KANTO CHEMICAL CO., INC.

Cç2007 No.1（通巻203号）

ISSN 0285-2446

新年を迎えて代表取締役社長 野澤 俊太郎

2酸-塩基型不斉有機分子触媒を用いるaza-Morita-Baylis-Hillman反応

笹井 宏明 滝澤 忍 松井嘉津也

3

クリーンルーム内における化学汚染物質の連続分析

中川 直樹

9

化学分析における基礎技術の重要性（6）−不確かな試験方法とその工夫−

井上 達也

13

新・私の古生物誌（3） −クモの進化古生物学−

福田 芳生

19

ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（16） レオポルド・グメリン

原田 馨

22

編集後記

24

新年を迎えて代表取締役社長

野澤俊太郎

新年あけましておめでとうございます。

時代の要請を単に受け入れるに留まらず、化学薬品

ケミカルタイムズの読者の皆様、ならびにご執を扱う事業者として、またエキスパートとしての自筆の先生方におかれましては、さぞかし良いお正負を堅持していくためにも、自らの姿勢を律しつつ月をお迎えになられたことと心よりお喜び申し上発展を目指す、そのような気風を常に大切にしたいげます。

との思いによるものです。

昨年は、地球環境の悪化を予感させるような、とCSR部を一昨年に設置して、まだスタートしたばりわけ異変に満ちた気象の変化もみられました。自

かりですが、弊社にしかできないような活動の取り然の驚異を感じると同時に、大切な自然の恩恵を次組みもあろうかと今後の活動には大いに期待を寄せの世代に引き継げるよう、弊社も一化学企業として、ているところです。

「地球と共存できる優しい化学会社でありたい」との思いをめぐらす一年でもありました。

昨秋、「創立70周年応答の2015年、弊社のあるべき姿」を映し出すべく、経営陣により中期経営計画

最近の経済観測によると、わが国の景気は巡航速の施策をとりまとめました。その折にも社会的に存度で成長を持続し、デフレもほぼ終息の兆しであり、続する価値ある企業の礎となるようCSRの枠組みをまた米国では景気減速に伴って個人消費の伸びは鈍中心に据えつけたという次第です。

化しつつも企業の設備投資の底堅い伸びが下支えし弊社は、ライフサイエンス、バイオ、化成品、電ているようです。一方、原油相場は中東情勢の緊張

子材料・IT分野など多岐に亘る事業構成により、国と中国などの需要増加の下、巨額のヘッジファンド

内、米国、中国、台湾、シンガポール、マレーシア、の流入で変動幅が大きくなるとともに高値圏にあさらに広域へと活動を拡大して参ります。この前途り、景気情勢はもろ手を挙げて楽観視できないようをより輝かしく確実なものとするにも、また真価をに感じます。

備えた企業として永続するためにも、人事のあるべ

このような状況のときこそ、我が身を振り返り

き姿、人材の育成には意を注ぎ、一層機能的な組織「次への発展のため、成すべきは、何か」をじっく造りを目指す所存です。機敏な行動を伴う弾力的なり考え、自らの視野を切り開かねばなりません。弊社

企業集団の結集を目指して、今年も総力を挙げ新たでも、これまで未取り組みの課題を含め、次への新たな年にチャレンジいたします。皆様におかれましな構想にアプローチしています。一昨年、CSR（企ても、この一年が光輝に満ちた幸多い年であります

業の社会的責任）の枠組みを社内に導入したのも、よう祈念し、新年のご挨拶といたします。

2

THE CHEMICAL TIMES 2007 No.1
（通巻203号）

000000000

酸-塩基型不斉有機分子触媒を用いる
aza-Morita-Baylis-Hillman反応
Chiral Acid-Base Organocatalysts for aza-Morita-Baylis-Hillman Reactions

大阪大学 産業科学研究所 教

授

笹井

宏明

Hiroaki Sasai (Professor)
助

手

滝澤

忍

Shinobu Takizawa (Assistant Professor)
特任助手

松井 嘉津也Katsuya Matsui (Specially Appointed Assistant Professor)
The Institute of Scientific and Industrial Research, Osaka University

1999年、畑山らは、天然アルカロイド誘導体であるβ-イ

1．はじめにソクプレイジン（β-isocupreidine, β-ICD）がMorita-Baylisaza-Morita-Baylis-Hillman（aza-MBH）反応は、α, β-Hillman（MBH）反応において高い触媒活性を示すことを

1）

不飽和カルボニル化合物とイミンとの付加反応である 。

初めて明らかとし3）、2003年には、β-ICDがaza-MBH反

図1に示すようにaza-MBH反応では、アミンやホスフィンのよ2a）応においても有効であることを報告している（図2、式1）。

うなルイス塩基を触媒として用いると、触媒とα, β-不飽和

畑山らのMBH反応では、アクリル酸1,1,1,3,3,3-ヘキサフ

カルボニル化合物とのMichael反応（1,4-付加反応）によっ

ルオロイソプロピル（1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropylて生じるエノラート I がイミンとMannich反応することによりacrylate, HFIPA）のような活性エステルが反応促進には

炭素-炭素結合が生成する。この中間体 II から触媒が逆必須である。しかしながら、イミンを反応基質とするaza-

Michael反応により再生すると、高度に官能基化された生MBH反応では、メチルビニルケトンやアクリル酸メチルの成物が得られる。

ようなα, β-不飽和カルボニル化合物でも高エナンチオ選択的に反応が進行することがShiらにより報告されている（式2）2b）-2c）。Adolfsson らは、ルイス酸であるTi（O-i-Pr）4を2 mol%添加して、反応系内でアルデヒドからイミンを調製することで、目的付加体を化学収率良く得ているものの、そのエナンチオ選択性は中程度である（式3）2d）。

図1 aza-Morita-Baylis-Hillman（aza-MBH）
反応

aza-MBH反応では、生成物としてカルボニル基、アミノ
基、オレフィン部位を有する化合物が得られるため、近年、不斉反応への展開が活発に検討されている。中でも、金

図2 酸-塩基型不斉有機分子触媒β-ICDによるaza-MBH反応

2）

属を含まない有機分子触媒は 、安定で触媒活性を失いにくく生成物への金属の混入を回避できることからグリーン

図3に示すようにβ-ICDを触媒とするaza-MBH反応におケミストリーの観点からも注目されており、多くの研究者がいては、ルイス塩基として第3級アミンが機能している。こaza-MBH反応に有効な有機分子触媒の開発に取り組んの際、β-ICDのブレンステッド酸として機能するフェノールでいる。

