日本薬局方において、1mol/L水酸化ナトリウム液の調製及び標定は以下のように規定されている。この調製及び標定に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

調製

水酸化ナトリウム42gを水950mLに溶かし、これに新たに製した水酸化バリウム八水和物飽和溶液を_①沈殿がもはや生じなくなるまで滴加し、液をよく混ぜて密栓し、24時間放置した後、上澄液を傾斜するか、又はガラスろ過器(G3又はG4)を用いてろ過し、次の標定を行う。

標定

[　ア　](標準試薬)をデシケーター(減圧、シリカゲル)で約48時間乾燥し、その約1.5gを[　イ　]に量り、新たに煮沸して冷却した水25mLに溶かし、_②調製した水酸化ナトリウム液で滴定し、ファクターを計算する(指示薬法：ブロモチモールブルー試液2滴、又は電位差滴定法)。

ただし、指示薬法の滴定の終点は緑色を呈するときとする。

1. 波下線部①で生じる沈殿は、硫酸バリウムである。
2. [　ア　]に入るのは、「アミド硫酸」である。
3. [　イ　]に入るのは、「正確」である。
4. 波下線部②の操作にはメスピペットが用いられる。
5. 通例、ファクターが0.970～1.030の範囲にあるように調製する。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
水酸化ナトリウムが空気中の炭酸ガスを吸収することで、一部が炭酸ナトリウムとなります。この炭酸をバリウムで沈殿させます。従って、沈殿は炭酸バリウム（ BaCO₃）です。硫酸バリウムではありません。選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は妥当です。

選択肢 3 ですが
「約 1.5g を」とあるので、これを「正確に量る」とすると、「約」という言葉と意味が矛盾します。すなわち、「正確に量る」だとすれば、1.45g~1.54g ですが、一方、約は ± 10% なので、1.35g ~ 1.65g です。選択肢 3 は誤りです。測定の桁数を指定する「精密」が妥当であると考えられます。（99-96)。

選択肢 4 ですが
滴定なのでビュレットが妥当です。選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 は妥当です。（102-4)。

以上より、正解は 2,5 です。

前問で調製した1mol/L水酸化ナトリウム液を標定した結果、ファクターは、1.025であった。日本薬局方無水クエン酸(C₆H₈O₇：192.12、下図)適量を水50mLに溶かし、この標準液を用いて滴定した結果、滴定量は7.85mLであった(指示薬：フェノールフタレイン試液1滴)。

この時、無水クエン酸の量(mg)はいくらか。1つ選べ。

1. 4.905×10²
2. 5.03×10²
3. 5.15×10²
4. 1.51×10³
5. 1.545×10³

　解 説　　　　　

カルボキシル基 3 つが反応します。

NaOH 1mol/L、f = 1.025、7.85mL なので、中和反応に使われた OH^– は 1 × 1.025 × 7.85 × 10^-3 mol ・・・（１）です。

一方、中和反応に使われた H+ は、無水クエン酸を x mg = x × 10^-3  g あったとすれば、無水クエン酸は x × 10^-3 ÷ 192.12 mol です。１分子のクエン酸に反応するカルボキシル基が 3 つあるので、x × 10^-3 ÷ 192.12 × 3 mol ・・・（２）が、中和反応に使われた H⁺ です。（１）＝（２）が成り立ちます。

選択肢が結構シビアなので、ちゃんと計算しなければいけません。x ≒ 5.15 × 10² です。

ちなみにですが、本番では OH の H も反応するんじゃないかと考えた人もいたと思います。その場合も、計算した結果、選択肢に近い数値が見当たらないことから、カルボキシル基だけが反応するってことなのかな・・・？と、その場で推測できたのではないかと思います。

以上より、正解は 3 です。

日本薬局方において、ヒドロコルチゾンコハク酸エステル(下図)の確認試験及び純度試験は以下のように規定されている(一部省略)。この確認試験及び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。

確認試験

⑴ 本品3mgに硫酸2mLを加えるとき、液は初め帯黄緑色の蛍光を発し、徐々に橙黄色を経て暗赤色に変わる。この液は紫外線を照射するとき、強い淡緑色の蛍光を発する。この液に注意して水10mLを加えるとき、液は黄色から橙黄色に変わり、淡緑色の蛍光を発し、黄褐色綿状の浮遊物を生じる。

