飲料水分析の自動化とITについて
Automation of Drinking Water Analysis and Information Technology

社団法人 東京都食品衛生協会 東京食品技術研究所 主任研究員

松前 英一*EIICHI MATSUMAE

小林 厚文

山下 征洋

ATSUFUMI KOBAYASHIYUKIHIRO YAMASHITATokyo Food Sanitation Association Food Research Laboratory *Senior Researcher

1. はじめに④消毒副生成物質による汚染・消毒によるトリハロメタン、ハロゲン化酢酸、臭素酸、塩化シアン等の副成。

わが国の水道水の普及率は96.7%（2001年水道統計調査より）に達した。水道水利用者の水質に対する関心も高く、供給事業体は水質に厳しい管理をしてきた。平
成16年4月には10年ぶりに水道法水質基準も改正され、基準項目がこれまでの46項目から50項目に拡大され⑤農薬類による汚染・ゴルフ場農薬の水源汚染。
⑥臭気物質による汚染・藻やカビによって産生される化学物質による異臭。

た。また内容的にも全面的な見直しが行われ、管理の強化が図られた。

3. 水質基準改正の概要

本稿では、今回の水道法水質基準改正および当研究所における飲料水分析の自動化とITについて紹介する。

今回の水道法の水質基準改正では、世界保健機関（WHO）の飲料水水質ガイドラインの10年ぶりの改訂と国内の状況を踏まえ、50項目にも及ぶ検査内容が2. 水道水質汚染に関する話題採択されている。また、水質を全国画一的に管理することは困難であるため、特定地域に起因する検査項

この10年間の水道水質に関する話題を以下に列挙す目と、全国共通の検査項目がある。このため、新法でるが、今回の水質基準の改正ではこれらの対策も反映

は検査項目の省略や検査頻度に条件が付け加えられされている。

た。水質検査機関においては、基準値の1/10までを①重金属による汚染・井戸水源にヒ素の混入。

履歴より、検査頻度や省略の可否判定を行わねばなら・鉛給水管、水道用資機材等から溶出する鉛の基ない。水質検査依頼者は、検査のデータ管理を管理準値の引き下げ。
②微生物、原生動物等による汚染会社等に委託している場合が多いが、検査機関においても登録制、民間参入も進み、より厳しい競争が考・クリプトスポリジュウムなど 耐 塩 素 性の 微 生 物

えられるため、サービスの一環として依頼者（管理会社による汚染、レジオネラ属菌、O 1 5 7 等によるを含む）への情報提供は重要な施策になっている。し中毒。

かし多くの顧客情報を管理判定し、適切な検査項目③内分泌かく乱化学物質、ダイオキシン類による汚染・いわゆる環境ホルモンといわれた物質やPCBs、ダイオキシン類等による環境汚染。

2

正確に測定し、依頼者は過去3年間分の検査データのTHE CHEMICAL TIMES 2004 No.3（通巻193号）

で成績書を作成するには、検査の履歴、結果の評価、検査案内等の管理ができるシステム構築が不可欠になる。

飲料水分析の自動化とI Tについて

4. 水質基準改正の内容
水質基準50項目の基準値および検査方法は、表−1の通りである。
表−1 新水質基準の基準値および検査方法

No.