性ヒドロキシ基は、平衡状態にあるエノラートとイミンとのTHE CHEMICAL TIMES 2007 No.1
（通巻203号）

3

Mannich反応において、生成する中間体の安定化に寄与し、結果として選択的にS体の生成物を与える。

さらにShiらは、2005年には長鎖ペルフルオロ基を6,6 位に導入したルイス塩基触媒LB4およびLB5を報告している（図5）2h）。触媒LB5は、LB1よりも高活性であり、高エナンチオ選択性を示す。Shiらは、触媒LB5の回収および再利用の試みとして、超臨界二酸化炭素、またはフッ素系
溶媒中でのaza-MBH反応を行っている。しかしながら、超臨界二酸化炭素での反応基質の溶解性、フッ素系溶媒中での触媒LB5の安定性に問題があり、回収再利用は困難であった。

図3 酸-塩基型不斉有機分子触媒β-ICDによるaza-MBH反応

しかしながら、天然アルカロイドである（+）-キニジンを母格とする有機分子触媒では、触媒のデザインおよび両鏡像体の供給に制限がある。
2003年に、Shiらはホスフィノ基を有するルイス塩基触媒として、（R）-2 -ジフェニルホスフィノ［1,1 ］
ビナフチル-2オール（（R）-2 -diphenylphosphino［1,1 ］
binaphthyl-2-ol）を報告している（図4）2e）。非環状α, β-不飽和カルボニル
化合物を反応基質とした場合、ルイス塩基部位としてジフェニルホスフィノ基が有効であり（式4）2e）-2f）、環状α,β-不飽和カルボニル化合物の際には、ジメチルホスフィノ基が有効である（式5）2f）-2g）。ブレンステッド酸であるフェ

図5 長鎖ペルフルオロ基を有する酸-塩基型不斉有機分子触媒

ノール性ヒドロキシ基をメチル基で保護すると反応性が著しく低下することから（式6）、キラルなビナフチル骨格3, 3

2005年、Jacobsenらはブレンステッド酸としてチオ尿素触位のブレンステッド酸-ルイス塩基性部位の協調的活性化

媒もaza-MBH反応において、α, β-不飽和カルボニル化合が触媒的不斉反応促進には重要であると考えられる。

物の活性化に有効であることを報告している2i）。

図6 チオ尿素触媒とDABCO触媒によるaza-MBH反応

ルイス塩基である1,4-ジアザビシクロ［2.2.2］オクタン（1,4diazabicyclo［2.2.2］octane, DABCO）
を添加物として化学
量論量用いることで、高エナンチオ選択的に生成物を得ることに成功しているものの、その化学収率は最高で49 %と低かった。速度論解析およびアイソトープ実験から、図6
図4 ルイス塩基としてホスフィノ基を有する不斉有機分子触媒

4

THE CHEMICAL TIMES 2007 No.1
（通巻203号）に示すanti-Mannich付加体が安定なため、DABCOの逆

酸-塩基型不斉有機分子触媒を用いるaza-Morita-Baylis-Hillman反応

Michael反応が極めて遅く、その結果として生じる速度論

これにひき続くMannich反応が促進して、対応する付加的光学分割が高不斉収率および低化学収率の原因と考体が効率よく得られると考えた。

えられている。またJacobsenらは、aza-MBH反応生成物からの様々な誘導体合成を検討しており、aza-MBH反応生
成物のキラル合成素子としての有用性を示している（図7）。

図8 aza-MBH反応において二重活性化能を示す不斉有機分子触媒の開発

2-1. アミノピリジル基を有する酸-塩基型不斉有機分子触媒の開発5a）-5b）
分子内にルイス塩基部位として、ジメチルアミノピリジル基を有する有機分子触媒の合成を計画し、メチルビニル
ケトンとイミン誘導体とのaza-MBH反応に適用することで、触媒活性を評価した（表1）。
図7 aza-MBH反応付加体から誘導可能なキラル合成素子
表1 アミノピリジル基を有する酸-塩基型不斉有機分子触媒によるaza-MBH
反応

2．二重活性化能を有する有機分子触媒の開発
我々は、これまで求核種と求電子種のそれぞれの活性化を異なる二種の金属が効率的に行う複合金属不斉触媒を創製している4a）-4b）。また、2-ナフトール誘導体の酸化的不斉ホモカップリング反応のように、同一種の二つの基質の活性化に有効な二核バナジウム触媒の開発に成功している4c）。二重活性化能を有する触媒研究の新展開として、aza-MBH反応に有効な二重活性化能を有する
不斉有機分子触媒の開発研究に取り組んだ。本反応に有効な不斉有機分子触媒を構築するには、基質であるα,β-不飽和カルボニル化合物を活性化する酸性および塩
基性部位の不斉骨格への適切な位置への導入が重要と考えられる。そこで図8に示すように、光学活性1,1-ビ2-ナフトール（1,1 -bi-2-naphthol, BINOL）の3位にスペー
サーを介してルイス塩基部位を導入した不斉有機分子触媒をデザインした。BINOLは、様々な不斉反応において高い汎用性を示し、両鏡像体が入手容易な市販化合物である。また、BINOLの3位は、化学修飾が容易であり、様々な官能基を導入することが可能である。本触媒を用いれば、触媒の酸性部位が基質のカルボニル基を活性化することで、ルイス塩基性部位のMichael付加反応と、THE CHEMICAL TIMES 2007 No.1
（通巻203号）

5

ルイス塩 基 触 媒である2 -ジメチルアミノピリジン（ 2 -触媒のアミノ基上の置換基を検討したところ、i-Pr基を有dimethylaminopyridine, 2-DMAP）、 3-ジメチルアミノピリ

する6aを用いた場合に、5bを95% eeで得た（Entry 10）。

ジン
（3-dimethylaminopyridine, 3-DMAP）
あるいは4-ジメ

尚、ピリジル基やアミノ基の役割を解明するために合成しチルアミノピリジン（4-dimethylaminopyridine, 4-DMAP）
をた有機分子7-10では、活性は全く見られず反応は進行し用い、反応を検討したところ、3-DMAPと4-DMAPに触媒なかった。また、有機分子11と12のようにフェノール性ヒド活性が見られた（entries 3-5）。そこでBINOLの3位に直ロキシ基を保護すると、2 位保護体11において触媒活性

