計量法トレーサビリティ制度により供給される環境計測用有機標準液の開発
Development of organic standard solutions supplied by Japan Calibration service System
財団法人 化学物質評価研究機構 東京事業所 化学標準部

上野 博子
HIROKO UENO

Chemicals Evaluation and Research Institute, Japan

1. はじめには、平成13年度末（2001年度末）までに1997年当時の42物質を120物質までに整備拡充するとした（表1 1））。

最近の環境問題等への関心の高まりの中で、測定対その結果、平成13年度末において標準ガス19種類、無象物質の種類の増大、対象濃度の低濃度化や正確さ

機標準液10種類、有機標準液23種類、内分泌攪乱化への要求から、機器分析は日常の化学分析に欠かせな学物質（環境ホルモン）関連標準液10種類の開発が完いものとなっている。また、機器分析において得られる値了し、供給のための準備が進められている。ここでは、は電流値や電圧値であり、測定対象物の濃度との関係

平成13年度までに開発された有機標準液23物質についが明らかでなければならない。その測定対象物の濃度とて紹介する。

電流値等との関係は、分析ごと、対象物質ごとに校正と表１ 環境関連標準物質の整備計画いう形で求めることになる。その校正に用いられる標準物質は、測定結果の信頼性確保に欠かせない重要なものとなっている。
1997年当時、我が国において計量法に基づき供給される標準物質は、42種類であり、トレーサビリティ体系の確立された標準物質の供給という観点からすると、欧米

対象物質
標準ガス
無機標準液（金属）
無機標準液（非金属）
有機標準液
pH標準液
計
合計

現 在
11種
18種
7種
−
6種
42種
42種

Ⅰ 期
12種
8種
3種
17種
−
40種
82種

Ⅱ 期
19種
7種
−
12種
−
38種
120種

現在：1997年 Ⅰ期：1998年〜1999年 Ⅱ期：2000年〜2001年

諸国と比較して不十分な状況であった。また、その42種類の標準物質は、無機系の標準物質であり、特に有機2. 開発の概要

系標準物質については民間企業が製造している標準は供給されているものの、国家標準にトレーサブルな標準当機構は、指定校正機関として、これまでにもpH標は供給されておらず、測定データの信頼性、データの相準液や、無機（金属・イオン）標準液の特定標準液を調製互比較・受入れに支障をきたしており、産業界から基準とし、特定二次標準液への濃度の値付けを行ってきた。

なる標準物質の供給が強く望まれていた。

今回、新しく有機標準液の供給を始めるにあたり、信頼そこで、通商産業省（現 経済産業省）は、産業技術のおける濃度の標準液を供給するために検討が必要な審議会・日本工業標準調査会合同会議知的基盤整備特項目をいくつか挙げた。

別委員会を設け、計量標準、標準物質、生物資源情報、①純度の決定された高純度基準物質

化学物質安全、材料関連知的基盤及び生活・福祉関連②高精度の調製技術

知的基盤の分野について、その推進方策を検討し、平③繰り返し性のよい標準液への値付け方法

成10年6月に「我が国の知的基盤の充実に向けて」と題④優れた保存安定性した報告書を取りまとめた。その中で標準物質について以上の4項目を中心に検討を進めてきたが、①の高純度

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基準物質の開発と純度の決定については、独立行政法度の不純物であることを確認したものを用いる必要が人産業技術総合研究所が、また、その基準物質の保存あった。そこで、溶媒は数種のグレードのものを用いて安定性については、独立行政法人製品評価技術機構がガスクロマトグラフで測定し、クロマトグラム上で測定対行った。当機構では標準液の調製方法、濃度の値付け方象物やそのピーク近傍の不純物が少ないものを選択し法、また、標準液の保存安定性について検討を行った。

た。現在は、関東化学株式会社製の水質試験用のメタ今回開発した23物質は、トリクロロエチレン、ベンゼンノールとヘキサンを用いているが、今後もロットごとに不等の国の環境基準・排出基準が設けられている有害な純物等の確認をする必要がある。

揮発性有機化学物質であり、それぞれ100〜1000ppmの濃度範囲のメタノールとヘキサン溶液である。

3.3 調製方法
これまで、金属・非金属の無機標準液の調製は、全量3. 開発の内容フラスコ等の容器を用いて質量比法で行ってきた。しかし、揮発性の高い有機標準液の調製においては、調製

3.1 基準物質

2）容器の密閉性が重要になってくる。全量フラスコのような基準物質の開発は、原料選定、精製、アンプル充填、スリつきの蓋の容器においては、溶媒等の揮発による質純度測定及び 微量不純物の定量という過程で行われ量変化が心配された。そこで、全量フラスコ、ねじ口のた。精製前に市販品の試薬数種をガスクロマトグラフ法

