化学分析における基礎技術の重要性（3）Importance of Basic Technique on Chemical Analysis (3)― 微量分析における汚染源の特定とその対策 ―関東化学株式会社 草加工場 検査部

井上 達也
TATSUYA INOUE

Department of Inspection, Soka Factory, Kanto Chemical Co.,Inc.

1. はじめにある試験要員の試験結果が、常にナトリウムと亜鉛の2項目で他者に比べ 高い値を示したことがあった。そのISO 17025や各種GLPなどの認定取得において、試試験要員の動作を一部始終観察したが、当初は他者と験データの信頼性が問われることが最近一般的になりつ異なる操作は認められなかった。しかし、何回か観察すつある。妥当性確認をされた公定試験法であっても、そるうちに頭を指で掻く癖があることに気付き、その試験要れを用いる試験所ごとにデータの信頼性が異なることが員の髪を超純水で洗い、その洗浄液を筆者自身のそれ多い。一般的に、データの信頼性は使用する設備機器と比較した結果、亜鉛が高いことが判明した。この試験の性能とその保守管理、試験要員の熟練度、使用する要員の整髪料や洗髪料等を調査したところ、シャンプー試薬類の純度とその管理、それぞれの取扱いやサンプに亜鉛が含まれていることが明らかとなった。この他にリング、器具洗浄などの作業標準類等いわゆる４Ｍのレも制汗剤に含まれる銀をはじめとして様々な化粧品に含ベルに左右される。特に微量分析の場合、汚染源の特まれる金属化合物の汚染事例があるが、これらの汚染定とそれらへの対策がきわめて重要な課題となる。本稿

要因は服装や操作、こまめな手の洗浄等の規制によりあ

では、我々が今までに経験した汚染源に関する情報をる程度防止することができる。

紹介し、微量分析の基礎技術習得の一助となることを期待する。
表1. 吸着マットに吸着された金属元素

元素

ng/cm2元素

ng/cm2

Fe

1800

Mn28

試験室に運び込まれる汚染は、汗や唾液等の人体がNa

1500

Cr27

発する物質、衣服に付着している物質、化粧品を介しCa

930

Sr22て持ち込まれる物質及び靴底に付着して持ち込まれる

Zn

870

B

15物質等が主流である。

Al400

Cd<10Mg260

Co<10Si200

Li<10人体が発する汚染物質の代表は、汗と唾液であるが、Cu

81

Bi<10ナトリウム等これらに多く含まれる元素はほぼ定常的に検Ni

73

Mo<10出される。しかし、それ以外の元素は分析結果が毎回Ba

58

V<10大きく異なり、摂取した食品の影響も強く受ける。

Pb49

Be<10K33

2. 試験室に運び込まれる汚染

2.1 人体が発する汚染物質

化粧品の類による汚染では、次のような経験がある。

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2.2 靴底に付着して持ち込まれる汚染物質
最近では、試験室の入り口に靴底の汚れを室内に持マット等の使用は大変効果的であるので、分析施設の各所入口に設置されるよう推奨したい。

ち込ませないため吸着マットのが設置が普及している。
試験室入り口に設置したゴム製吸着マットに吸着された2.3 新設のクリーンルームやクリーンベンチから発生する汚染物質元素の測定例を表1.に示す。
サンプリングは、使用済みのマットの中央部分10cm四一般の試験室のみならずクリーンルームでも室内で表1方を披検試料とし、事前に酸で洗浄し超純水を染込ませの上位7元素が観測される。過去の経験では、新設したたろ紙（５種Ｃ）で拭きとることにより行った。そのろ紙をクリーンルームでは稼動当初にこれらの元素が顕著に観酸で洗浄して金属を抽出し、ICP発光分析で定量した。

測されることが多い。例えば、エアー・パーティクル・カウン

こうしたデータを解析することで汚染源を特定することがタでは何らの異常も検出できないが、放置法で金属汚染可能となる。表1の場合、多く捕獲された元素はセメントを調査すると前記の元素が観測され、日を追うごとに減の成分であるSiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgOあるいは少するもののその速度が極めて遅いといった現象に遭天井材として使用される石膏ボード成分、アルミサッシ成遇することがある。即ち、エアー・パーティクル・カウンタで分等と一致する傾向にある。また、塗料の成分である亜は検出できない更に微細な塵埃が室内に残留している鉛もしばしば検出される。鉄については意外な盲点があため、このような状態がしばしば見られる。設置工事中り、シューズボックスが汚染源である場合がある。試験に飛散したコンクリートや金属等の極微粉末が壁に付着室に入る際、通常室外履きと室内履きを履き替えるが、し、これらが徐々に剥がれ落ちてくるものと考えられ、そ同じシューズボックスに両方を入れる場合、金属製のシの対処として壁を洗浄したり拭き掃除すれば汚染レベル

