Title
Author(s)
クロマトグラフィーを用いたプラスチック添加剤の定量
分析 Quantitative analysis of plastic and polymer additives by
using chromatography
松山, 重倫
Citation
Issue Date
URL
2015-03-31
http://repo.lib.nitech.ac.jp/handle/123456789/24798
Rights
Type
Textversion
Thesis or Dissertation
ETD
・名古屋工業大学学術機関リポジトリは、名古屋工業大学内で生産された学術情報を
電子的に収集・保存・発信するシステムです。
・論文の著作権は、著者または出版社が保持しています。著作権法で定める権利制限
規定を超える利用については、著作権者に許諾を得てください。
・Textversion に「Author」と記載された論文は、著者原稿となります。
実際の出版社版とは、レイアウト、字句校正レベルの異同がある場合もあります。
・Nagoya Institute of Technology Repository Sytem is built to collect, archive and
offer electronically the academic information produced by Nagoya Institute of
Technology.
・The copyright and related rights of the article are held by authors or publishers.
The copyright owners' consents must be required to use it over the curtailment of
copyrights.
・Textversion "Author " means the article is author's version.
Author version may have some difference in layouts and wordings form publisher
version.
クロマトグラフィーを用いた
プラスチック添加剤の定量分析
Quantitative analysis of plastic and polymer additives
by using chromatography
2015
A Doctorial Thesis
by
Shigetomo MATSUYAMA
松山
重倫
Quantitative analysis of plastic and polymer additives
by using chromatography
A Doctorial Thesis
by
Shigetomo MATSUYAMA
Submitted to
Department of Materials Science and Engineering
Graduate School of Engineering
Nagoya Institute of Technology
2015
Abstract
Quantitative analysis of plastic and polymer additives
by using chromatography
The widespread use of electro-technical products has drawn increased attention to their
impact on the environment. A European Union (EU) directive on the “restriction of certain
hazardous substances in electrical and electronic equipment” (RoHS) was implemented in July
2006. Two types of brominated flame retardants, polybrominated biphenyls (PBBs) and
polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), are prohibited from being used in electronic and
electrical equipment by the RoHS directive. In addition, new substance restrictions being
considered for introduction in the next few years include hexabromocyclododecane, di-n-butyl
phthalate, di-2-ethylhexyl phthalate and butyl benzyl phthalate in RoHS.
The International Electrotechnical Commission (IEC) provided methods to determine the
levels of restricted materials in electrical products, a test method for the determination of PBBs and
PBDEs in polymers by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was proposed (IEC
62321). However, inter-laboratory studies on PBDE determinations by this methods sometimes
show very dispersed results, especially for highly brominated PBDEs. To obtain a reliable data, it
is important to clarify the reason that disturb the analysis. Moreover, comparing the results obtained
by different methods is also helpful to acquire further reliability for determination. In this
dissertation, focusing on the polymer additives restricted by RoHS directive, their quantitative
analyses in plastics and polymers were studied using chromatographic techniques.
In chapter 1, the background of the regulations for hazardous polymer additives was
described first. Next, the necessities of the quantitative analysis of polymer additives in plastics
were pointed out, and the methods to acquire reliable results were discussed. Finally, the objectives
of this study were explained.
In chapter 2, the effects of impurities on determining the concentrations of PBDEs in
plastic materials by GC-MS were studied. Decabrominateddiphenyl ether (DBDE) extracted from
a certified reference polystyrene (NMIJ CRM 8110-a) was analyzed by GC-MS with the use of 4,4dibromoctafluorobiphenyl and pyrene as an internal standard and a syringe spike, respectively.
DBDE concentration in the CRM was determined to be over 1100 mg/kg, although the certified
value was 886 mg/kg. Among the various impurities identified in the CRM, paraffins proved to
cause this discrepancy, because they showed a broad bump peak and were partially co-eluted with
DBDE and pyrene on the chromatogram.
In chapter 3, a high performance liquid chromatography (HPLC) coupled with a coronacharged aerosol detector (corona CAD) was used to analyze brominated flame retardants.
Dependence of the response of a corona CAD on the concentration and densities of substrates was
studied. The calibration curves of the substrates did not show linearity and the substrate with a
lower density exhibited the stronger response. Regardless of the solvents (chloroform or toluene),
and the injected volume of the substrate solution, the signal intensity of the substrate observed by a
corona CAD was substantially proportional to 2/3 power law of concentration and proportional to
(-2/3) power law of the density of the substrates. These results suggest that the responses should be
proportional to the surface area of the particles generated through the drying process in corona CAD.
Contrary to the former reports that the detector response of a corona CAD was independent of
chemical species, it was proved that the response varies with the density of a substrate.
In chapter 4, Semi-volatile samples were analyzed by HPLC-corona CAD. Nine
phthalates with different side chain (carbon numbers were 1 – 8) were used as samples and their
concentrations were changed from 6 – 188 μg/mL. Acetonitrile, methanol, tetrahydrofuran (THF),
acetone, 2-propanol and their binary mixtures were used as mobile phase. All experiments were
carried out under isocratic conditions. Phthalates with higher vapor pressure show lower sensitivity
for corona CAD because of their vaporization during drying process in the detector. Dimethyl
phthalate (DMP) showed no peak in the experiments. Moreover, the signal intensities of phthalate
observed by corona CAD were drastically changed with the compositions of the mobile phase.
When the mixtures of acetonitrile and methanol were used as mobile phase, all phthalates except
DMP showed the maximum intensities at the composition of acetonitrile/methanol = 35/65 (v/v).
Acetonitrile/THF and methanol/THF also showed the maximum intensities at the compositions of
acetonitrile/THF = 80/20 (v/v) and of methanol/THF = 70/30 (v/v). On the other hand, the
intensities were changed monotonously using acetonitrile/acetone or acetonitrile/2-propanol as
mobile phases. The estimated sensitivity (Sm) of corona CAD calculated from the empirical
equation agreed qualitatively with all the results monitored for the binary mixtures of mobile phase.
Sm generally varies depending on the size of aerosol prepared by nebulization of an analyte solution
in corona CAD, and the size of the aerosol changes with the composition in mobile phase. Therefore,
the signal intensity of a sample component observed by the corona CAD should be changed with
the mixed composition of the mobile phase solvents.
In chapter 5, the entire study of this work was reviewed. Then unsolved problems
concerned with this study were described and the prospects to be appeared were summarized.
【目次】
第１章 序論
１．１ 背景
１．２ プラスチック添加剤の種類と役割
１．３ プラスチック添加剤に対する規制
１．３．１ 世界におけるプラスチック添加剤の規制状況
１．３．２ RoHS 指令
１．３．３ 規制に対する対応状況
１．４ 分析値に対する信頼性の確保
１．４．１ プラスチック添加剤の試験所間比較
１．４．２ 標準物質を用いた校正
１．４．３ プラスチック添加剤の測定手法
１．５ 本研究の目的と論文の構成
第１章 参考文献
ガスクロマトグラフィー－質量分析法(GC-MS)による
プラスチック中の臭素系難燃剤定量分析における
不純物の影響
２．１ 諸言
２．２ 実験
２．２．１ 試薬
２．２．２ 標準物質より単離した臭素系難燃剤の分析
２．２．３ ポリスチレン中に含まれる不純物の分析
２．２．４ 不純物添加 DBDE 溶液の分析
２．２．５ 不純物を除去した DBDE 単離溶液の GC-MS 分析
２．３ 結果および考察
２．３．１ 標準物質中に含まれる DBDE 濃度
２．３．２ ポリスチレン中の不純物
２．３．３ 不純物の影響
２．３．４ 不純物の除去と GC-MS 測定
２．４ 結言
第２章 参考文献
1
2
4
6
6
6
9
10
10
11
11
12
15
第２章
荷電化粒子検出器(コロナ CAD)を用いた
高速液体クロマトグラフ(HPLC)分析における
臭素系難燃剤検出感度への密度の影響
３．１ 諸言
３．２ 実験
３．２．１ 試薬
３．２．２ HPLC―コロナ CAD 測定
３．２．３ シリンジポンプ―コロナ CAD 測定
19
20
22
22
23
25
26
27
28
28
30
33
36
38
39
第３章
41
42
45
45
46
47
３．３ 結果と考察
３．３．１ HPLC―コロナ CAD 測定
３．３．２ コロナ CAD 強度と試料密度との関係
３．３．３ シリンジポンプ導入におけるコロナ CAD 強度と
試料密度との関係
３．４ 結言
第３章 参考文献
コロナ CAD による半揮発性フタル酸エステル類の
検出感度に対する蒸気圧および移動相組成の影響
４．１ 緒言
４．２ 実験
４．２．１ 試薬
４．２．２ 溶液調製
４．２．３ 装置
４．３ 結果および考察
４．３．１ コロナ CAD 検出強度のフタル酸エステル種
による違いおよび濃度依存性
４．３．２ 移動相組成がコロナ CAD 検出強度に与える影響
４．４ 結言
第４章 参考文献
48
48
49
53
54
55
第４章
57
58
59
59
60
60
61
61
65
70
72
第５章 総括と今後の展望
５．１ 総括
５．２ 今後の展望
５．２．１ 不確定な定量測定結果を与える他の不純物の解明
５．２．２ コロナ CAD 検出感度
第５章 参考文献
75
76
78
78
78
82
謝辞
83
関連論文
85
86
87
学位論文に関わる原著論文
その他の関連論文
第１章
序論
1
第１章
１．１
序論
背景
1844 年に Goodyear が天然ゴム加硫法特許の取得，1869 年 Hyatt 兄弟による半合成高分
子であるセルロイドの製造，1907 年に Leo Hendrik Baekeland が合成樹脂であるフェノー
ル樹脂(製品名：ベークライト)の工業化に成功[1]して以来，プラスチックは身の回りの
様々なところに使用されてきた．その世界における総生産量は，2010 年度において
2.65×1011 kg [2] となっている．さらに近年では，その軽量性や加工性に着目され，自動
車や飛行機などこれまで金属などで作製されていた製品にも使われるようになってきた．
たとえば自動車における合成樹脂使用率は，1973 年には 2.9 %であったものが，2001 年
には 8.2 %まで増加している[3]．飛行機に関してみると最新型のボーイング 787 型機では，
プラスチックを含む複合材料の使用率が 50 %になっている[4]．
プラスチックの使用が増えるにつれて，廃棄プラスチックが人体や環境に及ぼす影響
に対する懸念も広がっている[5]．日本における廃棄プラスチック量は 2000 年以降 1000
万 t 前後で推移しているが，その有効利用率は 2000 年の 46 %から 2012 年には 80 %まで
拡大している[6]．(Figure 1-1) プラスチックリサイクルへの取り組みの成果があらわれて
いる一方で，2012 年現在で 180 万 t を超えた廃棄プラスチック量があるのも事実である．
2
Figure 1-1 日本における廃プラスチックの総排出量・有効利用率
廃棄プラスチックが環境に及ぼす影響の一例として，1972 年に Carpenter らによって海
洋表層にプラスチックが存在していることが報告されている[7][8]．同年に，海洋中のポ
リスチレン粒子表面にポリ塩化ビフェニル(PCB)類が吸着していること，およびそのポリ
スチレン粒子を魚が節食していることが報告されている[9]．他に，プラスチックに含ま
れる添加剤などが環境中に放出される事象も指摘されている[10][11][12]．
プラスチック添加剤はプラスチックの耐久性向上，物性改変などを目的として用いら
れている．プラスチック中に含まれる添加剤には酸化防止剤，光安定剤，紫外線吸収剤，
滑剤，耐電防止剤，防曇剤，可塑剤，造核剤，難燃剤，発泡剤，充填剤など多くの種類[13]
[14]があり，その添加量も素材中の重量比において難燃剤で 20 %以上[15]，可塑剤では
50 %以上[16]になる場合がある．特に大量に使用されてきたプラスチック添加剤に対して
は，毒性の有無，環境への影響などが報告されている．このような環境に対する影響が
評価された添加剤の例として，臭素系の難燃剤である，ポリブロモジフェニルエーテル
(PBDE)[17][18]，ポリブロモビフェニル(PBB) [19]，テトラブロモビスフェノール A
(TBBPA)[20]や，代表的な可塑剤であるフタル酸ジ(2-エチルヘキシル)[21]などがある．
プラスチック添加剤の生態系や環境に関する影響が懸念される中，世界中で様々な規
3
制が行われている．たとえば日本においても食品衛生法によって，フタル酸ジ(2-エチル
ヘキシル)(DEHP)を原材料として用いたポリ塩化ビニルを主成分とした合成樹脂を，食品
に接触する器具，容器包装へ使用することが禁止されている[22]．また欧州では 2006 年
に「電子電気機器に含まれる特定有害物質の使用制限に関する欧州議会及び理事会指令」
(RoHS 指令； Directive on the restriction of the use of certain hazardous substances in electrical
and electronic equipment)[23][24][25]が施行され，一部の重金属と難燃剤を電子・電気機器
に使用することが制限された．プラスチック添加剤に対する規制が強まることに伴い，
添加剤分析の要請は高くなってきている．さらに分析結果に対する信頼性をどのように
確保するかも，重要な問題となってきている．本論文は，こうした背景のもとで行った，
プラスチック添加剤のクロマトグラフィーを用いた定量分析に関して，主として信頼性
を確保する手法に関する研究成果をまとめたものである．
１．２
プラスチック添加剤の種類と役割
プラスチックは通常単独で用いられることはなく，複数の添加剤が同時に添加されて
いることが多い．Table 1-1 に主な添加剤と，それらの効能を示した[13][14][26]．添加剤
には，Table 1-1 中に示した以外にも，硬化剤，カップリング剤，加水分解抑制剤，光特
性ブロッキング剤，あるいは他の添加剤と組み合わせることでその機能をより発揮させ
る加工助剤など多くの種類がある．またタイプ例の分類は，Table 1-1 に示した以外にも
様々な方法がある．プラスチックに加えられる添加剤の比率は一般に 0.1 %程度，多くと
も 10 %を超えることは少ないが，難燃剤や可塑剤，充填剤・強化剤については前述のよ
うに濃度数十%で添加される場合がある[13]．
4
Table 1-1 主なプラスチック添加剤の種類とその効能
主な効能と特徴
タイプ例
添加剤
酸化
成形および使用中の熱や酸素による酸化を フェノール系，リン系，イオ
防止剤 防止．ラジカルを捕捉する．
ウ系，アミン系，ラクトン系
etc.
光 安 定 クエンチ作用やラジカル捕捉で，光劣化の連 ヒンダードアミン系，金属錯
剤
鎖作用を防止
塩系 etc.
紫外線 紫外線を吸収して結合の切断を防止
ベンゾトリアゾール系，ベン
ゾフェノン系 etc.
吸収剤
滑剤
成形時の流動性向上(内部滑剤)，金属との粘 炭化水素系，脂肪酸系，脂肪
着防止(外部滑剤)，フィルムの滑り性や袋の 族アルコール系，脂肪族アミ
ド系，金属石鹸系，エステル
開口性向上(スリップ剤)
系 etc.
耐電
摩擦などで生じる電気を防止するために，表 非イオン界面活性剤系，アニ
防止剤 面抵抗や体積固有抵抗を低下させる
オン界面活性剤系，カチオン
界面活性剤系 ，両性界面活性
剤系 etc.
防曇剤 曇り防止機能を付与する．撥水作用によって 多価アルコールの部分エステ
表面に水滴がつかないようにするタイプと ル，ポリアルキレングリコー
親水作用で凝集水が表面に均一な層を作る ルの誘導体 etc.
タイプがある．
可塑剤 ポリマーの分子鎖相互間の分子間力を弱め， フタル酸系，脂肪族二塩基酸
ポリマー鎖の運動を容易にして柔軟性，弾 系，トリメット酸系，リン酸
系，ポリエステル系，エポキ
性，低温柔軟性を付与する．
シ系 etc.
造核剤 結晶系プラスチックの結晶成長の核となる 無機系，有機酸塩系，ポリマ
物質．剛性向上，透明性向上，寸法安定性向 ー 系 ，カ ル ボン 酸金 属塩 系
上，成形サイクルの短縮などが期待できる． etc.
難燃剤 燃焼が広がらないようにしたり，広がりにく ハロゲン系，リン系，無機系，
くする．火炎を遠ざけたときに，燃焼を速や シリコーン系 etc.
かに停止させる．
発泡剤 プラスチックなどを膨張させるために使用 無機化合物，アゾ化合物，ニ
されるガス発生剤．成形時の熱で気化する物 トロソ化合物，ヒドラジゾ系，
理発泡や，成形時の熱で分解して気体を発生 テトラゾール系 etc.
させる化学発泡剤がある．他に空気を混入し
て発砲させる機械的発泡法がある．
充填剤 強さ，耐久性，作業特性またはその他の性能 シリカ系，金属酸化物，水酸
・ 強 化 を改質する．または価格を引き下げるために 化物，炭酸塩，硫酸塩，炭素
材料，ガラス系，セルロース
加える．
剤
系，タンパク質系，ポリマー
系 etc.
PVC
ポリ塩化ビニル，ポリ塩化ビニリデンなどで 金属石鹸系，有機スズ系，鉛
安定剤 生じる，脱塩化水素によるポリエン生成を防 系，亜リン酸エステル系，エ
ぐ
ポキシ系 etc.
抗菌剤 プラスチック上で細菌が増殖したり，カビが 合成有機化合物，天然物有機
・防カ 繁殖しないようにする．劣化や機能障害の防 系，金属系，金属化合物 etc.
止，衛生性や快適性の保持を目的とする．
ビ剤
着色剤 プラスチックを着色する
無機顔料，有機顔料，染料 etc.
