ぶんせき

2024年 第 1 号（通巻第589号）

令和 6 年 1 月 5 日発行（毎月 1 回 5 日発行）

I SSN   0386–2178

1Bunseki 2024

The Japan Society for Analytical Chemistry

日本分析化学会

https://www.jsac.jp

全てがアップグレードした
最新のFTIR
FT/IR-Xシリーズは、日本分光の最新技術を投入したFTIRです。
高感度化はもとより、安定性、操作性においても最高レベルを追求しました。

フーリエ変換赤外分光光度計/Fourier Transform Infrared Spectrometer

FT/IR-X seriesの特徴■ リアルタイムデータ処理やサムネイル表示などの機能に加え、ナビゲーション機能を新たに搭載■ ハイスループット光学系により、55000：1の高S/Nを実現（８X）■ クラストップの0.07 cm-1分解に対応（８X）■ 自動BS交換ユニットと自動窓交換ゲートバルブユニットを組み合せマルチレンジ測定に対応（6X／８X）■ 環境へ配慮しダウンサイジングを追求 面積比40％、消費電力30％の従来機比減を達成（4X）

日本分光の最新情報はこちらからhttps://www.jasco.co.jp

日本分光HP高性能GPC

FT-IR

PyroGC/MS

MALDI-MS

LC-CollectIR

インターフェース

LC-CollectIRは、高い効率にGPCで分離された成分から移動相溶媒を蒸発させ溶質成分のみをFTIR用の「Geディスク」、PyroGC/MS用の「熱分解試料カップ」またはMALDI-MS用「ステンレスディスク」に捕集するシステムです。
GPCにより分離された混合物の各成分についてオフラインでの測定が可能になります。FT-IR分光測定やMALDI-MS
により簡単で迅速な分子量分布における共重合体の組成変化解析や、PGC/MSによる構造解析の研究に最適です。
さらに簡易分取装置として使用できるため、従来の分取法と比べ、大幅な時間短縮とコストの削減が可能になります。

応用例●混合物の分離と各成分の簡単で迅速な構造解析●分子量分布における、共重合体の組成変化●微細構造解析および樹脂の混合系の判別●樹脂の末端や内部構造の推定●分子量が近似した物質の分子構造の区別●簡易分取装置としての利用

GPC-IR測定

GPC-PyroGC/MS測定

BPA型エポキシ樹脂のFTIRによる組成分析

ポリマーブレンドと添加剤の測定
本システムでは、GPCフラクション毎の赤外スペクトルを測定可能です。得られたスペクトルから官能基の比等をクロマトグラムにオーバーラップさせた解析も可能です。

各ピークのFT-IRスペクトル

GPCからのフラクションを熱分解装置用試料カップにトラップする事で、GPCの溶出時間ゾーン毎にPyroGC/MS測定が可能となります。得られたスペクトルの解析により、使用されているポリマーの種類や割合が解ります。
また、数％程しか使用されていない添加剤の特定も可能です。

RIのクロマトグラムとフラクションゾーン

ピーク③

ピーク①
ピーク④

ピーク②
ピーク⑤

各分取フラクションの熱分解GC/MS結果

芳香環
エポキシ基

GPC-MALDI-MS測定
MALDI-MSイメージング測定

8.0min付近

サンプル :
ポリカプロラクトン

8.5min付近

9.5min付近
GPCからステンレスプレートに直接サンプリングした上からマトリックス溶液とカチオン化剤溶液を混合してスプレーし、MALDI-TOFMSによりマスイメージング測定を実施しました。

URL: http://www.stjapan.co.jp

マトリックス : THAP
カチオン化剤 : NaTFA

データは日本電子製JMS-S3000にて取得

本社／〒103-0014 東京都中央区日本橋蛎殻町1-14-10
TEL: 03-3666-2561 FAX: 03-3666-2658

大阪支店／〒573-0094 大阪府枚方市南中振1-16-27
TEL: 072-835-1881 FAX: 072-835-1880

A1

A2

A4A3
A3

A4

A9

迅速凍結粉砕装置 IQ MILLMILL-2070rpm

27050/60 Hz

AC 100/120 V50340

3000

1060 1010600 10110 13000 rpm п 20秒

300 (mm),200/240 V

12 kg

п 2 cycles, 3回

450 VAwww.frontier-lab.com/jp info@frontier-lab.com

A10100 µm

話

題

ワイヤレス給電システムを利用した電気化学分析技術

髙 橋

1

史 樹

は じ め に

図1

電磁誘導方式による WPT の概念図

「ワイヤレス給電（wireless power transfer, WPT）」技

きる．ただし，二次コイル側で生じる起電力はコイルに術が近年注目されている．WPT は駆動部分と受電部分導かれた磁束密度の時間変化分に対応しており，その電（各種デバイス）がリード線などの電気的な接続を必要流信号は比較的複雑となるため，分析化学デバイスとしとせずに給電できる特長を有する技術である．我が国にての適用例は限定的であった．特に電極に印加される電おいても総務省が発表した 2030 年代を視野に入れたワ位と，対応する電流を観測する電気分析化学の分野でイヤレス分野の技術ロードマップにおける重要な施策とは，WPT システムをそのまま適用することは基本的にして WPT が上位に位置付けられており1），近年では走困難であった．