接ジメチルアミノピリジル基を導入した有機分子1a-1cを合の低下が顕著に見られ、反応10日間で5aを収率5%、成した。しかしながら、1a-1cの触媒活性は低かった

24% ee で与えるにすぎなかった。2位保護体12を用いた（Entries 8-10）。次にピリジニルアミノ基をメチレンスペー

場合、若干の反応性の低下（5a: 85% yield, 79% ee, 10サーを介してBINOLの3位に導入した有機分子2a-2cを合days）が確認された。これらの結果は、触媒6aの二つの成した。有機分子2aにのみ触媒活性が見られ、収率

フェノール性ヒドロキシ基のうち、2 位のヒドロキシ基、な41%、73% eeで5aを与えた（Entry 11）。有機分子1a-1c、

らびにアミノ基とピリジル基の両方が反応の促進とエナン

2bおよび2cに触媒活性が見られないのは、α,β-不飽和カ

チオ選択性の発現に必須であることを示唆している。2位ルボニル化合物を活性化するブレンステッド酸部位およびのヒドロキシ基と触媒のベンジル位窒素は、水素結合に

ルイス塩基部位の配置が適切でなく、二重活性化が期より触媒コンホメーションの固定に重要と考えられ、実際、待できないためと考えられる。尚、（S）-BINOLと3-DMAP

本水素結合による触媒コンホメーションの固定は、分子

あるいは、（S）-BINOL と4-DMAPの共存下に3aと4aの軌道計算からも支持されている（図9）。

aza-MBH反応を行った場合、得られる5aはラセミ体であることを確認している（Entries 6-7）。
次に反応溶媒の効果について検討を行った（表2）。
表2 酸-塩基型不斉有機分子触媒の溶媒効果と触媒ベンジル位窒素の置換
基効果Side view

Top view

図9 酸−塩基型不斉有機分子触媒6aの分子軌道計算: HF/6-31G**. N-H
atomic distance: 2.004 Å; angle between N-H-O bonds: 144.72°.

2-2. ホスフィノ基を有する酸-塩基型不斉有機分子触媒の開発 5c
先のアミノピリジル基を有する酸-塩基型不斉有機分子触媒の開発研究から、ルイス塩基部位をビナフチル骨格の3位に固定する際、スペーサーのデザインが触媒活性に大きな影響を与えることが明らかとなった。そこで、触媒コンホメーションの固定化を期待し、比較的分子配座の自由度が制限される芳香環をスペーサーに、ルイス塩
エーテル系溶媒（Entries 1-5）およびtoluene（Entry 6）基であるホスフィノ基の導入を計画した。

を用いた際に、高エナンチオ選択的に反応が進行し、特に、toluene-CPME（1:9）混合溶媒を用いた場合に、83%
eeで5bが得られた（Entry 8）。反応温度を-15℃にすると5bの不斉収率は90% eeまで向上した（Entry 9）。また、

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THE CHEMICAL TIMES 2007 No.1
（通巻203号）

図10ホスフィノ基を有する酸-塩基型不斉有機分子触媒

酸-塩基型不斉有機分子触媒を用いるaza-Morita-Baylis-Hillman反応

表3 ホスフィノ基を有する酸-塩基型不斉有機分子触媒によるaza-MBH反応

発現は、エノラートとイミンとのMannich反応における触媒
活性部位の不斉環境に起因すると考えられる。現在、本選択性の詳細を解析している。
表4 酸-塩基型不斉有機分子触媒の基質一般性

まず、二重活性化能が十分期待できるオルトホスフィノ体13aを合成したところ、予想通り高い触媒活性とエナン
チオ選択性が確認できた（表3, Entry 1）。比較のために、

31

P NMRより13aは、（S,S）-13aと（S,R）-13aの平衡状

メタホスフィノ体13bならびにパラホスフィノ体13cを合成し態（（S,S）-13a :（S,R）-13a = 1 : 2）にあることを確認してた。トリフェニルホスフィンのみを用いた場合でも（Entryいる。尚、（S,S）-13aと（S,R）-13aの帰属は、別途合成し10）、反応は効率良く進行することから、13bおよび13cでた単離可能なナフチル-ビナフチル骨格を持つ（S,S）-14aは、塩基性部位が酸性部位との協調的活性化に不適切および（S,R）-14aとの比較により決定した。有機分子触な位置であるため、塩基性部位のみが触媒として機能し、媒13aのナフチル-フェニル骨格の軸回転の役割を明らか

その結果、エナンチオ選択性が低下すると考えられる。

にするために、（S,S）-14aおよび（S,R）-14aを3aと4bとの反応条件を精査した結果、t-BuOMe溶媒中反応温度-

aza-MBH反応に適用し、比較検討を行った。その結果、20℃、かつ高希釈条件0.05 Mにて反応を行うと5bが収反応は、（S,S）-14a＞13a＞（S,R）-14aの順に速く、エナ率90%, 92% eeで得られた（Entry 7）。さらなる触媒活性

ンチオ選択性は、13a＞（S,R）-14a＞（S,S）-14aの順に高の向上を期待して様々なオルトホスフィノ体13d-13iを合成かった（表5）。反応速度の差は、2位の酸性部位である

したものの、触媒活性が低下するのみで（化学収率＜80%, 不斉収率＜88% ee）、合成した中では、13aが最も13a, 14a, 15a-15cを用いるaza-MBH反応
表5 酸-塩基型不斉有機分子触媒1高い触媒活性を示した（図10, 表3）。
反応基質の一般性について、先のアミノピリジル基を有する触媒6aの結果と共に表4に示す。我々の開発した
酸-塩基不斉有機分子触媒13aおよび6aは、電子吸引性、電子供与性いずれの置換基を有するイミン誘導体4においても、高化学収率、高不斉収率で目的生成物5を与える。一方、α,β-不飽和カルボニル化合物としては、メチル、
エチル、フェニルビニルケトンおよびアクロレインが適応可能である。興味深いことに、13aと6aは、共に（S）-BINOL骨格を持つ有機分子触媒であるものの、生成物5の絶対配置は、13aからはS体が、6aからはR体が得られる。
我々の触媒反応では、生成物の逆aza-MBH反応はおきフェノール性ヒドロキシ基と塩基性部位であるホスフィノ基ていないことを確認している。したがって、生成物の不斉の水素結合による安定化が原因と考えられる。以上の結THE CHEMICAL TIMES 2007 No.1
（通巻203号）

