出200 覆150
3． 糸吉果と考察
3−1 簡易比濁計（兼比色計）
簡易比濁計（兼比色計）の設計、製作にあたり、児童や生徒が使用すること を念頭に置いて行った。できるだけ身近な物を材料として使うことを考え、小 学校3年生の理科の教科書に出てくる光電池を受光部に使用し、光源として豆 電球を使用した。但し、比色計として使用する場合には、発光ダイオードを用 い単色光を光源とした。
製作費は、約500円（豆電球使用）であった。また、発光ダイオードは、
一個30円から500円までと、普通の輝度から超高輝度の製品までいろいろ である。これから更に、半導体・電子工学が進歩することで、光電池や発光ダ イオード等が安価になると同時に、高性能になっていくと考えられるので、受 光部と光源を取り替えることで、より精度をあげることが可能であると思われ
る。
また、今回使用した自作の簡易比濁計（兼比色計）の精度については、「3
−2濁度の測定」から「6今後の課題」で、操作性はについては、第皿章の「3 授業分析」で、児童や生徒による測定後のアンケートから報告する。
一56一
3−2 濁度の測定
濁度の測定においては、光源の光度により測定できる範囲が異なってくる。
豆電球を光源とした場合は、0度から500度までは、検量線に直線性が見ら
れた（図4）［E＝一〇．189T＋366．57， R2（相関係数の二乗）臨0．9980コ口また、発光
ダイオードを使用する場合については、0度から100度までは、検量線に直
線性が見らた（図5）［E＝一〇．3936T＋203．41， R2＝0．9909］。光度の大きさで測定可
能な範囲（検量線に直線性が見られる範囲）と測定糟度が決まってくると考え
られる。
3−3 pHの測定
pHの測定においては、 pHLO〜pH6．0の範囲において検量線に直線性
が見られた（図6）［E＝15．146x＋166．74， R2＝0．9949緑色超高輝度LED（波長
525㎜）］。今回は、酸性雨の測定を目的とした混合指示薬（重量比メチル レッド：チモールブルーメチルオレンジ＝1：4：1）を考えたが、測定する pHの範囲を限定すれば、精度は上げることが可能であると思われる。また、
指示薬の混合比を変えることで、測定するpHの範囲を変えられると思う。図 7は指示薬の混合比（重量比）を少しずつ変えた時の起電圧の変化の様子であ
る。
3−4カルシウムイオンの測定
カルシウムイオンの測定においては、0から100ppmまでは、グラフに
直線性が見られた（図8）［Eコ・2．2164C＋350。18， R2＝0，9973］。 シュウ酸ナトリ
ウムを使用しても測定は可能だが、カルシウムイオン10ppmあたりの起電
圧の変化が約5mVで、ラウリン酸ナトリウムを使用した場合は10ppmあ
たり約20mVの差となるので、ラウリン酸ナトリウムの方が精度よく測定で きた。また、マグネシウムイオンもラウリン酸ナトリウムと沈殿を作るが、図 8の表のCa＋Mgの値（カルシウムイオンと同量のマグネシウムイオンを含む 場合）に見られるように、8Mの水酸化カリウムを加えることで、 M92＋＋20H一57．
→Mg（OH），↓ 水酸化マグネシウムとして沈殿させることで、カルシウムイ オンの測定にほとんど影響はなかった。ラウリン酸ナトリウムは、0．1Mより も濃度をうすくすると、安定しないで白濁してくる。
3−5 マグネシウムイオンの測定
マグネシウムの測定においては、0から20ppmまでは、グラフに直線性
が見られた（図9）［E嘱一2．8773C＋368．86， R2＝0，9934］。また、カルシウムイオン
もラウリン酸ナトリウムと沈殿を作るが、図9の表のMg＋Caの値（マグネシ ウムイオンと同量のカルシウムイオンを含む）に見られるように、最初にα5 Mのシュウ酸ナトリウムを05ml加え、カルシウムイオンを沈殿させ、ろ過す
ることで取り除くことができた。
また図10（a）は、チタンエ下目を用いて、マグネシウムイオンの測定を 試みたものである。マグネシウムイオンだけであれば、光源に緑色超高輝度発 光ダイオード（波長525nln）を使用することで、チタンエローでも測定は可能な のだが、カルシウムイオンが含まれると、チタンエローの発色が鋭敏になりう まくいかなかった（図11）。シュウ酸ナトリウムを用いる方法も試みたが、
マグネシウムイオンが10ppm以下では、シュウ酸ナトリウムの影響が出た
（図12）。図10（b）に、チタンエローとマグネシウムイオン（1mM）
で呈色したチタンエローの吸光度を示した。図から二つのグラフの差が大きい ほど測定精度が上がると考えられるので、緑色超高輝度発光ダイオードを使用 することで精度良く測定できることが分かる。
3−6 銅イオンの測定
0から0．015mM（0．95ppm）までは、グラフに直線性が見られた［図13（a）］
［E＝一23．182C＋295．95， R2＝0．9943緑色超高輝度LED（波長525㎜）使用］。試料 水101n 1に対して0．01％のPANメタノール溶液を05m1加えたが、0．25mlで
も測定は可能である。しかし、0，25ml加えたときは、銅イオン濃度が0と
0，015mMとの起電圧の差が35mVで、0．5ml加えたときの差が45mVであ
一58一
るから測定精度は少し落ちると考えられる。0．1％のPANメタノール溶液を 用いると、水に難溶性のコロイド状沈殿を生成するので、測定できなかった。