行中の自動車にワイヤレスで充電するシステムが研究・開発されるなど社会的に大きな興味が持たれている2）．

2

WPT を利用した電気化学分析

WPT 技術による給電システムは，数十 kHz から数十WPT 技術を電気化学分析に適用するため，得られたMHz の高周波の磁界または電界を介して電力伝送を行誘導電流をポテンショスタットの駆動用電源として用いう結合型 WPT と，数百 MHz から数百 GHz の電磁波をたシステムが報告された3）4）．代表的な電気化学分析法

介する空間伝送型給電に大別されることが多い．それぞであるクロノアンペロメトリーの測定では，市販のポテれ電磁界または電磁波を介してワイヤレスで電力供給すンショスタットとほぼ同等の結果が得られた．設計されるものであり2），どちらの給電方法にも電力供給効率やたポテンショスタットは WPT によって非接触で給電さ伝送距離の面などで特長がある．目的とする応用分野にれているため，電源ソケットなどへの接続や駆動用の適した方式が選択されているが，送受電間の伝送効率，バッテリーの搭載は必ずしも必要とせず，小型化が可能

システム設計および法令上の取り扱いの関係から結合型なポータブル分析システムとして現場分析への展開が期

WPT システムが日常生活で触れる機会が多い傾向があ待された．

る．代表的な結合型 WPT システムとして高周波磁界をまた WPT によって受電側で生じた誘導電流を任意の用いた電磁誘導型が知られており，その構成の略図を図波形に整流・制御した電気化学分析法も設計されてい1 に示した．電磁誘導による WPT システムはパワー・る．受電コイルの両端で生じた交流をプリント基板上のエレクトロニクスにおけるトランスの原理に対応してお集積回路によって三角波などに整流し，直接電極に印加り，ファラデーの法則に基づいている．駆動コイルであさせることでボルタンメトリーを実行し，ビタミン類のる一次コイルに交流を通電したときに発生する磁界が，分析やイムノセンサーなどに応用された5）．受電コイル

受電側である二次コイルを貫く際に発生した起電力を利と と も に プ リ ン ト さ れ た 電 極 を 組 み 込 ん だ 基 板 は，用するものである．この一次コイルと二次コイルの間にWPT 技術を利用した電気化学分析法の簡便性が改善さは空間的な隔たり（エアギャップ）があるため，リードれており，密閉されたボトル内の溶液に対する電解合成線などのコネクタを用いたときのような電気的な接続を反応に応用されるなどの試みが行われている6）．

必要とせずに二次コイル側の回路に「非接触で給電」でAn Electrochemical Analytical Approach Coupled with WirelessPower Transfer Technique.
ぶんせき2024

13

WPT を利用した電気化学発光分析

WPT によって得られる二次コイル側の誘導電流を直接電気化学測定システムに適用すると，駆動コイルであ21

る一次コイルの周波数に対応した交流の誘導電流が電極ンの検出に応用されるなど，種々の分析対象物への適用に印加される．その電気化学測定の応答はファラデー電の可能性が示された10）．

流成分や充電電流成分による寄与に加えて，高周波の印4加に対応した電解生成物の再酸化または再還元が組み合お わ り にわされた非常に複雑なものとなる．そのため，WPT 技

これまで報告されている分析システムで用いられてい術を用いた電気化学測定では，上述した給電としての利る結合型のワイヤレス給電では供給できる電力伝送の空用，電極に印加される電位の制御としての利用のいずれ間的距離は比較的短い（約数 cm）上，受電コイルの位の場合においても，受電コイル側の回路には比較的複雑置も起電力に影響するため2），分析の再現性や操作の容な機構を組み込む必要があった．その結果，測定システ易性には課題が残されている．2007 年に Massachusetts

ムが煩雑化するため，簡便な分析方法として展開するにInstitute of Technology の Marin Soljačić 氏 ら の 研 究 グは課題が残っていた．

