(57)【要約】【課題】非天然系有機化合物の生分解率を、特別な放射線対策を施すことなく安全で簡便かつ迅速に、しかも精度よく測定する方法を提供すること。【解決手段】生分解培地の存在下での非天然系有機化合物の生分解において、生分解培地中の放射性炭素同位体14Ｃの濃度を測定し、該14Ｃ濃度と現代炭素における14Ｃ濃度との差異から非天然系有機化合物の生分解率を測定する。培地中の鉄などの金属を内部標準に使用することもできる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生分解培地の存在下での非天然系有機化合物の生分解において、生分解培地中の放射性炭素同位体14Ｃの濃度を測定し、該14Ｃ濃度と現代炭素における14Ｃ濃度との差異から非天然系有機化合物の生分解率を測定することを特徴とする、非天然系有機化合物の生分解率の測定方法。
【請求項２】
内部標準を用いて生分解率を測定することを特徴とする、請求項１に記載の非天然系有機化合物の生分解率の測定方法。
【請求項３】
内部標準が、鉄、銅、およびマンガン等の生体必須金属からなる群から選ばれる金属であることを特徴とする、請求項２に記載の非天然系有機化合物の生分解率の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非天然系有機化合物の生分解率の測定方法に関する。さらに詳しくは、非天然系有機化合物の生分解率を、放射性炭素同位体１４Ｃの現代炭素からの変化を利用して、安全で簡便かつ迅速に、しかも精度よく測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機化合物の生分解率を直接測定するためには、先ず、試料中に放射性炭素同位体14Ｃを有機化学的に富化する必要がある。つぎに、この放射性炭素同位体14Ｃを富化した試料を生分解させ、その生分解に伴って生成する二酸化炭素の放射線量をシンチレーションカウンターによって測定することにより、その有機化合物の生分解によって生成した二酸化炭素中の放射性炭素同位体14Ｃの絶対量を求め、使用した放射性炭素同位体14Ｃ富化試料中の該14Ｃの絶対量との比をとることによって、有機化合物の生分解率を測定する方法である。
【０００３】
ところが、この測定方法においては、放射性の14Ｃを使用するために、一連の測定操作のすべてを放射線対策の施された空間において実施する必要があり、生分解に伴って生成する二酸化炭素の放射線量の測定に長時間を要するほか、このために放射線量の測定時にバックグランド放射能などの外乱による誤差が生じやすいという問題があった。
そこで、このような非天然系有機化合物の生分解率を測定するに際して、測定試料を高価な放射性炭素同位体14Ｃで富化することなく、また特別な放射線対策を施す必要がなく、さらに迅速かつ高い精度で、その生分解率を測定することのできる方法の開発が望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、非天然系有機化合物の生分解率を、特別な放射線対策を施すことなく安全で簡便かつ迅速に、しかも測定誤差が少なく精度よく測定することのできる方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、非天然系有機化合物中には崩壊性の放射性炭素同位体14Ｃは崩壊しきって残存していないことを利用し、生分解を行なう際の測定試料を混合した培地からの二酸化炭素中の該14Ｃ濃度を測定し、該14Ｃ濃度と現代炭素の14Ｃ濃度との差異を測定することより、非天然系有機化合物の生分解率が測定できることを見出した。さらに、生分解培地中に含まれている金属を内部標準として利用することにより、従来は不可能であった開放されたフィールドでの生分解率の測定ができることを見出し、これら知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明の要旨は、下記のとおりである。
（１）  生分解培地の存在下での非天然系有機化合物の生分解において、生分解培地中の放射性炭素同位体14Ｃの濃度を測定し、該14Ｃ濃度と現代炭素における14Ｃ濃度との差異から非天然系有機化合物の生分解率を測定することを特徴とする非天然系有機化合物の生分解率の測定方法。
（２）内部標準を用いて生分解率を測定することを特徴とする、前記(１)に記載の非天然系有機化合物の生分解率の測定方法。
（３）内部標準が、鉄、銅、およびマンガン等の生体必須金属からなる群から選ばれる金属であることを特徴とする、前記(２)に記載の非天然系有機化合物の生分解率の測定方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の非天然系有機化合物の生分解率の測定方法は、非天然系有機化合物の生分解培地存在下での生分解において、生分解培地中の放射性炭素同位体14Ｃの濃度を測定し、該14Ｃ濃度と現代炭素における14Ｃ濃度との差異から非天然系有機化合物の生分解率を測定することを特徴とする非天然系有機化合物の生分解率の測定方法である。
【０００８】
本発明において生分解率の測定に利用される非天然系有機化合物とは、例えば、石油、石炭、天然ガスなどの化石燃料を原料として合成された様々な石油化学製品や石炭化学製品などの各種の有機化合物である。これら非天然系有機化合物の中でも、例えば、合成洗剤などのように使用後に排水と共に自然界に流出して河川や湖沼の水質を汚染するなど、自然環境に悪影響を及ぼすおそれの大きい物質については、特にその自然界での微生物による生分解の進行の状況を調べる必要性の高い物質である。
【０００９】
