# Fileset

[SPM_terminology_and_data_format_r2.doc](https://mdr.nims.go.jp/filesets/ccc137fe-7507-4f71-9d22-489e6579f965/download)

## Creator

[Keiko ONISHI](https://orcid.org/0000-0003-3979-8905)

## Rights

©公益社団法人 日本表面真空学会[In Copyright](http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/)

## Other metadata

[International Standardization of Terminology, Sample Handling and Data Transfer Format for Scanning Probe Microscopy](https://mdr.nims.go.jp/datasets/cd8e77ec-d42c-4ae7-932c-25d1a7b0fd5e)

## Fulltext

表面テンプレートXXXVacuum and Surface Science 第XX巻　第XX号（2017）【ここには印刷段階で著者名が入ります。】XXXVacuum and Surface Science Vol. XX, No. XX, pp. XXX-XXX, 20XX*E-mail: ONISHI.Keiko@nims.go.jp特集「XXXXX」走査型プローブ顕微鏡分野における用語，試料の取扱い及びデータ転送フォーマットに関する国際標準化大西 桂子1*1物質・材料研究機構技術開発・共用部門　〒305 - 0047 茨城県つくば市千現 1-2-1（20XX年XX月XX日受付；20XX年XX月XX日掲載決定）International standardization of terminology, sample handling and data transfer format for scanning probe microscopyKeiko Onishi1*1National Institute for Materials Science, 1-2-1, Sengen, Tsukuba, Ibaraki 305-0047（Received XXX XX, 20XX ; Accepted XXX XX, 20XX）　　The current status and future prospects of international standardization of terminology, sample handling and data formats in international standardization on SPM are presented. As these standards are the basis for all standards on SPM, they were developed as a priority when ISO/TC 201 and ISO/TC 201/SC 9 were established, so many of them are old and need to be revised in line with the times. The terminology and sample handling have been gradually revised in line with new analytical methods, etc. However, regarding data formats, the rapid pace of technological progress requires data formats based on new concepts and various proposals have been made. The standardization and dissemination of data formats that meet the needs of different users, such as analysts, purchasers of surface analysis services and data scientists, is highly anticipated.KEYWORDS: scanning probe microscopy, international standardization, terminology, sample handing, data management1.　はじめに国際標準化機構（International Organization for Standardization, ISO）は，電気・電子及び電気通信以外のあらゆる分野の国際規格の作成を行う国際標準化機関であり，各国の代表標準化機関から構成されている。