ラボラトリーウォーター
Laboratory Water

日本ポール株式会社 バイオファーマ事業部ラボ製品ユニット ユニットマネージャ

小林礼治

Reiji Kobayashi (Manager)
Nihon Pall Ltd. BioPharmaceuticals Division Laboratory Business Unit

水は様々な物質を溶解し、他の溶媒より温度によってはじめに溶解度も変えることができるため万能溶液として知られほぼ全ての産業、教育・研究機関でラボ用超純水・ています。これは水分子の独特な極性と水酸基によるも純水製造システムは広く普及していますが、超純水およのです。これにより中性の有機物質を可溶化し、他の分び超純水の国内外の規格等についてまで強く意識され子と水素結合が可能になります。それゆえ水は有用でることは意外に少ないのではないかと感じます。そこで、あるが、一方でその反応性により、水質が変化しやすい

National Institutes of Health（NIH）のLaboratory Water

ため注意しなければなりません。実際、水は化学物質、（2013 年 3 月発行） 等を参照しながら、超純水につい気体、蒸気、水道管や容器から溶出したイオンなどによて解説したいと思います。また、我々は昨年末より自社り容易に汚染されます。これらはガラスや可塑剤からの開発のラボ用超純水製造システムの販売を開始しておナトリウムやケイ素、水道管などからの金属イオン、微生り、国内外の基準に基づく製品の仕様、性能について物、エンドトキシン、異物などの汚染を含みます。また、も一部紹介します。

水中の有 機 物 汚 染の原 因の主なものは、イオン交 換

1）カートリッジの樹脂に由来することが多いので、品質の高い樹脂（不純物を含まないあるいは溶出しない樹脂）

1. 概略を選択することが重要になります。

日々の生 活や仕 事の中で我々は水を何 不自由なく使っています。近年飲料水に関してはかなり意識が高一般的な研究室で適切な費用で汚染のリスクを避けまっているものの、水の品質に関して疑問を持つことはるためには、すべての共通なアプリケーションに必要なあまりないように感じます。しかし、研究室で使用する場「プロセス水」あるいは「プロダクト水」グレードに合致し、合、実験には試薬グレードに適合した水が必要であり、様々な分析用途に必要な超純水を作り上げるのに適し動物に与える水は細菌感染症等のリスクも考慮すべきた供給水を製造できるセントラルラボウォーターシステムです。また、使用者の多くは水のグレードの違いについを構築することが必要です。ても無関心です。研究室での水質に関する不注意は予期しない結果や試薬のコンタミ、装置の損傷といった事態を起こしかねません。特にバイオ医薬品研究、医2. 水中の汚染物質

療、施設設計担当者は水質に関して知識が必要で、そ水道水には様々な異物が含まれており、異物を除去れぞれのニーズに合わせた最も適 切なグレードの水をしないと実験や検査結果に悪影響を与えることがありま選択する必要があります。

す。水道水中にはナトリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄などの陽イオン（カチオン）や、重炭酸、塩素、硫酸塩

12THE CHEMICAL TIMES

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ラボラトリーウォーターなどの陰イオン（アニオン）が含まれます。更に、窒素、酸3）
TOC（Total Organic Carbon）

素、二酸化炭素などの溶存ガス、粒子やコロイドなども

TOCは水中の有機汚染物質濃度を示す指標です。

様々なルートから原水に混入し、農場由来の揮発性有TOC が高いことは有機汚染物質が多く含まれることを機肥料や工場での塩素消毒の副産物としてトリハロメタ示します。超純水システムでは TOCは UVランプによるン（THMs）のような汚染物質も含まれます。また原水中水中の有機物の酸化分解反応により測定します。多くの多くの細菌、ウイルス、寄生虫（ジアルジアやクリプトスの有機物質は微生物の栄養源になり、TOC が高いとポリジウム）などは浄水工程で消毒あるいは不活化され微 生 物などの増 殖を促 進させることも考えられます。

