一般財団法人材料科学技術振興財団　MSTの製品・サービス一覧

ヒラタケ科の食用きのこ類に多く含まれるアミノ酸同族体であるエルゴチオネインは、高い抗酸化能を持った天然物由来の物質として食品・医療・美容分野で注目されています。最近になって化学的合成技術も確立されましたが、引き続き天然食品資源からの高効率な分離精製技術の確立が必要とされており、収率を精度良く測定して精製レベルを評価することが求められています。

液体に分散させて用いる微粒子の粒径・構造を評価する際、従来は液体を乾燥させて粉体として微粒子を取り出し、電子顕微鏡を用いて測定しておりました。しかしながら、実際に用いる液体中で微粒子がどのように分散しているのかを調べるには不向きな測定法でした。 そこで、液体試料内で微粒子がどのように分散しているかを直接評価するため、クライオ加工＋SEM観察を行って評価した事例をご紹介します。

糖脂質の一つであるグルコシルセラミド(植物セラミド)は保湿効果やアトピー性皮膚炎に対する改善効果が報告されており、美容分野において注目を集めている成分です。グルコシルセラミドは植物によって主成分の構造が異なっていますが、LC/MSを用いて定性分析することが可能です。また、グルコシルセラミドは同じ植物の由来であっても複数の分子種を有しているため、蒸発光散乱検出器（ELSD）を用いることで高精度に定量分析を行うことが可能です。

毛髪を測定し、その内部における成分の分布を得ることは、ヘアケア・染色の影響を調べる際に有効です。 同一人物から白髪・黒髪を採取し、内部の成分分布を評価した事例をご紹介します。 毛髪の断面を作成し、TOF-SIMS測定を行いました。TOF-SIMSでは、金属などの無機物や有機分子の分布情報が得ることができます。今回は毛髪断面における金属の分布に着目して測定を行いました。

毛髪（ヒゲ）の断面についてTOF-SIMSを用いてイオンイメージ分析を行い、皮脂としても検出される高級脂肪酸の分布を調べました。 その結果、脂肪酸の種類により分布が異なることが分かりました。

クレンジングオイルの種類によって、同じ洗顔方法でも化粧の落ち方が異なります。 洗浄の効果を調査するため、口紅をオイルで洗浄した後に残った成分についてTOF-SIMSを用いて評価を行いました。口紅の成分（色素やオイルなど）について、試料間の相対比較を行うことでクレンジングオイルの種類による洗浄効果の違いを評価した事例を紹介します。

乳化技術は化粧品開発において基盤技術であり、化粧品全般にわたって利用されています。 乳化剤の構造の変化は、製品中の水分と油分のバランスや内包薬効成分の浸透性、洗浄力および使用感の変化を伴い、製品の性能と密接な関係にあるため、その解析は非常に重要です。

透過型電子顕微鏡（TEM）はμm～nmオーダーの形態観察・元素分析が可能です。 アイシャドウは固体粒子の集まりなので、そのままTEMによる分析を行いました。 TEM観察後、視野内の特定箇所についてEDX分析を行い、構成元素から材料を推定しました。 さらに、EELS分析により結晶型を区別することが可能です。

日常生活で使用しているヘアケア剤が異なる5人（A～E）について、毛髪断面をTOF-SIMSで分析しました。 その結果、ヘアケア剤の種類により検出される成分および毛髪中での分布が異なることが分かりました。

日常生活でヘアケア剤を用いていない毛髪であるヒゲを、コンディショナーもしくはトリートメントに浸し、各浸漬条件における成分の浸透状態について調査しました。 コンディショナーに浸漬したヒゲでは、シロキサンが浸漬時間と共に毛皮質まで浸透する一方、高級脂肪酸は抜けている様子が見られました。トリートメントに浸漬したヒゲでは、含窒素有機物は毛皮質には浸透せず毛小皮（キューテクル）周辺にのみ分布している様子が見られました。

