共沈

化学において、共沈（CPT）または共沈とは、通常用いられる条件下で溶解する物質が沈殿物として運ばれることである。 ^{[ 1 ] [ 2 ]}同様に、医学において、共沈（免疫沈降とも呼ばれる）とは、具体的には「ビーズ状の支持体に結合した特定の抗体を用いて、複雑な混合物から単一の抗原を精製するように設計されたアッセイ」である。 ^{[ 3 ]}

共沈は化学分析において重要なトピックであり、望ましくない場合もあるが、有効に活用できる場合もある。分析対象物を沈殿させ、その質量を測定して濃度または純度を決定する重量分析では、共沈は問題となる。なぜなら、望ましくない不純物が分析対象物と共沈し、結果として過剰な質量が生じることが多いためである。この問題は、「消化」（沈殿物が平衡状態に達し、より大きく純粋な粒子を形成するのを待つ）またはサンプルを再溶解して再び沈殿させることによって軽減できることが多い。^{[ 4 ]}

マイクロおよびナノ粒子合成のための典型的な共沈法

一方、微量元素の分析では、放射化学でよくあるように、共沈法が元素を分離する唯一の方法となることがよくあります。微量元素は従来の方法では沈殿させるには希薄すぎる（時には1兆分の1未満）ため、通常はキャリア（目的の元素を取り込むことができる類似の結晶構造を持つ物質）と共沈させます。一例として、過塩素酸セシウムなどのセシウム塩と共沈させることで、フランシウムを他の放射性元素から分離する方法があります。オットー・ハーンは、放射化学における共沈法の利用を推進したことで知られています。

共沈には、包接、閉塞、吸着という3つの主なメカニズムがあります。^{[ 4 ]}包接（結晶格子への組み込み）は、不純物がキャリアの結晶構造の格子サイトを占有し、結晶学的欠陥を引き起こす場合に発生します。これは、不純物のイオン半径と電荷がキャリアのものと類似している場合に発生する可能性があります。閉塞は、吸着された不純物が結晶の成長中に結晶内部に物理的に閉じ込められる場合に発生します。吸着質とは、沈殿物の表面に弱く、または強く結合（吸着）された不純物です。

化学分析や放射化学への応用に加えて、共沈法は、酸性鉱山排水、廃棄物貯蔵所周辺の放射性核種の移行、産業および防衛施設における有毒重金属の移動、水系における金属濃度、廃水処理技術など、水資源に関連する多くの環境問題にも重要です。^{[ 5 ]}

共沈法は磁性ナノ粒子の合成法としても用いられる。^{[ 6 ]}

沈殿物と溶液の分配

トレーサー化合物の2つの相（沈殿物と溶液）間の分布を記述するモデルは2つある：^{[ 7 ] [ 8 ]}

• ドーナー・ホスキンスの法則 (対数):

${\displaystyle \ln {\frac {a}{ax}}=\lambda \ln {\frac {b}{by}}}$

• ベルテロ・ネルンストの法則:

${\displaystyle {\frac {x}{ax}}=D{\frac {y}{by}}}$

どこ：

aとbはそれぞれトレーサーとキャリアの初期濃度です。

a − xとb − yは分離後のトレーサーとキャリアの濃度である。

xとyは沈殿物上のトレーサーとキャリアの量です。

Dとλは分布係数です。

Dおよび λ が 1 より大きい場合、沈殿物にはトレーサーが豊富に含まれています。

共沈システムと条件に応じて、λ またはDのいずれかが一定になる場合があります。

ドーナー・ホスキンスの法則の導出は、析出結晶内部と溶液との間で質量交換が起こらないことを前提としています。この仮定が満たされる場合、結晶中のトレーサー濃度は不均一です（結晶は不均質であるといいます）。ベルテロ・ネルンストの法則が適用される場合、結晶内部のトレーサー濃度は均一です（結晶は均質であるといいます）。これは、内部拡散が起こり得る場合（液体中など）、または初期の小さな結晶が再結晶化する場合です。速度論的効果（結晶化速度や混合の有無など）が影響します。

参照

• ファジャンス・パネート・ハーンの法則

参考文献

1. Patnaik, P. (2004). Dean's Analytical Chemistry Handbook , 第2版. McGraw-Hill.
2. マリン、ジョン・W. (2003). 「結晶化と沈殿」.ウルマン工業化学百科事典. doi : 10.1002/14356007.b02_03 . ISBN 978-3-527-30385-4。
3. 「免疫沈降（IP）技術ガイドとプロトコル」（PDF） . Thermo Scientific . 2023年12月21日閲覧。
4. Harvey, D. (2000).現代分析化学. McGraw-Hill.
5. "Cosis.net" (PDF) . www.cosis.net . 2007年5月10日閲覧。
6. Lu、A.-H.、EL サラバス、F. シュート (2007)。アンジュー。化学。内部。編、46、1222–1244。
7. オットー・ハーン、「応用放射化学」、コーネル大学出版局、イサカ、ニューヨーク州、米国、1936年。
8. ALAN TOWNSHEND、EWALD JACKWERTH、「微量成分前濃縮のための主要成分の沈殿：可能性と問題点」、Pure & App. Chem.、第61巻、第9号、pp. 1643-1656、1989年、 (pdf)