ますが、アルカリフォスファターゼ、エンドトキシンのようなTOC で汚染物質を特定することはできませんが、TOC微生物由来の副産物や細胞断片は除去されずバイオと導電率（比抵抗値）、生菌数、エンドトキシンレベルなフィルム中に蓄積します。このように多くの汚染物質が水どを組み合わせると、優れた定量的な水質指標となりま

道水に存在しますが、その処理や供給においてすべてす。供給水の TOC が 200ppb 程度であれば、セントラルの異物、汚染物質に厳格な規制を設けて試験されていシステムの供給水質としては問題ないと考えられ、超純るわけではありません。

度水としては 1 〜 5ppb の範囲が最適な値です。特に、HPLC、LC/MSのような高感度分析には低い TOC が求3. 水中の汚染物質の測定められます。

水の汚染あるいはきれいさを示す指標には、比抵抗

生菌数検査
4）

値、導電率、全有機炭素（TOC）、生菌数、エンドトキシン値があります。

寒天培地を使った生菌数検査はメンブレンフィルター法と組み合わせると便利な手法であり、広く使われています。しかし、バイオフィルムの存在下ではしばしば生菌

1）比抵抗値
比抵抗値は物質の電気伝導のしにくさを示す物性値です。理論最大値は 25℃で 18.3MΩ-cm（メグオーム

数量を低く算出することがあり、微生物の副産物、不活化した病原菌や細胞性物質に関連した存在は検出されません。

センチメートル）で、水中のイオン量が増えると比抵抗値は下がり、逆にイオン量が低ければ比抵抗値は上がりま5）
エンドトキシン試験

す。比抵抗値は温度変化に影響を受けるため、一般のエンドトキシンはグラム陰性菌の外膜に存在しており、超純水システムでは通常 25℃に補正した値が表示されリポ多糖を構成成分とする物質で内毒素、リポ多糖、ます。超純水システムでは採水ポイントの直前に比抵抗LPS、パイロジェンとも呼ばれています。菌体が死んで溶センサーを設置し水質をモニターするのが一般的です。

菌するときや機械的に破壊されたとき、また菌が分裂す

また、リザーバータンク内に比抵抗センサーを設置するるときなどに遊離され、過熱に対しても安定であり通常と、タンク貯水の水質をモニターすることもできます。の滅菌ではその活性は失われません。エンドトキシン試
験は、カブトガニの血球抽出成分 LALにて実施されま2）
導電率す。本試験は迅速で効果的な試験で、高感度なアプリ導電率は物質の電気伝導のしやすさを示す物性値

ケーションに適しています。エンドトキシンは 2〜5EU/mLです。超純水システムでは供給水（水道水）や純水の（エンドトキシンユニット/mL）以下のレベルが飲料水としモニターに使われ、更に RO 膜のイオン除去率も表示でては品質が高いと言われています。より低いエンドトキシ

きます。水中にイオンが多く存在すれば、導電率は上がンレベルは高感度分析（例えば細胞培養や医薬品製ります。導電率は比抵抗の逆数で、比抵抗値が 18.2M造に要求される試験）に使われる超純水に求められまΩ-cm のとき導電率は 0.055µS/cm（マイクロジーメンス /す。超純水精製工程によりエンドトキシンレベルは 0.004センチメートル）となります。

〜0.001EU/mLまで下げることができます。

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13比抵抗、導電率、TOC、生菌数試験、エンドトキシン

UF 膜は、細胞・組織培養や培養液の調製に影響を試験により水中のイオン、有機物、微生物汚染をコント及ぼす細胞性エンドトキシンやヌクレアーゼの除去が可ロールすることでより高い水 質を保 証することができま能ですが、溶存物質を除去することはできません。

す。特定の汚染が問題になる場合は、その工程が特定の要求や汚染に適切に対応しているか確認することがRO 膜は供給水の純度やフィルターの有効性にもよりますが、水精製プロセスに最も広く使われています。RO重要になります。