人の毛髪（抜け毛と引き抜いたもの）の毛根部をSiウェハに押し付け、転写された成分についてイメージング測定（面分析）を行いました。抜け毛は毛根の先端にのみ、■K、 ●リン脂質が強い傾向が見られます。また、毛根部全体には、■CnHmCOOH(ｎ=17～31)の脂肪酸（人の皮脂由来）、●角栓由来のアミド系成分、◆質量が500～700の含窒素有機酸、◆質量が800付近の有機物が凝集していると考えられますが、引き抜いた毛髪に見られる■人の皮脂由来のCOOHを2つ含む有機物は弱い傾向が見られます。

大気に暴露すると変質してしまうリチウムイオン二次電池材料や、加工・観察時の熱で変質する有機系材料等の試料は、通常の環境下でTEMを用いて構造を観察することは困難です。 弊団では雰囲気制御によって大気暴露を抑え、更に冷却して加工・観察・分析を行うシステムを整備しておりますので、試料本来の構造を保ったままTEM薄片試料を作製し、観察・分析することが可能です。

大気に暴露すると変質してしまうリチウムイオン二次電池材料や、加工・観察時の熱で変質する有機系材料等の試料は、TEM・SEMを用いて本来の構造を観察することが困難でした。 大気暴露することなく（雰囲気制御）FIB付き高分解能SEM装置で観察することで、粒子や電解質等の本来の状態を知ることが出来ます。また冷却にも対応しており、熱による変質も抑えることが可能です。

熱分解GC/MSは、試料導入部に熱分解装置を設置したガスクロマトグラフ質量分析計です。 複雑な前処理が必要であった高分子材料についても、熱分解装置でサンプルを加熱分解することにより前処理無しでGCに導入して分析を行うことができます。 また、熱分解装置の温度条件とサンプリング条件を変えること（ダブルショット法）で、同一サンプルから添加剤と高分子材料のように異なった2種類の情報を別々に得ることができ、未知の高分子材料の解析が容易となります。

熱に弱い有機材料や液体試料の内部構造を観察・分析するには、加工や電子線照射による温度上昇を抑え、試料本来の構造を保ったまま一連の分析を行う必要があります。 本事例では化粧品を評価サンプルとし、冷却環境を維持したまま断面FIB加工・SEM観察・EDX分析までの構造分析を行った事例をご紹介します。

XRFは構成元素の組成及び分布を評価する分析手法です。特徴として測定に際して特殊な前処理が不要であり、1.2mm～数cmの広範囲において、非破壊で測定できる点が挙げられます。 XRFによる元素分析事例として、薬品保存容器の高分子材料に含まれる金属成分に着目して測定を行い、保管期間中に容器表面に付着した金属汚染について調査した事例をご紹介します。

ファンデーション用パフ表面形状と化粧品付着具合をデジタルマイクロスコープを用いて評価しました。 デジタルマイクロスコープは光学顕微鏡と比べて被写界深度があり、顕微鏡ではピントが合わなかった凹凸の大きな対象物も正確に観察することが可能です。 市販の海外製パフ表面の観察結果を図1～4に示します。パフの表面形状とファンデーションの付き具合が確認できます。また、図5のように手の表面を直接観察することも可能です。

フィルムの機能性は素材・厚み・層構造等で決まることが知られています。 今回は食品用ラップフィルムとして一般的に用いられるポリエチレン系多層フィルムの層構造を評価しました。 FT-IRで主にポリエチレンで構成されていることを確認したフィルムに対し、GCIB（Arクラスター）をスパッタに用い、TOF-SIMSで深さ方向に測定することで、10μmの厚みの中でポリエチレンとナイロン6とが積層されている構造を明瞭に可視化することができました。

においは、人に快感を与える「匂い」や不快感を与える「臭い」など、様々な表現で日常的に使われています。においは、1種類のにおい成分として存在することは少なく、種々のにおい成分が混ざり合った状態で存在します。これら複合的なにおいを可視化するには、ガスクロマトグラフィー質量分析器(GC/MS)を用いた機器分析が有効です。本資料では、におい成分分析の流れと、悪臭を一斉に分析した事例をご紹介します。

