有機基準物質の製造に関する検討
Investigation Concerning Production of Organic Reference Materials.

関東化学株式会社 草加工場 生産技術部

河野 浩幸
HIROYUKI KONO小野晃

AKIRA ONO
Production Technique Dept.,Soka Factory,Kanto Chemical Co.,Inc.

1990年代後半になると、商業取引のグローバルな拡大

1. はじめにに伴い、各国間での標準物質の基準を統一する必要性
環境汚染が社会へ 及ぼす影響についての話題が日が高まってきた。わが国においても知的基盤整備計画の常化し、環境問題への関心の高まりを背景に、環境汚一環として、標準物質を急速に整備する方針が当時の染対象物質の種類も増加の一途を辿っている。また規通商産業省工業技術院知的基盤課により設定され、物制値がより低濃度化しているなどの状況から、それらを正質工学工業技術研究所（現在の独立行政法人・産業技

確に測定するための機器分析では、基準物質の重要性術総合研究所）及び、製品評価センター（現在の独立行がますます高くなってきている1）, 2）。

政法人・製品評価技術基盤機構）が中心となってその開機器分析の質を高めるには、測定機器の分析精度の発が実施されてきた。また社団法人日本化学工業協会

向上や自動化など、ハード面での充実が重要であることなどを通じて、それらの基準となる高純度の基準物質のは言うまでもない。しかし、日常使用されている多くの測製造が民間企業へ委託された。

定機器は、対象物質の絶対量を直接測定しているので当社でもこの6年間（1998〜2003年）に表1の有機基はなく、電流値や電圧値として得られる値を測定物質ご準物質について製造委託を受け、全ての物質の製造をとに校正して濃度を求めている。したがって、それらを完了した。本稿ではこれら37物質の内、モノクロロベンゼ校正するための基準となる標準物質が必要となり、そのン及び1,2-ジクロロベンゼンを例に検討した内容を報告

充実も極めて重要である。

する。

表1 高純度有機基準物質委託製造品リスト

第Ⅰ期品目

第Ⅱ期品目

第Ⅲ期品目

1 エタノール

11 o-キシレン

1 trans-1,2-ジクロロエチレン

1 1,2-ジクロロベンゼン

2 ベンゼン

12 ｍ-キシレン

2 ブロモホルム

2 1,3-ジクロロベンゼン

3 トルエン

13 ｐ-キシレン

3 ジブロモクロロメタン

3 1,2,4-トリクロロベンゼン

4 1,2-ジクロロエタン

14 1,1-ジクロロエチレン

4 ブロモジクロロメタン

4 1,2,4-トリメチルベンゼン

5 ジクロロメタン

15 cis-1,2-ジクロロエチレン

5 1,2-ジククロプロパン

5 1,3,5-トリメチルベンゼン

6 四塩化炭素

16 1,1,2-トリクロロエタン

6 アクリロニトリル

6 4-エチルトルエン

7 クロロホルム

17 trans-1,3-ジクロロプロペン

7 モノクロロベンゼン

7 塩化ベンジル

8 テトラクロロエチレン

18 cis -1,3-ジクロロプロペン

8 1,1-ジクロロエタン

8 スチレン

9 トリクロロエチレン

19 エチルベンゼン

9 1,1,2,2-テトラクロロエタン

10 1,1,1-トリクロロエタン

10 1,4-ジクロロベンゼン

THE CHEMICAL TIMES 2004 No.3（通巻193号）

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2. 有機基準物質の開発に関する概要［少量試作蒸留］
2Ｌ精密蒸留装置（柴田科学（株）製HO-1000-T型：オ

有機化合物は、同一の化学組成であっても異なる構造

ルダーショウ式（棚段数30）真空外套蒸留塔）
を用い、水の異性体が多数存在することや、無機化合物に比べて分の増加を防ぐために全てアルゴンガス気流下で原料モ容易に酸化や分解などの化学変化を起こすなどの理由

ノクロロベンゼンの蒸留（10個のフラクションに分取）を行から高純度物質の製造は容易ではない。今回、委託さった。各フラクションのGC純度は99.835〜99.999％、れた有機基準物質のほとんどは、揮発性有機化合物

水分は9〜30ppmであり、脱水後に本蒸留を実施すれ（Volatile Organic Compound：VOC）に相当し、揮発ば、純度99.9％以上で、水分10ppm程度の高純度品性を有することから、本稿で報告する2物質のように、基本が得られると判断した。

的には図1の検討・製造フローに示す方法により有機基準物質の製造を行った。但し、分解し易い物質については安定剤の調査、検討を行い、その添加について個別に対応した。

［本蒸留］
アルゴンガス気流下でモレキュラーシーブ4Ａ（カラム法落下式）
を用いて脱水した原料モノクロロベンゼン（水分尚、高純度化工程において各基準物質は、不純物と4ppm）17Lを、図2の写真に示した精密蒸留装置（柴田して総有機物含量0.1％程度を目標として検討を進めた。

