シリカ シリカと食品 ～微粒二酸化ケイ素を中心に～
食品添加物である微粒二酸化ケイ素は、確認試験、純度試験等の安全性については厳しい規定があり、かつ認可された工場でしか製造できません。しかし、基本物性については平均粒子径15μm以下という制限以外に比表面積、細孔容積等に制限がありません。このため、シリカゲルをはじめ、沈降性シリカ、フュームドシリカタイプのものが上市されていて、それぞれに特徴があります。
ce-Yoshi
シリカ 
シリカ 金属不純物の測定法その２ ～比色定量法を中心に～
合成シリカ中の金属不純物の測定法は、原子吸光光度法等の機器を用いた分析法、比色定量法に大別され、今回は比色定量法について解説をしていきます。金属不純物の測定は、これまでの個別分析からリスクアセスメントに基づいた分析法に変わりつつあり、そちらの動向についても解説します。
シリカ シリカ中の金属不純物の測定法その１ ～原子吸光光度法を中心に～
シリカの分析規格に定められている金属不純物の分析方法は、原子吸光光度法やICP発光分析などの励起スペクトルを用いた分析と比色定量によるものに大別されます。今回は、原子吸光光度法やICP発光分析とシリカに特有の分析の勘所につい解説します。更に、検量線法については、標準添加法、内部標準法についても詳しく解説をします。
シリカ 金属不純物の測定法 ～シリカの前処理～
それら金属不純物をどのように抽出してどのような手法で求める方法、中でも前処理はシリカの金属不純物測定には非常に重要な操作となりますので、今回はシリカから金属不純物を抽出するための“前処理”を中心に解説します。
シリカ 合成シリカと金属不純物
合成シリカの内、乾式シリカであるヒュームドシリカは、四塩化ケイ素に水素と酸素を吹き込んで燃焼させる火炎加水分解法で製造されるため、金属不純物量は非常に低いものとなります。
一方、シリカゲルや沈降性シリカなどの湿式シリカは、フュームドシリカに比べて金属不純物が多く、ケイ酸ソーダや硫酸からの原料由来が多くを占めます。特に、ナトリウムについては、ケイ酸ソーダ製造時に添加する炭酸ナトリウムからのものになります。更に、ケイ砂からの由来として、鉄、チタン、マグネシウム、アルミニウム、カルシウムなどが挙げられます。
シリカ 合成シリカと細孔
合成シリカの細孔は、シリカゲルのように一次粒子が集まって形成されるもの、ヒュームドシリカ、沈降性シリカのように二次粒子が集まって形成されるものがあります。また、メソポーラスシリカのように鋳型を用いる方法、多孔質ガラスのように金属をリーチアウトさせる方法と、さまざまな方法があります。合成シリカは、粒状や粉状のものが多く、これらの細孔容積や細孔径を測定する方法には、細孔にガスや液体を入れて測定を行う方法がありますが、どれも一長一短ですべてに対応できる方法は現在ありません。このため、細孔容積や細孔径を測定する場合、適切な測定法を選択する必要があります。
シリカ 合成シリカと表面積
一般に合成シリカの比表面積は、BET吸着法を用いて測定されます。
BET吸着法は比表面積のほか細孔容積、細孔径、細孔径分布を求めることができるため、比表面積とあわせて合成シリカの構造決定に不可欠な分析方法となります。
また、化学工業で使われる反応触媒、コピー機のトナー、電池、インクなどさまざまな化学製品にも用いられています。
シリカ シリカと吸着
シリカは、表面や細孔を利用して物質を吸着します。この吸着機能を利用して水をはじめとして、有害ガスや重金属などの有害物を吸着、最近では二酸化炭素の吸着担体としても注目されています。
なかでもシリカゲルのような固体は、吸着等温線を用いることでその細孔構造などの物性情報を得ることができます。
シリカ シリカと植物
植物とシリカは非常に密接な関係があり、トクサやイネなどは有ケイ酸植物といわれ内部にたくさんのシリカを持っています。トクサは、ケイ酸質（シリカ）を大量に含むことから古くから現代まで天然のやすりとして使用されています。また、イネは最も身近な有ケイ酸植物で、ケイ酸は（SiO2）イネの生育を良好にするためシリカゲルやシリカヒドロゲルがケイ酸質肥料として上市されています。更に、脱穀時に発生するもみ殻には、シリカが20％程度含まれていて、合成シリカを製造するための原料としてのリサイクルが進められています。なかでもEvonik社では、コジェネレーションシステムを用いたもみ殻からのケイ酸ソーダ製造システムを確立し、このケイ酸ソーダから製造した沈降性シリカが上市されていてCO2削減にも貢献しています。
シリカ シラノール基
シラノール基は化学式ではSi-OHと表され、シリカを理解する上で非常に重要な結合になります。
更に、シリカやシロキサン結合と密接な関係があります。また、シラノール基は、シリカ単体の性質にとどまらず、材料全体の性能を作用する重要な因子でもあります。通常、シラノールは弱酸性ですが、水中で塩化マグネシウム等の２価の金属塩を添加することでプロトン（H+）を放出します。このようなプロトン放出を利用して筆者は宮崎大学との共同研究を経て、より安全性の高い湿度インジケーターの開発に成功して商品化に結び付けることができました。今後は、このの知見をプロトン輸送体に展開することで、プロトンポンプ機能を利用したATP合成や、燃料電池への利用ができるものと考えております。