Microsoft PowerPoint - 05.印刷用_森田重光.ppt

(1)

新しい紫外線線量と

線量分布の測定法

麻布大学

生命・環境科学部

環境科学科

准教授

森田

重光

Jan 27, 200 Jan 27, 20099 新技術説明会新技術説明会

(2)

欧州：浄水処理技術として導入が進められている欧州：浄水処理技術として導入が進められている 2000 2000箇所以上箇所以上米国：米国：2020箇所以上の浄水場で適用実験中箇所以上の浄水場で適用実験中 Guidline

Guidline MannualMannualも整備も整備

日本：下水処理場で導入されている（日本：下水処理場で導入されている（400400施設以上）施設以上）浄水への適用も進められている浄水への適用も進められている

紫外線

消毒の導入状況・動向（浄水）

クリプトスポリジウム対策技術クリプトスポリジウム対策技術

(3)

C

ryptosporidium

の特徴

_-

₁

オーシスト壁オーシスト壁非常に非常に強強い殻い殻消毒剤の侵入を阻む消毒剤の侵入を阻むスポロゾイトスポロゾイト腸内でオーシスト腸内でオーシスト壁を開裂（脱嚢）壁を開裂（脱嚢）して柔毛に寄生して柔毛に寄生 1 1個に個に4₄体体運動性有り運動性有り微分干渉顕微鏡像微分干渉顕微鏡像アピコンプレックス門アピコンプレックス門コクシジウム綱コクシジウム綱クリプトスポリジウム科クリプトスポリジウム科

(4)

紫外線

線量とは

紫外線線量（紫外線線量（mJ/cmmJ/cm22_）_） = = 線量率（線量率（mW/cmmW/cm22_）_）_×_× _{照射時間（}_{照射時間（}_s_s_）_）ランプからの距離がランプからの距離が遠くなれば低くなる遠くなれば低くなる紫外線照射装紫外線照射装置内置内を通過する時間にを通過する時間に分布が生じる分布が生じる紫外線照射装置内を通過してきた個々の微生物紫外線照射装置内を通過してきた個々の微生物が受ける紫外線線量には分布が生じるが受ける紫外線線量には分布が生じる消毒効果は紫外線線量に依存する消毒効果は紫外線線量に依存する

(5)

紫外線ランプ紫外線ランプ微生物の微生物の軌跡軌跡

微生物が受ける

紫外線

線量に生じる分布

ベストケース：ランプの近くをゆっくり通過するベストケース：ランプの近くをゆっくり通過するワーストケース：ランプから遠い経路を短時間ワーストケース：ランプから遠い経路を短時間で通過するで通過する微生物微生物 In Out UV UV照射装置照射装置

(6)

物理線量計物理線量計光量計光量計化学線量計化学線量計 Fricke Fricke鉄線量計鉄線量計セリウム線量計セリウム線量計生物線量計生物線量計

B. subtilis

MS2 coliphage MS2 coliphage

現在利用されている

紫外線

線量測定法

紫外線照射線量と不活化力との関係紫外線照射線量と不活化力との関係 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 0 50 100 150 UV Dose (mJ/cm2) lo g r e d u c ti o n ( N/ No ) H H₂₂OO →→ H + OH + O₂₂ →→ HOHO₂₂ HO HO₂₂ + + FeFe2+2+ _{+ H}_{+ H}++ _→_→ _Fe_Fe3+3+ _{+ H}_{+ H} 2 2OO22 OH + OH + FeFe2+2+ _→_→ _Fe_Fe3+3+ _{+ OH}_{+ OH}- -H H₂₂OO₂₂+ + FeFe2+2+ _→_→ _Fe_Fe3+3+ _{+ OH + OH}_{+ OH + OH}- -放射線照射による放射線照射によるFrickeFricke鉄の酸化反応鉄の酸化反応

(7)

70 mJ/cm2 70 mJ/cm2 70 mJ/cm2 70 mJ/cm2 70 mJ/cm2 5 mJ/cm2 110 mJ/cm2 130 mJ/cm2 90 mJ/cm2 15 mJ/cm2

従来の線量計では平均線量しか求められない

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 0 50 100 150 UV Dose (mJ/cm2) lo g r e d u ct io n( N/ No ) 通通過してきた微生物を培養過してきた微生物を培養線量反応関係に挿入線量反応関係に挿入たとえばたとえば99%99%不活化された不活化されたら個々の微生物が受けた線量ら個々の微生物が受けた線量はすべてはすべて7700mJ/cmmJ/cm22_？_？実際は分布が実際は分布が生じる生じる

