HSPiPの概要

2025.1.9改訂

HSPiP：Hansen Solubility Parameters in Practice、日本語にするなら「実践、ハンセンの溶解度パラメータ」ソフトウエアーの概要を説明する。

始めに

HSPiPはハンセンの溶解度パラメーターを効率的に扱う為に作成された、Windows用のソフトウエアーだ。よく、「HSPiPを購入すると、自分の研究対象のHSPが計算だけで算出できる」と勘違いして購入される方がいる。

  1. HSPiPは実験値のハンドリングソフトウエアーだ。
    自身の行った、溶解試験、分散試験、様々な測定結果を、HSPiPを使って解析を行い、研究対象のHSPを決定する。HSPが分かると、さらに良い溶媒、ハイブリッド材料の開発、医薬品などの設計が非常に加速する事が期待できる。
  2. HSPを使った研究が加速するように、データベース、物性推算機能を持つ
    素材開発、医薬品開発はHSPが重要な役割を果たすのも確かなのだが、それだけで開発ができるわけではない。10,000化合物以上の化合物、1000種類以上の高分子のデータベースが内蔵されている。DB中に欲しいデータがない場合には、物性推算機能を使って物性を予測する事ができる。物性値の実験値が欠損しているものは便宜上推算値が入れられている。従って機械学習用のDBとしては使えない。
  3. 基本的な使い方は、e-Book、別途、解析例はpirikaのWebページで学ぶ事ができる
    HSPiPは非常に多くの機能を持つ為、全ての機能を理解するのは大変な事だ。e-Book、pirikaのWebページで自身の研究に近いものが無いか探してみよう。
    論文や特許で探してから、使い方に戻るのも１つの方法だ。

HSPiPは大きく分けて8つのプログラムからなる。

1. Sphereプログラム

　HSPiPのメインプログラムだ。ポリマー、薬、無機物がどのような”ハンセン溶解球”を持っているかを探索するプログラムだ。（使い方日本語マニュアル 2 – 42 page)

機能別プログラム

M：2. マテリアル機能

　ver.6からマテリアルに変更になった。HSPiPには、市販されているポリマーのデータベースが搭載されている。日本のメーカーのものではないので利用価値は低いだろう。ここには自分で得たHSPを登録して3DOなどで利用する。（使い方日本語マニュアル 43 – 58 page)

O：3. 溶媒最適化プログラム

　ある特定のHSPに合致する2成分、もしくは、より複雑な混合溶媒の組成を決めるプログラムだ。 （使い方日本語マニュアル 59 – 104 page)

4. 拡散モデル・シミュレータ

　ユーティリティーに移動した。（使い方日本語マニュアル 105 – 118 page)

DIY：5. (Do It Yourself) プログラム

　自分でやってみよう。溶媒の分子構造からハンセンの溶解度パラメータを推算したり、溶媒設計上必要な物性値を得るプログラムは、DIYにまとめられている。(使い方日本語マニュアル 119 – 169 page)

QSAR：6. QSARツール

QSAR(定量的構造活性相関）とは、医薬品などの分子設計によく使われる言葉だ。分子の構造とその薬理活性を定量的に関係付ける方法論になる。例えば自分だけの溶解性を予測する式を構築しようとした時に、YMBが作り出した物性値を組み合わせてQSAR式を作る為のツールだ。(使い方日本語マニュアル 170 – 207 page)

3DOプログラム

３次元の溶媒Optimizerプログラムです。マテリアル機能の中で説明します。(使い方マニュアル 53 – 58 page)

SFB：7. SFBox-FEプログラム

SFBoxフロントエンドを使用すると、ワーゲニンゲン大学のチームが開発したScheutjens-Fleer（SF）理論を使用して、ポリマー/表面で高度な自己無撞着場（SCF）計算を実行できる。新しいプログラム(Ver. 5.3から）なので、まだ資料は少ない。(使い方日本語マニュアル 208 – 218 page)

SFP：

使い方マニュアルにはSFPの記載はない。e-Bookを参照してほしい。

8. ユーティリティー

　ユーティリティーはメニューバーにまとめられている。(使い方マニュアル 219 – 253 page)
。

データベース

　HSPiPには溶媒のデータベース、ポリマーのデータベースが搭載されている。
溶媒のデータベースには、およそ1300化合物のオフィシャルなHSP値と10,000(10KDB)化合物を搭載している。HSPiPのデータベースは実測値のデータベースではない。そもそもHSP値自体が実測値ではない。HSP以外の物性値もなるべく正しい実測値を収集したが、データ集としてその値を保証するものではないし、値が得られなかったものはY-MBによる計算値が表示されている。つまりHSPiPのDBを逆解析しても無駄である。

