放射線量を色で把握

太刀川達也

Tachikawa Tatsuya（埼玉大学大学院理工学研究科）（カラーフォーマー）の開発研究を行っている。

1 はじめに筆者らの研究室での達成目標は，“短時間での放射線は高いエネルギーを持った粒子や電磁100 mSv の放射線で，目視で確認可能な発色を波であり，人間の五感で感知することができな示すが，およそ 1 週間〜1 か月程度は室温で安いばかりか，人体に有害であり，微量であって定に保存できる”ことである。現在のところ，

もがんや白内障などの健康被害を引き起こすこ溶液系での発色が最もよく，1 Gy 程度の放射とが知られている。放射線曝露によるがんの発線を目視で視認できる段階まで来ているが，ポ生率に顕著な差が出るのは，およそ 100 mSv かリマー剤に分散させることで作成された固相系らと言われている。公衆での被ばく線量の上限

では発色が良くなく，1 mm 程度の厚さのポリ値は年間 1 mSv であり，高レベルの放射線を自マー材料に 5％程度分散させた試料でようやく然界から暴露されることはないと考えられる

40 Gy の照射線量が視認できる状況にある 1）。

が，高レベルの放射線は，合成ゴムの改質や植

本稿では，フェノキサジン系カラーフォーマ物の品種改良，医療器具や血液の滅菌やがん治ーと呼ばれる青色に発色するカラーフォーマー

療など多岐にわたって利用されており，それらを用いた溶液系でのカラーフォーマー材料につの施設での放射線の使用は，施設で働く人々のいて紹介する。また，最後に重粒子線の線エネ健康に影響がないように厳密に管理されていルギー付与を目視で検出するのに適すると考える。放射線施設外に漏洩することはまずないとられるゲル系でのカラーフォーマー材料につい思われていた放射性物質が，東日本大震災の福て紹介する。

島第一原子力発電所事故で漏洩してしまい，今なお人々を不安に陥れていることは，忘れることができない。

2 溶液系カラーフォーマー

その人間の五感で感知することができない放こ こ で は， ア ル キ ル オ キ シ カ ル ボ ニ ル 基

射線を視覚で感知できるようにするため，西暦（-COOR）， モ ノ ア ル キ ル カ ル バ モ イ ル 基2000 年頃から，放射線の照射により無色体か（CONHR）によって保護されたフェノキサジンら発色体へと変化するような機能性色素材料

系カラーフォーマーについて順に紹介する。

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2.1 アルキルオキシカルボニル基で保護さとが分かる。溶液は青色に発色する。溶媒としれたフェノキサジン系カラーフォーマーてはアセトニトリルでの発色が良い。THF，トフェノキサジン系カラーフォーマーは，市販

ルエン，アセトンでは発色が低く，2-プロパノ−の青色色素であるベーシックブルー 3（2・Cl ）ールなどのアルコール系では発色しない。ハロをアルカリ性水溶液と有機溶媒との 2 層中，亜ゲン系溶媒はよく発色するが，溶液の経時安定ジチオン酸ナトリウムを用いて還元して無色の性も低くなる。このカラーフォーマー 1a のアロイコ色素とし，それに酸塩化物などを作用さセトニトリル溶液は比較的安定で，1 週間程度せて保護基部位を導入することで合成される。の冷暗所保存では吸光度変化を示さず，透明な2,2,2-トリクロロエトキシカルボニル基で保護溶液は透明なままで保存される。
カラーフォーマー 1a がほかのアルキル，あされたフェノキサジン系カラーフォーマー 1aの合成スキームを図 1 に示す。

るいはアリール保護基より良い発色能を示した

保護基部位が導入されることで，ロイコ色素理由としては，炭素─塩素結合の結合解離エネが酸化されて色素体に戻ることが防がれる。放ルギーはほかの結合に比べて小さいため，g 線射線や紫外線などの照射により保護基部位が開照射によって励起されたカラーフォーマー分子裂し，色素部位が酸化されて発色体に戻ることは保護基部位の炭素─塩素結合で開裂することとなる。

で保護基部位が外れ，生成した色素ラジカル，保護基部位としては，当初は紫外線照射に応あるいは，ラジカルが溶媒から水素を引き抜い答して外れることが知られていた o-ニトロベて生成されたロイコ色素が酸化されることによンジルオキシカルボニル基を導入した 2）が，そり発色すると考えられる（図 3）。の後の研究で o-位に置換しているニトロ基は2.2 モノアルキルカルバモイル基で保護さ必要ないということが明らかとなった。さらにれたフェノキサジン系カラーフォーマー

数種のアルキル，またはアリールオキシカルボ

その後，様々な保護基部位を有するフェノキニル系の保護基を検討した結果 3），2,2,2-トリサジン系カラーフォーマーが合成され，モノアクロロエトキシカルボニル基で保護したカラー

ルキルカルバモイル基を有するカラーフォーマ

フォーマー 1a がオキシカルボニル系の中では，g 線の照射に対して高い発色感度を示すことがーが，アルキルオキシカルボニル基で保護され分かった 4）。とが明らかとなった。

たカラーフォーマーよりも高い発色能を示すこ

カラーフォーマー 1a のアセトニトリル溶液（［1a］＝0.25 mM）に g 線を照射した後の吸収ラーフォーマーは，1a と同様に亜ジチオン酸スペクトル変化を図 2 に示す。照射前の溶液はナ ト リ ウ ム を 用 い て Basic Blue 3 を 還 元 し た

