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産総研:ニュース

2014/06/09

産業技術総合研究所と国際度量衡局が研究協力覚書を締結
-革新的トレーサビリティ体系の普及・発展を目指す-

ポイント

  • 国際度量衡局と個別研究協力覚書を締結、研究活動始まる
  • 産業技術総合研究所が開発した核磁気共鳴による定量分析法の普及・発展
  • 計量標準整備の加速を通じて、食品、医薬、環境など幅広い分野で、社会の安全安心確保に貢献

概要

 国際度量衡局【局長 マーティン ・ミルトン】(以下「BIPM」という)と独立行政法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)は、核磁気共鳴を利用した有機化合物の定量分析法(以下「定量NMR法」という)の普及と主たる純度評価手法への発展を目的として、両者の研究協力に関する協定を平成26年6月9日に締結した。

 本協定に基づく研究開発により、産総研が主導的な立場で開発した定量NMR法が国際計量標準分野で普及し有機標準分野での国際比較や計量標準整備の飛躍的な進展が期待される。これにより、食品・医薬・環境など幅広い分野における品質管理精度の大幅な向上が見込まれ、世界規模での社会の安全安心の確保と人々の生活の質の向上に貢献できる。

連携内容概要図

 

協定締結の背景・ねらい

 我々の日常生活の安全・安心は、さまざまな分野での品質管理に支えられている。たとえば、食品、農林水産物、工業製品、医薬品、医療、環境などの分野で多くの化学分析機器が品質管理に活用されているが、正確な分析のためには目盛り付けが重要である。この目盛り付けの計量標準としては標準物質を用いることが多いが、有機化合物の種類は膨大であり(農薬だけでも800種類以上)すべてに対して一つずつ標準物質を整備する(すなわち、精確な目盛り付けを行う)ことは現実には極めて困難である。近年の急増する多様なニーズに計量標準の整備が追いつかない状況が、世界共通の課題となっていた。

 産総研が開発し提案する定量NMR法は有機化合物中に普遍的に存在する水素原子の数に依存する信号強度を精密に分析することによって、多様な有機化合物の物質量が精度よく求められることを実証したものであり、有機分析分野の課題を解決する革新的な技術となりうる。産総研はBIPMと共同で、定量NMR法の適用性の拡張とさらなる高精度化を行い、有機化合物の高精度な計量標準の整備を迅速に行い、効率的な計量トレーサビリティ体系(図1)の確立を目指す。

 メートル条約のもとに設立されたBIPMは、計量標準の国際的同等性の確保とその推進をミッションとする政府間組織である。BIPMのミルトン局長は平成25年7月に産総研を訪問し、産総研の中鉢理事長、三木理事らと会談し、定量NMR法に関する両機関の協力関係について意見交換を行った。その後、両機関は熟議を重ね研究協力覚書の内容を確定し、本日の締結に至ったものである。

有機化合物標準のトレーサビリティ体系の比較図
図1 有機化合物標準のトレーサビリティ体系の比較

 

具体的な研究協力内容

 協定に基づく連携・協力事項として、以下の取り組みを行う。

 BIMPにおける定量NMR法の立ち上げに必要な分析装置を選定する。定量NMR法で使用される内標準物質を選定しその適性評価を行う。定量NMR法の普及と発展のために、世界で共通利用が可能なプロトコルを確立する。有機化合物の純度測定に関する国際比較を実施し、世界各国の計量機関における定量NMR法の測定精度を向上させ、有機化合物の主たる純度評価法として発展させる。

