ICP-OESとICP-MSの違いは？用途別の選び方と最新機種を徹底比較

元素分析は、環境科学、食品・農業、医薬品、材料工学、半導体産業など、幅広い分野で不可欠な技術です。特に、誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma、 ICP）を利用した分析手法は、その高感度・高精度な測定能力から、多くの研究機関や企業で重要な分析手法として活用されています。ICPを用いた代表的な分析手法には、ICP-OES（発光分光分析）とICP-MS（質量分析）の2種類がありますが、適切な手法を選択することで、分析の精度・効率を大きく向上させられます。

しかし実際のところ「ICP-OESとICP-MSのどちらを選ぶべきか？」という疑問は、多くの分析担当者が抱える課題です。そこで本記事では、ICP-OESとICP-MSの基本原理、用途別の選び方、主要メーカーの最新モデル比較、導入時のポイントを詳細に解説し、最適な分析機器を選択できるようサポートします。

分析計測ジャーナルでは、ICP-OES及びICP-MSに関するご相談を受け付けております。お気軽にお問い合わせください。

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ICP-OESとICP-MSの基本原理と特徴

ICP-OESとICP-MSはどちらも誘導結合プラズマ（ICP）を使用した元素分析技術ですが、測定原理や感度、適用分野が大きく異なります。この章では、それぞれの技術的な仕組みと特徴を詳しく解説していきます。

ICP-OESの基本原理

ICP-OES（Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry）は、高温プラズマ（6000～10000K）を利用して試料中の元素を励起し、その発光スペクトルを測定して定量分析を行う手法です。

ICP-OESの測定フロー

1.試料導入
液体試料をネブライザーで微細なエアロゾルに変換し、キャリアガス（アルゴン）とともにプラズマへ導入。

2.励起と発光
プラズマ内の高エネルギーによって試料中の元素が励起され、基底状態へ戻る際に特有の波長の光を放出。

3.分光・検出
発光スペクトルを分光器で波長ごとに分離し、特定元素の光強度を測定。

4.定量解析
得られた発光強度を基に、標準試料との比較から元素濃度を算出。

ICP-OESの特長

ICP-OESのメリットをまとめました。

• 広い定量範囲をカバー（ppm～ppbレベルの濃度範囲）
• ICP-MSよりも低コスト（初期費用・ランニングコストが比較的安価）
• サンプルマトリックスの影響を受けにくい（塩基性試料・酸性試料にも適応）

ICP-OESの用途

ICP-OESは環境分析（水質・土壌・大気中の重金属分析）・食品・農業分析（ミネラル・重金属の定量）・金属・材料分析（合金や鉱石の組成評価）といった分野で利用されています。

ICP-MSの基本原理

ICP-MS（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry）は、高温プラズマを利用して試料をイオン化し、それらのイオンを質量分析計（MS）で分離・検出する手法です。

ICP-MSの測定フロー

1.試料導入
液体試料をネブライザーでエアロゾル化し、プラズマへ導入。

2.イオン化
高温プラズマにより、試料が完全にイオン化。

3.イオン抽出
イオンはサンプルコーン・スキマーコーンを通過し、真空中へ導入。

4.質量分離
四重極・磁場型・飛行時間型（TOF）などの質量分析計を用いて、質量電荷比（m/z）を分離。

5.検出・定量
特定のm/zを持つイオンの強度を測定し、元素濃度を算出。

ICP-MSの特長

ICP-MSは、以下の点において優れています。

• pptレベルの超微量分析が可能（ICP-OESの約1000倍の感度）
• アイソトープ比分析が可能（環境トレーサビリティ・核分析・医薬品研究に活用）
• 干渉除去技術を搭載（コリジョンセル・リアクションセルを活用し、高精度な測定が可能）

ICP-MSの用途

ICP-MSは医薬品分析（不純物管理、ICH Q3D規制対応）・半導体・材料分析（高純度シリコン・電子材料の微量元素測定）・放射性物質・環境トレーサビリティ研究（アイソトープ比測定）といった分野で活躍しています。

ICP-OESとICP-MSの比較

ここまでの内容を表にまとめました。コスト面を考えるとICP-OES、感度の高さを考えるならICP-MSの方が優れています。

ICP-OESとICP-MSの用途別の選び方

ICP-OESとICP-MSはそれぞれ異なる特性を持ち、分析目的や試料の特性に応じて適切な機器を選択することが重要です。以下では、環境分析、食品・農業分野、医薬品・バイオ分析、半導体・材料分析といった代表的な用途ごとに、どちらの装置が適しているかを詳しく解説します。