(8)

紫外線照射装置内を通過してきた個々の微生物紫外線照射装置内を通過してきた個々の微生物に照射された線量の分布を把握する必要があるに照射された線量の分布を把握する必要がある現状の測定法では平均線量しか測定できず，線現状の測定法では平均線量しか測定できず，線量分布はコンピュータシミュレーションで推測量分布はコンピュータシミュレーションで推測する以外方法はないする以外方法はない

紫外線線量測定の現状

USEPA USEPAは浄水用紫外線消毒装置の有効性を生は浄水用紫外線消毒装置の有効性を生物線量計を用いて確認するよう義務付けている物線量計を用いて確認するよう義務付けている（オーストリア規格，ドイツ規格も同じ）（オーストリア規格，ドイツ規格も同じ）

(9)

本技術の目標

流体中を移動する微生物等の微小物質に照射される流体中を移動する微生物等の微小物質に照射される紫外線線量紫外線線量およびおよび紫外線線量分布紫外線線量分布を測定するためのを測定するための線量計および測定法を開発する線量計および測定法を開発する具体的には具体的には・微生物大の紫外線線量計を開発する・微生物大の紫外線線量計を開発する・個々の線量計の計測値を読み取る技術を開発する・個々の線量計の計測値を読み取る技術を開発する

(10)

マイクロカプセル紫外線線量計

(MCUVD)

紫外線照射により変色する化学物質を微生物大紫外線照射により変色する化学物質を微生物大のマイクロカプセルに封入した線量計のマイクロカプセルに封入した線量計 UV UV 直径：直径：55μμmm クリプトスポリジウムクリプトスポリジウムを対象とした場合を対象とした場合比重：約比重：約1.01.0 特徴：紫外線照射すること特徴：紫外線照射することにより変色により変色

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MCUVD

による測定

個々の微生物に照射される個々の微生物に照射される紫外線線量を定量的に評価紫外線線量を定量的に評価紫外線照射装置を通過した紫外線照射装置を通過した個々の個々のMCUVDMCUVDの発色の程度の発色の程度をフローサイトメータをフローサイトメータ（（FCMFCM）で計測）で計測 MCUVD MCUVD レーザー光レーザー光検出器検出器 FCM FCM

(12)

紫外線照射で変色する物質の選定紫外線照射で変色する物質の選定フォトクロミック化合物の選定フォトクロミック化合物の選定溶解する溶媒の選定溶解する溶媒の選定マイクロカプセル化マイクロカプセル化膜材料の選定膜材料の選定粒子径の均一化方法の確立粒子径の均一化方法の確立測定法の開発測定法の開発フローサイトメータ（フローサイトメータ（FCMFCM）の測定）の測定パラメータの最適化パラメータの最適化

開発のステップ

(13)

MCUVD

で用いるフォトクロミック化合物

に求められる具備要件

単位紫外線線量当たりの発色強度（吸光度）単位紫外線線量当たりの発色強度（吸光度）の変化量が大きいの変化量が大きい可視光線の照射で消色しない可視光線の照射で消色しない加熱することにより消色しない加熱することにより消色しない非水溶性の溶媒に溶解する非水溶性の溶媒に溶解する紫外線照射線量と吸光度との間に相関性があり，紫外線照射線量と吸光度との間に相関性があり，かつダイナミックレンジが広いかつダイナミックレンジが広い

(14)

試験に供したフォトクロミック化合物

1

1--(2(2--Hydroxyethyl)Hydroxyethyl)--3,33,3--dimethylindolinodimethylindolino--6’6’--nitrobenzopyrylospirannitrobenzopyrylospiran 1,3,3

1,3,3--TrimethylindolinobenzopyrylospiranTrimethylindolinobenzopyrylospiran 1,3,3

1,3,3--TrimethylindolinoTrimethylindolino--66’’--bromobenzopyrylospiranbromobenzopyrylospiran 1,3,3

1,3,3--TrimethylindolinoTrimethylindolino--88’’--methoxybenzopyrylospiranmethoxybenzopyrylospiran 1,3,3

1,3,3--TrimethylindolinoTrimethylindolino--ββ--naphthopyrylospirannaphthopyrylospiran

1,3,3

1,3,3--TrimethylindolinonaphthospirooxazineTrimethylindolinonaphthospirooxazine 1,3,3

1,3,3--TrimethylindolinoTrimethylindolino--66’’-- nitrobenzopyrylospirannitrobenzopyrylospiran cis

cis--1,21,2--DicyanoDicyano--1,21,2--bis(2,4,5bis(2,4,5--trimethyltrimethyl--33--thienyl)ethanethienyl)ethane 1,2

