株式会社島津製作所

フーリエ変換赤外分光光度計プラスチック分析システム「Plastic Analyzer」による劣化プラスチックの分析
藤1

はじめに里砂う，プラスチックの使用を控えることや代替素材を用いること，3R（reduce（リデュース），reuse（リユース），大きさ数 nm ～ 5 mm の微細なプラスチックをマイクrecycle（リサイクル））の強化などが求められている。

ロプラスチックと呼ぶ。近年，このマイクロプラスチッ

一般にマイクロプラスチックの分析は，サンプルの採クが沿岸及び海洋の生態系に悪影響を与え，ひいては人集，前処理（過酸化水素による夾雑物の除去，比重分離間の健康にも潜在的に影響を及ぼす可能性がある海洋環によるマイクロプラスチックの選別），分析機器による境問題として，世界的な課題となっている。日本では日評価の順に行う。前処理を十分に行うことは，その後の本近海に加え，日本から南極に至る広範な海域において評価を精度良く行う上で欠かせない。の分布調査や，マイクロプラスチックに吸着している

本稿では，当社が新規開発したフーリエ変換赤外分光PCB（poly chlorinated biphenyl，ポリ塩化ビフェニル）

光度計（ FT IR ）プラスチック分析システム「 Plastic等の有害化学物質の量を把握するための調査が実施されAnalyzer」の概要とその応用について紹介する。ている。また，洗い流しのスクラブ製品におけるマイク

2マイクロプラスチックの前処理と分析法るなどの取り組みも行われている。近年では，各国の分

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マイクロプラスチックの採集と前処理

析データを比較できるよう，モニタリング調査の方法のまず採集について，海洋で調査を行う場合にはニュー標準化も進められている。なお，マイクロプラスチック

ストンネットやマンタネットを船舶から海水中に降ろしロビーズの使用中止や，プラスチック製品の使用を控え

えい こうは一次と二次に分類される。一次マイクロプラスチック曳航する。環境省のガイドライン3)には，船の走行によは工業用研磨剤やスクラブ剤に使用されるビーズ状等のる波の影響を避けるためサンプリングネットは船の側面

プラスチック原料，二次マイクロプラスチックはプラスから十分に離す，ネットは船の柱などに十分な強度で固チック製品が紫外線や物理的な摩耗で砕けて微細化した定する，治具等の破損を防ぐためロープで補強するなどものを指す。の留意点も記載されているので，参考にしていただきた

私たちの生活に欠かせない水にもマイクロプラスチッ
クによる汚染が広がっている可能性がある。世界に流通い。河川の場合には橋などからサンプリングネットを降ろし採集することもできる。
きょう ざつしている 11 のブランドのミネラルウォーターを調査し前処理の一例を図 1 に示す。まずは大きな 夾 雑物をた結果，調査対象の 93 ％ がマイクロプラスチック汚染取り除くために目合い 5 mm 以下の 篩 通し，篩い分けの兆候を示し， 1 L あたり平均 10.4 個のマイクロプラを行うと良い。次に，過酸化水素水（ H2O2 ）を加え，スチック粒子が検出された。破片状が主な形態で，次い数日間放置して夾雑物を溶解させる。この時，温調付きで繊維状のマイクロプラスチックが多かったと報告されスターラーを使用して撹拌や加熱を行うことも可能であている1)。

る。最後に，ヨウ化ナトリウム（NaI）を加えて，数時ふるい

また，日本の研究において，東京湾に生息するカタク間静置し比重分離を行う。このようにして分離されたマチイワシの消化管を調査した結果，カタクチイワシ 64イクロプラスチックを回収し，分析機器にて目的に応じ尾中 49 尾からマイクロプラスチックが検出された。そた測定を行う。のうち 52.0 ％ はポリエチレン（PE），43.3 ％ はポリプロピレン（PP）であり，86.0 ％ は破片状，7.3 ％ はビー2･ 2ズ状であったと報告されている2)。

分析・計測法の選択フローを図 2 に示す。分析目的

このように，私たちが摂取する水や食品がマイクロプマイクロプラスチックの分析手法によって適した分析機器は異なる。例えば，マイクロプ

ラスチックで汚染され，食の安全を脅かしている現状がラスチックの種類判別をする場合，大きさ 100 nm 以上ある。これ以上プラスチックごみの流出を増やさないよであれば FT IR が最適である。また，100 nm～10 nm

ぶんせき  125

は赤外顕微鏡，10 nm 未満はラマン分光光度計が推奨さ

nm のプラスチックを定性することが可能な FT IR はれる。一方，マイクロプラスチックに吸着している物質マイクロプラスチックの分析で最もよく使用されているなど微量成分を対象とする場合には，液体クロマトグラといえる。手法は主に ATR 法である。