環境分析（水質・土壌）

環境分析では、水質や土壌の金属含有量を測定し規制値を超えていないかを監視します。特に河川水・地下水・工業排水の重金属汚染調査では、広範な元素を迅速に測定できるICP-OESが大活躍です。一方、飲料水など厳格な規制値が適用される試料では、pptレベルの超微量分析が可能なICP-MSの使用が推奨されます。

食品・農業分野

食品や農業分野では、ミネラル含有量の評価や食品中の重金属管理が求められます。用途に応じて、栄養成分の測定にはICP-OES、食品安全基準に基づく重金属管理にはICP-MSが使用されることが一般的です。

医薬品・バイオ分析

医薬品業界では、製剤や原材料に含まれる金属不純物の厳格な管理が求められ、国際医薬品規制調和会議（ICH）Q3Dガイドラインに基づいた分析が必要です。用途によって、ppmレベルの品質管理にはICP-OES、超微量レベルの金属不純物測定にはICP-MSが使われます。

半導体・材料分析

半導体産業では製造工程で使用される材料中の金属不純物を極微量レベルで管理する必要があり、ppt以下の超微量分析が可能なICP-MSが不可欠です。一方で、金属材料の組成分析では、ICP-OESが広く活用されています。

このように、各分野で求められる分析精度や対象元素に応じて、ICP-OESとICP-MSが使い分けられています。コストや測定精度、運用のしやすさを考慮し、最適な分析手法を選びましょう。

各メーカーの最新機種比較

ICP-OESやICP-MSを提供するメーカーは複数あり、それぞれの装置には独自の技術が採用されています。装置を選定する際には、メーカーごとの特徴を理解し、用途に応じた適切なモデルを選ぶことが重要です。

各メーカーの最新機種と特徴をまとめました。

ここからは、メーカーごとの強みや最新機種の特長を詳しく解説していきます。

Shimadzu（島津製作所）

Shimadzu（島津製作所）は、日本国内でのサポート体制が充実している点が大きな強みです。ICP-OESの最新機種「ICPE-9800」は、高精度なスペクトル補正機能を搭載しており、環境分析や工業材料分析において優れた測定性能を発揮します。冷却水不要のプラズマ発生装置を搭載した省エネルギー設計が特徴です。高精度なスペクトル補正機能により、マトリックス干渉を最小限に抑えます。

また、ICP-MSの「ICPMS-2040/2050」は、高感度と環境性能を両立した最新モデルです。最大の特徴はミニトーチシステムで、アルゴンガスの消費量を従来の約1/3に削減しながら、感度を約2倍に向上。さらに99.95%の低純度アルゴンにも対応し、ランニングコストを大きく抑えます。

分析性能では、新開発のコリジョン・リアクションセルを搭載し、スペクトル干渉や二価イオンの影響を効果的に除去。高分解能モードやハーフマス補正機能も備え、安定した高精度測定を実現します。

操作性・効率面では、先行リンスや拡張リンス、高速ガス切替、溶液切替バルブ（オプション）によって測定時間を短縮し、無人運転も可能に。プリセットメソッドやわかりやすい専用ソフトウェア「LabSolutions ICPMS」を搭載しており、初心者でもスムーズに操作できます。

Agilent Technologies

Agilent Technologiesは、特にICP-MS分野において世界的に高いシェアを誇るメーカーです。ヘリウムコリジョンセル技術を搭載したICP-MSは、干渉を最小限に抑えた高精度な分析で、環境分析・食品検査・医薬品品質管理の分野で幅広く活用されています。操作性に優れた「MassHunter」ソフトウェアを採用しており、初心者でも扱いやすい設計が特徴です。

Agilent 8900 QQQ ICP-MSは、トリプル四重極（QQQ）技術を搭載し、超精密なアイソトープ分析が可能です。放射線管理や製薬業界での厳格な分析に適しています。ICP-OESについては、現行モデルの5800/5900ICP-OESはデュアルビュー技術を採用しており、高感度測定と広濃度範囲の分析を両立。そのため、環境試料や食品、医薬品について正確かつ迅速な測定ができます。

Thermo Fisher Scientific

Thermo Fisher Scientificは、質量分析技術に強みを持つメーカーであり、特に高分解能ICP-MS（HR-ICP-MS）においてトップレベルの技術を有しています。ELEMENTシリーズの磁場型ICP-MSは、半導体業界での超微量元素分析に標準的に採用されており、ppt以下の超高感度測定にも役立ちます。