1,2--Bis[2Bis[2--methylbenzo[methylbenzo[bb]thiophen]thiophen--33--yl]yl]--3,3,4,4,5,53,3,4,4,5,5--hexafluorohexafluoro--11- -cyclopentene

cyclopentene

2,3

2,3--Bis(2,4,5Bis(2,4,5--trimethyltrimethyl--33--thienyl)maleic Anhydridethienyl)maleic Anhydride 2,3

2,3--Bis(2,4,5Bis(2,4,5--trimethyltrimethyl--33--thienyl)maleimidethienyl)maleimide 1,2

1,2--Bis(2Bis(2--methoxymethoxy--55--phenylphenyl--33--thienyl)perfluorocyclopentenethienyl)perfluorocyclopentene

4,4

4,4’’--BipyridylBipyridyl 1,1

1,1’’--Bis(2,4Bis(2,4--dinitrophenyl)dinitrophenyl)--4,44,4’’--bipyridinium dichloridebipyridinium dichloride

1,1

1,1’’--DibenzylDibenzyl--4,44,4’’-- bipyridiniumbipyridinium dichloridedichloride 1,1

1,1’’--DiDi--nn--heptylheptyl--4,44,4’’--bipyridinium bipyridinium dibromidedibromide 1,1

1,1’’--DimethylDimethyl--4,44,4’’-- bipyridiniumbipyridinium dichloridedichloride 1,1

1,1’’--DiDi--nn--octyloctyl--4,44,4’’--bipyridinium bipyridinium dibromidedibromide 1,1

1,1’’--DiphenylDiphenyl--4,44,4’’-- bipyridiniumbipyridinium dichloridedichloride 10

10--benzoylbenzoyl--N,N,NN,N,N’’,N,N’’--tetramethyltetramethyl--10H10H--phenothiazinephenothiazine--3,73,7--diaminediamine 4,4

4,4’’,4,4’’’’--tris(dimethylamino)triphenylmethan tris(dimethylamino)triphenylmethan 2

2--dibenzylaminodibenzylamino--66--diethylaminofluorandiethylaminofluoran

2

2--(2(2--chloroanilino)chloroanilino)--66--dibutylaminofluoran dibutylaminofluoran Azobenzene Azobenzene 2,5 2,5--NorbornadienceNorbornadience Thioindigo Thioindigo スピロピラン類スピロピラン類ジアリールエテン類ジアリールエテン類ビオロゲン類ビオロゲン類工業用インキ類工業用インキ類

(15)

フォトクロミック化合物を溶解する溶媒

2

2--propanolpropanol dimethyl

dimethyl sulfoxidesulfoxide methanol methanol ethanol ethanol diethyl ether diethyl ether acetone acetone acetonitrile acetonitrile deionized

deionized waterwater

水溶性溶媒水溶性溶媒非水溶性溶媒非水溶性溶媒 toluene toluene hexane hexane methyl

methyl mathacrylatemathacrylate monomermonomer benzyl alcohol benzyl alcohol 2 2--butanonebutanone ethyl acetate ethyl acetate buthyl

buthyl acetateacetate 4

4--methylmethyl--22--pentanonepentanone benzene benzene B BLMLMBBを上記を上記33溶媒に溶解したとき，発色強度が溶媒に溶解したとき，発色強度が強く消色速度が遅い強く消色速度が遅い

(16)

B

LM

B

の紫外線照射線量

-

吸光度の関係

低線量でも定量的なデータが得られる低線量でも定量的なデータが得られるダイナミックレンジが広いダイナミックレンジが広い 0 10 20 30 40 50 0 50 100 150 Dose (mJ/ cm2) Ab s . a re a ( -) BLMB/toluene BLMB/toluene

(17)

紫外線照射で変色する物質の選定に係る成果

BLMB BLMBが具備要件を満たしているが具備要件を満たしている単単位紫外線線量当たりの発色強度の変化量が大位紫外線線量当たりの発色強度の変化量が大きいきい紫外線照射線量と吸光度との間に高い直線関係紫外線照射線量と吸光度との間に高い直線関係があるがあるダイナミックレンジが広いダイナミックレンジが広い発色後に可視光線を照射しても消色しない発色後に可視光線を照射しても消色しない発色後に加熱しても消色しない発色後に加熱しても消色しない t

tolueneolueneやや22--butanonebutanone等の等の非水溶性の溶媒に非水溶性の溶媒に溶解する

(18)