⑵ 略

純度試験

類縁物質

本品25mgをとり、メタノール10mLを正確に加えて溶かし、試料溶液とする。別にヒドロコルチゾン25mgをとり、メタノール10mLを正確に加えて溶かす。この液1mLを正確に量り、メタノールを加えて正確に50mLとし、標準溶液とする。

これらの液につき、薄層クロマトグラフィーにより試験を行う。試料溶液及び標準溶液3nLずつを薄層クロマトグラフィー用[　ア　](蛍光剤入り)を用いて調製した薄層板にスポットする。

次にクロロホルム/エタノール(99.5)/ギ酸混液(150：10：1)を展開溶媒として約10cm展開した後、薄層板を風乾する。

これに紫外線(主波長[　イ　]nm)を照射するとき、試料溶液から得た主スポット以外のスポットは、標準溶液から得たスポットより濃くない。

1. 確認試験は、試料中に含まれる不純物の限度あるいは量を調べる試験法である。
2. 確認試験⑴は、ステロイドの確認反応である。
3. [　ア　]に入るのは、「シリカゲル」である。
4. 純度試験では、類縁ステロイドの混在が許される限度は5%である。
5. [　イ　]に入る数値は、450である。

　解 説　　　　　

選択肢 1,4,5 を誤りと判断したい問題です。

選択肢 1 ですが
確認試験は、医薬品又は医薬品中に含有されている有効成分などを、その特性に基づき確認するための試験です。不純物の限度や量を調べる試験ではありません。選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2,3 は妥当です。

選択肢 4 ですが
薄層クロマトグラフィーで展開して、紫外線照射した時の主スポット以外のスポットが、標準溶液から得たスポットより濃くなければよい、という方法なので、標準物質における類縁物質の混在比率がわからなければ、限度を「５％」と知ることができません。しかし、UV 照射結果を、目で見て比較をする試験なのだから「許される限度」という考え方がそもそもない試験と考えられます。選択肢 4 は誤りと考えられます。

選択肢 5 ですが
450 nm は、紫外線の波長ではありません。選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 2,3 です。

日本薬局方において、ヒドロコルチゾンコハク酸エステルの定量法は以下のように規定されている(一部省略)。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。

定量法

本品及びヒドロコルチゾンコハク酸エステル標準品を乾燥し、その_①約50mgずつを精密に量り、それぞれをメタノールに溶かし、正確に50mLとする。この液5mLずつを正確に量り、それぞれに内標準溶液5mLを正確に加えた後、メタノールを加えて50mLとし、試料溶液及び標準溶液とする。

試料溶液及び標準溶液10μLにつき、次の条件で液体クロマトグラフィーにより試験を行い、内標準物質のピーク面積に対するヒドロコルチゾンコハク酸エステルのピーク面積の比Q_T及びQ_Sを求める。

ヒドロコルチゾンコハク酸エステル(C₂₅H₃₄O₈)の量(mg)＝[　ア　]

• M_S：ヒドロコルチゾンコハク酸エステル標準品の秤取量(mg)
• 内標準溶液：パラオキシ安息香酸ブチルのメタノール溶液(1→2500)

試験条件

• _②検出器：紫外吸光光度計(測定波長：254nm)
• カラム：内径4mm、長さ30cmのステンレス管に10μmの液体クロマトグラフィー用オクタデシルシリル化シリカゲルを充塡する。
• カラム温度：25℃付近の一定温度
• _③移動相：pH4.0の酢酸・酢酸ナトリウム緩衝液/アセトニトリル混液(3：2)
• 流量：ヒドロコルチゾンコハク酸エステルの保持時間が約5分になるように調整する。

システム適合性

• システムの性能：標準溶液10μLにつき、上記の条件で操作するとき、ヒドロコルチゾンコハク酸エステル、内標準物質の順に溶出し、その[　イ　]は9以上である。
• システムの再現性：略

1. 下線部①のように「約」を付けたものは、記載された量の±3%の範囲を意味する。
2. [　ア　]に入るのは、M_S×Q_T／Q_Sである。
3. 下線部②の検出に用いる光源は、タングステンランプである。
4. 下線部③の移動相中のアセトニトリルの割合を増やすと、ヒドロコルチゾンコハク酸エステルの保持時間は短くなる。
5. [　イ　]に入るのは、「理論段数」である。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
「約」とは、±10 % の範囲のことです。（102-96)。選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は妥当です。