5
１．３
プラスチック添加剤に対する規制
１．３．１
世界におけるプラスチック添加剤の規制状況
プラスチック中に含まれる添加剤の中には，生物に対して毒性を示す物質や，内分泌
攪乱性物質の疑いがかけられている化合物などがある[5]．あるいは，毒性などは確認さ
れていないが環境への影響が懸念される物質も存在している．そのため，プラスチック
添加剤に対する規制は世界中で行われている．Table 1-2 にその主な規制と地域を示す
[27][28][29][30]．日本の生産者はこれらの国，地域に製品を輸出する際は，これらの規制
に適合した製品開発を行う必要がある．
Table 1-2 世界の主な国・地域におけるプラスチック添加剤の規制例
国・地域
EU
USA
(California)
(CONEG)
中華人民共和国
大韓民国
日本
ノルウェー
国際
１．３．２
名称
Restriction of the use of certain Hazardous Substances in electrical and
electronics equipment （RoHS)
Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals
(REACH)
End of Life Vehicles (ELV)
Plastic Implementation Measure (PIM)
Federal Food, Drug and Cosmetic Act (FFDCA)
Electric Waste Recycling Act (S.B.20)
Electric Waste, Advanced Disposal Fees (S.B.50)
The Model Toxics in Packaging Legislation
電子信息産品汚染防治管理弁法 （中国版 RoHS）
電気電子製品および自動車の資源循環に関する法律
（韓国版 RoHS）
電気･電子機器の特定の化学物質の含有表示方法（J-Moss）
化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律
食品衛生法
Prohibition on Certain Hazardous Substances in Consumer Products
（PoHS)
有害廃棄物の国境を越える移動及びその処分の規制に関するバー
ゼル条約 付属書 I
RoHS 指令
Table 1-2 に示した規制の中で近年産業界に大きな影響を与えた規制として，欧州の
RoHS 指令が挙げられる[27]．RoHS 指令は電子・電気機器にのみ適用される規制である
が，実際の影響はより広範囲の品目に及ぶ．Figure 1-2 に，平成 25 年度における日本か
6
らの主要品目の輸出量を示す[31]．Figure 1-2 中，電気機器の輸出割合は 17 %であるが，
他の主要輸出品目である輸送用機器(自動車など)や一般機械にも電子・電気機器が使用さ
れている．このことを考慮すれば，日本の輸出金額の 6 割弱が，事実上 RoHS 指令の規
制対象となっているといえる．
出典：総務省統計局 「第六十四回 日本統計年鑑 平成 27 年」
第 15 章 貿易・国際収支・国際協力
Figure 1-2
平成 25 年度の日本からの主要商品・商品特殊分類別輸出額
RoHS 指令においては，電子・電気機器中に含まれる，水銀，鉛，カドミウム，６価ク
ロムと，臭素系難燃剤である PBDE と PBB の使用が規制された．RoHS 指令における閾
値は，カドミウムが 100 mg/kg, 水銀，鉛，６価クロム，PBDE および PBB が 1,000 mg/kg
となっている．また，PBDE の一種であるデカブロモジフェニルエーテル(DBDE)は規制
除外とされているが，欧州裁判所によって，この決定が無効であるとの判決が下された
7
ため，リスク回避の意味から現在では使用されていない．さらに 2013 年の改正で，それ
まで規制対象外であった臭素系難燃剤のヘキサブロモシクロドデカン(HBCDD)と，可塑
剤であるフタル酸ジ(n-ブチル) (DnBP)，フタル酸ブチルベンジル (BBP)，および DEHP
を規制対象に含めるかどうかを検討することが明記された[32]．Figure 1-3 に RoHS 指令
で規制対象，もしくは規制対象候補となっているプラスチック添加剤の構造を示す．
ポリブロモジフェニルエーテル (PBDE)
ヘキサブロモシクロドデカン (HBCDD)
フタル酸ジ(n-ブチル) (DnBP)
フタル酸ブチルベンジル (BBP)
Figure 1-3
ポリブロモビフェニル (PBB)
フタル酸ジ(2-エチルヘキシル) (DEHP)
RoHS 指令で規制対象(PBDE, PBB)もしくは規制対象候補(HBCDD, DEHP,
DnBP,BBP)となっているプラスチック添加剤．
ただし PBDE，PBB の構造式において(x + y = 1 ～ 10)である．
8
１．３．３
規制に対する対応状況
RoHS 指令などの規制に対する企業側の対応としては，Figure 1-3 に示した添加剤のみ
ならず，例えばテトラブロモビスフェノール A (TBBPA)やヘキサブロモベンゼンなどの
臭素を含む難燃剤，および規制対象外のフタル酸エステル系可塑剤(Table 1-3) [16]の使用
なども削減する方向にある．
Table 1-3 主なフタル酸エステル系可塑剤の特徴と用途
名称
フタル酸ジメチル
フタル酸ジエチル
略称
DMP
DEP
分子量
194
222
特徴
相溶性
相溶性
フタル酸ジ(n-ブチル)
DnBP
278
フタル酸ブチルベンジル
フ タル 酸ジ (2- エチ ルヘ キ
シル)
フタル酸(n-オクチル)
フタル酸ジイソノニル
フタル酸ジノニル
フタル酸ジイソデシル
フタル酸混基エステル
(C6～C11)
BBP
DEHP
312
390
加工性，可塑化効
率
加工性，耐油性
標準的
DnOP
DINP
DNP
DIDP
610P,
711P
等
390
418
418
446
－
低揮発性，耐寒性
低揮発性，耐寒性
低移行性，絶縁性
低揮発性，絶縁性
低揮発性，耐寒性
主な用途
酢酸セルロース，希釈剤
酢酸セルロース，ポリス
チレン，化粧品材料
塗料，接着剤
接着剤，シーリング剤
汎用
電線，フィルム
汎用
電線，床材
耐熱電線，レザー
汎用
規制物質の使用を削減しても，何らかの原因でこれらの規制物質が製品内に混入する
可能性は否定できない．そのために，サプライチェーン全体を通した検査が導入されて
き て い る[ 33 ] ． RoHS 指令 に 対 応 した 難 燃 剤の分 析 法 と して ， 国 際電気 標 準 会 議
(International Electrotechnical Commission; IEC)では分析規格 IEC 62321 を 2008 年 12 月に作
成した[34]．IEC 62321 では，試料をまず蛍光 X 線を用いてスクリーニングする．含有量
が閾値を超えている試料に対して，精密測定を行う．ただし，IEC 62321 において 6 価ク
ロムと PBDE, PBB の精密測定法に関しては参考規格(Annex)となっている．PBDE と PBB
の測定法が正式規格ではなく参考規格となっている理由は，測定法の信頼性に問題があ
るためである[35]．実際の分析においても，測定結果の信頼性を確保することは重要とな
っている．
9
１．４
分析値に対する信頼性の確保
得られた分析結果の信頼性を確保する手法として，試験所認定[36][37]を取得すること
などが挙げられる．試験所認定制度においては，分析値の信頼性を確保するための技術
的な手法として
・ 参照標準又は標準物質を用いた校正
・ 他の方法で得られた結果との比較
・ 試験所間比較
・ 結果に影響する要因の系統的な評価
・ 方法の原理の科学的理解および実際の経験に基づいた，結果の不確かさの評価
が挙げられている．このうち「結果に影響する要因の系統的な評価」と「方法の原理の
科学的理解および実際の経験に基づいた，結果の不確かさの評価」に関しては，測定に
対して予期しない要因が存在した場合，その要因を考慮できないという問題が存在する．
そのため，信頼性を確保する方法としては「参照標準又は標準物質を用いた校正」「他
の方法で得られた結果との比較」「試験所間比較」が通常用いられる．
「試験所間比較」は測定者の技量等を客観的に見ることができるが，その時点で測定
されている比較対象物質が，測定者の目的と異なっている場合も多く，いつでも参加で
きるわけではない．「参照標準又は標準物質を用いた校正」を用いた場合，測定結果が
認証値と異なる場合がある．このような場合，その原因を特定することで測定の問題点
が明らかになる．また，「他の方法で得られた結果との比較」を行うことで，実験に問
題がないかどうかを検証することができる．
１．４．１
プラスチック添加剤の試験所間比較
プラスチック添加剤に対する試験所間比較は，複数の機関で行われている．たとえば，
アジア太平洋試験所認定協力機構 (Asia Pacific Laboratory Accreditation Cooperation,
APLAC)や国立医薬品食品衛生研究所などは，定期的に試験所間比較を行っている．RoHS
指令に関係したプラスチック添加剤に対する，試験所間比較の結果も報告されている(臭
素系難燃剤[38][39][40]およびフタル酸エステル[41])．
10
１．４．２
標準物質を用いた校正
標準物質を用いることで，測定における様々な信頼性確保を行うことができる．例え
ば測定における前処理法や測定条件の検討，測定者の技能評価，定期的な使用による内
部精度管理，あるいは新規測定法の評価などがある[42]．Table 1-4 に，RoHS 指令に対応
した難燃剤もしくは可塑剤を含有したプラスチック標準物質の例を示す[27] [43]．標準物
質の測定結果を記録しておくことは，外部に対する信頼性の証明にもなり，今後ますま
す重要になってくると考えられる．
Table 1-4 難燃剤もしくは可塑剤を含有したプラスチック標準物質の例
標準物質名
基材
対象物質
形状
供給・頒布機関
DBDE
独立行政法人 産 NMIJ CRM 8108-b ポリスチレン
ディスク状
NMIJ
CRM
8109-a
DBDE
業技術総合研究
ポリ塩化ビニル
ディスク状
所
NMIJ CRM 8110-a ポリスチレン
DBDE
ディスク状
NMIJ CRM 8151-a ポリプロピレン DnBP, DEHP, ペレット状
BBP
Institute for
ERM-EC590
PBDE,
ポリエチレン
ペレット状
Reference
BB-209
Materials and
ERM-EC591
ポリプロピレン PBDE,
ペレット状
Measurements
BB-209
(IRMM)
Korea Research
113-03-001
HIPS
PBDE, Br
ペレット状
Institute of
113-03-006
PVC
DMP, DEP,
ペレット状
Standards and
DnBP, BBP,
Science (KRISS)
DEHP, DnOP
JSAC 0641
PBDE, Br
日本分析化学会
ポリエステル
ペレット状
JSAC 0642
PBDE, Br
ポリエステル
ペレット状
SPEX CertiPrep
CRM-PE001
DEHP, BBP,
ポリエチレン
ペレット状
Ltd.
DnBP, DnOP,
DEP, DMP,
DINP, DIDP
CRM-PVC001
ポリ塩化ビニル DEHP, BBP,
ペレット状
DnBP, DnOP,
DEP, DMP,
DINP, DIDP
注）BB-209：デカブロモビフェニル，Br：臭素
１．４．３
プラスチック添加剤の測定手法
プラスチック中に含まれる添加剤の定量法は，抽出操作などを含む「前処理」過程と
11
機器による「分析」過程に分けられる[44][45][46]．定量結果を「他の方法」と比較する
際，「前処理」法と「(機器)分析」法がともに異なる結果を比較して，それらの結果が一
致した場合，その信頼性は非常に高くなる．
プラスチックから測定液を作製するための「前処理」操作には，粉砕，溶解，抽出，
濃縮・乾燥，分離・精製，分解，誘導体化などがある[47][48][49]．ただし，試料によっ
てはこれらの一部もしくは組み合わせで前処理操作が行われる．このうち添加剤の定量
分析においては，抽出(単離)操作が非常に重要となる．代表的な方法にはリフラックス抽
出法，ソックスレー抽出法，溶解－再沈法，超音波抽出法，高速溶媒抽出法，超臨界抽
出法などがある[45][50][51]．さらに，抽出に用いる溶媒は，対象試料によって変更する
必要がある[47][50]．用いた溶媒の中で最も抽出効率が高い溶媒に対しても，その抽出時
間が十分であるかを確認するなど，様々な検証が必要となってくる[47]．前処理過程は多
くの操作が含まれるが，最も効率の高い手法を組み合わせることが重要である．
前処理で作製した測定液を「(機器)分析」する場合，分離過程を兼ねてクロマトグラフ
ィーを用いることが多い[44][47]．添加剤分析では，ガスクロマトグラフィー(GC)や高速
液体クロマトグラフィー(HPLC)が一般的に用いられている．IEC 62321 では，臭素系難燃
剤の定量は最終的に GC-質量分析法(MS)で行うことになっている．しかし，IEC のメソ
ッドで分析を行った結果が間違っていたという事例も報告されている[50]．誤判定事例の
中には MS データの認識間違いなどがあり，このような場合には HPLC による分析
[52][53]が有用である．HPLC の検出器の中で最もよく利用されている検出器は可視・紫
外吸光(UV)検出器や可視・紫外多波長ダイオードアレイ(DAD)検出器になるが[54]，これ
らの検出器は測定対象となる物質に可視・紫外領域に吸収波長がないと検出できないと
いう欠点がある[55]．そのため RoHS 指令で規制対象候補となっている HBCDD は，UV，
DAD 検出器を用いた HPLC での定量は困難である．このような場合には，他の検出器を
用いることになる．可視・紫外領域に吸収波長を持たない物質の検出器として，たとえ
ば荷電化粒子検出器(コロナ CAD)などがある[56][57]．ただし，コロナ CAD は比較的最
近開発された装置であるため，その基本的な原理などは不明な点が多い．
１．５
本研究の目的と論文の構成
本論文は，プラスチック中に含まれる添加剤の定量分析をクロマトグラフィーで行う
際，信頼性を確保するための手法に関する研究成果をまとめたものである．定量測定の
対象となるプラスチック添加剤には，RoHS 指令における規制(候補)物質である，臭素系
12
難燃剤および可塑剤と，その関連物質を用いた．最初に，臭素系難燃剤を含むプラスチ
ック標準物質を用いて，GC-MS による難燃剤の定量測定を行い，誤った分析結果が導出
された原因の解明を行った．さらに複数の測定法により得られた定量測定が一致すれば，
その信頼性がより高くなるとの前提で，新規な添加剤測定法として，コロナ CAD を用い
た，HPLC に着目した．新規な測定法で定量測定を行う場合，測定結果を正しく評価する
ためには，測定原理を明らかにしておくことが必要である．そこで，コロナ CAD の検出
原理と諸因子の影響の解明を，RoHS 指令の規制(候補)物質を用いて行った．以下に各章
の概要を述べる
第１章：プラスチック中に含まれる添加剤分析の位置づけを示し，信頼できる定量分
析値を得る方法について説明した．その上で本研究の目的および構成を示した．
第２章：プラスチック中に含まれる臭素系難燃剤の，GC-MS による定量分析で生じた
問題の解明を行った．ポリスチレン中に含まれる臭素系難燃剤の一種である DBDE を，
ガスクロマトグラフ－質量分析装置で定量した．試料として認証標準物質 NMIJ CRM
8110-a を用い，抽出溶液中に含まれる不純物の定量を行った．次に，DBDE 標準溶液に
同様の不純物を添加して GC-MS 分析を行い，測定結果が認証値と大きくずれる主な原因
が，プラスチック中に含まれるパラフィンであることを見いだした．
第３章：臭素系難燃剤の分析方法として，コロナ CAD を検出器に用いる HPLC に着目
し，臭素系難燃剤とその類縁化合物の定量分析を行った．これまでコロナ CAD は不揮発
性物質であれば化学構造によらずに検出でき，その検出感度は物質によらずほぼ一定で
あることが報告されてきた[58][59][60][61]．しかし，密度の異なる臭素系難燃剤を分析し
た結果，検出感度は検出対象物質密度の(-2/3)乗にほぼ比例し，その検量線は濃度の 2/3
乗に比例していることを実証した．この結果から，コロナ CAD の検出強度は，装置中で
生成される測定対象物質の微粒子表面積に比例していることを解明した．
第４章：コロナ CAD が半揮発性物質に対して利用できるかどうかを調べた．半揮発性
物質として，プラスチックの代表的な可塑剤であり，RoHS 指令の規制候補物質を含む，
フタル酸エステル類を用いた．コロナ CAD の検出強度は，フタル酸エステルの蒸気圧が
低いほど高いことが判明した．さらに HPLC 分析を想定して移動相の組成を変化させて
コロナ CAD で検出した場合，検出強度は移動相の組成変化とともに単調増加，あるいは
単調減少するだけでなく，極大や極小をとる場合があることを見いだした．この検出感
度の変動は，既に報告されている経験式から推定される検出感度の変動とほぼ一致する
ことを見出した．また，
蒸気圧の低いフタル酸エステル類は HPLC–コロナ CAD 測定で，
検出できることを確認した．
13
第 5 章：これらの結果を総括するとともに，本研究における問題点を明確にし，今後
の展望を述べた．
14
第１章
1
参考文献
野櫻俊一，“高分子化学”第 3 版，村橋俊介，藤田博，野櫻俊一編，p.4，1983，(共立
出版).
2
プラスチック工業連盟 統計資料 (http://www.jpif.gr.jp/5topics/conts/world3_c.htm)
3
(一社)日本自動車工業会 JAMAGAZINE , 2006, 3 ,
(http://www.jama.or.jp/lib/jamagazine/200603/03.html).
4
出井裕，
“高分子分析ハンドブック”第 4 版，日本分析化学会高分子分析研究懇談会編，
p.1037，2008， (朝倉書店).
5
C. Moore，C. Philips，“プラスチックスープの海”，2012，(NHK 出版).
6
“プラスチックリサイクルの基礎知識”，2014，((一社)プラスチック循環利用協会).
7
E. J. Carpenter, K. L. Smith Jr., Science, 1972, 175, 1241.
8
J. A. Ivar do Sul, M. F. Costa, Environ. Pollut., 2014, 185, 352.
9
E. J. Carpenter, Science, 1972, 178, 749.
10
E. L. Teuten, J. M. Saquing, D. R. U. Knappe, M. A. Barlaz, S. Jonsson, A. Björn, S. J.
Rowland, R. C. Thompson, T. S. Galloway, R. Yamashita, D. Ochi, Y. Watanuki, C. Moore, P.
H. Viet, T. S. Tana, M. Prudente, R. Boonyatumanond, M. P. Zakaria, K. Akkhavong, Y. Ogata,
H. Hirai, S. Iwasa, K. Mizukawa, Y. Hagino, A. Imamura, M. Saha, H. Takada, Phil. Trans. R.
Soc. B, 2009, 364, 2027.
11
C. A. de Wit, Chemosphere, 2002, 46, 583.
12
A. Bergé, M. Cladière, J. Gasperi, A. Coursimault, B. Tassin, R. Moilleron, Environ. Sci.
Pollut. Res., 2013, 20, 8057.
13
西岡利勝，“高分子添加剤分析ガイドブック”，西岡利勝編，p. 2, 2014, (朝倉書店).
14
東レリサーチセンタ－調査研究部門，“プラスチック添加剤 –添加剤による機能付与
と高性能化–”，2007，(東レリサーチセンタ－調査研究部門).
15
西原一編，“難燃性高分子の高性能化”，2002，(シーエムシー出版).
16
“塩ビファクトブック”，2005，(塩ビ工業・環境協会).
17
WHO/ICPS，
“Environmental Health Criteria 152: Brominated Diphenyl Ethers”
，1994，(Woeld
Health Organization, Geneva).
18
中西準子，東海明宏，岩田光夫，“詳細リスク評価書シリーズ２３ デカブロモジフェ
ニルエーテル”，2008，(丸善).
19
WHO/ICPS，
“Environmental Health Criteria 162: Polybrominated Biphenyls”，1994，(Woeld
Health Organization, Geneva).
20
WHO/ICPS，
“Environmental Health Criteria 172: Tetrabromobisphenol A and Derivatives”，
15
1994，(World Health Organization, Geneva).
21
中西準子，吉田喜久雄，内藤航，“詳細リスク評価書シリーズ１ フタル酸エステル －
DEHP－”，2005，(丸善).
22
食品衛生法 (昭和 22 年 12 月 24 日法律第 233 号)「食品，添加物等の規格基準」 (昭和
34 年 12 月 28 日厚生省告示第 370 号) 「第 3：器具及び容器包装」 (最終改正平成 14
年 8 月 2 日厚生労働省告示第 267 号).
23
Directive 2002/95/EC of the European Parliament and of the Council, Off. J. Eur. Comm.,
2003, L37, 19.
24
Commission Decision 2005/618/EC., Off. J. Eur. Comm., 2005, L214, 65.
25
Commission Decision 2005/717/EC., Off. J. Eur. Comm., 2005, L271, 48.
26
“プラスチック添加剤 714 種類のプロフィールブック”，2014，(スペクトラ・フォー
ラム).
27
松山重倫，“高分子添加剤分析ガイドブック”，西岡利勝編， p.204，2014， (朝倉書
店).
28
小笠原弘，田中桂，真鍋秀一郎，住友化学，2006, 2006-II，44.
29
竹中みゆき，佐藤友香，ぶんせき，2009，285.
30
“化学物質規制・関連法辞典”，淡路剛久，田村昌三編，2003，(丸善).
31
総務省統計局，“第六十四回 日本統計年鑑 平成 27 年 第 15 章
貿易・国際収支・国
際協力”, 2014.
32
Directive 2011/65/EU of the European Parliament and of the Council, Off. J. Eur. Comm.,
2011, L174, 88.
33
竹中みゆき，ぶんせき，2006，565.
34
IEC 62321, “Electrotechnical products – Determination of levels of six regurated substances
(lead, mercury, cadmium, hexavalent chromium, polybrominated biphenyls, polybrominated
diphenyl ethers)”, 2008.
35
竹中みゆき，ぶんせき，2009，667.
36
ISO/IEC 17025:2005，“General requirements for the competence of testing and calibration
laboratories”, 2005.
37
JISQ17025:2005，“試験所及び校正機関の能力に関する一般要求事項”，2005.
38
J. de Boer, W. P. Confino, Chemosphere, 2002, 46, 625.
39
T. P. J. Linsinger, A. Birgersson-Liebich, A. Lambertty, F. Pellizzato, T. Venelinov, S.
Voorspels, Anal. Chem., 2009, 81, 3792.
40
R. Zeleny, S. Voorspoels, M. Ricci, R. Becker, C. Jung, W. Bremser, M. Sittidech, N.
16
Panyawathanakit, W. F. Wong, S. M. Choi, K. C. Lo, W. Y. Yeung, D. H. Kim, J. Han, J. Ryu,
S. Mingwu, W. Chao, M. M. Schantz, K. A. Lippa, S. Matsuyama, Anal. Bioanal. Chem., 2010,
396, 1501.
41
阿部裕，六鹿元雄，平原嘉親，河村葉子，食品衛生学雑誌，2011, 52, 309.
42
久保田正明，“化学分析・試験に役立つ 標準物質活用ガイド”，久保田正明編，p.11，
2009，(丸善).
43
中野和彦，中村利廣，ぶんせき，2005，685.
44
高山森，“高分子分析ハンドブック”第 4 版，日本分析化学会高分子分析研究懇談会
編，p.31，2008， (朝倉書店).
45
J. C. J. Bart, “Additives in Polymers, Industrial Analysis and Applications”, 2005, (John Wiley
& Sons Ltd., England).
46
M. Bolgar, J. Hubball, J. Groeger, S. Meronek, “Handbook for the Chemical Analysis of
Plastic and Polymer Addiives”, 2008, (CRC Press, Boca Raton).
47
大谷肇，佐藤信之，高山森，松田裕生，後藤幸孝，“分析化学実技シリーズ 応用分析
編 4 高分子分析”，2013，(共立出版).
48
大栗直毅，後藤幸孝，“高分子分析ハンドブック”第 4 版，日本分析化学会高分子分
析研究懇談会編，p.142，2008， (朝倉書店).
49
谷岡力夫，石飛渡，澤村実香，“高分子添加剤分析ガイドブック”，西岡利勝編，p. 144,
2014, (朝倉書店).
50
林篤宏，産業と環境，2006，8，69.
51
荻野純一，“分析試料前処理ハンドブック”，中村洋監修，p.852，2003，(丸善).
52
M. Riess, R. van Eldik, J. Chromatogr. A, 1998, 827, 65.
53
北田幸夫，中込政樹，上杉祐子，木村真澄，分析化学，2011，60，367.
54
田中稔，“機器分析の手引き(2)”，p.25，1986，(化学同人).
55
後藤武，“液クロを上手に使うコツ-誰も教えてくれないノウハウ”，p.135，2004，(化
学同人).
56
R. W. Dixson, D. S. Peterson, Anal. Chem., 2002, 74, 2930.
57
千田正昭，福島景子，橋口九州男，松本勉，P. H. Gamache，J. C. Waraska，D. Asa，
Chromoatography, 2006, 27, 119.
58
T. Górecki, F. Lynen, R. Szucs, P. Sandra, Anal. Chem., 2006, 78, 3186.
59
M. Ligor, S. Studzińska, A. Horna, B. Buszwski, Crit. Rev. Anal. Chem., 2013, 43, 64.
60
J. P. Hutchinson, J. Li, W. Farrell, E. Groeber, R. Szucs, G. Dicinoski, and P. R. Haddad, J.
Chromatogr. A, 2010, 1217, 7418.
