科学機器

産 学 官との 連 携No.

832科学の峰々

2017・10

東京工業大学
公益社団法人理学院長
日本分析化学会会長

岡田 哲男 先生 に聞く

技術革新を支える必須の93 基礎化学「分析化学」:「イオンクロマトグラフィー」から「アイスクロマトグラフィー」へ 上
聞き手：柴田南佐藤
藏満

取材日：2017年7月27日
東京科学機器協会会議室

眞利 日本科学機器協会 広報委員長
同広報副委員長
明則
同同
文俊
同専務理事邦弘（取材・撮影・編集協力：クリエイティブ・レイ㈱岡田 哲男 先生のプロフィール〈経歴〉
1981年 京都大学理学部卒業
1986年 京都大学大学院理学部研究科博士課程修了
1986年 静岡大学教養部助手
1990年 静岡大学教養部助教授
1995年 東京工業大学理学部助教授
2000年 東京工業大学大学院理工学研究科教授
2015年 東京工業大学理学系長・大学院理工学研究科理学系長
2016年 東京工業大学理学院長
2017年 日本分析化学会 会長〈専門分野〉
分離科学、界面化学、溶液化学

22安井久雄）科学機器

産 学 官との 連 携

分析化学が現代社会の生活を支える身近に活用される
イオンクロマトグラフィー

７０年代の「公害問題」が研究へのひとつのきっかけ

─ 岡田先生は長年に渡り「分─ 岡田先生はキャリアの前半を

─ 岡田先生は、いつ頃からイオ析化学」の領域で研究をされ、「イオンクロマトグラフィー」中心にンクロマトグラフィーの研究に携わ現在は日本分析化学会の会長を新たな計測法を研究・開発し、るようになったのでしょうか。

務められています。まずは「分功績を残されてきました。イオンク

析化学の意義」について教えてロマトグラフィーに馴染みが薄い読岡田頂けますでしょうか。

者も多いと思われますので、語句クロマトグラフィーが出始めた頃での解説を交えて教えて頂けますです。私が京都大学に学部生とししょうか。て入学した1970年代後半は「公岡田分析化学とは、物質が何から出来ており、どのような性質や1980年代、すなわちイオン害」が大きな社会問題となっており、機能をもち、それらがどのようにし岡田 ある物から調べたい物を分私自身も環境面の研究に興味を抱て生まれるのかなどを調べ、知るこ離分析する方法に「クロマトグラフいていました。学生の頃には、海と、そのための方法を考案、開発

ィー」と言われるものがあります。

洋化学で海水を採取分析することすることを目的とした物質科学の最イオンクロマトグラフィーは「イオンも行いました。そうした興味から分重要分野の一つです。

交換分離」と「電気伝導率検出」

析化学の扉を叩き、修士課程でイ

また、分析化学が現代社会のという原理の組み合わせで目的のオンクロマトグラフィーに関わり始め生活を支えている基礎化学と言え物質を分離分析するものです。

ました。しかし当時は、まだ分かっると思います。

イオンクロマトグラフィーが最初に報告されたのは1975年で、それていないことや問題点が山積みという状況でした。

─ ふと身近なことを考えると、まで有効な分析手段の少なかった

イオンクロマトグラフィーというもの

大気の成分や水の成分が計測で陰イオンの分析にとりわけ有効でしが出たばかりの頃ですので問題はきているから安心して生活できてた。現在は理論の解明が進み、挙げればきりがありません。例えばいます。技術革新や経済発展も、技術も発達しましたので、手法にサプレッサーの溶出液が弱酸性な様々な“物”の分析が可能だからおいても理論においても進歩を遂ので弱酸の伝導率の検出が出来こそもたらされていると言えますね。