ポリマーのデータベースは、ポリマー機能に搭載されているものは日本では馴染みの無い会社の市販のポリマーだ。構造が不明のものが多くHSPの値しか提供されないので、利用価値は高くない。Ver.6 からは、各自のマテリアルの値を登録するように変わった。
DIYに搭載されているポリマーデータベースは構造が明らかなポリマーを主体に約1400種のポリマーの物性値を収集した。今後はこちらが主体になっていく。

各々のプログラムを簡単に紹介する

Sphereプログラム

プログラムを立ち上げると上図のような画面になる。これをメイン・フォームと呼ぶ。左上のテーブルを溶媒テーブルと呼ぶ。ここには溶解性試験を行った溶媒を入力し、Scoreの列にその溶媒が試験体を溶解、膨潤、分散したかどうかの値を入力する。データが準備できたら

Sphere program

計算ボタンを押すと、Sphereプログラムが走り、ハンセンの溶解球を探索し、結果を表示する。

よく溶解する溶媒はHSP値、[dD, dP, dH]を３次元（ハンセン空間）にプロットした時に、集まっていることが判る。その中心をポリマーのHSP値（緑色の球の中心）と定め、さらに良い溶媒を探索したり、ポリマー同士、ポリマーと顔料の混合性などを検討することができる。

2. マテリアル機能

第6版より、ポリマーフォームはマテリアルに名称変更され、ナノ粒子、API、その他作業中のものなど、誰でもデータを保存できるようになった。

Mボタンを押してください。するとMaterials & Polymers フォーム が開く。

テーブルは、初期設定ではDefaultPolymers.pdsのデータで埋められている。タブ区切りファイル形式を維持する限り、自由に編集することができる。また、プログラム内で編集し、任意の名前で保存することもできる。

ここに登録されているのは主に西欧の企業が市販しているポリマーだ。組成等は明確で無いので、それ自体は利用価値は低いかもしれない。しかし、詳しい中身がわからなくても、３次元架橋ポリマーなど溶解しないポリマーでも、HSPが求まっている事に驚くに違いない。

主な使い方としては、溶解試験によって求めた自分のポリマーのHSPを登録していき、それがどのような溶媒に溶けるか、他のポリマー、顔料などとの相溶性はどうかなどを検討するのに用いる。特許や論文に記載の値を入れても良い。

3. 溶媒最適化プログラム

ある特定のHSPに合致する２成分、もしくはより複雑な混合溶媒の組成を決めたい時にはO Optimize （最適化）ボタンをクリックする。

するとSolvent Optimizer form（溶媒最適化フォーム）が開き，今選んでいる対象のHSPが自動的にターゲット溶媒として設定される。 そのターゲットになるハンセンの溶解度パラメータ（HSP)と同じHSPを持つ混合溶媒を探索するのが溶媒最適化プログラムだ。

Sphere program

ボタン（例えば2）をクリックすると最適な2種類の溶媒の組みと比率が求まる。

Sphere program

混合溶媒の蒸発速度の推算など多くの機能がある。



拡散モデル・シミュレータ

このシミュレータは，特にポリマー中の拡散について，多くの解釈を検討するために，多角的な方法論を与えてくれる。
拡散シミュレータがHSPiPに含まれるのは，HSPが拡散の一つの側面に対して重要な影響力を持つからである。
旧版からは大きく変更されHSPが及ぼす影響は入力できなくなっている。

Sphere program

5. DIY(Do It Yourself) プログラム

自分でやろう(DIY)
自分だけの化合物からHSP値を作ったり，活量係数，HSE、”横断的な読み込み”そして溶解度などの興味深い物性値を調べたいならDIYボタンをクリックする。

YMB法ではHSP値の推算、溶媒を選択する上で重要な溶媒の熱力学的物性値の推算を行うことができる。分子構造の入力は、Smiles, InChI, Molファイルなどから行うことができる。その他の推算として、HSE(健康と安全そして環境)、共沸と蒸気圧、界面活性剤、溶解性などを扱うことができる。