フ質量分析計（LC MS）やガスクロマトグラフ質量分析計（GC MS）など精密に定量が行える分析機器が必3要になる。サイズ計測は一般的に実体顕微鏡を用いて行FT IR プラスチック分析システム「 Plastic Analyzer」

われるが，サイズが小さくなると作業の負担が大きく，当社では，マイクロプラスチックや異物の分析に必要正確性や作業効率が低下してしまう。そこで，マイクロな製品一式をパッケージ化した Plastic Analyzer を開発

プラスチックを含む溶液を流して自動的に画像の取得おした。本製品は， FT IR

よび統計的な解析が行える粒子画像解析システムも応用

リーズ用 1 回反射 ATR 測定装置「 QATRTM S 」，「加が可能である。このように分析目的に合わせて機器を選

熱劣化プラスチックライブラリ」，「紫外線劣化プラス択することで正しい評価が行える。大きさ数 mm～100

チッ クラ イブ ラリ 」，「 Plastic Analyzer メソ ッド パ ッ｢ IRSpiritTM ｣， IRSpirit シケージ」で構成されている。紫外線や加熱によって劣化したマイクロプラスチックや異物などの測定に必要なハードウェア・ソフトウェア一式がオールインワンとなっており，分析経験が浅い，または未経験の方でも本製品を用いることで簡単に分析を始めることができる。
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Plastic Analyzer の有用性

熱や紫外線で劣化したプラスチックの赤外スペクトルは，劣化していないプラスチックの赤外スペクトルと比較してピークの変化が起こり，完全に一致しないことが多い。一般のライブラリには劣化していないプラスチックデータしか含まれていないため，これとの比較では正しい同定ができない。この対策として，これまで「加熱劣化プラスチックライブラリ」を提供してきたが，今回「紫外線劣化プラスチックライブラリ」を追加した。このライブラリは，紫外線によって劣化したプラスチックの同定に対応できるデータベースである。両ライブラリを含む Plastic Analyzer は，従来の異物分析の同定精度を大きく改善させた製品で，近年関心が高まっているマイクロプラスチックの分析にも有効である。
図1

前処理の一例

図2126

分析・計測法の選択フロー
ぶんせき  3･ 2

Plastic Analyzer の詳細

3･2･1

IRSpirit

紫外線照射時間で劣化させた 200 種類以上の赤外スペクトルを含んでいる。

IRSpirit は持ち運びができる小さなボディで，本体サイズは， 390 ( W )× 250 ( D )× 210 ( H ) mm と A3 サイズ

3･2･5以下である。さらに，間口の狭い場所でも設置できるよスペクトル測定およびレポート作成を簡単に行う IR-

うに，2 面からのアクセスを可能にしたユニークなデザ

Spirit 専用プログラム IR PilotTM とプラスチック測定用インを採用している。また，クラス最高の SN 比と分解パラメータが同梱されており，目的試料の測定，解析，能を兼ね揃え，当社製付属品や市販の付属品も搭載でき印刷までを簡単に行うことができる。 FT IR の分析にるクラス最大幅の試料室は高い拡張性を実現している。

不慣れな方もすぐに分析を始めることが可能である。

IRSpirit および IRSpirit に QATR S を付属した写真を

図 3 に示す。
3･2･2

QATR S

Plastic Analyzer メソッドパッケージ

4「Plastic Analyzer」の応用

4･1

Plastic Analyzer による紫外線劣化したブラインドの分析
さらQATR S は IRSpirit の試料室と一体になる 1 回反射

室内の窓際で長期間太陽光に曝されたブラインドの部

ATR 測定装置である。ダイヤモンド製の ATR プリズ品を分析した。測定試料の写真を図 4 に示す。部品内

ムが付属しており，オプションでゲルマニウム製も搭載部を切り出した破片（内部），室内側で直接太陽光が当することができる。ATR（attenuated total reflection，たらない箇所（室内側），そして窓側で太陽光に曝され全反射）法は，高屈折率から低屈折率の媒質へ光が進むることにより黄変したと推定される箇所（窓側）の 3ときに起こる全反射を利用した方法で， ATR プリズム点を測定した。なお分析は， Plastic Analyzer メソッドに試料を置き，プリズムと試料を密着させるだけで測定パッケージに含まれる専用のマクロプログラム IR Pilotが行えることから，簡便な手法として様々な分析用途にで操作し行った。操作の流れを図 5 に示す。

用いられている。

Plastic Analyzer による赤外スペクトル測定結果の重ね描きを図 6 に示す。ブラインド部品の内部は，紫外
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加熱劣化プラスチックライブラリ