また、ICP-OESについても、高分解能光学系を搭載した「iCAP PROシリーズ」を展開しており、ppmレベルからppbレベルの微量分析に対応。堅牢な装置設計と直感的な操作ソフトウェアにより、ルーチン分析から高度な研究用途まで幅広く対応できる点が強みです。

PerkinElmer

PerkinElmerは、低ランニングコスト設計に優れたメーカーであり、ICP-OESのガス消費量を大幅に削減したモデルを展開。特に「Avio 550/560 ICP-OES」は、アルゴンガスの消費量を従来機の約半分に抑えているため、運用コストの削減に大きく貢献します。

また、ICP-MSにおいては「NexIONシリーズ」が、独自のトリプルコリジョンリアクションセル技術を搭載し、高精度な微量元素分析を実現しました。食品・医薬品分野においては、ICP-MSの測定精度が求められる場面が多いですが、精密に対応します。

Horiba（堀場製作所）

Horiba（堀場製作所）は、材料・金属分析に強みを持つメーカーであり、ナノ材料や半導体の元素分析向けに高精度なICP装置を展開しています。現在ICP-MSの展開はありませんが、最新のICP-OES「Ultima Expert」は、高分解能の分光器を搭載し、スペクトル干渉を低減することで、複雑なマトリックス試料にも対応できる設計です。

Hitachi High-Tech（日立ハイテク）

Hitachi High-Tech（日立ハイテク）は、高感度な測定と操作性の高さを兼ね備え、環境・食品・医薬品・半導体分野での利用に適した製品を数多く販売。特に、日本国内での技術サポートが充実しており、導入後の運用サポートの手厚さが強みです。

高分解能が特徴のICP-OESであるPS3500DDIIシリーズは、従来機の高スループット性はそのままに、食品や環境試料に含まれる微量金属を正確に測定。コリジョンセルやリアクションセルを搭載し、多原子イオン干渉を低減することで、ヒ素（As）、鉛（Pb）、カドミウム（Cd）などの元素を正確に分析します。また、省スペース設計とアルゴン消費量を抑えたコスト削減にも力を入れています。

さらに、直感的な操作インターフェースを採用し、初心者でも扱いやすい設計になっているのも特徴です。自動チューニング機能やデータ処理の最適化機能を備え、測定精度の向上と省力化を実現しています。

一方ICP-MSは、Li~Uまでの全元素の同位体を同時に検出するTOF-ICP-MS Vitesseや、地球科学から考古学、法医学などさまざまな分野で活躍するマルチコレクターICP-MS Plasma 3など、精密かつ効率的な測定が特徴です。

ICP-OES・ICP-MS導入のポイント

画像出典：SPECTRO公式サイト

ICP-OESやICP-MSは高精度な元素分析ができる装置です。しかし導入時には本体価格だけでなく、運用コストやメンテナンスのしやすさ、設置環境、データ管理の要件など、考慮するポイントがたくさんあります。特に長期的な使用を見据えた際のコストや拡張性、メーカーのサポート体制も重要な選定基準です。そこで、導入前に検討すべき主要なポイントについて、具体的な事例を交えて解説していきます。

ランニングコストと運用管理

ICP-OESやICP-MSを選定する際に忘れてはならないのが、ランニングコストです。特に、アルゴンガスの消費量や消耗品のコスト、装置の定期的なメンテナンスが、運用全体のコストに大きく影響を及ぼします。

ICP-OESは一般的に1分間に約8～15リットルのアルゴンガスを消費しますが、ICP-MSでは約15～20リットルの消費が必要となるため、ガス代はかなり高額です。そのため、省エネ設計が施されたモデルを選択すると、長期的な運用コストを削減できます。例えば、PerkinElmerの「Avio 500 ICP-OES」は従来機と比較して約50％のガス消費量削減を実現しており、コスト削減に貢献するモデルとして評価されています。

また、ICP装置は消耗品の交換が定期的に必要です。ネブライザー、スプレーチャンバー、ICPトーチ、イオンレンズ（ICP-MSのみ）などが摩耗しやすく、特にICP-MSでは真空ポンプオイルの交換も考えないといけません。消耗品の耐久性が高く、交換作業が容易なモデルを選択することで、メンテナンスの手間を最小限に抑えられます。

操作性とデータ管理の重要性

ICP-OESやICP-MSは高性能な分析装置ですが、日常業務での運用を考えると、使いやすさも重要な選定ポイントです。特に、初心者や経験の少ない技術者が扱う場合には、直感的な操作が可能なインターフェースを備えた装置が求められます。