今回のver.6からY-MBの推算結果は大きく変わった。これまで大きな分子、多官能の分子で推算値がオーバーシューティングしてしまう問題を解決した為だ。その分、小さな分子の推算値が少し悪くなる。しかし、小さな分子の多くはオフィシャルのHSP値があるので問題ないと考えている。

Polymerタブでは構造のはっきりしているポリマーのデータベースとY-PBによる推算値を提供している。

ユーティリティー

共通のユーティリティー：
テーブルのキャプチャーテーブルのキャプチャー　
クリアーボタンクリアーボタン　
計算ボタン計算ボタン　
詳しい説明詳しい説明　

メニューバーにあるユーティリティー

File  ファイルのオープン、セーブ
Dist. HSP距離の計算機
Diff.　拡散シミュレーション（別途説明）
Adh/Visc　接着と粘度の計算機
F-Fit　強制的にFitする
Teas　Teasプロット
HPLC　HPLC機能
IGC　IGC機能
GC　GC機能
℃　温度効果計算機
Evap　蒸発計算機
FindMols　分子の探索
Grid　グリッド作成
SMILES　SMILESの分子構造式
Help　How To Useの英語版を開く（英語版には図はない）

QSARツール

SAR(定量的構造活性相関）とは、医薬品などの分子設計によく使われる言葉で、分子の構造とその薬理活性を定量的に関係付ける方法論だ。例えば自分だけの溶解性を予測する式を構築しようとした時に、YMBが作り出した物性値を組み合わせてQSAR式を作るのに使う。 メイン・フォームからQSARを選択する。（このツールはver. 5からのの機能で、4.1.07にはない。）

HSPiP Dataのフォルダーの中にQSARフォルダーが作成されている。そこから拡張子がhsqのファイルを読み込んでみる。

hsqのデータはQSARで解析が終わったものが例題として保存されている。有機酸のHPLCの保持時間を例に、YMBの吐き出した計算値から保持時間を予測するQSAR式を構築してみる。

log(保持時間)=  -54 + 2.77.δD + 3.39.δP – 1.22.δHDon – 3.47.δHAcc + 0.0398.MVol + 31.5.Ovality
というQSAR式が得られた。

HSPiP-QSARの得意とする分野は、やはり、溶解性に関するもので、HSPや分子体積、卵形度(Ovality)などを使うと高い相関関係を持つQSAR式を構築できる。

自分だけの推算式を構築する非常に有用なツールだ。

解析に必要なデータは、SMILESの構造式と目的とする数値をタブ区切りのテキストデータとして準備するだけだ。

3DOプログラム

何種類かのポリマーの最適溶媒を、３次元(3D)的に最適化(Optimize)するプログラムだ。マテリアル機能の中で説明する。

SFBox-FEプログラム

SFBoxフロントエンドプログラムは、粒子-ポリマー-溶媒の間の関係を解くためのプログラムだ。空間に格子を作り、その1つのエッジを粒子として定義する。 溶剤やポリマーは、粒子の隣に座る以外に何もできない。 次に、ポリマーの個々のビーズ（モノマー単位）が接続されているという明らかな制約の下で、ポリマーの選択した体積分率φ（すべてが体積分率で行われます）を、格子内で適切と思われる場所に配置する。 他のすべての格子サイトは溶媒で満たされる。

次に、そのシステムのエネルギーを計算する。 このためには、全ての組み合わせの、Flory-Hugginsのχパラメータが必要になる。

システムのエネルギーが最小になるように、配置を考えていく。

単位と温度

HSP値と相互作用半径の単位は(Joules/cm3)½ で、これはMPa½に等しくなる。 普通に使われる分子体積(MVol)の単位はcm³/moleだ。 標準的なHSP値は25ºCの値である。

– 1.234 と 1,234，小数点の記号について

このプログラムは全世界で使えるようにデザインされているので，.hsdxファイルは値を交換するには有用な方法だ。 異なった国々では，違う小数点の区切り記号を使っており，それが互換性の問題を引き起こしている。 そこで，もしあなたのコンピュータがカンマ，“,” (1,234)を使っていても，スクリーンのテーブル中では“.” (1.234)というフォーマットを使う。もし，数字をカンマで1,234のように打ち込んでも，自動的に“.” のフォーマットに変換される。

テーブルをコピーしたり、データを自動的に“.” フォーマットのクリップボードに置いたりすると、あなたの数値が”,”を使っていたとするとExcelは混乱するかもしれない。DPCをクリックすると、全ての小数点を”,”に変更するので、Excelはそのデータが数値であると認識するようになる。

