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K 1478

:2009

(1) 

目  次

ページ

序文 

1

1

  適用範囲

1

2

  引用規格

1

3

  用語及び定義 

2

4

  原理

2

5

  試料の採取方法及び試料の調製

2

5.1

  試料の採取方法

2

5.2

  試料の調製 

2

6

  一般事項

3

7

  試薬及び材料 

3

8

  装置及び器具 

4

9

  手順

5

9.1

  振とう・カリウム法

5

9.2

  カラム・アンモニウム法 

6

10

  測定回数 

7

11

  試験報告

7


K 1478

:2009

(2) 

まえがき

この規格は,工業標準化法に基づき,日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が制定した日本

工業規格である。

この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。

この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願,実用新案権又は出願公開後の実用新案登録出願に

抵触する可能性があることに注意を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許

権,出願公開後の特許出願,実用新案権及び出願公開後の実用新案登録出願にかかわる確認について,責

任はもたない。


   

日本工業規格

JIS

 K

1478

:2009

人工ゼオライトの陽イオン交換容量 (CEC)

測定方法

Test method of cation exchange capacity for artificial zeolite

序文 

この規格は,人工ゼオライトの性能を見極めることができる陽イオン交換容量 (CEC) の測定方法を規

定することによって,人工ゼオライトの使用者の利便性の向上を図るために制定したものである。

なお,対応国際規格は現時点で制定されていない。

適用範囲 

この規格は,人工ゼオライトの陽イオン交換容量 (CEC) を求める振とう・カリウム法及びカラム・ア

ンモニウム法の二つの測定方法について規定する。

水処理,保湿,抗菌,脱臭,触媒,陽イオン交換などの用途に用いる人工ゼオライトの場合は,振とう・

カリウム法を適用する。また,土壌改良の用途に用いる人工ゼオライトの場合には,カラム・アンモニウ

ム法を適用する。

引用規格 

次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。これらの

引用規格は,その最新版(追補を含む。

)を適用する。

JIS K 0050

  化学分析方法通則

JIS K 0102

  工場排水試験方法

JIS K 0211

  分析化学用語(基礎部門)

JIS K 0215

  分析化学用語(分析機器部門)

JIS K 0557

  用水・排水の試験に用いる水

JIS K 8085

  アンモニア水(試薬)

JIS K 8116

  塩化アンモニウム(試薬)

JIS K 8121

  塩化カリウム(試薬)

JIS K 8150

  塩化ナトリウム(試薬)

JIS K 8180

  塩酸(試薬)

JIS K 8355

  酢酸(試薬)

JIS K 8359

  酢酸アンモニウム(試薬)

JIS K 8615

  炭酸カリウム(試薬)

JIS K 8891

  メタノール(試薬)

JIS M 8100

  粉塊混合物−サンプリング方法通則


2

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JIS M 8811

  石炭類及びコークス類−サンプリング及び試料調製方法

JIS P 3801

  ろ紙(化学分析用)

JIS R 3503

  化学分析用ガラス器具

JIS Z 0701

  包装用シリカゲル乾燥剤

JIS Z 8401

  数値の丸め方

JIS Z 8801-1

  試験用ふるい−第 1 部:金属製網ふるい

用語及び定義 

この規格で用いる主な用語及び定義は,JIS K 0102JIS K 0211 及び JIS K 0215 によるほか,次による。

3.1 

人工ゼオライト 

石炭灰に代表される未利用資源,製紙スラッジ及びアルミドロスに代表される工業製品の副生成物など

を主原料とし,それらをアルカリ水熱反応することによって得られるゼオライト含有物質。

原理 

陽イオン交換容量(以下,CEC という。

)は,単位質量当たりの人工ゼオライトに,他の陽イオンによ

って交換可能な形態で吸着している交換性陽イオンの総量で,次の二つの方法で求める。

a) 

振とう・カリウム法  人工ゼオライトの CEC 値は,接触する溶液の pH に依存して変化する。通常,

人工ゼオライトは,水処理材,保湿材,抗菌材,脱臭材,触媒,陽イオン交換材などとして,様々な

pH 条件下で用いられる。このため,この方法では,人工ゼオライトを pH 5 又は pH 10 のカリウム塩

の緩衝液中で平衡とし,吸着しているカリウムの量を測定することによって,pH 5 及び pH 10 におけ

る CEC 測定値を得る。人工ゼオライトの使用者は,実際に使用する pH での CEC 値を,pH 5 及び pH

10 の二つの CEC 測定値から推定することができる。ただし,強酸性の条件下で人工ゼオライトを用

いる可能性がない場合は,pH 5 における CEC 測定は,行わなくてもよい。

なお,この方法では,すべての手順で振とう法を用い,カリウムの定量には原子吸光分光光度計を

用いる。

b) 