科学（株）製OD-20特型：オルダーショウ式（棚段数50）
真空外套蒸留塔）に仕込み、蒸留を行った。1.5Ｌ×9個の蒸留フラクションを2Ｌ共栓付ナスフラスコに分取し、最終的に使用するフラクションを混合するまでの間テフロンテープで厳重にシールして保管した。

図1 有機基準物質の検討・製造フロー

3. 製造方法及び分析結果
モノクロロベンゼン及び1,2‐ジクロロベンゼンの2物質について、その製造方法及び分析結果を以下に述べる。
3.1 モノクロロベンゼン［原料選定］

図2 20L精密蒸留装置

関東化学
（株）
製 鹿特級 500mL（Lot No.308F1575）の純度及び水分を分析した結果、純度99.986％、水分34ppmであることから、これを原料として選定した。

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上記9個の蒸留フラクション及び蒸留残について、GC

尚、純度はGC（FID、カラム：HP-1）で測定し、水分は平純度、水分（蒸留残は除く）を測定した。原料及びフラク

沼産業（株）製ＡＱ-7（カールフィッシャー電量滴定方式）

ションNo.7（F-7）のクロマトグラムを図3、4に示す。図にで測定を行った。

示したように、原料では主成分ピークの後に3本の不純THE CHEMICAL TIMES 2004 No.3（通巻193号）

有機基準物質の製造に関する検討

物ピークが認められたが、精製後のF-7では主成分ピー［アンプル間差の確認］

クのみ認められ、良好な精製効果が確認された。

（GC純度）

F-6〜F-8の3フラクションでは、GC純度が100.000%、アンプル熔封順の約50本毎にGC純度を測定した。

水分が5.6〜6.9ppmであり、この3フラクション（計4.5Ｌ）

その結果、濃度が10ppmを越す不純物は認められず、を基準物質として使用することについて、関係機関へ主成分の純度は99.999％〜100.000％であることから、確認を取り了解を得た。尚、F-1〜F-9の水分は5.1〜アンプル間差はほとんどないと判断した。

8.5ppmと安定していた。

（水分）
グローブボックス内にＡＱ-7水分計を入れ、十分にアルゴンガスで置換した後、アンプル熔封順の50本毎に水分を測定した。試料の採取は5mLのシリンジを用いて5mLを正確に計量し、モノクロロベンゼンの密度から質量換算し水分濃度を算出した。結果を表2に示す。
水分濃度は、14.2〜15.6ppmと低く、安定した値であった。
表2 モノクロロベンゼンのアンプル間差（水分：ppm）

ｱﾝﾌﾟﾙ 1

ｱﾝﾌﾟﾙ 60 ｱﾝﾌﾟﾙ 113 ｱﾝﾌﾟﾙ 167 ｱﾝﾌﾟﾙ 228 ｱﾝﾌﾟﾙ 25814.214.3

図3 モノクロロベンゼン原料のクロマトグラム

14.915.614.814.7［試薬試験項目及び金属不純物の分析］
試薬試験項目はアンプル熔封残液を用い、代表的な6項目を分析した。分析結果を表3に示す。密度、屈折率は文献値とほぼ同じ値であり、酸、アルカリとも1ppm以下であることから、蒸留、アンプル熔封等の工程において分解や汚染は起こらなかったものと判断できる。
図4 モノクロロベンゼン精製品（No.7）のクロマトグラム［アンプル充填･熔封］
アンプルは、呼び容量20mLの硼珪酸ガラス製アンプ

表3 モノクロロベンゼンの分析結果（試薬試験項目）

分析項目

分析結果

エタノール溶状澄明

密度1.106ｇ／mL

n 20D

1.5243ル（日本硝子産業（株）製）
を予め純水で洗浄後、105℃

屈折率で1時間乾燥したものを使用した。

酸（HClとして）1ppm以下

2Ｌ共栓付ナスフラスコに分取したNo.6〜８の3フラクシ

アルカリ（NaOHとして）1ppm以下ョンを、予めアルゴンガスで置換した5Ｌ栓付フラスコに遊離塩素試験適合

吸湿しないようアルゴンガスにより圧送、混合して充填品を調製し、15mLずつを充填した。充填前後にアルゴン

また、金属不純物の分析は、アンプル熔封品3本を用いガスでアンプル内を十分に置換した後、素早くバーナー

ICP-MSにより行った。Ag，Al，Ba，Be，Bi，Ca，Cd，にて熔封した。アンプル充填順に通し番号を付け、記録

Co，Cr，Cu，Fe，Ga，K，Li，Mg，Mn，Na，Ni，Pb，した。尚、充填はガラス製の分注器を使用し、配管等Sr，Znの21元素について分析した結果、何れも1ppbの部品は全てテフロンを使用した。