イオンクロマトグラフ法は液体試料中のイオン成分を検出する手法です。 また、固体（部材）表目に付着しているこれらの成分は、純水に浸して抽出することで測定します。 MSTでは液体試料に含まれるイオンや有機酸の定性・定量分析、部材表面から溶出するイオン量評価、部材の腐食原因調査が可能です。

ジェオスミン及び2-メチルイソボルネオール（2-MIB）は、藍藻類又は放線菌によって産生され、ダム、湖沼、河川等の表流水を水源とする水道の異臭味障害原因物質とされ、カビ臭原因物質として知られています。本事例では、水中に含まれるジェオスミン及び2-MIBを測定した結果を紹介します。 GC/MSを用いてppt（ng/L)レベルの検出が可能です。

XPS分析ではX線照射により得られた光電子のエネルギーを観測することにより、物質表面の結合状態評価を行います。金属元素が酸化状態にあるかどうかの評価はもちろん、酸化によるエネルギーシフト（ケミカルシフト）が大きい元素では、複数の価数の存在、及び存在割合についての評価も可能となります。以下に、複数価数評価可能な主な金属元素と酸化物を示します。

透過電子顕微鏡での電子回折法は、試料への電子線の入射の仕方によって3つに分類されます。それぞれの特徴とデータ例を示します。評価対象物のサイズや分析目的に応じて、適切な手法を選択する必要があります。

揮発性有機化合物（VOC）は、半導体や工業製品の洗浄時に使用され、洗浄用水等に極微量で含まれる可能性があります。水中のVOCは、極微量であっても臭気の原因になることや健康被害を引き起こすことが懸念されることから、環境基準値や排水基準値が定められ、低濃度まで測定可能な手法が必要とされています。本事例では、P&T(パージ&トラップ)で濃縮した成分をGC/MSに導入することによって、水中の微量なVOC成分（サブppbレベル）を検出する事例を示します。

人がにおいとして知覚する揮発成分の濃度は非常に低い場合があり、揮発成分の分析に使用されている通常のHS（ヘッドスペース）法によるGC/MS測定では検出できない場合があります。 固相マイクロ抽出（Solid-Phase Micro Extraction : SPME）を使用することで、揮発成分を濃縮してGC/MSに導入することが可能となり、多くの微量含有成分を検出できます。 本資料では微量なエッセンシャルオイル中のにおい成分を分析した事例を示します。

試料濃縮針はバイアル瓶やサンプリングバッグ中の揮発性成分を吸引して、針内部を通過する揮発性成分を吸着媒体に吸着させることで濃縮し、GC/MSに導入するためのデバイスです。「有機溶媒用」や「脂肪酸用」、「アミン用」などの吸着媒体があり、着目成分によって使い分けます。揮発性成分の分析に用いられるヘッドスペース法では感度を得るために加熱して分析することが一般的ですが、試料濃縮針を用いた分析では加熱する必要は無く、常温で揮発する成分のみをGC/MS分析に供することができます。

窒素化合物を含む試料をGCで分析する際にMS（質量分析計）とNPD（窒素リン検出器）を同時測定することによりMSではピークとして現れない成分をNPDで検出し、その保持時間からMSスペクトルを取得して成分を定性することが可能です。本事例では含窒素化合物であるトリメチルアミンが微量に含まれる試料をGC/MS/NPDで測定しました。MSではベースラインに埋もれていたピークがNPDで確認されたため、同一保持時間のマススペクトルからトリメチルアミンを定性することができました。

水素水は体内の活性酸素を除去できると言われており、抗酸化作用に注目が集まっています。ただし、水に溶ける水素量はわずかであり、空気中に放置すると徐々に水素が抜けてしまうことや、水素は非常に小さい分子であるため、保存容器によっては長期間の保管ができないことが知られています。そのため、保管容器や保管方法が重要とされています。本事例では、水素水を紙コップに移したものとパウチ型の保管容器でどれだけ水素が抜けているかをGC（TCD）で確認した結果を示します。

TOF-SIMSは、着目の箇所を局所的に分析し、得られる質量スペクトルにより元素分析と有機物・無機物の分子情報の解析が同時にできるため、各工程における異物・汚れ・変色の原因究明に非常に有効な手段です。また、イメージ分析も可能なため、有機物の分子情報の可視化も可能です。 本資料では、繊維製品であるクリーンスーツの変色の解析結果をまとめます。TOF-SIMSによる定性結果から、変色部は皮脂である可能性が推測されました。