7

果から我々は、図11に示すような触媒反応機構を提唱している。すなわち、より高い不斉収率でMannich反応を促進する（S,R）-form中間体IIからMannich反応により生

参考文献
1）a）P. Perlmutter, C.-C. Teo, Tetrahedron Lett., 1984, 25, 59515952; b）D. Basavaiah, P. D. Rao, R. S. Hyma, Tetrahedron,

じたIIIが、よりルイス塩基部位が逆Michael反応しやすい

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Tetrahedron, 1988, 44, 4653-4670; d）E. Ciganek, Org. React.,

構である。尚、ブレンステッド酸部位である2,2 位フェノー

1997, 51, 201-350; e）D. Basavaiah, A. J. Rao, T. Satyanarayana,

ル性ヒドロキシ基の効果については、2位保護体15bには、活性がほとんど見られず、2 位保護体15cでは逆配置のChem. Rev., 2003, 103, 811-892; f）Y. Iwabuchi, S. Hatakeyama,
J. Synth. Org. Chem. Jap., 2002, 60, 2-14; g）P. Langer, Angew.
Chem. Int. Ed., 2000, 39 , 3049-3052; h）R. Gausepohl, P.

生成物が得られることから、高エナンチオ選択性発現にBuskens, J. Kleinen, A. Bruckmann, C. W. Lehmann, J.

は、2つのブレンステッド酸部位が必要であることが明ら

Klankermayer, W. Leitner, Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45 ,かとなっている。

3689-3692; i）P. Buskens, J. Klankermayer, W. Leitner, J. Am.
Chem. Soc., 2005, 127, 16762-16763.
2）a）S. Kawahara, A. Nakano, T. Esumi, Y. Iwabuchi, S.
Hatakeyama, Org. Lett., 2003, 5, 3103-3105; b）M. Shi, Y.-M.
Xu, Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 4507-4510; c）M. Shi, Y.M. Xu, Y.-L. Shi, Chem. Eur. J., 2005, 11, 1794-1802; d）D.
Balan, H. Adolfsson, Tetrahedron Lett., 2003, 44, 2521-2524; e）
M. Shi, L.-H. Chen, Chem. Commun., 2003, 1310-1311; f）M.
Shi, L.-H. Chen, C.-Q. Li, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 37903800; g）M. Shi, C.-Q. Li, Tetrahedron: Asymmetry, 2005, 16,1385-1391; h）M. Shi, L.-H. Chen, W-D. Teng, Adv. Synth.
Catal., 2005, 347, 1781-1789; i）I. T. Raheem, E. N. Jacobsen,
Adv. Synth. Catal., 2005, 347, 1701-1708; j）M. Shi, G.-L. Zhao,
Adv. Synth. Catal., 2004, 346, 1205-1219; k）M. Shi, L.-H. Chen,
Pure Appl. Chem., 2005, 77, 2105-2110; l）Y.-H. Liu, L.-H.

13aを用いるaza-MBH反応の推定反応機構
図11酸-塩基型不斉有機分子触媒1Chen, M. Shi, Adv. Synth. Catal., 2006, 348, 973-979.
3）Y. Iwabuchi, M. Nakatani, N. Yokoyama, S. Hatakeyama, J. Am.
Chem. Soc., 1999, 121, 10219-10220.

4．まとめ4） a）M. Shibasaki, H. Sasai, T. Arai, Angew. Chem. Int. Ed. Engl.,
1997, 36 , 1236-1256; b）K. Matsui, S. Takizawa, H. Sasai,

以上のように、α, β-不飽和カルボニル化合物とイミンとTetrahedron Lett., 2005, 46, 1943-1946; c）H. Somei, Y. Asano,の炭素−炭素結合形成反応であるaza-MBH反応に有効

T. Yoshida, S. Takizawa, H. Yamataka, H. Sasai, Tetrahedron

な酸-塩基型不斉有機分子触媒について、我々の二重Lett., 2004, 45, 1841-1844.

活性化能を有する有機分子触媒の開発研究を中心に紹5）a）K. Matsui, S. Takizawa, H. Sasai, J. Am. Chem. Soc., 2005,

介した。二重活性化能を有する有機分子触媒は、適切

127, 3680-3681; b）K. Matsui, K. Tanaka, A. Horii, S. Takizawa,

な位置への酸-塩基性部位の固定化が重要であり、スペーサーのデザインや触媒分子内の水素結合によるコンホ
メーションの固定化により、触媒活性は飛躍的に高まる。
本酸-塩基型不斉有機分子触媒の酸性部位、塩基性部
位は、目的とする反応に合わせて選択可能であることからaza-MBH反応だけでなく、他の分子変換反応に応用可能な触媒も開発できると考えられる。触媒活性と分子構造の相関データを基に、より一般性の高い触媒の創製を目指して検討を進めている。

8

THE CHEMICAL TIMES 2007 No.1
（通巻203号）

H. Sasai, Tetrahedron: Asymmetry, 2006, 17, 578-583; c）K.
Matsui, S. Takizawa, H. Sasai, Synlett, 2006, 761-765.

000000000

クリーンルーム内における化学汚染物質の連続分析
On-line monitoring of airborne molecular contaminants in clean room
横河電機株式会社 プロダクト事業センター 環境機器技術部 システム分析開発Gr

中川 直樹
Naoki Nakagawa

Development and Engineering Dept,Environmental & Analytical Products,Yokogawa Electric Corporation

1．はじめに半導体デバイスの高集積化やフラットパネルディスプレ

検証する上でAMC測定が重要な技術要素となっている。

2．クリーンル ームガスモニタCM505

イの大型化、精細化によって、クリーンルームに要求される空間清浄度のレベルは高まる一方である。今や微粒

一般的にAMC測定に際しては、目的成分に合致した子だけでなく、pptレベル濃度（ppt=一兆分の一）の空気手法で捕集し、これを分析する、という手順を踏む。捕中の分子状化学汚染物質（AMC：Airborne Molecular

