共沈分離（きょうちんぶんり）とは、微量元素の分離濃縮に有用な方法の一つである。微量であるために沈殿しない濃度の元素について、共通の沈殿剤によって沈殿する他の担体元素を加えることにより、担体と共に沈殿させる。放射性核種の分離濃縮にも用いられる加賀谷重浩「微量元素の分離濃縮のための迅速共沈技術」『分析化学』2016年、65巻 1号、p13。
共沈法粉体の作製におけるものとは無関係。。とも呼ばれる。
共沈分離の制御要因 共沈分離の効率は、溶液の化学環境や沈殿生成の物理的条件に強く依存する。
pHの影響 特に水酸化物や硫化物を捕集剤として用いる場合、溶液のpH管理は極めて重要である。 捕集剤の溶解度: 捕集剤自体が完全に沈殿するpH領域を選ぶ必要がある。例えば、水酸化アルミニウムを捕集剤とする場合、pHが低すぎると溶解し、高すぎると錯イオンを形成して再溶解するため、通常はpH 6 - 8の中性付近に制御される日本分析化学会 編『分析化学便覧』改訂6版、丸善、2011年、ISBN 978-4621083437。。 目的成分の電荷状態: 目的とする微量イオンの加水分解傾向や、溶液中での存在状態によって、共沈する最適なpHが異なる。
熟成（エイジング）効果 共沈殿を生成させた後、溶液を一定時間放置または加熱する「熟成（オストワルト熟成）」プロセスは、共沈のメカニズムによって異なる影響を与える。 同形混晶（置換型）の場合: 熟成によって結晶が再結晶化を繰り返すことで、結晶内部の微量成分の分布がより均一に近づき、回収率や結晶の安定性が向上する本田雅嵄・古川路明・大吉昭『放射化学』朝倉書店、1982年、ISBN 978-4254140231。。 表面吸着の場合: 熟成によって沈殿粒子の比表面積が減少するため、表面に吸着していた目的成分が溶液中に再溶解し、かえって回収率が低下することがある。このため、吸着を主とする共沈では、沈殿生成後速やかに濾過・遠心分離を行う必要がある。
具体的な応用・分析例
誘導結合プラズマ質量分析（ICP-MS）の前処理 環境水中の超微量元素（希土類元素、アクチノイド、重金属など）をICP-MSで定量する際、マトリックス成分（海水中では多量の高濃度ナトリウムや塩素）が測定を妨害する。 水酸化鉄(III)共沈法: 試料に塩化鉄(III)を添加し、アンモニア水でpHを調整して水酸化鉄(III)のコロイド状沈殿を生成させる。この沈殿に環境水中の微量金属を共沈・捕捉させ、濾過後に希硝酸で沈殿を再溶解して測定溶液とする。これにより、主要塩類を分離しつつ、数百倍の「濃縮効果」を得ることができる赤木右・原口紘炁「共沈分離法を用いる誘導結合プラズマ発光分析法及び質量分析法による天然水中超微量元素の定量」『分析化学』第47巻第11号、1998年、811-825頁、doi:10.2116/bunsekikagaku.47.811。。
放射化学・核物質サンプリング 国際原子力機関の環境サンプリングや、核実験のモニタリングにおいて、超微量フォールアウト（放射性降下物）の検出に用いられる。 二酸化マンガン共沈法: 海水や排水中の超微量ストロンチウムやセシウムなどを、過マンガン酸カリウムと硫酸マンガン(II)の反応で生じる二酸化マンガンに共沈させ、迅速に捕集するInternational Atomic Energy Agency (IAEA), Collection and Pre-concentration of Radionuclides in Water Samples, IAEA Analytical Quality in Nuclear Applications Series.。
共沈分離の限界と課題
回収率の選択性と変動 共沈分離は高効率な濃縮が可能である一方、以下の課題が存在する。 選択性の低さ: 目的成分だけでなく、性質の似た他の不要な微量元素も同時に共沈しやすいため、後段の分析方法（分光法など）によっては干渉の原因となる。 キャリア由来の不純物: 大量に添加する捕集剤自体に、目的成分が不純物として微量に含まれている場合、分析の定量下限や精度を悪化させる日本分析化学会 編『分析化学便覧』改訂6版、丸善、2011年。。そのため、極めて高純度な化学試薬の使用が要求される。
脚注
出典
注釈
関連項目
共沈法