日本薬局方において、L-エチルシステイン塩酸塩の純度試験は以下のように規定されている。この純度試験に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

純度試験

⑴　硫酸塩

本品0.6gをとり、試験を行う。比較液には0.005mol/L(　ア　)0.35mLを加える(0.028%以下)。

⑵　重金属

本品1.0gをとり、第1法により操作し、試験を行う。比較液には(　イ　)標準液1.0mLを加える((　ウ　)ppm以下)。

ただし、重金属試験法第1法では、医薬品各条に規定する量の試料をネスラー管にとり、水適量に溶かし、40mLとする。これに希酢酸2mL及び水を加えて50mLとし、検液とする。比較液は、医薬品各条に規定する量の(　イ　)標準液をネスラー管にとり、希酢酸2mL及び水を加えて50mLとする。

また、(　イ　)標準液1.0mL中には(　イ　)0.01mgが含まれる。

1. 硫酸塩試験法においては、検液及び比較液に、2,2ʼ-ビピリジル試液2mLずつを加えて混和し、黒色の背景を用いて混濁を比較する。
2. 重金属試験法においては、検液及び比較液に、硫化ナトリウム試液1滴ずつを加えて混和し、白色の背景を用いて液の色を比較する。
3. (　ア　)は塩化バリウムである。
4. (　イ　)は鉛である。
5. (　ウ　)に入る数値は100である。

　解 説　　　　　

ア ですが
L ー エチルシステイン「塩酸塩」の純度試験なので、「硫酸塩」が混在しているかの試験だと読み取ります。不純物として硫酸塩があれば「硫酸イオン SO₄^2-」が含まれます。そのため、比較液としては、ある程度の濃度の硫酸が妥当であると考えられます。

SO₄^2- と沈殿反応を起こして、沈殿で確認します。硫酸イオンと沈殿を形成する陽イオンの代表例といえば Ba²⁺ などのアルカリ土類金属イオンです。ちなみに、沈殿の色は「白」です。背景としては黒色が適切です。

イ ですが
重金属純度試験なので、鉛と考えられます。
参考）分析化学まとめ　日本薬局方収載の代表的な医薬品の純度試験

以上をふまえ、各選択肢について検討します。

選択肢 1 ですが
2,2′ – ビピリジル試液は、鉄やクロムと錯体を形成する試薬です。硫酸塩の純度試験に用いる試液ではないと考えられます。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は妥当な記述です。
PbS の沈殿は黒色です。白色の背景が妥当と考えられます。

選択肢 3 ですが
比較液は硫酸と考えられます。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は妥当な記述です。

選択肢 5 ですが
ウに入る数値は 10 です。

以上より、正解は 2,4 です。

酢酸亜鉛は、ウィルソン病や低亜鉛血症の治療薬として用いられているが、副作用として銅欠乏症を生じる場合がある。亜鉛化合物の定量には一般にキレート滴定法が用いられる。日本薬局方において、酸化亜鉛(ZnO：81.38)の定量法は以下のように規定されている。

この定量法に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

本品を850℃で1時間強熱し、その約0.8gを精密に量り、水2mL及び塩酸3mLに溶かし、水を加えて正確に100mLとする。

この液10mLを正確に量り、水80mLを加え、水酸化ナトリウム溶液(1→50)をわずかに_①沈殿を生じるまで加え、次に_②pH10.7のアンモニア・塩化アンモニウム緩衝液5mLを加えた後、0.05mol/Lエチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム液で滴定する(指示薬：(　ア　)0.04g)

0.05mol/Lエチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム液1mL＝(　イ　)mgZnO

1. 波下線部①の沈殿は水酸化亜鉛(Zn(OH)₂)である。
2. 波下線部②の操作は、エチレンジアミン四酢酸と金属の錯体を作りやすくするために行う。
3. (　ア　)は、クリスタルバイオレットである。
4. 滴定終点において、指示薬(　ア　)がエチレンジアミン四酢酸と結合して変色する。
5. (　イ　)に入る数値は2.035である。

　解 説　　　　　

EDTA によるキレート滴定です。

選択肢 1,2 は妥当な記述です。

選択肢 3 ですが
クリスタルバイオレットは「非水滴定」の指示薬です。ア に入るのは エリオクロムブラック T です。エリオクロムブラック T は、キレート滴定の代表的指示薬です。金属との結合型と、指示薬のみの遊離型で色が変わります。

