JAIMA Season 2020
機器分析が支える、豊かな暮らしと産業のフロンティア

JAI MA 60 周年記念特集

機器分析の発展と将来への期待

No.7

株式会社住化分析センター 技術開発センター 松岡康子

１．はじめには新鉱物）の発見につながり、それがさらに分析化学の進歩をもたらしてきた。その後、20 世紀

日進月歩の科学技術により、我々の社会や生に入ると、産業の発展とともに機器分析の開発が活は目まぐるしく変化し、進歩し続けている。生進んだ。日本の分析機器の開発は、電子顕微鏡等

活を豊かにしたものを挙げてみると、スマートいくつかの例外を除いて、多くは 1945 年の第二フォン、IoT 対応の省エネ家電、電気自動車ある次大戦終了後に始まった。その後、国内需要の高いはハイブリッド自動車、高度な医療、LED とまりとともに、順調に国産化が進み、優れた独自枚挙にいとまがない。このような科学の発展を支技術と独自製品を多数生み出した。[1]える基盤技術として、また、同時に科学を牽引す高度成長により産業の規模が拡大した後のる存在として機器分析が果たした役割は大きい。

1970 年代には、分析が担う役割や責任も増え、本稿では、機器分析のこれまでの進歩を振り返り、分析受託業の業態が現れた。1980 年前後から、貢献してきたさまざまな場面を挙げていきたい。

分析機器の輸出も大幅に伸び、汎用機器分野にお２．機器分析のこれまで科学は 19 世紀前半に著しく発展し、分化、専いてはグローバルな競争力を獲得した。[2,3]
そして、現在の日本における分析機器市場規模は 2,162 億円に達している。[4]科学技術の進歩

門化が進んだ。この時代に化学の基礎が築かれ、は計測技術に支えられ、計測技術の進歩は新たな化学分析は大きな貢献を果たした。化学分析の発科学技術の発展の基盤となっている。新しい計測展は、19 世紀の元素発見の歴史とともにあった。

技術の開発により、それまで知られていなかった分離精製方法や検査技術の進歩は新元素（あるい事実が発見される事例は多く、科学技術の進歩を

表１ 社会環境・分析機器開発の流れ・トピックスの関係

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5担ってきた。[2,3,4] 社会環境と分析機器開発の流ン／社会課題のレイヤーが囲んでいる。[6]

れ、分析機器のトピックスの関係を年譜（表１）に示す。[5]計測分析機器の関連では、多くのノーベル賞受賞者を輩出しており、ノーベル化学賞と物理学賞のうち 15% 以上の割合を占めている。計測分析機器に関連するノーベル賞受賞例を表２に示す。
それぞれの発明・発見が、いかに大きな科学的・社会的インパクトを発揮するかが評価されていることがわかる。[2]新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)TSC Foresight Vol.26「計表２ 計測分析機器に関連するノーベル賞受賞

https://www.nedo.go.jp/content/100873233.pdf
より
図１
図１計測分析機器技術分野の俯瞰図
計測分析機器技術分野の俯瞰図（ 新 エ ネ ル ギ ー・ 産 業 技 術 総 合 開 発 機 構（NEDO）TSC
Foresight Vol.26「計測分析機器分野の技術戦略策定に向けて」
より）

事 項受賞年1907 干渉計による研究（マイケルソン、物理）
1914 結晶による X 線回折の発見（ラウエ、物理）

計測分析の利用は、屋外（フィールド）を含む

1915 X 線結晶構造解析法の確立（ブラッグ父子、物理）「生産現場」「流通現場」「家庭」「医療現場」等に

1921 光電効果の法則の発見（アインシュタイン、物理）
1930 ラマン効果の発見（ラマン、物理）
1936 気体の X 線回折（デバイ、化学）

広がっている。この広がりにより計測分析機器の1937 結晶による電子の回折の発見（デヴィッソン、物理）

新たな市場の創出が期待され、さまざまなシーン

1952 原子核磁気能率の測定（ブロッホ、パーセル、物理）で社会課題の解決に貢献している。[6]1952 分配クロマトグラフィーによるアミノ酸分析法の発見（マーティン、化学）