膜は細菌、エンドトキシン、無機物質、幾つかの有機物
4. 水の精製方法

質を除去できますが、溶存ガスは効率的には除去できません。RO 処理には時間がかかるため保存容器が必要

水の精製方法には、蒸留、ろ過、脱イオン、電気再生になります。塩素やミネラル、コロイドなどによる粒子から式イオン交換、吸着、UV 酸化があります。以下に各精RO 膜を保護するため、RO 処理には供給水の前処理製方法の詳細を説明させていただきます。これらの精工程が必要となります。RO 処理は活性炭吸着、UV 酸

製方法は、複合で使用されることもあります。

化のような適切な前処理により、多くのアプリケーションに広く用いることができます。

1）
蒸留
おそらく水の精製として最も知られている方法が蒸留

3）脱イオン法です。蒸留法は優れた技術で、広範囲な汚染物質脱イオン（DI）、脱ミネラルあるいはイオン交換は合成を除去し多くのアプリケーションに適応しています。しか樹脂により供給水中のイオンを除去します。脱イオン（電し、蒸留には時間がかかり使用するまで容器に保存し気的脱イオンを含む）は、Type （超純水）I、RGW（5．超なければならず、保存中容器から蒸留水にミネラル分や純水のグレードの項参照）の比抵抗値要求を安定して異物が浸出して汚染されることがあります。さらに、蒸留作り出す唯一の技術です。完全な脱イオン性能を出す

法は電気代、時間、労働力がかかり維持費が高く、環ためにはカチオン樹脂とアニオン樹脂を混合することが境的にも優しいものではありません。しっかりした設備設あります。DIカラムは有効期間中限定されたイオン結合計や操作がないと性能の劣化や不安定な水質を生じ、能を有しますが、粒子、エンドトキシン、細菌を除去でき有機物や浸出した汚染物質が生じます。しかし、蒸留ず、多くの有機物に対しては非常に限定された効果し法は優れた技術で、広範囲な汚染物質を除去し多くのかありません。イオン交換樹脂の品質と純度は重要なアプリケーションに適応します。

問題であり、特に再生時に注意が必要です。イオン交
換樹脂から微生物の増殖と粒子の放出が考えられ、適2）
ろ過

切な水質を安定的に供給するには適切な前処理、モニろ過 技 術には粒 子 除 去 効 率の高い順から逆 浸 透タリング、メンテナンスが必要となります。脱イオンされた（RO）、ナノろ過、限外ろ過（UF）、精密ろ過（MF）、粒水はしばしば「ハングリーウォーター」とも言われ、汚染さ子除去（粗ろ過）があります。MF 膜は、孔径サイズで粒れやすく様々な物質の腐食を導く可能性があります。

子を除去するよう設計されており、システムの様々なポイントで細菌や粒子を除去するために用いられます。設置144）
電気再生式イオン交換

場所に応じてフィルターの孔径は変わり、前処理工程で電気再生式イオン交換装置（EDI）は、電気的透析とは 10 〜 25µm 孔 径、最 終 処 理、採 水 段 階では 0.2 〜

イオン交換技術を組合せた方法で、長時間の連続運転0.45µm 孔径が選ばれます。また、精密ろ過フィルターのも容易です。
しかし、EDIシステム自体高価であり常に電表面修飾（陽性荷電）によりエンドトキシンを除去するこ力を必要し、イオン以外の不純物を取り除く能力が低く、とも可 能です。フィルターは効 率 的で交 換も簡 単です

有機物、粒子、エンドトキシン、細菌を除去することはでが、日常的に使わない場合細菌汚染を広げます。また、きません。また、EDI で脱イオンされた水が一 旦リザー

場合によっては溶存物質を除去することができません。

バータンクに貯められる場合、タンク内で容易に汚染さ

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ラボラトリーウォーター

れやすく、高純水化した水の水質を維持することは難しいと言えます。

ISO（表 2）は“Type”の代わりに“Grade”を使い、かなり基準が違います。ISO 基準の範囲は無機化学物質の分 析 用 試 薬 水 に 制 限され て おり、ACS（American5）吸着Chemical Society）
もまた試薬用水の基準を設けていま