ューズボックスでは、雨に濡れた室外履きを入れておくとを劇的に下げることができる。

かなり早い時期から錆が発生し、室内履きに金属汚染

図1は、クリーンルーム設置後運転を開始し、室内のカが伝播してしまうので無視できない対策点といえよう。一ルシウムが低下していく過程を測定したグラフである。初方、陰イオンについて検証したところ、表2に示す陰イオ回の測定値を100として放置法により経時変化を追った。

ンが検出された。

Ｃａの低下が遅いため、15日目に壁の洗浄を実施したところ顕著な効果が認められ、Ｃａ汚染が壁に付着した成表2. 吸着マットに吸着されたイオン

イオン

ng/cm2

Cl−

7000

NO3−

3500

SO42−

5700

分に起因していることが判明した。

サンプリングは、使用済みのマットの中央部分10cm四方を被検試料とし、事前に超純水で洗浄し超純水を染込ませたろ紙（５種Ｃ）で拭きとることにより行った。そのろ紙を超純水で洗浄しイオンを抽出して、イオンクロマトグラフで定量した。
観測されたイオンは、Ｃｌ−、NO3−、SO42−など最も一般

図1. 新設クリーンルーム内のCaの変化的なイオンばかりであった。これらの実験は、いずれもマット洗浄後5日間放置後のデータである。

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同時に他の成分も似た挙動を示した。この結果は、

以上のように、試験室には常に外部からの汚染が侵ICP質量分析装置が、クリーンルームに1台設置されてい入する危険性があるため、試験要員は可能な限り汚染る状況下での観測例であり、室内に各種装置、機器が物質を持込まないよう心掛けることが重要である。吸着更に設置されている場合では、更に複雑な観測結果とな

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化学分析における基礎技術の重要性（３）ろう。クリーンルームだから安心して運用できるわけではないという事例であるが、施設の適合性評価がいかに重要であるかお分かりいただけよう。

3. 室内で発生する汚染
我々の試験室では、試薬の分析を中心とした試験を実施している。試薬の試験では塩酸、硝酸を用いた比色、比濁分析あるいは加熱分解、蒸発乾固等の操作が頻繁に行われている。当然のことながら、これらの酸に図3. ガラスに付着した成分のイオンクロマトグラムよる室内汚染が気になる点である。そこで300 mLのガラス製ビーカーに酸性ガスの吸収液として超純水300 mLグラフで分析した結果である。先にも述べたように試薬を入れ、試験室に放置した後その吸収液をイオンクロマの試験では塩酸とアンモニア水の使用が多く、その状況トグラフで分析し、その経時変化を追った。によく一致した結果が得られた。
また、稀にではあるが、分析機器間での汚染も起きる。
実際にイオンクロマトグラフのすぐ脇にpH計を設置した場
合、塩化物イオンのブランクが上昇するケースがある。これは、pH電極の内部液及び保管液が塩化カリウム溶液であることに起因する。塩化カリウムは、乾燥再結晶化の際、温度条件及び空調（気流）によっては綿菓子のような軽い結晶となり飛散しやすくなる。試験室において分析装置間の交差汚染にも注意を払う必要があり、その際には空調（気流）と配置を関連付けて考慮しなければならない。

図2. 試験室内の陰イオンの変化

4. 各種材質からの汚染
図2にその結果を示す。Cl - 、NO 3-の吸収量、即ち室内の塩酸や硝酸ガスによる汚染は、時間の経過と共に上述の各項では、環境からの汚染について述べたが、進行していることが分かる。この汚染は作業時間帯（日容器や器具等試料及び試薬と接触する材質からの汚染中）に集中し、作業をしていない時間帯（夜間）では少なは、それを上回るインパクトを与える。最近では頻繁に使い様子が伺える。
図2中、初期の段階では、イオン吸収量が多く認められたが、これはハングリーウォーター（炭酸を含めイオンを含まない水）の効果によるのもと思われる。
また、試験室のガラスは、長らく清掃を怠ると白くなることがある。溶剤を多く使用する試験室では別であるが、ほとんどの 場合、試験室で使用した塩酸、硝酸、酢酸のアンモニウム塩が付着していることが多い。図3はガラスの付着物を超純水で洗い、その液をイオンクロマト