げています。

ません。試料が弱酸であった場合、そもそもの仕組みを簡単に説明

サプレッサー溶出液中で解離せず

分析化学は、環境面や医しますと「調べたい物から特定の測定出来ないことは大きな問題で療・健康面、企業における製品イオンを分離させて電流を流し、した。

開発や評価、食品検査や犯罪捜

電流が流れる度合いの変化量をサプレッサーとは、電気伝導度査など生活に密着した様々な場面見て、このイオンがこれだけの量を調節低減する装置と思ってくださに重要な役割を果たしてきました。

存在している」ということを見極めい。測定したいイオン溶液に電流さらに新しい観点から、これまで出るものです。今日でもイオンクロマトを流すときに、電気伝導率が高い来なかった計測や分析を今後も可

グラフィーは排水の水質管理、大とノイズが大きくなり、分析結果に能にしていく使命を担っていると思

気環境測定、食品分野の品質影響が出てしまうのです。そのたいます。

管理などにも広く適用されているめにサプレッサーというものが使わ分析方法です。

れます。

岡田

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─ 1980年頃には、サプレッサーのを分離・検出してもイオンクロマ

─ かつて問題だった「弱酸性だけでなく、他にも色々な問題がグラフィーと称していた方もいました。のものが測れない」ということがあったわけですね。

「測れる」ことになったわけで、こ─ 先生は、“そもそもの根本”のれは大発見ですね。いつ頃解明

問題点の中には「システムところから研究をされてきたわけされたのでしょうか。

ピークとよばれる試料イオンによらなですね。身近に精通した先輩もいピークの出現」がありました。こいなかった中で、大変なご苦労

岡田

れは端的に言うと、調べている物があったのではないでしょうか。に、その論文を発表出来ました。

岡田とは無関係によくわからないピーク

京都大学の修士課程の頃

こうした業績もあって助手として就が分析結果に現れて正確な分析

岡田

実はそうなのです。（笑）

職することも出来ました。もともと私が出来ない場合が度々あったとい研究室には液体クロマトグラフィーは理学を志向していたこともあり、うことです。の測定をした経験者もいない状態

機器として使える方法もさることな

次に「高濃度共存イオン存在でした。そこでどうにか論文を片がら「なぜそこでそんな現象が起下での微量イオンの定量」です。

端から手に入れて装置のイメージきるのか」ということに興味が働いこれは海水などを考えるとわかりやを膨らませつつ、当時の弱点を整ていたことが、こうした研究結果、すいのですが、同じ種類のイオン理しながらどう研究すればよいかとそしてその後の研究に繋がったようの中に微量に含まれているイオンを思案を重ねる状態でした。にも思います。

測りたいと思っても測定が困難でしそうして試行錯誤をしていくと、た。また、測定結果のピークの同イオン交換と電気伝導率の原理と定にも問題を抱えていました。

向き合わざるをえなくなったのです。

目に見える現象を生んでいる「何が」を追求！

しかしながら、割と早い段階でそこから考えていくと初めて知る発

海外そして日本のメーカーも様々な見にも行き着くことが出来、当時の─ 「見えている現象の大もとを機器を開発し、周辺技術を進歩さ問題点を解決出来る方法を見い追究したい」という興味が、またせていきました。

だすことが出来ました。

新しい発見を生み出したわけで例えば検出器の改良として、電例としては専門的になりますが、すね。

気伝導率からイオンを検出するもの

イオン交換では電荷と共にイオンのだけでなく、光や電気化学を利用溶媒和が重要な役割を果たしてい岡田して検出するものも現れました。
またることなどを見いだすことが出来たか、イオンの分離選択性をどうに「サプレッサーを用いない」機器ものです。

か変える方法はないものか、と思発想の転換と言いましょう

このように原理を理解すると、弱案しました。これを変えられればイこうした周辺技術が比較的早め酸であっても強塩基性下で分離かオンクロマトグラフィーで測定出来に進歩した一方で「イオンクロマトら検出を行うと測定出来ることに気る物質も増えますし、より正確な測グラフィーとはそもそも何なのか」と付き、また、他の問題点も克服で定が行えると考えたわけです。