選択肢 3 ですが
紫外部の光源は、重水素放電管です。（分析化学まとめ　紫外可視吸光度測定法）。タングステンランプは、可視部の光源として用いられます。選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は妥当です。
緩衝液はほぼ水のようなものなので、アセトニトリルの割合が増えれば、相対的に疎水性があがります。「移動相の疎水性が上昇」と読み替えます。一方、ヒドロコルチゾンコハク酸エステルは「エステル」なので疎水性です。移動相の疎水性上昇に伴い、溶けやすく、移動しやすくなるような物質です。従って、保持時間は短くなります。

選択肢 5 ですが
103-99 などで既出なので、なんとなく見覚えがあると判断できるか・・・？という選択肢です。また、理論段数について関係式（102-98等) は、復元できなくても、見たら判断できるのは基礎知識の範囲です。そこで「理論段数はたしか 5.54 ×・・・という形だったはず」 → 「９以上という、きれいな整数表現はおかしいのでは」と考えて判断するのが一つの方法です。イ に入るのは「分離度」です。選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 2,4 です。

アミノ酸は両性化合物であり、その等電点(pI)と電荷はイオン交換クロマトグラフィーや等電点電気泳動における分離挙動を決定する因子となる。下に3つのアミノ酸の構造式とpKa値を示す。

これらのアミノ酸の等電点と電荷に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

＊pK_a1はα炭素に結合しているカルボキシ基のpK_a、pK_a2はα炭素に結合しているアミノ基のpK_a、pK_Rは側鎖部分のpK_aである。

1. アミノ酸ＡのpIは、約5.98である。
2. アミノ酸ＢのpIは、約5.61である。
3. アミノ酸Ａは、pH2.33の緩衝液中では負電荷を持つ。
4. アミノ酸Ｂは、pH5.61の緩衝液中では正電荷を持つ。
5. アミノ酸Ｃは、pH3.22の緩衝液中では正電荷を持つ。

　解 説　　　　　

等電点とは、正の荷電と負の荷電が等しくなる pH のことです。原則、アミノ基 (-NH₂) とカルボキシル基（-COOH) の酸解離定数 pKa の平均が等電点です。酸性アミノ酸のように、COOH が側鎖にもある場合は、等電点が酸性に寄ります。すなわち、等電点が小さくなります。塩基性アミノ酸のように、-NH₂ が側鎖にもある場合は、等電点が塩基性に寄ります。

ちなみに、本問では必要ないのですが、生化学の基礎知識として、アミノ酸は構造から特定できる必要があります。A はロイシン、B はアルギニン、C はグルタミン酸です。

選択肢 1 は妥当です。
(2.36 + 9.60) ÷ 2 = 5.98 です。

選択肢 2 ですが
アミノ酸 B の pI は、(2.17+9.04) ÷ 2 ≒ 5.61 よりも塩基性に寄ります。従って誤りです。

選択肢 3 ですが
pH 2.33 であれば、アミノ基 が ーNH₃⁺ となっており、カルボキシル基は ーCOOH のままである「陽イオン型」が大部分と考えられます。その場合持っているのは「正電荷」です。負電荷ではありません。選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は妥当です。
等電点が塩基よりなので、それよりも pH が小さい領域、すなわち酸性領域においては、陽イオン型の方が多く、正電荷を有すると考えられます。

選択肢 5 ですが
pH が大きくなるにつれて、陽イオン型（＋１）→双生イオン型１（±０）→双生イオン型２（－１）→陰イオン型（－２）と割合が多くなります。pH 3.22 は、2.19 と 4.25 の真ん中です。ちょうど 双生イオン型１が一番多く、かつ、陽イオン型と双生イオン型２が半々ぐらいになっている、等電点付近と思われます。正電荷を持つ　とはいえません。選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 1,4 です。

血中のグルコースの定量法として、次のような酵素反応を利用した方法がある。この方法では、波長340nmの吸光度からグルコースの濃度を求める。

この方法に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 試料に入射する光と透過する光の強度をそれぞれI₀、Iとすると吸光度はlog(I₀/I)で表される。
2. 340nmの波長の電磁波は、分子の振動状態の変化を直接引き起こす。
3. 240nmから400nmまでの吸収スペクトルを測定する場合には、ガラス製のセルが用いられる。
4. 340nmの吸収は、NADPHに由来する。
5. グルコース濃度は340nmの吸光度の二乗に比例する。

