(57)【要約】      （修正有）【課題】  放射性同位体を導入するなど危険な実験が伴わないで、試料の種類などによらず一定の方法で、分析時間が短く、一度に多数分析できる、動植物由来物質を含む材料中の動植物由来成分の分析方法を提供する。【解決手段】  動植物由来物質を含む材料中の動植物由来物質の含有量を算出する方法において、動植物由来物質を含む材料と動植物由来物質を各々燃焼させて二酸化炭素に変換し、得られた二酸化炭素を還元してグラファイト化した後、加速器質量分析法により、動植物由来物質を含む材料の14Ｃ量（Ａ）と動植物由来物質の14Ｃ量（Ｂ）を測定し、その比率（Ａ／Ｂ）により前記材料中の動植物由来物質の含有量を算出する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
動植物由来物質を含む材料中の動植物由来物質の含有量を算出する方法において、動植物由来物質を含む材料と動植物由来物質を各々燃焼させて二酸化炭素に変換し、得られた二酸化炭素を還元してグラファイト化した後、加速器質量分析法により、動植物由来物質を含む材料の14Ｃ量（Ａ）と動植物由来物質の14Ｃ量（Ｂ）を測定し、その比率（Ａ／Ｂ）により前記材料中の動植物由来物質の含有量を算出することを特徴とする材料中の動植物由来成分の分析方法。
【請求項２】
動植物由来物質が、発酵法で合成される高分子化合物、セルロース、澱粉、糖類、木質、皮革および毛髪から選ばれた少なくとも一種である請求項１に記載の材料中の動植物由来成分の分析方法。
【請求項３】
動植物由来物質を含む材料中の動植物由来物質以外の物質が、化石燃料から製造された物質である請求項１又は２に記載の材料中の動植物由来成分の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の二酸化炭素排出規制などに関連して、炭素中性度の高いポリ乳酸などの動植物由来物質の材料中の割合を効率良く分析する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大気中の二酸化炭素は、環境中で同化を受け循環しているものと、化石燃料成分の燃焼で発生し増加するものに分けることができる。地球温暖化を考えた場合、化石燃料由来の二酸化炭素をできるだけ抑制して行くことが今後重要となる。そのため、合成物中の化石燃料由来の炭素と大気循環している炭素を区別して分析する方法の開発が求められてきている。
【０００３】
すなわち、近年、大気中の二酸化炭素排出規制の問題より炭素中性度と言う考え方が広まりつつある。炭素中性度とは二酸化炭素を生物圏での食物連鎖サイクル中にあるもの(循環炭素)と石油、石炭等の化石燃料由来のもの（埋蔵炭素）とに分け、材料中の循環炭素の割合が高いものは炭素中性度も高く、燃焼させて二酸化炭素にしても大気循環に戻るだけなので二酸化炭素が増加し難いと考えるものである。ポリ乳酸に代表される動植物由来物質は、この炭素中性度が高く二酸化炭素排出を考えると好適な材料である。しかしながら、このような動植物由来の高分子物質は、一般に脆性が高く材料として用いる場合、可塑性などを向上させる成分を添加して使用しなければならない。添加される成分は炭素中性度が高いものだけとは限らず、いろいろな炭素中性度の物質が使用されるため、実際に使用される材料の炭素中性度は各々異なることになる。動植物由来物質を含んだ材料が使用されればその動植物由来物質の分だけ大気中に蓄積される二酸化炭素が減ることは炭素中性度の考え方から明らかであるが、動植物由来物質の含量がわずかな材料が大量に消費されれば蓄積される二酸化炭素はかえって多くなる可能性も考えられる。よって材料中に動植物由来物質の成分がどのくらい含まれているかを簡便に測定する方法の開発が待たれている。
【０００４】
材料中の動植物由来物質の含有量を測定する方法としては、動植物由来物質あるいは動植物由来物質以外の物質の中どちらかを放射性同位体でラベルすることが考えられる。しかし、放射能の発生などから限られた場所で実施する他無く、導入操作や試験中、試験後の廃棄に莫大なコストがかかり現実性に乏しい。
【０００５】