項

1

一般細菌100個/mL以下

標準寒天培地法

2

大検出されないこと

特定酵素基質培地法

3カドミウム及びその化合物カドミウムの量に関して0.01mg/L以下注）
１,２,３,４4

水銀及びその化合物水銀の量に関して0.0005mg/L以下

還元気化ｰ原子吸光光度法

5

セレンおよびその化合物セレンの量に関して0.01mg/L以下注）
１,４,５,６6

鉛及びその化合物

鉛の量に関して0.01mg/L以下

注）
１,３,４7

ヒ素及びその化合物

ヒ素の量に関して0.01mg/L以下

注）
１,４,５,６8

六価クロム化合物

六価クロムの量に関して0.05mg/L以下

注）
１,２,３,４9

シアン化物イオン及び塩化シアンシアンの量に関して0.01mg/L以下

注）７10

硝酸態窒素及び亜硝酸態窒素

10mg/L以下注）1211

フッ素及びその化合物

フッ素の量に関して0.8mg/L以下注）1212ホウ素及びその化合物

ホウ素の量に関して1.0mg/L以下注）3, 413

四塩化炭素

0.002mg/L以下注）
８,９14

1 , 4 -ジオキサン

0.05mg/L以下注）1415

1 , 1 -ジクロロエチレン

0.02mg/L以下

注）
８,９16

シス- 1, 2 -ジクロロエチレン

0.04mg/L以下注）
８,９17

ジクロロメタン

0.02mg/L以下注）
８,９18

テトラクロロエチレン

0.01mg/L以下注）８,９19

トリクロロエチレン

0.03mg/L以下注）
８,９20

ベンゼン

0.01mg/L以下注）
８,９21

クロロ酢酸

0.02mg/L以下

溶媒抽出 - GC - MS法

22クロロホルム0.06mg/L以下注）
８,９23

ジクロロ酢酸0.04mg/L以下

溶媒抽出 - GC - MS法

24

ジブロモクロロメタン

0.1mg/L以下

注）
８,９25

臭0.01mg/L以下注）
７26

総トリハロメタン

0.1mg/L以下

27

トリクロロ酢酸0.2mg/L以下

腸素

目

菌

酸

基 準 値

検査方法

溶媒抽出 - GC - MS法

THE CHEMICAL TIMES 2004 No.3（通巻193号）

3項No.

目

基 準 値

検査方法

28

ブロモジクロロメタン

0.03mg/L以下

注）
８,９29

ブロモホルム0.09mg/L以下

注）
８,９30

ホルムアルデヒド

0.08mg/L以下

注）
１０31

亜鉛及びその化合物

亜鉛の量に関して1.0mg/L以下

注）
１,２,３,４32

アルミニウムアルミニウムの量に関して0.2mg/L以下

注）
１,３,４33

鉄及びその化合物

鉄の量に関して0.3mg/L以下

注）
１,２,３34

銅及びその化合物

銅の量に関して1.0mg/L以下

注）
１,２,３,４35

ナトリウム

ナトリウムの量に関して200mg/L以下

注）
１,２,３,１１36マンガン

マンガンの量に関して0.05mg/L以下

注）
１,２,３,４37

塩化物イオン200mg/L以下注）
１２, 滴定法

38

カルシウム、マグネシウム等（硬度） 300mg/L以下

注）
２,３,１１, 滴定法

39

蒸発残留物

500mg/L以下

重量法

40

陰イオン界面活性剤

0.2mg/L以下

注）
１３41＊ジェオスミン

0.00001mg/L以下

注）
８,９,１４42＊2 -メチルイソボルネオール

0.00001mg/L以下

注）
８,９,１４43

非イオン界面活性剤

0.02mg/L以下

固相抽出ｰ吸光光度法

44

フェノール類

フェノールの量に換算して0.005mg/L以下

注）
１５45

＊有機物（ＴＯＣの量）

５mg/L以下

ＴＯＣ

46

ｐＨ値

5.8以上8.6以下

ガラス電極法47

味異常でないこと官能法

48

臭気異常でないこと

官能法

49

色度

５度以下

比色法、
透過光測定法50

濁度２度以下

比濁法、
注）16, 17, 18, 19, 20注）1. フレームレス-原子吸光光度法

8. パージ・トラップ-GC-MS法

15. 固相抽出-誘導体化-GC-MS法

2. フレーム-原子吸光光度法

9. ヘッドスペース-GC-MS法

16. 透過光測定法

3. ICP法

10. 溶媒抽出-誘導体化-GC-MS法

17. 積分球式光電光度法

4. ICP-ＭＳ法

11. イオンクロマトグラフ法（陽イオン）

18. 光度法

5. 水素化物発生-原子吸光光度法

12. イオンクロマトグラフ法（陰イオン）

19. 散乱光測定法

6. 水素化物発生-ICP法

13. 固相抽出-高速液体クロマトグラフ法

20. 透過散乱法

7. イオンクロマトグラフ-ポストカラム吸光光度法

14. 固相抽出-GC-MS法＊ 有機物については、平成17年3月31日まで有機物等（過マンガン酸カリウム消費量）10mg/L以下を適用し、ジェオスミンと2-メチルイソボルネオールの基準値は、既設水道については平成19年3月31日まで0.00002mg/Lとする。