カラム・アンモニウム法  カラムを用い滴下法によって,人工ゼオライトにアンモニウムイオン(イ

ンデックスイオン)を担持させ,このアンモニウムイオンを定量(イオン交換によってアンモニウム

イオンを押し出して定量)することで,CEC を算出する。

試料の採取方法及び試料の調製 

5.1 

試料の採取方法 

試料の採取は,JIS M 8100 の 4

(一般事項)及び 5

(サンプリング方法),並びに JIS M 8811 の 4

(総

則)及び 5

(サンプリング方法の設計)による。

5.2 

試料の調製 

人工ゼオライトを磁製乳鉢に取り,粉砕し,JIS Z 8801-1 に規定する公称目開き 500 μm (0.5 mm)  のふる

い網を通過したものを試料とする。ただし,造粒などによって成形された人工ゼオライトについては,そ

のまま試料とするか,又は上記の操作を行い試料とするかは,受渡当事者間の協定による。


3

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一般事項 

二つの測定方法において共通する化学分析の一般事項は,JIS K 0050 による。

試薬及び材料 

試薬及び材料は,次による。

a) 

水  水は,JIS K 0557 に規定する A3 の水を用いる。

b) 1 

mol/L 

塩化カリウム溶液  JIS K 8121 に規定する塩化カリウム 74.6 g を水に溶かして 1 L としたも

のを用いる。

c) 30 

mmol/L 

塩酸溶液  JIS K 8180 に規定する塩酸 2.5 mL を水で薄めて 1 L としたものを用いる。

d) 0.1 

mol/L 

酢酸カリウム緩衝溶液(pH 5.00)  1 L ビーカーに 1.00 mol/L 水酸化カリウム溶液を正確に

100 mL はかりとり,水を加えて約 900 mL とする(溶液 A)。100 mL ビーカーに JIS K 8355 に規定す

る酢酸約 10 mL をはかりとり,水を約 40 mL 加える(溶液 B)

。溶液 A が入っている 1 L ビーカーに

pH メーターの電極を入れ,マグネチックスターラーで緩やかにかくはんしながら,pH が 5.00±0.10

になるまで溶液 B を添加する。1 L ビーカーの内容物を 1 L 全量フラスコへ全量移し,水で 1 L とした

ものを用いる。

e) 0.1 

mol/L 

炭酸カリウム緩衝溶液(pH 10.00)  1 L ビーカーに JIS K 8615 に規定する炭酸カリウムを

6.910 5 g はかりとり,水を加えて約 900 mL とする(溶液 C)。JIS K 8180 に規定する塩酸 4.3 mL をは

かりとり,水を加えて約 50 mL とする(溶液 D)

。溶液 C が入っている 1 L ビーカーに pH メーターの

電極を入れ,マグネチックスターラーで緩やかにかくはんしながら,pH が 10.00±0.10 になるまで溶

液 D を添加する。1 L ビーカーの内容物を 1 L 全量フラスコへ全量移し,水で 1 L としたものを用い

る。

f) 1 

mol/L 

塩化アンモニウム溶液  JIS K 8116 に規定する塩化アンモニウム 53.5 g を水に溶かして 1 L

としたものを用いる。

g) 

カリウム標準液  JIS K 8121 に規定する塩化カリウム 2 g∼3 g を 110  ℃で 2 時間加熱し,デシケータ

ー中で 1 時間放冷する。このうち 1.492 0 g をはかりとり,水に溶かし,1 L 全量フラスコで 1 L とす

る。これを正確に 10 mL はかりとり,100 mL 全量フラスコに入れ,水で 100 mL とする(溶液 E)

JIS K 8116

に規定する塩化アンモニウム 0.96 g を水に溶かして 1 L とする(溶液 F)

