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化学分析における基礎技術の重要性（6）Importance of The Basic Technique on Chemical Analysis (6)─不確かな試験方法とその工夫── Uncertainness in the Analysis Method and their countermeasures ─
関東化学株式会社 検査部

井上 達也

TATSUYA INOUE
Inspection Dept., Kanto Chemical Co.,Inc.

1．はじめに除去したグローブボックス等の中で試料を取り扱うことであるが、実分析では作業性を極端に悪化させ現実的では近年、化学分析における機器の進歩と自動化は、着実ない。そこで簡易的に試料の秤量精度を向上させる工にその速度を増している。しかし、試料全般の取り扱い

夫とその効果について粒状水酸化ナトリウムの純度試験については、依然として試験技術者の経験によるところがを事例として紹介する。基本骨子は、薬包紙に包み込ん多く、それが不確かさの算出にも大きく係わり、試験結果で秤量することである。の信頼性も異なるという事態に及ぶことがある。試薬の

1）精密はかりに薬包紙を乗せ、秤量または風袋除去する。

分析では、各種分析技術の習得のみならず、試料となる

2）薬包紙をはかりからおろし、粒状の試料をその上に乗薬品の特性や取り扱い方の習熟が信頼性向上のため重要な管理の課題になっている。
社会情勢の変化により、粒状水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムの国内製造業者が当社一社となり、供給のせ、直ちにおひねり状に包み込む。
3）それを精密はかりで秤量する。
4）ビーカー等に粒状試料を移し、薬包紙を少量の水で洗い、洗液を先のビーカーに移す。

社会的責任の重みが増したこともあって、その試験方法きわめて単純な対策であるが、確実に効果が得られる。の有効性の確保にはことさら配慮している。これらアルカさらに滴定に至るまでにも使用するビーカーの濡れと滴定

リは、周知のとおり吸湿性が高いことに加え大気中の二前の試料溶解も試験精度に影響を及ぼす大きな要因とな酸化炭素を吸収しやすく、試験する際の取り扱い方にはる。この3つの要因を変化させて試験を行なった結果を種々工夫が不可欠である。それら事例の紹介をはじめ、表1に示す。

いくつかの分析手法について試料の取り扱い方を中心

表1 粒状水酸化ナトリウムの試験操作条件による純度及び炭酸塩の影響（1）に、分析手法が抱える問題点とその解決の一助となる工夫について紹介する。

2．粒状水酸化ナトリウムの純度測定時の試料の取り扱い方による影響

操作No. 試験日 秤量形態 ビーカー 事前溶解

NaOH％（n=5） Na2CO3％（n=5）
平均値％ RSD％ 平均値％ RSD％

1A

ビーカー

乾燥有り

98.062

0.008

0.190

23.19

2A

ビーカー

乾燥無し

98.068

0.003

0.091

3.67

3A

薬包紙

乾燥無し

98.161

0.009

0.075

11.90

3B

薬包紙

乾燥無し

98.178

0.012

0.098

11.95

4B

薬包紙

濡れ無し

98.158

0.093

0.169

53.91

吸湿性の高い試料を試験する際、試料の秤量時の吸湿によりはかりの指示値がプラス方向に変化し続け、止ま

ここで秤量の形態として、前述の薬包紙を用いる方法

らないといった現象に悩まされている試験者も多いことととビーカーにフィルムでふたをする方法の二者を、そして推察される。この現象は、試料が大気と接触する限り阻ビーカーについては、完全に乾燥したものと洗浄後ラッ止することができない。最良の解決策は、湿度の影響をクで風乾中の濡れた状態のものを使用する二つの方法

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を比較した。また事前溶解の影響をみるため、試料を溶となり、その結果が正しいと錯覚を起こしてしまう。やはり解してから滴定した場合と溶解せずに滴定した場合を比試験条件を変化させ、頑健性、堅牢性等を評価すること較した。その結果をグラフ化して図1に示した。

が重要である。ただし、試験は要求される精度によっては、上記のレベルの管理は必要ない場合もある。

3．乾燥減量試験における静電気の影響
秤量操作で問題を起こす大きな要因として静電気の存在がある。最近になってやっと認識が広まり始めているが、十分な対処がされていない状況をよく目にするので、乾燥減量の試験を例に静電気の影響について事例を紹介する。
図1 粒状水酸化ナトリウムの試験操作条件による純度及び炭酸塩の影響（2）