吸着法は表面積の広い活性炭により供給水から塩すが、多くの無機化学汚染に特定の制限を含みます。

素やクロラミンを除去するために使用され、サイズと種類現行の特定されたレベルは多くのバイオメディカル用ラを適切に選ぶことで TOCとして測定される有機物を効ボウォーター用途には十分とは言えません（例えば比抵果的に減少させることもできます。吸着法は、他の方法

抗値が 2MΩ-cm@25℃）と組み合わせて比抵抗値を最大限に上げ TOCを下げることができます。但し、この手法ではイオンや粒子を除去することはできません。

表 2 EN ISO 3696：1995 3）

Parameter

かな有機物を除去し 254nm で微生物を不活化します。
純水中の有機物の酸化は TOC 値を下げますがイオン、コロイド、粒子を除去することはできません。有機物の酸化は二酸化炭素の上昇などのイオン化した汚染物質により比抵抗値を下げることもあります。
5. 超純水のグレード
水に関する仕様は、American Society for Test andMaterials（ASTM）
D1193, ASTM D1596, International
Organization for Standardization（ISO）3639, Clinical andLaboratory Standards Institute（CLSI, 旧 NCCLS）
C3-A4に記載されています。
NCCLS（ 表 1）では、歴史的に最も純度の高い水は“Type I”と記 載され、超 純 水を意 味します。そして、

Grade 2

Grade 3

試験方法

pH at 25℃

Not
Not
applicable applicable（Note 1） （Note 1）

5.0 - 7.5

Subclause
7.1

電気的導電率mS/m
at 25°max

0.010.1（Note 2） （Note 2）

0.5

Subclause
7.26）
UV 酸化
紫外線光（UV）による光化学酸化は、185nm でわず

Grade 1

酸化物質
Not酸素（O）
含有量 applicable
mg/l, max
（Note 3）

0.08

0.4

Subclause
7.3

吸光度
at 254nm/
パス長 1cmabs. unit, max

0.001

0.01

Not
specified

Subclause
7.4

蒸発後残留物
110℃加熱mg/kg, max

Notapplicable（Note 3）12

Subclause
7.5

シリカ（SiO2）
含有量mg/l, max

0.01

0.02

Not
specified

Subclause
7.6

Note1： 高純度水の pH 値測定は困難であり、測定値も信用することは難しいため、Grage1/2では数値を設定しない。 1mS/m=10µS/cm
Note2： Grade1/2の導電率は新鮮な水に適合する。保存された水は空気中のCO２やガラス容器からのアルカリ物質などで汚染される可能性があり、導電率に影響をするため
Note3： Grade1 の酸化物質と蒸発後の残留物についてはこの純度レベルの試験要求に適合させることは難しいので特定しない。しかし、Grade1 の水質は他の要求とその調整方法の要求により保証される。

“Type II”, “Type III”はそれより低いグレードとなります。
表 1 NCCLS（National Committee for Clinical Laboratory Standards
Reagent Grade Water Specifications）2）

CLSI
（表 3）
は ASTM D1193や古い NCCLS 標準で使用している“Type I”, “Type II”という単語は使いません

Parameter

Type I

Type II

Type IIIが、代わりに CLRW（Clinical Lab Reagent Water）とSRW

生菌数 , max（CFU/ml）

101000NS（Special Reagent Water）, Instrument Feed Waterなどを起pH, units

NSNS

5-8

比抵抗値 , min（MΩ・cm）

10

1.00.1

シリカ, max（mg/l）

0.05

0.1

1.0

ことが重要であり、あくまでもガイドとしてみることが必要

粒子

0.22µm
ろ過NSNSです。それでも“Type I”, “Type II”という単語の使用は親

有機物

カーボン
ろ過

NSNS用しています。いずれも特別な規定はなく、アプリケーションに基づいて決められています。究極の水質や製造方法は、それぞれの基準をクリアしていると認識するしまれています。また、日本では JIS K0557「 用水・排水の試験に用いる水」と日本薬局方に精製水の基準があTHE CHEMICAL TIMES

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15電率、TOC、微生物測定を含み供給水システムの適正なります。以下に各基準を示します。
表 3 Clinical Lab Standard Institute（旧CLS）, C3-A4 Reagent LaboratoryWater 2）