いう定義が曖昧にされて困った事きると考えました。それまではイオンイオンの選択性というのは、イオ態も起きていました。つまりクロマトクロマトグラフィーでは測れないとさン交換体などへのイオンの親和性グラフィーと“イオン”クロマトグラフィれていた、非常に弱酸性のフェノのことですが、それはドイツのホフーと何が違うのか、明確にされてールやケイ酸、シアン化物イオンなマイスターという化学者が提唱したいない状態だったのです。

ども簡単に測れることを示すことが序列に基づき、水中では打破でき出来ました。

ないものでした。これは「ホフマイ出始めました。

研究者の中にはイオン以外のも24

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産 学 官との 連 携スター型」と呼ばれ、水中でのイ─ 手先のちょっとした工夫、とオンの物性や構造と関係がありまいうと、そのイメージは工作のようすが、その本質は未解明です。

なことでしょうか。

「ホフマイスター型」の選択性をた貴重な期間になりました。

No.

また、アメリカでは「NonionicSurfactants」という興味深い本を見つけ、これは帰国後、分離変えるために考えたのが界面活性岡田 おっしゃる通りです。色々なや界面のことを研究するきっかけと剤ミセルを使った方法で「ミセルチューブのようなものを用意して、なりました。

排除クロマトグラフィー」と名付けまああでもないこうでもないと繋いだりした。

組み合わせたりして実験や研究を界面活性剤がある濃度以上に行うのですが、それによって非常なったときに出来る分子やイオンのに有益な実験結果や発見が得ら集合体のことをミセルと言います。

れるのです。

一歩ずつ解明してきたイオン交換の原理
─ アメリカから帰国された後、静岡大学ではどうような研究をさこのミセルをイオン交換と同時に使

例えば写真にあるのが手作りのうと、ミセルに対する親和性が強いサプレッサーです。チューブをらせイオンが先に出てきます。こうしてん状に巻いたものですが、色々な「アンチホフマイスター型のイオン選工夫をするとこれで市販のものより岡田択性」を比較的簡単に作れることもはるかに高い性能が出るのです。

当時の国立大学で１，２年次の学所属したのは教養部でした。

生が一般教養を学ぶために設置さを示すことが出来ました。
─ その後は、１９８８年にアメリれたのでしょうか。

─ 工夫すれば市販のものよりもれていたものです。ですから分析高い性能が出るのでしょうか。

化学や理学を専門に学びたい学カに留学されるわけですね。

生もおりませんでした。
岡田 そうなのです。この自作の授業を受け持つコマ数が多い

岡田 テキサス工科大学に８ヶ月サプレッサーを使って、イオン排除上に、実験や研究をやるにしても間留学する機会を得ました。そこ

クロマトグラフィーにおいて弱酸で何から何までを一人で行わなけれでインド系アメリカ人の教授のもとであれば弱酸であるほど高い感度でばいけない環境でした。静岡大学

しばらく過ごしたのですが、目から測ることが出来る、ということを示しの教養部には10年近くいたのです

ウロコが落ちるような発見がありましました。通常は解離しないものはが、私が直接研究指導した学生た。彼は非常にアイディアマンで高い感度で測れないはずですが、は２人だけでしたね。(笑)

手先のちょっとした工夫で実験装自作のサプレッサーとそれに少しの置を作ったり改良したりして研究を工夫を組み合わせることによって可─ そうした環境の中で研究を進めていたのです。

能になったのです。

進めるのは困難だったのではない

このように装置ひとつから自分ででしょうか。

手作りして、分かっていないものを解き明かしていくという面白さも分

岡田 お察しの通りです（笑）。

析化学の醍醐味だと思います。ア

そうした中で、クロマトグラフィーがメリカ留学時代は「装置を作る」成熟してきていたものの、相変わらよりももっと簡素なレベルの、ちょっとずそこで起きている現象はまだまだした手先の工夫や意識の転換で未解明な部分も多くありました。そ分かることがある、出来ることが増こで溶液平衡や「界面化学」にえていくということを身をもって知っ目を向けました。

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No.