図4. 市販のPFAボトルの金属不純物測定例

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用されるようになったPFAに代表されるふっ素樹脂製のでどのような処理がなされているかなど、複数の要因に容器は、清浄な材質と錯覚されやすいが、実際には多く支配されている。したがって、ふっ素樹脂製容器は、購の不純物を含んでいる。

入後の洗浄が不可欠な要素である。例えば、マイクロウ

図4は、市販のPFA製ボトルの側面を切り取り、切り取ェーブ分解装置の分解容器はPFAが主流であり、μg／gった試料を表面側と裏面側に二分して切り離し、それぞレベルの分析には重宝であるが、ng／g付近からの高感れを分解処理しICP質量分析で金属を測定した結果で度分析では、図4に示すようなブランクの高さを示すので、ある。

なかなか信頼性のあるデータが得られず苦労することが一般的にふっ素樹脂製容器は真鍮製の金型で成型さ多い。その模範として、pptレベルで金属不純物を保証しれるため、その成分である銅及び亜鉛を取り込んでしまている市販の超高純度酸では、PFA容器に充填して供う。特にボトルの外側に多く残存していることがわかる。

給されている事例が挙げられるが、このようなテフロンのさらにPFAは多孔質であるためガス透過性が強く、容器汚染データを踏まえ、大変高度な容器の洗浄技術が投の内側だけを洗浄しても外側付近に残存する金属不純入され、品質が維持されているということがよく理解でき物であっても容器の内側に取り込まれる可能性が残り、よう。一方、ポリエチレン製容器では各種の添加剤が使信頼できる清浄度を維持しにくい傾向を有している。

用され、それらが汚染の要因となることが知られている。
表4にポリエチレン容器に含まれる金属不純物の測定例を示す。カルシウム及びマグネシウムが最も多く含まれ、表3. 容器成型前のPFA粉末に含まれる金属不純物測定例

元素ng/g

元素ng/g

またアルミニウム及びけい素もしばしば検出される。即ち

Al7Li<5

チグラーナッター系の重合触媒（けい素担体にアルミニウ

Ba<5Mg28ム及びチタン化合物を含む触媒）の残留やさらには着色

Ca

110

Mn<5剤として用いられる銅フタロシアニン（青）、チタン（白）、クCd<5Na22

ロム（緑）等の影響によるものである。これら一連のデータ

Co<5Ni5は、各材質に含まれる不純物の例であるが、分析に各種

Cr

21Pb<5

材質の容器や器具を用いる場合、こうした背景を理解し、Cu6Sr<5

適切な処理や目的にあった使い方が肝要である。

Fe23Tl<5

また、分析の前処理に用いる白金製のるつぼ及び蒸Ga<5V<5発皿では、しばしば研磨剤による汚染が問題となりやす

K<5Zn9い。もともと白金器具は成型加工の直後では市販品ほどの輝きは無く、これを研磨して仕上げられるため、研磨剤

表3は、成型前のPFA粉末の測定例であるが、図４のの残留が分析結果に影響を及ぼす場合がある。アルミニ

成型された市販品の測定結果と比較すると、成型時のウムのブランクがなかなか下がらないという状況に悩まさ汚染の状況が良く理解できよう。

れた方も多いかと推察しますが、白金器具でもこのようなこれらの汚染状況は、金型の管理や成型品のバリ取り影響の除去を考慮しなければならない。

表4. 市販のポリエチレン容器に含まれる金属不純物測定例

20ng/g12345678910Al

650

93200

701700

40000

2200

29000

110012000

Ca10090110230200

3206700

54031016000

Fe1006647335452779134120Mg

5330320881500

44000

2400

41000

1400

5200

Na1010200200500

450

900

580

430

3700

Si

150120190730

920

930

3901700

290

1200

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化学分析における基礎技術の重要性（３）高感度アンモニア測定試薬の開発