TOF-SIMSは元素分析と有機物・無機物の分子情報の解析が同時にできることや、イメージ分析が可能なことから、試料中の着目成分の分布・浸透具合の解析に有効な手段です。 本資料では、シロキサン系のヘアケア剤を用いた毛髪の「断面および表面」と、毛髪の「表面」をイメージ分析した結果を示します。毛先表面と根本表面のキューティクルには、成分分布状態に違いがあることが確認できました。 測定法：TOF-SIMS 製品分野：医薬品・化粧品 分析目的：組成評価・同定・組成分布評価 詳しくは資料をダウンロード、またはお問い合わせください。

チタンテトラアルコキシドは、香月・シャープレス不斉エポキシ化に欠かせない試薬であり、大気下では酸化の影響を受けます。 今回、チタンテトラアルコキシド（チタンテトライソプロポキシド）について、雰囲気制御下と大気暴露後において、どのように変化するかTOF-SIMSを用いて調べた事例を示します。 MSTでは雰囲気制御により、大気酸化の影響を受けずに錯体の評価が可能です。 測定法：TOF-SIMS 製品分野：バイオテクノロジ・医薬品・化粧品・日用品 分析目的：劣化調査・信頼性評価 詳しくは資料をダウンロード、またはお問い合わせください。

TOF-SIMSは成分を分子イオンの質量から同定するため、蛍光物質などの標識が不要であり、その影響のないイメージングが可能です。また、断面イメージングにより、深さ方向への分布を評価ができます。 今回、三次元培養ヒト皮膚にインドメタシンのゲル製剤を塗布し、浸透した薬効成分の分布を可視化しました。その結果、インドメタシンは角層表面側に偏在していることがわかりました。また、深さ方向ラインプロファイル解析により徐々に細胞層側へ浸透している様子が観察できました。

材料が昇温に伴って化学反応・相変化を経て結晶構造に変化が起こる場合、昇温しながらXRD測定を行うことが有効です。高温XRD測定を行うことで、硫酸銅五水和物の熱分解生成物の同定を行った事例を紹介します。測定の結果、熱分解が起こる温度で回折ピークが変化し、結晶構造が変化する様子を明瞭に確認できました。 MSTでは昇温しながらOut-of-plane XRD測定・In-plane XRD測定を行うことが可能です。

TOF-SIMSは成分を分子イオンの質量から同定するため、蛍光物質などの標識が不要であり、その影響のないイメージング評価が可能です。また、断面イメージングを行うことで、深さ方向への分布評価をすることができます。今回、ラットの皮膚にインドメタシンのゲル製剤を2時間塗布し、浸透した薬効成分の分布を可視化しました。その結果、インドメタシンは角層表面約5μmに高濃度に偏在しており、深さ方向ラインプロファイル解析により徐々に浸透している様子が観察できました。

TOF-SIMSでは、μm～cmオーダーまで様々な大きさの試料について質量イメージング分析が可能です。 カプセル剤タイプ薬の断面についてTOF-SIMSによる質量イメージング分析を行いました。断面加工を行い、薬剤全体（約7mm×20mm）とその内部の顆粒一粒（約500μmΦ）に着目したイメージング事例をご紹介します。

タンパク質の組成解析では、電気泳動後に目的のタンパク質のみを調べる方法もありますが、本資料ではタンパク質を網羅的に調べる「ショットガン解析」についてご紹介します。 ショットガン解析ではLC/MS/MS測定を用いてタンパク質の分離及び、質量情報の取得を行った後、データベース検索を行うことで溶液中に含まれるタンパク質を網羅的に調べることができます。

GPC（Gel Permeation Chromatography：ゲル浸透クロマトグラフィー）はHPLCの分離モードの一つで、高分子化合物の分子量などを評価する手法です。 一度の分析で数平均分子量（Mn）、重量平均分子量（Mw）、分散度（Mw/Mn）を求めることができ、分布の様子を比較することも可能です。SEC（Size Exclusion Chromatography：サイズ排除クロマトグラフィー）とも呼ばれます。

