水は物質交代の媒体であり生物の生活は水と切り離すことはできない
CO2を良く溶かすので水中生産者(藻類)の生活の場として重要
酸素は比較的溶けにくいので呼吸に必要な酸素は欠乏しやすい
光吸収率が高いので生産者は深い場所では生活不可 ↔ 分解者は深い所でも生活可

原形質成分 水 タンパク質 脂質 核酸 無機物質
重量%_____75___12_____5____3____2
成分元素 O___C___H__N _Ca
%______64 __19__10__3__2

[pH, 栄養]

1. 熱力学的特性

Ex. 飲料水
Ex. 川、湖、海: 地球表面の3/4は水に覆われる ⇒ [循環] → 雲・雨・雪

(a) 生活する温度領域

T: -20°C < T < 40°C

水の3態: 氷 / 水 / 蒸気 ⇒ 常温で液体

酸素: 我々は気体と意識: T < -183°C = 液体, T < -218.4°C = 結晶
鉄: 固体と意識: T > 1535°C = 液体, T > 3000°C = 気体

相 (phase)

融点 (melting point), MP

沸点 (boiling point), BP

原子
番号  
 5  B
 6  C
 7  N
 8  H



 9  F
10 Ne

        

CH4
NH3
H2O
H2S
H2Se
H2Te
HF
Ne    

原子
数   

  5
  4
  3



  2
  1  

MP
(°C)  

-184
  -75
     0



  -92
-249

BP
 (°C)   

-161.6
  -33.4
+100
  -60.2
  -41.3
    -1.8
 +18.8
-246   

蒸発熱
(cal/deg/g)

      2.2
      5.6
      9.8



      7.2
      0.9      

              

低(沸点)
 | BPの
 | 法則
 |
 |
 |
 |
高          

(b) 密度 density, ρ

効用: 水面から凍る。害: 水道管破裂

(c) 熱容量, C

[液体比熱] ≈ [固体比熱] × 1.2 ⇒ 多くの物質で成立 → 水の比熱は極めて大きく特異な性質
Ex. 砂漠は温度変化が他の気候域に比べ激しい ∵ 水がない

C_sand ≈ 1/5·C_water
ΔT_sand = ΔQ/C_sand ≈ 5·ΔQ/C_water (ΔQ > 0 ⇔ ΔT > 0)

(d) 表面張力

(e) 潜熱 latent heat

温度を一定に保ち生物の安定した内部活動に役立っている(= 外部環境への適応性を高めている)
Ex. 1 kgの水 → 2 gの水蒸発で998 g H₂Oの温度が変化しない → 少量の水の蒸発だけで体温安定
Ex. 潜熱と生活: 打ち水、多孔性の水瓶や皮袋に水を入れる、汗と湿度

2. 構造的特性

(a) 水素結合 hydrogen bond

静電的にHとOが引き合うことによる → みかけ上大きな分子となる
DNA基間結合、ポリペプチド鎖間結合、多くの双極子との結合
氷 H₂O → 2H + O: 220.3 kcal/mol/2 = 110.2 kcal ≫ 4.5 kcal/mol (水素結合)

(b) 分子構造

氷の規則 ice rule (Barnal-Fowler rule): 氷結晶中の水素原子の位置

ほぼ正四面体 → 構造上安定: エネルギー的に安定な状態
水分子の完全性: 1個のO原子の近くに2個のHがある
水素結合の完全性: O-O間に1個のHがある

氷の規則のみでH位置は決定しない
配列には自由度が残る。点欠陥が一定確率で発生し、この確率は温度が高いほど高く、それに伴いイオン形成が起こる → 電場をかけると電子の動きが見られる

● 水素原子(H)   ● 酸素原子(O)
------ 共有結合, 0.99 Å, 結合力強
- - - - 水素結合, 1.77 Å, 結合力弱
+ 正電荷を帯びる   - 負電荷を帯びる