17
61
福島景子，橋口九州男，鈴木隆弘，大河原正光，関口陽子，Chromoatography, 2011, 32,
161.
18
第２章
ガスクロマトグラフィー－
質量分析法(GC-MS)による
プラスチック中の臭素系難燃剤
定量分析における不純物の影響
19
第２章
２．１
ガスクロマトグラフィー－質量分析法(GC-MS)によるプラ
スチック中の臭素系難燃剤定量分析における不純物の影響
諸言
第 1 章で述べたように，2006 年 6 月より欧州共同体(EU)で開始された「電子電気機器
に含まれる特定有害物質の使用制限に関する欧州議会及び理事会指令」(RoHS 指令)
[1][2][3]によって，ほとんどの電機メーカーは，製品中のポリブロモジフェニルエーテル
(PBDE)とポリブロモビフェニル(PBB)の定量分析を行う必要に迫られるようになった．さ
らに電機メーカー以外でも，2010 年 4 月より化学物質の審査及び製造等の規制に関する
法律(化審法)の第 1 種特定化学物質[4]に，
PBB の 1 種であるヘキサブロモビフェニルと，
PBDE の 1 種である，テトラブロモジフェニルエーテル，ペンタブロモジフェニルエーテ
ル，ヘキサブロモジフェニルエーテル，およびヘプタブロモジフェニルエーテルが指定さ
れたことによって，製品中に含まれるこれらの物質の定量分析の重要性がますます増し
てきている．
しかし，樹脂中に含まれる PBB，PBDE のガスクロマトグラフィー－質量分析法(GCMS)による定量分析について共同測定を行った結果，特に臭素付加数の多い成分について
しばしばばらついた値を与えることが報告されている[5]．この原因として，PBDE の持
つ熱分解性[6][7][8]，光分解性[6][9]，分離カラムへの吸着[6]，マトリックスの影響[10][11]
などの特性が影響していることが考えられる．国際電気標準会議(IEC; International
Electrotechnical Commission)は，電子電気機器中の規制対象物質の濃度を決定するための
規格(IEC 62321) [12]を決定したが(Figure 2-1)，臭素系難燃剤の GC-MS による精密定量法
は，規格決定の際に行った共同測定の結果がばらついたため[13]，参考規格(Annex)とさ
れた．
20
Figure 2-1
IEC 62321 におけるプラスチック中の臭素系難燃剤分析の流れ
PBDE の定量に影響を与える要因のうち，光分解性は，褐色のガラス容器の使用，アル
ミホイルなどによる遮光，あるいは UV フィルターをかけることなどによりかなり防ぐ
ことができる[14]．熱分解は，抽出時の温度を室温程度にすれば防ぐことができる．GC
測定においては，カラム温度や注入口の温度が 200 ℃以上に上昇すると熱分解が引き起
こされる可能性があるが[15]，熱分解は試料中と標準液中の PBDE の双方で同程度に寄与
するため相殺されると考えられる．さらに GC-MS 中で生じる PBDE の熱分解は臭素の引
き抜き反応が主である．このため，PBDE として，臭素付加数が最も多く，かつ最もよく
使用されてきたデカブロモジフェニルエーテル(DBDE; Figure 2-2) [16]については，他の
PBDE から熱分解によって生成する可能性がないため[15]，より正確な定量ができるはず
である．カラムへの PBDE の吸着に関しても，測定溶液と検量線作成に用いる標準溶液
の双方で差があるとは考えにくいため，定量分析に与える影響は小さいと考えられる．以
上のことから，DBDE を測定対象とした場合，GC-MS を用いた定量結果がばらつく要因
として，不純物の影響が最も大きいと考え，その原因物質の特定と影響，およびその理由
について調べた．
21
Br
Br
Br Br
Br
O
Br
Br Br
Br
Br
Figure 2-2 デカブロモジフェニルエーテル(DBDE)の構造式
２．２
実験
２．２．１
試薬
DBDE を含むプラスチック試料として，(独) 産業技術総合研究所(AIST) 計量標準総合
センター(NMIJ)より頒布されている認証標準物質「NMIJ CRM 8110-a 臭素系難燃剤含有
ポリスチレン(高濃度)」(CRM)を用いた[17][18]．この認証標準物質には難燃剤を含まない
ポリスチレンが付属しているので，これをブランク試料(BL-PS)として用いた．検量線を
作成するための標準試料には Sigma-Aldrich 社製の DBDE を用い，内部標準物質(内標)に
は Alfa Aesar 社製の 4,4’-ジブロモオクタフルオロビフェニル(DBOFB)を，注入量補正の
ためのシリンジスパイクには Sigma-Aldrich 社製のピレンを用いた．(Figure 2-3)
スチレ
ンダイマー(2 量体)，スチレントリマー(3 量体)のトルエン溶液は関東化学(株)，流動パラ
フィン，ベンジルアルコール，ベンズアルデヒドは和光純薬工業(株)，固体パラフィン(m.p.
= 50 - 52 ℃)はキシダ化成(株)，溶媒に用いたメタノール(残留農薬・PCB 分析用 300)およ
びトルエン(残留農薬・PCB 分析用 5000)は和光純薬工業(株)よりそれぞれ購入した．
22
a)
Figure 2-3
b)
DBDE の GC-MS 測定に用いた内標とシリンジスパイクの構造式
a) 内標：4,4’-ジブロモオクタフルオロビフェニル(DBOFB)，
b) シリンジスパイク：ピレン
プラスチックからの DBDE 抽出液から不純物を除去した試料の GC-MS 測定には，認
証標準物質「NMIJ CRM 8108-a 臭素系難燃剤含有ポリスチレン」[19]と付属のブランク
ポリスチレンを用いた．溶媒および分取のためのサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)の
移動相にはクロロホルム(和光純薬工業(株)製 HPLC 用)を用いた．SEC 分取した溶液の溶
媒置換はトルエン(和光純薬工業(株)製残留農薬・PCB 試験用 5000)を用いた．添加回収実
験および検量線作成に用いた DBDE は関東化学(株)より購入した．
測定に用いた NMIJ CRM 8110-a と NMIJ CRM 8108-a は，同じポリスチレンが基材に用
いられ，DBDE 含有濃度が異なる認証標準物質である[18][19]．
２．２．２
標準物質より単離した臭素系難燃剤の分析
CRM 中の DBDE の分析は，IEC 62321 を一部修正して行った．Figure 2-4 に IEC 62321
による精密分析工程を示したが，本実験ではシリンジスパイクとしてデカクロロビフェ
ニル(PCB-209)の代わりにピレンを用いた．PCB-209 は，化審法の第一種特定化学物質[4]
および「特定化学物質の環境への排出量の把握等及び管理の改善の促進に関する法律」
(PRTR 法)の第一種指定化学物質に指定されている[20]ことから，その使用が厳しく制限
されているためである．また，DBDE の単離にはソックスレー抽出ではなく溶解－再沈法
を用いた．CRM 1.4 g と DBOFB 0.2 g を精秤し，トルエン 50 mL に溶解させた．この溶
液を 100 mL のメタノールに注ぎ込んで，ポリマー成分を沈殿させた．これを遠心分離
(3000 rpm，10 分間)後，上澄み液をロータリーエバポレーターで濃縮した．濃縮液を 10
23
mL 全量フラスコに移しトルエンでメスアップした．この溶液にピレンを加え，トルエン
で 60 倍に希釈したものを測定液とした．希釈液中のピレン濃度は 0.09 μg/mL とした．
検量線作成のためのピレン，DBOFB，DBDE を含む標準溶液(ピレン，DBOFB，DBDE の
濃度はそれぞれ 0.09 μg/mL，0.07 – 0.45 μg/mL，0.2 – 4.1 μg/mL)も別途調製した．
Figure 2-4
IEC 62321 規格によるプラスチック中の臭素系難燃剤の精密分析工
程．本論文における実験では，シリンジスパイクに PCB-209 の代わりにピレ
ンを用い，難燃剤の単離には溶解－再沈法を用いた．
GC-MS 装置は Agilent Technology 社製 5975B を用いた．注入口にはオンカラム注入装
置を用いた．測定条件を Table 2-1 に示す．
24
Table 2-1 NMIJ CRM 8110-a に含まれる DBDE 定量時の GC-MS 測定条件
GC 部
ガラスインサート
シングルテーパー，ガラスウール無し
1 μL
注入量
注入口
on column 注入口
50 ˚C (1 min) → (20 ˚C/min) → 250 ˚C → (10 ˚C/min) →
注入口温度
300 ˚C (2 min) → (10 ˚C/min) → 310 ˚C (3.5 min)
UA-PBDE
カラム
(Frontier Lab. Ltd., 0.25 mmϕ × 15 m, 0.05 μm 厚)
50
˚C
(1 min) → (20 ˚C/min) → 250 ˚C → (10 ˚C/min) →
カラム温度
300 ˚C (2 min) → (10 ˚C/min) → 310 ˚C (3.5 min)
キャリアーガス
He (1.1 mL/min) 定流量モード
300 ˚C
AUX2 (MS 部との
インターフェース)
250 ˚C
MS 部
イオン源温度
150 ˚C
四重極温度
EI (70 eV)
イオン化法
測定モード
50 – 1050 スキャン速度：0.25 (s)
Scan (m/z)
SIM (m/z)
202 (pyrene), 456 (DBOFB), 799 (DBDE), 959 (DBDE)
２．２．３
ポリスチレン中に含まれる不純物の分析
ポリスチレン中に含まれる不純物の分析は，CRM に付属の BL-PS を用いて行った．内
標(DBOFB)を加えずに，CRM と同じ前処理を BL-PS に対して行った．溶解–再沈，濃縮
操作を行って得た前処理液を，1 mL の全量フラスコ中トルエンでメスアップした．この
溶液にピレンを加えて，トルエンで 1 – 10,000 倍に希釈した．この溶液中に含まれるピレ
ン濃度は 0.2 μg/mL とした．
前節の DBDE 分析を行った際の GC-MS 測定条件では，不純物の分離が十分ではなか
ったため，新たな分析条件で不純物の分析を行った．測定には GC-MS 装置として(株)島
津製作所製 QP-5050A を用いた．注入口は split 注入口を用いた．測定条件を Table 2-2 に
示す．測定は定圧モードで行ったため，測定中のヘリウム流量はカラム温度に従って 1.8
mL/min から 0.7 mL/min に変化した．
25
BL-PS 中に含まれる不純物測定時の GC-MS 測定条件
ガラスインサート
シングルテーパー，ガラスウール入
1 μL
注入量
注入口
Split/splitless 注入口
280 ˚C
注入口温度
1/15
Split 比
50 ˚C (4 min) → (20 ˚C/min) → 200 ˚C → (10 ˚C/min) →
注入口温度
300 ˚C (3.5 min)
カラム
DB-5MS (Agilent Technologies 社製, 0.25 mmϕ × 30 m,
0.25 μm 厚)
50 ˚C (1 min) → (20 ˚C/min) → 250 ˚C → (10 ˚C/min) →
カラム温度
300 ˚C (2 min) → (10 ˚C/min) → 310 ˚C (3.5 min)
キャリアーガス
He (100 kPa) 定圧モード
Interface
300 ˚C
EI (70 eV)
イオン化法
測定モード
Scan (m/z = 20 – 400)，スキャン速度：0.50 (s)
SIM (m/z = 77 – 208 の範囲で物質毎に決定)
Table 2-2
GC 部
MS 部
２．２．４
不純物添加 DBDE 溶液の分析
DBDE の定量分析への不純物の影響を調べるために，不純物として考えられた入手可
能な化合物を DBDE 溶液に添加して GC-MS 測定を行った．DBDE の濃度は 2.1 μg/mL と
し，溶媒はトルエンとした．不純物を添加して調製したテスト溶液を，Table 2-3 に示す．
これらの GC-MS 測定は Table 2-1 と同じ条件で行った．
Table 2-3
DBDE の定量分析に対する不純物の影響を調べるために調製したテスト溶液
調製濃度 (µg/mL)
溶液名
不純物
sample-M
スチレン及び類縁化合物
0.14
sample-D
スチレン 2 量体
sample-T
スチレン 3 量体
Liq-P
流動パラフィン
Sol-P
固体パラフィン
*
不純物
DBOFB
ピレン
DBDE
*
0.19
0.11
2.1
8.7
0.19
0.11
2.1
8.7
0.19
0.11
2.1
209
0.20
0.10
2.1
204
0.20
0.10
2.1
*) sample-M に含まれる不純物；スチレン：0.05 (µg/mL), ベンズアルデヒド：0.05
(µg/mL), ベンジルアルコール：0.02 (µg/mL), アセトフェノン：0.02 (µg/mL)．sol-P に
含まれる不純物；固体パラフィンの融点は 50 – 52 ℃
26
２．２．５
不純物を除去した DBDE 単離溶液の GC-MS 分析
DBDE 定量分析のための信頼性確保への効果を検証するため，プラスチック中に含ま
れる不純物の除去を，SEC を用いて行った．この不純物を除去した溶液の GC-MS 測定
は，以下の手順により行った．まず，NMIJ CRM 8108-a 約 1.4 g を精秤し，クロロホルム
に溶解させた．また，添加回収実験のために，BL-PS を約 1.4 g 精秤し，0.4 mg の DBDE
を精秤して加え，
クロロホルムに溶解させた．
次に，
SEC を用いて定容した溶液から DBDE
溶出部分を単離した．SEC 装置は東ソー(株)製 GPC-8020 を用い，その装置構成は，デガ
ッサー(SD-8022)，バイナリポンプ(DP-8020)，オートサンプラー(AS-8020)，カラムオーブ
ン(CO-8020)，可視・紫外吸光検出器(UV-8020)，フラクションコレクター(FC-8020)である．
分取操作は，溶離液にクロロホルムを用い，流速 1 mL/min，注入量 0.5 mL，分収時間 18.5
– 23.0 min の条件で行った．カラムは東ソー(株)製 TSKgel G2500HHR と G1000HHR を直列
に接続して用い，カラム温度 40 ℃で操作した．SEC 測定の検出波長は 254 nm とした．
SEC 分取はそれぞれの溶液に対して 1 回ずつ行った．分取した各溶液を 50 mL 褐色ナス
型フラスコに移し，ロータリーエバポレーターで約 0.5 mL まで濃縮した．この濃縮液に
トルエンを加えてもう一度濃縮した．0.5 mL まで濃縮後，1 mL メスフラスコ中トルエン
で定容した．検量線作成のための DBDE 標準溶液は DBDE 濃度 0.37 – 3.8 μg/mL の範囲
でほぼ等濃度間隔で 4 本作製し，溶媒はトルエンを用いた．GC-MS 測定は Agilent
Technology 社製 5975B を用いた．注入はパルスドスプリットレス注入で行った．GC-MS
測定条件を Table 2-4 に示す．
27
Table 2-4
GC 部
MS 部
２．３
NMIJ CRM 8108-a に含まれる DBDE 定量時の GC-MS 測定条件
ガラスインサート
シングルテーパー，ガラスウール無し
3 μL
注入量
注入口
Split/splitless 注入口，パルスドスプリットレス注入
注入口温度
280 ℃
150 kPa
パルス圧
1 min
パルス時間
ENV-5MS
カラム
(関東化学(株), 0.25 mmϕ × 15 m, 0.10 μm 厚)
180 ˚C (1 min) → (20 ˚C/min) → 230 ˚C → (10 ˚C/min)
カラム温度
→ 300 ˚C (10 min)
キャリアーガス
He (1.1 mL/min) 定流量モード
300 ˚C
AUX2 (MS 部との
インターフェース)
250 ˚C
イオン源温度
150 ˚C
四重極温度
EI (70 eV)
イオン化法
測定モード
50 – 1050 スキャン速度：0.25 (s)
Scan (m/z)
SIM (m/z)
799 (DBDE), 959 (DBDE)
結果および考察
２．３．１
標準物質中に含まれる DBDE 濃度
Figure 2-5 に，a) 試料として用いた認証標準物質 NMIJ CRM 8110-a (CRM)から抽出し
た溶液(黒線)および溶媒として用いたトルエン(灰線)のトータルイオンクロマトグラム
(TIC)，および b) その縦軸方向の拡大図を示した．抽出溶液中にシリンジスパイクとして
加えたピレンおよび DBDE の溶出時間は，それぞれ 8.0 および 16.5 分であり，それぞれ
小さなピークとして観測できた．抽出溶液に内標として加えた DBOFB は強度が弱いた
め，拡大図(b)においても確認が困難であったが，シングルイオンクロマトグラム(SIM)上
で確認が可能であった．不純物であるスチレンの 2 量体および 3 量体は，それぞれ溶出
時間 5.5 – 7.5 分および 9.0 – 10.5 分で観測された．ただし DBDE の定量測定に用いた条件
では，不純物のピークは十分に分離されなかった．さらに質量スペクトルから，パラフィ
ンと予想されるブロードなピークが溶出時間 8 – 17 分にわたって観測された．
28
スチレン 3 量体
TIC 強度 (a.u.)
a)
DBDE
スチレン 2 量体
パラフィン
TIC 強度(a.u.)
b)
DBOFB
ピレン
溶出時間 (min)
Figure 2-5
NMIJ CRM 8110-a から抽出した溶液(黒線)および溶媒であるトルエン
(灰線)のトータルイオンクロマトグラム(TIC)．a) 全体図，b) a のクロマトグラムの
縦軸方向の拡大図
抽出溶液中の DBOFB，ピレン，DBDE の溶出時間はそれぞれ 6.2, 8.0, 16.5 分であ
るが，DBOFB は強度が弱いため TIC では拡大図(b)においても確認が困難であっ
た．
29
GC-MS 測定による DBDE の濃度決定には，2 種類の検量線を用いた．一つ目の検量線
は，シリンジスパイクであるピレンの強度で規格化した面積から作成した．抽出溶液中の
DBDE 濃度を規格化強度より求めた検量線から算出し，この値を CRM に添加した DBOFB
の回収率(約 85 %)で補正して，含有濃度を決定した．この検量線から得られた CRM 中の
DBDE 濃度は 1123 ± 17 mg/kg であった．もう一方の検量線は，規格化や回収率補正など
を行わない生データから作成した．この検量線から求めた DBDE 濃度は 1261 ± 32 mg/kg
であった．このように二つの検量線から求めた CRM 中の DBDE 濃度は，いずれも NMIJ
CRM 8110-a の認証値 886 ± 16 mg/kg よりもかなり大きな値となった．
測定規格である IEC 62321 において，内標の DBOFB は回収率を決定するために用い，
回収率 70 – 130 %の範囲であれば妥当な測定と規定されている．ただし，DBOFB の回収
率は PBDE，PBB の含有濃度の補正に用いないとされている．本研究における DBOFB の
回収率は 85 %であったことから，測定に大きな齟齬はなかったと考えられた．
２．３．２
ポリスチレン中の不純物
難燃剤を含まないベースポリマー(ブランクポリスチレン)である BL-PS 中の不純物の
分析は，Agilent Technology 社製 DB-5MS カラムを用いて行った．前節の DBDE の定量に
用いたカラム(UA-PBDE)は，付加臭素数の多い PBDE 類の分析専用に作製されたもので
あるため[21]，Figure 2-5 に示したように不純物を分析するには分解能が不十分であった
ためである．Figure 2-6 に，BL-PS より抽出した溶液の，DB-5MS カラムを用いて得られ
た TIC を示した．クロマトグラム上にはスチレンモノマー(A)とその類縁化合物(B – E)，
スチレン 2 量体(F – I)，3 量体(J – M)，及び 4 量体(N, O)など多くの不純物由来のピーク
が観測された．また溶出時間 18 分以降のベースラインのドリフトは，主にパラフィンの
溶出によるものと考えられた．
30
TIC 強度 (a.u.)