医薬品・化粧品の有効性・安全性試験において、近年動物実験代替法の開発が進められており、中でも三次元培養皮膚による試験方法が注目されています。本事例では、化粧品（ローション剤）の経皮吸収試験を実施した三次元培養ヒト皮膚を、AFM（原子間力顕微鏡法）で測定しました。皮膚表面の微小形状を視覚的に評価でき、また、任意の箇所の粗さを数値データで評価することも可能です。大気条件下で測定することにより、真空条件下での試料変質を抑えた観察が可能です。

医薬品・化粧品の有効性・安全性試験において、近年動物実験代替法の開発が進められており、中でも三次元培養ヒト皮膚による試験方法が注目されています。 そこで本事例ではフランツセルを用いてインドメタシンの透過試験を行い、同一の皮膚試料に対してTOF-SIMSとLC/MS/MS測定を行いました。LC/MS/MSでは皮膚中濃度・皮膚透過量の定量をTOF-SIMSでは皮膚内の成分分布評価を行いました。 測定法：TOF-SIMS・LC/MS・クライオ加工・切削 製品分野：バイオテクノロジ・医薬品・化粧品 分析目的：組成分布評価・安全性試験 詳しくは資料をダウンロード、またはお問い合わせください。

TDSは昇温と共に脱離する無機ガス・有機ガスについて、脱離の温度依存性も評価可能です。そのため、試料のベーク温度による脱ガスの評価に有効です。 レジスト膜について50℃ベーク、200℃ベークを行い、それぞれについてTDS分析を行った結果を示します。「50℃ベーク後」に検出された200℃までの脱ガスピークが、「200℃ベーク後」では検出されていないことが確認できました。

TDSは高真空中（1E-7 Pa）で試料を昇温し、試料から脱離するガスを質量分析計を用いて調査する手法です。真空装置であるため有機物の多量の脱離を嫌いますが、試料量を調整することによりTDSで評価が可能です。 レジスト膜についてTDS分析を実施した例を以下に示します。有機物、水、H2S、SO2などレジスト膜起因の脱ガスが検出されました。また成分により、脱離の温度が異なることが分かりました。

リチウムイオン二次電池で使用される黒鉛負極粒子を塗布したシートを、TOF-SIMSにて分析した事例をご紹介します。一粒の粉体の表面にグラファイトとPVDFが分布している様子が確認できました。 飛行時間型二次イオン質量分析法（TOF-SIMS）は、二次イオンのマススペクトルから表面の有機物・無機物の定性・イメージに適した手法です。分解能よく分析することが可能なため、微小異物やしみなどの分布評価に有効です。 測定法：TOF-SIMS 製品分野：二次電池 分析目的：組成分布評価 詳しくは資料をダウンロード、またはお問い合わせください。

カールフィッシャー電量滴定法は水分量を評価する方法であり、試料の性状に応じて装置への導入方法が異なります。ここでは電量滴定する際の二つの試料導入方法を紹介します。

ラマン分析では、表面からの測定で深さ方向の成分分布が確認できます。光を透過し易い物質に有効で、断面加工やイオンスパッタエッチングを併用せず非破壊での評価が可能です。 本資料では、有機多層膜の各層について、ラマン3Dマッピングで評価した例を示します。結果より、有機多層膜は四層で構成されていることが分かりました。また、ライブラリデータとの照合により、各層の成分が同定できました。

近年、清涼飲料水の市場規模が拡大しており、美味しさを一層高めるため種々の検討が行われています。そのひとつとして、清涼飲料水中に適量のデヒドロアスコルビン酸が含まれていると、風味が改善されるとの報告があります。デヒドロアスコルビン酸は、飲料等に酸化防止剤として含まれているL-アスコルビン酸の酸化によっても生成されるため、試料中の正確な値を得るためには、試料開封後速やかな分析が必要です。本資料では試料開封後の時間経過に伴うデヒドロアスコルビン酸量を測定しました。