標準ソリューション

分析化学において、標準溶液（滴定液または滴定装置）は、正確に既知の濃度を含む溶液である。標準溶液は、一般に、既知の質量の溶質を溶媒に正確な量まで溶解するか、既知の濃度の溶液をさらに溶媒で希釈することによって調製される。^[1]標準溶液は、理想的には純度が高く、長期間保管した後でも濃度を正確に測定できるほど安定している。^[2]

標準溶液を作るには、濃度の精度を低下させる可能性のある汚染のリスクを回避するために、細心の注意を払う必要があります。このため、メスフラスコ、メスピペット、マイクロピペット、自動ピペットなどの高精度のガラス器具が準備手順で使用されます。使用する溶媒も純粋で、溶質を均質な溶液に容易に溶解できるものでなければなりません。^[3]

標準溶液は、滴定において濃度が未知である溶液の濃度を決定するなど、さまざまな体積測定手順に使用されます。標準溶液の濃度は通常、1リットルあたりのモル数 (mol/L、モル濃度の略称はM )、1立方デシメートルあたりのモル数 (mol/dm ³ )、1立方メートルあたりのキロモル数 (kmol/m ^{3 )、1ミリリットルあたりのグラム数 (g/mL)、または特定の滴定で使用される用語 (}滴定値など) で表されます。

標準溶液は、調製に使用された 分析対象物の種類によって分類できます。これらの分析標準は、一次標準または二次標準のいずれかになります。

一次標準とは、標準条件下で化学量論が既知で、純度が高く、安定性が高い化合物である。重量を量ったときに正確なモル数を正確に表す質量を持つためには、化合物は吸湿性であってはならない。これらの特性により、一次標準は、使用される化合物と溶媒の量を知るだけで正確な濃度の標準溶液を調製するのに信頼できるものとなる。一次標準溶液は、滴定によって二次標準溶液の濃度を決定するために一般的に使用される。一次標準の例としては、二クロム酸カリウムがある。^[4]

二次標準は一次標準の要件を満たしていません。^[5]二次標準から作成された標準溶液は、一次標準に対する化学量論分析なしでは濃度を正確に知ることができません。二次標準の例としては、周囲と非常に反応性の高い吸湿性化合物である水酸化ナトリウムがあります。水酸化ナトリウムで作られた標準溶液の濃度は、化合物の不安定性のために時間の経過とともに変動する可能性があり、使用前に一次標準を使用して校正する必要があります。^{[6] [7]}

標準溶液は、エラーを最小限に抑え、結果の精度を維持するために、定量分析における標準化プロセスで一般的に使用されます。

これは最も一般的な標準化法で、それぞれが既知の濃度の同じ分析対象物を含む 1 つまたは複数の標準物質を必要とします。外部標準物質は、他の標準化法とは異なり、サンプルとは別に分析されるため、「外部」と呼ばれます。一連の外部溶液の濃度を、各外部溶液の吸光度などの測定値に対してプロットすると、通常の較正曲線が得られます。この較正曲線を使用して、濃度が不明な複数のサンプルを分析できるため、便利なツールになります。外部標準化法では、未知の溶液のマトリックスが外部標準物質と大幅に異なる場合、決定的な誤差が生じる可能性があります。この問題は、「マトリックス マッチング」と呼ばれるプロセスを使用して、未知の溶液のマトリックスを外部標準物質に複製することで解決できます。^{[8] [9]}

一連の内部標準には、内部標準と呼ばれる同じ濃度の化学物質と、異なる濃度の分析対象物が含まれています。内部標準は、測定中に 2 つが同じ処理を受けられるように、化学的に分析対象物に類似している必要があります。内部標準は、たとえば分析対象物が揮発性溶媒中にある場合など、サンプルの準備中に分析対象物が失われることを補正するために使用されます。内部標準と分析対象物の両方が比例して溶媒を失う場合、それらの信号は同一のままであり、それらの信号の比率を測定できます。

分析対象物質の信号と内部標準信号の比を分析対象物質の濃度に対してプロットすると、検量線が得られます。外部検量線と同様に、内部検量線でも未知のサンプル中の分析対象物質の濃度を計算することができます。^[10]

標準添加法では、既知の濃度の標準（通常は溶液の形態）を、同じ未知の分析対象物を含む溶液のセットに徐々に添加します。これらの溶液のマトリックスは同一であるため、測定時にマトリックス効果によって分析対象物の信号が変化することはありません。このため、較正曲線をプロットすると、グラフは直線的な傾斜を生成します。未知の分析対象物の濃度は、x切片の値を決定した後に測定できます。^[11]

滴定では、標準溶液を分析対象溶液に対して滴定し、中和閾値を決定することによって、溶液中の分析対象物質の濃度を決定することができる。 ^[12]例えば、塩化水素の濃度を計算するには、0.5 M水酸化ナトリウムなどの既知濃度の標準溶液を塩化水素溶液に対して滴定する。

標準溶液は、検量線を介して分析対象物質の濃度を決定するために一般的に使用されます。検量線は、濃度が既知の一連の標準溶液を測定することによって得られ、線形回帰分析を使用して未知のサンプルの濃度を決定するために使用できます。^[13]たとえば、未知の濃度の溶液の吸光度値をさまざまな濃度の一連の標準溶液と比較することにより、ビールの法則を使用して未知の濃度を決定できます。

分析対象物質がスペクトルに十分な吸収を持つ限り、 あらゆる形式の分光法をこの方法で使用できます。標準溶液は、未知の物質のモル濃度を調べるための参考ガイドです。

マトリックス効果は、マトリックスと分析対象物質の反応との相互作用により、検量線の効率に悪影響を及ぼす可能性があります。マトリックス効果は、標準溶液に内部標準物質を添加するか、標準添加法を使用することで軽減できます。^[14]

内部標準はGC/MSおよびLC/MSで使用され、注入、サンプル調製、その他のマトリックス効果によって生じる変動を制御します。内部標準と分析対象物質のピーク面積比を計算して分析対象物質の濃度を決定します。^[15]一般的な内部標準は、分析対象物質の同位体標識類似体であり、その構造に² H、¹³ C、¹⁵ N、¹⁸ Oの1つ以上の原子が組み込まれています。^[16]

未知のサンプル中のグルタミン濃度を測定する必要があるとします。そのためには、グルタミンを含む一連の標準溶液を準備して、検量線を作成します。これらの溶液を作成する方法をまとめた表を以下に示します。

ここでは、高精度の機器（容量ピペットなど）を使用してグルタミンの原液を徐々に添加し、容量フラスコで同じ容量に希釈します。得られた濃度は、モル濃度の式を使用して計算されます。その結果、さまざまな既知濃度の 4 つの標準溶液と、機器の校正用のブランクが得られます。