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1 Jan 27, 2009 新技術説明会 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

2 紫外線消毒の導入状況 動向 ( 浄水 ) 欧州 : 浄水処理技術として導入が進められている 2000 箇所以上 米国 :20: 箇所以上の浄水場で適用実験中 Guidline Mannual も整備 日本 : 下水処理場で導入されている (400( 施設以上 ) 浄水への適用も進められている クリプトスポリジウム対策技術

3 Cryptosporidium の特徴 -1 アピコンプレックス門コクシジウム綱クリプトスポリジウム科 オーシスト壁 非常に強い殻消毒剤の侵入を阻む スポロゾイト 微分干渉顕微鏡像 1 個に 4 体 運動性有り 腸内でオーシスト壁を開裂 ( 脱嚢 ) して柔毛に寄生

4 紫外線線量とは線量とは 消毒効果は紫外線線量に依存する 紫外線線量 (mj/cm( 2 ) = 線量率 (mw/cm( 2 ) 照射時間 (s)( ランプからの距離が遠くなれば低くなる 紫外線照射装置内を通過する時間に分布が生じる 紫外線照射装置内を通過してきた個々の微生物が受ける紫外線線量には分布が生じる

5 微生物が受ける紫外線紫外線線量に生じる分布線量に生じる分布 In 微生物 UV 照射装置 紫外線ランプ 微生物の軌跡 Out 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で通過する

6 現在利用されている紫外線紫外線線量測定法線量測定法 物理線量計光量計化学線量計 Fricke 鉄線量計セリウム線量計生物線量計 B. subtilis MS2 coliphage H 2 O H + O 2 HO 2 HO 2 + Fe 2+ + H + Fe 3+ + H 2 O 2 OH + Fe 2+ Fe 3+ + OH - H 2 O 2 + Fe 2+ Fe 3+ + OH + OH - 放射線照射による Fricke 鉄の酸化反応 log reduction(n/no ) UV Dose (mj/cm 2 ) 紫外線照射線量と不活化力との関係

7 従来の線量計では平均線量しか求められない たとえば 99% 不活化されたら個々の微生物が受けた線量はすべて 70mJ/cm 2? 通過してきた微生物を培養 log reduction(n/no ) UV Dose (mj/cm 2 ) 線量反応関係に挿入 70 mj/cm mj/cm 2 mj/cm mj/cm 2 mj/cm mj/cm 2 mj/cm 2 15 mj/cm 2 実際は分布が生じる 90 mj/cm 2 mj/cm 2

8 紫外線線量測定の現状 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 USEPA 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 ( オーストリア規格, ドイツ規格も同じ ) 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する以外方法はない

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線量計および測定法を開発する 具体的には 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

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のマイクロカプセルに封入した線量計 UV 直径 :5μm: クリプトスポリジウムを対象とした場合 比重 : 約 1.0 特徴 : 紫外線照射することにより変色

11 MCUVD による測定 MCUVD 紫外線照射装置を通過した個々の MCUVD の発色の程度をフローサイトメータ (FCM)) で計測個々の微生物に照射される紫外線線量を定量的に評価 検出器 レーザー光 FCM

12 開発のステップ 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溶解する溶媒の選定 マイクロカプセル化膜材料の選定粒子径の均一化方法の確立 測定法の開発フローサイトメータ (FCM( FCM) ) の測定パラメータの最適化

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 ) の変化量が大きい 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 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 非水溶性の溶媒に溶解する

