食品容器及び包装材料から発生する臭気成分及び化学品製造物から発生するガス分析
日本分析工業株式会社

内野滋己

高橋進一

試料から発生する揮発性成分をパージガスで追い出し、適当な吸着剤にトラップする（パージアンドトラップ：P＆T）ヘッドスベース法は、試料より発生する揮発性成分を強制的に追い出すため、分子量の大小を問わず、微量揮発性成分の分析に適した方法である。
JHS−100 型（日本分析工業製）も、P＆T−ヘッドスペースサンプラー
で、様々な形態の使用の分析を可能にするために、下記の 8 種類の付属装置を開発してきた。

AQ−200：液体試料、水を多く含む紙や土壌の揮発性成分の捕集

AL−410：

室内外の大気挿集

CG-77：

ＨＤ-3.5：HD-5.25：

プラスチックや塗料、木材などの燃焼時のガス及び熱分解ガスの捕集
コンピューター用 3.5
ハードディスク
表面から発生する揮発性ガスの捕集
同 5.25 用

Ｏ-ＨＤＤ：ハードディスクドライブを稼働中に発生する揮発性ガスの捕集

HDD−200：ハードディスクドライブ構成材より発生する揮発性ガスの捕集

ＳＷ−8：シリコンウェハーより発生する有機化合物の捕集．

ここでは、JHS−100 型を使用した食品包装用ポリマーの分析例を紹介する。
また、CG−77 型を使用したそれらポリマーの燃焼ガス分析例も紹介する。

1−1 キューリーポイント
JHS−100 型

ヘッドスペースサンプラー

図 1 に我々の開発したキューリーポイントヘッドスペースサンアラーJHS−100 型の構造を示す。JHS−100 型は内蔵されたサンプルヒーターにより試料を加熱し、同時にパージガスで試料より発生した揮発性成分を、八方バルブを介して吸着剤にトラップする。次に、このようにしてトラップされた揮発性成分を、キューリーポイント加熱法により吸着剤より熱脱著し GC へ導入することができる．
この装置のサンプルを加熱する温度は、室温から 350℃まで任意の温度に設定することができるので、例えば、様々な製品の使用時に発生する揮発性成分や、樹脂成型時に発生する揮発性成分の分析が可能となる装置である。

1−2

ポリフロピレンフィルム中に残存するインク溶剤の分析

図 2 はポリプロヒレン樹脂をベースポリマーとした包装材料（ラッピングフィルム）を 100℃（ベースポリマーが分解しない温度）で加熱し残留している溶剤の分析を行ったクロマトグラムである。トルエンの他にジエチレングエリコー
ルモノエチルエーテルをはじめ、ジプロピレングリコール，ジプロピレングリコールメチルエステル等のインクなどに使用される溶剤が検出されている。

1−3

ABS 樹脂に残存する低分子化合物の分析

図 3（a）に ABS 樹脂 0.3mg を熱分解して得られたパイログラムを、（b）に同じ試料 135mg を 320℃で加熱し発生した揮発性成分の P＆T クロマトグラムである．
（a）のパイログラムからは、ブタジエン・アクリロニトリル，スチレンなどのモノマーの他に、アクリロニトリル-アクリロニトリル-ステレン（AAS），アクリロニトリル-ステレン-アクリロニトリル（ASA）やステレン-スチレン-スチレン（SSS）のトリマー群が検出されている。
一方、（b）の P＆T クロマトグラムからは、パイログラム（a）では見られないピーク g,h,I,j が観察されている。また、両クロマトグラムに共通するピーク、アクリロニトリル，トルエン，ステレンなとは、樹脂中に残存する未反応物、もしくは、樹脂を製造する課程で一部が分解され検出されたものと推定される。更に、P＆T 分析より待られたヒーク g，h，i，j は ABS 樹脂の重合開始剤イソプロピルクミルヒドロバーオキサイドが分解して生成されたものと推定される。
このように P＆T 分析では、その抽出温度を変えたり、また熱分解分析の結果と比較することにより，残留溶剤や添加剤などに関する多くの情報を得る事ができる。
表1

