水化学分析

水化学分析は、水サンプルの化学成分と特性を識別し、定量化するために行われます。分析の種類と感度は、分析の目的と水の予想される用途によって異なります。化学的な水分析は、工業プロセスで使用される水、廃水流、河川、降雨、海で行われます。^[1]すべての場合において、分析結果は、意思決定に使用できる情報、または状況が予想どおりであることを再保証するために使用できます。選択された分析パラメータは、意思決定プロセスに適切であるか、許容できる正常性を確立するように選択されます。水化学分析は、水質、汚染、水文学、地熱水の研究の基礎となることがよくあります。日常的に使用される分析方法では、ガスクロマトグラフィーや質量分析などの方法を使用して、すべての天然元素とその無機化合物、および非常に広範囲の有機化学種を検出および測定できます。飲料水を生産する水処理施設や、独特の味と匂いを持つ製品を使用する一部の工業プロセスでは、非常に低濃度の匂いを検出するために特殊な官能検査法が使用されることがあります。

自然環境からの水のサンプルは、規制当局による所定の監視プログラムの一環として定期的に採取され、分析され、水が汚染されていないこと、または汚染されている場合は、汚染レベルが増加していないか、合意された修復計画に沿って低下していることを確認します。このようなスキームの例は、英国のすべての主要な河川システムで運用されている調和された監視スキームです。 ^[2]分析されるパラメーターは、地域環境の性質やその地域の汚染源に大きく依存します。多くの場合、パラメーターは法律やその他の規制によって定められた国や地域の水質基準を反映します。汚染されていない表層水が許容される化学基準内にとどまっていることを確認するための一般的なパラメーターには、pH 、アンモニア、硝酸塩、亜硝酸塩、リン酸塩を含む主要な陽イオンと陰イオン、導電率、フェノール、化学的酸素要求量(COD) 、生化学的酸素要求量(BOD) などがあります。

飲料水供給のために汲み上げた表層水または地下水は、処理後に厳格な化学基準を満たすことができなければなりません。そのためには、処理施設に入る水に関する詳細な知識が必要です。通常の環境化学パラメータに加えて、硬度、フェノール、油分などのパラメータ、また場合によっては、ディー川規制スキームのように流入水のリアルタイムの有機プロファイルも考慮する必要があります。

工業プロセスでは、プロセス水の品質管理が最終製品の品質に極めて重要になることがあります。水は試薬のキャリアとしてよく使用され、製品への試薬の損失を継続的に監視して、正しい補充率を確保する必要があります。測定されるパラメータは、使用中のプロセスと、副産物として発生する可能性のある予想される汚染物質に特に関連しています。これには、機械からの油やグリースによる汚染を通じて無機化学プロセスで発生する不要な有機化学物質が含まれます。工業施設から排出される廃水の品質を監視することは、環境汚染を制御および最小限に抑える重要な要素です。このアプリケーションの監視スキームでは、プロセス内で発生する可能性のあるすべての汚染物質に加えて、シアン化物や農薬などの多くの有機種など、環境に特に悪影響を与える可能性のある汚染物質を分析します。^[3]原子力産業では、分析は特定の同位体または対象元素に焦点を当てています。原子力産業が飲料水が汲み上げられている河川に廃水を排出する場合、潜在的に有害である可能性のある放射性同位元素や、トリチウムなどの半減期の長い放射性同位元素が、日常的な監視対象の一部となるでしょう。

一貫性と再現性を確保するために、水サンプルの化学分析に使用される方法は、国または州レベルで合意され、公開されることが多い。慣例により、これらは「ブルーブック」と呼ばれることが多い。^{[4] [5]}

いくつかの分析は現場で行われますが（例：pH、比電気伝導度）、他の分析にはサンプリングと実験室でのテストが必要です。^[6]

関連する規格で定義されている方法は、大きく次のように分類できます。

• 従来の湿式化学には、溶存酸素のウィンクラー法、沈殿、固形物の濾過、酸性化、中和、滴定などが含まれます。水中のアニオン界面活性剤を示すMBAS アッセイなどの比色法や、塩素とクロラミンを測定するための現場比較法などがあります。濁度計は、固形物濃度を濁度として測定するために使用されます。これらの方法は、一般的に堅牢で十分に試行されており、安価で、適度な感度で妥当な精度が得られます。
• 酸素電極を使用したpH、導電率、溶存酸素などの電気化学。これらの方法は、結果を実験室データ管理システムに直接入力できる電子機器を使用して、正確で精密な結果をもたらします。
• 分光光度法は、特に溶液中の金属元素の分析に使用され、非常に高い感度で結果が得られますが、分析前にサンプルの準備が必要な場合があり、輸送中のサンプルの劣化を防ぐために特殊なサンプリング方法が必要になる場合もあります。
• クロマトグラフィーは、揮発性であるか、または最初の化学処理後に特徴的な揮発性成分を生成する可能性がある多くの有機種に使用されます。
• イオンクロマトグラフィーは、イオン交換技術を使用してリチウム、アンモニウムNH4 _、およびその他の多くの低分子量イオンを測定できる、感度が高く安定した技術です。
• ガスクロマトグラフィーは、メタン、二酸化炭素、シアン化物、酸素、窒素、その他多くの揮発性成分を適切な感度で測定するために使用できます。
• 質量分析法は、非常に高い感度が必要な場合に使用され、微量有機化学物質を検出するためのガス液体クロマトグラフィー後のバックエンドプロセスとして使用されることもあります。

成分に応じて、成分の量や比率を決定するためにさまざまな方法が適用されます。標準的な実験装置で実行できる方法もありますが、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS) などの高度な装置が必要な方法もあります。

製薬、健康製品、その他多くの学術研究や産業研究の多くの側面では、正確な水質分析に依存して、潜在的に使用可能な物質を特定し、それらの物質を精製し、販売用に製造されたときに化学組成が一定に保たれるようにしています。この分野で使用される分析方法は非常に複雑で、実施されている研究のプロセスや分野に固有のものである場合があり、特注の分析機器を使用する場合もあります。

環境管理では、汚染が疑われる場合に水質分析が頻繁に行われ、汚染物質を特定して是正措置を講じます。^[7]この分析により、汚染者を特定できる場合がよくあります。このような法医学的作業により、さまざまな成分の比率を調べたり、油やその他の混合有機汚染物質のサンプルを「分類」して、汚染物質と発生源を直接結び付けることができます。飲料水供給では、同様に、配水システム全体から採取したサンプルを慎重に対象を絞って化学分析することで、許容できない品質の原因を特定できます。 ^[8] 製造業では、規格外の製品は、湿式処理段階での予期しない変化に直接結びついている可能性があり、分析化学により、どの段階に問題があるか、またその理由を特定できます。

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