標準溶液の調製方法とは？手順とシュウ酸を使う理由、標定・ファクターまで

標準溶液は、濃度が正確に分かっている溶液で、滴定で相手の濃度を決める「ものさし」です。純度の高い固体を精密に量って溶かし、メスフラスコで決まった体積にするのが基本で、0.0500 mol/L を 100 mL 作るならシュウ酸二水和物を約 0.630 g 量ります。

シュウ酸二水和物が選ばれるのは、常温で固体なので量りやすく、空気に触れても組成が変わりにくいからです。気体の塩化水素や、水分と二酸化炭素を吸う水酸化ナトリウムは、だいたいの濃度で作ってから標準物質で実際の濃度を確かめて（標定して）使います。

本記事では、標準溶液の調製手順と計算、シュウ酸が使われる理由、メスフラスコを共洗いしない理由、分析室での標定とファクターの扱いについて解説します。

標準溶液とは？濃度が正確に分かっている溶液

標準溶液とは、含まれる物質の濃度が正確に分かっている溶液のことで、規格や公定法では「標準液」とも呼びます。中和滴定や酸化還元滴定では、濃度の分からない試料に標準溶液を少しずつ加え、ちょうど反応しきった点（終点）までの体積から試料の量を計算します。

図1：滴定での標準溶液の役割

標準溶液は、濃度の分からない試料を測るための「ものさし」です。ものさしの目盛り（濃度）がずれていれば、測った値も同じだけずれます。

計算の出発点は、標準溶液の濃度と滴下した体積を掛けた物質量です。標準溶液の濃度が1％ずれていれば、そこから出した試料の濃度も同じだけずれるので、標準溶液の正しさが分析結果の正しさの上限を決めます。

標準溶液の濃度の決め方は、大きく次の2つに分かれます。高校の実験で作るシュウ酸標準溶液は前者で、工場の分析室で使う塩酸や水酸化ナトリウムの標準液は後者で作ります。

• 直接法：純度の分かった物質を量って溶かし、その質量と体積から濃度を出す
• 標定法：だいたいの濃度で液を作り、純度の分かった標準物質と反応させて実際の濃度を決める

標準溶液の調製方法：量る・溶かす・移す・標線に合わせる

標準溶液の調製は、溶質の物質量と溶液の体積の2つを正確に決める作業です。物質量は化学はかり（天びん）で、体積はメスフラスコで決め、その間の溶かす・移す工程では、量った溶質を少しも失わないようにします。

図2：標準溶液を調製する4つの工程

物質量は①で、体積は④で決まります。②と③は、量った溶質を1粒も失わずに④まで運ぶための工程です。

01精密に量る化学はかりで量り、値を0.1 mg の位まで記録する

02ビーカーで溶かす少量の純水で溶かし、室温に戻す

03メスフラスコへ移すガラス棒を伝わせ、ビーカーの洗液も2〜3回分入れる

04標線に合わせて混ぜるメニスカスの下端を標線に合わせ、栓をして逆さに振る

※0.0500 mol/L のシュウ酸標準溶液を 100 mL 作る例では、①でシュウ酸二水和物を約 0.63 g 量ります。

ここからは、0.0500 mol/L のシュウ酸標準溶液を 100 mL のメスフラスコで作る例を、4つの工程で追っていきます。

手順①：まず質量を精密に量る

最初に、溶かす物質の質量を化学はかりで量ります。物質がシュウ酸二水和物だと分かっていれば、モル質量 126.07 g/mol で割るだけで物質量が出るので、質量を量れば物質量が決まります。モル質量の出し方はモル質量の記事で詳しく扱っています。

食品添加物公定書は、滴定に使う化学はかりとして 0.1 mg まで読み取れるものを指定しています。0.630 g に対する 0.1 mg は約 0.016％の細かさで、ガラス製の体積計の検定公差（0.1％前後）よりずっと小さい値です。

そのため、天びんの読みよりも、体積の合わせ方や移し残しのほうが濃度を左右しやすく、手順②〜④の丁寧さが仕上がりの差になります。

質量をぴったり 0.6304 g に合わせる必要はなく、0.63 g 前後を量り取ってその値を記録すれば十分です。薬さじで出し入れを繰り返すより、量った値から濃度を計算し直すほうが速く、粉の飛び散りや吸湿の心配も減ります。