3. 化学的特性

(a) 誘電率 (ε, permittivity, dielectric constant

Benzene________2.28
CH4______ε-90___2.07___ε70____1.85
H₂O______ε0___87.74___ε100__56.38

NaClをH₂Oに溶かすとBenzeneの約40倍の誘電率 → 容易にNa⁺ + Cl^-という解離状態で存在
NaClはBenzene中では沈殿
r² = c1c2/DF
MKSA有理系 9 × 10⁹ (N·m²/c²) = 1/4πε₀ (ε₀: 真空状態誘電率)
クーロンの法則, F = 1/4πε₀·(c₁c₂/r²) [真空中] →

1/ε_s·(1/4πε₀)·(c₁c₂/r²) = (1/4πε)·(c₁c₂/r²) [物質中]

(b) 緩衝液

緩衝作用の大きな溶液 Ex. 乳酸-酢酸塩、塩酸-クエン酸ナトリウム

乳酸発酵: C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₆O₃ (lactic acid) + 47kcal

glucose + lactic acid + O₂ → H₂O + CO₂ + ATP

                     滴定曲線        Ka (mol)        pK  
1 H₃PO₄  ⇔ H⁺ + HPO₄^-    7.5 × 10^-3     2.12
2 H₂PO₄  ⇔ H⁺ + HPO₄^2-  6.23 × 10^-8    7.21
3 HPO₄^2- ⇔ H⁺ + PO₄^3-     4.8 × 10^-13  12.32

体内では2の形で存在
glycine: NH₂-CH₂-COOH
NH₃CH₂COO^- + H⁺ ⇔ NH₃CH₂COOH __ 2.3
CH₃COO^- + H⁺ ⇔ CH₃COOH _________ 4.74
強酸: -COO^-を-NH₃⁺が吸引するのでHを放出しやすい

指示薬

1. 反応の鋭敏性
2. 色彩
3. 再酸化に対する安定性
4. 脂質不溶性
5. 粒子大きさ及び再結晶傾向 (tetrazoliumの難点)
6. 入手の安易さと値段

pH指示薬: 陽子の授受反応に応答
酸化還元指示薬: 電子の授受反応に応答
吸着指示薬: 特定の沈殿反応に応答
金属指示薬(キレート指示薬): キレート生成や解離反応に応答

異なる溶液接する → 自由移動分子移動 → 互いに利用可能空間を均一に使用と仮定
⇒ 水ポテンシャル発生 (拡散速度 ∝ √分子量)

p: 浸透圧(圧力)

1 atom =
76.00 cm × 13.595 g/cm³ × 98.0665 cm/sec² =
1.0130 (g·cm/sec², or dyn/cm²)

v: 溶液体積
n: 溶質モルmol数
R: (モル)気体定数(ガス定数) (molar) gas constant

= 0.082 (l·atm)/(K·mol)
= 82.057 (cm³·atom/K·mol)
= 8.3144598 J/(K·mol)
= 1.987 (cal/K·mol)

T: 絶対温度 = 273 + x (°C)

ψ = ψ_π(in) + ψ_π(out) 平衡状態
ψ_(in) = ψ_π(in) + ψ_p(in) = ψ_(out)
1 atom → ψ_(out) = ψ_π(out), ψ_p(out) = 0
ψ_π(in) = ψ_π(out) - ψ_p(in)z

ここでAとBは隣り合っている
ψ_A = ψ_p(A) + ψ_π(A) = 5 - 12 = -7,
ψ_B = ψ_p(B) + ψ_π(B) = 3 - 6 = -3,
ψ_A - ψ_B = -7-(-3) = -4
∴ Δψ (水ポテンシャル) = -4
水は水ポテンシャルの高い方から低い方へ移動: 水の動き B → A