以下であり、金属不純物による汚染は認められなかった。

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3.2 1,2-ジクロロベンゼン

テフロンテープで厳重にシールして保管した。同様の操［原料選定］

作を更に1バッチ行った。

関東化学
（株）
製 鹿特級 500mL（Lot No.409F1353）

上記2バッチのそれぞれ9個の蒸留フラクション及び蒸の純度及び水分を分析した結果、純度99.749％、水分留残について、GC純度、水分（蒸留残は除く）の測定27ppmであることから、これを原料として選定した。

を行った。原料及び本蒸留-2のフラクションNo.8（F-18）

尚、純度はGC（FID、カラム：DB-WAX）で測定した。のクロマトグラムを図6、7に示す。図に示したように、原料では主成分ピークの前後に多数の不純物ピークが認［少量試作蒸留］
原料1,2-ジクロロベンゼンをモレキュラーシーブ4Ａで脱水した後、モノクロロベンゼンと同様に2Ｌ精密蒸留装置をめられた。しかし、精製後のF-18では不純物ピークは著しく減少し、主成分ピークのGC純度は99.993％と良好な精製効果が確認された。

用いて蒸留（10個のフラクションに分取）を行った。各フラクションを分析した結果、純度は98.676〜99.985％、水分は6〜11ppmであり、純度99.9％以上、水分10ppm程度の高純度品が得られると判断した。
尚、脱水〜蒸留の操作は水分の増加を防ぐために全てアルゴンガス気流下で実施した。
［本蒸留-1、2及びアンプル充填･熔封］
1,2-ジクロロベンゼンは沸点が179~180℃と高く、構造及び材質の面で精製には2Ｌ精密蒸留装置の方が適していることから、蒸留フラスコを5Ｌに変更した図5に示

図6 1,2−ジクロロベンゼン原料のクロマトグラムした装置を使用して本蒸留を2バッチ行った。

図7 1,2ジクロロベンゼン精製品（No.18）のクロマトグラム

尚、2バッチとも同様の傾向を示し、主成分のGC純度はフラクションNo.1からNo.9まで徐々に高くなる傾向が認められた。保持時間が主成分より前の不純物のピーク
図5 2L精密蒸留装置

はNo.1からNo.9まで徐々に小さくなったが、主成分ピー

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少量試作蒸留と同様にアルゴンガス気流下でモレキュクの後の成分は、蒸留残として残っていた。また、水分ラーシーブ4Ａを用いて脱水した原料1,2-ジクロロベンゼ

は各フラクションとも5〜7ppmのほぼ同様の値であった。

ン（水分3.9ppm）4.6Ｌを5Ｌ精密蒸留装置に仕込み、蒸各フラクションの分析結果より、主成分のGC純度が高留を行った。450mL×9個の蒸留フラクションを500mL

く、不純物のピークが小さいフラクションとして、本蒸留-1共栓付ナスフラスコに分取し、フラクション混合までの間

では、GC純度99.979〜99.997%、水分4.7〜4.9ppm

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有機基準物質の製造に関する検討のフラクションNo.7〜9を選択した。

4. まとめまた、同様に本蒸留-2ではGC純度99.980〜99.998%、水分5.0〜5.2ppmのフラクションNo.17〜19を選択

本稿では、基準物質の製造検討に関する報告の第1し、これら6フラクション計2.7Ｌを基準物質として使用す

報として基本的には前述の「図1 有機基準物質の検討・ることについて関係機関へ確認を取り了解を得た。

製造フロー」に沿って製造を行った2物質を例に検討内容

3.1と同様の操作で2バッチの計6フラクションを混合した後、15mLずつアンプル充填･熔封を行い、アンプル充の概略を説明した。しかし、物質毎に物性も夫々異なり、各工程において多くの検討を必要とした。
例えば、GCの分析条件については、最終的に国家

填順に通し番号を付け、記録した。

標準として供給される物質であることから、関係機関と［アンプル間差の確認］密に連絡を取るなどして設定を行なった。また、原料に3.1と同様の方法でアンプル熔封順の約50本毎にGCついてはできる限り純度が高く、GC分析上主成分ピー純度と水分の測定を行った。水分の分析結果を表4にクと近接する不純物が少ないものを選定したが、少量試示す。