有機化合物の試料は、しばしば静電気を帯びる性質を有している。特に医薬品原薬などを微粉末とした場合薬包紙を用いた操作No.3及び3 では純度が高いことには特にその影響が強くなる。表2のデータは、ある有機から、試料秤量時の吸湿による重量変化が試験結果に薬品の微粉末試料を、105℃で乾燥減量を試験した結果大きく影響していることがわかる。また、操作No.2, No.3である。使用した精密はかりは、イオナイザーを装備した及び3 では炭酸塩が低いことから、試料の事前溶解やザルトリウス社製で、そのイオナイザーの効果を検証した。

濡れた器具の使用では、炭酸塩が高くなる傾向が現れている。先の号（No.198）でも述べたように、濃アルカリ溶

表2 乾燥減量試験における静電気の影響
イオナイザー

液やアルカリ固体では二酸化炭素を吸収しにくいが、試料を水に溶解することで二酸化炭素が吸収されやすくなOFFる濃度領域に陥ることがわかる。また、pH電極同様に、ビーカーのガラス表面に薄く広がった水は、二酸化炭素を含んでいるため器具の乾燥状態の影響として試験結果

ON

乾燥前g

乾燥後g

乾燥減量％

判定

1.00726

1.00404

0.320

不適合

1.01023

1.00773

0.247

不適合

1.01222

1.00751

0.465

不適合

1.00918

1.008870.031

適合1.011231.010890.034

適合1.00727

1.006970.030

適合に現れることになる。共通すり合わせ三角フラスコに乾燥

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窒素を通じて試料を採取しても、湿気はいつしか進入して有機微粉末は、乾燥前から静電気を帯びていることがしまう。また、現行市販されている超純水装置は性能が多いが、乾燥後ではさらに多くの静電気を帯びる。一方、向上し、pH7に限りなく近い水を得ることができるが、誤っ静電気は秤量に対しマイナスに影響する。したがって、試て泡立てて採水すれば炭酸を含んだ水になり、今回のよ料が乾燥前よりも多くの静電気を蓄えた場合、計測上軽うな分析ではその影響を受けることになる。なお、一連のくなったと誤認される。検証に用いた試料の乾燥減量のデータは、メトローム社製電位差滴定装置Titrandoにより規格は0.2％以下であり、静電気の影響で判定さえも誤る求めた（塩化バリウム添加）。攪拌にはプロペラスクリュー結果を得てしまう。特に有機微粉末を多用する医薬品原を使用しているが、外国製の自動滴定装置はこの方式が薬の試験では注意が必要である。

多く、日本製はマグネティック・スターラー方式が多い。滴筆者自身が静電気の影響を強く認識し始めて20年以定時の気泡の巻き込み及び使いやすさから、前者が優上経過している。きっかけは、ふっ素樹脂製（PFA製）れていると感じることが多い。

分解容器に有機微粉末を薬さじで入れようとした際、試掲載したデータは、もう一つの教訓を示している。RSD料のほとんどが静電気の影響で容器の外に散らばってしに注目すると偏りの影響を受けているにもかかわらず操まったことがあった。当初は、これを除去する機器もなく、

作No.2が良好な結果となっている。熟練した試験者の操静電気除去シートや刷毛で対応していた。現在、イオナ

作は、自動化された計測器のシークエンスを上回る正確イザーを装備した精密天秤や天秤台に置いて使用できるな繰り返し操作が可能である。そのため併行精度は良好

イオナイザーが市販され、当社でも両者を使用して静電

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化学分析における基礎技術の重要性（6）

気対策をしている。
昨今、RoHS指令によりプラスチック類の金属、難燃性臭素化合物の分析頻度が多くなっているが、ここでも静電気の影響評価は重要である。特に試料がフィルム状の場合、多量の静電気を帯びていることが多い。秤量は、化学分析の基本でありこの部分で大きな誤差を取り込んでしまえば、以後の操作でいくら注意しても取り返しがつかないことになるので、静電気の影響にも配慮されたい。
図2 内標準感度比に対するマトリックスの影響

