測定する。水層が混入した場合は乾いたろ紙でろ過して除けばよい。
7. アルミニウム標準溶液に代えて、温泉水の鉄の定量残液を用い（１）～（６）の操作を行う。
8. アルミニウム標準溶液（濃度c_st）の場合の吸光度A_stと鉄の定量残液の場合の吸光度Aから、 鉄の定量残液中のアルミニウム濃度を c_st × (A - A₀)/(A_st - A₀) の関係から求める。

＜検討＞

1. 今回の鉄の定量の実験で、比色法と吸光光度法の精度はそれぞれどの程度か？
2. 比色法と吸光光度法の長所・短所を挙げてみよ。
3. 元の温泉水中の鉄とアルミニウムの濃度はそれぞれ何 mg/L か？

＜廃棄物処理＞

1. 余った酢酸アンモニウム緩衝液、鉄標準溶液およびヒドロキシルアミンを含む廃液は、鉄含量が微量であるので、廃棄物指針Aによって処理する。
2. フェナントロリン、オキシンを含む溶液は、廃棄物指針Bにしたがって処理する。
3. 酢酸エチルを含む溶液は廃棄物指針E2にしたがって処理する。