選択肢 4 ですが
終点付近で遊離型になり色が変わります。「EDTA と結合して」ではありません。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
EDTA の特徴は、金属イオンと 1:1 で結合するという点です。これは基礎知識です。従って、0.05 mol/L EDTA 1mL = 0.05 mmol です。そして、１：１なので、対応する ZnO も 0.05 mmol です。式量 81.38 なので、0.05 × 81.38 ≒ 4 です。2.035 ではないと判断できます。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 1,2 です。

参考）分析化学まとめ　キレート滴定

フルオレセインナトリウムは、蛍光眼底造影剤として用いられている。図にフルオレセインナトリウム水溶液の励起スペクトル及び蛍光スペクトルを示す。このスペクトルを測定する際の蛍光光度法に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 図中の破線が蛍光スペクトル、実線が励起スペクトルである。
2. 横軸の波長の単位はμmである。
3. フルオレセインナトリウムの蛍光強度は、希薄溶液であれば濃度に比例する。
4. 一般に光源として、キセノンランプを用いる。
5. 温度が変化してもフルオレセインナトリウムの蛍光強度には変化がない。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
図より、点線の吸収極大波長の方が数値が小さい、つまり波長が短いです。波長が短い＝エネルギーが大きい　です。破線が「励起」スペクトルです。ちなみにストークスの法則と呼ばれます。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 ですが
波長の単位は「nm」です。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3,4 は妥当な記述です。

選択肢 5 ですが
温度により変化します。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 3,4 です。

参考　分析化学まとめ　蛍光光度法

ボルツマン分布は、異なるエネルギー準位E₁、E₂(E₁ ＜ E₂)をもつ分子の数をそれぞれN₁、N₂としたときの、熱平衡状態における両者の比(N₂/N₁)に関する情報を与える(下式参照)。ボルツマン分布に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 式中の(　Ａ　)に入る物理量は体積である。
2. 常にN₂/N₁ ＜ 1が成り立つ。
3. E₁とE₂の差が大きいほどN₂/N₁が小さくなる。
4. 温度が高いほどN₂/N₁が小さくなる。
5. N₂/N₁＝1/eとなるときの(E₂－E₁)を活性化エネルギーという。

　解 説　　　　　

選択肢 1,4 ですが
A に入るのは T (絶対温度）です。体積ではありません。よって、選択肢 1 は誤りです。

また、これにより「T が大きくなる」ほど、「e^x における指数部分が小さくなる」とわかります。つまり、T が大きいほど N₂/N₁ は「大きく」なります。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 2,3 は妥当な記述です。
E₁ < E₂ より、E₂ ー E₁ は０よりも大きい数です。ボルツマン定数 k_B、絶対温度も正なので、右辺は「e^x における指数部分が 0 より小さい式」です。従って、N₂/N₁ は e⁰ ~e-∞ の間なので、0 ~ 1 の間をとります。さらに、E₁ と E₂ の差が大きいと、E₂ ー E₁ は 大きくなります。すると、より指数部分が -∞ に近づきます。すると、左辺の値は 0 に近づくため「小さく」なります。

選択肢 5 ですが
活性化エネルギーがわかるのはアレニウスの式です。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 2,3 です。

参考）物理化学まとめ　エネルギーの量子化とボルツマン分布

ある分子Ｘ(初濃度100mmol/L)が分解して2分子のＹ(初濃度0mmol/L)が生成する反応

において、下のグラフはＸの濃度の時間変化を表す。この反応に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 横軸の時間10分でのＹの濃度は、同じ時間のＸの濃度の2倍である。
2. この分解反応は、一次反応である。
3. この分解反応の速度定数の符号は負である。
4. 同じ時間でのＸとＹの濃度変化曲線の接線の傾きの絶対値は等しい。
5. Ｘの濃度が初濃度の1/2になるまでにかかる時間は、Ｙの濃度が100mmol/Lから150mmol/Lになるまでにかかる時間と等しい。

　解 説　　　　　

グラフから、濃度が変化しても半減期が一定の 15 分であると読み取れます。

選択肢 1 ですが
10 分であれば、まだ X が 100 → 50（この時 Y が 0 → 100） になっていません。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は妥当な記述です。
濃度により半減期が変化していないからです。

選択肢 3 ですが
一次反応なので -dC/dt = kC と表すことができます。また、半減期は大体 0.7/k です。半減期が 15分と正なので、k も正と判断することができます。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 ですが
X はだんだん減っていき、Y はだんだん増えていきます。そして X → 2Y なので、増え方は Y の方が急であると考えられます。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 は妥当な記述です。
半減期は 15 分です。そして、Y が 100 → 150 になるのは、X 50 → 25 になるまでにかかる時間です。すなわち１半減期なので 15 分です。確かに等しいとわかります。