Parameter

CLRW

SRW

Instrument
Feed

生菌数 , max
（CFU/ml）,plate count10

Application
DefinedNSpH, units

NSApplication
DefinedNS

比抵抗値 , min（MΩ・cm）

10

Application
Defined

NS

シリカ

NS

Application
DefinedNS

0.22µmろ過

Application
Defined

NS500

Application
DefinedNS

Application Application
DefinedDefinedNS粒子、コロイド
有機物（TOC）,（ppb）
エンドトキシン

薬用ラボウォーターとしての要求には合致していません。
表 5 USP27 Pharmaceutical Grade Water 4）

Parameter仕様

有機物<0.5 ppm

導電率<1.3ms/cm at 25℃ インライン測定

エンドトキシン by LAL
純水
注射用水（WFI）NS<0.2 EU/ml

生菌数（ガイドラインのみ）
純水
注射用水（WFI）

100 cfu/ml
10 cfu/100ml

表 6 College of American Pathologists National Committee for ClinicalLaboratory Standards（CAP/NCCLS）
Type 4）

Parameter

Type Ⅰ

Type Ⅱ

Type Ⅲ

導電率（mS/m at 25℃）

0.1

1.0

10

比抵抗値
（MΩ/cm at 25℃）

10

1

0.1

薬グレード水（D1193-06-20111）
を設定しており、水質は総シリカ（mg/L）

50

1001,000

更に Type A, B, Cと生菌数とエンドトキシンレベルに適合

pHNANA

5.0 -8.0

生菌数（CFU/ml）

10*

1000

NS粒子

0.22mmフィルター**

NSNS

有機物

活性炭
フィルター**NSNSASTMは以下の表 4 に示す通り、Type I, II, III, IV 試して分類しています。
表 4 American Society for Testing and Material ASTM D1193-06（2011）
Reagent Grade Water Specifications 2）

Parameter

Type Ⅰ Type Ⅱ Type Ⅲ Type Ⅳ

比抵抗値（min.）、MΩ・cm
（25℃）

18.0

1.0

4.00.2pH（25℃）

NANANA5~8

全有機体炭素TOC（max.）, µg/L5050200

NSナトリウム（max.）, µg/L

151050塩化物イオン（max.）, µg/L

151050

総シリカ（max.）, µg/L

33500

NA

Type A
生菌数（max.）（CFU/100ml）
エンドトキシン（EU/ml）

Type B Type C

表 7 JIS K0557「用水・排水の試験に用いる水」5）

項 目A1A2A3A4用 途洗浄水

一般
化学分析

試薬
調製化学
分析

有機物試験・
微量成分
化学分析

電気伝導率mS/cm（25℃）

≦5

≦0.1

≦0.1

≦0.1

比抵抗MΩ・cm（25℃）

≧0.2

≧1≧1

≧1101000

全有機体炭素（TOC）mgC/L≤1≤ 0.5≤ 0.2≤ 0.05

<0.03

0.25

NA

亜鉛
µgZn/L

≦0.5

≦0.5

≦0.1

≦0.1

≤ 50

≤ 5.0

≤ 2.5

記載されている注射用水（WFI）とUSP 精製水があります。USPには精製水に関するデザインガイダンスが含まれ、微生物の問題も認識しています。USP 精製水には導THE CHEMICAL TIMES* Type Ⅰはおそらくバクテリアフリー** プロセス仕様（エンドユーザーの測定ではない）

1

それ以外の水質基準としては、米国薬局方（USP）に16水質を提供しますが、WFIを含むUSP 精製水は多くの試2014  No.3
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シリカµgSiO2/L
塩化物イオンµgCl − /L