バイアルびん、揮発性有機溶媒用二重栓びんにメタノーにより測定し、主成分含量が多く、不純物の少ないもの

ルとヘキサンをそれぞれ入れ、蓋をしたときの質量変化を原料の候補として選定した。それを精密蒸留法で精を調べたが、いずれもほとんど変化しなかった。しかし、製することで、安定化剤、極低沸点分や高沸点分を除蓋の開閉後の質量変化をみると、10秒開けることにより去し、ほとんどの物質で99.9％以上の高純度化がなされメタノール、ヘキサンともに約0.002g減少した。これは原た。また、蒸留前に物質により必要に応じて脱水処理を料を加える際、容器の蓋の開閉により溶媒の質量変化を行うことで10ppm以下の水分値となった。精製により得起こし、正確な質量の測定ができず調製濃度に影響がられた高純度物質は、高純度アルゴン雰囲気下でアンでることを示している。溶媒の蒸気圧を抑えるため、溶プル封入された。大量スケールでの精製とアンプル充填媒や容器を冷却する方法も検討したが、操作が容易では、関東化学株式会社草加工場で行われた。純度決はなく、低温で質量測定をするための環境を整える必要

定は、示差走査熱量計（DSC）を用いた凝固点降下法があり、それは困難であった。室温での調製操作を可で行った。凝固点降下法はSI単位系に直接つながる一能にするためには、全量フラスコのように口の広い容器次標準測定法である。アンプル封入された高純度基準は適当でないと考え、口の狭い容器が必要となった。そ物質は、安定性を考慮し、物質により−140℃、−20℃でこで高気密保存びんで同様の確認を行ったところ、大きの保存とした。この高純度基準物質の一部は、当機構な質量変化は起こらなかった。シリンジの針サイズほどにおいて上記の温度で保存・管理され、特定標準液のの穴が開いているだけであり、気体の大量の通過が阻調製に用いられる。

まれていると考えられた。しかし、蓋の開閉が困難であり容量も小さく標準液の調製には適当でないため、同様

3.2 溶媒

4にシリンジの針程度の穴で開閉が容易である図１に示す

標準液の調製に用いる溶媒は、不純物等の存在によ125mLポリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロン）製って調製濃度に影響を与えないことが重要である。標準

ピストンシール型スクリューキャップ付密閉型ガラス容器を液の値付けと同条件で溶媒のみを測定した場合、目的用いて確認を行った。この容器にヘキサンを入れ質量成分の定量に影響を与えるクロマトグラムが得られること変化の測定を行ったところ、図2に示すようにびんによりがある。測定方法の設定において、それらの成分が妨質量変化の大きいものがあった。容器とキャップは対で害しないような分析条件を検討する必要があるが、全て販売されているわけではないので、無作為に選んだキャッを除くことは困難なため、調製濃度に影響を与えない濃プとびんの口の密閉性はそれぞれ 異なるようである。

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キャップを交換して同様に質量変化を確認すると、変化

この方法で標準液の調製が正しくなされているか、次せず密閉性が保たれていることが確認された。そこで、のように濃度確認を行った。1000mg/L、100mg/Lの標

使用前に全ての容器にヘキサンを入れて質量変化のな準液を上記の方法で各5組調製し、そのうちの1組を試いことを確認し、キャップとびんに番号を付け、毎回同じ料として他の4組の標準液で濃度の値付けを行ったとこ組み合わせで使用することとした。

ろ、問 題なく調 製 が 行われていることがわ かった 。

開放時

1000mg/Lのシス-1,3-ジクロロプロペン（メタノール溶液）

密閉時開閉弁における濃度確認の結果を図4に示した。
1005.0106

測定濃度（mg/L）

Oリング

951004.0
1003.01002.01001.01000.0999.0

単位：mm58998.0

図1 調製容器

図4 4組の標準液による濃度の値付け結果

質量変化率
（％）

0.00

3.4 測定方法−0.02

濃度の測定は物質によりガスクロマトグラフと高速液体−0.04クロマトグラフを用いて行うこととした。精度の良い値付けのため、測定によるピーク面積の繰り返し性の良い測−0.06

定条件を検討する必要があった。
−0.08
0246

ガスクロマトグラフにおいて、繰り返し性に大きく影響

経過時間
（日）

図2 容器と蓋の組み合わせによる密閉度の比較（内溶液：ヘキサン）する要因の一つに注入方法が挙げられる。一般的なスプリット・スプリットレス注入法では、繰り返し測定による調製は、質量比法により図3に示す手順で行うこととしピーク面積の相対標準偏差が、数％と大きい値を示した。

た。質量を測定した調製容器にメタノール（又はヘキサそこで、注入した試料全てがカラムへ 導入されるオンカン）を入れてひょう量し、原料物質を加えて10000mg/L

ラム注入法について検討した。オンカラム注入法は、の 原液とした。密度の 測定は、濃度単位をg/gから他の注入法に比べて精度の高い方法であるが、いくつmg/Lに換算するために行うこととする。さらに、この原か制限されるパラメータがある。試料注入量がスプリッ液をメタノール（又はヘキサン）で希釈し1000mg/Lのト注入法等に比べて少なく、また、径の小さいカラムで中間原料とした。原液をメタノール（又はヘキサン）ではカラムの過負荷が起こりやすい。しかし、繰り返し性希釈して1000mg/L標準液を、中間原料を希釈してを良くするために感度を上げ、ピーク面積を大きくするた100mg/L標準液を調製することとした。