以上より、正解は 2,5 です。

0.100mol/Lリン酸二水素一ナトリウム水溶液10.00mLを0.100mol/L水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定する。この滴定に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

ただし、リン酸は三塩基酸で、pKa₁＝2.12、pKa₂＝7.21、pKa₃＝12.32であり、log₁₀2＝0.301、log₁₀3＝0.477とする。

1. 10.00mLを正確に量るために、メスピペットが用いられる。
2. 滴定前のリン酸二水素一ナトリウム水溶液のpHは約1.6である。
3. 水酸化ナトリウム水溶液を9.00mL加えたとき、滴定溶液のpHは約8.2である。
4. 水酸化ナトリウム水溶液を10.00mL加えたとき、滴定溶液のpHは約9.8である。
5. この滴定の終点(10.00mL付近)の検出には、pH指示薬としてメチルオレンジが適している。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
「メスピペット」ではなく「ホールピペット」と考えられます。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 ですが
リン酸が三塩基塩で、pKa₁ = 2.12、pKa₂ = 7.21、pKa₃ = 12.32 とあるので
H₃PO₄ ⇄ H+ + H₂PO₄
H₂PO₄ ⇄ H+ + HPO₄
HPO₄ ⇄ H+ + PO₄

と順に電離していくと考えた時
H₃PO₄ の電離度が 50% になる pH が 2.12
H₂PO₄ の電離度が 50% になる pH が 7.21
HPO₄ の電離度が 50% になる pH が 12.32　と読み取れます。

従って、滴定前は 2.12 ~ 7.21 のどこかと大雑把に評価できます。1.6 は低すぎです。よって、選択肢 2 は誤りです。

すぐに判断できるため、選択肢 5 に注目します。
選択肢 5 ですが
終点付近は相当アルカリなので、メチルオレンジは指示薬として不適当です。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 3,4 です。

以下の記述は、L-バリン(C₅H₁₁NO₂)の薄層クロマトグラフィー(TLC)に関するものである。

本品0.10gを水25mLに溶かし、試料溶液とする。試料溶液5μLをTLC用シリカゲルを用いて調製した薄層板にスポットする。次に1-ブタノール/水/酢酸(100)混液(3：1：1)を展開溶媒として約10cm展開した後、薄層板を80℃で30分間乾燥する。これに試薬(　Ａ　)のアセトン溶液(1→50)を均等に噴霧した後、80℃で5分間加熱する。

このクロマトグラフィーに関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. このクロマトグラフィーの分離モードはイオン交換である。
2. 試薬(　Ａ　)はニンヒドリンである。
3. L-バリンのスポットは黄色を呈する。
4. 試料にL-ロイシン(C₆H₁₃NO₂)が混在するとき、そのR_f値はL-バリンのR_f値より小さい。
5. この試験でL-バリンのR_f値より大きなR_f値を与える不純物は、逆相分配クロマトグラフィーにおいては保持時間が一般にL-バリンより大きくなる。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
「分離モード」とは、HPLC の「分離様式」と考えればよいです。mode：方法、様式、流儀　といった意味です。このクロマトグラフィーは、薄層にスポットし、溶媒で展開なので TLC です。分離様式としては「分配」と考えられます。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2,3 ですが
アミノ酸の確認のため「ニンヒドリン反応」が用いられます。この反応により「ルーへマン紫」ができます。黄色ではありません。よって、選択肢 2 は妥当な記述です。選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4,5 ですが
固定相のシリカゲルは「SiーOH」基がいっぱい出ています。つまり親水性が高いです。混在するロイシンは、バリンと比べて C が 1 つ多いです。「より疎水性」と読み替えます。従って、ロイシンは相対的に「固定相にくっつかない」＝「展開されやすい」と考えられます。すると Rf 値は「大きく」なります。

逆相分配クロマトグラフィーとは、移動相が 水 のような極性が高いクロマトグラフィーです。この試験で Rf 値が高い不純物とは、選択肢 4 のロイシンのように疎水性が大きい物質です。すると、移動相の極性が高くなれば「なかなか展開されない」ため、保持時間は「大きくなる」と考えられます。よって、選択肢 4 は誤りです。選択肢 5 は妥当な記述です。

以上より、正解は 2,5 です。

分子間相互作用の名称と特徴の組合せとして正しいのはどれか。2つ選べ。

• 名称：特徴

1. 分散力：無極性分子同士を含め、全ての物質の間にはたらく相互作用で、物質の分極率が大きいほど強くなる。
2. 水素結合：電気陰性度の大きな原子に結合した水素原子と、別の電気陰性度の大きな原子間で形成される相互作用で、共有結合と同程度の相互作用エネルギーを示す。
3. 疎水性相互作用：水中における疎水性分子同士の発熱的な相互作用で、相互作用エネルギーは分子間距離の6乗に反比例する。
4. 静電的相互作用：イオン間の相互作用で、その相互作用エネルギーはイオン間距離の2乗に反比例し、媒体の誘電率に比例する。
5. 電荷移動相互作用：電子供与体と電子受容体の間の相互作用であり、ヨウ素(I₂)-デンプン反応で青紫色に着色する要因となる。