手順②：ビーカーで少量の水に溶かす

量った固体は、いきなりメスフラスコに入れず、ビーカーで少量の純水に溶かします。メスフラスコは首が細く、粉のまま入れると口や首の内側に付いて残りやすいうえ、底をかき混ぜられないので溶け残りに気づきにくいからです。

溶けるときに熱を出したり吸ったりする物質では、液の温度が変わると体積も変わります。ビーカーで溶かして室温に戻してから移せば、標線を合わせるときの温度を、体積計の基準温度（20℃）に近づけられます。

手順③：メスフラスコに移し、洗液も入れる

溶かした液は、ガラス棒を伝わせてメスフラスコに移します。ビーカーの内側とガラス棒には溶液が残っているので、純水で2〜3回すすぎ、その洗液も全部メスフラスコに入れます。

食品添加物公定書の亜鉛溶液の作り方でも、溶かすのに使った器具を水洗いし、洗液をメスフラスコに加えるよう書かれています。洗液を捨てると、量ったはずの溶質の一部が失われ、濃度が計算より低くなります。

手順④：標線まで水を入れて濃度を決める

最後に純水を加えて液面を標線に合わせます。標線の少し下までは洗浄びんで入れ、最後の数滴はピペットで加えて、液面のくぼみの底（メニスカスの下端）が標線と重なる位置で止めます。

図3：メスフラスコの標線の合わせ方

水の液面は、ガラスにぬれて中央がくぼみます。目を標線と同じ高さにして、くぼみの底を標線に重ねたところで水を止めます。

※目の位置が標線より上や下にずれると、くぼみの底と標線の重なりを読み違えます。

標線に合わせたら栓をして、何度か逆さまにして液を均一にします。合わせた直後は首の部分の液が薄いままなので、混ぜる前に上から液を取ると濃度がずれ、混ぜ終わるまでが調製の作業になります。

これで溶質の物質量と溶液の体積がそろい、モル濃度が決まります。実際に量った質量がちょうど 0.630 g になることは少ないので、記録した値から濃度を出し、作りたかった濃度との比をファクターとして添えます。

標準溶液にシュウ酸が使われる理由：量りやすく、混じりけがない

中和滴定の標準溶液にシュウ酸がよく使われるのは、量った質量からそのまま正確な濃度を出せる、扱いやすい酸だからです。そのためには、常温で固体として量れることと、純度が高く空気に触れても組成が変わらないことの2つが欠かせません。

図4：量った質量から濃度を出せる物質の条件

シュウ酸二水和物は4つの条件をおおむね満たします。塩化水素は1つ目、水酸化ナトリウムは2つ目で外れます。

常温で固体天びんに載せて、そのまま質量を量れる

空気中で組成が変わらない水分や二酸化炭素を吸わず、量っている間に重くならない

純度が高い不純物が少なく、純度を数字で保証できる

モル質量が大きい同じ物質量でも量る質量が多く、量り取りの誤差が効きにくい

※シュウ酸二水和物 (COOH)₂・2H₂O のモル質量は 126.07 g/mol（結晶水2分子を含む）。

この条件を満たす物質は一次標準物質と呼ばれ、JIS では容量分析用標準物質として定められています。表1は、標準溶液にしたいときに3つの物質がそれぞれどう扱われるかを、状態と濃度を変える原因で比べたものです。

物質	常温の状態	濃度を変える原因	標準溶液の濃度の決め方
シュウ酸二水和物 (COOH)2・2H2O	無色の結晶（固体）	少ない（純度が高く、空気中で組成が変わりにくい）	量って溶かし、質量から濃度を出す（直接法）
塩化水素 HCl	気体（沸点 約 −85℃）	気体なので量れない。塩酸にしても揮発する	市販の塩酸を薄め、炭酸ナトリウムで標定する
水酸化ナトリウム NaOH	白色の固体	空気中の水分を吸い（潮解）、二酸化炭素と反応する	二酸化炭素を除いた水で作り、アミド硫酸などで標定する