集方法としては、溶液吸収法、拡散スクラバー法、ろ紙

Contaminant）
による材料や装置の汚染問題が重視され捕集法、サイクロン捕集法、固体吸着法などがあり、分るようになってきている。

析方法としては、イオンクロマトグラフ（IC）法、ガスクロマ

このAMCの分類方法として、SEMI、SEMATECHに
おいては、酸性物質（Acids=A）、塩基性物質（Bases=B）、

トグラフ質量分析（GC-MS）法、誘導結合プラズマ質量
分析（ICP-MS）法などが挙げられる。

凝縮性有機物質（Condensables=C）およびドーパント

本稿では、捕集方法：溶液吸収法、分析方法：イオン（Dopant=D）としている。これに筆者は金属（Metals=M）

クロマトグラフ法を用いて、高感度、自動化を実現したを加えたい。

クリーンルームガスモニタ（以下CM505と呼ぶ）
を紹介す

ここでいう酸性物質（A）は、フッ酸、塩酸、硝酸、硫る。図1にCM505の概観図を示す。

酸などで腐食性を有する物質でメタル配線の腐食原因となる。塩基性物質（B）はアンモニアやアミン類で化学増幅型レジストを使用した際のリソグラフィ工程でのTトップ
現象、ウェハやレンズ、ミラー表面のヘイズ発生の原因となる。凝縮性有機物質（C）はフタル酸エステル類によるゲート酸化膜の耐圧劣化、シロキサン類によるレンズ、
ミラー汚染が知られている。ドーパント（D）としてはボロン、リンが挙げられ、電気特性異常の原因。そして金属（M）としてはナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウ
ムなどが挙げられ接合リーク電流異常や酸化膜耐圧不良などの原因物質として報告されている。
これらのAMC対策として、クリーンルーム構成材料からのアウトガスの低減、ケミカルフィルタなどによる汚染物質の除去が行なわれている。そして、それらの除去状態を

図1 クリーンルームガスモニタ（CM505）

THE CHEMICAL TIMES 2007 No.1
（通巻203号）

9

図2 CM505構成図

CM505の構成は、サンプルガスの流路を切り替える部

mLより極端に少なくし、かつ吸収液とインピンジャ壁面を分、ガスを超純水に吸収させる部分、イオンクロマトグラフ

共洗いする液の全てをイオンクロマトグラフに導入するこ部分、ワークステーションによる操作・結果表示部分、の四とにより高感度化をも実現している。

つに分けることができる。図2にCM505構成図を示す。

さらに、長時間バブリングの際の吸収液蒸発に関しても、液量が少なくなると自動的に超純水補充が可能なシ

流路切り換え部

ステムとしている。

流路切り換え装置は最大16流路の切り替えが可能で、そのサンプリングチューブは50mまで使用できる。アンモニ

イオンクロマトグラフ

アなど吸着性の大きな成分の測定では、チューブ長さを長イオンクロマトグラフとは高速液体クロマトグラフの一種

くすると吸着の影響が生じる。この影響を避けるために、であり、その名の通り、イオンを測定対象とした分離分析

あらかじめ次回測定する流路を別ポンプ（ガス入替ポンプ）法である。分析するイオンと反対の電荷をもつイオン交換で吸引している。

樹脂を充填したカラム内に、溶離液とサンプルを流すこと
により、各成分のイオン親和力の差を利用し成分ごとに分

ガス捕集部
全自動でガス捕集が行なえるようなインピンジャシステム
を開発した。図3に概略を示す。

離して、各イオン強度を導電率検出器で検出する方法である。
CM505においては、イオンクロマトグラフ法の中でもさらに高感度な濃縮法を用いている。この方法は濃縮カラムと呼ばれるトラップカラムを使用し、ガスを吸収させた吸収液の全量と、共洗い液を全て濃縮カラムに流す。これによりサンプルは濃縮カラムにより全てトラップされる。六方
バルブを切り替えることで、トラップされたサンプルは溶離
液により分離カラムへと導かれる。この方法を使用することにより、液濃度で数ng/Lレベルの非常に高感度な分析が可能となる。
操作部分

図3 インピンジャ概略図

CM505の操作、運転状態の監視、結果の表示は全てパソコンにより行われる。

コンタミネーションを極力避けるために、超純水をインピ

各サンプリング場所の濃度値はトレンドグラフにより表示

ンジャ上方から入れ、ガスを下方から導入、吸収液をガされ、汚染状態やケミカルフィルタの劣化状況が一目でわスと同じ下方より排出する方式とした。

かる。また、濃度上下限設定があり、設定した値から外また、吸収液量を約10mLと従来の手分析時の数百

10THE CHEMICAL TIMES 2007 No.1
（通巻203号）

れた場合に濃度異常警報を出力する。

クリーンル ーム内における化学汚染物質の連続分析

実際のクリーンルーム内ガス濃度推移の例を示す。

3．分析結果
ガス濃度換算した値での各測定対象であるクロマトグ
ラムを示す。

図8 NH3濃度

図4 陽イオンクロマトグラム

Li、Na、NH4、K、Mg、Ca

図5 陰イオンクロマトグラム

Cl、NO2、Br、NO3、PO4、SO4
図9 SO2濃度

図8においては、HMDS（ヘキサメチルジシラザン）漏洩事故がNH3濃度上昇の引き金となっていることがよく分かる。フォトリソグラフィ工程において、HMDSはウェハとレジストの密着性を向上させる目的でウェハ表面を親水性から疎水性に変えるために使用される薬液である。こ
図6 陰イオンクロマトグラム

F、酢酸、ギ酸、Cl

れは水分と反応することでNH 3ガスを発生させることが知られており、まさにこの反応を検知したものである。
図9においては、SO 2濃度はケミカルフィルタ設置場所
では安定、設置していない場所では昼間が高く、夜間が低い推移を示している。この工場は幹線道路に面していることから、自動車からの排ガスが汚染原因と推測される。すなわち、昼夜の時間帯交通量の多少がクリーンルーム内SO2濃度の高低につながり、前述の濃度推移