。8 本の 100 mL

全量フラスコへ,溶液 E を 0,1,2,3,4,5,6 及び 7 mL ずつ正確にはかりとる。さらに,溶液 F

を 10 mL ずつ加えた後,水で 100 mL としたものを用いる。8 本の標準液のカリウム濃度は,0,20,

40,60,80,100,120 及び 140 μmol/L となり,塩化アンモニウム濃度は 1.8 mmol/L となる。

h) 1 

mol/L 

酢酸アンモニウム溶液  JIS K 8359 に規定する酢酸アンモニウム 77 g を水に溶かして 1 L と

する。

pH を確認し,酸性の場合は JIS K 8085 に規定するアンモニア水,アルカリ性の場合は JIS K 8355

に規定する酢酸を用いて,pH が 7 となるように調整したものを用いる。

i) 

メタノール(容量分率 80  %)  JIS K 8891 に規定するメタノール 800 mL に水 200 mL を加えてよく

混和する。pH を確認し,酸性の場合は,アンモニア水で pH が 7 となるように調整したものを用いる。

j) 

塩化ナトリウム溶液(100 g/L)  JIS K 8150 に規定する塩化ナトリウム 100 g を水に溶かして 1 L と

したものを用いる。

k) 

ろ紙パルプ  細断した JIS P 3801 に規定するろ紙を熱湯中でかき混ぜて調製したものを用いる。

l) 

海砂  粒径 0.1 mm∼1.0 mm のものを用いる。


4

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m) 

けい砂粉末  海砂に JIS K 8180 に規定する塩酸を用いて塩酸 (1+1)  を加え,70  ℃で 1 時間加熱した

後,水で十分洗浄する。これを 800  ℃で 2 時間加熱し,放冷したものを用いる。

n) 

パラフィルム  市販のものを用いる。

装置及び器具 

装置及び器具は,次による。

a) 

平形はかり瓶  JIS R 3503 に規定する平形はかり瓶 50 mm×30 mm を用いる。

b) 

乾燥機  105  ℃±2  ℃に温度調節できるものを用いる。

c) 

デシケーター  JIS R 3503 に規定するデシケーターを用い,乾燥剤として JIS Z 0701 に規定する包装

用シリカゲル乾燥剤 A 形 1 種を用いる。

d) 

ビーカー  100 mL 及び 1 L 容量のものを用いる。

e) pH

メーター  正確度が±0.02 pH 以下のものを用いる。

f) 

マグネチックスターラー  1 L ビーカーを操作できるものを用いる。

g) 

全量フラスコ  100 mL 及び 1 L 容量のものを用いる。

h) 

遠心分離管  50 mL,ふた付きで,そのまま振とうできるものを用いる。

i) 

遠心分離機  h)  の遠心分離管を遠心力 3 000×以上で操作できるものを用いる。

j) 

振とう機  h)  の遠心分離管を操作できる,往復形又は回転形のものを用いる。

k) 

原子吸光分光光度計  カリウムを定量できるものを用いる。

l) 

抽出装置  カラム・アンモニウム法で用いる抽出装置の例を,図 に示す。

1  洗浄液容器  100 mL 
2  浸透管(

φ

 17 mm)

3  受器  100 mL 
4  連結管 
5  ゴム栓 
6  一方コック 
7  ガラス管 

図 1−抽出装置の例


5

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手順 

9.1 

振とう・カリウム法 

振とう・カリウム法によって CEC (S)  を求める手順は,次による。

a)

箇条 によって採取及び調製した試料の水分  (A)  を求める。水分の求め方は,次による。

1)

試料約 2 g を質量既知  (M

1

)  の平形はかり瓶[箇条 の a)]に 0.1 mg のけたまで正しくはかりとっ

て  (M

2

),平形はかり瓶中で薄く広げる。

2)

試料を入れた平形はかり瓶を,ふたを取った状態で 105  ℃±2  ℃に調節した乾燥機[箇条 の b)

に入れ,4 時間加熱する。加熱後,平形はかり瓶を取り出し,ふたをしてデシケーター[箇条 

c)

]中で 1 時間放冷する。放冷後,その平形はかり瓶の質量をはかる  (M

3

)。人工ゼオライトは,吸

湿しやすいため,放冷するときは,必ずふたをする。

3)

式(1)によって,試料の水分  (A)  を算出する。

100

1

2

3

2

×

=

M

M

M

M

A

 (1)

ここに,

A

試料の水分(質量分率%)

M

1

平形はかり瓶の空の質量

 (g)

M

2

試料及び平形はかり瓶の加熱前の質量

 (g)

M

3

試料及び平形はかり瓶の加熱後の質量

 (g)

b)