溶出時間 (min)
Figure 2-6 BL-PS より抽出した溶液のトータルイオンクロマトグラム(TIC)．
各ピークはそれぞれ A, スチレン; B, ベンズアルデヒド; C, ベンジルアルコール;
D, アセトフェノン: E, スチレン類縁化合物; F, 1,3-ジフェニルプロパン;
G, cis-1,2-ジフェニルシクロブタン; H, 2,4-ジフェニル-1-ブテン;
I, trans-1,2-ジフェニルシクロブタン; J, 2,4,6-トリフェニル-1-ヘキサン;
K, 1-フェニル-4-(1'-フェニルエチル)テトラリン (4 異性体を含む);
L and M, スチレン 3 量体; N and O, スチレン 4 量体 を示す．溶出時間 18 分以降の
ドリフトは主にパラフィン溶出によるもの．ピレンは 16 分付近で溶出しているが，
このクロマトグラム上では強度が弱く確認できない．
抽出溶液のピーク強度から推定した BL-PS 中に含まれる不純物とその濃度を，Table 25 に示した．この測定は対象物の濃度が 0.01 – 20 μg/mL となるように，抽出溶液を希釈
して行った．Table 2-5 に GC-MS の SIM 測定から推算した不純物濃度を示す．これらの
値はピレン強度で規格化した検量線から決定したが，回収率は考慮していない．パラフィ
ンは非常にブロードなピークを示しており，濃度を決定することができなかったため，
CRM のセーフティデータシート(SDS)に記載されている濃度を代用して使用した[17][22]．
31
Table 2-5
分類
ブランクポリスチレン(BL-PS)に含まれている不純物とその濃度
化合物名
構造式
含有濃度
(mg/g)
スチレン
とその類 スチレン
縁化合物
0.020
O
ベンズアルデヒド
0.027
OH
ベンジルアルコール
0.007
O
アセトフェノン
スチレン
2 量体
0.008
CH2 CH2 CH2
1,3-ジフェニルプロパン
2,4-ジ フ ェ ニ ル -1-ブ テ
H 2C C
CH2 CH2
0.17
ン
1,2-ジフェニルシクロブ
0.55
タン
スチレン
3 量体
2,4,6-トリフェニル-1-ヘ
H 2C C
CH2 CH CH2 CH2
1.4
キサン
1-フェニル-4-(1'-フェニ
6.8
ルエチル)テトラリン
パラフィ
ン
0.012
CH3
パラフィン
10 – 50 *
* パラフィンの濃度は CRM の付属書(Safety Data Sheet)に記載されていた値を使用
32
２．３．３
不純物の影響
DBDE の定量測定において不純物がどのように影響しているかを調べるため，テスト
溶液(Table 2-3)を作製して GC-MS 測定を行った．テスト溶液中の DBDE の濃度は 2.1
μg/mL とした．Table 2-3 に示した各不純物の濃度は，BL-PS の抽出液中に含まれる濃度
が，NMIJ CRM 8110-a の抽出液に含まれる濃度と同じであると仮定し，Table 2-5 の結果
を基に推定した抽出溶液中の濃度にできるだけ一致させた．ただし，BL-PS 抽出液中のス
チレン 3 量体の推定濃度は 19 μg/mL であったが，購入したスチレン 3 量体の溶液濃度が
10 μg/mL であったため，Sample-T におけるスチレン 3 量体濃度は推定濃度よりもかなり
低くなっている．
テスト溶液中の DBDE 濃度は，UA-PBDE カラムを用いて GC-MS で測定し，２．２．
２の場合と同様に 2 種類の検量線を用いて算出した．2 種類の検量線からそれぞれ算出し
た DBDE 濃度を Table 2-6 に示した．Sample M, D, T に関しては，2 種類の検量線から求
めた DBDE 濃度は，いずれも仕込み濃度(2.1 μg/mL) とよく一致した．Sample-M, D, T そ
れぞれのクロマトグラムにおける各不純物，すなわちスチレンおよびその類縁化合物，ス
チレン 2 量体および 3 量体の溶出時間は，シリンジスパイク，内標，測定対象物質であ
るピレン，DBOFB および DBDE のいずれの溶出時間とも明確に異なっており，互いのピ
ークは十分に分離されていた．以上より，プラスチック中に含まれる DBDE の GC-MS に
よる定量測定に，スチレン及びその類縁化合物，スチレン 2 量体，3 量体はほとんど影響
を与えないことが判明した．
Table 2-6
不純物を添加したテスト溶液で観測された DBDE 濃度
GC-MS 測定により定量した DBDE 濃度 (µg/mL)
溶液名
ピレン規格化強度使用
生データ使用
sample-M
2.0 ± 0.05
2.0 ± 0.01
sample-D
2.0 ± 0.03
1.9 ± 0.01
sample-T
2.3 ± 0.02
2.1 ± 0.03
Liq-P
1.3 ± 0.23
5.1 ± 1.41
Sol-P
0.7 ± 0.06
2.4 ± 0.25
±の後の数字は，5 回の繰り返し測定より算出した標準偏差である．
33
一方，同じく Table 2-6 に示すように，流動パラフィン(Liq-P)と固体パラフィン(Sol-P)
を添加した溶液については，ピレン強度で規格化した検量線から求めたそれらの DBDE
濃度は，仕込み濃度より大幅に減少した．また，生データの検量線から求めた DBDE 濃
度は，規格化したデータから求めた対応する濃度と比較して大幅に増加した．
Figure 2-7 に Liq-P と Sol-P の TIC を示した．Figure 2-7 において，パラフィン成分は非
常に広い範囲にわたる溶出が確認された．Liq-P のクロマトグラムにおいて，パラフィン
成分はピレンと DBDE それぞれの溶出時間においても溶出していた．一方，Sol-P のクロ
マトグラムでは，パラフィン成分はピレンの溶出時間には溶出しているが，DBDE の溶出
時間ではほとんど溶出しなかった．Liq-P と Sol-P の測定におけるピレンイオン(m/z = 202)
の絶対強度は，パラフィンを含まない同濃度のピレン標準溶液で観測される値のそれぞ
れ 4.6 および 4.9 倍であった．一方，Liq-P における DBDE のイオン(m/z = 799, 956)強度
は，同濃度の DBDE 標準溶液の 2.6 倍であったのに対して，Sol-P では標準溶液の強度と
ほぼ同じであった．これらの結果から，Liq-P と Sol-P の DBDE 測定において，ピレンや
DBDE と同時に溶出しているパラフィンの存在が，ピレンと DBDE のイオン化に影響を
及ぼしていると考えられた．一般に脂肪族化合物のイオン化ポテンシャルは芳香族化合
物のイオン化ポテンシャルよりも高いこと[23]から，パラフィンで生じたイオンが芳香族
に遷移する可能性がある．この考えに基づくと，芳香族成分のイオン化効率は，共溶出す
るパラフィン濃度の増大とともに増大すると予想される．Figure 2-7 より，Liq-P，Sol-P に
おいてピレンと共溶出しているパラフィンの量は，DBDE と共溶出している量よりも多
いことがわかる．このためピレン強度で規格化した場合には，ピレン強度がパラフィンに
よって DBDE より高い割合で増大したために，DBDE の相対強度は見かけ上小さくなっ
てしまったと考えられる．一方，生データを用いて作成した検量線から算出した DBDE
濃度は，ピレン強度の変動に無関係である．DBDE と共にパラフィンが溶出しているのは
Liq-P のみであり，Lip-P の DBDE 強度のみがパラフィンの影響によって増大し，Sol-P 測
定における DBDE 強度には影響がなかったと考えられる．
34
a)
DBDE
b)
ピレン
DBOFB
Figure 2-7
UA-PBDE カラムを用いて測定したテスト溶液，Liq-P (黒線)および Sol-P
(灰線)のトータルイオンクロマトグラム(TIC)．a) 全体図，b) a)の縦軸方向の拡大図．
DBOFB，ピレン，DBDE の溶出時間はそれぞれ 6.2, 8.0 および 16.5 分．ただし TIC で
は DBOFB およびピレンのピークは微弱なため確認できない．
NMIJ CRM 8110-a からの抽出溶液の分析において，パラフィン由来のブロードなピー
クは 8.0 分以降に観測された (Figure 2-5)． 一方，DBFOB の溶出時間は 6.2 分のため，そ
のピーク強度はパラフィンによって影響を受けなかったと判断される．しかし，ピレンの
35
溶出時間(8.0 min)においてはパラフィンも溶出しているために，ピレンの強度はパラフィ
ンを含まない標準溶液よりも大きくなったと考えられる．さらに DBDE が溶出した 16.5
分ではパラフィンもまだ溶出していることから，DBDE の強度にも影響を与えていると
考えられる．実際，抽出溶液における見かけの DBDE 強度は，CRM の認証値から推定さ
れる DBDE 強度よりも大きくなっている．NMIJ CRM 8110-a の測定において，検量線か
ら求められる DBDE の含有濃度が認証値よりも高い値となる原因として，測定に用いる
化学種，特に DBDE と同時に溶出しているパラフィンが大きく影響していると考えられ
る．
２．３．４
不純物の除去と GC-MS 測定
前節までの実験結果から NMIJ CRM 8110-a の測定ではパラフィンが GC-MS 測定結果
を擾乱する原因となっていることが明らかになった．環境中に存在する PBDE の分析で
は，抽出溶液のクリーンアップ操作が不可欠である．環境分析におけるクリーンアップ操
作，特にパラフィンなどの脂肪族を除去する場合には，クロマトグラフィーを用いた単離
[24][25][26]，中でも SEC による分取が有効であることが報告されている[27][28]．
SEC によるパラフィン除去が有効かどうかを，認証標準物質「NMIJ CRM 8108-a 臭素
系難燃剤含有ポリスチレン」を用いて検証を行った．観測された SEC のクロマトグラム
とその分取範囲を Figure 2-8 に，SEC 分取した溶液の GC-MS クロマトグラムを，Figure
2-9 に示した．
36
UV 吸収強度 (検出波長：254 nm)
分取範囲
ポリスチレンピーク
DBDE ピーク
0
5
10
15
20
25
30
35
溶出時間 (min)
Figure 2-8 NMIJ CRM 8108-a の SEC 分取クロマトグラム．
枠内の部分(溶出時間 18 – 23 min)を分取した．
DBDE
TIC 強度 (a.u.)
NMIJ CRM 8108-a
トルエン
溶出時間 (min)
Figure 2-9 NMIJ CRM 8108-a を SEC で分取後，濃縮した溶液(上, 黒線)
と溶媒に用いたトルエン(下, 灰線)のトータルイオンクロマトグラム．
(溶
)
Figure 2-9 において，NMIJ CRM 8108-a の分取後抽出液の GC-MS クロマトグラムは
DBDE ピーク以外は，溶媒であるトルエンのクロマトグラムとほぼ一致していた．クロマ
トグラムから，ポリスチレン中のパラフィンは，SEC による分取でほぼ取り除くことが
37
できたと考えられた．SEC 分取を行った溶液に対して，検量線から DBDE の濃度を計算
した結果，NMIJ CRM 8108-a 中の DBDE 含有濃度は 235 mg/kg となった．一方 BL-PS に
DBDE を添加して，SEC 分取した溶液の DBDE 回収率は 0.78 となった．NMIJ CRM 8108a の SEC 分取結果に添加回収実験の回収率を補正した DBDE 含有濃度は，302 mg/kg と
なった．NMIJ CRM 8108-a に含まれる DBDE の認証値は，(317 ± 14) mg/kg (k = 2；k は
拡張係数)であり，回収率補正後の DBDE の定量結果は，認証値とほぼ一致した．この結
果から，ポリスチレン中のパラフィンの SEC による分取除去は，DBDE の正確な定量分
析に効果的かつ不可欠であることがわかる．
２．４
結言
認証標準物質 NMIJ CRM 8110-a を試料に用いて，プラスチック中の DBDE 定量に影響
を与えると考えられる，試料中の不純物の同定と定量を行った．同定した不純物のうち，
スチレンとその類縁化合物，スチレン 2 量体，および 3 量体は GC-MS による DBDE の
定量結果にほとんど影響を与えないことが判明した．これらの化学種は，GC-MS 測定に
おけるクロマトグラム上で内部標準物質や測定対象の DBDE などと分離されているため
である．一方，しばしばプラスチックに滑剤として添加されているパラフィン[29]は，GC
の分離カラムから長時間にわたって溶出していることが観測された．このため DBDE な
ど他の化学種と共溶出する可能性が高く，それらのイオン強度に影響を与えることが判
明した．以上のことからプラスチック中から抽出した DBDE を GC-MS で分析する場合，
SEC などによりパラフィンを取り除く操作が重要である．
38
第２章
1
参考文献
Directive 2002/95/EC of the European Parliament and of the Council, Off. J. Eur. Comm., 2003,
L37, 19.
2
Commission Decision 2005/618/EC., Off. J. Eur. Comm., 2005, L214, 65.
3
Commission Decision 2005/717/EC., Off. J. Eur. Comm., 2005, L271, 48.
4
化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律施行令の一部を改正する政令, 昭和四
十九年政令第二百二号.
5
J. de Boer, W. P. Confino, Chemosphere, 2002, 46, 625.
6
中里哲也, 赤坂幹男, R. B. Rajendran, 田尾博明, 分析化学, 2006, 55, 481.
7
J. Bjöklund, P. Tollbäck, C. Östman, Organohalog. Compd., 2003, 61, 239.
8
J. de Boer, C. Allchin, R. Law, B. Zegers, J. P. Boon, Tr. Anal. Chem. 2001, 20, 591.
9
G. Södeström, U. Sellström, C. A. de Wit, M. Tysklind, Environ. Sci. Technol., 2004, 38, 127.
10
C. Thomsen, H. Leknes, E. Lundanes, G. Becher, J. Anal. Toxicol., 2002, 26, 129.
11
U. Sellström, A. Kierkegaard, C. de Wit, B. Jansson, Environ. Toxicol. Chem., 1998, 17, 1065.
12
IEC62321, Electrotechnical products – Determination of levels of six regurated substances
(lead, mercury, cadmium, hexavalent chromium, polybrominated biphenyls, polybrominated
diphenyl ethers), 2008.
13
竹中みゆき，ぶんせき，2009，12，667.
14
N. G. Dodder, B. Strandeberg, R. A. Hites, Environ. Sci. Technol., 2002, 36, 146.
15
能美政男，真鍋秀一朗，野網靖雄，SCAS News，2005，I，7.
16
WHO/ICPS，“Environmental Health Criteria 152: Brominated Diphenyl Ethers”，1994，
(World Health Organization, Geneva).
17
松山重倫, 衣笠晋一, 大谷肇, 分析化学, 2011, 60, 301.
18
松山重倫, 衣笠晋一, 岸根加奈, “NMIJ CRM 8110-a 臭素系難燃剤含有ポリスチレン
(高濃度)技術報告書”, 2008, (独立行政法人産業技術総合研究所).
19
松山重倫, 衣笠晋一, 岸根加奈, 今西克也, 真鍋秀一郎, “NMIJ CRM 8108-a 臭素系難
燃剤含有ポリスチレン技術報告書”, 2006, (独立行政法人産業技術総合研究所).
20
特定化学物質の環境への排出量の把握等及び管理の改善の促進に関する法律，平成十
一年法律第八十六号.
21
A. Hosaka, C. Watanabe, S. Tsuge, Anal. Sci., 2005, 21, 1145.
22
PS Japan corp., 2007. MSDS for HF77.
23
J. H. Gross, “Mass Spectrometry”, p. 341, 2004, (Springer, Heidelberg).
24
H. M. Stapleton, J. M. Keller, M. M. Schants, J. R. Kucklick, S. D. Leigh, S. A. Wise, Anal.
Bioanal. Chem., 2007, 387, 2365.
39
25
岩村幸美, 陣矢大助, 門上希和夫, 環境化学, 2009, 19, 527.
26
Y. Ashizuka, R. Nakagawa, K. Tobiishi, T. Hori, T. Iida, J. Agric. Food Chem., 2005, 53, 3807.
27
D. Ueno, N. Kajiwara, H. Tanaka, A. Subramanian, G. Fillmann, P. K. S. Lam, G. J. Zheng , M.
Muchitar, H. Razak, M. Prudente, K.-H. Chung, S. Tanabe, Environ. Sci. Technol., 2004, 38,
2312.
28
K. Akutsu, H. Obana , M. Okihashi, M. Kitagawa, H. Nakazawa, Y. Matsuki, T. Makino, H.
Oda, S. Hori, Chemosphere, 2001, 44, 1325.
29
J. Murphy, “The Additives for Plastics Handbook.”, 1996, (Elsevier Scientific Ltd., Oxford).
40
第３章
荷電化粒子検出器(コロナ CAD)を
用いた高速液体クロマトグラフ
(HPLC)分析における臭素系難燃剤
検出感度への密度の影響
41
第３章 荷電化粒子検出器(コロナ CAD)を用いた高速液体クロマトグ
ラフ(HPLC)分析における臭素系難燃剤検出感度への密度の
影響
３．１
諸言
第 2 章において，ガスクロマトグラフ－質量分析装置(GC-MS)を用いた，ポリスチレン
中のデカブロモジフェニルエーテル(DBDE)の定量測定では，特定の不純物を取り除くこ
とで，正しい測定結果が得られることを明らかにした．一般に，得られた分析値が信頼
できることを確認するためには，異なる測定手法で測定することも有用である．二つの
測定結果が一致した場合，その結果の信頼性は非常に高くなる．また，結果が一致しな
かった場合にはその原因を特定することで，次回からの測定に役立てることができる．
前章で述べたように，IEC 62321 [1]において，臭素系難燃剤の分析は GC-MS で行うこと
が規定されているが，前述の考え方によれば，GC-MS 以外の分析法もあわせて用いるこ
とが望ましい．GC-MS とは異なる分析法として広く用いられている手法の一つに，高速
液体クロマトグラフィー(HPLC)がある[2]．HPLC の検出器としては，可視・紫外吸光(UV)
検出器，可視・紫外多波長ダイオードアレイ(DAD)検出器，あるいは蛍光検出器などがよ
く用いられている．Table 3-1 に HPLC の主な検出器を挙げた．これらの検出器のうち，
UV 検出器，DAD 検出器，蛍光検出器などは，対象物質中に検出波長の光を吸収する官
能基がない場合には検出できないという欠点が存在する．
「電子電気機器に含まれる特定
有害物質の使用制限に関する欧州議会及び理事会指令」(RoHS 指令)では，臭素系難燃剤
としてポリ臭化ビフェニル(PBB)とポリ臭化ジフェニルエーテル(PBDE)が規制対象物質
となっていることに加えて，ヘキサブロモシクロドデカン(HBCDD)が規制対象物質候補
となっている[3]．HBCDD は芳香環を持たないために UV 検出器などを用いた検出が困
難であると考えられる．そのため RoHS 指令の規制(候補)対象となっているこれらの臭素
系難燃剤を一斉分析する場合には，HBCDD も測定できる検出器が必要となる．
42
Table 3-1
HPLC の主な検出器
検出器
長所
短所
その他
可視・紫外吸光検出器
検出感度：高
吸光基がないと測定で
最も一般
きない
的な検出
器
可視・紫外多波長ダイオー 検出感度：高
吸光基がないと測定で
ドアレイ検出器
きない
蛍光検出器
検出感度：高
吸光基がないと測定で
きない
示差屈折検出器
検出対象を選ばない
グラジエント測定不可
検出感度：低
質量検出器
蒸発光散乱検出器
検出対象を選ばない
高価
検出感度：高
メンテナンスが必要
不揮発性物質測定可
揮発性物質測定不可
検出感度：低
(ELSD)
ナノクオリティー検出器
不揮発性物質測定可
揮発性物質測定不可
(NQAD)
検出感度：中
脂溶性物質測定に不向
き
荷電化粒子検出器
不揮発性物質測定可
(コロナ CAD)
検出感度：中
揮発性物質測定不可
応答性が
物質に依
存しない
Table 3-1 に挙げた検出器のうち示差屈折検出器は，対象物質を選ばないが，検出感度
が低く，HPLC のグラジエント測定では用いることが困難という問題がある．質量検出器
は，ほとんどの物質を検出することができるが，エレクトロスプレー部の洗浄など，頻
繁なメンテナンスが必要である．RoHS 指令に対応した分析では，工場における製品の抜
き取り検査など大量のサンプルを分析する必要があるため，メンテナンスフリーであり，
しかも容易に検出できる手法が求められている．
近年，HPLC の新しい検出器としてエアロゾルを用いた蒸発光散乱検出器(ELSD) [4][5]，
ナノクオリティー検出器(NQAD) [6]，荷電化粒子検出器(コロナ CAD) [7][8][9]などが実
用化された．これらの検出器は，ネブライザーを用いて溶離液を噴霧し，生成した微小
液滴から移動相を蒸発させ，残った溶質成分の微粒子を検出するという原理に基づいて
おり，不揮発性の物質であれば，化学構造によらず検出できる点に特色がある[10][11]．
43
エアロゾル系の検出器を相互に比較すると[10][12][13][14]，コロナ CAD はメンテナンス
や測定条件の決定が容易であり[9]，繰り返し再現性が他の二つよりもよく[15]，検出感度
(応答性)は ELSD よりも高く，NQAD とほぼ同じである[15][16][17]．さらにエアロゾル
を利用した検出器は，測定物質が異なってもその検出感度(応答性)がほぼ同じである(ユ
ニバーサルレスポンス)とされており[10][11]，中でもコロナ CAD の検出感度(応答性)は
その物質間変動が特に少なく[18][19]，対象物質が異なっていても検出感度(応答性)が質
量濃度に依存するという，ELSD や NQAD にはない特徴が報告されている[9][20]．検出
感度(応答性)が物質によらず一定であると，新規合成物質や未知物質に対して，個々の検
量線を作成することなしに定量が行える利点がある[2][11]．Górecki らはコロナ CAD の検
出において，移動相の組成が同じ場合，不揮発性物質の検出感度(応答性)がほぼ同じであ
ることを報告している[20]．しかし，不揮発性物質に対して，コロナ CAD の検出感度(応
答性)が一定である理由については明らかになっておらず，このユニバーサルレスポンス
の現象が全ての物質について成立すると仮定して測定を行うことは，危険性をともなう．
そのため，ユニバーサルレスポンスが成立している理由についての考察が重要となって
いる．
Figure 3-1 にコロナ CAD 検出器の模式図を示した．コロナ CAD 検出器では，カラムか
ら溶出した溶離液は，ネブライザーで窒素ガスなどの不活性ガスと共に噴霧され微小液
滴を生成する．この微小液滴は乾燥管に導入され，溶媒が蒸発して測定対象物質の微粒
子となる．この微粒子に，白金電極を通ってプラスに荷電された N+イオンを衝突させて
帯電させる．帯電した微粒子が検出器に衝突すると，電荷を放出し，電荷量が測定され
る[8][21]．一般に，粒子の電荷は表面に分布すると考えられる．表面電荷密度が物質によ
らずに一定であると仮定すると，電荷量は粒子の表面積に比例することになる．移動相
の流量が一定で，溶液濃度が希薄である場合，ネブライザーで生成する微小液滴の数は
一定で，液滴から生成する微粒子の数も一定となると考えられる．微粒子の数が同じで
あれば，それらの表面積は物質の密度に依存することになる．これまでコロナ CAD はユ
ニバーサルレスポンスの特徴を有すると報告されてきたが，上記の考えに従うと，検出
感度(応答性)は，実際には測定対象物質の密度に依存して変動することが予想される．例
えば Górecki らの実験で試料物質として用いられた，スルファメトキサゾール，スルファ
メラジン，スルファメチゾール，スルファメサジン，スルファグアニジンなどの密度は，
1.32 – 1.57 g/cm3 [22]の範囲にあり，それぞれがかなり近い値であることがわかっている．
しかしながら，分析対象となり得る様々な物質の密度は，より広い範囲にわたっており，
例えば有機物でも臭素系難燃剤では 3.5 g/cm3 以上になる場合もある．本章では，密度が
44
かなり広い範囲で分布している HBCDD，DBDE，PBDE を含む臭素系難燃剤とその類縁
化合物を試料として，コロナ CAD を検出器とする HPLC システムでの観測を行った．さ
らにシリンジポンプによる試料溶液のコロナ CAD への直接導入を行い，検出強度を観測
した．観測された結果から，コロナ CAD の検出感度(応答性)と密度などとの相関を調べ，
コロナ CAD の検出原理，
特にユニバーサルレスポンスを示す要因について考察を行った．
窒素ガス
微小液滴
白金電極
微粒子
N+イオン
ネブライザー
乾燥管
検出器
dp
dd
Figure 3-1
コロナ CAD 検出器の模式図，dd は微小液滴の直径，dp は試料微粒子の直
径
３．２
実験
３．２．１
試薬
本章で測定に用いた試料物質を，それらの密度とともに Table 3-2 に示した．Table 3-2
において，コード名が S- ではじまる物質は不揮発性の臭素系難燃剤とその類縁化合物で
ある．P- で始まる物質は高分子であり，その重量平均分子量(Mw)及び分子量分布
(Mw/Mn；ここで Mn は数平均分子量を表す)は，ポリスチレン(P-1)で Mw = 28500, Mw/Mn =
1.03，ポリメチルメタクリレート(P-2)で Mw = 20600, Mw/Mn = 1.06，であった．
Table 3-2 において，密度の文献データが無い試料については，ultra picnometer 1000
(Quantachrome Instruments 製)を用いて実測した．S-02, S-11, S-13 および S-15 は 1.8 g – 4.3
g の試料を用い，マイクロセルで測定した．S-03, S-05, S-06, S-07, S-08 および S-09 の試料
45
は，試料量 0.4 – 1.0 g でメソセルを用いて，S-04, S-12 および S-14 は試料量 0.15 g – 0.26
g でナノセルを用いてそれぞれ測定した．分析操作は，温度 26 °C で，5 分間 121 kPa の
圧力でヘリウムガス(純度は 99.999 %以上)をパージして行った．観測された密度(*)を
Table 3-2 に示した．
Table 3-2 コロナ CAD 測定に用いた試料物質
試料
CAS No.
