灰（化学）

分析化学において、灰化または灰分含有量の測定は、クロマトグラフィーなどの化学分析^[¹^]や分光法などの光学分析の前に、微量物質を事前濃縮するために完全燃焼によって鉱化を行うプロセスです。

概要

試料の灰分含有量は、試料に含まれる無機不燃性物質の量を示す指標です。試料が完全に燃焼した後に残る残留物は、不完全燃焼後に残る灰とは対照的に、通常、元の試料に含まれていた無機元素の酸化物で構成されます。灰は、生物試料の近似分析における成分の一つであり、主に塩分を含んだ無機成分で構成されています。灰には、 Na ⁺（ナトリウム）、K ⁺（カリウム）、Ca ²⁺ （カルシウム）などのイオンを必要とするプロセスに重要な金属塩が含まれています。また、クロロフィルやヘモグロビンなどの特定の分子に必要な微量ミネラルも含まれています。

灰分含有量の測定手順は、強熱減量の測定手順と類似しています。一般的に、「灰分」という用語は燃料や食品などの主に有機物に使用され、「強熱減量」という用語は岩石や燃焼灰などの主に無機物に使用されます。

るつぼは、石炭、木材、油、ゴム、プラスチック、食品、その他あらゆる可燃性物質などのサンプルに含まれる灰分の割合を測定するために使用できます。灰分測定に適した方法は、分析するサンプルの種類によって異なります。各方法は、炉の温度、炉内での滞留時間、加熱ステップ数、サンプル調製手順などのパラメータが異なる場合があります。

ISOはほとんどの食品について灰分含有量の測定を義務付けています。例としては、

ISO 2171 :穀物、豆類及び副産物 - 焼却による灰分の測定;
ISO 3593 :デンプン — 灰分の測定;
ISO 928 :スパイスおよび調味料 - 総灰分の測定
ISO 936 :肉および肉製品 - 総灰分の測定。

他の固体中の灰分を測定するための灰分含有量測定法の例としては、

ASTM D482:石油製品からの灰分の標準試験方法;
ISO 6245:石油製品 - 灰分の測定;
ASTM D874:潤滑油および添加剤からの硫酸灰分の標準試験方法;
ASTM D3174:石炭および石炭コークスの分析サンプル中の灰分の標準試験方法。
ISO 1171:固体鉱物燃料 - 灰分の測定;
ISO 18122:固体バイオ燃料 - 灰分含有量の測定;
ASTM D1102:木材中の灰分の標準試験方法;
ASTM D2974:泥炭およびその他の有機質土壌の水分含有量、灰分含有量、および有機物を測定するための標準試験方法。
ASTM D2866:活性炭の総灰分含有量の標準試験方法;
ISO 3451:プラスチック - 灰分の測定 - パート1: 一般的な方法;
ASTM D2584:硬化強化樹脂の強熱減量の標準試験方法;
ASTM D5630:プラスチック中の灰分含有量の標準試験方法。

燃料と消費

灰化試験は、石油製品に含まれる灰分の量を測定し、特定の用途への使用を決定するための試験です。灰分は望ましくない不純物または汚染物質とみなされます。

石油製品の灰分分析において、灰分は炉油サンプルが完全に燃焼した後に残る不燃性成分を表します。石油製品の灰分含有量は一般的に低く、これは特定の高温下で空気中で油を燃焼させた後に残る無機残留物と定義されます。灰分は通常、油中に0.1～0.2%の範囲です。灰分を構成する成分の一部は原油に自然に存在するものですが、その他は精製過程、あるいは貯蔵・流通過程における汚染によって生じます。製品中に含まれる灰分の量を知ることで、その製品が適切な用途に適しているかどうかを判断することができます。

石炭やその他の固体燃料の灰分析において、灰化処理中に灰中に残留する硫黄の量は一定ではなく、灰化条件や灰化処理中に硫酸塩を形成する可能性のある灰中の他の無機成分に依存します。そのため、灰化処理方法が異なると灰分含有量も異なります。^{[ 2 ]}

測定

装置

必要な装置には次のようなものがあります:

るつぼ（または同様の磁器や金属製の皿）
消音炉
ホットプレート
サンプル

手順

るつぼと蓋は、十分に乾燥させた後、予め重量を測ります。試料は完全に乾燥したるつぼと蓋に加えられ、両者を合わせて重量を測り、その差から試料の質量を求めます。試料は、試料が完全に燃焼するまで十分に加熱された炉内に置かれます。その後、るつぼ、蓋、灰を再度重量を測ります。

分析

蜂蜜の分析結果は以下の通りである: ^{[ 3 ]}

典型的な蜂蜜の分析

果糖：38％
グルコース：31％
ショ糖：1％
水：17％
その他の糖類：9％（麦芽糖、メレジトース）
灰分: 0.17%

この例では、灰には蜂蜜に含まれるすべてのミネラルが含まれます。

誘導結合プラズマ発光分析法による化学分析の前にも灰化が行われます。

参照

酸化物、例：Al ₂ O ₃、CaO、Fe ₂ O ₃、MgO、MnO、P ₂ O ₅、K ₂ O、SiO ₂
炭酸塩：Na ₂ CO ₃ (ソーダ灰)、K ₂ CO ₃ (カリ)
重炭酸塩、例：NaHCO ₃（重曹）
硫酸塩:欧州薬局方によると硫酸灰。
誘導結合プラズマ発光分析法
原子吸光分光法

参考文献

^ IUPAC ,化学用語集第5版（「ゴールドブック」）（2025年）。オンライン版：（2006年以降）「 ashing」。doi： 10.1351/ goldbook.A00468
^ Zhu, Qian (2014年4月). 「石炭のサンプリングおよび分析基準」(PDF) . IEAクリーンコールセンター. 2022年1月14日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2022年1月14日閲覧.
^ 「Sugar Alliance」。2005年12月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[1] IUPAC ,化学用語集第5版（「ゴールドブック」）（2025年）。オンライン版：（2006年以降）「 ashing」。doi： 10.1351/ goldbook.A00468

[2] Zhu, Qian (2014年4月). 「石炭のサンプリングおよび分析基準」(PDF) . IEAクリーンコールセンター. 2022年1月14日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2022年1月14日閲覧.

[3] 「Sugar Alliance」。2005年12月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。

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