HSPiPのコーピー／ペースト

SPhereプログラムを使えば使うほど、HSPの値をプログラムのある場所から他の場所へ移したい事があるだろう。 テーブルのどこか，HSPの値のどこかで，Ctrl-D（D:Duplicate,複製）を押して，Ctrl-P (Paste ，はりつけ)をすれば，HSPの値に加えて体積も，相当する所に転送される。 それは、記憶からタイプするより遥かに容易だろう。 我々がCtrl-Dと Ctrl-P を使ったのは，習慣的なCtrl-C とCtrl-V は習慣的なCopy/Paste に使いたいだろうと思っての事だ。

マスターデータベースから行全体をコピーするには、Ctrl-Fを使う。

ToolTip

HSPiPではマウスを項目に近づけると、ToolTipと呼ばれる方法で使い方や項目の意味が表示される。

Keyboard Shortcuts (キーボードのショートカット）

HSPiPを使う上で、便利な小技のリストをまとめておく。

一般：

どのテーブルやどのδD, δP, δHの３つの組でも、Ctrl-DでHSP値が複製（Duplicate）され、クリップボードに置かれる。クリップボードにHSP値が置かれていれば、Ctrl-Pでテーブルの行や、δD, δP, δHの３つの組に貼付け（Paste）される。どのテーブルでも、列のヘッダーをクリックすると、値が昇順で、もう一度クリックすると降順でソートされる。

メインフォーム：

Ctrl-O　新しい.hsdファイルを開く
Ctrl-S　ファイルを保存する
Ctrl-N　新しいデータセットを作成するプロセスを開始する

データセット中：

溶媒をダブルクリックすると、その溶媒を一番上に配置して、選んだ溶媒から他の溶媒への距離が示される。

メインのデータ・テーブル：

行をクリックしてからCtrl-Dすると通常の複製（HSP と MVolをクリップボードに置く）を行うが、Ctrl-F をすると、行にあるデータ全てのFullコピーを行います。一つかそれ以上の化合物を選択して右クリックを行うとそれらはSolvent Optimizerにコピーされる。

３Dビュー：

回転：マウスをクリックしたまま動かす（ドラッグする）。
拡大・縮小：シフトキーを押しながらドラッグする。
Pan(パン:カメラの見る方向を変える事）コントロールキーを押しながらドラッグする。

Sphereを計算し終わると、HSP[dD, dP, dH]と半径の値がクリップボードにコピーされ、ワードやエクセルに,Ctrl-Pでペーストする準備が整う。

溶媒の最適化：

一つかそれ以上の溶媒を、Ctrl-clickすると行が灰色になり、その後の探索に使われなく成ります。メインのデータテーブルからデータを付け加えるには、右クリックする。

マテリアル/ポリマー：

ポリマーの上でダブルクリックすると、そのポリマーがテーブルの一番上に配置され、他のポリマーは最初のポリマーとのHSP距離順に並び替えられる。1つ以上のポリマーを選択し、Solv.Matchをクリックすると、ポリマーが3Dプロット上に配置され、両方のポリマーに最小距離となる溶媒の「結合」点を表す金色の点が表示される。

データセットから溶媒を選択し、Poly.Matchをクリックすると、ポリマーがその溶媒からの距離でソートされる。Ctrl-OとCtrl-Sは通常のファイルを開いたり保存したりする

以降、HSPiPに記載されている謝辞、免責等の翻訳版

HSPiPについて

このプログラムは、Prof Steven Abbott と Dr Hiroshi Yamamotoによって書かれています。 著作権(Copyright © 2008-25)は Steven Abbott と Hiroshi Yamamotoにあります。 HSPiPに含まれる eBook はSteven Abbott 教授 とCharles M. Hansen博士によって書かれています。そして著作権は© 2008-2025 Steven Abbott と Charles M. Hansenに属します。The 1st Edition was 2008, 2nd Edition 2009, 3rd Edition 2010, 4th Edition 2013, 5th Edition 2015, 6th Edition 2024.