物質名
コード
S-01 ビスフェノール A
80-05-7
S-02
S-03
塩素化パラフィン 70 %
パークロロペンタシクロデカン
61788-76-9
13560-89-9
S-04
S-05
S-06
S-07
25327-89-3
28774-93-8
68928-70-1
94334-64-2
S-08
S-09
S-10
S-11
S-12
S-13
ファイヤガード 3200
ファイヤガード 7500
プラサーム EP-20
TBBPA カーボネートオリゴマー
BC52
プラサーム EC-20
ファイヤガード 8500
テトラブロモビスフェノール A
ヘキサブロモシクロドデカン
ピロガード SR-245
オクタブロモジフェニルエーテル
S-14
S-15
ペンタブロモトルエン
デカブロモジフェニルエーテル
87-83-2
1163-19-5
S-16
P-01
P-02
ヘキサブロモベンゼン
ポリスチレン
ポリメチルメタクリレート
87-82-1
9003-53-6
9011-14-7
３．２．２
71342-77-3
79-94-7
3194-55-6
25713-60-4
32536-52-0
供給元
密度
/ g cm-3
Ref.
22
シグマアルドリッ 1.21
チ(株)
*
和光純薬工業(株) 1.64
*
オクシデンタル・ 1.75
ペトロリウム
1.83
*
帝人化成(株)
1.85
*
帝人化成(株)
1.92
*
DIC(株)
*
ケムチュラ・ジャ 1.95
パン（株）
2.07
*
DIC (株)
2.15
*
帝人化成(株)
22
東京化成工業(株) 2.16
2.36
*
和光純薬工業(株)
*
第一工業製薬(株) 2.54
*
ケムチュラ・ジャ 2.85
パン（株）
*
東京化成工業(株) 3.19
*
シグマアルドリッ 3.35
チ(株)
22
東京化成工業(株) 3.54
1.05
23
昭和電工(株)
1.19
24
昭和電工(株)
* 密度はピクノメーターで実測.
HPLC―コロナ CAD 測定
Table 3-2 に示した全ての試料それぞれ 4 mg – 27 mg を精秤し，全量フラスコ (5 mL，
10 mL もしくは 25 mL)中で，個別にクロロホルム(和光純薬工業(株)製 HPLC 用)に溶解さ
せ母液とした．また，S-03, S-04 および S-10～S-16 の試料に関しては，0.4 mg – 4.9 mg を
46
精秤して全量フラスコ(5 mL，10 mL もしくは 20 mL)中トルエンに溶解させトルエン溶液
測定用の母液(濃度 0.4 – 4.9 mg/mL)とした．Cl および Br を含む試料溶液の調製は，試料
物質の光分解を防ぐため褐色ガラスの容器中で行った．母液を濃度 10 μg/mL – 300 μg/mL
に希釈して，HPLC–コロナ CAD 測定溶液とした．HPLC 装置は Agilent Technology 社製
1260 Infinity を用いた．装置構成は，デガッサ，バイナリポンプ，1500 μL まで注入可能
なオートサンプラー，カラムオーブン，ダイオードアレイ検出器であり，その後ろにコ
ロナ CAD(Thermo Fisher Scientific 社製 Corona CAD ultra RS)を直結した．データの取り込
みと解析は Agilent Technology 社製 Open Lab CDS ChemStation (version C.01.03)を用いた．
移動相には和光純薬工業(株)製 HPLC 用クロロホルムもしくはトルエンを用いた．分離カ
ラムへの試料の吸着の影響を防ぐために，カラムの代わりに東ソー(株)製抵抗管(6783)を
3 本接続して用い，適当な背圧を維持した．移動相の流量は 0.5 mL/min，注入量は 10 μL
もしくは 1000 μL とした．コロナ CAD のネブライザーガスには窒素(純度 99.9995 %以上)
を圧力 241 kPa で用いた．
３．２．３
シリンジポンプ―コロナ CAD 測定
HPLC からの溶出液に含まれる試料濃度は，移動相で希釈されるため，注入時と同じで
はなく変化する．クロマトグラム上における，あるピークの中でも，ピークの立ち上が
り時と，ピークトップ，ピーク終了時の間で濃度は変化している．検出強度と溶液濃度
の正しい関係を調べるためには，一定濃度の溶液をコロナ CAD に連続して注入し，実験
を行う必要がある．そこで S-03, S-04 および S-10～S-16 のトルエン母液を 10 mL の全量
フラスコ中トルエン(和光純薬工業(株)製 HPLC 用)で希釈して調製した濃度 50 μg/mL の各
溶液を，ガスタイトシリンジ(Hamilton co.製 81617) に満たしてシリンジポンプ(Harvard
Apparatus 製 11plus)にセットし，コロナ CAD に直接注入した．注入流量は 0.5 mL/min と
した．検出器に 3 分間注入して測定を行い，観測された検出強度の平均値をコロナ CAD
強度とした．各試料を測定した前後で，トルエンのみの測定(ブランク測定)を行って，そ
の平均強度を試料のコロナ CAD 強度から差し引いた．求めた差分強度と試料密度との関
係を調べた．
47
３．３
結果と考察
３．３．１
HPLC―コロナ CAD 測定
Figure 3-2 に移動相にクロロホルムを用いた場合の，HPLC–コロナ CAD 測定における
試料(S-01, S-10, S-15 および P-01)濃度とコロナ CAD 検出面積との関係を示した．すでに
多くの論文で報告されているように[15][20][21][25][26][27]，検量線の傾きは濃度の増加
とともに緩やかに減少している．3.1 で述べたようにコロナ CAD の検出強度は微粒子に
帯電した電荷量に比例すると考えられる．また，電荷量が微粒子の総表面積に依存する
ならば，コロナ CAD で生成される微粒子の直径 dp に対して，表面積 Ap は
𝐴𝐴p = 𝜋𝜋𝑑𝑑p2
(3-1)
となる．一方，dp は(3-2)式で与えられることが報告されている[7]．
𝑐𝑐
𝜌𝜌p
1�
3
𝑑𝑑p = 𝑑𝑑d � �
(3-2)
ここで，dd はコロナ CAD 中の噴霧器で生成される微小液滴の直径，c は溶出液中の試料
濃度，ρp は試料密度である．この結果，表面積 Ap は(3-3)式で表される．
⁄3
𝐴𝐴p = 𝜋𝜋𝑑𝑑p2 = 𝜋𝜋 ∙ 𝑑𝑑d2 ∙ 𝑐𝑐 2⁄3 ∙ 𝜌𝜌p−2
(3-3)
前述のように，コロナ CAD 強度は Ap に比例すると推定されるため，(3-3)式からコロ
ナ CAD 強度は試料濃度 c の 2/3 乗に比例すると考えられる．Figure 3-2 a 中に示した実線
は，各試料濃度の 2/3 乗とコロナ CAD 強度を最小二乗法で近似して求めたものである．
この関係をよりわかりやすくするために，Figure 3-2 a の両軸を対数で表示した図を Figure
3-2 b に示した．Figure 3-2 b より，コロナ CAD 強度は試料濃度 c の 2/3 乗に比例している
ことがわかる．
48
ピーク面積 / pA×s
1200
a)
1000
800
600
400
200
0
100
0
200
300
-3
濃度 / μg cm
400
ピーク面積 / pA×s
10000
b)
1000
100
10
1
10
100
濃度 / μg cm-3
1000
Figure 3-2 a) 試料濃度とコロナ CAD 検出面積の関係．
実線は試料濃度の 2/3 乗と
コロナ CAD 強度の最小二乗近似結果．b) a の両軸を対数で表示したデータ．測
定における溶媒及び移動相はクロロホルム，移動相流量 0.5 mL/min，注入量は
10 μL．(▲) S-01 (密度, 1.21 g/cm3), (♦) S-10 (密度, 2.16 g/cm3), (●) S-15 (密度, 3.35
g/cm3), (■) P-01 (密度, 1.05 g/cm3).
３．３．２
コロナ CAD 強度と試料密度との関係
Figure 3-2 a において S-01, S-10, S-15 および P-01 の検量線は互いに明確に異なっており，
従来の定説であったユニバーサルレスポンス[20][28]を示していない．Figure 3-2 a におい
49
て，試料密度が小さいほどコロナ CAD 検出強度は大きくなっている．この結果は，コロ
ナ CAD 強度が試料密度(ρp)の減少関数になるという(3)式からの予想と合致している．
HPLC–コロナ CAD 測定において，溶媒および移動相がクロロホルム，試料濃度 50 μg/mL，
注入量 10 μL で測定した，
試料密度とコロナ CAD 検出面積の関係を Figure 3-3 に示した．
この関係よりコロナ CAD 検出面積が試料密度に対して減少関数となっていることがわか
る．
Figure 3-3
試料密度とコロナ CAD 面積の関係．測定における溶媒及び移動相はク
ロロホルム，試料濃度 50 μg/mL，移動相流量 0.5 mL/min，注入量は 10 μL． (●)
コード S- のサンプル，(■)コード P- のサンプル
試料の種類に関係なく，コロナ CAD 中で生成される微粒子の表面電荷密度が常に同じ
であると仮定すると，(3-3)式よりコロナ CAD 強度(表面積 Ap に比例)は試料密度(ρp)の
(-2/3)乗と比例関係にあると考えられる．
Figure 3-4 に，Figure 3-3 の横軸を試料密度の(-2/3)
乗に変換した図を示した．この図より，コロナ CAD 強度は試料密度の(-2/3)乗にほぼ比例
していることがわかる．Figure 3-5 に，測定条件を変えて測定した，コロナ CAD 強度と
試料密度の(-2/3)乗の関係を示した．それぞれの測定条件は，Figure 3-5 a は移動相クロロ
ホルム，試料濃度 150 μg/mL，注入量 10 μL，b は移動相クロロホルム，試料濃度 50 μg/mL，
50
注入量 1000 μL，c は移動相トルエン，試料濃度 50 μg/mL，注入量 1000 μL とした．Figure
3-5 より，測定条件を変えてもコロナ CAD 強度は試料密度の(-2/3)乗にほぼ比例している
ことがわかる．これらの結果から，コロナ CAD の検出感度(応答性)が試料密度に依存す
ピーク面積 / pA×s
ることが判明した．
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Figure 3-4
0
0.5
1
(密度 / g cm-3)-2/3
1.5
試料密度の(-2/3)乗とコロナ CAD 面積の関係．測定における溶媒および
移動相はクロロホルム，試料濃度 50 μg/mL，移動相流量 0.5 mL/min，注入量 10 μL．
(●)コード S- のサンプル，(■)コード P- のサンプル
51
ピーク面積 / pA×s
1400
1200
a)
1000
800
600
400
200
0
0
ピーク面積 / pA×s
25000
0.5
1
(密度 / g cm-3)-2/3
1.5
0.5
1
-3
-2/3
(密度 / g cm )
1.5
0.5
1
(密度 / g cm-3)-2/3
1.5
b)
20000
15000
10000
5000
0
ピーク面積 / pA×s
0
18000
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
c)
0
Figure 3-5
種々の測定条件における試料密度の(-2/3)乗に対するコロナ CAD 強度の
関係． a) 移動相クロロホルム，試料濃度 150 μg/mL，注入量 10 μL，b) 移動相クロ
ロホルム，試料濃度 50 μg/mL，注入量 1000 μL，c) 移動相トルエン，試料濃度 50
μg/mL，注入量 1000 μL．移動相流量は全て 0.5 mL/min．
52
３．３．３
シリンジポンプ導入におけるコロナ CAD 強度と試料密度との関係
３．２．３で述べたように，HPLC–コロナ CAD 測定において，HPLC からの溶離液中
の試料濃度は，ある一つのピークが溶出している間，必ずしも一定ではない．検出器に
導入される溶液濃度が異なると，最終的に生成される試料微粒子の大きさが変化し，結
果的にコロナ CAD の検出強度も変化すると考えられる．さらに HPLC に注入した試料濃
度，注入量が同じであっても，観測されるピークの形状は試料成分により異なることが
多い．その結果，溶離液中に含まれる成分濃度の時間変化は，成分ごとに異なると考え
られる．そこでここでは，こうした影響を排除して，試料密度とコロナ CAD 検出強度と
の関係を正しく調べるために，シリンジポンプを用いて一定濃度の試料溶液をコロナ
CAD に直接，連続注入して実験を行った．Figure 3-6 に測定結果を示す．シリンジポンプ
を用いた実験においても，コロナ CAD 強度は試料密度の(-2/3)乗にほぼ比例していること
がわかる．この結果からも，コロナ CAD の検出感度(応答性)が試料密度に依存している
コロナCAD強度 / pA
ことが確かめられた．
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0.5
1
1.5
(密度 / g cm-3)-2/3
Figure 3-6
シリンジポンプで一定濃度の試料溶液をコロナ CAD に注入した際の試
料密度の(-2/3)乗とコロナ CAD 強度の関係．溶媒トルエン，試料濃度 50 μg/mL，移
動相流量 0.5 mL/min．
53
３．４
結言
RoHS 指令の規制(候補)物質である PBDE，HBCDD を含む臭素系難燃剤を HPLC–コロ
ナ CAD で測定して観測される，分析結果の信頼性について実験的に考察した．ここでは
種々の臭素系難燃剤とその類縁物質を測定対象として，試料濃度および試料密度に対す
るコロナ CAD 検出強度の関係を調べた．その結果，コロナ CAD の検出強度は試料濃度
の 2/3 乗に比例し，試料密度の(-2/3)乗に比例していることが実験的に確かめられた．こ
のことは，コロナ CAD の検出強度は，装置内の乾燥管を通って生成される試料微粒子の
表面積に比例していることを示唆している．また，コロナ CAD の検出感度(応答性)は試
料によらずほぼ一定であるという Górecki らが報告したユニバーサルレスポンスの現象
は，試料密度がある限られた範囲にある場合にのみ成立することが判明した．
54
第３章
1
参考文献
IEC62321, Electrotechnical products – Determination of levels of six regurated substances (lead,
mercury, cadmium, hexavalent chromium, polybrominated biphenyls, polybrominated diphenyl
ethers), 2008.
2
S. Almeling, D. Ilko, U. Holtzgrabe, J. Pharm. Biomed. Anal., 2012, 69, 50.
3
Directive 2011/65/EU of the European Parliament and of the Council, Off. J. Eur. Comm., 2011,
L174, 88.
4
J. M. Charlesworth, Anal. Chem., 1978, 50, 1414.
5
N. C. Megoulas, M. A. Koupparis, Crit. Rev. Anal. Chem., 2005, 35, 301.
6
L. B. Allen, J. A. Koropchak, Anal. Chem., 1993, 65, 841.
7
R. W. Dixson, D. S. Peterson, Anal. Chem., 2002, 74, 2930.
8
千田正昭，福島景子，橋口九州男，松本勉，P. H. Gamache，J. C. Waraska，D. Asa，
Chromoatography, 2006, 27, 119.
9
10
福島景子，橋口九州男，鈴木隆弘，大河原正光，関口陽子，Chromoatography, 2011, 32, 161.
M. M. Khandagale, J. P. Hutchinson, G. W. Dicinoski, P. R. Haddad, J. Chromatogr. A, 2013,
1308, 96.
11
J. P. Hutchinson, J. Li, W. Farrell, E. Groeber, R. Szucs, G. Dicinoski, P. R. Haddad, J.
Chromatogr. A, 2010, 1217, 7418.
12
K. Takahashi, S. Kinugasa, M. Senda, K. Kimizuka, K. Fukushima, T. Matsumoto, Y. Shibata,
J. Christensen, J. Chromatogr. A, 2008, 1193, 151.
13
D. Kow, G. Manius, S. Zhan, H. P. Chokshi, J. Chromatogr. A, 2009, 1216, 5424.
14
U. Holtzgrabe, C. J. Nap, T. Beyer, S. Almeiling, J. Sep. Sci, 2010, 33, 2402.
15
J. P. Hutchinson, J. Li, W. Farrell, E. Groeber, R. Szucs, G. Dicinoski, P. R. Haddad, J.
Chromatogr. A, 2011, 1218, 1646.
16
M. Psitorino, B. A. Pfeifer, Anal. Bioanal. Chem., 2008, 390, 1189.
17
I. Márquez-Sillero, S. Cádenas, M. Valcárcel, Microchem. J., 2013, 110, 629.
18
J. Shaodong, W. J. Lee, J. W. Ee, J. H. Park, S. W. Kwon, J. Lee, J. Pharm. Biomed. Anal.,
2010, 51, 973.
19
C. Merle, C. Laugel, P. Chaminade, A. Baillet-Giffroy, J. Liq. Chromatogr. Relat. Technol.,
2010, 33, 629.
20
T. Górecki, F. Lynen, R. Szucs, P. Sandra, Anal. Chem., 2006, 78, 3186.
21
D. Asa, Am. Lab., 2006, 38, 16.
22
Database of Reaxys, Compillation prepared by Reed Elsevier Properties
(https://www.reaxys.com/).
23
D. Schrader, “Polymer Handbook”, ed. J. Brandrup, E. H. Immergut, E. A. Grulke, 4th ed, V/91,
55
1999, (John Wiley & Sons, New York).
24
W. Wunderlich, “Polymer Handbook”, ed. J. Brandrup, E. H. Immergut, E. A. Grulke, 4th ed,
V/87, 1999, (John Wiley & Sons, New York).
25
R. A. Moreau, Lipids, 2006, 41, 727.
26
J. P. Hutchinson, T. Remenyi, P. Neterenko, W. Farrell, E. Groeber, R. Szucs, G. Dicinoski, P. R.
Haddad, Anal. Chim. Acta, 2012, 750, 199.
