食品分析において、食品中の無機成分の試料溶液を調製するには、試料中の有機物を分解、除去して、無機物だけの状態にしなければならず、その方法として、一般的に乾式灰化法や湿式灰化法を適用することが多い。また、ナトリウムやカリウムなどの一部の無機成分の試料溶液の調製法では、灰化法よりも操作が簡易な希塩酸を用いて抽出する方法である、塩酸抽出法を適用することもできる。

今回は、多くの無機成分の試料溶液の調製法に用いられる、灰化法について紹介する。

試料中の有機物を分解除去する操作であり、試料を500℃の高温で加熱する乾式灰化法、及び試料に硝酸や硫酸などの酸を加えて加熱する湿式灰化法がある。

乾式灰化法は、強酸を使用する湿式分解法に比べて簡便であり、安全性は高いが、灰化に時間を要すること、また、水銀、ヒ素、鉛、セレン、アンチモンなどの低沸点元素が強熱によって揮散してしまうおそれがある。一方、湿式灰化法は、分解温度が低く、溶液のまま分解を行うため、乾式灰化法で揮散しやすい元素に適した方法であるが、強酸を用いることから安全性面に十分に注意する必要があり、熟練した技術が必要となる。

 

1)乾式灰化法

乾式灰化は、主として植物性食品や飲料を試料とする場合に用いる。操作手順は、試料をホウケイ酸ガラス製容器（測定対象がナトリウム及びカリウムの場合を除く。）、白金皿や石英ビーカーに採取し、予備灰化、灰化を行い、有機物を分解、除去する。灰化は灰が白色になるまで行うことが重要である。灰化後、灰に少量の水を加えて潤し、塩酸を適量加える。次に、ホットプレート上に移し、加温して完全に蒸発乾固させる。その後の操作は、灰化後の試料の状態を目視によって確認し、次の①または②を適用する。乾式灰化法①のフローを図１に示す。

①黒い残渣（炭素）が全く存在していない場合

蒸発乾固した試料の残渣に塩酸を適量加え、テフロン製の棒でかき混ぜながら、ホットプレート上で数分間加温して溶かし、ろ紙とロートを用いてろ過を行った後、定容、試料溶液とする。

②黒い残渣（炭素）が存在している場合

蒸発乾固した試料の残渣に塩酸を適量加え、「①黒い残渣（炭素）が全く存在していない場合」と同様にろ過を行う。ろ紙上の不溶物をろ紙とともに灰化容器に移して乾燥後、500℃で灰化する。放冷後、灰に少量の水を加えて潤し、塩酸と水を適量加えて、ホットプレート上で加温し、ろ紙とロートを用いてろ過を行い、上記のろ液と合わせた後、定容、試料溶液とする。

 

 

2)湿式灰化法

湿式灰化は、乾式灰化法において著しく膨化しやすい試料やたんぱく質含量の高い食品を試料とする場合に用いる方法である。操作手順は、次の①または②による。湿式灰化法①のフローを図2に示す。

①硫酸・硝酸・過塩素酸による分解

試料をケルダールフラスコに採取し、硝酸を適量加え、穏やかに熱し、激しい反応が収まるまで加熱する。放冷後、硝酸と硫酸を加えて、再度加熱して液が濃褐色を呈したら、硝酸を適量加える。この操作を硝酸ガスの発生がなくなり、反応液の色が無色～淡黄色になるまで行う。その後、過塩素酸を少量加えて、硫酸の白煙が発生するまで熱する。少量の水を加えて、内壁を洗い込み、硫酸の白煙が生じるまで加熱する。放冷後、溶液を全量フラスコに水で洗い込み、定容、試料溶液とする。

②硝酸・過塩素酸による分解

「①硫酸・硝酸・過塩素酸による分解」が適用できない試料にのみ適用するが、有機物の分解が不十分であり、残存している場合は、爆発する危険性があるので十分に注意が必要な分解法である。試料をケルダールフラスコに採取し、硝酸を適量加え、穏やかに熱する。激しい反応が弱くなったら、過塩素酸を加え、再び加熱し、硝酸を加えて無色～淡黄色になるまで分解する。放冷後、少量の水を加えて、内壁を洗いこみ、過塩素酸の白煙が生じるまで加熱する。残留物に塩酸を加え、加温して可溶物を完全に溶解し、水で洗いこみ、定容、試料溶液とする。

 

前述したように、食品は、マトリックスが多種多様であるため測定対象となる食品の成分、元素の種類などによって、適切な試料溶液の調製法を選択する必要がある。また、灰化に使用する容器は注意が必要であり、ホウケイ酸ガラス製容器は容器からナトリウムが溶出し、カリウムは容器に吸着することがある。そのため、ナトリウムとカリウムの定量では、白金製又は石英ガラス製の容器を用いる。