図4

図 3 中のピークの化合物

イソプロピルクミルヒドロパーオキサイドの熱分解生成物

1−4

液体サンアラー

AQ−200 型

微量揮発性成分を、冷媒で冷却した吸着剤にトラップ／濃縮する P＆T 法は微量の揮発性成分を分析するのに適した方法である。ところが、この方法では試料中に水が含まれている場合、冷却した吸着剤こ水が結露し目的成分のトラップ／濃縮効率が低下してしまう。そこで水を含んだ試料からいったん大量の吸着剤に揮発性成分をトラップ（一次トラップ）し、その後、水を効率よく除去し、次に冷却した少量の吸着剤に再トラップ（二次トラップ）するニ段トラップ法のパージアンドトラップ装置 AQ−200 型を開発した・
この装置により、JHS−100 型を使用して親水性試料や、液体試料中に含まれる微量揮発性成分の分析が可能になった。

AQ−200 型は上述のニ段トラップを行う装置である。後述の方法による一次トラップを行ったのち、この一次試料管をホルダーごと抜き取り JHS−100 型の試料管の位置にセットして揮発性成分の脱着を行い、分析する。AQ−200 型の構成図を図 5 に示す．

図5AQ-200 型の装置構成図

JHS-100 型の一次トラッア管（JHS-100 型用 10ml 試料管）には、通常 2.5g の Tenax−GR を充填したものを使用する．一次トラップ管にドライングガスを流すことによって、吸着剤に到達する水を乾燥除去する事ができる．水が、より過剰に吸着剤に到達する場合は、水の気化熱によりトラップ管内に結露が生じ、効率的に水を除去することができなくなる．そこで、この結露を防ぐにはトラップ管を 30℃程度に加熱しておけば効率よく水を除去できることが分かった。
この様にして水の除去が終わると、トラップ管を抜き取り、これを JHS−100 型のサンプルヒーターで加熱し、吸着剤にトラップされていた揮発性成分を、あらかじめ液体窒素で冷却された吸着剤に再トラップする。その後、再トラップさせた揮発性成分をキューリーポイント加熱により再脱着させ、そのまま GC へ導入し揮発性成分分析を行う。
1−5

油剤から発生する異臭成分の分析

図 6 は、合成繊維製造時に油剤として使用される異臭のあるグリコール系界面活性剤を 60℃で加熱し、二段トラップ法により分析を行った P＆T クロマトグ
ラムである。
クロマトグラムの高沸点側には、主成分であるグリコール系化合物や、多価アルコールが検出されている．一方、クロマトグラムの低沸点側には、アセトン，メチルアセテート，エタノールなとが検出され、これらの化合物が臭気の原因であると推定することができた。

1−6燃焼ガスサンプラー

CG−77 型

燃炊の基本反応は、酸化及び分解等であり、いずれも強い発熱反応をし、火炎の発生を伴う．一般に、気体の燃焼が生ずるためには、酸素が気体中に一定濃度で存在し、かつ、燃焼反応を生じさせるために、点火エネルギーを必要である．
また、有機物は、理想的な燃焼をすると水とニ酸化炭素（炭酸ガス）になる．しかし、固体表面が触媒作用を持ったり、酸素の濃度などにより同じ燃料を燃焼しても、再現性のある燃焼を得ることは難しい．
一方、ポリマーの燃焼を考えたとき、ロウソクに代表されるように、第−にポリマーの分解による主鎖の分解、すなわち熱分解が起き、次にその熱分解物が、酸素と反応して燃焼が起きると考えることができる．この考えに基づき、一定の条件でポリマーの熱分解後、その分解ガスにフィラメントで着火することにより、再現性のある燃焼ガス分析が可能であると考え、キューリーポイント燃焼ガスサンプラーCG−77 型を開発した．図 7 に CG−77 型の概略図を示す．

①点火コイルコネクタ ②燃焼管ホルダ⑤パイロホイル受け⑨燃焼ガス吸着管⑤熱分解ホイル①燃焼管④パイロホイル受け取付けねじ⑦点火ホイル①液体窒素接続コネクタ
図7

CG−77 型の装置構成図⑤保温パイプこの CG−77 型は、試料をパイロホイルに包み込み、試料導入路にセットし、図の位置まで挿入する。次に、熱分解を行う前に、燃焼用フィラメントに通電し、フィラメント温度が一定になったところで、熱分解を行い、分解ガスの着火→燃焼を行う。この時、酸素は、フローコントローラーより一定量燃焼室内に供給される。その後、燃焼ガスは、吸着剤にトラップされる。吸着された燃焼ガスは、JHS−100 型にセットし、分析を行う。この方法は、前述のニ段トラップ法によるもので、また、燃焼用フィラメントに、通電しなければ、空気中での熟分解分析も可能である．
1−7α−メチルスチレンを含む ABS 樹脂の燃焼ガス分析