1959 ポーラログラフ分析法の発明（ヘイロフスキー、化学）
1961 ガンマ線の無反跳核共鳴吸収の研究（メスバウアー、物理）1962 核酸の二重ラセン構造の発見（ワトソン、クリック、医学生理学）
1962 蛋白質の立体構造の解明（ケンドリュー、ペルーツ、化学）1964 生化学物質の構造決定（ホジキン、化学）
1964 メーザー、レーザーの発明（タウンズ、バソフ、プロホロフ、物理）1971 ホログラフィーの発明（ガボール、物理）
1977 ラジオイムノアッセイ法の開発（ヤロー、医学生理学）
1985 結晶構造決定法の開発（ハウプトマン、カール、化学）

それでは、機器分析が実生活でどのように役立っているのか、次項でいくつかの切り口から探ってみよう。

４．機器分析の利用分野① 半導体

1986 電子顕微鏡に関する基礎研究と設計（ルスカ、物理）
1986 走査型トンネル顕微鏡の開発（ビーニッヒ、ローラー、物理）2002 生体高分子の同定および構造解析のための手法の開発

科学と技術の世界で [7,8] 「20 世紀最大の事件は、半導体の発展、すなわちトランジスタの誕生（田中、フェン、ヴュートリッヒ、化学）と集積回路の発展である」と言われるくらいに、

2005 超短光パルスレーザーによる光周波数計測技術の開発[7]半導体とは ４半導体の歴史 株式会社日立ハイテクノロジーズ
半導体は今日の IT 情報化社会の礎としてきわめ2008 緑色蛍光蛋白（GFP) の発見（蛋白観察マーカー）
図２ 半導体の集積度向上の歴史( 下村、シャルフィー、チェン 化学）
https://www.hitachi-hightech.com/jp/products/device/semiconductor/hisて重要な基盤技術となっている。
半導体の時代は、( ホール、ヘンシュ 物理）2017 クライオ電子顕微鏡の開発（デュボシェ、ヘンダーソン、ヨアヒム・フランク、化学）2018 光ピンセット（アシュキンら、物理）

戦後すぐ、トランジスタが発明された時から始ま日立ハイテクノロジーズ
半導体の歴史 より

出典：平成 19 年 10 月 3 日先端計測分析技術・機器開発小委員会（第 19 回）
配付資料６に加筆

3．機器分析はどんな場面で役立っているのか6

り、IC（集積回路；トランジスタ、コンデンサ、抵抗などを１つのチップに集積したもの）の時代に移っていった。その後、IC の集積度は一段と進 み、LSI（Large-Scale Integrated circuit； 大規模集積回路、集積度 1000 以上）へと飛躍を遂

計測分析機器が使われる場面は、大学・研究機

げ、さらに 80 年代は VLSI（素子集積度が 10 万関の研究室や企業の研究開発の場だけにとどまら～ 1000 万個）、90 年代の ULSI（素子集積度がない。図１に計測分析機器技術分野の俯瞰図を示1000 万個超）へと技術革新が進んだ。2000 年代

す。ここではコアに技術要素があり、その外側に以降、システム LSI（多数の機能を１個のチップ順に計測分析機器／計測分析対象／計測分析シー上に集積した超多機能 LSI）の生産が本格化した。

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新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)TSC Foresight Vol.26「計測分析機器分野のhttps://www.nedo.go.jp/content/100873233.pdf
より
図１ 計測分析機器技術分野の俯瞰図
最近では、集積度が相当に進んだことから、「ど～ 24 カ月ごとに半導体の性能と集積度は２倍にのくらい小さくできるか」
よりも「何ができるか」、なるという法則）に従って発展しており、限界がすなわち機能・性能・消費電力の面での開発が進近くなったとも言われるが、現在、回路の線幅はむこととなった。LSI のチップは主として Si 基20nm のレベルまで微細化している。図２に示す