産 学 官との 連 携検出や評価が難しいといわれてえ、実際にものの見事な分離が出ではあまり分かっていなかったと来ることがわかりました。

いうことですね。

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いた溶液中の相互作用や界面現象の分析にクロマトグラフィーを使さらにそれを工夫して、溶液の2017・10って、それを分離を通して見てみよ

中でどのように錯体が出来るのか、岡田 そういうことになります。電う、そして界面計測の道具としてクそれをベースにして選択性がどう現荷を帯びた界面で起きる現象といロマトグラフィーが有用であることをれるかなどを示すことが出来ました。

うのはかなり感覚的に捉えられていました。言い方を変えると、かなり示そうと考えました。
─ そうした発見は分析化学のいい加減な面があったと言わざる─ そこに、アメリカで見つけた本面にもまたフィードバックされ、進を得ない状況でした。そうしたとこの事柄も関わってくるのでしょうか。

歩するものになったと思われます

ろを、今申し上げたことに続いて、が、いかがでしょうか。

溶媒や温度など条件が変わった岡田

はい。偶然に見つけた本

場合のパターンなども研究していき、だったのですが非イオン性界面活

岡田

有益なフィードバックになっ詳細に理論までを含めて解き明か性剤を構成するポリエーテルにつたと思います。分析化学的な展開していくことにかなりの心血を注ぎまいて書かれているものでした。興では、先ほど話した研究内容をベした。結果、イオン交換という現味のある分野であり、また自分がースに、温度を変えてグラジエント

象では、何が起きているのか、と分かっていない分野だったので購溶出という短時間で多くの物質をいうことをかなり解明出来たように入しました。

効率的に分離する方法を開発し、思います。

またポリエーテルの溶出に伴う電─ イオンクロマトグラフィーを中気伝導率の変化を示すことも出来─ そうした数々の功績から1997

心に、物を分離、分析するというました。そして、また専門的な言

年「国際イオンクロマトグラフィー

スタンスから、「クロマトグラフィー葉が出ますが、キャピラリー電気賞」を受賞されたわけですね。の分離過程で何が起きているの泳動というものに展開を延長すると、か」を、より詳細に解明する方より弱い相互作用を捉えることが出向へ研究を深めていったというこ来ました。とでしょうか。

“測れない”を“測れる”にする「アイスクロマトグラフィー」

さらにクラウンエーテルの“コンビナトリアル二次元分離”にも展開が─ お話を伺っていると「何が起岡田 そういうことになります。多出来ます。“コンビナトリアル”というこっているのか」を「誰も向き合少専門用語が続きますが、先ほど言葉は当時ありませんでしたが、ってこなかった新しいこと」に取り出ましたポリエーテル系の非イオン

今“コンビナトリアル・ケミストリー ”は組んでこられた姿勢を感じます。

性界面活性剤は家庭用洗剤など非常に注目されている分野です。

そうした中で現在研究対象とされに使われているごく身近な物のひと

このように分析化学的にも有用ているものは、どんなことでしょうか。

つです。分子内にエーテル結合をであるし、界面でどのように錯生持つ物質ですが、これはカリウムイ成が起こっているかという理論的な岡田オンと反応して「錯体」というものことを示す両面を詳しく掘り下げる「氷」です。最初は氷を使ってクを作る性質があります。錯体は“集ことが出来ました。

ロマトグラフィーを行ってみようという「アイスクロマトグラフィー」から始

まり”と簡単にイメージすればいいかもしれません。この性質を利用する

─ 逆に言うと、界面で何が起こと分離がうまくいくのではないかと考っているのか、ということはそれま26

最近力を入れているのがめました。
その後「凍結」という現象を使

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うと濃縮に使え、そこで起きるとは予想しなかった現象が起きることを見つけました。
実際のアプリケーションとして使出来ることがあります。