図7 ホウ素クロマトグラム

ホウ酸を示すものと考える。
これらNH3、SO2ガスに関し、筆者らはμg/m3オーダのこれらより、CM505で測定可能なAMC成分は次になる。

ガスを発生させるための標準ガス発生装置を工夫し、酸性物質（A）：F、Cl、NO2、Br、NO3、PO4、SO4

低濃度ガスの再現性テストを行なった。標準ガス発生装

塩基性物質（B）：NH3

置自体のばらつきを含めて、NH 3ガスの1.0μg/m 3でCV

凝縮性有機物質（C）：酢酸、ギ酸

値：3.5%、SO2ガスの0.7μg/m3でCV値：1.6%の良い繰り返

ドーパント（D）：B（ホウ酸）し性を得た。また、従来の手分析との相関も相関係数：

金属（M）：Na、K、Mg、Ca

0.99以上と良い相関を示した。結果を図10、11に示す。

THE CHEMICAL TIMES 2007 No.1
（通巻203号）

11

図10 マニュアルインピンジャとの相関（NH3）

図12 測定値管理

5．まとめと今後の課題
CM505は非常に高感度なガスのモニタリング装置である。サンプルの捕集から分析まで自動的に行なわれるため、μg/m3以下のレベルでは取り除くのが非常に困難な、人が介在することによるコンタミネーションの問題を防ぐこ図11 マニュアルインピンジャとの相関（SO2）とができた。
微細化、高集積化の進展がめざましい半導体産業に

4．測定値管理

おいて要求される分析技術はより多種成分、低濃度へ
CM505で得られた各点の濃度測定値や機器情報を工と高度なものに移行してきている。今後も次世代プロセ

場管理システムに蓄積させることが可能である。これにスの清浄度評価に応えられるように、評価技術の改善をより各工程での雰囲気濃度情報と製造ロット情報をリン図り、電子産業の発展に貢献していきたい。

クさせ、ロット管理や生産ラインへの情報フィードバックに参考文献有用となる。
このときは、雰囲気濃度以外に気温や湿度、静電気

1）竹田菊男；化学汚染の評価分析技術、表面技術 vol.50, No.10,
P41（1999）

量などの周辺情報や試薬、ガスなどの材料ロット情報をも活用することでより歩留まり向上につながるデータベー
ス構築が可能と考える。

3）猪俣保、吉田隆司；クリーンルーム環境での粒子と無機ガス分析の現状と課題、空気洗浄、第39巻、第1号（2001）

管理イメージを図12に示す。

＜ガスモニター用

関連試薬＞

製品番号

製品名

14701-84

溶離液（1mmol/L 硝酸）

38107-96

2）岡田孝夫；クリーンルーム内で発生する分子状汚染物質対策、化学装置、9月号（2000）

規

格

包

装

価

格

アンモニアモニター用

10L￥ 9,500+

アンモニアモニター用

50mL￥ 4,300+

希釈用標準液（10mg NH4 /L）

38108-96

希釈用標準液（1mg NH4 /L）

アンモニアモニター用

100mL￥ 4,500

37991-13

1mol/L 炭酸ナトリウム溶液

イオンクロマトグラフィー用

250mL￥ 3,700

01856-96

F-：5mg/L, Cl-：10mg/L, NO2-：15mg/L
Br-：10mg/L, NO3-：30mg/L, PO43-：30mg/L

イオンクロマトグラフィー用

50mL￥ 5,500

38085-84

溶離液（4.5mmol/L 炭酸ナトリウム溶液）

ガスモニター用

10L￥ 12,000

陰イオン混合標準液IV

関東化学株式会社 試薬事業本部 試薬部
http://www.kanto.co.jp
E-mail:reag-info@gms.kanto.co.jp
電話 03-3639-8031

12

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000000000

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％

1

A

ビーカー

乾燥

有り

98.062

0.008

0.190

23.19

2

A

ビーカー

乾燥

無し

98.068

0.003

0.091

3.67

3

A

薬包紙

乾燥

無し

98.161

0.009

0.075

11.90

3

B

薬包紙

乾燥

無し

98.178

0.012

0.098

11.95

4

B

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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（通巻203号）

13

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

14

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

THE CHEMICAL TIMES 2007 No.1
（通巻203号）

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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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

Ａ

Ｂ

Ｃ

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。

000000000

新・私の古生物誌（3）New Series of My Paleontological Notes (3)─クモ の進化古生物学─
─Evolutional Paleontology of Spiders─
医学博士

福田 芳生

M.Dr. YOSHIO FUKUDA

1．はじめに皆さんがクモという名前を耳にした途端、ネバネバした
糸に絡まって身動きできなくなった獲物に、不気味な大グモが鋭い牙を開閉させながら、じりじりと迫る様子を頭に想い描くのではないでしょうか。獲物が美女（？）だったりすると、もう舞台効果満点です。
外国では夜間にクモを見ると、かならず悪夢に悩まされるとか、暗い古城に潜む毒グモの話など、話題に事欠き

図1 クモの内臓器官（R.W.ヘグナー他による）ません。
そんなクモ類は、いつ頃地上に出現したのでしょうか。
この号ではクモの化石について、現生種の研究成果を中心に据えて述べることにします。

図2 生きている化石キムラグモ. 腹部背側にある7個の楯状の外被肥厚部は、体節構造の名残りとみなされている. 巣穴に潜み、入口に戸を形成する. 体
長15ミリメートル前後あり、九州・沖縄に分布する.

2．クモの体の仕組み
単眼

クモの分類学的な位置は、無脊椎動物のなかの節足動物真正クモ目に属しています。陸生の近縁種にサソリ、大顎ダニ類がいます。余談ですが、海に生息するウミグモというのは、名前こそクモですが、今回述べるクモとは全くの別物です。
クモは雌雄異体で、卵で繁殖します。変態は卵の内部abで行われます。従って、孵化した幼体は体が小さいだけで、親とほとんど違わない姿をしています。5〜6回脱皮を繰り返して、およそ2ヶ月後に成体になります。
厚いキチン質の外被に覆われたクモの体は、頭胸部と腹部からなり、体節はありません（図1）。例外として、アジ
ア特産の 生きている化石キムラグモ では、腹部背面に小判形の7個の楯状構造があり（図2）、それはかつてクモ類が持っていた体節構造の名残だと考えられています。
触角は存在しません。その代わり、対になった第１番目の脚が他よりも短くなり、触角の役目をします（図1）。動
物学の参考書で触肢と呼ばれているのがそれです。このc
図3 クモの単眼. aは頭胸部正面に分布する8個の単眼. bは単眼の縦断面の光学顕微鏡像. 上方の円形のレンズ、底部の視細胞層からなる. cは視細胞の電子顕微鏡像. 微細な網目状の柱は視細胞、黒色の顆粒を含む柱は色素細胞、写真左側は神経線維層（R.M.アーキン他による）