≤ 10

≤2

≤1

≤1

硫酸イオン
µgSO42− /L≤ 10≤2≤1≤1

ラボラトリーウォーター

6. カスカーダ超純水システム（日本ポール㈱社製）

3）
製品仕様

カスカーダⅡ.Ⅰシステムは、「4. 水の精製方法」で解説

タイプ

水質 Cascada II.I

した、ろ過、吸着、脱イオン、UV 酸化を適切に統合し、水道水から直接純水を1 時間あたり5 〜 30L 製造できる完全一体化した超純水製造システムです。本システ
ムは純 水（TypeⅡ）と超 純 水（TypeⅠ）を採 水ディスペン
サーから1 分あたり2L 採水することができ、水質と操作状況はリアルタイムで本体およびディスペンサーに表示されます。
1）
超純水システム各国の TypeⅠ水質基準標準（ASTM, CAP, ISO3696,CLSI）に準拠し、あるいは基準以上の品質を有します。超純水は以下のより厳しいアプリケーションに適しています。
・分析機器：HPLC、UHPLC、AA、ICP-OES、LC/MS、LC/MS/MS、GC/MS、ICP-MS、
イオンクロマトグラフィ、
電気化学分析、パーティクルカウンター、TOC分析
・ライフサイエンス機器：PCR、DNAシークエンス、電気泳動・細胞培養液調製、モノクローナル抗体調製
2）
純水システム
各国のTypeⅡ純水標準（ASTM, CAP.ISO3696, CLSI）に準拠あるいは基準以上の品質を有します。また、JIS
K0557「 用水・排水の試験に用いる水」の A3 に相当する水質であり、日本薬局方で定められている精製水の基準も満たしております。純水は以下のより高感度なアプリケーションに適しています。
・バッファー調製、pH調製用液、微生物用培地調製、分析・合成用化学試薬調製
・超純水製造用水、自動ガラス器具洗浄用水、
臨床分析機・蒸気滅菌機用水

純水（Type Ⅱ）

超純水（Type Ⅰ）

比抵抗（MΩ・cm@25℃）>518.2

TOC （ppb）

<30

≦5***

バクテリア （CFU/mL）

<0.1*

<0.1*

粒子（>0.2µm）<1/mL*<1/mL*

エンドトキシン（EU/mL）<0.001**<0.001*

純水（Type Ⅱ）

超純水（Type Ⅰ）* バクテリア用 POU 設置時** エンドトキシン用 POU 設置時*** 供給水のTOCが 2ppm 以下の場合

水質 Cascada III.I
タイプ
比抵抗（MΩ・cm@25℃）

18.2

TOC（ppb）≦5***

バクテリア（CFU/mL）

<0.1*

粒子
（>0.2µm）<1/mL*<0.1*<1/mL*

エンドトキシン（EU/mL）<0.001** バクテリア用 POU 設置時** エンドトキシン用 POU 設置時*** 供給水のTOCが 2ppm 以下の場合

水質 Cascada III
タイプ純水（Type Ⅲ）

イオン除去率>99%

有機物除去率>99%

バクテリア（CFU/mL）

<0.1*

粒子
（>0.2µm）<1/mL** バクテリア用 POU（0.2µm）
設置時

水質 Cascada Iタイプ

超純水（Type Ⅰ）

比抵抗（MΩ・cm@25℃）

18.2

TOC（ppb）

≦5***

バクテリア
（CFU/mL）<0.1*

粒子（>0.2µm）<1/mL*

エンドトキシン（EU/mL）<0.001** バクテリア用 POU 設置時** エンドトキシン用 POU 設置時*** 供給水のTOCが 2ppm 以下の場合

参考文献
1）National Institute of Health. Laboratory Water - Itʼs Importanceand Application. 2013, 22p.

3）BS EN ISO 3696:1995. Water for analytical laboratory use Specification and test methods.

2）Clinical and Laboratory Standards Institute. Preparation andTesting of Reagent Water in the Clinical Laboratory; Approved
Guideline - Fourth Edition. CLSI document C3-A4-AMD.
2006, 49p.

4）"USP, ASTM, and CAP pure water standards - 2008". NALCO
Cal Water. http://www.cal-water.com/pdf/whitepapers/USP_and_ASTM_pure_water_standards.pdf5）JIS K 0557:1998. 用水・排水の試験に用いる水 .

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