シュウ酸標準溶液ができれば、それを使って水酸化ナトリウム水溶液の正確な濃度を決められます。シュウ酸は2価の酸で、1 mol に対して水酸化ナトリウム 2 mol が反応し、弱い酸と強い塩基の中和なので終点はフェノールフタレインで見ます。

中和の反応だけを取り出すと H⁺ ＋ OH⁻ → H₂O で、反応に関わらないイオンを省いた書き方はイオン反応式の記事で扱っています。

量りやすい：常温で固体（塩化水素は気体）

塩化水素 HCl は沸点が約 −85℃で、常温では気体です。気体のままでは質量を量って容器に入れられないので、手順①の時点で直接法は使えません。

市販の塩酸は塩化水素の水溶液ですが、濃い塩酸からは塩化水素が揮発し、ふたを開けるたびに濃度が少しずつ変わります。食品添加物公定書の 1 mol/L 塩酸も、塩酸 90 mL を水で 1000 mL に薄めたあと、炭酸ナトリウムで標定して濃度を決める手順です。

塩酸の性質と工場での扱いは塩酸の記事にまとめています。薄めたときの濃度と pH の考え方は、酸を薄めたときの pHの記事が参考になります。

混じりけがない：空気中で組成が変わりにくい

水酸化ナトリウムは固体で量れますが、空気中の水分を吸って溶ける潮解性があり、天びんに載せている間にも質量が増えていきます。さらに二酸化炭素とも反応して炭酸ナトリウムに変わるので、量った質量のうちどれだけが水酸化ナトリウムなのかが分かりません。

図5：水酸化ナトリウムを量って溶かすと、ずれが伝わる流れ

最初の質量のずれは、物質量・濃度・滴定の結果へ、同じ割合のまま伝わっていきます。

量った質量 W がずれる吸った水分や、二酸化炭素と反応してできた炭酸ナトリウムも一緒に量っている

W ÷ M

物質量 n がずれるNaOH として計算した物質量が、実際より多くなる

n ÷ V

標準溶液の濃度 c がずれるラベルの濃度より、実際の濃度が低い液ができる

滴定に使う

その液で測った試料の値が、すべてずれる同じ液を使った分析の結果が、まとめて同じ向きに外れる

※このため水酸化ナトリウムの標準液は、だいたいの濃度で作ってから標準物質で標定し、実際の濃度を決めます。

このため公定書は、水酸化ナトリウムの標準液を二酸化炭素を除いた水で作り、樹脂製の容器で保存したうえで、アミド硫酸で標定する手順です。潮解の仕組みは風解と潮解、性質と扱いは水酸化ナトリウムの記事で詳しく扱っています。

シュウ酸二水和物の化学式は (COOH)₂・2H₂O（H₂C₂O₄・2H₂O）で、結晶に水が2分子含まれた形で安定しています。結晶水2分子の分もモル質量 126.07 g/mol に含めて計算するのが、物質量を正しく出す前提です。

もっとも、シュウ酸二水和物も万能ではなく、公定書の 0.05 mol/L シュウ酸溶液は、過マンガン酸カリウム溶液で標定してから使う扱いです。分析室では、結晶水を持たないシュウ酸ナトリウムを標準物質として使い分けています。

メスフラスコは共洗いしない：純水でぬれたままでよい理由

メスフラスコは共洗いせず、純水で洗ってぬれたまま使ってかまいません。メスフラスコは標線まで入れたときの中身が表示の体積になる「受用」の器具で、最後に必ず純水を標線まで足すため、最初に残っていた水滴は足す水の一部になるだけです。

共洗いとは、使う溶液そのもので器具の内側をすすぎ、残った水で液が薄まるのを防ぐ操作です。ホールピペットやビュレットは出した液の体積を量る「出用」の器具で、内側の水滴がそのまま液を薄めるため共洗いが要りますが、メスフラスコでは逆効果になります。

