鈴木保任 研究室

従来の分析法は、ビーカーや試験管に測定対象の試料を取り、そこに試薬や試薬溶液を添加し、振り混ぜ、加熱などをして化学反応を起こして、生じた物質の発色や質量を測定して物の量を測定します。現代では機器を用いる分析法が一般的となり、固体を溶解したり、溶液試料を濾過したりするなど、簡単な処理をした後に直接機械に導入するだけで測定できるようになっています。しかし、目的とする物質の濃度が低すぎて測定できなかったり、目的とはしていない物質 (共存物質といいます) が邪魔をして、正しく測定できないことがあります。
このような場合には、目的とする物質を濃縮したり、共存物質を分離したりする必要があり、従来の分析法と同様に煩雑な操作をしなければならないことがあります。流れ分析法は、ポンプを用いて試薬溶液をテフロン製のチューブ内に送液し、別のポンプで試料溶液を別のチューブに送液して、合流させてチューブ内で反応を起こす方法です。送液量が一定のポンプを用いれば、試薬と試料の混合比は常に一定ですから、難しい操作をしなくても正確な反応、分析が可能になります。
　フローインジェクション分析法 (Flow-Injection Analysis, FIA) は流れ分析法の一種で、キャリアーと呼ばれる溶液の流れの中に一定量の試薬溶液を注入し、反応試薬と合流して反応させ、下流で反応生成物を検出します。合流後のチューブの長さによって反応時間を決めることができ、チューブ全体を一定温度で加熱することで反応時間を短くすることもできます。
　検出器によく用いられるのは吸光度検出器です。着色した溶液に特定の波長(色)の光を照射し、溶液の色が濃いとその分透過する光の強度が減少することを利用して、物質の濃度を測定します。通常はタングステン、ハロゲン、キセノンなどのランプが光源に用いられますが、最近では様々な色のLEDが入手できますので、目的 (測定する波長) に応じてLEDを選択すれば、簡単に吸光度検出器を作ることができます。LEDは小型で低消費電力なので、通常よりもずっと小さくなります。一方、溶液を送るためのポンプも、通常は大型で送液速度が一定のものが用いられますが、最近、小指くらいの大きさで乾電池でも動かすことができる小型のポンプを入手できるようになりました。
　写真は、超小型のポンプと手のひらサイズの吸光度検出器を組み合わせた簡易なFIA装置です。途中には溶液を加熱するためのハロゲンランプを熱源とするヒーターが組み込まれています。検出器には4つのLED、470 nm (青色)、530 nm (緑色)、630 nm (赤色)、880 nm (赤外線) が組み込まれていて、様々な物質の分析に利用できます。ポンプの数、チューブの長さ、反応温度を変更し、検出する波長を選ぶことで、アンモニア、亜硝酸、リン、クロム(VI)を測定できます。
　一例として、アンモニアを測定した時のフローシグナルを示します。FIAではキャリアーに試料を注入しますので、試料部分が反応して検出器に到達すると、濃度に応じて信号強度が上昇し、通り過ぎると元の信号強度0に戻ります。