4THE CHEMICAL TIMES 2004 No.3（通巻193号）

飲料水分析の自動化とI Tについて

検査項目は、従来の46項目に比べ 4項目増加していサンプルの受付、依頼番号（ID）登録

るが、内容的には9項目削除、13項目追加で、検査方

バーコード、OCR、キーボードから法に至っては大幅に改訂された。検査方法や検査機関共通データベース（DB）へ登録の登録要件を見ると、機器分析が大半を占め、重量分析や容量分析等の手分析はわずかで自動化を促している。また機器分析の前処理方法も高度な濃縮、分離法が採用され、目的の規制物質を的確に定量できる方法サンプルの分配になった。飲料水は、浄水処理等が施されているため、前処理操作なしでは目的物質が検出されない場合があるが、固相抽出等の前処理で選択的濃縮を行うことで分析機器の感度を補うことができる。また多量の有機溶

細菌検査

自動分析装置各種分析機器

外観、官能検査
手分析データ剤を使用する抽出法も減少し、金属の測定法では、使用できる機器の種類が増え、それらを使い分けることで測定範囲も広がった。
検査機関の登録要件には、保有する分析機器の設備パソコンのエクセル等要件（各1台以上）、設置場所（室）、検査員の人数（5名ワークシート上にデータ保管以上）等が定められている。依頼検査では、受付検査件数と処理速度によりこれらの条件は流動的になるが、最低限度の設備投資、最小の人員、最短検査時間で、正確に成績書を出すため、前処理の自動化、分析機器のサンプルIDを確認し分析結果をDBへ転写

効率的な稼働と適切なメンテナンスの実施、スタンドアロ

自動分析機や各種分析機器は、ディスクオフラインまたは、オンラインLANン分析機器の連動、連結制御、生データの集中管理、接続によりDBへデータの転送入力が可能

検査データの精度管理（品質保証）など、効率化の工夫がされている。
分析の精度を確保するには、性能、耐久性、操作性、拡張性等にすぐれた機器の選択を行い、操作に習熟し、高品質な標準試薬での校正が必要である。分野は違う

試験進捗管理請求、出納、発送管理

試験結果書作成

が、臨床検査等では自動化迅速分析システムが確立され、ラボラトリーオートメーション（LA）やオフィスオートメーション（OA）の連結が理想的に導入されているが、水質依頼者へ送付検査についても総合的なオートメーション化が今後の課題となろう。

5. 水質検査の流れ

図−1 東京食品技術研究所における水質検査の流れネットワーク接続を行った。図−1の水質検査の流れは、当研究所のシステムの一部として運用されている

当研究所では、
図−1の流れで水質検査を実施している。

が、各部門ごとにサーバーをもち、状況に応じたデータ管理が行われれ 、それぞれ 使用しているソフトが異6. 水質検査のLaboratory Automation（LA）化なり、分散処理の状況であった。これは検査室においても同様で、各 種 分 析 機 器のメーカーが 異なること

水質検査のLAの試みとして、前処理、分析、デーから、機器操作、データ処理のソフトが違うため、生タ処理収集の自動化および 実験室と事務処理室とのデータの共通性がなくネットワーク上での閲覧ができな

THE CHEMICAL TIMES 2004 No.3（通巻193号）

5いという状況にあったが、プラットホームのエクセル等、6.3 ＰＣの接続とデ ータの管理

表計算ソフトで扱えるファイル形式に変換してデータの自動分析の目的は、省力化およびコストの削減であ共有化を行い、どの端末からも閲覧可能とした。同様る。高速液体クロマトグラフ（HPLC）分析装置をブロッに当研究所全体の統合化を行うには、各部門間のＤクに分けて設置すれば、1台のPCで異メーカー機器間Ｂ連結用プラットホームソフトが構築できれば、一元管のデータ収集ができる。また一部機能もPCから制御可理可能と考える。実験データや進捗に関する情報をデ能で、ネツトワーク上からリモートアクセス、リモートコントータベース化し 、試 験 検 査を効 率 化したの が L I M Sロール等の集中管理体制がとれる。機器増設時には、（Laboratory Information Management System)