板の上に極めて微細で複雑な回路を集積したもの

ように、半導体の集積度増加に合わせて電化製品である。半導体の集積度は“ムーアの法則”（18の高度化が進んでいった。

[7]半導体とは ４半導体の歴史 株式会社日立ハイテクノロジーズ
図２ 半導体の集積度向上の歴史（日立ハイテクノロジーズ 半導体の歴史 より）
図２
半導体の集積度向上の歴史
https://www.hitachi-hightech.com/jp/products/device/semiconductor/history.html
日立ハイテクノロジーズ

半導体の歴史より

半導体の製造は、表面および多層構造の制御がまた、自動生化学分析装置が出現し、血液、尿な重要である。その発展を支えてきたのが、高分解どの臨床検査における高速 , 大量の処理が可能との電子顕微鏡技術やナノオーダーの表面・深さ方

X 線 CT の発明によっなった。[9] 1970 年代には、向の分析技術である。また、ごく微量の異物や欠て人間の体を輪切り状態の画像診断できるように陥が性能に大きく影響することから、原材料の清なり、さらに超音波診断装置すなわち超音波技術

浄度やプロセス環境のクリーン度が重要であり、の発展により、内臓の動きを外部の画像で診断でこれを評価するための超高感度の元素分析技術がきるようになった。また、内視鏡の出現により胃半導体技術の発展を支えてきたといっても過言でや腸などの体腔内部の診断・検査が可能となった。

はない。

1990 年代には、MRI（核磁気共鳴装置）の出現により、がんなどの腫瘍部分が正確に把握でき② 医療早期治療が可能となった。医療技術を支える診断

健やかな生活と長寿命は高度な医療技術の上に技術（分析技術）を振り返ってみると、これらの成り立っている。1895 年のレントゲンによる X

医療機器のお世話にならない人はほぼいないこと線の発見で、医療用レントゲン装置が胸部撮影にがわかる。

使用されるようになって医療技術が飛躍的に進歩③ 再生医療した。1960 年代には、心電計、脳波計などの生2014 年に神戸市の（公財）先端医療振興財団

体の情報を正確にモニタリングする機器の開発に先端医療センター病院で、理化学研究所（高橋政より検査が一般化し、的確な診断が可能となった。

代プロジェクトリーダー）により iPS 細胞由来細JAIMA Season 2020 New Year7胞を滲出型加齢黄斑変性の患者の体内に移植する消費せずに計測する手段）や、現地で行う“その手術が行われた。これは、京都大学・山中教授が場分析”が必要となる場合もあり、顕微鏡、ファ見出した iPS 細胞（人工多能性幹細胞：inducedイバースコープを用いた観察、赤外線、紫外線蛍pluripotent stem cells）を世界で初めて患者の体内光などの撮影、X 線透視撮影等が使用される。[14]に適用した再生医療の意義深い第一歩となった。
iPS 細胞に寄せられる期待は二つある。一つ目の⑤ 地球、宇宙の歴史解明

期待としては、再生医療への応用、すなわち、病高度な機器分析は、地球あるいは宇宙の解明に気やけがで失われたり損傷したりした臓器や組織も寄与している。地球化学の歴史は、地質試料のに体外で培養した細胞等を移植し、失われた機能分析の寄与なしには語れない。膨大な地質試料のを補うものである。
現在、上述の網膜色素上皮シー同位体分析あるいは詳細な組成分析から、火山活トの移植のほかにも、臨床応用・実用化を見据え動の歴史や地質活動の年代を推定して地球の歴史た研究が数多く実施されている。

を解明してきた。また、石油・天然ガスなどの鉱二つ目の期待としては、iPS 細胞の活用により、床の地球化学的な探査にも利用してきた。[11]疾病の発症の仕組みに関する研究や、新しい薬の宇宙に目を向けると、2010 年に JAXA の小惑開発速度を加速させることが挙げられる。患者の星探査機はやぶさが世界で初めて小惑星イトカワ

皮膚や血液などから採った細胞から iPS 細胞を作の表面からサンプルを持ち帰ったという世界初の製し、病気の性質を持った細胞や組織に分化さ快挙が記憶に新しい。持ち帰った微粒子を放射光せ、それらを使って病気が起こる仕組みを解明し