14 試験に供したフォトクロミック化合物 スピロピラン類 ジアリールエテン類 ビオロゲン類 工業用インキ類 1-(2-Hydroxyethyl) Hydroxyethyl)-3,3-dimethylindolino-6 -nitrobenzopyrylospirannitrobenzopyrylospiran 1,3,3-Trimethylindolinobenzopyrylospiran 1,3,3-Trimethylindolino Trimethylindolino-6 -bromobenzopyrylospiran 1,3,3-Trimethylindolino Trimethylindolino-8 -methoxybenzopyrylospiranmethoxybenzopyrylospiran 1,3,3-Trimethylindolino Trimethylindolino-β-naphthopyrylospirannaphthopyrylospiran 1,3,3-Trimethylindolinonaphthospirooxazine 1,3,3-Trimethylindolino Trimethylindolino-6 - nitrobenzopyrylospiran cis-1,2 1,2-Dicyano-1,2-bis(2,4,5-trimethyl-3-thienyl)ethanethienyl)ethane 1,2-Bis[2 Bis[2-methylbenzo[ methylbenzo[b]thiophen-3-yl] yl]-3,3,4,4,5,5-hexafluoro-1- cyclopentene 2,3-Bis(2,4,5 Bis(2,4,5-trimethyl-3-thienyl)maleic thienyl)maleic Anhydride 2,3-Bis(2,4,5 Bis(2,4,5-trimethyl-3-thienyl)maleimidethienyl)maleimide 1,2-Bis(2 Bis(2-methoxy-5-phenyl-3-thienyl)perfluorocyclopentene 4,4 -Bipyridyl 1,1 -Bis(2,4 Bis(2,4-dinitrophenyl) dinitrophenyl)-4,4 -bipyridinium dichloride 1,1 -Dibenzyl Dibenzyl-4,4 - bipyridinium dichloride 1,1 -Di Di-n-heptyl-4,4 -bipyridinium dibromide 1,1 -Dimethyl Dimethyl-4,4 - bipyridinium dichloride 1,1 -Di Di-n-octyl-4,4 -bipyridinium dibromide 1,1 -Diphenyl Diphenyl-4,4 - bipyridinium dichloride 10-benzoyl benzoyl-n,n,n,n -tetramethyl-10h-phenothiazine-3,7-diamine 4,4,4,4 -tris(dimethylamino)triphenylmethan 2-dibenzylamino-6-diethylaminofluorandiethylaminofluoran 2-(2-chloroanilino) chloroanilino)-6-dibutylaminofluoran Azobenzene 2,5-Norbornadience Benzoyl Leuco Methylene Blue Thioindigo

15 フォトクロミック化合物を溶解する溶媒 水溶性溶媒 2-propanol dimethyl sulfoxide methanol ethanol diethyl ether acetone acetonitrile deionized water 非水溶性溶媒 toluene hexane methyl mathacrylate monomer benzyl alcohol 2-butanone ethyl acetate buthyl acetate 4-methyl-2-pentanone benzene BLMBを上記 3 溶媒に溶解したとき, 発色強度が強く消色速度が遅い

16 BLMBの紫外線照射線量 - 吸光度の関係 Abs. area (-) BLMB/toluene Dose (mj/cm 2 ) 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

17 紫外線照射で変色する物質の選定に係る成果 BLMB が具備要件を満たしている 単位紫外線線量当たりの発色強度の変化量が大きい 紫外線照射線量と吸光度との間に高い直線関係がある 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 発色後に加熱しても消色しない toluene や2-butanone 等の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.尿素樹脂 エチレン-無水マレイン酸共重合体 尿素 レゾルシノール フォトクロミック化合物-トルエン溶液 ホモジナイザーで撹拌し乳化 ホルマリン 精製水 ホモジナイザーで撹拌 55 冷 却 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 乳化撹拌法で 5μmのマイクロカプセルを製造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トルエンを用いると乳化安定性が高くなる 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ない

20 FCM による測定 MCUVD 検出器 レーザー光 Events FCM 外観 (b) (a) Side scatter MCUVD の側方散乱光のシフト FCM 構造 (a) 0 mj/cm 2 (b)100 mj/cm 2 側方散乱光スペクトルチャンネル : 線量ピーク幅 : 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としては BLMBが要件を満たしている 放射線を測定するためのフォトクロミック化合物としては LCV が要件を満たしている 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が最もが最も適している 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 FCM 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

22 期待される適用例 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きる適用分野 紫外線消毒装置上下水大型風呂循環水景観用水バラスト水 糖蜜ジュース流動食 医薬品 放射線消毒装置 ( 下水 ) ( 流動食 ) 医薬品

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

24 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 出願人 : 学校法人麻布獣医学園発明者 : 森田重光 Title of invention: : Radiation dosimeter for fluid very small substances, and method of measuring radiation dose Int. appl. No.: PCT/JP2007/ 日本 : 特願 米国 :12/224: 12/224,994 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 (ext. 438) FAX research@azabu-u.ac.jp URL

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