線劣化プラスチックライブラリより，紫外線未照射のポ

静岡県工業技術研究所浜松工業技術支援センターで測リプロピレン（ PP ）に該当すると考えられる。室内側

定，取得した加熱劣化プラスチックの赤外スペクトルをは，紫外線を 40 時間照射した PP と同等のスペクトル収録したライブラリである。 13 種類のプラスチックにを示した（図 7 参照）。窓側（黄変部）は，紫外線をついて，200～400 °C で加熱劣化させた 100 種類以上の125 時間照射した PP と同等のスペクトルを示した（図赤外スペクトルを含んでいる。

8 参照）。

太陽光つまり紫外線による劣化によって 3400 cm－1
3･2･4

紫外線劣化プラスチックライブラリ

岩崎電気製

や 1710 cm－1，1150 cm－1 付近にピークが生成されてお超促進耐候性試験機を使用し，最長 550

り，これらは酸化により生じた O H 基の伸縮振動や C時間（約 10 年分の紫外線暴露量に相当）紫外線劣化さ＝ O 基の伸縮振動， C O 基の伸縮振動による吸収であせたプラスチックの赤外スペクトルを収録したライブラると考えられる。 Plastic Analyzer によって，紫外線にリである。 14 種類のプラスチックについて，異なったより PP 表面が酸化劣化していることが明らかとなり，またその程度を推測することができた。

図3

IRSpirit （左）および IRSPirit に QATR S を付属した写真（右）ぶんせき  

図4測定試料

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4 ･2

図7

ライブラリ検索結果（室内側）

図8

ライブラリ検索結果（窓側）Plastic Analyzer による紫外線劣化したマイクロプラスチックの分析
京都府内の河川において，サンプリングネットを水中に 3 分間沈めて採集したマイクロプラスチックを Plastic Analyzer を用いて分析した。なお，前処理として
図5操作の流れH2O2 を用いた処理を 3 日間と NaI による比重分離を 7時間行った。実体顕微鏡による観察画像を図 9 に，測定条件を表 1 に示す。
測定結果を図 10 に示す。紫外線劣化プラスチックラ
イブラリから，紫外線を 550 時間照射した PE がヒットした。図中灰色枠で示す 3400 cm－1 付近の O H 伸縮振動，1750 cm－1 付近の C＝O 伸縮振動による吸収が確認できることから，このマイクロプラスチックは環境中で紫外線により酸化劣化したことが推測できる。また図中
青色枠で示す 1050 cm－1 付近のピークからは，ケイ酸塩 な ど が 混 合 し て い る 可 能 性 が 考 え ら れ る 。 PlasticAnalyzer を用いることで，河川で採集したマイクロプ

ラスチックが紫外線により劣化していることが容易に明らかとなった。
図6128

Plastic Analyzer による赤外スペクトルの測定結果
ぶんせき  図 10
図9測定結果実体顕微鏡による観察画像

備考：IRSpirit, QATR, IR Pilot, LCMS および GCMS
表1

測定条件

は，株式会社 島津製作所の日本およびその他の国における商標です。

装置：IRSpirit
QATR S（ダイヤモンドプリズム)
分解：4 cm－1
積算回数：45
波数範囲：4,000～600 cm－1
アポダイス関数：SqrTriangle
検出器：DLATGS

文献1) S. A. Mason, V. G. Welch, J. Neratko : Frontiers in Chemistry., 6, 407 (2018).
2) K. Tanaka, H. Takada : Scientific Reports., 6, 34351 (2016).
3) Guidelines for Harmonizing Ocean Surface Microplastic
Monitoring Methods Version1.1：環境省，〈https://www.
env.go.jp / press / files / jp / 114043.pdf 〉（ 2021 年 1 月 6 日，最終確認）
．

5

むす び

藤

本稿では，フーリエ変換赤外分光光度計プラスチック分析システム「 Plastic Analyzer 」の特長や活用事例を里砂（Risa FUJI)

株式会社島津製作所分析計測事業部グローバルアプリケーション開発センター（〒604 8511 京都府京都市中京区西ノ京桑原紹介した。 Plastic Analyzer に含まれる当社オリジナル町 1 ）。修士。≪現在の研究テーマ≫フーのライブラリは，紫外線や熱で劣化したプラスチックのリエ変換赤外分光光度計（FTIR ）に関わ定性に大変有用である。また，環境中で劣化していることが多いマイクロプラスチックの分析において，より一致度が高い解析結果を得やすく，作業の効率化に貢献でるアプリケーションや製品の開発。≪主な著書≫“異物の分析，検出 事例集”，（株式会社技術情報協会）。≪趣味≫クライミング。
E mail : r fuji＠shimadzu.co.jp

きる製品となっている。ぜひご活用いただきたい。

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1 株式会社島津製作所 分析計測機器ホームページ：
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1 https://www.an.shimadzu.co.jp/
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1 関連製品ページ URL:
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https://www.an.shimadzu.co.jp/ftir/plastic_analyzer/index.htm
21-0000000000000000000000000000000000000000000000 .

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