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触肢には感覚毛が密生しています。感覚毛の多くは、ク海沿岸に面したポーランド北部やバルト3国では、海岸のモの巣に引っ掛かった獲物の震動を感知する 機械的受小石の間に美しい飴色をしたコハクが転がっています。そ容器 として機能します。

れは今から約5,400万年前（第三紀始新世初期）のもの

視覚器は複眼構造を取りません。頭部中央、側面に計8個もありますが、いずれも単眼です。1個のレンズの下に視で、波の浸蝕作用によってコハクを含む地層が削られ、海岸に打ち上げられたものです。

細胞の束があるといった、ひどく簡単なものです（図3）。
また、頭胸部下側には4対の歩脚があります。

3．出糸突起とクモの糸クモの歩脚が出て来たついでに、クモの糸について少し説明しましょう。腹部末端の肛門付近に3対の出糸突起があり（図4のa）、それらの突起先端には数百個の吐糸管が開口しています（図4のb）。それらの吐糸管は分泌腺とab
図5 クモの巣と糸. aはクモの巣. 縦糸には粘着物質が無い. 点線は横糸. bはクモの糸の電子顕微鏡像. 無数の細かい繊維の撚糸からなっていることが分かる（R.F.フェリックスによる）連絡していて、タンパク質に富んだ粘液物質を放出します。
それらのコハクの中に、当時の森林に生息していた昆虫やゴキブリ、クモ類が封じ込められています（図6）。この バルトのコハク は学術的にも大変貴重なものです。

出糸突起
肛門
a

b
a

b
図4 クモの出糸突起と吐糸管. aは腹部末端にある3対の出糸突起を示す.
bは出糸突起先端にある吐糸管群（矢印）を示す電子顕微鏡像（R.F.フェリックスによる）

それが空気に触れると、たちまち糸になります（図5のa）。
この吐き出された細い糸が何百本も絡み合って、丈夫な糸になるという訳です（図5のb）。
糸の表面に粘着物質が等間隔で付着しています。クモはどうして自分の糸にくっつかないのでしょう。実は巣の縦糸には粘着物質がありません。クモは粘着物質のある横糸に触れないように、巧みに縦糸を伝って巣の上を移動するので、自分の糸にくっつかないという訳です。
クモの糸が化石として残ることは極めて稀です。バルト

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c
図6 バルトのコハク中に保存されていた5400万年前のクモ. aはゾダリッドの仲
間、bはマスティグサの1種. 大きさは両種とも6ミリメートル前後である. cはフィディプスの仲間. これは俗にジャンピング・スパイダーと呼ばれているもの. 写真は頭部正前の拡大像（72倍）. 独特の大形の目を持つ（W.ワイト
シャットとW.ヴィッチャードによる）

新・私の古生物誌（3）クモの進化古生物学驚いたことに、コハクの内部にクモの糸ばかりか（図7

すくむような恐怖感を与えます（図9）。そんなことから、タのa,b）、粘着性の糸に絡まったアリまで、当時そのままのランチュラは猛毒の恐るべき殺人グモという伝説（？）が生姿で保存されています。その様子は現生のクモ類の生態まれたのでしょう。

と何ら変わる所がありません。
毒腺

導管
大顎
毒牙

a

a

b

図7 バルトのコハク中に保存されていた
クモの糸. aは出糸突起先端の 吐
糸管から放出される微細な糸（矢印）を捕えた 光 学 顕
微鏡像（25倍）. b
はクモの 捕 虫 網の 一 部（ 6 倍 ）.
（W.ワイトシャットとW.ヴィッチャー
ドによる）b

4．大顎と毒腺

図8 クモの毒腺. aは頭胸部内側に位置する毒腺から、毒液が大顎内を縦走する導管を経て、毒牙に流入する様子を示す（矢印）. bは毒腺横断面の電子顕微鏡像. 矢印は毒腺周囲を取り巻く筋繊維. 黒色顆粒は毒素を含んだ分泌物（R.F.フェリックスによる）クモは肉食動物ですが、獲物をムシャムシャと食べるよ
うなことはありません。クモ独特の摂餌法について御紹介する前に、顎の仕組みを説明しましょう。
頭胸部前端から1対の突起が外方に伸び出しています。それは上顎に相当し、その先端に鋭い牙を備えています。それらを総称して大顎と呼びます。一方、下顎は獲物を保持する役目をします。
大顎先端の牙中央を細い導管が走り、それは毒液の通路となっています。毒腺は頭胸部内側に収納されていて、楕円形の腺体を筋繊維が取り巻いています（図8）。
この筋繊維はリズミカルに収縮し、導管を介して毒液を獲

図9 人類の嫌われものタランチュラ. 写真は脱皮中の若い個体（右側が前方）.
成体では体長8センチメートル前後ある. ヨーロッパ南部に生息する（R.F.
フェリックスによる）物の体に注ぎ込む際の、優れた動力装置となっています。
クモは巣に引っ掛かってもがく獲物の振動を触肢によっ

さて、クモの毒液は神経と筋肉の結合部を破壊します。

て感知し、スルスルと獲物に接近して、相手の体に毒液

その結果、筋運動が阻害され、獲物の動きが止まってしを注入するという訳です。皆さんご存知のタランチュラ（リ

まいます。人が毒グモに襲われ、死亡することがあります。

コサ・タランチュラ）
は、毒グモの代表とみなされています。

それは言うまでもなく、毒液によって呼吸筋が麻痺するか

ところが、タランチュラの毒腺はひどく小型で、大顎のらです。そんなことから、クモの毒液は神経毒のカテゴリー

窪みに収まっているにすぎません。毒液の力も他の毒グモに比べて、特別に強力ということもありません。タランチュ
ラは超大形のクモで、全身毛に覆われた姿は、人に身のに入れられています。
目下、全世界のクモは4万種ほどです。でも、人命に係わるような毒グモは30種前後といったところです。

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ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（16）レオポルド・グメリン
Scientists and Engineers in German Stamps (16). Leopold Gmelin
筑波大学名誉教授

原田馨

KAORU HARADA
Professor Emeritus,University of Tsukuba.