また、14Ｃ濃度を利用した技術として、非天然系有機化合物の生分解培地存在下での生分解により生成した二酸化炭素中の14Ｃ濃度を加速器質量分析法によって測定し、その14Ｃ濃度の現代炭素の14Ｃ濃度からの減少率から非天然系有機化合物の生分解率を測定する方法（例えば、特許文献１参照）、生分解培地の存在下での非天然系有機化合物の生分解において、生分解培地中の放射性炭素同位体14Ｃ濃度を測定し、該14Ｃ濃度と現代炭素における14Ｃ濃度との差異から非天然系有機化合物の生分解率を測定する方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。これらの技術を利用して、動植物由来物質を含む材料中の14Ｃ濃度を測定することも可能である。
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１および特許文献２においては、いずれも試料を非天然系有機化合物の生分解培地存在下での生分解により生成した二酸化炭素の14Ｃ濃度を測定している。このような生分解には一般に１０日以上の長時間を要し、また、試料により生分解の条件を選定する必要があることから、試行錯誤が必要となるので多数の試料の測定を短時間で行うことが不可能である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１８５６３４号公報
【特許文献２】特開２００４−１９８２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような状況から、放射性同位体を導入するなど危険な実験が伴わないで、試料の種類などによらず一定の方法で、分析時間が短く、一度に多数分析できる、動植物由来物質を含む材料中の動植物由来成分の分析方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決すべく動植物由来物質を含む材料中の動植物由来成分の分析方法について検討を鋭意重ねた結果、試料を燃焼させて炭素分を全て一旦二酸化炭素に変換した後、還元してグラファイト化して加速器質量分析を行い、14Ｃ濃度を測定して、動植物由来物質の14Ｃ濃度と比較するようにすれば、上記の目的にかなうようになることを見出し、本発明に到達した。
【００１０】
すなわち、本発明は、以下の材料中の動植物由来成分の分析方法を提供するものである。
（１）  動植物由来物質を含む材料中の動植物由来物質の含有量を算出する方法において、動植物由来物質を含む材料と動植物由来物質を各々燃焼させて二酸化炭素に変換し、得られた二酸化炭素を還元してグラファイト化した後、加速器質量分析法により、動植物由来物質を含む材料の14Ｃ量（Ａ）と動植物由来物質の14Ｃ量（Ｂ）を測定し、その比率（Ａ／Ｂ）により前記材料中の動植物由来物質の含有量を算出することを特徴とする材料中の動植物由来成分の分析方法。
（２）  動植物由来物質が、発酵法で合成される高分子化合物、セルロース、澱粉、糖類、木質、皮革および毛髪から選ばれた少なくとも一種である（１）の動植物由来成分の分析方法。
（３）  動植物由来物質を含む材料中の動植物由来物質以外の物質が、化石燃料から製造された物質である（１）又は（２）の材料中の動植物由来成分の分析方法。
【発明の効果】
【００１１】
上記による本発明の方法は、以下のような特徴を有する。
（１）試行錯誤することなくどんな材料でも動植物由来物質の含有量を求めることができる。
（２）試料によらず同じ手法で分析することが可能である。よって自動化により短時間で多数の材料を分析することが可能である。
（３）放射性物質を導入するなどの化学合成は全く行わないので安全である。
従って、本発明により、動植物由来物質を含む材料中の動植物由来成分の分析を、低コストで、効率良く、安全に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明における材料中の動植物由来物質としては、ポリ乳酸、ポリヒドロキシ酪酸などの発酵法で合成される高分子化合物、セルロース、澱粉、グルコースなどの糖類、リグニン、木片などの木質および、皮革、毛髪などが挙げられる。本発明における動植物由来物質を含む材料は、このような動物由来物質が複数含まれたものでも良い。