次の操作によってカリウムイオンの吸着を行う。

1)

試料約

1 g

1 mg

のけたまではかりとり

  (M)

50 mL

ふた付き遠心分離管[箇条 の h)]へ入れ,

ふたをした後,

1 mg

のけたまで質量を測定する

  (M

4

)

2)

1)

の遠心分離管へ

1 mol/L

塩化カリウム溶液[箇条 の b)]を

30 mL

添加し,振とう機[箇条 

j)

]で

1

時間振とうする。遠心分離機[箇条 の i)]を用いて遠心力

3 000

×

10

分間遠心分離し,

上澄液を捨てる。

3)

2)

の遠心分離管へ

30 mmol/L

塩酸溶液[箇条 の c)]を

30 mL

添加し,塊が完全に分散するまで手

で振り混ぜる。遠心分離機を用いて遠心力

3 000

×

10

分間遠心分離し,上澄液を捨てる。

4)

3)

の遠心分離管へ

1 mol/L

塩化カリウム溶液を

30 mL

添加し,塊が完全に分散するまで手で振り混

ぜる。遠心分離機を用いて遠心力

3 000

×

10

分間遠心分離し,上澄液を捨てる。

c)

b)

の操作を行った試料一つにつき,

pH 5

及び/又は

pH 10

における

CEC

を測定するため,次によっ

pH

の調整を行う。ただし,強酸性の条件下で人工ゼオライトを用いる可能性がない場合は,

pH 5

における

CEC

測定は,行わなくてもよい。

1)

b)

の操作を行った遠心分離管へ

0.1 mol/L

酢酸カリウム緩衝溶液[箇条 の d) 

(pH 5.00)

]又は

0.1

mol/L

炭酸カリウム緩衝溶液[箇条 の e)

 (pH 10.00)

]を

30 mL

添加し,塊が完全に分散するまで手

で振り混ぜる。遠心分離機を用いて遠心力

3 000

×

10

分間遠心分離し,上澄液を捨てる。

2)

1)

の操作を引き続き

6

回,計

7

回行う。ただし,

7

回目の遠心分離後,直ちに上澄液の

pH

を測定

する。このとき,遠心分離管内の上澄液中に直接

pH

メーターの電極を差し込んで測定する。

なお,この

pH

測定値が

5.00

±

0.10

又は

10.00

±

0.10

の範囲内にない場合には,これらの範囲内と

なるまで 1)

の操作を繰り返す。

3)

  7

回目の上澄液を捨てた後,その遠心分離管のふたをして,直ちに

1 mg

のけたまで質量を測定する

(M

5

)


6

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d)

c) 

の操作を行った後,次の操作によって交換カリウムイオンの抽出を行い,カリウム濃度測定試料を

得る。

1)

c)

の操作を行った遠心分離管へ

1 mol/L

塩化アンモニウム溶液[箇条 の f)]を

30 mL

添加し,手

で振り混ぜ,沈殿物の塊を完全に分散させる。遠心分離機を用いて遠心力

3 000

×

10

分間遠心

分離し,その上澄液を

100 mL

全量フラスコへ移す。このとき,JIS P 3801 に規定するろ紙

5

B

でろ過する。

2)

1)

の操作を引き続き

2

回繰り返した後(合計

3

回)

100 mL

全量フラスコを水[箇条 の a)]で

100 mL

とする。これをカリウム濃度測定試料とする。

e)

d)

で得たカリウム濃度測定試料を正確に

2 mL

はかりとり,

1 L

全量フラスコへ入れ,

水で

1 L

とする。

カリウム標準液[箇条 の g)]を用いて,原子吸光分光光度計によって測定波長

766.5 nm

でカリウム

濃度

  (Y)

を求める。

f)

b)

d)

の操作の中で b)

の 3)b)

の 4)c)

の 1)

及び d)

の 1)

においては,溶液を添加し,手で振

り混ぜ,沈殿物の塊を完全に分散させた時点で夜になった場合,遠心分離管にふたをして放置し,残

りの操作を翌朝から行ってもよい。

g)

(2)

によって

CEC

を算出する。数値は,JIS Z 8401 の規定によって整数値に丸める。得られた

CEC

測定値には,

pH

の測定値[9.1 の c)]を付記する。

A

M

A

M

M

M

Y

S

×

×

×

+

=

100

100

1

100

10

5

4

5

 (2)