さらには加熱器具からの汚染も無視できない事例があ

高感度アンモニア測定試薬の開発※16ページより続くる。熱伝導型のホットプレート市販品の多くは本体がアルミニウムで作られており、非常に細かい錆が徐々に発生に、平成16年10月からは専用の検体前処理試薬（シカし、特に本体内部にファンを装備している場合では、微リキッドNH3除蛋白液）を加えて販売中である。

量の汚染を噴出するような状態で引き起こしやすい。こ酵 素 サイクリング 法は 本 稿 で 紹 介した 以 外にもうした場合、金属部の表面を樹脂等でコーティングした

ELISA 10）やバイオセンサー11）などへの応用が検討されり、本体の材質を樹脂製のものに換えるなど、また表面ている。また、近年盛んに研究されているμ-TASのようがガラスセラミック製の赤外線ホットプレートやハロゲンラな微小空間での微量試料の分析にも有効と思われる。

ンプホットプレートなどに換えることで、より汚染の少ない

このように酵素サイクリング法は超高感度検出法の一つ分析が可能となる。

として応用性が高いと考えている。

5. 分析による汚染

最後に、本試薬の開発にあたり、ご懇篤なるご指導を頂いた旭化成株式会社 診断薬事業部（現旭化成ファー

水酸化ナトリウムなどのナトリウム塩中の金属不純物をマ株式会社）の皆様に厚くお礼を申し上げる。

測定する場合、主成分を除去せずに各種の試料をICP質量分析装置に導入することがあるが、そのような場合参考文献

白金製のスキマーコーンを使用すると、熱伝導の関係で2時間ほどでスキマーコーンの穴がナトリウム塩で塞がれてしまう。その対策としてニッケル製のスキマーコーンを使用することとなるが、この場合、ニッケル製スキマーコーンをステンレス製スキマーベースと組み合わせると銅の汚染が発生し、時として銅の測定が困難となることがあり、このような場合にはスキマーベースを真鍮製にすると汚染が発生しなくなる。このように装置自身の部品の材質によって特異な汚染があるので配慮を要する。また導入系からスキマーベースに至る部品を新しいもので交換

1）上代淑人監訳: ハーパー･生化学 原書25版, 343-350, 2001, 丸善.
2）Medical Practice編集委員会編: アンモニア窒素 臨床検査ガ
イド2001〜2002, 234-236, 2001, 文光堂.
3）伏見了, 国沢貴久美, 林長蔵: 採血後のアンモニア上昇に対する研究, 臨床化学, 8: 311-319, 1979.
4）奥田拓道, 藤井節郎: 血中アンモニア直接比色定量法, 最新医学, 21: 622-627, 1966.
5）伏見了, 木下憲明, 林長蔵：ドライケミスリーの原理とその評価,
Medical Technology, 15: 984-986, 1987.

し次の測定を実施すれば、効果的に前の試料の影響を

6）Mondzac A, Ehrlich G E, Seegmiller J E: An enzymatic

除くことができるほか、ICP発光分析の場合では、試料導determination of ammonia in biological fluids, J Lab & Clin Med,入前に界面活性剤を注入して汚れを落とす等のテクニックも効果があるので推奨したい。

66: 526-531, 1965.
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5. おわりに8）美崎英生: 酵素サイクリング法による高感度測定法の原理, 検査と技術, 27: 973-980, 1999.

分析は、常に汚染との戦いといった一面を持っており、その目的を達成するためにいかなる環境下でどのような

9）加藤尚彦: 基礎生化学実験法（阿南功一ら編）vol 6 生化学的測定, 101-146, 1976, 丸善.

器具や試薬を用い、いかなる方法で行なうかを確実なも10）Johannson A, Stanley C J, Self C H: A fast high sensitiveのとすることが望ましい。しかし、実際の分析では予期

colorimetric enzyme immunoassay system demonstrating benefits

できない汚染に直面することも多く、それらをどれだけ多of enzyme amplification in clinical chemistry, Clin Chem Acta,

く認識できるかが重要なポイントとなる。さらには、試験方法の妥当性確認を実施し、かたよりのない結果が得られることを事前に確認しておくことも大切である。

149: 119-124, 1985.
11）Hasebe Y, Uchiyama S: Chemically amplified adrenal medulla
hormone sensor, based on substrate recycling using tyrosinase
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