また、本発明における材料中の動植物由来物質以外の物質としては、石油、石炭、天然ガスなどの化石燃料から製造された物質があり、このような物質としては、化石燃料から製造された化合物や合成樹脂などが挙げられる。
【００１３】
動植物由来物質は一定量の14Ｃを含むが、化石燃料由来の物質は14Ｃを全く含まない。従って動植物由来物質を含む材料中の14Ｃを測定することで該材料中の動植物由来物質の含有量を測定することができる。
動植物由来物質は燃焼させて二酸化炭素にしても大気循環に戻るだけなので大気中の二酸化炭素が増加しにくいが、動植物由来物質以外の炭素を含む物質を燃焼させて得られた二酸化炭素は大気中に滞留して地球温暖化などの原因ともなるので、大気中の二酸化炭素排出規制対策としては動植物由来物質以外の炭素を含む物質ができるだけ少ない材料を用いることが好ましい。
【００１４】
本発明の材料中の動植物由来成分の分析方法は、動植物由来物質を含む材料と動植物由来物質を各々燃焼させて二酸化炭素に変換し、得られた二酸化炭素を還元してグラファイト化した後、加速器質量分析法により、動植物由来物質を含む材料の14Ｃ量（Ａ）と動植物由来物質の14Ｃ量（Ｂ）を測定し、その比率（Ａ／Ｂ）により前記材料中の動植物由来物質の含有量を求める方法である。
14Ｃは半減期５７３０年で崩壊する放射性元素で、循環大気中の二酸化炭素中の濃度はほぼ一定であることが知られている。しかしながら、その濃度は極微量であるため大気中の二酸化炭素の14Ｃ濃度に対する比率で表現した方が増減を表現しやすいので、ｐＭＣという表現を用いている。また、大気中の14Ｃ濃度は小幅ではあるが増減しているため西暦１９５０年の大気の14Ｃ濃度をｐＭＣ１００％とする国際的取決めがなされている。この基準を用いると現在西暦２００４年のｐＭＣは１１０％である。
【００１５】
本発明の方法では、先ず、動植物由来物質を含む材料と動植物由来物質を各々燃焼させて二酸化炭素に変換する。この二酸化炭素への変換は、固体試料の場合、例えば図１に示すような固体試料二酸化炭素化装置を用いて行うことができる。
図１において、先ず、動植物由来物質を含む材料や、動植物由来物質を燃焼するための空気が二酸化炭素トラップに送られ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの塩基性物質により空気中の二酸化炭素が除去される。この二酸化炭素が除去された空気が固体試料の入った燃焼器に送られ、その燃焼ガスが塩基性物質トラップに送られる。塩基性物質トラップには硫酸などの酸性物質が入っており、固体試料の燃焼により生成した塩基性物質を除去する。続いてシリカゲルなどの脱水剤が入った脱水器を通して脱水した後、液体窒素などで冷却して固体の二酸化炭素を単離する。
単離された固体の二酸化炭素は、図２に示すような二酸化炭素還元グラファイト化装置にて、水素雰囲気中で鉄触媒などの触媒の存在下にグラファイト化される。
【００１６】
液体試料の場合は、図３に示すような液体試料燃焼装置を用いて二酸化炭素への変換を行うことができる。
図３において、先ず、固体試料の場合と同様にして空気中の二酸化炭素を除去し、液体試料中に二酸化炭素が除去された空気を通過させながら、液体試料を気化し、気化した試料に着火源を与えることにより燃焼する。その燃焼ガスが塩基性物質トラップに送られ、燃焼により生成した塩基性物質を除去した後、脱水し、液体窒素などで冷却して固体の二酸化炭素を単離する。
単離された固体の二酸化炭素は、固体試料の場合と同様にしてグラファイト化される。
【００１７】
二酸化炭素還元グラファイト化装置にて得られたグラファイトは、加速器質量分析法により14Ｃ量を測定する。
動植物由来物質を含む材料中の動植物由来物質の含有量は、該材料中の14Ｃ量（Ａ）と動植物由来物質自体の14Ｃ量（Ｂ）を測定し、その比率（Ａ／Ｂ）により算出することができる。
【００１８】