Ex. 海岸植物・乾生植物の浸透圧は大きい

この大きさにより水の移動力は決まる
J = P·ΔC

J: 透過できる粒子の数
P: 透過性係数 permeability coefficient
C: 内外の濃度差

J = D/x·ΔC

D: 拡散係数
x: 膜の厚さ

= 受動輸送の計算
i: 膜内部 inner, o: 外部 outer →
a_i/a_o: (膜内外の)化学ポテンシャル差
PV = RT

R: 気体定数, F: ファラデー定数, Z: イオンチャージ, T = K

Δε = -Klog(内側の濃度/外側の濃度) (イオン濃度)

= 単位量あたりのエネルギー
F_s = -(∂Ψ/∂s) (dyne/g)

F_s: 特定方向sに単位質量の水に作用する力
負号は力がψの減少方向であることを示すため

重力ポテンシャル gravimetric potential, Z
浸水ポテンシャル submerged potential (ISSS定義せず), S

特定点が自由水面下に沈んでいればその点の土壌中の圧力は大気圧より大きい → これによるポテンシャル

毛管ポテンシャル capillary potential, M

= マトリックポテンシャル matric potential
⇒ SとMはどちらか一方が必ず0

空気ポテンシャル pneumatic potential, G
⇒ 圧力ポテンシャル pressure potentiqal, P = M (or S) + G

土壌水のポテンシャルに対する全ての圧力変化を合計したもの

浸透ポテンシャル osmotic potential, O: O_V = -π(dyne/cm²)

W = ρ(dV)gz
Z_m = W/(ρdV) = gz (erg/g)

dV: 基準点からzの間における微小容積(輸送される水の微小容積)
z: 基準点からの高さ
g: 重力
Z_m: 単位質量あたりの重力ポテンシャル

Z_v = W/dV = ρgz ≡ 単位容積あたり重力ポテンシャル
Z_w = W/ρg(dV) &equv; 単位重量あたり重力ポテンシャル

p (水面から深さhにおける壌水圧力) = ρgh (dyne/cm²)
仕事量 W = pdAl = pdV (erg)

dA: 断面積 (cm²), l: 長さ (cm)

S_V = p (dyne/cm²) ≡ 単位面積あたりの浸水ポテンシャル
S_m = W/ρdV = p/ρ ≡ 単位質量あたりの浸水ポテンシャル
S_w = WρgdV = p/ρg = h (cm) ≡ 単位重量あたりの浸水ポテンシャル
Def. ピエゾメトリックヘッド piezometric head ≡ h

→ ピエゾメータ piezometerで測定

τ = (2σ)/r

τ : 負圧(圧力欠損)    σ : 水表面張力    r: (土壌間隙の有効)半径

M_V = p (dyne/cm²) ≡ 単位面積あたりの毛管ポテンシャル
M_m = p/ρ ≡ 単位質量あたりの毛管ポテンシャル
M_w = p/ρg (cm) ≡ 単位重量あたりの毛管ポテンシャル

→ テンシオメータtensiometer (pF)で測定

W = dV(A'₀ – A₀) = dVp₀

p₀: 標準大気圧(p)を基準とした外部気体圧 = A'₀ – A₀
A₀: 標準大気圧におけるプール → A'₀: 移動点

G_V = W/dV = A'₀ – A₀ = p₀ ≡ 単位容積あたり空気ポテンシャル

A'₀ = ρgh'₀, A₀ = ρgh₀

G_W = W/ρg(dV) = h'₀ - h₀ (cm)

Def. 絶対圧 aboslute pressure, p_W: 土壌水に作用する気体圧A'₀を基準として測定される圧

p = p_W – A'₀ (dyne/cm²)
⇒ G_V + M_V = p + p₀ = p_W – A₀

Gと土壌水圧力pが0より大きいか小さいかによるS (or M)との総和

Φ_W = H (cm)

Def. 水理水頭, H = z + h + (h'₀ – h₀)
z: 基準点より上の考慮中の高さ
h'₀ – h₀: 問題にしている点における土壌水面上の来た威圧と標準大気圧との差

J = -K·(dh/ds) (m³/m²s = m/s)

