寄附講座（フロンティア・ラボ ）反応解析機器開発学

Endowed Division (Frontier Laboratories Ltd.)

Innovative Analytical Pyrolysis

世界最先端の熱分解分析機器および分析技術の開発を目指して
Towards Development of Innovative Analytical Pyrolysis Technologies

教授 吉岡 敏明

准教授 渡辺 壱

助教 熊谷 将吾

Professor（兼務）

Associate Professor

Assistant Professor（兼務）Toshiaki Yoshioka

Atsushi Watanabe

Shogo Kumagai

熱分解 - ガスクロマトグラフィー / 質量分析法（Py-GC/MS 法）による高分子のキャラクタリゼーション、廃プラスチックのリサイクルやバイオマス資源の有効利活用に向けた高分子の分解反応評価、これらを可能とする新しい分析手法および分析機器開発（熱分析装置、ガスクロマトグラフ、質量分析装置、それらの周辺機器など）を行っている。また、フロンティア・ラボが有する海外拠点を通じて研究成果を世界に発信、海外との研究交流や共同研究を実施することで、グローバル人材の育成にも積極的に取り組む。

Degradation and Stability 誌へ掲載され、本研究のイメージがvolume 190（2021 年 8 月号）の表紙を飾った（Fig.2）。なお、本研究成果は、同研究科吉岡研究室および環境循環政策学分野（DOWA

We are developing innovative pyrolysis technologies, such as pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS), and the related equipment
for polymer characterization and development of pyrolysis processes for feedstock recovery from waste plastics and biomass resources. We are also trying
to develop human resources capable of global perspectives through international collaborative researches and seminars with Frontier Laboratories’ global
branch offices.

ホールディングス寄附講座）との共同成果である。

国際セミナー「Polymer Characterization byAnalytical Pyrolysis Technology」の開催
熱分解法は、環境科学、材料科学、生物学、薬学、法科学、考古学、食品科学、地質学など、非常に幅広い分野に応用されている手法である。

オンライン紫外線照射 / 熱分解 -GC/MS による太陽電池封止剤の紫外線劣化生成物の in-situ 分析を実現
本講座では、ポリマーの構造解析および廃プラスチックやバイオマスを化学原料に転換するための手法として、熱分解法に着目している。
熱分解法は不活性ガス雰囲気下において「熱」によって種々の化学結合を切断する手法である。本講座では、小型熱分解装置（通称：パイロライザー）を用いてポリマーを熱分解し、熱分解によって生じる揮発析するアプローチを研究している。
今年、本講座では、オンライン紫外線照射 /Py-GC/MS（UV/PyGC/MS）と呼ばれる、熱分解 -GC/MS（Py-GC/MS）に紫外線照射装置を組み合わせたシステム（Fig.1）を用いて、太陽電池封止材をパイロライザー内で加速劣化させ、その劣化生成物を GC/MS によりその場分析することに成功した。太陽電池封止材のみならず、様々な高して、今後大きく期待される。本研究成果は、Elsevier の Polymer

Fig.1 Schematic illustration of UV/Py-GC/MS system.

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Pyrolysis is considered a promising method for polymer characterization(in the field of analytical pyrolysis) and chemical feedstock recovery frompolymeric wastes (in the area of applied pyrolysis) because it candecompose any polymeric material into smaller molecules by applying
heat alone in an inert atmosphere. Pyrolysis-gas chromatography (Py-GC)
involves pyrolyzing polymeric materials in a micropyrolyzer and asubsequent direct GC analysis of pyrolyzates. Py-GC has immense
potential for applications in the fields of analytical and applied pyrolysis
because it allows rapid and accurate analysis of pyrolyzates. This isbeneficial for elucidating the microstructure and composition of polymers
and for rapid screening of pyrolysis conditions for designing feedstockrecycling processes.

using Pyrolysis under Helium, Air and UV」と題して講演を行っ

We employed a micro-UV irradiator combined with Py-GC/MS (UV/PyGC/MS) (Fig.1). This system facilitates the UV irradiation of the samples
inside the pyrolyzer at the desired temperatures and gas flow rates, and thesubsequent analysis of the deteriorated samples by Py-GC/MS or evolved
gas analysis (EGA)-MS. Furthermore, it facilitates the simultaneous UV