器具	量る体積の意味	洗ったあとの扱い	理由
メスフラスコ	受用（入れた液の体積）	純水でぬれたままでよい（共洗いしない）	最後に標線まで水を足すので、水滴は足す水の一部になる
コニカルビーカー・三角フラスコ（滴定される側）	体積は量らない	純水でぬれたままでよい（共洗いしない）	中に入れた溶質の物質量は、水滴があっても変わらない
ホールピペット	出用（出した液の体積）	取る液で共洗いする	内側の水滴で、取った液が薄まる
ビュレット	出用（出した液の体積）	入れる標準溶液で共洗いする	内側の水滴で、標準溶液が薄まる

図6：メスフラスコの中に残ったものの違い

純水の水滴には溶質が入っていません。共洗いで残った液には溶質が入っていて、そこへ量った溶質を全部加えることになります。

共洗いしたメスフラスコに標準溶液が残っていると、そこへ量った溶質を全部入れるので、溶質だけが余分に増えて濃度が高くずれます。0.10 mol/L の液が 0.5 mL 残っていたとすると、0.0500 mol/L・100 mL の溶液で溶質が 1.0％多くなります。

メスフラスコを乾かしたいときも、乾燥機で加熱してはいけません。ガラス製の体積計は加熱すると容積が変わるおそれがあり、分析化学の実験書でも加熱乾燥を避けるよう書かれているため、ぬれたまま使えるというメスフラスコの性質を生かすのが確実です。

分析室・品質管理では：標準物質で標定し、ファクターを付けて使う

工場の分析室や品質管理では、標準溶液の多くを標定法で作り、表示の濃度とのずれをファクターで管理します。基準にするのは JIS K 8005 に定められた容量分析用標準物質で、純度と乾燥の方法が認証書に書かれたものを使います。

図7：分析室で標準液の濃度を決め、使い続ける流れ

高校の実験は①と②で終わりますが、分析室では③④を記録し、時間がたった液は②に戻って確かめ直します。

01だいたいの濃度で作る塩酸は薄め、水酸化ナトリウムは二酸化炭素を除いた水に溶かす

02標準物質で標定するJIS K 8005 の標準物質を量り、作った液で滴定する

03ファクターを付けて記録実際の濃度 ÷ 表示濃度。調製日・標準物質のロットも残す

04保管し、必要なら標定し直す長く置いた液や、容器・条件を変えた液は確かめ直す

自分で調製・標定するか、濃度の保証された市販の標準液を買うかは、使う量と求める信頼性で決まります。毎日のように使う塩酸や水酸化ナトリウムは自社で標定し、使用量が少ない液や値の根拠を書類で示す液は、証明書付きの市販品にすると手間を抑えられます。

標定に使う標準物質（JIS K 8005）

食品添加物公定書の試薬の章では、アミド硫酸・炭酸ナトリウム・シュウ酸ナトリウム・フタル酸水素カリウム・亜鉛などを JIS K 8005 の標準物質として指定しています。滴定用の溶液ごとに、標定に使う標準物質と終点の見方が決まっているのが実務の特徴です。

滴定用の溶液	標定に使う物質	終点の見方（公定書の例）
塩酸	炭酸ナトリウム（標準物質）	ブロモフェノールブルー（青紫→帯青緑）または電位差計
水酸化ナトリウム溶液	アミド硫酸（標準物質）	ブロモチモールブルー（黄→帯青緑）または電位差計
過マンガン酸カリウム溶液	シュウ酸ナトリウム（標準物質）	液の淡赤色が約15秒残る点（終点の液温60℃以上）
EDTA 溶液（エチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム）	亜鉛（標準物質）から作った亜鉛溶液	エリオクロムブラックT（赤→青）
シュウ酸溶液	標定済みの過マンガン酸カリウム溶液	液の淡赤色が約30秒残る点

過マンガン酸カリウム溶液の標定では、高校で使うシュウ酸二水和物の代わりに、結晶水を持たないシュウ酸ナトリウムを使います。公定書では、認証書の方法で乾燥したシュウ酸ナトリウム 0.20〜0.24 g を量って水と硫酸を加え、70℃に温めてから滴定します。

この反応式の組み立て方は半反応式の記事で扱っています。こうして標定した過マンガン酸カリウム溶液は、排水のCOD（化学的酸素要求量）の測定にも使われます。

ファクターの求め方と使い方

ファクターは、実際の濃度が表示の濃度の何倍かを表す数です。0.1 mol/L 水酸化ナトリウム溶液のファクターが 1.005 なら実際の濃度は 0.1005 mol/L で、滴定に使った体積にファクターを掛けてから計算します。