図 8（a）に、α−メチルステレンを含む ABS 樹脂 0．53mg を毎分 200ml の空気を通気させながら 740℃で 5 秒間熱分解して得られたパイログラムを示した．
一方、（b）は、同一試料 1・03mg を毎分 200ml の空気を通気させながら 740℃で熱分解し、その分解ガスを燃焼させて得られた燃焼ガスクロマトグ
ラムを示した．

図 8（a）と（b）のクロマトグラムを比較すると、アクリルニトリル・スチレン及びα−メチルスチレンは、共通して生成することが分かる。
燃焼ガスクロマトグラムでは、ベンゼン・ベンゾアルデヒド，インデン及びナフタレン等の多環芳香族が多く検出されたことが、特徴的である。
また AS，SA，ASA，ASS 等のダイマー・トライマー成分の生成比が異なることから、ABS 樹脂の燃焼効率を求めたグラフを、図 9 に示す。
図から、この樹脂の燃焼効率は 79〜88％であることが分かった。

2

食品包装用ポリマーから発生する揮発性成分の P＆T 分析

近年高分子化合物は、様々な分野で多く使用され、日常生活では、衣類をはじめとして電機製品・家具・自動車へと広く使用されており、身近な存在でもある。
特に、我々の生活と最もかかわり合いの深い食品関連の分野では、電子レンジによる加熱調理や輸送・保存のために多くの食品包装用ポリマーが使用されている．
それらのほとんどは、ポリスチレン，ポリプロヒレン，ポリ塩化ビニル樹脂なとが使用されている．ところが、加熱調理時なとに包装材などのポリマーから揮発性成分が発生し、食感を損なう場合がある。
これらの食品包装用ポリマーから発生する揮発性成分の分析法は、スタティック
ヘッドスペース法，パネラーを用いた官能試験法なとが従来から行われてきている。しかし、スタティックヘッドスペース法では、高沸点化合物の分析が困難であったり、また、官能試験ではパネラーの個人差などにより判定値が異なることがある．更に、揮発性成分を直接人間の臭覚により判別する GC オルフアクトメーターも有効な方法であるが、臭気成分は微量であっても強く感じる化合物があり、濃度が低い場合判別できない場合がある。
一方、P＆T 法は、前述の通りパージガスを使用して試料（ポリマー等）から強制的に揮発性成分を追い出し、吸着剤にトラップ／濃縮する方法であり微量の揮発性成分の分析を行うのに適した方法である。
そこで我々は、この P＆T 装置を使用して食品包装用ポリマーを直接加熱することによって発生する揮発性成分の分析と、燃焼ガスサンプラーを使用して、これら試料の燃焼時に発生する燃焼ガス成分を分析し発生する揮発性成分の検討を行つた。