　解 説　　　　　

選択肢 1 は妥当です。
吸光度は、透過度の逆数の常用対数です。透過度が、入射光を 100 とした時の、透過光の割合なので、I/I₀ です。逆数は I₀/I です。

選択肢 2 ですが
血中グルコースの主な定量法は、比色法と吸光度法です。吸光度で測定する場合は、NADP が NADPH になることで吸光度が増加することを利用します。（101-200201)。分子の振動状態の変化を直接引き起こすわけではありません。選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 ですが
セルは基本的に石英セルが用いられます。セルには他にガラス製のセルがあります。この違いは、通過できる光の波長の範囲です。石英セルは、紫外部～可視部まで、広い波長の光を通過させます。ガラスセルは、可視部の光を主に通過させ、紫外部をあまり通過させません。（分析化学まとめ　紫外可視吸光度測定法）。200~400 nm 付近は紫外部です。従って、石英セルが妥当です。選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は妥当です。

選択肢 5 ですが
A = kcl、※A：吸光度、※k：比例定数 , c：濃度 , l：層長　が成り立ちます。従って、濃度は吸光度に比例します。「吸光度の二乗に比例」ではありません。選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 1,4 です。

分子量を求める方法に関する次の記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。ただし、気体定数は8.314J・K^－1・mol^－1とし、水溶液の比重は1と近似できるものとする。

分子量は凝固点降下を利用して知ることができる。例えば、1.0% グルコース (分子量180) 水溶液の凝固点降下は、水のモル凝固点降下定数を1.86 K・kg・mol^－1とすると約 [　ア　] Kとなる。

一方、1.0% タンパク質 (分子量18,000) 水溶液の凝固点降下は約 [　イ　] Kとなり、測定が難しい。

そこで、同じく溶液の [　ウ　] 性質の一つである浸透圧を上記のタンパク質溶液について測定すると、300K において、約 [　エ　] Paとなり、タンパク質のような大きな分子の分子量も浸透圧から見積もることができる。

1. [　ア　] にあてはまる数値は、1.0 である。
2. [　イ　] にあてはまる数値は、0.001 である。
3. [　ウ　] にあてはまるのは、「均一的」である。
4. [　ウ　] の性質の一つに、蒸気圧降下がある。
5. [　エ　] にあてはまる数値は、140 である。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
1.0% グルコースを 1kg 用意すると、水 1kg に、グルコース 10g が入っています。グルコース 10g は、単位を mol に直すと、分子量が 180 なので、10/180 = 1/18 mol です。水のモル凝固点降下定数から、水 1kg に、物質によらず 1mol 溶けてたら 凝固点が 1.86K 下がる　とわかります。1/18 mol であれば、1.86/18 K 凝固点降下です。これは大体 0.1K です。明らかに 1.0 ではありません。選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は妥当です。
さきほどの計算から、分子量が 180 なら、0.1K 凝固点降下です。分子量が 18000 になれば、同じ重さで物質量が 1/100 になるので、凝固点降下も 1/100 になります。すなわち、0.1 × 1/100 = 0.001 とわかります。

選択肢 3 ですが
「束一的」です。「均一的」ではありません。選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は妥当です。
束一的性質として、具体的には、蒸気圧降下、沸点上昇、凝固点降下、浸透圧が挙げられます。（物理化学まとめ　溶液の束一性）。

選択肢 5 ですが
気体定数が与えられていることから、Π = cRT を思い出して計算します。1Pa = 1N/m²、1J = 1N・ｍ が基礎知識です。そこから、1J = 1N・m = 1Pa・m³ = 10³ Pa・L と単位変換しておきます。1/1800 (mol) × 8.314 × 10³ (Pa・L/K・mol) × 300 (K)  として数値部分を計算すると 約1400 です。140 ではありません。選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 2,4 です。

生体における化学反応は約 37℃ で進行するが、化学反応は温度の影響をうけるため熱力学パラメーターの温度依存性を知ることは重要なことである。

圧力一定条件下での温度Tと熱力学パラメータ (Δ_rG°、Δ_rH°、TΔ_rS°) の関係が図のようになる化学反応に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

ただし、Δ_rG°、Δ_rH°、Δ_rS° は、それぞれ標準反応ギブズエネルギー、標準反応エンタルピー、標準反応エントロピーを表す。

1. この化学反応は、発熱反応である。
2. 温度 T₁ での平衡定数は、温度 T₂ での平衡定数よりも小さい。
3. 温度が T₂ より高温側での平衡定数は、1より小さい。
4. 温度が T₂ より低温側では、この反応はエントロピー駆動となる。
5. 温度が T₂ よりも低温側では、反応の進む向きは反応物と生成物の初期濃度に依存しない。