国際規格は，専門委員会（technical committee, TC）／分科委員会（subcommittee, SC）を構成する世界中の専門家によって開発され，あらゆる利害関係者から寄せられたコメントによるコンセンサスに基づいて開発される仕組みである。 走査型プローブ顕微鏡（scanning probe microscopy, SPM）はISO/ TC 201（表面化学分析）で扱われており，SPMに関する規格のうち，装置の仕様，校正，分析方法等については，ISO/ TC 201/SC 9（走査型プローブ顕微鏡）で開発されるが，用語についてはISO/ TC 201/SC 1，一般的手順についてはISO/ TC 201/SC 2，データ管理及びデータ処理についてはISO/ TC 201/SC 3で，SC 9との協力をとりつつ，それぞれ開発することになっている1)。国内では，一般社団法人表面化学分析技術国際標準化委員会（JSCA） がISO/TC 201の国内審議委員会として日本産業標準調査会（JISC）より業務委託されており，SC 9についてはJSCA SPM-WGが，SC 1，SC 2及びSC 3についてはJSCA共通問題WGが国内審議委員会として国内の意見の取りまとめを行っている。これらのWGには，分析機器メーカー，分析受託会社，国立研究所などから様々な立場の専門家が委員として参加している。表面化学分析に関する国際標準化は，ISOにTC 201が設置される1991年よりも前に，1982年のベルサイユサミットで開始された先進材料のプレ標準化研究活動国際協力プロジェクトであるVAMAS（Versailles Project on Advanced Materials and Standards）の技術作業部会（technical working area, TWA）のうちTWA 2 としての活動から始まり，この活動がISO/TC 201の設立につながった。ISO/TC 201の幹事国は設立当初から日本が務めており，議長についても1999年以降はすべて日本の委員が務めている2)。なお，VAMAS国内対応委員会は国立研究開発法人物質・材料研究機構（National Institute for Materials Science, NIMS）が取りまとめを行っており，国内のVAMAS活動の把握に努めている。VAMAS活動への参加に興味のある方は，VAMAS国内対応委員会事務局まで是非ご連絡いただきたい3)。2.　用語の国際標準化2.1　表面化学分析用語の国際標準化1997年に，表面化学分析で用いる主な用語とその定義を規定する国際規格開発の提案が承認され，2001年にISO 18115:2001として発行された。この規格では，表面分析法の名称14個及び表面分析法に関する用語326個の合計340個の用語が定義されている。この国際規格は，2004年にJIS K 0147:2004として技術的内容を変更せずにJSCAの委員を中心とした原案作成委員会により日本産業規格（JIS）化されている。この規格は用語とその定義を規定するものであるため，技術的に誤りのないように翻訳するだけでなく，用語自体の日本語を決定することが実用上重要であるため，特に慎重な翻訳を必要とした。ISO 18115は，2006年及び2007年に追補が発行されたのち，定期見直しで一般的な用語及び分光法に関する用語とSPMに関する用語とを分割して開発することが決定した。一般的な用語及び分光法に関する用語に関しては，2007年から2010年にかけて開発され，ISO 18115-1:2010として発行された。ISO 18115-1:2010は，2013年に追補が発行されたのち，改定第2版がISO 18115-1:2013として，改定第3版がISO 18115-1:2023として発行されている。2023年版では，分析手法や技術分野ごとに箇条を分割して，利用しやすくメンテナンスもしやすいような構成に変更され，アトムプローブトモグラフィーや多変量解析に関する用語など新しい分野の用語を含めた639個の用語が定義されている。ISO 18115-1:2010のJSCAの委員を中心とした原案作成委員会によるJIS化作業中にISO 18115-1:2013が発行されたため，ISO 18115-1:2013対応国際規格とすることに変更して2017年にJIS K 0147-1:2017としてJIS化された。一般的な規格に比べて分量（ページ数）が多いこと，用語の日本語訳の決定が難しいこと，途中で対応国際規格が改正されたことなどにより，原案作成開始から原案提出まで3年，発行までは合計5年を要した。 ISO 18115-1:2023への改定に対応したJISの改正も計画中である。近年では，2022年に光学的界面分析（顕微ラマン分光法，蛍光顕微鏡法，エリプソメトリー，表面プラズモン共鳴法等の光を用いた表界面分析法）に関する用語についてISO 18115-3:2022が発行されており，221個の用語が定義されている。