作蒸留の結果が思わしくない場合には、改めて他の原料の調査も実施した。

表4 1,2‐ジクロロベンゼンのアンプル間差（水分：ppm）

アンプル熔封では、基本的な操作条件に加えて、個々ｱﾝﾌﾟﾙ 3

ｱﾝﾌﾟﾙ 29ｱﾝﾌﾟﾙ 51

ｱﾝﾌﾟﾙ 757.47.16.86.3

ｱﾝﾌﾟﾙ 95 ｱﾝﾌﾟﾙ 117 ｱﾝﾌﾟﾙ 137

6.56.97.2の物性に合わせて更に条件を絞り込む必要があるため、毎回所定の本数を試作品として熔封し、状態を確認後、熔封作業を行なった。

GCの分析結果では、濃度が10ppmを越す不純物は以上のように、「有機基準物質の製造」という技術は、変動係数（CV値）0.3％以下であり、アンプル間差はほと各工程に関する多くの検討の積み重ねにより築き上げらんどないと判断した。また、3.1と同様にアンプル熔封順れたものであり、現在当社の重要な固有技術力の一つの約50本毎に水分を測定した結果、6.3〜7.4ppmと低になっている。先にも述べたように、本報では安定剤をく、安定した値であった。

加えたりせず、ほぼ基本プロセスに沿って製造した物質を例に説明したが、今後また機会があれば本誌上にて［試薬試験項目及び金属不純物の分析］
試薬試験項目はアンプル熔封残液を用い、代表的な4安定剤の添加等に関して検討した例についても紹介したいと考えている。

項目を分析した。分析結果を表5に示す。密度は文献値とほぼ同じ値であり、酸1ppm以下、不揮発物0.001%

5. 謝辞

以下であることから、工程において分解などはほとんど起こらなかったものと判断できる。

本件の検討を進めるに際しては、原料選定、GC測定

また、金属不純物の分析は、アンプル熔封品3本を用条件選定、最終使用フラクションの選定等において、有い、ICP-MSにより3.1と同様に21元素について分析した

機基準物質の製造依頼をいただいた独立行政法人・産結果、何れも1ppb以下であり、金属不純物による汚染業技術総合研究所及び、独立行政法人・製品評価技術は認められなかった。

基盤機構の関係者の皆様にご指導並びにご協力いただ
きました。この場を借りて厚く御礼申し上げます。

表5 1,2‐ジクロロベンゼンの分析結果（試薬試験項目）

分析項目

分析結果

密度1.310ｇ／mL

エタノール溶状澄明

1）井原俊英，THE CHEMICAL TIMES, No.181,3 (2001)

酸（HClとして）1ppm以下2）上野博子，THE CHEMICAL TIMES, No.187,1 (2003)

不揮発物

0.001％以下

引用文献

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ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（7）パラケルススScientists and Engineers in German Stamps (7). Paracelsus
筑波大学名誉教授

原田馨

KAORU HARADA
Professor Emeritus,University of Tsukuba.

パラケルススパラケルスス（Paracelsus Philippus Aureolus, 本名 Theophrastus
Bombustus von Hohenheim, 1493-1541）
は、スイスのアインジーデルンで生まれたルネッサンス期の特異な医者、思想家であり、また化学者（錬金術者）であった。彼の家系はシュワーベン地方の貴族の家柄であり、彼の本名のあとにvon Hohenheimと称するのは彼の一族がホーエンハイムに領地を持っていたことを意味する。現在ドイツのシュトットガルトに接するホーエンハイムの町にはパラケルススの名を冠したパラケルスス通り（Paracelsus Strasse）があり、パラケルスス・ギムナジウム（ParacelsusGymnasium）と称する高等学校があった。パラケルススとホーエンハイム
パラケルススの切手。西ドイツ発行。1947年。の町が歴史的にどのように関わっているかよく分からないが、ルネッサンス末期の特異な学者パラケルススの存在はホーエンハイムの人々にとって町の誇りであるに違いない。
パラケルススは幼少の頃から優れた教育を受け、16歳の時にバーゼル大学で医学と物理学を学んだ。彼はここで古い医学の伝統的理論及び実践的方法、すなわちアリストテレス、ガレノス流の医学における欠点を認めると共に、新しい錬金術（化学）を創始した。古代から中世に伝承された錬金術は基本的にはアリストテレスの原質説に基づくものであり、万物は土、水、空気、火の４原質の結合により生成していると考えられた。しかしパラケルススはこれに反し、生物を含む万物は水銀、イオウ及び塩から成ることを主張し、新しい錬金術的物質観を唱えた。それまでの錬金術の目的は、第一に高価な金属である金を得ること、第二に不老不死の薬を得ることであったが、パラケルススは錬金術の目的は患者の病気を癒す薬を創成することであると主張した。
16世紀には無機の強酸が発見されたので、種々の塩類を入手することが可能になった時代であり、パラケルススはこれらの塩類を作ると共に、

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