 連携・協力活動の一環として、6月9日からBIPMの研究者2名が産総研に来所し、共同研究活動を開始した。
 

用語の説明

◆BIPM、メートル条約
メートル条約は、世界共通の計量単位制度の確立と普及を目的として、1875年5月20日にパリに於いて17カ国の代表により締結された多国間条約であり、日本はメートル条約締結10年後の1885年(明治18年)に条約に加入した。このメートル条約成立時に、物理単位および標準の国際的研究、国際比較、運営管理を行うBIPM(国際度量衡局)が創設された。BIPMは、18名の国籍が異なる委員で構成される国際度量衡委員会(CIPM)の指揮監督下にある。我が国は、1907年以降CIPMの一席を占めている(現委員:産総研の臼田孝計量標準管理センター長)。そのCIPMでは、BIPMが行う事業の議論、審査など基本的な計量に関わる決定事項や主要問題についての勧告を行うメートル条約組織の最高決議機関である国際度量衡総会(CGPM)のための技術的決議のための準備作業も請け負っている。CGPMにはメートル条約加盟国代表者が参加し、原則として4年ごとに開催される(本年2014年はその開催年となっている)。[参照元へ戻る]
◆定量NMR法
物質を磁場の中に置くと、その物質中の水素原子は地球ゴマのように歳差運動をする。最差運動の周期にあった周波数(共鳴周波数)の電磁波を照射すると、水素原子に吸収されてNMR(核磁気共鳴)信号が得られる。NMR信号は、水素原子の結合状態や原子周辺の環境によって共鳴周波数がシフト(化学シフト)することや、化学結合の数、結合次数、結合角に依存して分裂することから、物質(特に有機化合物)の分子構造を決定するための分析法(定性分析法)として広く用いられており、タンパク質の構造解析などで多くの成果を上げている。化学シフトの異なる信号の面積比は、原理的にはそれぞれの信号に寄与する水素原子の数の比を示すが、定性分析法では、分子内の異なる官能基の信号の面積を、相対的に確認できる程度の定量性しか実現されていなかった。産総研は、分子構造が既知の有機化合物に対して、各信号に寄与する水素原子を計測する方法を高度化することによって、有機化合物の精確な含量を迅速に評価できる定量NMR法を開発した。
2000年代に物質量諮問委員会(CIPMが設置した、化学計測関連の諮問委員会、以下「CCQM」という)において、NMRを利用した定量測定に関する予備的国際比較(Pilot Study)が行われたが、参加機関から報告された結果が大きくばらついたことから、その時点ではそれ以上の検討は断念された。産総研では、その後も有機化合物の純度を評価するCCQMによる国際比較では、継続的に定量NMR法での評価を試み、良好な結果を示し続けた。その後、2011年に行われた基幹比較では、通常、用いられる純度評価方法では検出できない不純物が含まれていたため、ほとんどの参加機関の評価結果が大きく外れる中、定量NMR法での評価結果は真値により近い値を示した。これにより、定量NMR法の有用性が広く認識され、現在では多くの国家計量機関が定量NMR法の活用を検討するに至っている。[参照元へ戻る]
◆国際比較
CIPMにおいて1999年に締結された相互承認協定(以下「CIPM MRA」という)は、経済のグローバル化に対応するため、経済活動や取引の基本である計測・計量について、国家計量機関(以下「NMI」という)を頂点とする各国の計量標準トレーサビリティ体系を相互に信頼し、他国の国家計量標準の校正データを自国でもそのまま同等と認め、その校正証明書をそのまま自国でも受け入れる仕組みを構築したものである。
このCIPM MRAの目的を達成するために、国家計量標準を開発・維持するNMIまたは指名計量機関(以下「DI」という)は、測定量(例えば質量、密度、温度など)ごとに、品質システムの構築、ほかの参加NMIまたはDIによる審査(ピアレビュー)、および関連する国際比較への参加を経て、その校正・測定能力(以下「CMC」という)を宣言する。承認されたCMCはBIPMが管理するデータベース(KCDB Appendix-C)に登録され、ウェブ上で公表される。
NMIやDIのCMCを宣言する際に重要な証拠となるのは参加した国際比較の結果である。CIPMの下に設置されている計量分野ごとの諮問委員会では、その分野で中核となる国際比較を実施しており、これを基幹比較という。基幹比較に先立ち、予備的国際比較(Pilot Study)を行うことがある。予備的国際比較の結果だけではCMCの宣言には不十分である。基幹比較以外に、CMC宣言の重要な証拠となるのは地域計量組織(以下「RMO」という)によって実施されるRMO基幹比較および補完比較の結果である。[参照元へ戻る]
◆計量トレーサビリティ
いろいろな物理量の大きさを、全世界的に共通な単位系で表すことは、国際交流、学術交流、教育などの分野はもとより、産業あるいは社会生活上大きな利便がある。一般に単位は、数個の基本単位(base units)とそれらから導き出される組立単位(derived units)に分類されているが、基本単位は目的や利用上の利便さを考慮して選ばれる。
国際単位系では、次元的に独立であるとみなされる7つの量、すなわち、長さ、質量、時間、電流、熱力学温度、物質量及び光度について明確に定義した単位、メートル [m]、キログラム [kg]、秒 [s]、アンペア [A]、ケルビン [K]、モル [mol]及びカンデラ [cd]が基本単位として選定された。その他の単位(組立単位)は、7 つの基本単位から数値係数を含まない乗除算により導き出すことができる。
産業界などで物理量の計測を行う測定器は標準器によって校正される。測定器が途切れのない校正の連鎖によって国家標準に到達できれば、この測定器により得られた結果は国家標準にトレーサブルである。すなわち、計測器の信頼性が校正用標準器経由で国家標準に関連づける道筋が確保されていることが計量トレーサビリティを有することである。[参照元へ戻る]
◆内標準物質
定量条件下で同時に測定された異なる化学シフトのNMR信号の面積は、それぞれの共鳴核、例えば水素原子の数と比例する。ある試料中に含まれる純度が未知の物質の水素原子数は、この物質のNMR信号と重ならないNMR信号を示し、その信号に寄与する水素原子の数が既知である物質を添加してNMR測定し、これらのNMR信号の間で面積を比較することで確定できる。試料に添加してNMR信号面積の比較の基準として用いられる物質を内標準物質という。[参照元へ戻る]

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