ライセンスの購入とLANの接続をするだけでネットワークである。L A 化はL I M S へと発 展して行く過 程に 含まに組み入れることができる。

れる。

分析者は、試料の前処理、機器本体の操作や簡単な部品交換等については、従来通り行わねばならない

6.1 水質検査の自動化を目的とした機器①自動固相抽出装置、前処理ロボット等（分析の前処理）②自動分析装置（pH、色度、濁度、有機物等4項目
自動計測制御測定装置、FIA等）

が、装置ごとの操作やメーカー固有のソフトの操作を覚える負担や労力が軽減される。問題は、継続的に使用している機器でソフトの更新による操作法の変更があったり、出力データ形式がテキスト形式（＊.TXT）、CSV形式（＊.CSV）、Analytical Instrument Association③オートサンプラー(AIA)形式、（＊.CDF）エクセル形式（＊.XLS）等、メーカ④データ処理装置・ワークステーション（分析の後処理、ー独自のファイル形式が多種多様存在することである。

イントラネット、インターネットへの接続）

これにより、データベースへ直接ファイルをカットアンドペーストすることになり、手間がかかる。また歴代のオペレー

6.2 自動分析の条件①自動化導入前に設置スペース、処理能力、省力化、コストの検討。
②自動分析に掛ける試料については、同一多数検体処理が原則。

ティングシステム（OS）の混在（DOSやWINDOWS）等により、LAN接続環境に適応しない機器もあり、オフラインとオンラインの機器が共存することになる。LAN上でファイルの自動収集ができない限り、中継は人の手と記憶にたよりプラットホームのワークシートに集められ 、DBへ

③分析項目によるブロック分け。クロマトグラフ分析系

カットアンドペーストで転送処理される。分析データの保（GC、LC、IC）金属関係（ICP、原子吸光）比色分

存場所は、ソフトにより指定されたりユーザー指定であっ析等、同系列処理分析ソフトの一本化。

たりするので、一覧ワークシートにデータを転記するルー④機器の連結や連動。Flow Injection Analyzer

ルを遵守しなければならない。日付（いつ）、操作者名（ＦＩＡ）の活用、オートサンプラーの共有化、シーケ（だれが）、データ（何を）、ファイル名、ファイル形式、どこンサーによる複数台分析機器の連結制御。のディレクトリーからどこへ 移動したか（どこへ）等を転記⑤分析機器に接続されたデータ処理装置（ＰＣ）の実験室内ＬＡＮ接続イントラネットの活用。

し、履歴として保管する。ＰＣ上で目的のファイルを探すのはなかなか困難であるが、ファイル検索機能を活用す⑥分析装置から出力される信号およびデータの通信ると便利である。各ファイルの紙ベース保管、電子ファイ転送方式の統一化（アナログ 0〜1000ｍV、デジタ

ルでの保管バックアップ、ＰＣ上でのログの保管も不可欠

ル出力、RS-232C、GP-IB、LAN、USB等が使用である。

されている）。
⑦分析作業（機器に掛ける試料の前処理）の効率化、機器操作やデータ管理の標準化。

66.4 自動分析装置の実例
写真−1は水質4項目自動分析装置で、右からデータ⑧故障、メンテナンス時のシステムからの分離および処理装置、中央が96検体用オートサンプラー、左側が分スタンドアロン駆動、手動による運転の継続。

析装置である。分析装置の上部には色濁度計、pHメー

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飲料水分析の自動化とI Tについてター、滴定装置を制御するシーケンサーが組み込まれている。分析機器のシグナルは、RS-232Cの通信方式にてPCに送られる。
写真−2はリレー・ロジックによる自動化シーケンス制御の様子で、温度センサー、タイマー等が組み込まれマイコンチップにより制御される。
6.5 連結作動と制御
自動分析計のオートサンプラーは、ＴＯＣ計およびイオンクロマトグラフ2台のサンプラーとして共用可能である。
分析サイクルタイムは、一番分析時間の長いものに依存する。検査可能な項目はｐＨ、色度、濁度、有機物等（過マンガン酸カリウム消費量）、有機物（ＴＯＣの量）
、フッ素、