= 水の化学ポテンシャル chemical potential on water

水ポテンシャル(ψ)は電磁力、吸着力、表面張力、重力、弾性力等により変化するが、これらの影響する系のψは純水のψより低いことが普通なので純水のψを0 Mpaとすれば負値をとる(ψ = -吸水力)
単位: ψ atom, bar, dynes/cm²

1 bar = 10 dynes/cm² = 750 mmHg = 0.995 atom,
1 atom = 1032.8 g/cm² = 1.01 bar,
Mpa: 1 bar = 0.987 atm = 0.1 Mpa

Ex 砂糖溶液中に移動するポテンシャル

平衡状態では、ψ_(inside) = ψ_(outside)

測定原理

生じる圧力は溶液濃度に比例
p = k₁·1/V … (1)

生じる圧力は絶対温度に比例
p = k₂·T … (2)

p = RT/V, φ = -RT/V
1 mol気体 → 1 atom 0°C 22.4 l/mol
1 mol溶液(液体) → 溶質1molが1 l中に存在
→ 1mol溶液の浸透ポテンシャルはψ_π = 22.4 atm
実際には希釈溶液で成立する公式 (電解質で解離を起こすとイオンが別々の溶質粒子として働くため浸透圧は大きくなる) → 解離する場合には別な方法で測定する必要

RH: 相対湿度 relative humidity

浸透圧ポテンシャル測定

サイクロメーター psychrometer
-ψ_π = RT/V·ln(P₀/P)

R: 気体定数, T: 絶対温度, V: 水偏比容 partial molecular weight of water, P₀: T₀時水蒸気圧, P: 空気中水蒸気圧
-ψ: 10.7log₁₀(100/RH) bars

1 M溶液 22.4 atom 純水よりも1.86°C下がる
-ψ_π = 22.4 × (氷点降下温度[測定値]/1.86)

膜透過性

液胞膜 tonoplast、表面膜 plasmalemma → 選択的透過性 differential permeability 有

water potential = 0__________浸透圧ポンプ

水は純水 → 砂糖水へと移動し水ポテンシャルor濃度勾配を小さくする(オスモシス osmosis)

semi-permeable membrane + sugar solution

土壌からの吸水

1) 浸透圧
2) 能動輸送

内側apoplastの方がイオン濃度高く、内部ψ_πは十分大 → 外側apoplastから内側apoplastへ水移動
水移動は主にapoplast部分で行われる + イオンは能動輸送により細胞内に取込まれる
細胞間空間、不連続(内皮の外側と内側でcasparian stripにより不連続 (note discontinuity at casparian strip)

O₂濃度: 外側 > 内側 → 呼吸によりエネルギーを得る
内側はO₂不足となるがイオンを留めエネルギーなくなるとイオン放出する
→ 土壌コロイド中の吸着イオンを放出させ吸収する機能
細胞内原形質: plasmodesmata有し連続(connections from cell to cell are via plasmodesmata)

プラスモデスム (plasmodesmata, sg. plasmodesma): 細胞を連結する小さな穴

外側のsymplastによって内側のsymplastに取込まれる → その後導管部に送り込み取り込み過程終了

アクアポリン (aquaporins, AQP)による移動

還流法: 水耕液をゆっくり還流 → 非還流(通常)水耕法・畑栽培と比べ面積で2-3倍、個体で10倍の収量
通常法: 根から吸収された養分は拡散のみで移動 vs 還流法: 養分が拡散のみ以上に移動できる

欠乏・蒸散

吸水力

水ポテンシャルの差に沿い移動 → 植物体内での移動 (水ポテンシャル差生じる)

原形質分離 (限界濃度)

原形質分離剤: 細胞膜がその溶質に対し半透性を持つことが必要で、分子量の比較的大きい非電界質(Ex 糖)や、溶解度の高い中性塩を良く用いる

→ Def. 浸透圧: 水移動を止めるために溶液側に加わる圧
→ Def. 膨圧: 細胞の内圧と外圧の差

a: 浸透圧, b: 膨圧, c: 吸水力 = a – b

→ 限界原形質分離点での外液(等張液)臨界濃度が求まる
= その植物組織の持つ固有の浸透価を知ることができる

(田崎 1985)