食品添加物公定書は、容量分析用標準液を通例ファクター 0.970〜1.030 の範囲に入るよう調製すると定めています。社内の試験法や顧客との取り決めで別の範囲を決めている現場もあるので、自社の手順書の値に従い、範囲を外れた液は作り直すのが基本です。

アミド硫酸（スルファミン酸）HOSO₂NH₂ は1価の強い酸で、ブロモチモールブルーか電位差計で終点を見ます。公定書では、標定した 0.1 mol/L 塩酸を正確に2倍・5倍・10倍に薄めた液は、標定し直さずに元のファクターを使う扱いになっています。

標準液を2種類使う分析では、両方のファクターが結果に入ります。逆滴定のように過剰に加える液と残りを滴定する液がある場合は、空試験とあわせて、どちらのファクターも記録に残します。

JCSS 標準液と市販の標定済み標準液

自社で標定する手間を減らすため、濃度が保証された市販の標準液を使う分析室も多くあります。代表が計量法のトレーサビリティ制度（JCSS）に基づく標準液で、国家計量標準につながる値と、計量法に基づく証明書が付いています。

図8：JCSS 標準液の値がたどれる道筋

証明書付きの標準液は、国家計量標準から段階を追って値が受け渡されています。

国家計量標準産業技術総合研究所（日本の国家計量標準機関）

値付け

特定標準物質指定校正機関：化学物質評価研究機構

値付け

特定二次標準物質・実用標準物質JCSS 登録事業者（ISO/IEC 17025 を満たすと認められた事業者）

計量法に基づく証明書を付けて販売

分析室の標準液・pH 計の校正金属の標準液、pH 標準液など

※試薬メーカー資料「JCSS の仕組み」をもとに作図。登録事業者の審査は NITE 認定センターが担います。

JCSS では、産業技術総合研究所の国家計量標準から、指定校正機関である化学物質評価研究機構の特定標準物質、登録事業者の標準物質へと値が受け渡されます。金属の標準液のほか、pH 計の校正に使う pH 標準液もこの仕組みで供給される代表例です。

pH 標準液には、しゅう酸塩（pH 1.68）・フタル酸塩（4.01）・中性りん酸塩（6.86）・ほう酸塩（9.18）などがあり（25℃の値）、使い方は緩衝液の記事で紹介しています。

試薬メーカーは、純度に SI へのトレーサビリティが付いた JIS K 8005 適合の標準物質や、日本薬局方の方法で標定した滴定用溶液も販売しています。証明書のある液でも、開封後の保管で濃度は変わるので、有効期限と開封日を管理し、長く使う液は自社で標定して確かめます。

実際の工場では：受入検査・排水分析・めっき液管理と保管

工場で標準溶液を使う場面は、分析の専門部署にとどまりません。受け入れた原料の濃度確認、排水の水質、めっき液の濃度管理など、日々の品質管理と環境管理の多くが、滴定で出した数字をもとに判断されています。

図9：工場で標準溶液を使う4つの場面

どの場面でも、滴定の結果が「使ってよいか」「どれだけ足すか」の判断に直結します。

受入検査酸・アルカリ原料の濃度を中和滴定で確かめ、規格に合うかを判断

排水分析COD を過マンガン酸カリウムとシュウ酸ナトリウムの液で測る

めっき液管理ニッケルなど金属の濃度を EDTA の液で測り、補給量を決める

ボイラー水・冷却水アルカリ度や硬度を、酸や EDTA の液で測る

めっき液の金属濃度を測る EDTA 滴定は、金属イオンと EDTA が配位結合で錯体をつくる反応を使い、仕組みは配位結合の記事で扱っています。EDTA 溶液自体も、公定書では亜鉛の標準物質から作った亜鉛溶液で標定し、ファクターを決めて使います。

めっきの種類ごとに管理する成分は変わり、ニッケル・亜鉛・銅などの液の違いはめっきの種類と違いの記事にまとめています。受入検査や工程の分析を担う部署の仕事は、品質保証・品質管理とはの記事で全体像を紹介しています。