4．誘導結合プラズマ発光分析におけるマトリックスの影響ることをご理解いただきたい。図2から、マトリックスの影
金属分析についても精度を追求していくと、多くの問題響がいかに大きいものであるかが良く分かる。ニトロトリエに遭遇するが、誘導結合プラズマ発光分析についていくタノールに至っては、1％溶液でプラズマが消えてしまうほつかの事例を述べる。

どの影響を有している。他にも有機窒素化合物で同様の近年、電子部品の処理に混合薬品が用いられる傾向現象が起きており、いずれもプラズマの励起状態に窒素が強まっている。従来では、硫酸、硝酸、酢酸、りん酸がダメージを与えているものと推察できる。前処理により、等、主に鉱酸類を主とする比較的簡単な組み合わせのマトリックスの影響が除去できればよいが、それが不可能混酸が多用されていたが、現在では有機・無機化合物をな場合、少なくとも内標準を使用した分析でその影響を多様に混合した複雑なマトリックスの試料が増加してい評価し、必要な場合は別法に変えるか、さらに濃度を薄る。分析者側から見れば、不確かな要因が増大することくするなどの処置を施すことが必要である。いずれにせよになる。当然、このような新製品の試験方法の有効性も掲載したデータは、一定の条件での測定結果であり、別設計しなければならない。その最大の問題は、感度の増の条件で測定すればまた異なった結果となる。

減効果と妨害の2点である。例えば過去のデータを解析

各試験所では多くのデータが所有されているが、日常し、どのような成分が増減に関与するかを知っておくこと業務に追われそれらを解析する時間が無いために、有効が重要である。それによって、どのような試験方法を適用なデータが埋もれていることが多い。

するかを決定すれば、比較的短時間で試験方法を設計

測定波長については、最初から1波長で測定すると妨することができる。その後、必要に応じ妥当性確認を実害を見逃すことがある。複雑なマトリックスの試料の場合、施すれば、本格生産時にある程度信頼できる品質管理どこにどの程度の妨害が現れるか予測することが困難で体制を引くことができる。

ある。また、回収試験で100％に近い結果を得たとしても、図2に各種試薬を分析した際の内標準の挙動を示した。

試料側と添加側が共に同じ妨害を受けた場合には回収

ただしこのデータは、各試薬が測定に与える影響を確認す率が100％近くなることがあるため、その試験結果が必ずるためにあえて収集したものではなく、通常業務のデータをしも正しいとは限らない。このような場合、複数波長で測再解析して得たものである。一連のデータは、誘導結合プ定しておけば 、仮にいずれの波長において回収率がラズマ発光分析装置（バリアン社製Vista Pro／トーチ：アキ100％であっても、試料液の結果が異なる値を示すので、シャル）で同じ条件で測定した空試験液と試料液に添加さ妨害の存在に気づくことができる。

れた内標準（イットリウム）の感度比（試料液の発光強度／空試験液の発光強度）を表したグラフである。

5．イオンクロマトグラフィーにおける分離不足による影響

各試料は水で1％に希釈し、内標準を添加して測定したデータである。結晶水を有する試料の場合、結晶水クロマトグラフィーでは、しばしば分離不足による誤ったを含めて1％としている。なお紙面の都合で約100種類の識別が問題になることがあるが、いくつかそのような事例

データのうち、名称を表示できているものはごく一部であを紹介する。

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15米国半導体分野のユーザーから、当社塩酸をウェハー加え、放置後にイオンクロマトグラフで測定すると、大部処理に用いるとウェハー表面に塩化物イオンが残存する分のよう化物イオンがよう素酸イオンへ変化してしまう。図4との報告があった。試験方法がイオンクロマトグラフ法でにその様子を示す。

あること及び過酸化水素を共に使用しているという状況であったことから、以下に起因する分離不足による誤った識別を招いているものと経験上直感的に判断できた。その旨を現地法人経由で先方に伝えると興味深い知見だとの反応が返ってきた。この事例では、塩酸に含まれている微量の臭化物イオンが、過酸化水素により臭素酸イオンに変化し、分離度が不足したクロマトグラフィーにより塩化物イオンとして誤認されたものである。事実、臭素酸イオンと塩化物イオンの分離は大変難しく、臭素酸イオン