無色であり，吸収スペクトルにおいても 350〜後，トリホスゲンを作用させることでクロロホ

750 nm の可視領域に吸収が見られないが，gルミル化体 4 を合成し，4 を種々のアミン類とモノアルキルカルバモイル基で保護されたカ線を照射するにつれて色素体 2 の最長吸収極大反応させることで合成できる。図 4 には sec-ブ波長に相当する 644 nm の吸光度が増加するこ

チルアミンとの反応で得られる 1b の反応式を

図18

カラーフォーマー 1a の合成

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示した。
カラーフォーマー 1b のアセト
ニ ト リ ル 溶 液（［1b］＝0.25 mM）に g 線を照射した後の吸収スペクトル変化を図 5 に示す。カラーフォー マ ー 1a と 同 様 に 照 射 前 の 溶
液は無色であり，吸収スペクトルにおいても 350〜750 nm の可視領域に吸収が見られないが，g 線を照射するにつれてこちらのカラーフォーマー溶液でも色素体 2 の最長 吸 収 極 大 波 長 に 相 当 す る 644
図2g 線照射によるカラーフォーマー 1a のアセトニトリル溶液（［1a］0＝0.25 mM）の吸収スペクトル変化

nm の吸光度が増加し，溶液は青色に発色する。1a は，1 absorbanceunit（Abs）まで吸光度を変化させるのに 1,000 Gy の照射線量を必要としたが，1b では同じ濃度の溶液で，その約 10 分の 1 である
100 Gy の照射線量で同程度の吸光度変化を生じさせることができる。溶液の色の変化は 10 Gy から目視で確認が可能である（図 6）。
1b の 発 色 機 構 は，g 線 の 照 射により溶媒から生成したラジカル類がモノアルキルカルバモイル基のアミノ基の水素を引き抜きくことにより，イソシアネート（R─N＝C＝O）が生成する過程を含んで図3いると考えられる（図 7）。

カラーフォーマー 1a の推定される発色機構

図4

カラーフォーマー 1b の合成

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No.7319図5

g 線照射によるカラーフォーマー 1b のアセトニトの吸収スペクトル変化
リル溶液（［1b］0＝0.25 mM）

図7

図6g 線照射によるカラーフォーマー 1b のアセトニトトリル溶液（［1b］0＝0.25 mM）の色変化

カラーフォーマー 1b の推定される発色機構

カラーフォーマー 1b のアセトニトリル溶液を導入したカラーフォーマーゲル化剤の合成とカラーフォーマーゲルの作成を行った 5，6）。

（［1b］＝0.25 mM）は，1 週間程度，室温暗所で安定に保存できた 1a とは異なり，ある程度の保護基部位にゲル化剤部位を有するフェノキ早さで経時変化を示す。調製時に無色であった

サジン系カラーフォーマーオルガノゲル化剤

溶 液 が 3 日 後 に は 吸 光 度 が 0.04 Abs と な り，

1c はヘキサン，トルエン，四塩化炭素，酢酸溶液が着色していることが目視で確認されるよ

エチル，アセトニトリル，DMF などの非極性うになった。モノアルキルカルバモイル基とす溶媒から極性溶媒までの種々の溶媒をゲル化することで，発色能が高まる一方，熱安定性が低ることができる。1c を酢酸エチルに 17 g／L の下することが明らかとなった。

濃度になるよう加熱溶解させ，冷却することで3 オルガノゲル系カラーフォーマー溶液系の発色感度と固相系の利便性を併せ持作成したカラーフォーマーゲルの 10〜700 Gyの g 線照射後の様子を図 8 に示す。カラーフォーマーゲルは青色に発色し，40 Gy の g 線照射線量から目視で発色を確認できる。

つ系として，カラーフォーマーにゲル化剤部位

10Isotope News2015 年 3 月号

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（a）

g raysHeavy particle beam

（b）

図9

カ ラーフォーマーゲルへの粒子線照射により，深さ方向のエネルギー分布を色変化で確認することができる

れる線エネルギー付与がカラーフォーマーゲルの色変化として，深さ方向への線量の分布を目視で確認できるようになることが期待できる
図 8 （a）カラーフォーマー
1c，（b）カラーフォーマー
ゲル化剤 1c による酢酸エチルゲル（17 g／L）のg 線照射後の色変化（図 9）。
参考文献

4 まとめ
フェノキサジン系カラーフォーマーのアセト
ニトリル溶媒では 10 Gy の照射線量の g 線を目視で確認できることが明らかとなった。現在，
1 Gy 程度までの g 線による発色を目視で確認できるようになっているが，溶液の経時安定性が低いことが課題である。また，カラーフォー
マーゲルは大きい体積にすることが可能であり，三次元的な色変化を観測することが可能であるため，重粒子線の照射によりゲルに与えら

Isotope News

1）Tachikawa, T., Akagi, K., and Tokita, S., J.
Photopolym. Sci. Technol., 18, 121─124（2005）
2）Tachikawa, T., Morinaka, Y., and Tokita, S., J.
Photopolym. Sci. Technol., 14, 245─250（2001）
3）Nakazawa, D., Tachikawa, T., and Tokita, S., J.
Photopolym. Sci. Technol., 16, 191─194（2003）
4）Tachikawa, T., Sato, Y., and Tokita, S., Mol. Cryst.
Liq. Cryst., 431, 461─466（2005）5）Itoi, H., Sekine, Y., Sekiguchi, M., and Tachikawa,T., Chem. Lett., 38, 1002─1003（2009）6）太刀川達也ほか，ゲルの安定化と機能性付与・次世代への応用開発，技術情報協会，pp.111─
116（2013）

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