X 線や中性子、電子顕微鏡などを使って分析したたり、薬の候補物質の効果や安全性を確認したり結果、カンラン石、カルシウムが少ない輝石、カすることができる。[10]ルシウムが多い輝石、斜長石などが見つかり、そこのような状況に対して、再生医療実現のための再生医療等製品やその周辺機器、加工プロセスの化学組成は「コンドライト隕石」、LL 型に非常に近いものであった。

等に関する安全性、有効性、品質等の評価手法は、また、中性子放射化分析法により、元素組成はほとんどまだ確立していないのが現状である。原

イリジウム／ニッケル比が小さいことが確認され材料からのウイルス感染や、細胞のがん化のようなた。このことは、イトカワ微粒子が原始太陽系のリスクを取り除くための品質評価、すなわち分析技初期の元素分別プロセスの痕跡を残しているとい術が今後は重要な意味を持つことになるだろう。

うことを意味する。さらに宇宙風化によって小惑星表面に存在する微粒子の最表面に金属鉄超微粒④ 文化財
文化財の研究にも機器分析は欠かせない。素材

トカワが現在のような姿になるまでにどのような解析から産地の推定や異同識別、年代推定を行っ歴史を辿ったのか、また、今後どのようなことがたり、付着した物質や劣化物質から当時の環境推起きるのかなど、太陽系の形成史に迫る貴重な発定や劣化の原因究明などが行われたり、それらの見があった。[15] このように、宇宙の歴史を解き情報は文化財の保存や修復等などに利用されてい明かすのに、科学分析技術がなくてはならないもる。[11,12] 歴史的な価値の高い建造物の修復には、のといえる。

当時の建材の材質や、表面処理方法など、加工手順などを機器分析で注意深く見極めたうえで行われる。分析する対象は、しばしば極少量であり、微小部位を測定できる顕微赤外分光や EPMA といった機器が使用される。[13] 文化財に触れず、壊さず、汚さずに分析する非破壊分析法（試料を8子がつくられていたことなどがわかり、小惑星イJAIMA Season 2020 New Year

⑥ 持続可能な社会の実現に向けて日本は、高度成長の時代から環境問題の重要性５．課題と期待が増した。大気、水、土壌・地下水、廃棄物など2013 年の世界の計測分析機器市場は約４兆円の環境の状況を正確に分析することで、環境汚染で、2001 年より年平均約５％で成長しているとを把握し、課題の対策に取り組んできた。

言われている。また、計測分析機器市場シェアの最近では、世界規模の生産活動、経済の規模がトップは米国で、２位を日本とドイツが争ってお大きくなり、地球への環境負荷増大が憂慮されり、日本のシェアは 10％程度である。世界市場

るようになると、サステイナブルケミストリーにおいて、日本は電子顕微鏡や X 線分析装置での考え方、取り組みが浸透するようになった。

強い競争力を持つが、一方、最も市場規模が大き特に環境保護の意識の高い欧州を起点とする、く成長が予想されるライフサイエンス機器では日REACH（Registration, Evaluation, Authorisation and

本メーカーの国際競争力は小さい。[3,6] 近年、国Restriction of Chemicals）、RoHS 指令（Directive on

内市場の飽和や海外市場での海外巨大メーカーとRestriction of Use of Certain Hazardous Substancesの競合といった厳しい状況に直面している。
一方、

in Electrical and Electronic Equipment）、ELV 指令研究開発では、大規模な研究投資や政策的支援の（Directive on End of Life Vehicles）のような化学物不足、分析装置開発の大学や企業への支援不足、質規制は、産業界の開発の方向性に大きく影響を機器メーカーの開発力の低下など、いくつかの課与えるようになった。規制の制定あるいはその実題があるといわれる。[2,3]