ループが約 2 m 離れた位置に設置した 60 W の電球を点そこで測定システムの簡略化を目的として，電気化学灯させた実験11）を皮切りに，空間的な制御が可能な WPT発光（electrochemiluminescence, ECL）原理と WPT 技技術が急速に発展している．このような WPT 技術と組術と組み合わせた分析法が提案された ．近年，WPT にみ合わせたユーザーフレンドリーな電気化学分析デバイ

よって生じた二次コイル側の起電力（誘導電流）を直スが「非接触で給電・分析」できる簡便なシステムとし接，電極に接続し，ECL 測定を行った実験が行われた．て幅広い分析化学分野への展開に繋がると考えられる．

7）

図 2 に WPT 技術と組み合わせた ECL 測定用の分析デバイスの概念図を示した．受電側で生じた誘導起電力をそのままプリント電極へ印加させたところ，僅かな強度ではあるがルミノール / 過酸化水素系の ECL が観測された．このシステムに安価な整流用のダイオードのみを組み込むことで，ECL 強度が 10000 倍以上増強した結果が得られており，溶液中の過酸化水素を定量的に分析できることが報告された7）〜9）．
WPT によって生じる受電コイル側の起電力は，駆動コイル側の印加波形条件に強く影響される．ルミノール系の ECL 反応は比較的低い電位で反応を引き起こすことが出来る一方で，薬効成分として医薬品などに含まれるアミン類やビタミン類を高感度に検出できるルテニウ
ム錯体などを ECL エミッターとして用いるためには，より高い電位を電極に印加する必要があった．誘導起電力を増強させるため，より高い周波数帯である 13.56
MHz の 近 距 離 無 線 通 信（near field communication，NFC）技術を利用した WPT-ECL デバイスが設計され，代表的な ECL 反応の共反応物であるトリプロピルアミ

文献1） 総務省： ワイヤレス分野の技術ロードマップ（令和 2 年
1 月），〈https://www.soumu.go.jp/main_content/000669891.
pdf/〉，（accessed 2023. 10. 12）.
2） 田野倉保雄編： ワイヤレス給電のすべて 電気自動車／スマートフォンの非接触充電，エネルギー・ハーベスティ
ング，宇宙太陽光発電まで ，（2011），（日経エレクトロニクス）.
3） P. Teengam, W. Siangproh, S. Tontisirin, A. Jirasereeamornkun, N. Chuaypen, P. Tangkijvanich, C. S. Henry, N.
Ngamrojanavanich, O. Chailapakul : Sens. Actuators B
Chem., 326, 128825（2021）.
4） K. Krorakai, S. Klangphukhiew, S. Kulchat, R. Patramanon :App. Sci., 11, 392（2021）.
5） Y. Jung, S. Shrestha, N. Lim, H. Park, N. Lim, J. Sun, J.
Park, S. Parajuli, K. Shrestha, S. Kim, G. Cho : Adv. Eng.
Mater., 24, 2100896（2022）.
6） J. Chen, Y. Mo : ACS Cent. Sci., 9, 1820（2023）.
7） W. Qi, J. Lai, W. Gao, S. Li, S. Hanif, G. Xu : Anal. Chem.,
86, 8927（2014）.
8） L. Qi, Y. Xia, W. Qi, W. Gao, F. Wu, G. Xu : Anal. Chem., 88,1123（2016）.
9） X. Ma, L. Qi, W. Gao, F. Yuan, Y. Xia, B. Lou, G. Xu :Electrochim. Acta, 308, 20（2019）.
10） J. Totoricaguena-Gorriño, M. Dei, A. F. Alba, N. Peřinka, L.
R. Rubio, J. L. Vilas-Vilela, F. J. Campo : ACS Sens., 7, 1544
（2022）.
11） A. Kurs, A. Karalis, R. Moffatt, J. D. Joannopoulos, P. Fisher,
M. Soljačić : Science, 317, 83（2007）.
●●髙橋 史樹（Takahashi Fumiki）
信州大学理学部理学科化学コース（〒390 ─8621 長野県松本市旭 3 ─ 1 ─ 1）．信州大学
大学院総合工学系研究科物質創成科学専
攻．博士（理学），甲種危険物取扱者，中学校・高等学校教諭専修免許状（理科），車両系建設機械運転技能者（整地等，解体）．《現在の研究テーマ》電気化学および電気化学発光法を利用した分析デバイス開発に関する研究．《趣味》錦鯉鑑賞，ドラ

図2

22

WPT を利用した電気化学発光分析デバイスの概念図

イブ，スキーおよびスノーボード．
E-mail : takahashi@shinshu-u.ac.jp

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