27
C. Brunelli, T. Górecki, Y. Zhao, P. Sandra, Anal. Chem., 2007, 79, 2472.
28
P. Sun, X. Wang, L. Alquier, C. A. Maryanoff, J. Chromatogr. A, 2008, 1177, 87.
56
第４章
コロナ CAD による
半揮発性フタル酸エステル類の
検出感度に対する蒸気圧および
移動相組成の影響
57
第４章
４．１
コ ロナ CADに よ る 半 揮 発 性 フ タ ル 酸 エステ ル 類 の 検 出
感度に対する蒸気圧および移動相組成の影響
緒言
前 章 で 述 べ た よ う に ， 高 速 液 体 ク ロ マ ト グ ラ フ ィ ー (HPLC)の 検 出 器 で あ る 荷
電 化 粒 子 検 出 器 (コ ロ ナ CAD)[ 1][ 2]は ， 臭 素 系 難 燃 剤 な ど 不 揮 発 性 物 質 の 検 出
に有効に利用されている．しかし揮発性物質の測定では，溶媒を蒸発させる過
程で試料が溶媒と一緒に蒸発してしまい検出できないという欠点も存在してい
る [ 3]．こ れ は ，エ ア ロ ゾ ル を 利 用 し た 蒸 発 光 散 乱 検 出 器 [ 4][ 5][ 6][ 7]，ナ ノ ク オ
リ テ ィ ー 検 出 器 [ 8]な ど に も 共 通 の 欠 点 で あ る が ，こ れ ら が 半 揮 発 性 物 質 に 対 し
て 利 用 で き る か ど う か を 調 べ た 研 究 は 少 な い [ 9][ 10][ 11]．
「電子電気機器に含まれる特定有害物質の使用制限に関する欧州議会及び理
事 会 指 令 」 (RoHS 指 令 )[ 12][ 13][ 14]の 規 制 対 象 物 質 候 補 [ 15]で あ る フ タ ル 酸 エ
ステル系可塑剤は代表的な半揮発性物質であり，規制が開始されると，その分
析 需 要 が 増 大 し て い く と 考 え ら れ る ．RoHS 指 令 の 規 制 物 質 を 分 析 す る 場 合 ，全
て の 規 制 (候 補 )物 質 が 同 一 の 装 置 を 用 い て 検 出 で き る と ， 初 期 投 資 な ど コ ス ト
面 で 有 利 と な る ． そ こ で RoHS 指 令 の 規 制 対 象 物 質 候 補 で あ る ヘ キ サ ブ ロ モ シ
ク ロ ド デ カ ン の 検 出 が 可 能 な コ ロ ナ CAD を 用 い て ， 規 制 対 象 物 質 候 補 で あ り ，
半揮発性物質でもあるフタル酸エステル類について，検出可能かどうかを検討
した．
RoHS 指 令 で 規 制 候 補 と な っ て い る フ タ ル 酸 エ ス テ ル に は ， フ タ ル 酸 ジ (n-ブ
チ ル ) (DnBP)，フ タ ル 酸 ジ (2-エ チ ル ヘ キ シ ル ) (DEHP)，フ タ ル 酸 ブ チ ル ベ ン ジ ル
が あ る ．フ タ ル 酸 エ ス テ ル は 側 鎖 の 異 な る 化 合 物 が 多 数 存 在 す る た め ，HPLC を
用 い た 分 析 は 通 常 グ ラ ジ エ ン ト 測 定 に よ り 行 わ れ る [ 16 ][ 17 ] ． HPLC– コ ロ ナ
CAD 測 定 に お い て ， コ ロ ナ CAD の 検 出 強 度 は 移 動 相 組 成 が 変 化 す る と 変 動 す
る こ と が 報 告 さ れ て い る が [ 18]，コ ロ ナ CAD が 普 及 し て き た 背 景 の 一 つ と し て ，
移 動 相 組 成 が 同 じ で あ れ ば コ ロ ナ CAD の 検 出 感 度 (応 答 性 )が 対 象 試 料 に よ ら ず
に 一 定 で あ る [ 19][ 20] と 言 わ れ て き た 特 徴 が あ る [2] ． こ の 特 徴 を 利 用 し て ，
Górecki ら は 未 知 物 質 の 定 量 を 行 う こ と が で き る 逆 グ ラ ジ エ ン ト 測 定 法 を 提 案
し た [ 21]． こ の 方 法 で は ， 移 動 相 を カ ラ ム に 導 入 す る グ ラ ジ エ ン ト ポ ン プ の 他
に ， も う 1 組 の グ ラ ジ エ ン ト ポ ン プ を 使 用 す る ． サ ン プ ル 分 離 は 通 常 の HPLC
におけるグラジエント測定で行うが，カラムからの溶出液に移動相とは逆のグ
ラ ジ エ ン ト を か け た 溶 媒 を 混 合 し て ，コ ロ ナ CAD に 導 入 す る 移 動 相 組 成 は 常 に
58
一定とする．第３章で明らかにしたように，不揮発性成分に関しては，試料密
度 が 大 き く 異 な ら な い 場 合 ，溶 離 液 の 組 成 が 同 じ で あ れ ば コ ロ ナ CAD の 感 度 は
ほぼ同じであるため，1 本の検量線で未知の物質を含む複数の物質濃度を定量
で き る ．こ の よ う に ，逆 グ ラ ジ エ ン ト 法 を 用 い る コ ロ ナ CAD 測 定 は ，未 知 物 質
についても定量が行える可能性があることから，製薬業界などへの利用が期待
さ れ て い る [2][3]．
逆 グ ラ ジ エ ン ト 測 定 で は ， 検 出 感 度 (応 答 性 )が 一 定 に な る こ と が 期 待 で き る
が，カラム溶出後に溶媒を混合するため，濃度低下による検出強度の低下が生
じ る ． そ こ で Hutchinson ら は ， グ ラ ジ エ ン ト 測 定 で 移 動 相 組 成 が 変 動 し た 場 合
に お け る コ ロ ナ CAD の 検 出 感 度 を 求 め る た め の 式 を 提 案 し た [18] ． た だ し
Hutchinson ら が 提 案 し た 式 は 経 験 式 の た め ， そ の 理 論 的 な 背 景 に つ い て は ほ と
ん ど 議 論 さ れ て い な い ． さ ら に ， コ ロ ナ CAD を 用 い て 未 知 物 質 を 定 量 す る 際 ，
対象物質の揮発性をあらかじめ知ることは困難である．特に未知物質が半揮発
性であった場合，不揮発性物質と同じ挙動を示すかどうかに関してはよくわか
っていない．
本 章 で は ，ま ず 半 揮 発 性 物 質 と し て 側 鎖 の 異 な る フ タ ル 酸 エ ス テ ル を 用 い て ，
コ ロ ナ CAD を 検 出 器 と し た HPLC 測 定 を 行 い ， 半 揮 発 性 物 質 に 対 す る コ ロ ナ
CAD の 検 出 挙 動 を 調 べ た ． さ ら に 代 表 的 な フ タ ル 酸 エ ス テ ル 系 可 塑 剤 で あ り ，
RoHS 指 令 の 規 制 対 象 物 質 候 補 で も あ る DEHP を 試 料 と し て ， 移 動 相 の 組 成 に
対 す る コ ロ ナ CAD 検 出 強 度 の 関 係 を 調 べ ，そ の 特 異 な 応 答 の 原 因 に つ い て 考 察
した．
４．２
実験
４．２．１
試薬
フ タ ル 酸 ジ メ チ ル (DMP)， フ タ ル 酸 ジ (i-ブ チ ル ) (DiBP)， フ タ ル 酸 ジ (n-オ ク
チ ル ) (DnOP)は ， 和 光 純 薬 工 業 (株 )製 フ タ ル 酸 エ ス テ ル 試 験 用 ， フ タ ル 酸 ジ エ
チ ル (DEP)は (独 )産 業 技 術 総 合 研 究 所 計 量 標 準 総 合 セ ン タ ー (NMIJ)製 の 認 証 標
準 物 質 NMIJ CRM 4022-bを 用 い た ． ま た ， フ タ ル 酸 ジ (n-プ ロ ピ ル ) (DPrP)，
DnBP， フ タ ル 酸 ジ (n-ペ ン チ ル ) (DPeP) ， フ タ ル 酸 ジ (n-ヘ キ シ ル ) (DnHP)，
DEHPは 計 量 法 に 基 づ く 特 定 標 準 物 質 製 造 用 と し て 作 製 さ れ た NMIJ 認 証 標 準
物 質 (非 売 品 )を 用 い た ． 用 い た フ タ ル 酸 エ ス テ ル 類 の 分 子 量 ， 密 度 ， お よ び
59
25 ℃ に お け る 蒸 気 圧 を Table 4-1に 示 す ． 移 動 相 な ど に 用 い た ア セ ト ニ ト リ
ル ， メ タ ノ ー ル ， エ タ ノ ー ル ， 2-プ ロ パ ノ ー ル ， ア セ ト ン ， ヘ キ サ ン ， テ ト ラ
ヒ ド ロ フ ラ ン (THF)は ， HPLC用 と 同 等 以 上 の グ レ ー ド の 市 販 品 を 和 光 純 薬 工 業
(株 )よ り 購 入 し て 用 い た ． 25 ℃ に お け る 密 度 ， 表 面 張 力 ， 粘 度 は そ れ ぞ れ ，
ア セ ト ニ ト リ ル は 0.777 g/cm 3 ， 28.3 mN/m， 3.41 ×10 -4 Pa ·s ， メ タ ノ ー ル は 0.786
g/cm 3 ， 22.3 mN/m， 5.51 ×10 -4 Pa ·s ， 2-プ ロ パ ノ ー ル は 0.781 g/cm 3 ， 21.2
mN/m， 2.044 ×10 -3 Pa ·s ， ア セ ト ン は 0.784 g/cm 3 ， 22.7 mN/m， 3.03 ×10 -4
Pa ·s ， THFは 0.881 g/cm 3 ， 26.4 mN/m， 4.6 ×10 -4 Pa ·s で あ る [ 22]．
本研究で用いたフタル酸エステルの分子量，密度および蒸気圧
略称
分 子 量 密 度 1) 蒸 気 圧 1)
(g/cm 3 ) (Torr, 25 °C )
DMP
194
1.186
0.002 – 0.03
フタル酸ジメチル
DEP
222
1.113
0.001 – 0.005
フタル酸ジエチル
DPrP
250
1.077
8.9x10 -9 – 0.001
フタル酸ジプロピル
DiBP
278
1.038
2x10 -6 – 0.0006
フ タ ル 酸 ジ (i-ブ チ ル )
DnBP
278
1.042
4.2x10 -5 – 0.00025
フ タ ル 酸 ジ (n-ブ チ ル )
DPeP
306
1.023
no data
フタル酸ジペンチル
DnHP
334
0.999
0 – 1.2x10 -5
フ タ ル 酸 ジ (n-ヘ キ シ ル )
DEHP
391
0.980
1.4x10 -7 – 0.00014
フ タ ル 酸 ジ (2-エ チ ル ヘ キ シ ル )
DnOP
391
0.967
0 – 1.3x10 -5
フ タ ル 酸 ジ (n-オ ク チ ル )
Table 4-1
試料名
1) 出 典 ： Reaxys (https://www.reaxys.com/) [ 23]
４．２．２
溶液 調 製
精 秤 し た フ タ ル 酸 エ ス テ ル 類 を 10 mL も し く は 25 mL の 全 量 フ ラ ス コ 中 ア セ
ト ニ ト リ ル で 定 容 し ，測 定 溶 液 の 母 液 と し た ．母 液 の 濃 度 範 囲 は 0.6 – 1.8 mg/mL
で あ る ． こ の 母 液 を ， 電 子 ピ ペ ッ ト (バ イ オ ヒ ッ ト 製 PROLINE)を 用 い て ア セ ト
ニ ト リ ル で 希 釈 し て ， 濃 度 範 囲 6 – 133 µg/mL の 各 フ タ ル 酸 エ ス テ ル 測 定 溶 液
とし，ほぼ等濃度間隔で 5 水準調製した．
４．２．３
装置
HPLC 測 定 は ，Agilent 社 製 可 視・紫 外 吸 光 (UV)検 出 器 付 HPLC (1260Series)に ，
Thermo Fisher Scientific 社 製 コ ロ ナ CAD (Corona CAD ultra RS)を 接 続 し て 行 っ
60
た ．デ ー タ 取 り 込 み お よ び 解 析 ソ フ ト は Agilent 社 製 OpenLAB CDS リ ビ ジ ョ ン
C.01.03 を 用 い た ． 試 料 注 入 量 は 1 µL， UV 検 出 器 の 波 長 は 226 nm と し た ． コ
ロ ナ CAD の ネ ブ ラ イ ザ ー ガ ス に は 窒 素 を 用 い ， そ の 圧 力 は 241 kPa， 温 度 は
25 ℃ と し た ．測 定 は 全 て ア イ ソ ク ラ テ ィ ッ ク 条 件 で 行 い ，移 動 相 は デ ュ ア ル ポ
ン プ に よ る 2 液 混 合 液 と し ， そ の 混 合 体 積 比 (v/v)は ポ ン プ の 設 定 値 よ り 決 定 し
た ． 混 合 に お け る 体 積 の 減 少 は ， 別 途 バ ッ チ の 実 験 に よ り 3 %以 下 で あ る こ と
を 確 認 し た ．2 液 混 合 液 の 組 み 合 わ せ と し て ，ア セ ト ニ ト リ ル ／ メ タ ノ ー ル ，ア
セ ト ニ ト リ ル ／ THF，メ タ ノ ー ル ／ THF，ア セ ト ニ ト リ ル ／ ア セ ト ン ，お よ び ア
セ ト ニ ト リ ル ／ 2-プ ロ パ ノ ー ル を そ れ ぞ れ 検 討 し た ． ア セ ト ニ ト リ ル ／ メ タ ノ
ー ル 系 で は Waters 社 製 Symmetry C18 (粒 径 3.5 µm，2.1 mm × 150 mm)カ ラ ム (ODS
カ ラ ム )を 接 続 し て 用 い ，カ ラ ム 温 度 40 ℃ ，移 動 相 の 流 量 は 0.2 mL/min と し た ．
他 の 移 動 相 系 で は カ ラ ム の 代 わ り に 抵 抗 管 (東 ソ ー 製 )を 2 本 つ な い で ， 移 動 相
流 量 0.3 mL/min で 測 定 を 行 っ た ． こ れ は ， 移 動 相 組 成 に よ っ て は フ タ ル 酸 エ ス
テルがカラムから溶離しなかったためである．系の移動相組成を変更した場合
に は 少 な く と も 15 分 以 上 送 液 し て ， UV 検 出 器 お よ び コ ロ ナ CAD 検 出 器 の ベ
ースラインが安定していることを確認してから測定を行った．
４．３
結 果 およ び 考 察
４ ．３ ．１
コ ロ ナ CAD検 出 強 度 のフ タ ル 酸 エ ス テ ル 種に よ る 違 い お よ び
濃度依存性
Figure 4-1 に コ ロ ナ CAD で 検 出 し た ， DEHP の HPLC ク ロ マ ト グ ラ ム を 示 す
（ 試 料 注 入 量 は 74 µg/mL×1µL）． Figure 4-1a に お い て 黒 線 の ク ロ マ ト グ ラ ム は
移動相としてアセトニトリルのみを用いた場合，灰線はメタノールのみを用い
た 場 合 の 結 果 で あ る ．Figure 4-1b に 2 つ の ク ロ マ ト グ ラ ム 上 に 観 測 さ れ る DEHP
のピークを重ね合わせた図を示す．ここでは移動相にアセトニトリルを用いた
場合の溶出体積を下横軸，検出強度は左縦軸に，メタノールを用いた場合の溶
出体積を上横軸，検出強度は右縦軸にとり，各移動相を用いた場合のピーク強
度がほぼ一致するように示している．移動相が異なると溶出時間，検出強度が
変 化 す る が ，ピ ー ク 形 状 は ほ ぼ 同 じ で あ る こ と が わ か る ．し た が っ て ，DEHP が
検 出 さ れ は じ め た 溶 出 体 積 を 起 点 (v=0)と し た ピ ー ク 内 の 溶 質 濃 度 (g/cm 3 )変 化 c v
は，移動相にかかわらず同じと考えられる．同様に組成比の異なるアセトニト
61
リル／メタノール混合液を移動相に用いた場合のピーク形状もほぼ重なること
か ら cv は 移 動 相 組 成 が 変 化 し て も 同 じ で あ る と 推 定 で き る ．
a)
溶 出 体 積 (mL)
移 動 相 メ タ ノ ール で の 溶 出 体 積 (mL)
b)
移 動 相 ア セ ト ニト リ ル で の 溶 出 体 積 (mL)
Figure 4-1 ODS カ ラ ム を 用 い た HPLC－ コ ロ ナ CAD 測 定 に お け る DEHP
(74 µg/mL)の ク ロ マ ト グ ラ ム ． a) 移 動 相 ア セ ト ニ ト リ ル (黒 線 )お よ び メ
タ ノ ー ル (灰 線 )， b) a の ク ロ マ ト グ ラ ム の 溶 出 時 間 を 移 動 さ せ て ピ ー ク
を 重 ね た 図 ． 移 動 相 流 量 0.2 mL/min， 注 入 量 1 μL．
HPLC 測 定 に お い て ，各 フ タ ル 酸 エ ス テ ル の モ ル 濃 度 と UV 吸 収 の 面 積 は ，全
フ タ ル 酸 エ ス テ ル に つ い て 同 一 直 線 上 に 乗 っ た 比 例 関 係 を 示 し た (Figure 4-2)．
62
フ タ ル 酸 エ ス テ ル の UV の 吸 光 度 は ， 基 本 的 に ベ ン ゼ ン 環 の 数 に よ っ て 決 ま る
と予想されることから，フタル酸エステルの種類によらず単一の検量線を示す
ことは妥当な結果と考えられる．
Figure 4-2 フ タ ル 酸 エ ス テ ル 類 の 注 入 モ ル 濃 度 に 対 す る UV 検 出 強 度 ． 移
動 相 流 量 0.2 mL/min， 注 入 量 1 μL． 移 動 相 ： ア セ ト ニ ト リ ル ．
(×) DMP, (△ ) DEP, (■ ) DPrP, (＊ ) DiBP, (○ ) DnBP, (▲) DPeP,
(＋ ) DnHP, (◇ ) DEHP, (● ) DnOP.
Figure 4-3 に ， 各 フ タ ル 酸 エ ス テ ル の コ ロ ナ CAD ク ロ マ ト グ ラ ム に お け る ，
ピ ー ク 面 積 と 試 料 濃 度 と の 関 係 を 示 す ． Figure 4-3a は ア セ ト ニ ト リ ル 単 独 移 動
相 に お け る 結 果 ， Figure 4-3b は 移 動 相 を ア セ ト ニ ト リ ル ／ メ タ ノ ー ル = 40/60
(v/v)混 合 液 に 変 更 し た 場 合 の 結 果 で あ る ． い ず れ の 移 動 相 の 場 合 も ， 同 じ 濃 度
で あ っ て も フ タ ル 酸 エ ス テ ル 類 の 種 類 に よ っ て コ ロ ナ CAD ク ロ マ ト グ ラ ム の
ピ ー ク 面 積 が 大 き く 異 な っ て い る こ と が わ か る ．最 も 揮 発 性 の 高 い DMP は 検 討
し た す べ て の 移 動 相 ，試 料 濃 度 で ピ ー ク が 観 測 さ れ な か っ た ．ま た ，DEP，DPrP，
DiBP，DnBP，DPeP，DnHP は ，一 部 の 移 動 相 あ る い は 濃 度 条 件 に お い て ピ ー ク
が 検 出 さ れ な い 場 合 が あ っ た ．Table 4-1 よ り ，フ タ ル 酸 エ ス テ ル 類 の 密 度 は 0.96
– 1.2 g/cm 3 と 限 ら れ た 範 囲 に あ る こ と か ら ， 密 度 の 影 響 で ピ ー ク 面 積 が 変 化 し
63
たとは考えにくい．表からわかるように，一般に側鎖アルキル基の分子量が大
き く ， 分 岐 の な い フ タ ル 酸 エ ス テ ル ほ ど 蒸 気 圧 が 低 い が ， Figure 4-3 の 結 果 は ，
蒸気圧の低いフタル酸エステルほどピーク面積が大きくなっていることを示し
ている．半揮発性物質において，分子量が大きく，揮発性が低いほど，コロナ
CAD ク ロ マ ト グ ラ ム の ピ ー ク 面 積 が 大 き く な る 傾 向 は ，ト リ ア シ ル グ リ セ ロ ー
ル に つ い て 既 に 報 告 さ れ て い る [9]．
200
a)
150
100
50
0
0
100
150
50
100
質量濃度 (µg/mL)
150
50
200
b)
150
100
50
0
0
Figure 4-3 フ タ ル 酸 エ ス テ ル 類 の 注 入 濃 度 に 対 す る コ ロ ナ CAD検 出 強
度 ． 移 動 相 流 量 0.2 mL/min， 注 入 量 1μL．
a) 移 動 相 ： ア セ ト ニ ト リ ル ，
b) 移 動 相 ： ア セ ト ニ ト リ ル ／ メ タ ノ ー ル = 40/60 (v/v)，
(×) DMP, (△ ) DEP, (■ ) DPrP, (＊ ) DiBP, (○ ) DnBP, (▲) DPeP,
(＋ ) DnHP, (◇ ) DEHP, (● ) DnOP.