施に伴って、簡便迅速に対応できる公定法に取り組むことは、計測機器の開発の立場にとっても重要な課題である。

日本の計測および分析に関する技術は、日本が世界の中でものづくり産業の競争力を保ち、科学持続可能な社会の実現に向け、2015 年に国連技術の最前線で戦うにあたって、イノベーションサミットにおいて採択された SDGs（Sustainableやブレークスルーための手段として果たすべき役

Development Goals）は、世界規模で深刻さを増割は大きい。[4]す環境汚染や気候変動、頻発する自然災害への対応、格差の問題、持続可能な消費や生産など、すべての国に適用される普遍的な目標である。[16]最近の産業分野の開発の動向は、SDGs を意識したものになっている。カーボンオフセット、省エネルギー、マイクロプラスチックのような目の前に迫る課題の解決を機器分析が支えていくことになる。

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9●引用文献[10] 第 1 部 第 1 章 科学技術の進歩と社会経済の変化 文[1] 組成分析から状態分析へ（〈特集〉化学における発部科学省

明発見 : その芽と発展）蟇目清一郎 1980 年 28 巻 5 号

http://www.mext.go.jp/b̲menu/hakusho/html/

p.408-412

hpaa201501/detail/1359523.htm[2] 分析機器開発の現状と将来展望 文部科学省[11] 地質調査所における地球化学研究の歴史と展望

http://www.mext.go.jp/b̲menu/shingi/gijyutu

https://www.gsj.jp/data/chishitsunews/82̲09̲15.pdf/gijyutu8/006/gijiroku/̲̲icsFiles/aﬁeldﬁle/2014/11/21[12] 文化財研究を牽引する新しい科学分析法の探索 大/1353666̲004.pdf

下浩司 文化財情報学研究 第 7 号公開平成 22 年 9 月 29 日

[3] 日本分析機器産業の競争力強化について 産業技術総合

更新 吉備国際大学文化財総合研究センター研究所

https://kiui.jp/pc/bunkazai/kiyo/04.o.56-58.pdf

https://www.aist.go.jp/Portals/0/resource̲images/[13] EPMA，SEM 等を用いた歴史的建造物の評価 SCAS

aist̲j/ﬁeld/riif̲report.pdf

NEWS 2001- Ⅱ[4]「ナノテクノロジー・材料分野の研究開発戦略に対応

https://www.scas.co.jp/scas-news/sn-back-issues/

する分析機器の将来技術戦略に関する調査研究」報告書

pdf/14/now̲14.pdf【公開用】2018 年 10 月 JAIMA（経産省に提出）[14] 第 2 章 文化資源の保存 1 文化財保存技術 ―文化資源[5] 分析機器年表（JAIMA( 設立 50 周年記念誌より）としての文化財の修復について― 独立行政法人文化財研https://www.jaima.or.jp/resource/jp/outline/pdf/

究所 東京文化財研究所修復技術部長 青木繁夫 文部科学

chronologicaltable̲s.pdf

省[6] 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）TSC

http://www.mext.go.jp/b̲menu/shingi/gijyutu/

Foresight Vol.26「計測分析機器分野の技術戦略策定に向gijyutu3/toushin/attach/1332156.htm

けて」[15] はやぶさのサンプル分析からわかったこと 大学共同https://www.nedo.go.jp/content/100873233.pdf

利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構[7] 半導体とは ４半導体の歴史 株式会社日立ハイテクノhttps://www.kek.jp/ja/newsroom/2011/10/14/1500/

ロジーズ

[16]

https://www.hitachi-hightech.com/jp/products/device/

取組 編集・発行 外務省国際協力局 2017 年 3 月 31 日

semiconductor/history.html

https://www.mofa.go.jp/mofaj/gaiko/oda/sdgs/[8] 半導体デバイス研究開発の歴史的な展開

pdf/000270587.pdf

https://www.jstage.jst.go.jp/article/oubutsu1932/69/8/69̲8̲913/̲pdf[9] 医療機器技術の進歩の歴史 電気設備学会誌 平成 17
年 /5 月 p309˜312
https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieiej/25/5/25̲309/̲
pdf/-char/ja10JAIMA Season 2020 New Year

持続可能な開発のための 2030 アジェンダと日本の