図4 過酸化水素水によう化物イオンを添加した後のクロマトグラム

を塩化物イオンとして取り違える事例がしばしば見受けられるので留意を要する。

類似の事例が身近にも存在する。飲料水の試験項目

このような理由もあって、当社より市販しているイオン混に臭素酸イオンが新たに追加されたが、その背景には原合標準液には、臭素酸イオンは含まれておらず、この事例水のオゾン処理がある。即ち、原水中の臭化物イオンがのような塩化物イオンの分離不足に起因する問題を回避

オゾン酸化で臭素酸イオンへ変化するためであり、上述している。の過酸化水素の影響による事例と同じである。
そのほか、ジフェニルカルバジド法で6価クロムを測定する際でも、液性がアルカリ性で3価クロムと過酸化物が共存すると、3価クロムが6価クロムに変化することがある。例
えば、ポリマーの重合開始剤として過酸化物が用いられていることがあるので、RoHS指令関連でポリマー中のクロムの分析を行うような場合など、若干の注意が必要であろう。
分析は、時として試料の起源を推定しなければ正しく解析できないことがあり、これら事例を参考にしていただ

図3 くえん酸三カリウム（標準添加）のイオンクロマトグラム

図3は、試薬のくえん酸三カリウムに各種陰イオンを標ければ幸いである。

6．グッツアイト法ひ素試験における共存物質の影響

準添加した試料のクロマトグラムである。臭素酸イオンと16

塩化物イオンは、非常に接近しており分離に留意を要す

広く認知された試験においても問題が起きることがあことが理解いただけよう。もともと海水に起源を持つ化学る。グッツアイト法は、JIS試薬、日本薬局方、食品添加

薬品には、しばしば臭化物イオンが含まれていることがあ物公定書等の公的規格として広く採用されているひ素のるので、この点留意いただきたい。この外にも、硫酸イオ試験方法である。塩酸酸性下よう化カリウムと塩化すずンと亜硫酸イオンが条件によっては分離不足となり誤認さ（Ⅱ）でひ素を三価に還元した後、亜鉛末と塩酸の反応でれやすい。

発生する水素でひ素をアルシンガスに変え、ジエチルジチ

このような問題の対処としては、分離能の高いカラムにオカルバミン酸銀または臭化水銀（Ⅱ）紙に吸収して、前者変えるか、あるいはUV検出器など識別を容易にする方法

では吸光光度法で、また後者では目視で比色する方法

により解決することができる。

である。特に、臭化水銀（Ⅱ）紙法による場合では、実際同様に、過酸化物の存在も分析に強い影響を与えるには検体にひ素が存在しなくても、不適合の結果を与えことが多い。例えば、過酸化水素水によう化物イオンをる場合がある。共存するアンチモンの妨害によるためで

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化学分析における基礎技術の重要性（6）あるが、アンチモンもひ素と同様に反応してスチビンガスをこのような分析自体、医薬品に関連しない方には馴染み形成し、それをひ素として取り違えて検出されることがある。

がなく理解しにくいと思われるが、製造装置の洗浄バリデー

従って、この試験方法ではひ素が検出されたとしても、他ションのため測定したものであるが、3日間にわたり試験をの方法でも確認することをお勧めする。

実施した。参考にその際の検量線データを次に示した。

分析に際し、その試験方法の弱点を理解しておくことが、

表3 けいモリブデン青法検量線データ誤ったデータを生み出さない予防処置の第一歩である。
このような工夫は、試験方法の問題解決だけにとどまらず、

吸 光 度

Si濃度
mg/50mL

ＡＢＣ

0.000

0.000951

0.001706

0.001120

0.002

0.193963

0.194890

0.192447

0.004

0.385307

0.378520

0.377127

0.006

0.557680

0.564087

0.558817

0.008

0.753360

0.755737

0.752617

0.010

0.936150

0.932997

0.942460

プ、重水素放電管の輝線が用いられてきた。図5は、モ

相関係数0.99990.99991.0000リブデン青吸光光度法によるけい素の測定例であるが、傾き93.23793.20893.841770nmと810nm付近に極大吸収がある。770nm付近のｙ切片0.00505