写真−1

塩化物イオン、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素、硫酸イオン、ナトリウム、カリウム、アンモニア、マグネシウム、カルシウ
ムおよび硬度で、最大16項目の分析情報を得ることが可能となる。分析対象試料によって装置の連断を行い、プール水分析モード、飲料適否分析モードで動作することにより分析の効率化を図っている。通常プール水分析中にイオンクロマトグラフ分析を切り離し、溶離液の調製と標準液による校正を手動で行う。自動分析計オートサ
ンプラーに試料をセットすると同時に鉄、その他の金属のサンプリングも行い、金属類はＩＣＰ測定に掛けられる。
写真−3は、自動分析計オートサンプラーと背面に設置されたイオンクロマトグラフ分析計で、自動分析機オートサンプラーよりサンプリングスタート信号とバルブ切り替え信号を自動的に出し2台のイオンクロマトグラフへ交互に写真−2分析を行わせる。
分析データは、ＬＡＮ接続されたクロマトワークステーションに取り込まれる。

7. ITと情報管理システム
試 験 品 受 付 時から日 々 発 生する多 量な情 報また実 験 室から出る大 量のデータ等の 情 報は 、依 頼 番号（ID）の元に収集され 、DB上にシーケンシャルファイルとして保管される。DBはネットワークからアクセスし、検 査データの 入 力 状 況や 試 験 品の 受 注 情 報の確 認 、問い 合わ せ 時の 検 索 等に 役 立 つ。収 集されたデータ情報は、DBで保管され 成績書発行だけではなく、統計処理システムに掛けるデータ、GLP、品写真−3

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7

質管理、品質保証やISOに活用できる。イントラネッ

年後にはOSの進歩で誰もがこの環境の設定が可能とト／インターネット接続によるメールサービスやホームなったため、当初考案したUNIXサーバーで稼働する

ペ ージ閲 覧 機 能により個 人 情 報のセキュリテイーがORACLE等の、リレーショナルデータベースマネージメン確立できれば 、効率のよいデータ情報サービスを可能

トシステム（RDBMS）を使用しなくても、ダウンサイジングになる。のPCと市販アプリケーションソフトやシステムを使用し、今後ＩＴを軸にしたデータベースマネジメントシステム（ＤＢＭＳ）の確立を目指したい。

小回りのきく当研究所独自のデータベースシステムが運用できるようになった。今後インターネットを活用した成績書のメール送信機能や閲覧サービス等の運用においては、セキュリティー、（ウイルス、ハッカー等の対策）を慎重に行い、イントラネット上のデータや成績書等の電子決済、電子署名、電子ファイルの保管を円滑に行えるようにシステムを構築して行きたい。

LIMS
実験管理

実験計画

参考文献

資料作成
DB

実験データの収集

LA

文書管理
情報伝達
LAN

報告書

OA

1）環境と計量，VOL．29，N．9，2002
2）トラ技コンピュータ

3）島津

CLASS

Agent

4）ダイオネックス
5）FDA−21CFR
図−2 試験や実験におけるコンピュータの役割

8. おわりに水質検査を行いながら検査の自動化を考え試行錯誤することで、十余年の年月が過ぎてしまった。検査機器
もGCからGC-MS、 原子吸光光度計やICPからICPMS、HPLCからLC-MSへ、主流は質量分析計へと移行してきた。これは、これらの機器が低濃度の物質を高感度で同定し定量することができるためである。ECD付きGCが公定法からなくなりつつあるのも、廃棄に伴う事故や環境への配慮からであろう。また分析装置のほとんどがPCより操作できるようになり、OSがWINDOWS 95以降のPCではネットワーク環境が自由に構築できるようになって、オンラインによるファイルの移動が可能となった。
以前外注ソフトで無線L A Nによるネットワーク環境を構築し、データの共有化および成績書作成できるシステ
ムの見積もりしたところ、数千万円であつた。しかし数8

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計測制御とプログラミング 1

1990
マニアル

クロメリオン マニアル
Part 11