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水処理に関してよくある質問(Q&A)

原子や分子の「イオン」とはどのようなものですか。
また、「イオン交換」とはどのようなことですか。
「イオン」とは電荷(+または-)を持った原子や分子のことで、例えば天然の水に含まれている塩化ナトリウムNaCl(NaCl:食塩の成分)は、ナトリウムイオン(Na+:陽イオン)と塩化物イオン(Cl-:陰イオン)の状態で溶けています。
イオン交換樹脂は直径が1mm弱のプラスチックの小さな球体で、水を吸収します。球体の内部にはイオン交換基と呼ばれる手があり、あらかじめ、このイオン交換基を水素イオン形(R-H+)にしておくことで、水中のナトリウムイオン(NA+)と置き換えることができます。この現象をイオン交換と言います。
具体的には、初めに陽イオン交換樹脂を水素イオン形(R-H+)に、陰イオン交換樹脂を水酸化物イオン形(R-OH-)にしておき、不純物としてNaClを含む水を通過させます。そうしますと、陽イオン交換樹脂は交換基の水素イオン(H+)を放出して水に溶けているナトリウムイオン(Na+)を捕捉し、また、陰イオン交換樹脂は水酸化物イオン(OH-)を放出して水中の塩化物イオン(Cl-)を捕捉します。こうして水の中に含まれていた不純物(Na+)と(Cl-)は、(H+)と(OH-)にイオン交換されて、純水(H2O)になります。 一方、効力がなくなった陽イオン交換樹脂は塩酸水で、また陰イオン交換樹脂は水酸化ナトリウム溶液で再生させれば、繰り返し使用することが可能です。
水の特性を表す指標として用いられる「電気伝導率」と「抵抗率」について説明してください。

断面積1cm2、距離1cmの相対する電極間にある溶液が持つ電気抵抗を抵抗率(Ω・cm:オーム・センチメートル)と呼び、その逆数を電気伝導率(S/cm:ジーメンス/センチメートル)と呼びます。
水の試験では、水温が上昇すると電気伝導率が増加(1℃で約2%増加)するため、25℃における値を用い、S/cmの百万分の1を単位としてµS/cm(マイクロジーメンス/センチメートル)で表します。日本工業規格(JIS)では、処理水の純度表すのにμS/cmを用いていますが、抵抗率という呼称も使っています。半導体工学などで用いているのは抵抗率のほうです。この場合は百万倍を単位としてMΩ・cm(メガオーム・センチメートル)で表します。
水の電気伝導率(抵抗率)は、水に含まれる電解質の多少によって異なってきます。電解質が少なくなればなるほど、言い換えれば純水になればなるほど電気伝導率は減少(抵抗率は増大)します。逆に、電解質の濃度が高くなればなるほど電気を通しやすくなります。つまり、水の電気伝導率(抵抗率)は電解質の濃度の指標となるわけです。
純水は、H2O=H++OH-のように「水素イオン」と「水酸化物イオン」に電離する度合いが非常に小さく、大部分は電離しないH2Oのままです。このため電気伝導率は低い値をとなります。
ちなみに、市水や地下水は電気伝導率100〜350µS/cm(0.01〜0.003MΩ・cm)、純水は1µS/cm以下(1MΩ・cm以上)、超純水は0.057µS/cm以下(17.5MΩ・cm以上)程度が一般的な値です。
「浸透現象」とはどのような現象なのでしょうか。
また、「逆浸透」の原理について教えてください。
食塩水と真水のように濃度差のある溶液を半透膜を隔てて両側に置いておきますと、真水(希薄溶液側)は食塩(濃厚溶液側)に移行していきます。
これが、浸透現象です。溶媒(この場合は真水)の移行は、ある一定の水位差になるまで進んで、止まります。この時の水位差を浸透圧と言います。
これに対して濃厚溶液側に浸透圧以上の圧力を掛けると、逆に濃厚溶液側の溶媒が希薄溶液側に移行します。これが逆浸透現象です。この原理を用いた逆浸透法は、通常1 MPa(メガパスカル)の圧力で、水中の不純物(コロイド状物質やイオン類)と水とを効率よく分離させます。
「紫外線殺菌」とはどのような方法ですか。

X線と可視光線の間の約100〜400nm(ナノメートル)の波長範囲が紫外線(UV)です。 紫外線殺菌は、このうち最も殺菌効果が高いとされる260nmの紫外線を利用したもので、具体的には、低圧水銀放電灯(殺菌ランプ)によって人工的につくられる波長253.7nmの紫外線を使って効率よく殺菌します。
このような殺菌作用は、光化学反応の現象の一つです。核酸(DNA)の紫外線吸収曲線を見ますと、核酸は260nm付近で紫外線の吸収が極大となり、紫外線の殺菌効果曲線と極めてよく一致しています。
オルガノのPURELITE PRBシリーズは、殺菌UVランプを標準装備して、逆浸透膜(RO膜)とイオン交換カートリッジによって製造した純水の中の菌類を殺菌しています。
純水製法の一つである「蒸留法」について教えてください。

蒸留法は古くから実用化され、病院や実験室などで純水製造の一翼を担ってきています。優れた製造法ではありますが、ラボ用の純水製造装置としてはコスト面やメンテナンス面において、必ずしも優れているとは言えなくなってきました。そこで東京科研では、蒸留法に代わるラボ用純水装置としてオルガノのPURELITE PRBシリーズを提案しています。
JIS規格で「水の種別」はどのように分類されていますか。

水の種別はA1〜A4の項目に分類され、各項目には、「A1:洗浄水」、「A2:一般化学分析」、「A3:試薬調製化学分析」、「A4:有機物試験・微量成分化学分析」といった水の質を表す代表的な用途が挙げてあり、電気伝導率などの特性の値が示されています。
A1〜A4の水の用途及び精製方法は以下の通りです。
A1:器具類の洗浄及びA2〜A3の水の原料に用いる。最終工程でイオン交換法又は逆浸透法などによって精製したもの。又はこれと同等の質が得られる方法で精製したもの。 A2:一般的な試験及びA3〜A4の水の原料に用いる。A1の水を用い、最終工程でイオン交換装置・精密ろ過器などの組み合わせによって精製したもの。又はこれと同等の質が得られる方法で精製したもの。
A3:試薬類の調製、微量成分の試験などに用いる。A1又はA2の水を用い、最終工程で蒸留法によって精製したもの。又はこれと同等の質が得られる方法で精製したもの。
A4:微量成分の試験などに用いる。A2又はA3の水を用い、石英ガラス製の蒸留装置による蒸留法、又は非沸騰形蒸留装置による蒸留法で精製したもの、もしくはこれと同等の質が得られる方法で精製したもの。
(以上、JISハンドブックから抜粋)

 

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