Fig.2 Selected journal cover image by
Polymer Degradation and Stability& Innovations WEBINARS “Polymer Characterization by
Analytical Pyrolysis Technology” をフロンティア・ラボ株式会社が主催し、熊谷助教が「Characterization of Engineering Plastics
た（Fig.3）。ウェビナーの講演動画はフロンティア・ラボの YouTube
チャンネル にて 現 在 公 開 中 であり（https://www.youtube.com/Pyrolysis is widely applied in broad fields, such as environmental,biological, medical, forensic, cultural heritage, food, geochemical, polymer,and materials science.
Frontier Laboratories Ltd. held an international webinar, “Polymer
Characterization by Analytical Pyrolysis Technology,” on 30 April 2021, andDr. Shogo Kumagai delivered a lecture, “Characterization of Engineering
Plastics Using Pyrolysis under Helium, Air and UV” (Fig.3). The lecture
video has been uploaded on the F_Lab’s YouTube channel (https://www.
youtube.com/watch?v=7cTIY4qeTCk&t=1628s). The lecture provided thelatest trends in Py-GC/MS for analytical pyrolysis of engineering plastics.

watch?v=7cTIY4qeTCk&t=1628s）、高分子材料の熱分解分析における熱分解 -GC/MS のアプリケーションや研究開発の最前線を学ぶことが可能。

査読付原著論文

招待講演[1] S. Kumagai* and T. Yoshioka, “Latest Trends in Pyrolysis Gas
Chromatography for Analytical and Applied Pyrolysis of Plastics”, Anal.
Sci., 37, 145 (2021). Invited paper[2] S. Kumagai* and T. Yoshioka, “Chemical Feedstock Recovery
from Hard-to-Recycle Plastics through Pyrolysis-Based Approaches andPyrolysis-Gas Chromatography”, Bull. Chem. Soc. Jpn., 94, 2370 (2021).
Invited paper[3] K. Yamada, S. Kumagai*, T. Shiratori, T. Kameda, Y. Saito,A. Watanabe, C. Watanabe, N. Teramae, T. Yoshioka, “Combined
UV-irradiation and pyrolysis-GC/MS approach for evaluating thedeterioration behavior of ethylene vinyl acetate”, Polym. Degrad.
Stab.,190, 109623 (2021). Journal Cover Picture[4] T. Ishimura, I. Iwai, K. Matsui, M. Mattonai, A. Watanabe, W.
Robberson, A.-M. Cook, H. L. Allen, W. Pipkin, N. Teramae, H. Ohtani,C. Watanabe, “Qualitative and quantitative analysis of mixtures ofmicroplastics in the presence of calcium carbonate by pyrolysis-GC/MS”,
J. Anal. Appl. Pyrolysis, 157, 105188 (2021).

[1] A. Watanabe, “A new searching algorithm for identificationand quantification of environmental microplastics by Py-GC/MS”,
International Symposium on Environmental Microplastics, November 10,2021.
[2] 熊谷将吾、吉岡敏明 , “プラスチックリサイクルのための熱化学的変換および化学的分離アプローチ”, 第70回高分子討論会, 2021年9月8日[3] S. Kumagai, “Characterization of Engineering Plastics using
Pyrolysis under Helium, Air and UV”, Polymer Characterization by
Analytical Pyrolysis Technology, April 30, 2021.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

分子材料の紫外線劣化機構の解明に貢献するパワフルな分析手法と本 年 は、2021 年 4 月 30 日 に、国 際 セ ミナ ー として、Research

Hosting an International Webinar: “PolymerCharacterization by Analytical Pyrolysis
Technology”

先端環境創成学専攻

生成物をガスクロマトグラフ / 質量分析装置（GC/MS）により直接分Combined UV-irradiation and Py-GC/MS
approach for evaluating the deterioration
behavior of PV encapsulant

irradiation of the samples in the pyrolyzer and the in situ analysis of thegases evolved during UV irradiation using GC/MS. This work waspublished in Polymer Degradation and Stability, and the image of thissystem was selected as a cover image of this journal (Fig.2).

Fig.3 Research & Innovations WEBINARS “PolymerCharacterization by Analytical Pyrolysis Technology”
Coexistence Activity Report 2021

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