レオポルド・グメリン
レオポルド・グメリン（Leopold Gmelin、1788-1853）、ドイツの化学者。
L. グメリンはバーデン・ヴュルテンベルグ州テュービンゲンから輩出された有名な科学者の家系の一人である。父はゲッチンゲン大学の医学、化学教授のヨハン. F. グメリン（J. F. Gmelin、1748-1804）
で、彼の二番目の息子として、ゲッチンゲン（Gottingen）のホスピタ
ル通りにあるヨハンの住居と研究室を兼ねたゲッチンゲン大学の官舎で生まれた。後年この建物は化学教育が盛んになると共に次々
L. グメリン（ハイデルベルク大学化学教授）
誕生200年記念切手。
1988年、ドイツ連邦共和国発行。

と増築が繰り返され、やがてヴェーラーハウスと呼ばれるようになったが、その理由は後述によるものである。
L. グメリンはテュービンゲン、ゲッチンゲン、ミュンヘン大学で化学、医学、数学を学びハイデルベルク大学に落ち着いたが、この間の一年間を、クロム元素の発見者であるパリのヴォークラン（L. N.
Vauquelin、1763-1829）のもとで過し、1817年ハイデルベルク大学の最初の化学の正教授（Full Professor）となった。彼は1851年に引退するまでの34年間この地位にあった。
L. グメリンは教育においても、研究においても一流であったが、多くの化学者に強い印象を与えたのは、1817年に出版された化学事典（Handbuch der anorganischen Chemie）であり、この書物の初版は3巻よりなる。このようなハンドブックを作ろうとする流れはその後もドイツの学界に続いている。L. グメリンはラボアジエの化学革命の後、未だ整理されていない種々の化学知識から確実な知識を選び、化学を体系づけた功績は大であった。このハンドブックは版を重ねるごとに改訂された。グメリンはこの書物を完全なものにするために大きな努力を払った。1843年に出版された第4版は9巻よりなり、多くの情報が加えられていた。このような化学文献の検索には、有機化合物におけるバイルシュタイン（Beilstein）のハンド

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ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（16）レオポルド・グメリン

ブックと同じく、次第に歴史的使命を終えつつあるようにグメリンは食物の消化について研究し、またフェロシア

思われる。世の中はコンピューターの時代となり、ブック型

ン化カリウム（赤血塩）、タウリンを発見し胆汁色素に対すの辞書、事典の時代は終り、書斎での脇役となりつつあるグメリン試験法を見出した。彼は化学物質の命名法にる。間もなくこれらの書籍をはじめ、情報（インフォメーショ

も貢献したが、ケトン、エステルと云う一般名称はグメリンン）
に関するものは殆どすべてコンピューターが関連するの命名によるものである。

ことになるだろう。
ゲッチンゲン大学の化学教授で、尿素の無生物的生成

L. グメリンの墓はハイデルベルクの山墓地にあり、淡色の砂岩の墓石で大分風化を受けているが山墓地の中でに成功し、またアルミニウム元素の発見者でもあるF. ヴェー

も最も古い墓石の一つに属するだろう。

ラー（Friedrich Wohler、1800-1882）
は、L. グメリンの学生※本稿に掲載の写真は、全て著者の撮影によるものである。

でもあったが、後に父ヨハン. F. グメリンの後任教授となり、このゲッチンゲン大学の官舎に46年間住み、そしてまたテ
ルペン化学の創始者O. ヴァルラハ等も住み、研究を行っていた。やがてこの建物はF. ヴェーラーの高名さから、その名を冠して人々からヴェーラーハウスと呼ばれるようになった。
L. グメリンの名は一緒に住んだ父の名や、他の研究者の名と共に記念板に掲げられている。

L. グメリンの父、ヨハン. F. グメリンはゲッチンゲン大学で医学と化学を教えた。古い時代には化学は医学に属するものと考えられた。

L. グメリンはゲッチンゲンの父の化学研究室兼官舎（ヴェーラーハウス）
で生まれ、比較的早く化学、医学、数学学習の旅を終え、２９才（1817年）にはハイデルベルク大学の正教授となった。

初期のヴェーラー研究所。左端の建物がヴェーラーハウス。

F. ヴェーラーの時代に化学教室兼官舎（ヴェーラー
ハウス）
は新しくなり、以後化学教育が盛んになると共に増築が繰り返された。

1889年にはテルペン化学を創始したO. ヴァルラハ
がヴェーラーハウスに入居した。ヴァルラハ入居以後
化学のみならず他の学科の者もヴェーラーハウスに入居した。
現存するヴェーラーハウス。現在は化学ではなく別の研究所になっている。ここに、L.グメリン、F.ヴェーラー、O.ヴァルラハ等かっての著名入居者の記念版が掲げられている。

ゲッチンゲン大学化学教授の官舎（ヴェーラーハウス）の記念板。
記念板に表示されている年号が、それぞれの入居期間。

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ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（16）レオポルド・グメリン

ハイデルベルク市のL. グメリンの住居あとの記念板。

若き日のL. グメリン。

加齢したL. グメリン。

ハイデルベルクの山墓地にあるL. グメリンの墓。

編

表紙写真
キバナノヤマオダマキ（黄花山苧環）
キンポウゲ科山で良く見かけるヤマオダマキは普通がく片が青紫色ですが、がく片も花弁と同じ淡黄色のものをキバナノヤマオダマキと呼んで区別しています。撮影場所は八ヶ岳、赤岳鉱泉を目指して北沢を登り、大同心が良く見える岩の位置にひとかたまりとなって咲いていました。上高地あたりでは、青紫色よりこの黄色のオダマキの方が多いと言われています。
（写真・文

北原）

集

新年あけましておめでとうございます。

後記

読者の皆様からの多数の暖かいお言葉にも励

弊誌ケミカルタイムズにご寄稿いただきました著

まされ、今年も無事に新年を迎えることができ者の皆様、そして読者の皆様には、さぞかし良ました。編集委員一同、皆様のご愛読にお応

いお正月をお過ごしになられたことと存じます。

えできるよう、猛進を讃える亥年の良き例えの如

輝かしい新年を皆様とご一緒に迎えることがでく、編集活動に勤しむ覚悟でございます。ご愛きましたことに心より感謝申し上げます。

読のお申し込み、ご意見、ご希望など皆様からケミカルタイムズは、季刊誌として年に４回、毎回約１万部を皆様にお届けしておりますが、快くご執筆をお引き受け頂きました著者の皆様や、C Kのお声を心よりお待ち申し上げております。
本年もご愛顧のほど、何卒よろしくお願い申し上げます。

古藤 記〒103-0023 東京都中央区日本橋本町3丁目2番8号
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編集責任者 古藤 薫
平成19年1月1日 発行