マイクロカプセル化プロトコル

ex.ex.尿素樹脂尿素樹脂エチレンエチレン--無水マレイン酸共重合体無水マレイン酸共重合体尿素尿素レゾルシノールレゾルシノールホモジナイザーで撹拌し乳化ホモジナイザーで撹拌し乳化フォトクロミック化合物フォトクロミック化合物--トルエン溶液トルエン溶液ホルマリンホルマリン精製水精製水ホモジナイザーで撹拌（ホモジナイザーで撹拌（5555℃℃））冷冷却却尿素樹脂系マイクロカプセル尿素樹脂系マイクロカプセル

(19)

マイクロカプセル化に係る成果

カプセルの材質としてはゼラチンよりも尿素カプセルの材質としてはゼラチンよりも尿素樹脂を用いた方が真球性が高く経時劣化も少樹脂を用いた方が真球性が高く経時劣化も少ないないフォトクロミック化合物を溶解する溶媒としフォトクロミック化合物を溶解する溶媒としてトルエンを用いると乳化安定性が高くなるてトルエンを用いると乳化安定性が高くなる乳化撹拌法で乳化撹拌法で55μμmmのマイクロカプセルを製のマイクロカプセルを製造することが可能である造することが可能である

(20)

FCM

による測定

FCM FCM外観外観 MCUVD MCUVDの側方散乱光のシフトの側方散乱光のシフトレーザー光レーザー光検出器検出器 MCUVD MCUVD FCM FCM構造構造 0 5 10 15 20 25 0 200 400 600 800 1000 Side scatter Ev en ts (a) (b) 0 5 10 15 20 25 0 200 400 600 800 1000 Side scatter Ev en ts (a) (b) (a) (a) 0 mJ/cm0 mJ/cm22 (b)100 mJ/cm (b)100 mJ/cm22 側方散乱光スペクトル側方散乱光スペクトルチャンネル：線量チャンネル：線量ピーク幅：線量分布ピーク幅：線量分布

(21)

これまで得られている成果の総括

紫外線を測定するためのフォトクロミック化合物紫外線を測定するためのフォトクロミック化合物としてはとしてはBBLMLMBBが要件を満たしているが要件を満たしているマイクロカプセル材はマイクロカプセル材は尿素樹脂尿素樹脂が要件に合致するが要件に合致する FCM FCMを測定系に用いることにより個々のカプセルを測定系に用いることにより個々のカプセルの発色強度を定量的に測定することが可能であるの発色強度を定量的に測定することが可能であるフォトクロミック化合物を溶解する溶媒としてはフォトクロミック化合物を溶解する溶媒としてはトルエントルエンが最もが最も適している適している放射線放射線を測定するためのフォトクロミック化合物を測定するためのフォトクロミック化合物としてはとしてはLCVLCVが要件を満たしているが要件を満たしている

(22)

紫外線消毒装置紫外線消毒装置上下水上下水大型風呂循環水大型風呂循環水景観用水景観用水バラスト水バラスト水糖蜜糖蜜ジュースジュース流動食流動食医薬品医薬品放射線消毒装置放射線消毒装置（下水）（下水） _{（流動食）}_{（流動食）} 医薬品医薬品本線量計および測定方法を用いることにより平均本線量計および測定方法を用いることにより平均線量のみならず線量分布も実測で求めることがで線量のみならず線量分布も実測で求めることができるきる

期待される適用例

適用分野適用分野

(23)

実用化に向けた課題

BLMBの発色性が低下原因：製造工程の改良に伴う不純物濃度の低下？不純物の何が関与しているのかは不明新しい発色試薬の探索・フォトクロミック化合物・塩基関連物質

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本技術に関する知的財産権

発明の名称：流動微小物質用の輻射線線量計、及び輻射線線量の測定法出願番号：特願2006-67511 出願人：学校法人麻布獣医学園発明者：森田重光 Title of invention

Title of invention: Radiation dosimeter for fluid very small substances, : Radiation dosimeter for fluid very small substances, and method of measuring radiation dose

and method of measuring radiation dose

Int. appl. No.: PCT/JP2007/054665

日本：特願日本：特願2008₂₀₀₈--506234506234 米国：米国：12/224_12/224,,994994

お問い合わせ先

麻布大学研究推進・支援本部事務局研究交流課角野由香ＴＥＬ 042－754 － 7111（ext. 438）ＦＡＸ 042－754 － 7661 e-mail [email protected] ＵＲＬ http://www.azabu-u.ac.jp/sgk/