Sphere（球）のアルゴリズムは Hansen博士による， Hansen Solubility Parameters: A User’s Handbook, CRC Press, Boca Raton FL, 2007に記載されています。

使用ライセンスはプログラムを立ち上げた時に表示される個人に供与されます。使用者が変更になった場合には名前、メールアドレスを連絡して頂ければ登録変更の手続きを行います。使用ライセンスを複数のマシンにインストールし、複数の使用者が使うことは違法であることを認識してください。共通のマシンにインストールし複数の使用者が使うことも違法です。

図解やテストとして，このハンドブックからケーススタディのいくつかを供与しました。

Y-MB の方法論はDr. Hiroshi Yamamotoによって開発されました。 彼はAbbott/Hansen/Yamamotoチームのコア・メンバーで日本のHSPiP上級開発者であり、Pirika.comの運営者でもあります。 HSPに対する新しいアイデアや“thrill seeker:怖いもの見たさ”のパワーツールを探しているなら、https://www.pirika.com/wp/chemistry-at-pirika-com/hspを覗いてみると良いでしょう。

著者らはStefanis-Panayiotou法の完全なデータセットを提供してくれた，Dr Emmanuel StefanisとProf. Costas Panayiotouに大変感謝します。Dr Stefanis と Prof. Panayiotou との議論はいつも刺激的で有益でした。Dr. Hiroshi Yamamoto は親切にもStefanis-PanayiotouテーブルのUNIFAC原子団を自動的に決定するプログラムを付け加えてくれました。(最新バージョンではこのルーチンは除去されている。）

Van Krevelen法と Hoy法でHSPを計算する係数はVan Krevelenの著名な本， Properties of Polymers: Their Correlation with Chemical Structure, 1990. から引用しました。この本にはポリマー用の原子団寄与法に関する多くの例題が収録されています。

Dr Richard Valpey III と彼の所属する会社 SC Johnson，Dr Hansenが彼らの為に計算した界面活性剤と香料のHSPを公表する事を許してくれた事に深く感謝します。

Dr Mario Blanco は匂いの感覚の章での貢献に感謝します。

Sandia国立研究所のDr  W. Michael Brown，（今は改訂/更新してしまったが）オリジナルのポリマーSmilesのデータセットを使う事を許してくれた事に深く感謝します。

http://www.cs.sandia.gov/~wmbrown/datasets/poly.htm 

以前のバージョンのヘルプでは、このデータセットへのリンクを掲載していましたが、現在はリンクが機能していません。

我々は出版されたデータを例題として使う事を許してくれた全ての方々に感謝します。 各々についてはeBookの相当するところで感謝の意を示してあります。

バグ，改良の提案

バグレポートや、改良，提案などは steve@hansen-solubility.com あてにメールを送って欲しい。

保証

E-Bookの導入部分をここに引用しよう。
私(Prof. Abbott)は、本とソフトウェア中の、いくつかのかなり斬新的な考えに対して個人的な責任をとっている。 そこで、あなたがそのアイデアが誤りであることを示すとき、私は次の３つの方法で個人的な保証とする。(a)本/ソフトウェアの関連した部分をアップグレードする。（b）私が間違っていたことを明らかにする。（c）（あなたが望むならば）あなたが訂正の提供者であることを明示する。 科学は反証がありうるかによって発展する。そして、書いている時点では、手元の合理的な証拠に基づいていると思われるアイデアへの論駁から、私自身とHSPコミュニティが学ぶ機会を歓迎する。
批判も上記のメールアドレスに送って欲しい。

免責条項

免責：このe-Bookとソフトウエアーで使っている理論、例題、式、計算そしてデータセットは長年HSPコミュニティーがおこなった広範な理論的な研究そして実験の研究を基にしている。 しかし、それらはある特定の問題に対するガイドとしてのみ使うべきだ。 Hansen-Solubility.comはe-Bookとソフトウエアーを使う事によってよって生じた，いかなる障害に対しても責任を負う事はできない。

ベスト・フィットが最高になるように最大限の努力がなされているが，HSPの３D空間は複雑なので，ユーザーのデータと要求の範囲内で，ベスト・フィットが意味をなすと確信するかはユーザー次第だ。 特に，反応動力学（分子体積が小さい効果）は時に熱力学（HSP）を覆す事がある。そこでユーザー自身のデータは間違った結論を内包するかもしれない。 表に含まれる分子体積の値を良く見て，ボーダーラインのケースについては自分自身の判断をするように心がけて欲しい。

HSPのデータファイルは長年に渡って開発され続けてきた。 全ての価値のあるデータベースと同様，間違いも忍び込んでしまっている。 技術的なミスを取り除く為に，かなりの努力が費やされているが，自分らの応用に関連するHSPが受け入れられるだけの精度を持っているか自身で判断することを求められている。

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