これについてもJIS化計画中である。用語の定義は他の標準・規格の基礎となるものであり，日本語としての用語（訳語）を標準化することも重要であることから，JSCAでは，優先的に用語の国際規格をJIS化する方針としている。ただし，日本語訳に揺れや分野によって異なることなどがあるため，慎重な翻訳が求められるとともに，現に使用されている用語が複数ある場合などは，いくつかの訳語を並記して許容するJISとすることもある。したがって，対応国際規格が改正された場合はもちろんのこと，定期的に日本語としての用語を見直していくことが重要である。2.2　SPM用語の国際標準化SPMに関する用語については，ISO 18115-1の開発と並行して2007年から2010年にかけて開発され，227個の用語を定義したISO 18115-2:2010として発行された4)。このISO 18115-2:2010は，2013年に追補が発行されたのち，同年2013年に，様々なSPMの測定モード，接触力学に関する用語，SPMで使用する用語及びそれらの補助的な用語の合計275個の用語を定義したISO 18115-2:2013として改定第2版が発行された。さらに，軽微な英語の修正のみの改定第3版がISO 18115-2:2021として発行されている。ISO 18115-2:2013は，2017年にJIS K 0147-2:2017として技術的内容を変更せずにJSCA SPM-WGの委員を中心とした原案作成委員会によりJIS化されている。ISO 18115-1と同様に，途中対応国際規格の改定を挟んでおり，発行までには合計5年を要した。ISO 18115-2:2021の改正は英語表記修正のみで日本語によるJIS規格には影響しないため，JISは改正しないこととしている。SPMは新たな計測モードやプローブの実用化が進んでいる分野であり，ISO 18115-2についても，それに対応した改正が求められている。3.　試料の取扱いの国際標準化3.1　表面化学分析用の試料の取扱いの国際標準化　1997年に，表面化学分析全般を対象として，分析のための試料準備と取付けに関する指針を規定する国際規格開発の提案が承認され5, 6)，2005年にISO 18116:2005が発行された。この国際規格は，2017年にJIS K 0154:2017として技術的内容を変更せずにJSCAの委員を中心とした原案作成委員会によりJIS化されている。 2005年から2009年にかけて，やはり表面化学分析全般を対象として，分析前の試料の取扱いを規定した国際規格ISO 18117:2009が開発された。この規格は，表面化学分析を依頼しようとしている試料の持ち主が，分析の依頼をする以前に試料を取り扱う際に注意すべき事項が記載されており，現在JIS K 0184（仮）としてJSCAの委員を中心とした原案作成委員会により技術的内容を変更せずにJISとする作業を行っているところである。　3.2　試料の取扱いの国際標準のこれから　上記ふたつの規格は分析手法や試料の種類を限定していないため，SPMで計測・分析するための試料も対象である。しかしながら，主にオージェ電子分光法，光電子分光法，二次イオン質量分析法を念頭に書かれており，SPMに特有の注意事項は記載されていない。また，これらの規格はISO 20579シリーズとして再編が予定されている。既に先行して，生体試料（生体内に入れて使用する材料，バイオマテリアル）を対象としたISO 20579-3:2021及びナノ物質を対象とするISO 20579-4:2018が発行されている。利用者の利便性のためには，SPMに特有の試料の取扱いに関する注意事項についても，今後規格に取り入れていく必要があるだろう。4.　データ転送フォーマットの国際標準化4.1　表面化学分析データ転送フォーマットの国際標準化　表面化学分析装置はコンピュータによって制御されており，測定データの処理や出力もコンピュータによって行われる。ほとんどの装置ではデフォルトのデータ形式は装置メーカー独自のバイナリ形式であり，どのようにデータが格納されているか公表されていないことが多いため，装置付属のソフトウェアで与えられているデータ処理は可能であるが，自身のコンピュータで独自のデータ処理をしたり他のメーカーの装置で測定したデータと比較したりすることが困難である。コンピュータ間でデータ転送するための標準的なフォーマットがあれば，上記の困難が解消される。そこで，VAMAS TWA 2 のプロジェクトで提案されたのちに，1994年から1998年にかけて，表面化学分析データのコンピュータ間で転送するためのフォーマットを規定した国際規格ISO 14976:1998が開発された。この国際規格は，オージェ電子分光法，光電子分光法及び二次イオン質量分析法を中心とした11の表面化学分析手法のデータを想定しており，異なるアーキテクチャーのコンピュータ及び人間が可読であるASCIIコードでのテキスト形式による転送フォーマットとして規定している。