旱魃 drought

人為: 気候変動に伴う乾燥地での降水量減少 + 保水力のある森林伐採

1. 永続的: 生育を許さない砂漠、あるいは強耐旱性droguht tolerance植物が生育する乾草原にみられる
2. 季節的seasonal: 夏期に降雨の集中する雨緑林・サバンナ・ステップ地方、あるいは冬期に降雨の集中する硬葉樹林が発達する地中海機構などに見られる
3. 偶発的: 熱帯・亜熱帯の降雨林および暖帯・温帯・寒帯の照葉樹林・夏緑林・常緑針葉樹林が分布し、降雨が多くしかも季節的に偏らない地域で起こる

1. 致死的被害 lethal injury: 日本では砂丘等で見られる
2. 収量低減的被害yield diminishing injury: 旱魃時の気孔閉鎖、水不足による光合成速度減少が原因

植物の水輸送

水受動輸送 passive transport

気孔 stomata開閉による: 気孔大きさ = 一般 16-12 μm、最大 100 μm

         葉        リンゴ トウモロコシ オレンジ カボチャ
         表 (/cm²)      0         6047        0     2791
         裏 (/cm²)  38760         9922    44961    27132

(Dounan FG 1911)

ドナンの膜平衡 Dounan equilibrium

λ = (膜内部の正電荷を持つイオン)/(膜外部の正電荷を持つイオン)

= (膜内部の負電荷を持つイオン)/(膜外部の負電荷を持つイオン)

λ: 濃度に無関係で温度と圧力のみによって変わる関数

Ex: KCl: [K_i⁺]/[K_o⁺] = [Cl_i^-]/[Cl_o^-] = 2/1 × n/n (参考: ゴールドマン式)

水能動輸送 active transport

受動輸送と異なる点: エネルギー消費。細胞膜透過性を利用
水補給: 水を失うと大部分の水は根から供給される

AFS = (組織中溶液量)/(外液の溶液量)

= 6-10% (根)
= 7-10% (細胞壁・細胞内空間 → 拡散の場所)

↓ 高木では根圧だけで水移動は説明できない

頂部で蒸散を行うと水の結合力 cohesive force によって水が水柱状となり上部へ移動する
Ex. RH (relative humidity) 50% → ψ = -10.7log(100/RT) = -1000 bars (water potential) - 水は切れない

                            土壌水  根  茎   葉  空気中
        ψ (水ポテンシャル)  -0.5   -2  -5  -15   -1000
        Δψ (lower-upper)         1.5   3   10     985

······ water uptake
------ transpiration

ベルト: 幹が大きくなると緩み、小さくなると縮む
→ 上部(頂部)から強い力で引かれると幹が縮む
= 夕方から朝方までにかけては幹が延び昼には縮む

孔辺細胞の
膨圧変化

膨圧小
孔辺細胞は
上下細胞壁が
厚く、左右細胞
壁が薄くなって
いる

膨圧大
気孔が直線的
になって隙間
ができる(= 開く)

水分調節 water adjustment

ガス交換の95%以上を担う種多 - 植物大型化に関与
Darwin F (Darwin C息子): 光に反応し開くことを発見

苔類では葉緑体なし

水利用効率 (water-use efficiency, WUE)

CO₂獲得に気孔を開く → 蒸散↑ (葛藤)

if 蒸散速度 ∝ 気孔開度 ⇒ WUE: 気孔の開閉を見ている
CO₂濃度↑ → WUE↑

⇒ δ¹³CによるWUE推定

イオン濃度高 → 量に見合った効果発揮しない
→ 活量 < 濃度 → 濃度希薄: 活量 ≈ 濃度
a_i = exp(Δμ_i/RT)

