【コラム】日常的な水質分析における日々の課題への対処
2022/07/11
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さまざまな種類の水サンプルを日常的に分析することは、分析者にとっていくつかの課題をもたらします。実験室の種類(例:自治体の実験室やボトリング施設)によって、分析すべきサンプル数は大きく異なる場合があります。こうした実験室には毎日、pH、電気伝導度、アルカリ度などの試験を通過しなければならない、数百件のサンプルが届きます。この作業量に加えて追加の試験が依頼された場合、実験室チームはできるだけ迅速に、それでいて信頼性の高い結果を提供しながら、これらすべてを実施しなければなりません。
もう一つの可能性は、飲料製造の場合のように、最終製品がさまざまな国へ出荷される可能性があるため、一部の水サンプルは異なる国際規格に従って分析される必要があるということです。毎日数百件のサンプルについて実施しなければならない場合、特にさまざまな試験のサンプルサイズが大きく異なる場合、サンプル前処理はかなり煩雑でミスが生じやすくなる可能性があります。
サンプル数が多いこと自体、既に実験室にとって課題となります。この数が、単一の分析者が1種類のすべての測定を実施することが不可能な水準に達すると、各実験室メンバーがサンプルをわずかに異なる方法で扱うため、結果にわずかな差異が現れるようになります。日常的なサンプルを扱う分析者が増えるほど、より多くのバイアスが導入され、これは結果間のばらつきに如実に表れます。
日々分析すべきサンプル数が非常に多いため、こうしたあらゆる障害に対処するには自動化が鍵となります。目標は、サンプル前処理、そして作業負荷を軽減するための単一システム内での異なる技術の組み合わせを含め、日常的なアプリケーションプロセスを可能な限り自動化することです。ほとんどの飲料水サンプルは、電気伝導度、pH、およびアルカリ度について分析する必要があります。サンプルスループットは、水質実験室にとって常に非常に重要な考慮事項です。したがって、サンプル量が多いため、時間を節約するために分析は並行して実施すべきです。
上記に示されたセットアップでは、pH、アルカリ度、水硬度といった複数のパラメータを単一のワークステーションで分析することができます。この分析の組み合わせは、同時に3台のワークステーションで実施することができます。電気伝導度(黄色で示す)は、伝導度の値が非常に低い場合に他の電極からの電解質流出による誤差を防ぐため、依然として専用のワークステーションで分析されます。
並行測定による時間の節約
先ほどの例に基づけば、説明した装置セットアップが大幅な時間節約につながることは明らかです。実際、直列ではなく並行して測定を自動化・実行することで、最大64%の分析時間を節約することができます。
この数字は、63サンプルについて、電気伝導度、pH、アルカリ度、そして硬度の完全に自動化された測定に基づいています。これら4つの測定を1サンプルに対して実施するには、以下に示す通り12分を要します。直列で実行すると、これは12.5時間以上に相当しますが、並行処理によりこれらの分析に必要な時間を4.5時間まで短縮することができます(64%の時間節約)。
| 分析の種類 | 所要時間 |
|---|---|
| 1サンプル | 12分 |
| 直列: 63サンプル | 12時間36分 |
| 並行: 63サンプル | 4時間31分 |
マトリックス、あるいは他の理由により、これらすべてのパラメータをすべてのサンプルについて決定する必要があるとは限りません。このような場合、(以下に示すような)特定のアプリケーション向けの専用ワークステーションを備えたシステムの方が、実験室の柔軟性を最適化するにはより良い選択肢となるかもしれません。
詳しく知りたいですか?このテーマに関する無料のアプリケーションノートを、下記よりご覧ください。
水道水中の電気伝導度、pH値、アルカリ度、および塩化物―サンプル前処理を含む完全自動決定
例えば、ここに示すシステムには、電気伝導度、pHおよびアルカリ度、水硬度、そして塩化物の決定用に、4つの専用ワークステーションが備わっています。これにより、各センサーが最も適した方法で取り扱われ保管されることが確保されます。さらに、ある分析から別の分析への影響を完全に回避することができます。このシステムセットアップでは、サンプルは各ステーションごとに個別に準備されるか、あるいはあるステーションから別のステーションへと渡されます。
誤差の低減と分析の柔軟性の向上
このセットアップにおける最大の利点は、誤って取り付けられた電極やビュレット先端に起因する誤差を容易に回避できることです。柔軟な設計のおかげで、専用ステーションを備えたこのシステムは、同じ分析を並行して実行するシステムへと簡単に変更することができます。これにより、特定の種類の水質分析への需要が急増した場合、サンプルスループットを増加させることができます。
まとめ
複数のパラメータの決定にご興味がある場合でも、特定の1つか2つのパラメータのみをお求めの場合でも、Metrohm製OMNISのような自動化システムは、お客様のニーズや要件に合わせてカスタマイズすることができます。しばらく経ってこれらが変化し、例えばより詳細なイオン分析が必要になった場合、既存のシステムセットアップにイオンクロマトグラフィーを容易に追加することができます。異なる装置での測定用に複数の分取量に分ける必要がもはやないため、必要なサンプル量も少なくなります。