この規格は，2000年にJIS K 0141:2000として技術的内容を変更せずにJSCAの委員を中心とした原案作成委員会によりJIS化されている。さらに，ISO 14976 （JIS K 0141） を補完するための規格として，オージェ電子分光法と光電子分光法に関してはISO 14975:2000 （JIS K 0142:2000） が，スタティック二次イオン質量分析法に関してはISO 22048:2004 （JIS K 0168:2011） が発行されている。また，スペクトルデータ処理用のソフトウェアCommon Data Processing System（COMPRO）は，ISO 14976形式のデータの読み込みだけでなくCSV形式等からISO 14976形式に変換して読み込こむことができ，一般社団法人表面分析研究会により一般公開されている7)。このプログラムは，もともと日本でのVAMAS活動において，異なる装置から得られたスペクトルデータをISO 14976に基づくデータ形式に変換して比較する必要性から開発されたものである。4.2　SPMデータ転送フォーマットの国際標準化　ISO 14976は分光法を中心とした11の分析手法（モード）に対応しているが，対応していない手法や実験モードもあるため，2004年から，ISO/TC 201/SC 3内に設置されたスタディグループ（study group, SG）においてISO 14976を拡張すべき分析手法が検討されてきた。その中でSPMがニーズとして取り上げられ，日本提案によりNIMSの藤田大介をプロジェクトリーダーとして2006年に開発が開始された。SPMデータのコンピュータ間で転送するためのフォーマットを規定した国際規格ISO 28600:2011はISO 14976を基にしており，2011年に発行された。このフォーマットは，走査型トンネル顕微鏡（STM），原子間力顕微鏡（AFM），及び試料表面を走査するプローブを使用する関連表面分析法などの総称であるSPMで得られるデータを対象としており，Fig.1に示すように，128行のヘッダと，それに続くデータブロックにより構成されている。やはりASCIIコードでのテキスト形式であり，マルチチャンネルでのマッピングデータ又はシングルポイント分光データを扱うことが可能である。ヘッダには，マッピングデータか分光データか，データポイントの数はいくつか，など，データブロックを読むために必要な情報はもちろんのこと，環境，プローブ，試料，データ処理等の情報も記載できるようになっている。データブロックには，例えば等間隔のラスタースキャンによるシングルチャンネルマッピングであれば，測定値（高さなど）をｚとすると，Fig.1の右側の図に示すように，左上を(1, 1)とした座標によりＭ行Ｎ列の行列z(i, j)となるが，このフォーマットでは，z(1,1), z(1,2)…z(1,N), z(2,1)…z(M,N)（実際は値ごとに改行）の順の1列の配列として記録する。マルチチャンネルであれば，同じ座標の行に各チャンネルの値を，z1(1,1), z2(1,1), z3(1,1)のように一行にコンマ区切りで複数列のデータを記載すればよい。等間隔でないマッピングの場合は，x座標とy座標をそれぞれのデータに記載することも可能である。分光データの場合も同様に，横軸が等間隔であれば値のみの1列の配列として，横軸が等間隔でない場合は横軸の値と測定値のペアをコンマ区切りで各行に記載する。4.3　現在審議中のデータ関連規格　ここまで，測定データが比較的シンプルだった頃に開発された，主にデータ転送を目的としたデータフォーマットについて紹介したが，近年，SPMを含む分析装置のデータサイズは大きくなっており，様々な計測手法によるデータの複合解析やAIを利用したマテリアルインフォマティクスへの応用のニーズも高まっていることから，バイナリ形式に対応し，柔軟に新しい手法に対応でき，かつ，測定結果だけでなく実験を再現するに足るすべての情報を含む（独立可用性を持つ）データが求められている8, 9)。複合解析のニーズへの対応としては，ISO/TC 201/SC 3において韓国よりハイブリッド計測のための原子間力顕微鏡データフォーマット開発の提案があり，検討が進められている。さらに独立可用性を持つ日本発のデータフォーマットとして，日本学術振興会「イノベーション創出に向けた計測分析プラットフォーム戦略の構築」に関する研究開発専門委員会で提案され，新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）技術先導プログラムや研究開発事業で実証研究が行われ，経済産業省戦略的国際標準化加速事業10)での検討を経てJIS K 0200:2004としてJIS化されたMaiML11)がある。MaiMLは，幅広い種類の計測分析機器による計測データを対象としており，試料の前処理やデータ処理の履歴も記録することが可能で，改ざん防止や追跡性も兼ね備えている。