保管と再標定・記録

標準溶液は、作った日の濃度がいつまでも続くわけではありません。公定書は液ごとに容器と保管の方法を決めており、濃度を変える原因（光・二酸化炭素・容器からの溶け出し）に合わせて選ぶのが基本です。

• 水酸化ナトリウム溶液：二酸化炭素を吸い、ガラスを侵すため、樹脂製の容器に密栓して保存する
• 過マンガン酸カリウム溶液：光で分解しやすいため、褐色びんに密栓して保存する
• ヨウ素溶液：遮光して暗所に置き、長く保存したものは標定し直して使う
• そのほかの標準液の多く：溶け出しが少なく、アルカリ度の極めて小さいガラス容器に入れる（EDTA 溶液などは樹脂製の瓶）

調製日・使った標準物質のロット・ファクター・標定した人を記録しておけば、分析値に疑いが出たときにさかのぼれます。天びんやメスフラスコも含めて、計測器の校正周期とトレーサビリティと同じ考え方で管理すると、監査でも根拠を示しやすくなります。

シュウ酸とシュウ酸塩は、毒物及び劇物取締法の劇物です（シュウ酸として10％以下の製剤は除く）。0.05 mol/L のシュウ酸溶液はシュウ酸として約 0.45％で対象外ですが、固体の試薬は盗難・紛失を防ぐ保管と「医薬用外劇物」の表示が必要です。

標準溶液のよくある質問

標準溶液と標準液は違うものですか？

同じものの呼び方の違いです。教科書では標準溶液、JIS や公定書では標準液や容量分析用標準液と書くことが多く、pH 計の校正や機器分析の検量線に使う液も標準液と呼びます。

標準溶液を作る水は、どんな水を使えばよいですか？

イオン交換水や蒸留水などの精製水を使い、水酸化ナトリウムの標準液では二酸化炭素を除いた水を使います。水に溶けた二酸化炭素は弱い酸として働くため、塩基の標準液の濃度を下げ、終点の色の変わり方もぼやけさせます。

調製した標準溶液は、メスフラスコに入れたまま保存してよいですか？

メスフラスコは体積を決めるための器具なので、調製が終わったら共栓付きの保存びんや樹脂製の容器に移して保存するのが一般的です。アルカリの液を入れたままにすると、すり合わせの栓が固着しやすくなるうえ、器具もふさがってしまいます。

まとめ

標準溶液の考え方は、高校の中和滴定から工場の分析室まで共通で、違いは「量って作る」か「標定して確かめる」かの使い分けにあります。精製の考え方は再結晶の記事で、標準溶液を使う排水の測定は COD の記事で、それぞれ詳しく扱っています。

出典

出典・参考資料（8件）を開く出典・参考資料を閉じる

• 厚生労働省「第10版食品添加物公定書」C 試薬・試液等（容量分析用標準液、標準物質、計量器・用器）https://www.mhlw.go.jp/content/11130500/001208482.pdf
• 日本規格協会「JIS K 8001:2017 試薬試験方法通則」プレビュー（附属書 JA 滴定用溶液類の調製及び標定）https://webdesk.jsa.or.jp/preview/pre_jis_k_08001_000_000_2017_j_ed10_ch.pdf
• 製品評価技術基盤機構（NITE）JCSS 技術的要求事項適用指針（液体体積計／メスシリンダー、フラスコ）https://www.nite.go.jp/data/000001445.pdf
• 富士フイルム和光純薬「容量分析用標準溶液」https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/category/docs/01297_doc01.pdf
• 富士フイルム和光純薬「JCSS 標準液」https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/category/docs/4344_pamphlet.pdf
• 福岡教育大学「ガラス計量器（ホールピペット・ビュレット）の校正」分析化学実験テキスト https://staff.fukuoka-edu.ac.jp/haradab/bunseki-exp/1.pdf
• 国立医薬品食品衛生研究所「毒物及び劇物取締法 劇物一覧」https://www.nihs.go.jp/law/dokugeki/dai2-geki.2201.pdf
• PubChem「Hydrogen Chloride」https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Hydrogen-Chloride