私が興味をもっている氷と液相のこういう凍結による濃縮は、色々界面には未解明のことだらけです。

な分析をやる前処理の時にも役にこの氷の研究が何と関係あるか立つ可能性を持っています。というと、宇宙とも関係があるのでえそうなものとしてシクロデキストリン

実際に企業などの物質分析や水溶液を凍らせて行った結果があ測定の現場で、測定したい対象ります。これにより、キラルカラムと物質が今の10倍に濃縮出来れば

─ 氷の研究と宇宙の関係とは、いう市販で十数万円してしまうもの可能になる、といったことは多々あどういうことでしょうか。

が、百円ほどで作れてしまいます。

ると思います。そうした面で、一般そして氷の中では液相が濃縮さの方々の生活にごく近いところに関岡田れますが、その濃縮される空間のわる、製品開発や技術革新に貢ますが、そうした星は、高圧の氷大きさを細かいレベルで制御するこ献出来るように考えています。などで構成されています。我々がすね。

宇宙には水だけの星がありとも出来ます。温度と濃度を変える

また、こうした氷の研究でわかっ日常的に触れる氷とは違う結晶形ことで液相の大きさは数百ナノメートてきた成果を、環境面、生命エネの氷が宇宙にはあり、そこではさらルから数マイクロメートルまで自由自ルギーなどの分野にも踏み込んでに未知の化学が起きているかもし在に大きさを変えることが出来ます。

拡張出来ないか、とも考えています。

れません。実はそういう分野とも近いのです。

─ミクロやナノの話も出てきまし─ 公害問題への意識から分析

物理と化学の分野が共同してたが、「凍らせる」ことで分析の化学、イオンクロマトグラフィーに氷のことを研究する土壌は、北海分野で具体的なメリットがあるの始まり、そこから溶液や界面の研道大学低温科学研究所にもありまでしょうか。

究、ひいては氷という大変微少なすし、国際学会もあります。これらレベルの研究は、我々の生活全を通じ他多分野との連携なども模般に役立つものに戻ってくるわけ

索しながら、新しい発見が出来れですね。

ばよいと思っています。

岡田

試料中の量が少ないあまり測定や分析が出来ない物を測れる、ということです。例えば氷の液理学はそもそも「何をやらなけ層にマグネシウムイオンを閉じこめま岡田

研究内容が細分化するほればいけない」と押しつけられるして、反応する物質を加えますと、どアカデミックになりますが、最終のではなく「面白いと思うこれをやzmol（ゼプトモル＝10の－21乗モ的には人々の生活に役立つものにってみたい」ということが研究の動ル）くらいのマグネシウムがあれば活用されるものだと考えています。

機になるべき学問でもありますので、例えば氷、すなわち凍結の状態

そうした好奇心と新発想が新しいを研究していくと、凍らせることによ発見を生み出し、それが多くの人々

─ 超微量レベルで測定が出来って凍らせていない時には起きなの生活を豊かにするものにつながると言うことですか。

い反応が進んだり、出来ない物質るべきだと考えています。

検出が出来るのです。

が生成されたりするといった特徴的岡田 そうなのです。先ほど用語なことが起こります。ところが氷をが出ましたキャピラリー電気泳動と研究している人は物理の分野などいう手法も用いることで1000倍も濃に多く、化学の分野ではとても少縮できます。するとそれまで測れなないのです。氷は結晶形が現時かった微量のものを測定することが点で16種類ほど知られていますが、次号「科学の峰々」では引き続き、岡田哲男先生に技術革新を支える必須の基礎化学「分析化学」：「イオンクロマトグラフィー」から「アイスクロマトグラフィー」へ（下）をお話いただきます。

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