ここに,

S

振とう・カリウム法による

CEC (cmol/kg)

Y

カリウム濃度

  (

μ

mol/L)

M

4

試料及び遠心分離管の質量

 (g)

M

5

pH

調整後の試料,残存溶液及び遠心分離管の質量

 (g)

A

試料の水分(質量分率%)

M

試料の質量

 (g)

9.2 

カラム・アンモニウム法 

カラム・アンモニウム法によって

CEC (T)

を求める手順の操作は,次による。

a)

操作を行う作業室内の温度及び試薬の液温は,

20

℃±

5

℃とする。

b)

抽出装置[箇条 の l)]に用いる浸透管(

図 

2

)の下部に脱脂綿の小片で支持層を作り,その上

にろ紙パルプ[箇条 の k)]を詰めて,厚さ約

5 mm

の平らなろ過面を作る。

c)

浸透管の下端をパラフィルム[箇条 の n)]で封じ,浸透管に

1 mol/L

酢酸アンモニウム溶液[箇条

7

の h)]を少量入れる。

d)

9.1

の a)

によって試料の水分

  (A)

を求めた試料約

1 g

0.1 mg

まで正確にはかりとり

  (M)

,試料とけ

い砂粉末約

4 g

とが層となるように交互に落下沈降させる。

なお,層内に気泡ができると結果のばらつきの要因となるので,気泡ができないように注意する。

e)

浸透管のパラフィルムを外して受器(

図 

3

)に連結し,抽出装置を

図 のように組み立て,

1 mol/L

酢酸アンモニウム溶液

100 mL

を洗浄液容器(

図 

1

)に入れ,

4

時間以上で浸透し終えるように滴

下速度を調節する。

f)

滴下終了後,受器を替えてメタノール(容量分率

80

%)

[箇条 の i)]で浸透管の上部内壁を洗浄し,

更に,メタノール(容量分率

80

%)

50 mL

を浸透滴下し,過剰の酢酸アンモニウムを洗浄・除去す


7

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る。

g)

受器を替えて,塩化ナトリウム溶液

 (100 g/L)

[箇条 の j)

100 mL

4

時間以上で浸透滴下し,試

料に吸着しているアンモニウムイオンを溶脱させる。

h)

受器に得られた塩化ナトリウム浸出液を全量フラスコ

200 mL

に移し,少量の水で洗浄した後,水を

標線まで加える。

なお,浸出液に濁りがある場合は,JIS P 3801 に規定するろ紙

5

B

でろ過してもよい。このとき,

ろ液の全量を

200 mL

全量フラスコにとり,水で数回洗う。ろ液と洗浄液とを合わせて,水を標線ま

で加える。

i)

得られた浸出液の一定量をとり,JIS K 0102 の 42

[アンモニウムイオン

 (NH

4

)

]によってアンモニ

ウムイオン濃度

  (

α)

を測定する。ここで,インドフェノール青吸光光度法によるアンモニウムイオン

の定量を行う場合,浸出液中に,重金属元素,鉄,銅,アルミニウム,カルシウム,マグネシウムな

どの妨害物質が含まれていない場合は,JIS K 0102 の 42.1[前処理(蒸留法)

]を省略することができ

る。

j)

試料の

CEC (T)

は,式

(3)

によって算出する。数値は,JIS Z 8401 によって整数値に丸める。

(

)

A

M

T

×

×

×

×

=

100

100

200

04

.

18

1

10

1

α

 (3)

ここに,

T

カラム・アンモニウム法による CEC (cmol/kg)

α

浸出液のアンモニウムイオン濃度(NH

4

) (mg/L)

M

試料の質量 (g)

A

試料の水分(質量分率%)

18.04: NH

4

の式量

10 

測定回数 

振とう・カリウム法及びカラム・アンモニウム法の CEC 測定は,同一試験室で同一装置を用いて 2 回行

い,2 回の CEC 測定値の差が 10  %以上のときには,CEC の再測定を行う。

11 

試験報告 

試験報告書には,次の事項を記載する。

a)

この規格の番号  (JIS K 1478)

b)

測定方法の種類(振とう・カリウム法又はカラム・アンモニウム法)

c) CEC

測定値 (cmol/kg) 及び測定値の平均値[振とう・カリウム法の場合には,測定した pH(5 及び/

又は 10)を付記する。

d)

試料の詳細

e)

試験年月日