2−1 分析条件
各試料の分析は下記の分析条件で行った．
ヘッドスペース分析
JHS−100
熱抽出温度：120℃，10 分

吸着剤：

ガラスウール

熱脱着温度：

255℃，30 秒

トラップ温度

GC／MS：QP−5000
カラム：

PTE−5（30m×0.25mm）

温度プログラム：

40℃（3 分）〜300℃，10℃／分

キャリアーガス：

ヘリウム，1．2ml／min

スプリット比：1：30：

約 75mg

熱抽出温度：

280℃，10 分

吸着剤：

ガラスウール

サンプル量
燃焼ガス分析JHS−100

ニ次トラップ温度：
熱脱着温度

−60℃
255℃，30 秒：

CG−77
燃焼室温度：

250℃

一次トラップ温度：

0℃

熱分解温度

740℃，5 秒：

GC／MS：QP−5000
カラム：

TC−5（30m×0.32mm）

温度プログラム ：40℃（3 分）〜300℃

キアリアーガス：

ヘリウム，2.0ml／min

スプリツト比：1：100

サンプル量

：

約 1mg

10℃／分

−60℃

2−2

試料

一般に市販されている食品包装用ラップフィルム 2 点及び、調理用シート 3 点を分析用試料とした．分析に供した試料を表 2 に示す．

表2
1

試料名

試料名

原材料名

クロマトグラム

食品包装用

ポリ塩化ビニリデン樹脂

図 10

ポリ塩化ビニル樹脂

図 11

ラップフィルム
2

食品包装用
ラップフィルム3

クッキングシート（1）ポリプロピレン樹脂

図 12

4

クッキングシート（2）

グラシン紙

図 13

シリコーン樹脂5クッキングシート（3）紙ポリエチレンフィルム
パルプ
不繊布

図 14

2−3

ポリ塩化ビニリデン製ラップフィルム

図 10（a）はポリ塩化ビニリヂン製の食品ラップフィルムから得られた P＆Tクロマトグラムであり、（b）は、燃焼ガスサンアラーCG−77 型を使用し、試料の燃焼時に発生した成分を分析した燃焼ガスクロマトグラムである．
図 10（a）のクロマトグラムからは、C15〜C19 のパラフィン系化合物及び脂肪酸エステル系可塑剤のトリブチルアセチルシトレートとそれの分解物が検出された。
図 10（b）のクロマトグラムからは、（a）の P＆T 分析と同様に、脂肪酸エステル系可塑剤剤のトリブチルアセチルシトレートが検出された。また、P＆T 分
析では検出されていない、ジクロルベンゼン，トリクロルベンゼンートリクロル
スチレンなとの含塩素系芳香族化合物が検出された。

2−4

ポリ塩化ビニル製ラップフィルム

図 11（a）は、ポリ塩化ビニル製の食品ラップフィルムから得られた P＆Tクロマトグラムであり、（b）は燃焼ガスクロマトグラムである．
図 11（a）のクロマトからは、界面活性剤のノニルフェノール類，脂肪酸系可塑材のジヘキシルアジペート及びジオクチルアジペートが検出された．
図 11（b）のクロマトグラムからは、脂肪酸系可塑材ジヘキシルアジペートなとのアジペート化合物と P＆T 分析では検出されていない、ベンゼン，トルエン，ステレン及びナフタレンなとの、多くの芳香族化合物が検出された。

2−5クッキングシート（1）

図 12（a）は耐熱温度 130℃と表示されているポリプロピレン製クッキングシートから得られた P＆T クロマトグラムであり、（b）は燃焼ガスクロマトグラムである．
図 12（a）のクロマトグラムからは、C13〜C22 のパラフィン系化合物 2．
6−ジーターシヤルーブチルフエノール及び 2−メチルー2−フェニルペンタンが検出され、これらフェニル化合物は、添加剤の分解生成物ではないかと推定できた。
図 12（b）のクロマトグラムからは、パラフィン系化合物の他にベンゼン，スチレンン

インデン，ナフタレンなどの、多くの芳香族化合物が検出きれた。

2−6

クッキングシート（2）

図 13（a）はグラシン紙とシリコーン樹脂からなるクッキングシートから得られた P＆T クロマトグラムであり、（b）は燃焼ガスクロマトグラムである。
図 13（a）クロマトグラムからは、C17〜C24 のパラフィン系化合物，添加剤の分解生成物の一部と推定できる 2−メチル-2 一フェニルペンタン，メチルー2-ブトキシベンゾエート更に、フタル酸系化合物としてブチルフタレートが検出された。
図 13（b）のクロマトグラムからは、n＝3，ｎ＝4 のジメチルシリコンと、セルロースの熱分解生成物であるリボグルコサン，フルフラールが検出された。
また、多くの試料と同様にベンゼン，トルエン，ナフタレンなと多くの芳香族化合物が検出された。

2−7

クッキングシート（3）図 14（a）は紙・ポリチレン・パルプ・不繊布の 4 層からなるクッキングシートから得られた P＆T クロマトグラムであり、（b）は燃焼ガスクロマトグラムである。
図 14（a）のクロマトグラムからは、C13〜C19 のパラフィン系化合物と、ジブチルアチベート，3−フエニルーエイコサン、更にメトキシー2 一ベンジルベンゾエート，ジブチルフタレートが検出された。また、カブロラクタムのと−クが検出されていることから、この試料の不織布はナイロン製であることが分かった。
図 14（b）のクロマトグラムからは、ポリエチレンの分解生成物と紙の分解生成物であるリボグルコサン、更にベンゼン，トルエン，スチレンなとの芳香族化合物が検出された。

3まとめ

以上の分析結果から P＆T 法により、食品包装用ポリマーや調理用シートなどから発生する微量の揮発位成分を濃縮し分析が可能であることが分かった。
このことから、P＆T 法と GC オルフアフトメーターを組み合わせた分析方法により、微量の臭気化合物の判別を高感度に行えると推定できる。
また、燃焼ガスサンプラーを使用したそれぞれの試料の分析結果より、燃焼時に多くの芳香族化合物が生成されることが分かった。