以上のような固体試料二酸化炭素化装置や液体試料燃焼装置では各試料に応じた燃焼条件が選ばれる。二酸化炭素還元グラファイト化装置の触媒には鉄触媒が一般的であるが、銅触媒なども用いられる。二酸化炭素還元グラファイト化するための反応温度は、通常６００〜７００℃であり、水素加圧１０〜５０ｋＰａで固体二酸化炭素の還元グラファイト化が行われる。
加速器質量分析法には、加速器質量分析計が用いられる。
【００１９】
本発明の分析方法は次のような特徴があり、動植物由来物質を含む材料中の動植物由来成分の分析を効率良く、安全に行うことができる。
（１）試料を燃焼させ全て一旦二酸化炭素に変換するため試料の種類によらず、同じ方法で測定可能である。
（２）二酸化炭素を還元しグラファイトにした後、加速器質量分析により14Ｃ量を測定する。この14Ｃ量から試料中の動植物由来物質割合が炭素モル比として得られる。二酸化炭素の還元は一定の方法で行うことができるので自動化が可能である。更に加速器質量分析は一度に多数の試料を測定することができるので、短時間に多数の試料を分析することが可能である。
（３）放射性化合物14Ｃの量を測定するが、最大でも天然存在量(12Ｃの1兆分の一以下)を超えることは起こり得ないので全く安全な手法である。
【実施例】
【００２０】
次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
なお、各実施例において、14Ｃ量は前述のｐＭＣで表現した。また、加速器質量分析計として、米国ＮＥＣ製：Ｍｏｄｅｌ  ９ＳＤＨ−２；３．０ＭＶ；Ｔａｎｄｅｍ  Ｐｅｌｌｅｔｒｏｎを用いた。
【００２１】
実施例１
動植物由来物質を含む材料としてポリ乳酸とポリカーボネートの組成物（ポリ乳酸２１質量％、ポリカーボネート７９質量％）を用いた。この物質１．００ｇを図１に示す装置により二酸化炭素を除いた２００ｍｌ／分の乾燥空気を用い８５０℃で酸化処理し、酸処理と脱水を行い二酸化炭素として単離した。図２に示す装置を用い、１．００ｍｇの純鉄（アルドリッチ製９９．９＋％粉末）を触媒として加え、真空脱気（０．１Ｐａ）した。ここに単離した二酸化炭素を０℃で１０ｋＰａ（装置容量は２５ｍｌであるので約１ミリモル）導入した。さらに水素を０℃で３０ｋＰａ（水素分圧として２０ｋＰａ、約２ミリモル）まで加えた。容器を密封し６５０℃で還元グラファイト化を行った。グラファイト化した試料を鉄触媒と共に加速器質量分析を行い、14Ｃ量を測定した。ポリ乳酸とポリカーボネートの14Ｃ量もそれぞれ測定した。ポリ乳酸とポリカーボネートの混合比から計算される材料の組成（ポリ乳酸の質量％）と、14Ｃ量の測定値から計算される材料の組成〔動植物由来物質（ポリ乳酸）の質量％〕とを第１表に示す。
【００２２】
実施例２
動植物由来物質を含む材料としてポリ乳酸とポリカーボネートの組成物（ポリ乳酸７３質量％、ポリカーボネート２７質量％）を用い、実施例１と同様に行った。ポリ乳酸とポリカーボネートの混合比から計算される材料の組成と、14Ｃ量の測定値から計算される材料の組成とを第１表に示す。
混合組成から計算される材料の組成と、14Ｃ量の測定値から計算される材料の組成は非常に近い値を示しており、動植物由来物質を含む材料の組成は、動植物由来物質を含む材料の14Ｃ量の測定値と、動植物由来物質（ポリ乳酸）の14Ｃ量の測定値の比率から得られることが分かる。
【００２３】
【表１】
2006090866.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】固体試料の場合の動植物由来物質を含む材料または動植物由来物質を燃焼させて二酸化炭素に変換し、固体の二酸化炭素を単離する、固体試料二酸化炭素化装置の一例の説明図である。
【図２】単離された固体の二酸化炭素をグラファイト化する二酸化炭素還元グラファイト化装置の一例の説明図である。
【図３】液体試料の場合の動植物由来物質を含む材料または動植物由来物質を燃焼させて二酸化炭素に変換し、固体の二酸化炭素を単離する、液体試料燃焼装置の一例の説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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