0.005280.00156精度管理や技能教育のためにも必要な配慮といえる。

7．吸光光度法における精度管理の工夫
近年、紫外可視分光光度計にもダイオードアレイ検出器を搭載した機種が登場し、従来にも増して豊富な試験データが得られるようになってきた。古くより、分光光度計の波長の定期校正には、校正用光学フィルタや低圧水銀ラン極大吸収はしばしば妨害が現れやすいので通常810nmの極大吸収が試験に選ばれる。しかし810 nm付近の吸収極大の測定に際しても、その前後の波長の吸収を測定し妨害がないことを確認して測定値の有効性の確保ができるよう工夫されてきた。最近の装置では、190〜900 nmの間の測定域が数秒から数十秒と大変迅速に測定できるが、加えて波長の校正基準となる重水素放電管の輝線（656.1 nm）を同時に取り込むよう工夫され、測定ごとの波長の正確さが検証できるようになっている。図5は、16検体を重ね書きしたものであるが、輝線部分は極めて高

図6 けいモリブデン青法検量線

い再現性を示している。
当試験室では、3日間にわたるA、B、Cの一連のデータをプロットしても、図6に示すように決定係数（R2）0.9998を示す精度が維持できているが、多分に装置性能の向上が大きく寄与している。とはいえ、さすがに検量線のy切片の微妙な変化まではコントロールしきれていない。全ての試料の測定でこのように高い精度が可能ではないが、工夫のしどころで改善できることがまだまだあるかと思う。
フーリエ変換赤外分光光度計（FT-IR）の世界に目を転じれば、装置に高純度メタンを校正基準として装備し、測定の都度、試料の測定波数を同時に校正する装置が登場している。今後の分析機器は、何らかの手段で測定図5 重水素放電管の輝線を取り込んだスペクトル（機種：Agilent 8453、50 mmセル）毎の正確さを担保する方向に向かうことであろう。

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8．教育資料の収集にも工夫をム分析（MSA）の要求等がある。この場合では、評価判定として、「ゲージR&R」の解析を要求している。

旋光度の測定では、多くの方が温度依存性に注意するよう指導されていることであろう。 では 旋光度測定における波長の依存性は？ という素朴な疑問についてはいかがであろうか。手元に適切な妥当性を証明するデータがない、としてもうなずける。このような場合でも、最近で（R&R：Repeatability & Reproducibility繰返し性と再現はインターネットを通じて多くの情報を集めることができる。

性）
TV：Total Variation 測定値の全ばらつき
EV：Equipment Variation 測定機器によるばらつき
AV：Appraiser Variation 測定者によるばらつき
PV：Part Variation 被測定物のばらつき「ゲージR&R」の合格基準
R&RがTVの10 ％以下の場合：優良

R&RがTVの10 ％から30％の場合 ：可R&RがTVの30 ％以上の場合：不可

図7 スクロースの旋光度と波長の関係試験の実施については、精度管理の要求がますます
例えば、NISTのホームページにアクセスして、旋光度の高まりつつあり、試験のプロセスのなかに含まれる不確か標準物質スクロースの情報を抽出し整理してみると、図7な要素の一つひとつに地道な配慮が望まれる。試験結のようなグラフが作成できる。

果の有効性を高める手段として、また技術を伝承していく

この結 果より、一 般 的にはナトリウムのD 線の波 長586nm付近の光が測定に用いられるが、用いる施光計の光学的な精度によっても影響を受けることが推察できよう。
多くの分析者の方々と交流するなかで、筆者にもしばしば虚を突かれるような格好になることがあって、自分自身にとっても大変勉強になることがある。
インターネット上には試験技術の教育に使える情報もかなりあり、たとえば、分銅のトレーサビリティが知りたい場
合、はかりを供給しているメーカーのホームページを探せ
ば、各国が所有するキログラム原器の番号も知ることができる。その他分析機器の基礎理論、不確かさの算出
方法、ＳＰＣ管理等の品質管理技術、標準物質の情報、国際的な技能試験の開催情報など枚挙に暇がない。

9．おわりに昨今、国際規格が試験の精度を明確にするよう要求することが増えている。ISO 17025による不確かさの見積
もり以外にも、QS 9000（ISO／TS 16949）でも測定システ

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教育にも、こうした配慮の成果が十分に反映されるよう期待する。