このフォーマットについては，日本からのISO/TC 201/SC 3への国際規格開発提案に向け，再び経済産業省戦略的国際標準化加速事業の支援を受けて，内容をブラッシュアップし国際的にコンセンサスを得るために，VAMASプロジェクトでの国際試験所間比較を行う準備を行っているところである12)。5.　まとめ　SPMに関する国際標準化のうち，用語，試料の取扱い及びデータフォーマットの国際標準化の現状と将来展望を紹介した。ISO/TC 201でこれまでに開発されたSPMに関連する用語，試料の取扱い及びデータフォーマットの国際規格をTable 1に示す。これらの規格はSPMに関するすべての規格の基礎となるものであることからISO/TC 201及びISO/TC 201/SC 9が設立された際に優先的に開発されたため発行年が古い規格が多く，時代に合わせて改正していく必要がある。用語や試料の取扱いについては，徐々に新しい分析手法等に合わせて改正してきているが，データフォーマットに関しては，技術の進歩の速度が著しいため，新しい考え方によるデータ形式が求められてきており，様々な提案がなされている。分析者，分析依頼者，データサイエンティストなどの様々なユーザーのニーズを満たすデータフォーマットの標準化及びその普及が強く期待される。文　　献1) 井藤浩志：J. Vac. Soc. Jpn., 56, 267 (2013).2) 吉原一紘：表面科学，24, 202 (2003).3) VAMAS Japan国内対応委員会Webサイト：https://www.nims.go.jp/vamas/index.html4) 藤田大介：J. Vac. Soc. Jpn., 56, 252 (2013).5) 古川洋一郎：表面科学，24, 215 (2003).6) 古川洋一郎：真空，48, 250 (2005).7) 吉原一紘：J. Surf. Anal., 23, 138 (2017).8) 一村信吾，重藤知夫，安永卓生，井上信介：応用物理，92, 142 (2023).9) 重藤知夫，安永卓生，永富隆清，藤本俊幸，一村信吾：顕微鏡，59, 20 (2024).10) 戦略的国際標準化加速事業「計測分析装置の計測分析データ共通フォーマットおよび共通位置合わせ技術に関するJIS開発」（2020-2022年度）11) MaiMLガイドライン：http://maiml.org/12) 戦略的国際標準化加速事業「計測分析データ共通フォーマットに関する国際標準化」（2024-2026年度予定）XXXX�Fig.1. Standard data transfer format for SPM based on ISO 28600.Table 1. International standard of terminology, sample handling and data formats for SPM, developed by ISO/TC 201.�Document Number�Title��ISO/TC 201/SC 1�ISO 18115-2:2021�SCA – Vocabulary – Part 2: Terms used in scanning probe microscopy��ISO/TC 201/SC 1�ISO 18115-3:2022�SCA – Vocabulary – Part 3: Terms used in optical interface analysis��TSO/TC 201/SC 2�ISO 18116:2005�SCA – Guidelines of preparation and mounting of specimens for analysis��TSO/TC 201/SC 2�ISO 18117:2009�SCA – Handling of specimens prior to analysis��TSO/TC 201/SC 2�ISO 20579-3:2021�SCA – Sample handling, preparation and mounting – Part 3: Biomaterials��TSO/TC 201/SC 2�ISO 20579-4:2018�SCA – Guidelines to sample handling, preparation and mounting – Part 4: Reporting information to the history, preparation, handling and mounting of nano-objects prior to surface analysis��TSO/TC 201/SC 3�ISO 28600:2011�SCA – Data transfer format for scanning probe microscopy��NOTE: SCA = surface chemical analysis―1――2――3―