μ_i: i成分の化学ポテンシャル, R：気体定数, T: 熱力学的温度

a_i = γ_iχ_i

a_i: i成分の活量
χ_i: i成分のモル分率

[A^-]: 酸HAの共益塩基Aのモル濃度
[HA]: 酸モル濃度
pK_a: 解離定数

K_a = [H⁺][OH^-]/[H₂O] = constant
pH = -log[H⁺] = log(1/[H⁺])

K_a = [H⁺][A^-]/[HA]
-logK_a = -log[H⁺] + log[A^-]/[AH]
pH = pK_a + log[A^-][HA]

K_a = ([H₃O⁺][A^-])/[HA], H₃O⁺ = H⁺
[H⁺] = K·[HA]/[A^-]
∴ -log[H⁺] = -logK_a - log([HA]/[A^-])
pH = pK_a + log([A^-]/[HA])

CH₃COOH ↔ H⁺ + CHCOO^-
K = ([H⁺][CH₃COO^-])/[CH₃COOH]

= 1.8 × 10^-5 M = -log(1.8 × 10^-5) = 4.74

4.74 + log(0.2/0.1) = 5.04 ∴ pH = 5.04

K = ([H⁺][CH₃COO^-])/[CH₃COOH] = a²/(1 - a) = 1.8 × 10^-5
∴ a = 0.0043 M
-log(4.3 × 10^-3) = 2.4 ∴ pH = 2.4

• 指示薬(略号): 変色域 (色)
• メチルバイオレット methyl violet (MV): 0.1-3.2 (黄-青緑)
• チモールブルー thymol blue (CR): 1.2- 2.8 (赤) __ 8.0- 9.6 (青)
• メチルオレンジ methyl orange (MO): 3.1- 4.4 (赤-橙黄)
• チルレッド methyl red (MR): 4.2- 6.3 (橙)
• リトマス litmus: 4.5- 8.3 (赤-青)
• ブロムチモールブルー bromothymol blue (BTB): 6.0- 7.6 (黄-青)
• フェノールレッド phenol red (PR): 6.8- 8.4 (黄-赤)
• フェノールフタレイン phenolphthalein (PP): 8.3-10.0 (無-紅)

Vertebrate (3.5-4), Invertebrate (< 2), Protozoa (< 2), Higher plant (2-4), Eukaryotic algae (-0), Pilz (fungi), -0, Prokaryotic algae(4-5), Bacteria (0)

水の流束qに対する抵抗 r ⇒ q = Δψ/r

水の移動性を決める

1. 表面張力・凝集力大: 孔隙中に保持され土壌中での移動も容易 → イオン移送により植物必要養分の供給
2. 比熱大: 高温時に蒸発により熱を奪う ↔ 低温時に氷結により熱放出し地温急変防止
3. 土壌中動植物・微生物生態系構造を決める

遮水壁:
土壌水分垂直分布 →深さ数cm以上 = 常時結構湿る – 遮水壁による
蒸発量 > 土壌下方からの供給 ⇒

地表面乾燥極端に進む → 抵抗増大(負圧増大)し水は水蒸気体としてしか移動できない – 遮水壁形成

降雨後数日で遮水壁が形成され土壌からの水分蒸発を防ぐ

[比表面積] = [表面積/重量] – 物質が細分化されるたび、新しい表面積が増え大きくなる
Ex. モンモリロナイト: 茶匙1杯 ≈ 表面積 500畳 – 多量の物質保持可
粘土鉱物                                   カオリナイト  ハロイサイト  モンモリロナイト  アロフェン
陽イオン交換容量 (meq./100 g)      2-10         60-1100          60-100          30-135
比表面積 (m²/g)                            10-55          5-100               770             1050

土壌との密着性悪いと直ぐ空気が入る - 実際は正確測定困難
⇒ TDR等、水分率測定用の取扱楽な機器普及

水分恒数 water constant

萎凋点(萎れ点, 萎凋係数) wilting point (wp)

pF ≈ 3.8

pF ≈ 3.9

pF ≈ 4.2 ⇒ 15気圧で吸着保持されている水は植物利用可能
永久萎れ permanent wilt: 根周囲全水分使った状態 (ψ = 0)