めに注入量は多いほうが良いので、カラムは径の大き

ひょう量済みの調製容器
メタノール又はヘキサンを加える
質量測定
原料物質、原液又は中間原料を加える
質量測定

密度測定

いメガボアカラムで膜厚の大きいものを用いた。また、ピークバンド幅の広がりやピークの歪みを抑えるため、メタノール溶液で5ｍ、ヘキサン溶液で1ｍの不活性化処理したリテンションギャップを使用した。さらに、オートインジェクタにより高速注入し試料の損失を少なくした。また、
オンカラム注入法では、溶媒のピークを目的成分のピークより先に溶出させる必要があるため、カラムは溶媒ご

標準液
図3 有機標準液の調製方法とにヘキサン溶液には強極性の液相（polyethyleneglycol）を、メタノール 溶液には 微極性の 液相（6%-THE CHEMICAL TIMES 2003 No.1（通巻187号）

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Cyanopropylphenyl, 94%-Dimethylsiloxane）を選

3.5 保存安定性択した。同じ全量注入法であるダイレクト注入法とオンカ以上の調製方法と測定方法を踏まえて、標準液の保ラム注入法で20回繰り返し値付けを行い比較したとこ

存安定性試験を行った。物質ごとにメタノール溶液、ヘろ、オンカラム注入法は、ダイレクト注入法より繰り返し性キサン溶液でそれぞれ100mg/L、1000mg/Lの濃度のの良い結果を示した。各注入法による繰り返し測定によ標準液（試料）を300ｍL調製し、ほうけい酸ガラス製アる値付けの不確かさの一例を表2に示す。カラム槽の温ンプルに8mL充填してバーナーで熔封したのち5℃の冷度条件は、標準液が単成分であるため、基本的に溶媒蔵庫で保存した。測定は、調製直後と2、4、6か月後にと目的成分の分離が可能であれば全物質共通でも問題行い、6か 月間の保存安定性を試験した。念のため、ないが、溶媒中の微量不純物との分離や分析時間の短測定試料は保存前に質量を測定し、使用直前にも質量縮を考慮して物質ごとに設定した。また、検出器は水素を測定して試料の漏れがないことを確認した。また、測炎イオン化検出器（FID）とした。

定はその都度新しく調製した基準液を用いて値付けを行った。その結果の一例を図5に示す。これにより6か月間の保存安定性が確認された。
調整濃度からの偏差（％）

表2 ダイレクト注入法とオンカラム注入法の比較
3回測定時の値付けの不確かさ（％）

ベンゼン、キシレン等は、高速液体クロマトグラフで値付けを行うこととした。主な測定条件を表3にまとめた。
溶離液の組成は、溶媒中の微量不純物との分離や分析時間の短縮等を考慮し物質ごとに異なっている。また、
感度とピーク面積の関係から、注入量は1000mg/Lで20−20426経過時間（月）100mg/L トランス-1, 3-ジクロロプロペン/メタノール溶液
1000mg/L 四塩化炭素/メタノール溶液
100mg/L 1, 1, 1-トリクロロエタン/ヘキサン溶液
1000mg/L テトラクロロエチレン/ヘキサン溶液

図5 標準液の6か月の保存安定性

10μL、100mg/Lで25μLとした。
以上の条件で標準液の濃度付近における検量線を作

4. 不確かさ成したところ（100mg/Lで80〜120mg/L、1000mg/Lで800〜1200mg/L）良い直線関係が得られたこと、また、ISO/IEC 17025等の試験所認定制度において、技値付けされる標準液が検量線用標準液の濃度値に近い能試験や測定の不確かさが重要な要素となっている。

ものであることから、1点検量線で正確な値付けが可能

そのため、測定に用いられる標準物質にも不確かさのであると考えた。さらに、確認のため挟み込みの2点検表示が不可欠となり、標準液の不確かさをどのように評量線で測定した結果と1点検量線で測定した結果を比価するか検討が続けられている。現在、特定標準液に較したところ両者はよく一致したため、1点検量線法を用よる特定二次標準液への値付けによる不確かさの要因いることにした。

としては、原料物質の純度の不確かさ、溶媒中の不純表3 高速液体クロマトグラフによる測定条件

装置
検出器
カラム
カラム槽温度試料導入装置
試料注入量
溶離液の組成溶離液の流量6

高速液体クロマトグラフ
UV検出器
ODSカラム 4.6×250mm
40℃
オートインジェクタ
25μL（100mg/L）、10μL（1000mg/L）
アセトニトリル/水＝60/40 又は 70/30
1.0mL/min

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物の不確かさ、特定標準液調製の不確かさ、特定二次標準液を小分けした際の試料（アンプル）間の不確かさ、特定二次標準液への値付け（測定）の不確かさ、特定標準液の保存安定性の不確かさを挙げている。一般的に標準液の濃度は初期濃度が決定された場合、その初期濃度を用いるため、ある一定期間経過後の濃度を補正して用いることはない。そのため、ここで意味する