　解 説　　　　　

選択肢 1 は妥当な記述です。

選択肢 2 ですが
前半部分は妥当です。後半部分「共有結合と同程度」ではありません。そこまで大きい相互作用エネルギーはありません。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 ですが
分子間距離の６乗に反比例するのは「分散力（＝ロンドン力）」です。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 ですが
静電的相互作用は、クーロン力とも呼ばれます。イオン間に作用する力である「クーロン力」は分子間距離の２乗に反比例するのですが、「相互作用エネルギー（ポテンシャルエネルギー）」は分子間距離に反比例します。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 は妥当な記述です。

類題　100-91
参考）物理化学まとめ　分子間相互作用

放射線と物質の相互作用に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. ガイガー・ミュラー(GM)計数管は、アルゴンなどの不活性気体が放射線により電離することを利用して放射線を検出する。
2. γ線は光電効果を示すが、コンプトン散乱は示さない。
3. α線の電離作用の強さは、線源からの距離に反比例する。
4. β^－線が原子核近傍を通過するときエネルギーの損失が起こり、そのエネルギーに見合ったX線が放射されることがある。
5. 金属銀に放射線が作用すると、金属銀が酸化されて銀イオンになる。

　解 説　　　　　

選択肢 1 は妥当な記述です。

選択肢 2 ですが
γ 線と物質との相互作用は大きく３つに分類されます。すなわち、光電効果、コンプトン効果（コンプトン散乱）、電子対生成です。コンプトン散乱を示すため、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 ですが
放射線の強さは一般に、線源からの「距離の二乗」に反比例です。距離に反比例ではありません。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は妥当な記述です。
「制動放射」についての記述です。

選択肢 5 ですが
銀イオンが放射線により還元されて（電子を受け取って）像を生じる潜像が知られています。選択肢 5 は誤りと考えられます。

以上より、正解は 1,4 です。

参考　物理化学まとめ　電離放射線の種類、物質との相互作用

生体における膜電位の原理を理解するためには、濃淡電池の作動原理を知ることが必要である。電解質として用いる硫酸亜鉛の濃度のみが異なる2つの亜鉛半電池を塩橋でつないだ化学電池の模式図を以下に示す。

標準圧力下、298Kにおいて半電池Ｒの硫酸亜鉛の初濃度を0.1mol/L、半電池Ｌの硫酸亜鉛の初濃度をc₁mol/Lとする。

なお、亜鉛半電池の反応は次式で表される(E°は標準電位を表す)。

また、硫酸亜鉛は水中では完全に電離し、その活量は濃度に等しいとする。この場合の亜鉛半電池の電極電位E(単位V)は温度298Kでは次式で表される。

この化学電池に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. この電池はダニエル電池である。
2. c₁＝0.01のとき、半電池Ｌがアノード(負極)となる。
3. この電池の標準起電力は0Vである。
4. 半電池Ｌと半電池Ｒの硫酸亜鉛濃度が等しくなった状態の起電力は－0.76Vである。
5. c₁＝0.01のとき、この電池の起電力は約＋0.059Vである。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
ダニエル電池は、Zn と Cu が用いられます。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は妥当な記述です。
濃淡電池では、濃度が濃い方が正極です。

選択肢 3 は妥当な記述です。
各半電池に注目した時、極板が同じなので E⁰ も等しいです。従って、それぞれの半電池の標準電位に違いがないため、全体を見た時、電位の差が０です。つまり、標準起電力は ０V です。

選択肢 4 ですが
濃度も等しいのであれば、どちらの電位も等しいため、起電力は 0V です。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
まず、半電池 R について、与えられた式より電極電位を計算します。濃度が 0.1 mol/L なので、濃度の所に 0.1 = 10^-1 を代入します。

E = E⁰ + 0.059/2 × log10[10^-1] 
= E⁰ ー 0.059/2　です。

一方、半電池 L について、同様に計算します。C₁ = 0.01 ＝ 10^-2 です。

E = E⁰ + 0.059/2 × log10[10^-2] 
= E⁰ ー 0.059　です。

差をとれば 0.059/2 です。0.059 ではありません。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 2,3 です。

参考）物理化学まとめ　濃淡電池