64
コ ロ ナ CAD を 用 い て 半 揮 発 性 物 質 を 測 定 し た 際 ，ク ロ マ ト グ ラ ム の ピ ー ク 面
積が蒸気圧や分子量に依存して変化する原因として以下のことが考えられる．
コ ロ ナ CAD で は ， ネ ブ ラ イ ザ ー で 生 成 し た 微 小 液 滴 を 微 粒 子 に 変 換 す る た め
に，乾燥管を通過する過程で移動相を蒸発させている．乾燥管内においては，
移 動 相 だ け で な く フ タ ル 酸 エ ス テ ル の 一 部 も 気 化 す る 可 能 性 が あ る ．DMP に 代
表される蒸気圧の高いフタル酸エステルでは，乾燥管を通過中に全ての試料が
蒸発して微粒子が形成されないか，微小液滴に含まれた試料の一部が蒸発し，
溶出した試料の一部しか微粒子形成に寄与しなかったと考えられる．
Figure 4-3a と Figure 4-3b を 比 較 す る と ， 同 一 濃 度 の 試 料 を 測 定 し て も ， 移 動
相 が 異 な る こ と で ピ ー ク 面 積 が 大 き く 異 な っ て い る こ と が わ か る ．そ こ で 次 に ，
移 動 相 の 組 成 に よ っ て コ ロ ナ CAD ク ロ マ ト グ ラ ム の ピ ー ク 面 積 が ど の よ う に
変化するかについてさらに調査を行った．
４．３．２
移動 相 組 成 が コ ロ ナ CAD検 出 強 度 に 与 え る 影 響
さ ま ざ ま な 混 合 比 の ア セ ト ニ ト リ ル ／ メ タ ノ ー ル 系 移 動 相 の HPLC 測 定 に お
け る ，74 µg/mL DEHP の コ ロ ナ CAD 検 出 ク ロ マ ト グ ラ ム の ピ ー ク 面 積 を Figure
4-4 に 示 す ．各 測 定 は す べ て ア イ ソ ク ラ テ ィ ッ ク 条 件 で 行 っ た ．ま た ，測 定 中 に
観 測 さ れ た 系 の 圧 力 も Figure 4-4 中 に 示 し た ． ピ ー ク 面 積 は 移 動 相 組 成 の 変 化
と 共 に 大 き く 変 動 し て ， メ タ ノ ー ル の 組 成 が 0.35 付 近 で 極 大 を 示 し た ．
65
80
100
80
70
60
60
40
50
20
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
40
移動相中のメタノール組成比 (v/v)
Figure 4-4 移 動 相 に ア セ ト ニ ト リ ル ／ メ タ ノ ー ル を 用 い た HPLCに お け
る DEHP (74 µg/mL)の 移 動 相 組 成 と コ ロ ナ CAD検 出 強 度 ( ● )の 関 係 ． 移
動 相 流 量 0.2 mL/min， 注 入 量 1μL． 灰 線 は 測 定 時 に 観 測 さ れ た 背 圧 ．
測定は全てアイソクラティック条件で行った．
移動相組成とピーク面積の関係が単調増加または単調減少を示さなかった一
因 と し て ，コ ロ ナ CAD の 感 度 が 微 粒 子 の 大 き さ に よ っ て 変 化 す る 事 が 考 え ら れ
る ．コ ロ ナ CAD に お い て ネ ブ ラ イ ザ ー で 形 成 さ れ る 微 小 液 滴 の 平 均 粒 径 d d (µm)
は ， Nukiyama ら に よ っ て
585𝜎𝜎1⁄2
10𝜇𝜇
𝑑𝑑d = �𝑉𝑉 −𝑉𝑉 �𝜌𝜌1⁄2 + 597 × �(𝜎𝜎∙𝜌𝜌)1⁄2 �
g
l
0.45
�
1000𝑄𝑄l
𝑄𝑄g
1.5
�
(4-1)
と し て 経 験 的 に 表 さ れ る こ と が 示 さ れ て い る [ 24]． こ の 微 小 液 滴 か ら 溶 媒 を 除
去 し て で き る 微 粒 子 の 直 径 を d p (nm)と す る ． d p >10 nm に お い て 微 粒 子 の 数 濃
度 に 対 す る コ ロ ナ CAD の 検 出 感 度 S (fA m 3 / particles)は
𝑆𝑆 = 1.61 × 10−10 𝑑𝑑p1.11
(4-2)
66
と し て 表 さ れ る [ 25]． 微 粒 子 の 数 濃 度 に 対 す る 検 出 感 度 S を 試 料 濃 度 あ た り の
検 出 感 度 S m (fA m 3 /g) に 変 換 す る と
𝑆𝑆m = 3.01 × 1011
−1.89
𝑑𝑑p
(4-3)
𝜌𝜌p
と し て 表 さ れ [1]， d p と d d の 間 に は
𝑐𝑐𝑣𝑣
1�
3
𝑑𝑑p = 1000 ∙ 𝑑𝑑d �𝜌𝜌 �
p
(4-4)
の 関 係 が 存 在 す る こ と に な る ．こ こ で σ (mN/m)は 溶 液 の 表 面 張 力 ，V g (m/s)と V l
(m/s)は ネ ブ ラ イ ザ ー に お け る ガ ス と 溶 液 の 流 速 ， ρ と ρ p は そ れ ぞ れ 溶 液 お よ び
溶 質 密 度 (g/cm 3 )，μ (Pa ·s )は 溶 液 粘 度 ，Q l (mL/min)と Q g (mL/min)は ネ ブ ラ イ ザ ー
に お け る 溶 液 と ガ ス の 流 量 体 積 ， cv は ピ ー ク 立 ち 上 が り か ら の 溶 出 体 積 v に お
け る 溶 質 濃 度 (g/cm 3 )で あ る ． (4-1) – (4-4) 式 よ り S m は c v の 関 数 で あ る 事 が 分
かり，実際のピーク面積は，ピークの立ち上がりから終了までを積分して計算
することとなる．
Figure 4-5 に ，Figure 4-4 の 実 験 条 件 で S m を 計 算 し た 結 果 を 示 す ．実 際 の 装 置
で 用 い ら れ て い る Vg， Vl， Qg は 非 公 開 の た め ， ネ ブ ラ イ ザ ー 開 発 初 期 に お い て
報 告 さ れ た 値 か ら ， ( V g － V l )を 320 m/s [24]， Q g は コ ロ ナ CAD へ の N 2 ガ ス の 流
入 体 積 5 L/min を 元 に ，装 置 内 で N 2 ガ ス が 2 経 路 に 分 か れ て い る こ と お よ び 装
置 内 部 で の 損 失 を 考 慮 し て 500 mL/min と 仮 定 し た ．計 算 に お い て ，溶 質 濃 度 が
希薄であることから，表面張力および溶液密度は溶媒組成比に対して一次の相
関 を 仮 定 し て 算 出 し た ． 溶 媒 粘 度 は 観 測 さ れ た 圧 力 (Figure 4-4)を 元 に 純 溶 媒 の
粘 度 か ら 算 出 し た [ 26]．DEHP の 密 度 は 0.98 g/mL と し た [23]．(4-4)式 中 の c v は
今回の実験では溶出時間と共に変動し，各溶出体積における濃度を正確に決定
す る こ と が 困 難 で あ る ． た だ し Figure 4-1b の 結 果 か ら 同 一 試 料 ，同 一 濃 度 で あ
れ ば cv は 移 動 相 に 依 存 し な い こ と か ら 固 定 係 数 と し て 扱 え る と 考 え た ． よ っ て
Figure 4-5 に お け る S m は 相 対 量 と し ， そ の 値 は 記 載 し て い な い ． Figure 4-5 か
ら ， S m は 移 動 相 の 組 成 が ア セ ト ニ ト リ ル ／ メ タ ノ ー ル = 35/65 (v/v)付 近 で ピ ー
ク を 示 し て お り ， Figure 4-4 に 示 し た コ ロ ナ CAD ク ロ マ ト グ ラ ム の ピ ー ク 面 積
と相関を示している事がわかる．
67
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
移動相中のメタノール組成比 (v/v)
Figure 4-5 (4-1)式 か ら (4-4)式 を 用 い て 求 め た ア セ ト ニ ト リ ル ／ メ タ ノ
ー ル の 移 動 相 組 成 比 に 対 す る DEHP (74 µg/mL)の コ ロ ナ CADの 検 出 感 度
(S m )．
移動相に用いた 2 液の組み合わせを変えて，ピーク面積の移動相組成比依存
性 を 観 測 す る た め に ， 分 離 カ ラ ム を 抵 抗 管 に お き か え 74 µg/mL DEHP の 試 料 を
測 定 し た (Figure 4-6)．Figure 4-6 に お い て は ，各 移 動 相 組 成 に 対 す る コ ロ ナ CAD
実 測 強 度 と 計 算 か ら 求 め た S m を 示 し た ．用 い た 移 動 相 の 組 み 合 わ せ は そ れ ぞ れ ，
(a)ア セ ト ニ ト リ ル ／ THF，(b)メ タ ノ ー ル ／ THF， (c)ア セ ト ニ ト リ ル ／ ア セ ト ン ，
(d)ア セ ト ニ ト リ ル ／ 2-プ ロ パ ノ ー ル で あ る ．Figure 4-6 よ り ，実 測 さ れ た ピ ー ク
面 積 と 計 算 よ り 求 め た 検 出 感 度 S m は ，い ず れ の 組 み 合 わ せ に つ い て も 移 動 相 組
成 に 対 し て ほ ぼ 同 じ 挙 動 を 示 し て い る こ と が わ か る ． DEHP 以 外 の ピ ー ク が 検
出 さ れ た フ タ ル 酸 エ ス テ ル 類 の 測 定 に お い て も ， ピ ー ク 面 積 と 検 出 感 度 (S m )は
移動相組成に対して同様の傾向を示した．グラジエント測定などで移動相が変
化 し て い く と コ ロ ナ CAD の 検 出 強 度 が 変 化 す る 現 象 は ， 移 動 相 組 成 に 対 す る
Sm の こ う し た 変 動 に よ り 説 明 で き る ．
68
a)
Sm
b)
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
移 動 相 中 の THF 組 成 比 (v/v)
100
0
20
40
60
80
移 動 相 中 の THF 組 成 比 (v/v)
100
0
80
20
40
60
移 動 相 中 の ア セ ト ン 組 成 比 (v/v)
100
100
80
60
Sm
40
20
0
c)
120
100
80
Sm
60
40
20
0
d)
100
80
60
Sm
40
20
0
0
40
60
80
100
20
移 動 相 中 の 2-プ ロ パ ノ ー ル 組 成 比 (v/v)
Figure 4-6 移 動 相 組 成 に 対 す る DEHP (74 µg/mL)の コ ロ ナ CADの 実 測 強 度
(● )お よ び (4-1)式 か ら (4-4)式 を 用 い て 求 め た コ ロ ナ CAD検 出 感 度 (S m ;灰
線 ) ． 移 動 相 は ， (a) ア セ ト ニ ト リ ル ／ THF, (b) メ タ ノ ー ル ／ THF, (c) ア セ
ト ニ ト リ ル ／ ア セ ト ン , (d) ア セ ト ニ ト リ ル ／ 2-プ ロ パ ノ ー ル ．
69
Figure 4-4 に 示 し た よ う に ， フ タ ル 酸 エ ス テ ル 類 を コ ロ ナ CAD で 測 定 し た ク
ロマトグラムのピーク面積は，移動相組成により大きく変動することが判明し
た ．Figure 4-4 で 示 し た ア セ ト ニ ト リ ル ／ メ タ ノ ー ル 系 に お け る DEHP の ピ ー ク
面積は，両溶媒を混合した方が単独溶媒の時よりも大きくなり，アセトニトリ
ル ／ メ タ ノ ー ル = 35/65 (v/v)付 近 で 極 大 を 示 し た ． 同 様 に Figure 4-6 か ら ア セ
ト ニ ト リ ル ／ THF 系 で は ア セ ト ニ ト リ ル ／ THF = 80/20 (v/v)，メ タ ノ ー ル ／ THF
系 で は メ タ ノ ー ル ／ THF = 70/30 (v/v)で ピ ー ク 面 積 は 極 大 を 示 し た ．ピ ー ク が 観
測される濃度範囲のいずれのフタル酸エステル類についても，これらの移動相
の組み合わせであればピーク面積が最大となる移動相組成はほぼ同じであった．
一 方 ， ア セ ト ニ ト リ ル ／ ア セ ト ン 系 ， ア セ ト ニ ト リ ル ／ 2-プ ロ パ ノ ー ル 系 で は
ピ ー ク 面 積 は 単 調 増 加 も し く は 単 調 減 少 を 示 し た ．Figure 4-4 よ り ，ア セ ト ニ ト
リル／メタノール系におけるピーク面積は，移動相がアセトニトリル／メタノ
ー ル = 35/65 (v/v)の 場 合 ， ア セ ト ニ ト リ ル 単 独 移 動 相 の 約 2 倍 ， メ タ ノ ー ル 単
独 移 動 相 の 10 倍 程 度 に 大 き く な っ た ． 移 動 相 組 成 に 対 す る コ ロ ナ CAD 強 度 の
こうした挙動は，ビスフェノール A においても同様に観測された．ピーク面積
が 移 動 相 組 成 に よ っ て 大 き く 変 動 す る 減 少 は ，DMP を 除 く 蒸 気 圧 の 異 な る フ タ
ル酸エステル類全てで観測されたこと，フタル酸エステル類以外の物質でも観
測 さ れ た こ と か ら ， コ ロ ナ CAD に お け る 一 般 的 な 現 象 と 考 え ら れ る ． コ ロ ナ
CAD 測 定 で は ，逆 グ ラ ジ エ ン ト 法 に よ り 未 知 物 質 の 濃 度 を 決 定 す る 方 法 が 提 案
さ れ て い る が ，コ ロ ナ CAD に 導 入 す る 移 動 相 組 成 を 一 定 に す る た め に 用 い て い
るポンプの移動相グラジエントを，カラム導入用のポンプのグラジエントと逆
になるようにプログラミングするのではなく，最も高感度となる移動相組成に
な る よ う に プ ロ グ ラ ミ ン グ し て コ ロ ナ CAD に 導 入 す れ ば ，よ り 高 感 度 な 検 出 が
できる可能性がある．
４．４
結言
半 揮 発 性 物 質 を 用 い て RoHS 指 令 の 規 制 対 象 物 質 候 補 を 含 む フ タ ル 酸 エ ス テ
ル 類 の HPLC–コ ロ ナ CAD 測 定 を 行 っ た ． 実 験 よ り ， DMP 以 外 の フ タ ル 酸 エ ス
テ ル 類 は ，移 動 相 組 成 次 第 で ，コ ロ ナ CAD で 検 出 で き る こ と を 確 認 し た ．特 に
規 制 対 象 物 質 候 補 で あ る DEHP は 全 て の 移 動 相 ， 濃 度 範 囲 で 検 出 で き た ．
半 揮 発 性 の フ タ ル 酸 エ ス テ ル 類 を 用 い た コ ロ ナ CAD 測 定 で は ，不 揮 発 性 物 質
70
とは異なり，質量濃度が同じでもフタル酸エステル種の違いによりクロマトグ
ラムのピーク面積は大きく異なることが判明した．フタル酸エステルのコロナ
CAD ク ロ マ ト グ ラ ム 上 の ピ ー ク 面 積 は ，そ の フ タ ル 酸 エ ス テ ル の 蒸 気 圧 が 低 い
成分ほど大きくなった．また，混合溶媒の組み合わせによって，移動相組成が
変化するとフタル酸エステルのピーク面積が大きく変化する現象が見られた．
アセトニトリル／メタノールの混合液を移動相として使用した場合，ピーク面
積 は ア セ ト ニ ト リ ル の 体 積 比 が 35 %の 組 成 で 最 も 大 き く な っ た ．種 々 の フ タ ル
酸 エ ス テ ル に つ い て 観 測 さ れ る コ ロ ナ CAD ク ロ マ ト グ ラ ム の ピ ー ク 面 積 と 移
動 相 組 成 の 関 係 は ，移 動 相 組 成 に 対 す る 検 出 感 度 S m の 推 算 値 と の 関 係 と 同 じ 傾
向 を 示 し た ． S m は コ ロ ナ CAD 中 で 生 成 さ れ る 微 粒 子 の 大 き さ か ら 算 出 さ れ る
た め ，移 動 相 組 成 が 変 わ る と 微 粒 子 の 大 き さ が 変 化 し て コ ロ ナ CAD 検 出 強 度 も
変わり，その結果ピーク面積も変動すると考えられる．
71
第４章
参 考 文献
1
R. W. Dixon, D. S. Peterson, Anal. Chem., 2002, 74, 2930.
2
S. Almeling, D. Ilko, U. Holzgrabe, J. Pharm. Biomed. Anal., 2012, 69, 50.
3
福 島 景 子 , 橋 口 九 州 男 , 鈴 木 隆 弘 , 大 河 原 正 光 , 関 口 陽 子 , Chromatograohy,
2011, 32,161.
4
J. M. Charlesworth, Anal. Chem., 1978, 50, 1414.
5
R. Macrae, J. Dick, J. Chromatogr., 1981, 210, 138.
6
A. Stolyhwo, H. Colin, G.Guiochon, J. Chromatogr., 1983, 265, 1.
7
T. H. Mourey, L. E. Oppenheimer, Anal. Chem., 1984, 56, 2427.
8
L. B. Allen, J. A. Koropchak, Anal. Chem., 1993, 65, 841.
9
M. Lísa, F. Lynen, M. Holčapek, P. Sandra, J. Chromatogr. A, 2007, 1176, 135.
10
J. P. Hutchinson, J. Li, W. Farrell, E. Groeber, R. Szucs, G. Dicinoski, P. R.
Haddad, J. Chromatogr. A, 2011, 1218, 1646.
11
R. A. Moreau, Lipids, 2006, 41, 727.
12
Directive 2002/95/EC of the European Parliament and of the Council, Off. J. Eur.
Comm., 2003, L37, 19.
13
Commission Decision 2005/618/EC., Off. J. Eur. Comm., 2005, L214, 65.
14
Commission Decision 2005/717/EC., Off. J. Eur. Comm., 2005, L271, 48.
15
Directive 2011/65/EU of the European Parliament and of the Council, Off. J. Eur.
Comm., 2011, L174, 88.
16
K. Kato, M. J. Silva, L. L. Needham, A. M. Calafat, Anal. Chem., 2005, 77, 2985.
17
A. G. Frenich, M. N. N. B. Bonilla, J. C. L. Martínez, J. L. M. Vidal, R. RomeroGonzález, J. Sep. Sci., 2009, 32, 1383.
18
J. P. Hutchinson, J. Li, W. Farrell, E. Groeber, R. Szucs, G. Dicinoski, P. R.
Haddad, J. Chromatogr. A, 2010, 1217, 7418.
19
M. Ligor, S. Studzińska, A. Horna, B. Buszewski, Crit. Rev. Anal. Chem., 2013,
43, 64.
20
P. Sun, X. Wang, L. Alquier, C. A. Maryanoff, J. Chromatogr. A, 2008, 1177, 87.
21
T. Górecki, F. Lynen, R. Szucs, P. Sandra, Anal. Chem., 2006, 78, 3186.
22
J. A. Riddick, W. B. Bunger, T. K. Sakano, “Organic Solvents 4 t h ed.”, 1986, (J.
Wiley & Sons, New York).
23
Database of Reaxys, Compillation prepared by Reed Elsevier Properties
(https://www.reaxys.com/).
24
M. Righezza, G. Guiochon, J. Liq. Chromatogr., 1988, 11,1967.
25
B. Y. H. Liu, D. Y. H. Pui, J. Aerosol Sci., 1975, 6, 249.
72
26
中 村 洋 監 修 ，“ 液 ク ロ 文 の 巻 ”， 日 本 分 析 化 学 会 液 体 ク ロ マ ト グ ラ フ ィ ー 研
究 懇 談 会 編 , p.103, 2006, (筑 波 出 版 会 ).