永久萎れ率 permanent wilting percentage: その土壌水分量

水分当量 moisture equivalent

pF = 2.7-3 ⇒ 大孔隙中の毛管水は殆どない
粗砂土 ≈ 3-4%、重粘土 ≈ 46%

乾土に湿土を接触 → 毛管力により湿土から乾土に水移動 →
湿土水分含量低下 → 水移動停止 = 毛管止点

容水量(保水量) water holding capacity, whc

⇒ 保水性 (= 水移動力) → 植物成長

濾紙とガーゼで塞ぐ___シャーレに水を1 cm入れ、この缶をつける
→ 上部の土が湿ってから24 hr放置 → 上下の缶の含水量(比)求める = 容水量(%): 一般の畑は60%位

≈ 土壌の全空隙量 → 土壌から水を取り去る力が働いてない状態

Ex. 湛水状態の水田 → pF = 0

[湿原] 停滞水面と接する直上部にある土壌の水分

= 土壌が重力に反し保持できる最大水分量 → pF = 1.5-1.7
[湿原] 停滞水面から離れ地下水と連絡する毛管水が切れた(毛管作用消失)時に保持する水分量

= 團場容水量 - 萎凋点 ⇒ 成長の水分上の決め手

粘着点 sticky point

水分比 (%)

水分張力

(Schofield 1935)

pF・含水率

結合水: 原形質内の構造と結合してその構成成分となっている水
自由水: 他の物質と結合しないで溶媒的役割を果たす

= (W_wet – W_dry)/W_dry) = (W₁ – W₂)/(W₂ – W₀) × 100

W₀: 容器重量
W₁: (容器 + 分析試料)重量
W₂: (容器 + 乾土)重量

m_c' = (W_wet – W_dry)/W_wet) ⇒ m_c = m_c' × (m_wet/m_dry)

= (W₁ – W₂)/V_t × 100

V_t: 採取容器体積

純水 purified water

除去方法: 長所 ↔ 短所
蒸留: 精製簡単 ↔ 揮発性不純物は除去できない
イオン交換(樹脂): イオン性物質除去 ↔ 非イオン性物質除去できない
濾過

UF(限外濾過)膜: コロイドや高分子の除去 → ミリポア・ミリQ (Milli-Q) (商標名, 超純水)
RO(逆浸透): 低分子除去も可能, 大量精製向 ↔ 膜特性により完全な不純物除去は不可 → 狭義のRO (広義にはUFも逆浸透)

オートスチル(商標名): イオン交換法 → 蒸留法

基本操作

ピペット

(a) 先端目盛
(b) 中間目盛

(a) メスピペット混用避ける(ビンに入れたままにしておく。各液専用ピペット決める)
(b) 試験管は使用後、洗浄し試験管立てに逆さに立てておく

Ex. ピペットマン, ギルソン社商標: 誤差の個人差はピペットより小
マイクロピペット先端: ディスポチップ取付
PCR実験: エアロゾルコンタミ防止に疎水性フィルター付チップ使用

