灰（化学）

分析化学において、灰化または灰分含有量の測定は、クロマトグラフィーなどの化学分析^[1]や分光法などの光学分析の前に、微量物質を事前濃縮するために完全燃焼によって鉱化を行うプロセスです。

サンプルの灰分含有量は、サンプルに含まれる無機不燃性物質の量の尺度です。サンプルが完全に燃焼した後の残留物は、不完全燃焼後に残る灰とは対照的に、通常、元のサンプルに存在していた無機元素の酸化物で構成されます。灰は、生物材料の近似分析の成分の 1 つであり、主に塩分を含んだ無機成分で構成されています。灰には、 Na ⁺ (ナトリウム)、K ⁺ (カリウム)、Ca ²⁺ (カルシウム)などのイオンを必要とするプロセスに重要な金属塩が含まれます。また、クロロフィルやヘモグロビンなどの固有の分子に必要な微量ミネラルも含まれます。

灰分含有量の測定手順は、強熱減量の測定手順と似ています。通常、灰という用語は燃料や食品などの主に有機物に使用され、強熱減量という用語は岩石や燃焼灰などの主に無機物に使用されます。

るつぼは、石炭、木材、油、ゴム、プラスチック、食品、またはあらゆる可燃性材料などのサンプルに含まれる灰の割合を測定するために使用できます。灰の測定に適した方法は、分析するサンプルの種類によって異なります。各方法は、炉の温度、炉内の滞留時間、加熱ステップの数、サンプルの準備手順などのパラメータが異なる場合があります。

ISOはほとんどの食品の灰分含有量の測定を義務付けている。例としては、

• ISO 2171 :穀物、豆類及び副産物 - 焼却による灰分の測定;
• ISO 3593:デンプン — 灰分測定;
• ISO 928:スパイスおよび調味料 - 総灰分の測定;
• ISO 936:肉および肉製品 - 総灰分の測定。

他の固体中の灰分を測定するための灰分含有量測定法の例としては、

• ASTM D482:石油製品からの灰分の標準試験方法;
• ISO 6245:石油製品 - 灰分の測定;
• ASTM D874:潤滑油および添加剤からの硫酸灰分の標準試験方法;
• ASTM D3174:石炭および石炭コークスの分析サンプル中の灰分の標準試験方法;
• ISO 1171:固体鉱物燃料 - 灰分の測定;
• ISO 18122:固体バイオ燃料 - 灰分含有量の測定;
• ASTM D1102:木材中の灰分の標準試験方法;
• ASTM D2974:泥炭およびその他の有機土壌の水分含有量、灰分含有量、有機物質を測定するための標準試験方法。
• ASTM D2866:活性炭の総灰分含有量の標準試験方法;
• ISO 3451:プラスチック - 灰分の測定 - パート1：一般的な方法;
• ASTM D2584:硬化強化樹脂の強熱減量の標準試験方法。
• ASTM D5630:プラスチック中の灰分含有量の標準試験方法。

灰化は、石油製品に含まれる灰形成物質の量を推定し、特定の用途での使用を決定するためのテストです。灰形成物質は、望ましくない不純物または汚染物質とみなされます。

石油製品の灰分分析では、灰分は炉油のサンプルが完全に燃焼した後に残る不燃性成分を表します。石油製品の灰分は一般的に低いです。これは、特定の高温で空気中の油を燃焼させた後に残る無機残留物として定義されます。灰分は通常、油中に 0.1 ～ 0.2% の範囲です。灰分を形成する成分の一部は原油に自然に存在しますが、その他の成分は精製や保管または流通中の汚染の結果として存在します。製品に含まれる灰分形成物質の量を知ることで、製品が適切な用途であるかどうかに関する情報を得ることができます。

石炭やその他の固形燃料の灰分析では、灰化処理中に灰に残留する硫黄の量は一定ではなく、むしろ灰化の条件や灰化処理中に硫酸塩を形成する可能性のある灰中の他の無機成分に依存します。そのため、灰化処理方法が異なると灰分含有量も異なります。^[2]

必要な装置には以下のものがあります:

• るつぼ（または同様の磁器や金属製の皿）
• 消音炉
• ホットプレート
• サンプル

るつぼとその蓋は、完全に乾燥させた後、事前に計量されます。サンプルは完全に乾燥したるつぼと蓋に加えられ、一緒に計量され、その差からサンプルの質量が決定されます。サンプルは、サンプルが完全に燃焼するまで、高温の炉内に置かれます。その後、るつぼ、蓋、灰が再度計量されます。

蜂蜜の分析結果は以下の通りである: ^[3]

典型的な蜂蜜の分析

• 果糖:38%
• グルコース: 31%
• ショ糖:1%
• 水: 17%
• その他の糖類：9%（麦芽糖、メレジトース）
• 灰分: 0.17%

この例では、灰には蜂蜜に含まれるすべてのミネラルが含まれます。

誘導結合プラズマ発光分析法による化学分析の前にも灰化が行われます。

• 酸化物、例えば、Al ₂ O ₃、CaO、Fe ₂ O ₃、MgO、MnO、P ₂ O ₅、K ₂ O、SiO ₂
• 炭酸塩：Na ₂ CO ₃ (ソーダ灰)、K ₂ CO ₃ (カリ)
• 重炭酸塩、例：NaHCO ₃ (重曹)
• 硫酸塩: 欧州薬局方による硫酸灰分。
• 誘導結合プラズマ発光分析法
• 原子吸光分光法