　解 説　　　　　

選択肢 1 は妥当です。
発熱か吸熱かというのは、定圧過程であれば、標準反応エンタルピー Δ_rH° が負か正かという問題です。負なので、発熱です。

選択肢 2 ですが
平衡定数と来たので、ΔG = -RT lnK を思い出します。変形して、K = e^-ΔG/RT です。また、ΔG = ΔH – TΔS です。

温度 T₂ において、ΔH = TΔS になっています。従って、ΔG = 0 です。温度 T₂ の時、K = e⁰ = 1 とわかります。

一方、温度 T₁ では、TΔS の方が大きいため、ΔG は負となり、K = e^正の数 です。e^x は単調増加する関数です。従って、e^正の数 の方が大きいです。つまり、温度 T₁ の時の方が平衡定数は大きいとわかります。選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 は妥当です。
温度 T₂ の時に、平衡定数は 1 です。T がもっと大きくなると、TΔS の方が小さいため、ΔG は正です。すると、平衡定数は K = e^負の数 です。従って、１より小さくなります。

選択肢 4 ですが
温度 T₂ より低温側において ΔG が負となるのは、Δ H がある程度大きな負の値をもっているからと考えられます。従って「エンタルピー駆動」です。エントロピー駆動ではありません。選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
T₂ より低温側において、適当に K = 2 になるような温度を考えます。この時、反応物と生成物の比が１：２の状態で安定します。そうであれば、初期濃度がこれよりも反応物の方が多ければ、反応物が減る方向に反応が進行します。逆に、初期濃度において反応物の方が少なければ、反応物が増える方向に反応が進行すると考えられます。従って、初期濃度に依存します。選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 1,3 です。

呼吸鎖において 2 つの電子が移動して酸素から水が生成する反応は、次の二つの半反応 ⑴、⑵ を組み合せた酸化還元反応 ⑶ と考えることができる (E° は pH7、25℃ における標準電位)。

この反応の pH7、25℃ における標準起電力 Emf° と標準反応ギブズエネルギー Δ_rG° の値の組合せとして正しいのはどれか。1つ選べ。

ただし、ファラデー定数は 1.0×10⁵ C・mol^－1 の近似値を用いることとする。

　解 説　　　　　

(3) の式は、(1) ー (2) で作れるので、(3) 式における E° は +0.82 ー (-0.32) = 1.14 V とわかります。これにより、正解は 3 or 4 です。 

ΔG = -nFE に数値を代入して計算します。n は、電子の係数を揃えた時の係数です。本問であれば、n =２です。-2 × 1.0 × 10⁵ × 1.14 = -2.28 × 10⁵ ≒ – 230 × 10³ = – 230 k となります。

以上より、正解は 4 です。

参考　物理化学まとめ　起電力と標準自由エネルギー変化の関係

以下の図と文章は、化学吸着における単分子層形成を表すラングミュアの吸着等温式 (式1) の誘導についてのものである。文章中の [　ア　] 及び [　イ　] にあてはまる式の正しい組合せはどれか。1つ選べ。

吸着質の濃度を C、吸着媒の吸着サイトの全数を Γ^∞、吸着質が占有している吸着サイトの数を Γ とする。上図では、Γ^∞＝10、Γ＝5 の場合を示す。

吸着媒に対する吸着質の吸着過程の速度定数を k₁、脱着過程の速度定数を k_－1 とし、吸着平衡が成立していれば、吸着速度と脱着速度は等しいから、[　ア　] の関係が成り立つ。[　ア　] を変形すると、式1 が得られる。

ただし、K＝[　イ　] であり、この値は吸着質と吸着媒の親和性を表し、大きいほど親和性が高い。

　解 説　　　　　

選択肢の活用を考えます。
式１における K は、選択肢 より、k₁/k_－1 か、k_－1/k₁ です。k₁/k_－1 と仮定します。すると、式１は以下のように変形できます。

従って、正解の候補が選択肢 5 であるとわかります。

もしも K が k_-1/k₁ とすれば、先ほどの式変形における k₁ と k_-1 が交換された式になると考えられます。すると、C の係数として k_-1 が対応してしまい、選択肢の中に対応する式が見つかりません。

以上より、正解は 5 です。