1. 目盛調節ネジを回し目盛を目的の体積に合わせる(指定範囲以上に目盛調節ネジを回さない)
2. 先端にチップ付ける (隙間ないようチップラックチップに直接しっかり付ける, チップを素手で触らない)
3. 空気中でプッシュロッドを第一ストップまで押し下げる(溶液中で押し下げると気泡で不正確となる)
4. チップ先を液に浸す(深く差し込まない。特に高粘度溶液, 基本はチップ先端3 mm 位を垂直に)
5. スムーズにプッシュロッドを元位置まで戻す(勢いあると液を本体に吸い込み誤差大かつ故障の原因)
   ペットマン本体に溶液を吸い込んだ場合は分解洗浄必要 = そのまま使い続けない
6. 吸引完了を待つため、プッシュロッドを戻し終えてからチップ先端を溶液につけたまま数秒静止
7. チップ外側に付いた液を容器縁でしごき落とすようにしてチップを出す(チップ外側に付く液は誤差要因)
8. 液入れる容器壁面にチップ先を付け、ゆっくりプッシュロッドを第一ストップまで押し下げる
   同チップで同溶液を再び測るときは、壁面に他液が付着していればチップ先は壁面に付けない
   = 毎回チップを代える実験も多い
9. 第一ストップ状態で押したままで液が流れ落ちなくなったら、プッシュロッドを第二ストップまで押し下げチップの先に残った液を押し出す(高粘度溶液は特に念入りに)
10. ゆっくりプッシュロッドを元位置まで戻す(1回吐き出し操作で定量できる → ロッドを何度も上下させない)
    チップを溶液につけていなくても、一度溶液をはき出した後にピペット操作を繰り返すと、チップに残った微量の溶液がピペットマン本体(白いフォルダ部分)に入り故障と汚染の原因となる
11. イジェクターボタンを押しチップをはずす(適切なゴミ処理を)

1. 排水バルブ閉め、規定量の水を底部に入れる(敷板のレベルまで)
2. 金属製カゴに滅菌する培地や器具を入れ、オートクレーブ内に入れる
3. 蓋や排気弁をしっかり閉じ電源を入れる
4. 温度を121°C、時間(タイマー)を15分にセットしスタートボタン押す
5. 滅菌終了し圧力0を確認し排気弁開ける
6. 静かに蓋を開け滅菌した器具等を取り出し、電源を切る

(2021/08/10)

実験室の水汲み

• 分子実験用水はC-507で適宜汲む必要がある
• C-507で扱っている水は ①I.R.O ②Milli-Q ③イオン交換水の3種。マイクロサテライト解析やDNA抽出に関しては③のイオン交換水で十分

1. PowerがONになっているのを確認
2. Flowを推して音が鳴るのを確認
3. 一度蛇口を開け、水を流しホース内部を洗浄する
4. ホースの口が触れない様に水をタンクに注ぐ
5. 分量は、割れて半分しか入らないタンクが10L、丸タンクが20Lで両方入れたら30L
6. 使用分量を記帳する

準備

漏斗
脚長漏斗
グラスフィルター
ぶふなー漏斗
桐山漏斗

吸引濾過

濾紙 filter paper

珪酸イオンコンタミに注意

セルロースアセテートメンブランフィルター: 孔径0.2 nm水質分析標準 (Advantec Toyo)

サロベツでは、測定項目絞って50 ml → クアトロ

ペルオキシ2硫酸カリウムで酸化分解後、220 nmか880 nm吸光度測定し定量か、全窒素・全リン分析計を使用。全窒素・全リン分析計では、溶存態（0.5ミクロンフィルター通過するもの）に限られる

(Wetzel & Likens 2000)

イオンクロマトグラフ(IC)

溶離液(移動相)に電解質水溶液を用い、固定相にイオン交換樹脂充填カラム使用
溶離液に注入された試料溶液中の各イオン成分は、カラムに入りイオン交換樹脂への親和力強弱、イオン価数、イオン半径等により分離される。分離イオン成分は溶離液と共にサプレッサー、検出器に入り、イオンクロマトグラムとし記録される。多くの場合、検出器に電気伝導度検出器を用いるが、ICの溶離液は高電気伝導性を持つため、サプレッサー(= バックグラウンド低減装置)を併用し、イオン成分を高感度検出
IC感度: ループ(容量数10 μl）注入法 = 数10 ppb → 濃縮カラムを用いた濃縮注入法 = ppb-pptレベル

試料前処理

Ex. ダイオネックス, DX-120

溶存酸素 dissolved oxygen, DO

• 化学分析法(滴定法)

  ウィンクラー法
  ウィンクラー・アジ化ナトリウム変法

• 電気化学分析法(隔膜電極法): 溶存酸素計(酸素センサー)

  ガルバニ電池式
  (隔膜)ポーラログラフ式

• 光化学分析法(蛍光法)