73
74
第５章
総括と今後の展望
75
第５章 総括と今後の展望
５．１
総括
プラスチック添加剤は，プラスチックの耐久性向上，物性改変などに幅広く用いられて
いる．こうしたプラスチック添加剤の中には環境に対する影響が懸念される物質も存在
するため，様々な規制を受けている．本論文では，欧州で 2006 年より施行された「電子
電気機器に含まれる特定有害物質の使用制限に関する欧州議会及び理事会指令」(RoHS
指令)の規制物質および規制候補物質である，臭素系難燃剤とフタル酸エステル類に着目
し，クロマトグラフィーを用いたそれらの分析結果に対する信頼性を確保するために行
った一連の研究成果をまとめたものである．一般に，添加剤の定量分析の信頼性を確保す
るための方法には，「参照標準又は標準物質を用いた校正」や「他の方法で得られた結果
との比較」等がある．第２章では前者の方法に関連して，
「認証標準物質 NMIJ CRM 8110a (臭素系難燃剤含有ポリスチレン(高濃度))」を用いてガスクロマトグラフィー–質量分析
(GC-MS)測定を行い，ポリスチレン中に含まれる臭素系難燃剤の定量分析において，不正
確かつ不精密な値を与える原因の解明を行った．一方，第３章および第４章では後者に関
して，GC-MS にかわり臭素系難燃剤など RoHS 指令の規制(候補)物質を定量する手法と
して，荷電化粒子検出器(コロナ CAD)を備えた高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を取
り上げた．まず，RoHS 指令の規制対象難燃剤及びその類縁化合物を試料として，コロナ
CAD の検出原理に関する実験的検証を行った．さらに，RoHS 指令の規制候補物質であ
るフタル酸エステルの HPLC 定量分析における，コロナ CAD の検出挙動についてより詳
細に検討した．以下に各章で得られた結果について述べる．
第１章ではプラスチック添加剤の概要を述べた．最初にプラスチック添加剤の役割
について説明すると共に，世界における規制状況を示した．さらに，プラスチック添加剤
の定量分析を高い信頼性で行うために必要な手法について述べた．
第２章では，プラスチック添加剤に対する規制の一つである RoHS 指令で規制対象物
質に指定されている臭素系難燃剤を GC-MS で分析する際，不確かな定量結果を示す原因
の解明を行った．認証標準物質 NMIJ CRM 8110-a (臭素系難燃剤含有ポリスチレン(高濃
度))を試料として，IEC (International Electrotechnical Commission)の測定規格 IEC 62321 を
一部修正して臭素系難燃剤デカブロモジフェニルエーテル(DBDE)を分析した．ここでは
まず，試料に内標の 4,4’-ジブロモオクタフルオロビフェニル(DBOFB)を添加して，溶解
－再沈法によって DBDE を単離した，さらにシリンジスパイクとしてピレンを添加して
GC-MS 分析を行った．検量線から算出した GC-MS による定量分析結果が認証値と異な
76
っていたことから，試料溶液中の不純物の影響を疑い，それらの同定，定量を行った．さ
らに DBDE に，同定，定量した各不純物を添加したテスト溶液を調製し，DBDE の定量
を行った．テスト溶液の GC-MS 分析において，対象物質(DBDE，DBOFB，ピレン)と不
純物であるパラフィンが同時にカラムから溶出した場合，対象物質のイオン強度が大き
く変動することが判明した．そのため，検量線を用いた GC-MS によるポリスチレン中の
DBDE の定量分析ではパラフィンの除去が重要であることを明らかにした．
第３章では，臭素系難燃剤分析法として荷電化粒子検出器(コロナ CAD)を検出器に用
いた HPLC 分析に着目し，臭素系難燃剤等の測定を行った．コロナ CAD は測定物質が異
なってもその検出感度(応答性)がほぼ同じである(ユニバーサルレスポンス)とされてきた
が，その原理については未解明であった．まず，コロナ CAD の検出強度は装置中で生成
される試料成分微粒子の表面積に比例するという仮説を立て，さらに臭素系難燃剤とそ
の類縁化合物について試料濃度と密度を変化させて実際に測定し，検出強度を調べた．そ
の結果，コロナ CAD の検出強度は，試料濃度の(2/3)乗に比例し，試料密度の(-2/3)乗に比
例するという結果が得られた．この結果から，コロナ CAD の検出強度は試料微粒子の表
面積に比例しているという仮説が成り立つことが示された．また，これまでコロナ CAD
はユニバーサルレスポンスであると言われてきた原因は，測定した試料の密度があまり
変わらなかったことによるものであることが判明した．
第４章では RoHS 指令の規制候補物質であり，半揮発性物質であるフタル酸エステル
についての HPLC–コロナ CAD 分析を行った．半揮発性物質をコロナ CAD で検出した際
の応答挙動を調べ，フタル酸エステルの蒸気圧が低いほどコロナ CAD の検出強度が大き
くなることを見いだした．またフタル酸エステルに対して，移動相組成を変化させてコロ
ナ CAD 測定を行うと，その検出強度が特異的に大きく変動することがわかった．移動相
組成に対する検出感度を理論的に推定したところ，実験で得られた検出強度とほぼ同じ
傾向で変動することを明らかにした．このような結果から，移動相組成により検出強度が
変動するのは，コロナ CAD 内で生成される微粒子の大きさが変化することが原因である
と考えられた．
本研究では，RoHS 指令の規制(候補)物質となっているプラスチック添加剤の定量分析
を行うにあたって，GC-MS による定量分析を阻害する原因の特定，および HPLC–コロナ
CAD 分析における検出原理の解明を行い，それを用いた応用への指針を示した．本研究
は，信頼性の高いプラスチック添加剤の定量分析を行うための基盤研究として活用され
ることが期待される．
77
５．２
今後の展望
本研究では，RoHS 指令の規制対象物質および規制候補物質を中心にプラスチック添加
剤の定量分析のための基盤研究を行った．ここでは，本研究において残されたいくつかの
課題を示し，それらの解決に向けた今後の展望について述べる．
５．２．１
不確定な定量測定結果を与える他の不純物の解明
第２章で述べたポリスチレン中に含まれる DBDE の GC-MS 分析において，不純物と
して含まれるパラフィンが定量測定を阻害する物質であることを明らかにした．しかし，
添加剤の使用規制はポリスチレン製品だけでなく，他の様々なプラスチックにも及んで
いる．プラスチックによっては，その添加剤分析において，パラフィン以外の阻害物質も
存在することが考えられる．従って，プラスチック中の添加剤の分析においては，より簡
単に不純物を同定して，取り除く手法を開発することが期待される．さらに，添加剤の定
量分析に影響を与える物質に関するデータベースを整備していくことも望まれる．プラ
スチック中に含まれる物質に関しては，基材の種類が判明すればある程度までなら予測
できる．データベースが整備されていれば，あらかじめ前処理の段階で測定に影響を与え
る物質を除去する適切な手法を用いることもでき，信頼性の高い分析を行うことができ
るようになると期待できる．
５．２．２
コロナ CAD 検出感度
第３章における臭素系難燃剤実験から，コロナ CAD の装置内で生成される微粒子の数
濃度に対する検出感度 S は，微粒子の表面積 Ap の関数であり，微粒子の直径 dp の 2 乗に
比例することを解明し，(3-1)式が成立していることを証明した．
𝑆𝑆 ∝ 𝐴𝐴p = 𝜋𝜋𝑑𝑑p2
(3-1)
しかし第４章のフタル酸エステルの測定では，コロナ CAD の検出感度を Liu と Pui の
実験から得られた(4-2)式[1][2]
𝑆𝑆 = 1.61 × 10−10 𝑑𝑑p1.11
(4-2)
78
を用いて，S は dp の 1.11 乗に比例するとした．この検出感度に対する微粒子直径の指数
の違いの原因を解明することが必要である．
指数が異なる理由として，まず不揮発性物質と半揮発性物質の違いが考えられる．他に
表面電荷の違いに起因する可能性なども挙げられる．(4-2)式を導出した Liu と Pui の実験
は塩化ナトリウム，フタル酸ジ(2-エチルヘキシル) (DEHP)，硫酸を試料に用いて行われ
ていたため，臭素系難燃剤との物性の違いが影響した可能性がある．あるいは(4-2)式を得
た際に用いた実験装置が，コロナ CAD と異なっていたことに起因して，コロナ CAD 内
で生じている現象と Liu と Pui の実験で観測された現象が一致しなかった可能性も考え
られる．コロナ CAD においては，(4-2)式ではなく(3-1)式の関係が成立していると仮定し
て，試料濃度あたりの検出感度 Sm を求めると，(5-1)式が導出される．このとき，Sm は測
定試料の密度 ρ と dp に反比例することとなる．
𝑆𝑆m ∝ 𝜌𝜌𝑝𝑝−1 ∙ 𝑑𝑑p−1
(5-1)
Figure 4-4 の結果に，(5-1)式より計算した検出感度 Sm を合わせたものを Figure 5-1 に示
す．同様に Figure 4-6 の検出感度 Sm を(5-1)式から計算した値に変更した図を，Figure 5-2
に示す．この時，(4-1)式より微小液滴の直径 dd の算出に用いた値は，４章と同じとした．
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
移動相中のメタノール組成比 (v/v)
Figure 5-1 移動相にアセトニトリルとメタノールを用いた系における DEHP の検
出強度(●)と(5-1)式から算出したコロナ CAD の検出感度 Sm(灰線)の関係．
79
a)
移動相中の THF 組成比 (v/v)
b)
c)
移動相中の THF 組成比 (v/v)
移動相中のアセトン組成比 (v/v)
d)
移動相中の 2-プロパノール組成比 (v/v)
Figure 5-2 移動相組成に対するDEHP (74 µg/mL)のコロナCAD強度(●)と(5-1)式か
ら求めた検出感度Sm (灰線)の関係．(a) アセトニトリル／テトラヒドロフラン， (b)
アセトン／テトラヒドロフラン， (c) アセトニトリル／アセトン， (d) アセトニト
リル／2-プロパノール
80
Figure 5-1 および 5-2 より，(5-1)式で計算した検出感度 Sm の相対値も，実験で得られ
たコロナ CAD 感度と同じ傾向を示すことが明らかになった．このため，フタル酸エステ
ル類のコロナ CAD 検出強度が(3-1)式に従っているのか，それとも(4-2)式に従っているの
かは，現時点では判断できていないため，さらなる検討が必要と考えられる．
コロナ CAD の検出感度に関しては，他にも表面電荷密度が異なる物質での挙動，ある
いは共存する界面活性剤などにより微小液滴の表面張力が変化して液滴の大きさが変動
した場合の挙動など，検討すべき課題は数多く残されており，さらなる研究が望まれる．
81
第５章
1
2
参考文献
B. Y. H. Liu, D. Y. H. Pui, J. Aerosol Sci., 1975, 6, 249.
R. W. Dixon, D. S. Peterson, Anal. Chem., 2002, 74, 2930.
82
謝辞
83
謝辞
本研究に際し，終始丁寧かつ有益なご助言及びご鞭撻を賜りました，名古屋工業大学大
学院物質工学専攻 大谷肇教授に謹んで感謝いたします．
ご多忙の中，学位審査をしていただきました，名古屋工業大学大学院物質工学専攻
北
川慎也准教授，高田主岳准教授，中部大学応用生物学部 石田康行准教授には有益なご助
言とご指導をいただきました．ここに感謝の意を捧げます．
本研究を行うにあたり，様々なご助力，ご助言をいただきました，名古屋工業大学大学
院物質工学専攻 飯國良規先生，卒業生の平野友彦博士をはじめとした大谷・北川研究室
の皆様に感謝いたします．
本研究の多くは所属しております(独)産業技術研究所計測標準研究部門での研究を基
に行いました．様々なご助言，ご尽力，激励をいただきました，前計量標準基盤研究室長
の衣笠晋一博士，現室長の齋藤剛博士に深く感謝いたします．また，実験に関して様々な
ご助力，ご助言をしていただきました，折原由佳利様をはじめとした計量標準基盤研究室
の皆様，ならびに，前高分子標準研究室の皆様，計測標準研究部門の皆様に深謝いたしま
す．
第２章の認証標準物質からサイズ排除クロマトグラフィーを用いてパラフィンを除去
する実験手法は，(株)住化分析センターの真鍋秀一朗様と今西克也様より教えていただき
ました．ここに感謝の意を表します．
第３章の臭素系難燃剤の密度測定でお世話になりました，(独)産業技術総合研究所ナノ
システム研究部門の杉山順一博士に感謝いたします．
私が博士号を取得すると信じてくれていた，母 淳美と，今は亡き父
安重，祖母 鈴
子に感謝を捧げます．
最後に本論文の作成にあたり，叱咤激励とともに，様々な助力を惜しげなくささげてく
れた妻 晶世と友哉，蒼真の二人の子供に心からの感謝の意を表します．ありがとうござ
いました．
84
関連論文
85
関連論文
学位論文に関わる原著論文
第２章
Influence of Impurities on Determination of Decabrominateddiphenyl Ether in Plastic Materials
by Gas Chromatography/Mass Spectrometry
International Journal of Polymer Analysis and Characterization, 2012, 17, 199-207.
S. Matsuyama1, 2, S. Kinugasa2, H.Ohtani1
1) Nagoya Institute of Technology
2) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
第３章
Effects of Densities of Brominated Flame Retardants on the Detection Response for HPLC
Analysis with a Corona-charged Aerosol Detector
Analytical Sciences, 2015, 31, 61-65.
S. Matsuyama1, 2, Y. Orihara2, S. Kinugasa2, H.Ohtani1
1) Nagoya Institute of Technology
2) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
第４章
荷電化粒子検出器を用いるフタル酸エステル類の HPLC 分析
分析化学，2014，63，817-823.
松山
重倫 1,2，衣笠
晋一 2，大谷 肇 1
1) 名古屋工業大学
2) (独) 産業技術総合研究所
86
その他の関連論文
1. Adhesion of Thin, Dry Block Copolymer Layers Adsorbed on Mica
Macromolecules, 1995, 28, 6454-6461.
H. Watanabe1, S. Matsuyama2, Y. Mizutani2, T. Kotoka2
1) Institute for Chemical Research, Kyoto University
2) Faculty of Science, Osaka University
2. Fractionation of Poly(ethylene glycol) by High Osmotic Pressure Chromatography
Polymer Journal, 2000, 32, 249 – 254.
S.Matsuyama1, H. Nakahara1, K. Takeuchi1, R. Nagahata1, S. Kinugasa1, I. Teraoka2
1) National Institute of Materials and Chemical Research
2) Polytechnic University
3. Evaluation of Mass Discrimination Effects in the Quantitative Analysis of Polydisperse
Polymers by Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-fight Mass Spectrometry
Using Uniform Oligostyrenes
Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2001, 15, 277-282.
K. Shimada1, M. A. Lusenkova1, K. Sato1, T. Saito1, S. Matsuyama1, H. Nakahara1, S.
Kinugasa1,
1) National Institute of Materials and Chemical Research
4. 多角度光散乱検出器付きサイズ排除クロマトグラフィーの測定精度評価
高分子論文集，2003，60，318-320.
板倉 正尚 1，島田 かより 1，松山 重倫 1，衣笠 晋一 1
1) (独) 産業技術総合研究所
5. How Does an Oxygen Atom in the Side Chain Affect the Photophysical Properties of AlkoxySubustituted Organopolysilane Homopolymers and Copolymers?
Polymer, 2003, 44, 3269-3277.
H. Kato1, T. Karatsu1, A. Kaito2, S. Matsuyama2, A. Kitamura1
1) Chiba University
2) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
6. Evaluation of the Quantitativeness of Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization Time-offlight Mass Spectrometry Using Equimolar Mixture of Uniform Polyethylene Glycol
Oligomers
Journal of Mass Spectrometry, 2003, 38, 948-954.
87
K.Shimada1, R. Nagahata1, S. Kawabata2, S. Matsuyama1, T. Saito1, S. Kinugasa1
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
2) Shimadzu Corporation
7. 高速液体クロマトグラフィーによるポリカーボネート中に含まれるビスフェノール
A の含有率決定と不確かさ評価
分析化学，2004，53，31-34.
松山 重倫 1，公文
淳一 2，高萩 寿 2，齋藤 剛 1，島田 かより 1，板倉 正尚 1，衣笠
晋一 1
1) (独) 産業技術総合研究所
2) 工学院大学
8. Molecular Weight Dependency of Refractive Index Increment of Polystyrene Determined by
Uniform Oligomers
Journal of Applied Polymer Science, 2004, 94, 1101-1106.
M. Itakura1, K. Sato2, M. A. Lusenkova1, S. Matsuyama1, K. Shimada1, T. Saito1, S. Kinugasa1
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
2) Japan Chemical Innovation Institute
9. Reliability of Molecular Weight Determination Methods for Oligomers Investigated Using
Certified Polystyrene Reference Materials
Polymer, 2004, 45, 8355-8365.
T. Saito1, M. A. Lusenkova1, S. Matsuyama1, K. Shimada1, M. Itakura1, K. Kishine1, K. Sato2,
S. Kinugasa1
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
2) Japan Chemical Innovation Institute
10. Precise Measurement of the Self-diffusion Coefficient for Poly(ethylene glycol) in Aqueous
Solution Using Uniform Oligomers
Journal of Chemical Physics, 2005, 122, 244914-1-244914-7.
K. Shimada1, H. Kato1, T. Saito1, S. Matsuyama1, S. Kinugasa1
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
11. Regio- and Stereoselective Synthesis of Poly(arylenevinylene phosphine oxide)s by MetalCatalyzed Addition Polymerization of Bisphosphoroyl Compounds with Diynes
Journal of Polymer Science Part A-Polymer Chemistry, 2005, 43, 5328-5336.
L. B. Han1, Z. Huang1, S. Matsuyama1, Y. Ono1, C. Q. Zhao1
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
88
12. Conformational Effects on Cationization of Poly(ethylene glycol) by Alkali Metal Ions in
Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-flight Mass Spectrometry
International Journal of Mass Spectrometry, 2005, 247, 85-92.
K. Shimada1, S. Matsuyama1, T. Saito1, S. Kinugasa1, R. Nagahata1, S. Kawabata2
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
2) Shimadzu Corporation
13. A Convenient Method to Determine the Rayleigh Ratio with Uniform Polystyrene Oligomer
Journal of Applied Polymer Science, 2006, 99, 1953-1959.
M. Itakura1, K. Shimada1, S. Matsuyama1, T. Saito1, S. Kinugasa1,
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
14. Interlaboratory Comparison of Average Molecular Mass and Molecular Mass Distribution of a
Polystyrene Reference Material Determined by MALDI-TOF Mass Spectrometry
International Journal of Mass Spectrometry, 2007, 263, 213-221.
R. Nagahata1, K. Shimada1, K. Kishine1, H. Sato1, S. Matsuyama1, H. Togashi1, S. Kinugasa1
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
15. Precise Measurement of the Size of Nanoparticles by Dynamic Light Scattering with
Uncertainty Analysis
Particle & Particle Systems Characterization, 2008, 25, 31-38.
K. Takahashi1, H. Kato1, S. Matsuyama1, T. Saito1, S. Kinugasa1
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
16. Calibration of an Evaporative Light-scattering Detector as a Mass Detector for Supercritical
Fluid Chromatography by Using Uniform Poly(ethylene glycol) Oligomers
Journal of Chromatography A, 2008, 1193, 146-150.
K. Takahashi1, S. Matsuyama1, T. Saito1, H. Kato1, S. Kinugasa1, T. Yarita1, T. Maeda1, H.
Kitazawa2, M. Bounoshita2
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
2) JASCO Corporation
17. Certification and Uncertainty Evaluation of the Certified Reference Materials of Poly(ethylene
glycol) for Molecular Mass Fractions by Using Supercritical Fluid Chromatography
Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2008, 391, 2079-2087.
K. Takahashi1, K. Kishine1, S. Matsuyama1, T. Saito1, H. Kato1, S. Kinugasa1
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
89
18. 試料厚さをパラメ-タに残した単色Ｘ線励起ＦＰ法によるプラスチック試料中の有害
元素の定量分析
Ｘ線分析の進歩，2009，40，203-217.
倉橋 正保 1，城所 敏浩 1，大畑 昌輝 1，松山 重倫 1，衣笠 晋一 1，日置 昭治 1
1) (独) 産業技術総合研究所
19. Evaluation of the State-of-the-art Measurement Capabilities for Selected PBDEs and DecaBB
in Plastic by the International Intercomparison CCQM-P114，
Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2010, 396, 1501-1511.
R. Zeleny1, S. Voorspoels2, M. Ricci1, R. Becker3, C. Jung3, W. Bremser3, M. Sittidech4, N.
Panyawathanakit4, W. F. Wong5, S. M. Choi5, K. C. Lo5, W.Y. Yeung5, D. H. Kim6, J. Han6, J.
Ryu6, S. Mingwu7, W. Chao7, M.M. Schantz8, K. A. Lippa8, S. Matsuyama9
1) Institute for Reference Materials and Measurements (IRMM)
2) Flemish Institute for Technological Research (VITO)
3) BAM Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung
4) Department of Science Service (DSS)
5) Government Laboratory (Hong Kong)
6) Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS)
7) National Institute of Metrology (NIM)
8) National Institute of Standards and Technology (NIST)
9) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
20. 合成高分子の分子量分布に関する認証標準物質開発
分析化学，2011，60，229-237.
高橋 かより 1，松山 重倫 1，齋藤 剛 1，衣笠 晋一 1
1) (独) 産業技術総合研究所
21. 臭素系難燃剤含有プラスチック認証標準物質の開発
分析化学，2011，60，301-305.
松山 重倫 1,2，衣笠 晋一 2，大谷 肇 1
1) 名古屋工業大学
2) (独) 産業技術総合研究所
22. Development of the Certified Reference Material of Poly(ethylene glycol) Nonylphenyl Ether
by Supercritical Fluid Chromatography
International Journal of Polymer Analysis and Characterization, 2012, 17, 208-217.
K. Takahashi1, S. Matsuyama1, H. Kato1, S. Kinugasa1
90
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
23. Optimization of Experimental Parameters for Separation of Nonionic Surfactant by
Supercritical Fluid Chromatography
Journal of Supercritical Fluids, 2013, 82, 256-262.
K. Takahashi1, R. Takahashi2, Y. Horikawa3, S. Matsuyama1, S. Kinugasa1, K. Ehara1
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
2) Gunma University
3) JapancJASCO Corporation
24. Molecularly Uniform Poly(ethylene glycol) Certified Reference Material,
Metrologia, 2015, 52, 8–16.
K. Takahashi1, S. Matsuyama1, S. Kinugasa1, K. Ehara1, H. Sakurai1, Y. Horikawa2, H.
Kitazawa2, M. Bounoshita2
1) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
2) JASCO Corporation
91

電気工学科 科目概要 科 目 名 概 要 物理学 物理学は、自然科学全般の

建築 CAD（スケッチアップ）（3 次元）

1．ユーザ仮登録 登録 URL https://www.nitto

設計初心者を一気にベテラン設計者に導く！

講習内容 - 型技術協会

図面・文書管理システム（まいく郎）

ダウンロードとインストール

お客様を大切に、長いお付き合いをする重要性

の主な特徴