また、Ni2＋、 Zn2＋もPANメタノール溶液と反応しキレート化合物を生成するが、
酢酸ナトリウム・酢酸緩衝液を加えpH2．5〜6．0にすることで影響はでなかっ
た。図13（b）にPANとCu−PANの吸光度を示した。二つのグラフの差が
大きいほど、精度良く測定できると考えられるので、より精度良く測定するに は、波長550nmの発光ダイオードが、良いと思う。アンモニア水を用いて、銅イオンの測定を試みた「3−6−3」。定量限度
は落ちるが、1mMから10mMの範囲であれば、アンモニア水を用いても測
定可能である［図14（a）］［E馬5．5091C＋250．36， R2＝0．9985緑色超高輝度LED使 用］。図14（b）に塩化銅と銅アンミン錯体の吸光度を示した。グラフより、赤 色超高輝度発光ダイオードが精度良く測定できるが、緑色超高輝度発光ダイオ ードでも測定可能であると考える。
3−7 鉄（巫）イオンの測定
0から0．08mM（4．5ppm）までは、グラフに直線性が見られた［図15（a）］
［E＝一12756C＋317．56， R2＝09982緑色超高輝度：LED（波長525㎜）使用］
［E＝一273．71C＋298．9， R2＝0．9972青色超高輝度LED（波長470㎜）使用］。図15（b）
に鉄巫イオンで呈色した1，10一フェナントロリンの吸光度を示した。これから も青色高輝度発光ダイオードが精度よく測定できると考えられるが、緑色でも 測定可能である。 鉄（皿）イオンについても、塩化ヒドロキシルアンモニウ
ム等の薬品を用いることで、鉄（1【）イオンに還元すれば、測定が可能である と考えられる。
一59．
3−8 塩化物イオンの測定
0から50ppmまでは、グラフに直線性が見られた（図16）
［E＝一〇5309C＋377．27， R2＝0．9989豆電球使用］［E＝一〇．9345C＋403．36， R2コ0．9949赤色
超高輝度LED（波長660㎜）使用］。塩化銀が光によって遊離して黒紫色に変わ るので、時間とともに起電圧は落ちてくる（図17）ので測定時の条件を統一 することが重要になってくる。また、豆電球より赤色超高輝度発光ダイオード
を使用する方が、塩化物イオン濃度の変化による起電圧の差は大きくなるが、
値は安定しなかった。 豆電球では安定しているが、赤色超高輝度発光ダイオ ードでは安定しないのは、生成した塩化銀の沈殿が均一な大きさになっていな いのではと考えられる。
豆電球を光源とした場合、10ppmの違いで、起電圧で約5mVの差しか
出ないので、1ppm単位で測定するために、遮光して12時聞後に測定する方法も試みた（図18）［E＝一2．0298C＋376．42， R2瓢0．9953豆電球使用］。しかし、
この場合は温度による影響を受けるのではないかと考えられる。同じ温度条件 の下では、同じ値を示したが温度を変えることで値が変化した。この点を克服 すれば、より精度が上げられるのではないかと考える。
3−9 硫酸イオンの測定
0から50ppmまでは、グラフに直線性が見られた（図19）
［E謹一〇．4091C＋369．68， R2臨0．9903豆電球使用］［E＝一〇．4836C＋327．36， R2＝0．9773赤色
超高輝度LED（波長660nm）使用］。光源として、豆電球を使用すると、硫酸イ
オン濃度が0と50ppmの時で起電圧の差が、21mVで、赤色超高輝度発
光ダイオードを使用しても、25mVとなり、殆ど差がなかった。児童や生徒 が使うことを考えると豆電球の方が馴染みがあり良いと考える。一60一
3−10 亜硝酸イオンの測定
0から1．Oppmの範囲での亜硝酸イオンの検量線を図20（a）
⊂E＝一20。182C＋357．91， R2＝0．9920青色超高輝度LED（波長470mn）使用］
［E＝一73．818C＋341．55， R2』0．9996緑色超高輝度LED（波長525nm）使用］に示した。
また、図20（b）にザルツマン試薬と亜硝酸イオンをザルツマン試薬で呈色し たものの吸光度を示した。これからも分かるように、膏色超高輝度の発光ダイ オードより緑色超高輝度発光ダイオードの方が、測定精度は高くなる。
しかし、図21より緑色超高輝度発光ダイオードでは、0．05mM（2，3
ppm）までしか直線性が見られないが、青色超高輝度発光ダイオードの場合 は、0。1mM（4．6ppm）まで、グラフに直線性が見られた。「3−10−3」の方法により、ヨウ素デンプン反応によって亜硝酸イオンの 測定が可能か試みた（図22）。ザルツマン試薬よりも生徒に馴染みがあり教 育現場ではいいのではないかと考える。ただ、Nσの酸化作用を利用してrを 単体の1、に酸化するので、この反応が進んでしの生成する量に応じて変色す る。遮光して安定するまで約6時間かかる点で、授業の中で結果を出す場合は、
ザルツマン試薬の方がよいと思う。図22のグラフより亜硝酸イオン濃度が
0．15ppmまでは、グラフに直線性が見られた［E馬336C＋348．7， R≒0．9987］。亜硝
酸イオン濃度が0．15ppm以上は、対数をとればグラフが直線になる
［E＝一17．343Ln（C）＋26495，好＝0．9949］。亜硝酸イオン濃度が0と0、15ppmとの起
電圧の差は、50mVあるので、亜硝酸イオン濃度が0．15ppm以下であれば小 学生や中学生にも使用可能であると考える。高校生であれば原理が分かり幅広 い範囲で定量が可能になると考える。
一61．