Agilent TechnologiesのICP-MSでは、「MassHunter」というソフトウェアを採用しており、測定からデータ解析まで一元的に管理できます。分析条件の自動最適化機能も搭載されているため、測定の再現性が向上し、ミスを減らすのに役立つでしょう。また、Thermo Fisher Scientificの「iCAP PROシリーズ」は、シンプルな使い心地を備えており、経験の浅い技術者でも操作できるように設計されています。

さらに、データ管理の観点からも「21 CFR Part 11」（FDAの電子記録・電子署名規制）に対応しているかどうかを確認することが重要です。特に医薬品業界では、GMP/GLP（適正製造・適正試験基準）に準拠するため、測定データの完全性が保証されていることが求められます。自動バックアップ機能や変更履歴の記録機能を備えたシステムであれば、データのトレーサビリティを確保し、監査時の対応もスムーズです。

設置環境と運用条件の確認

ICP-OESやICP-MSは高温プラズマを利用するため、設置環境の確認も重要な要素のひとつです。特に、装置のサイズや必要な付属設備、室温や湿度管理など、導入前に検討すべき点がいくつかあります。

ICP-MSは真空ポンプを必要とするため、ICP-OESと比較して設置スペースが大きくなります。また、アルゴンボンベを安定して供給するためのスペースも確保する必要があります。さらに、ICP-MSの分析精度は外部環境の影響を受けやすいため、振動やノイズの影響を受けにくい場所での設置がおすすめです。クリーンルーム環境に導入する場合は、排気ダクトの設置や温湿度管理も忘れないようにしましょう。

メーカーのサポート体制とメンテナンス

ICP装置は導入後のメンテナンスやトラブル対応が必須の機器であるため、メーカーのサポート体制を事前に確認することが大切です。装置の安定稼働を維持するためには、定期メンテナンス契約の有無や、故障時のオンサイト修理が迅速に行えるかどうかも重要なポイントとなります。

Shimadzu（島津製作所）やAgilent Technologiesは、日本国内に充実したサポートネットワークを持ち、技術者向けのトレーニングプログラムや定期メンテナンス契約といったサービスに定評があります。特に、ICP装置の使用経験が少ない企業や研究機関では、メーカーが提供するトレーニングを受講すると、装置の適切な運用方法を学べるので、安定した分析結果を得るために役立つでしょう。

また、装置の長期的な運用を考えた際には、消耗品の供給やソフトウェアのアップデート対応の有無の確認が重要です。たとえば後継機種との互換性が高いモデルであれば、最新の技術を取り入れながら、長期にわたって運用しやすくなります。

長期的な投資としての選択を

ICP装置は高額な設備投資となるため、短期間での買い替えが難しい点を考慮し、長期的な視点で選定する必要があります。特に、将来的に分析対象の元素数が増加する可能性がある場合は、オプションの追加が可能なモデルを選ぶことで、装置の寿命を最大限に延ばせるでしょう。

例えば、オートサンプラーや固体試料測定アタッチメントが利用できるモデルであれば、将来的に分析の種類が増えても対応しやすくなります。さらに、導入時のコストだけでなく、維持費や業務効率の向上を試算し、総合的な投資対効果（ROI）の評価も忘れずに。分析スループットが向上すれば、試料処理の時間短縮につながり、結果的に人件費削減の効果が得られる場合もあります。機器の導入前に、装置の長期的な運用計画を立て、必要なスペックとコストのバランスを慎重に検討することが選定成功のポイントです。

まとめ

ICP-OESとICP-MSは、それぞれ異なる特性を持ち、用途や求められる分析精度によって適切な機器は変わってきます。

ICP-OESの特長は次のようにまとめられます。

• 環境試料や食品、工業材料の分析に適している
• コスト面でも導入しやすい

一方、ICP-MSの特長は高性能な分析能力がポイントです。

• pptレベルの超微量分析やアイソトープ比測定が可能
• 医薬品、半導体、環境トレーサビリティなどの高度な分析に最適

導入に際しては、測定対象や必要な感度だけでなく、ランニングコスト、メンテナンスのしやすさ、データ管理の要件、メーカーのサポート体制などを総合的に検討するとよいでしょう。また、長期的な視点で投資対効果を考え、拡張性や運用の効率性のチェックも大切です。

分析計測ジャーナルでは、ICP-OES及びICP-MSに関するご相談を受け付けております。お気軽にお問い合わせください。

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ライター名：西村浩
プロフィール：食品メーカーで品質管理を10年以上担当し、HPLC・原子吸光光度計など、さまざまな分析機器を活用した試験業務に従事。現場で培った知識を活かし、分析機器の使い方やトラブル対応、試験手順の最適化など執筆中。品質管理や試験業務に携わる方の課題解決をサポートできるよう努めていきます。

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