ここで、天然系の炭素含有物質、例えば大気中の二酸化炭素や植物体においては、１モルの炭素は６．０×１０23個であるが、炭素中の１４Ｃ濃度は、1２Ｃに対する１４Ｃの存在比が１０１２分の１であることから、放射性炭素同位体１４Ｃは６×１０１１個である。そして、この放射性炭素同位体１４Ｃの半減期は、５，７３０±４０年であることから、これら６×１０１１個の放射性炭素同位体１４Ｃがすべて崩壊するまでの期間としては、２２．６万年が必要である。したがって、大気中の二酸化炭素を植物などの生物体内に取り込んで固定化した後、地中で２２．６万年以上経過した石炭や天然ガス、石油などの化石燃料においては、これらの中に含まれていた炭素中の放射性炭素同位体14Ｃはそのすべてがすでに崩壊していることとなる。
【００１０】
そして、本発明においては、このようにすでに崩壊して放射性炭素同位体１４Ｃを含有しない化石燃料を原料として合成された石油化学製品や石炭化学製品などの各種の非天然系有機化合物について、微生物などによる生分解率を測定し、その結果より、これら物質の自然界における生分解過程を追跡することができるようにするものである。
【００１１】
ここで、１４Ｃ濃度の表記法として、国際的な取決めにより１９５０年時点の循環炭素中の１４Ｃ濃度を１００％として計算される値があり、これをｐＭＣ（percent Modern Carbon）と呼ぶ。１９５０年以降、大気中の二酸化炭素の中の放射性炭素同位体１４Ｃの濃度は変動しており、現代（２００２年）の炭素における１４Ｃ濃度は１１０〜１１１％の範囲内にある。
【００１２】
つぎに、本発明の方法を実施するにあたっては、例えば、第１図に示すように構成された生分解反応装置を用いて、化石燃料を原料として合成された石油化学製品などの非天然系有機化合物である生分解率を測定するための試料と、放射性炭素同位体１４Ｃを含有する天然物であって試料の非天然系有機化合物の生分解を生じさせる作用を持つ物質、例えば、堆肥や活性汚泥、土壌懸濁液などを混合して反応槽１内に入れ、この反応槽１内の底部近傍に、大気中の二酸化炭素を完全に除去した空気を導入しながら、所定の温度において、試料の生分解反応を実施する。
【００１３】
そして、この反応槽１に供給する空気は、第１図に示すように水酸化ナトリウム水溶液などを入れた二酸化炭素吸収槽２と、水洗槽３を経由して、反応槽１に導入することによって、大気中の二酸化炭素が反応系内に入り込まないようにする。また、この反応槽１に導入された空気は、生分解反応において消費された一部を除き、生分解反応で生成した二酸化炭素と共に反応槽１の頂部近傍より、貯留槽４、第１段トラップ５、第２段トラップ６に導入される。
【００１４】
このようにして、生分解反応を所定期間、例えば１０日間実施した後、生分解した試料の非天然系有機化合物を含む培地を、同様に二酸化炭素を除いた空気中、または純酸素中で燃焼してこれを二酸化炭素に変換し、この二酸化炭素を同様にして水酸化ナトリウム水溶液などを通して吸収させて捕捉する。その後、シンチレーションカウンターあるいは加速器質量分析計を用いて二酸化炭素中の放射性炭素同位体14Ｃの含有率（ｐＭＣ）を測定することができる。
【００１５】
測定する試料の生分解率は、上記のようにして求めた試料を含む培地の生分解前と生分解後のｐＭＣと、試料の非天然系有機化合物を全く添加することなく、肥料などの天然物のみからなる培地を使用して、同様に処理して求めた放射性炭素同位体14Ｃの含有率（対照培地のｐＭＣ）の値を求めて、これらの値を使用して、以下のような計算式によって求めることができる。
生分解培地中の14Ｃ濃度からの排出炭酸ガス量基準の算出法：
【００１６】
【数１】
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【００１７】
【数２】
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【００１８】
【数３】
2004198239.tif 000005
【００１９】
【数４】
2004198239.tif 000006
【００２０】
【数５】
2004198239.tif 000007
【００２１】
また、本発明の方法においては、前記の生分解を行なう培地の中に鉄、銅、マンガンなどの金属種が含まれており、これらの金属種は生分解操作を行っても生分解されず、揮発等も起こらないので、これらの金属種の総量は生分解操作の前後においてほとんど変化しない。したがって、この性質を利用して生分解倍地中の金属種を内部標準として使用して、次の計算式によっても生分解率を求めることができる。
【００２２】
【数６】
2004198239.tif 000008
【００２３】
【数７】
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【００２４】
上記の計算式における各記号の意味は以下のとおりである。
Ｆ：分解前対照培地の金属濃度
Ｇ：分解前対照培地の炭素濃度
Ｉ：分解後対照培地の金属濃度
Ｊ：分解後対照培地の炭素濃度
Ｄ：分解前対照培地の炭素量（ｇ）
Ｅ：分解後対照培地の炭素量（ｇ）
Ｈ：分解前対照培地の金属量（ｇ）
Ｋ：分解後対照培地の金属量（ｇ）
なお、金属を内部標準として用い、Ｋ＝Ｈとする。
【００２５】
この方法による場合には、前述のような生分解で発生する二酸化炭素を捕集する必要がないため、密閉した反応層の中で生分解を行なう必要がなく、大気中に開放された装置で測定することができるという利点がある。
【００２６】
【実施例】
つぎに、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
〔実施例１〕
生分解反応装置として、第１図にその概略を示す装置を用い、堆肥中におけるポリカプロラクトンの生分解試験を行なった。
天然物として含水率６５質量％の堆肥１７１．４ｇ、含水率２０質量％の水洗した海砂（２５〜３５メッシュ）４００．０ｇ、および非天然系有機化合物としてポリカプロラクトン（以下、「ＰＣＬ」と記載する）５．０ｇをよく混ぜ合わせて生分解培地を作成し、分析用に全体の４質量％をサンプリングし、残りを反応槽１に充填した。
【００２７】
ついで、この反応槽１を５８℃の恒温槽に装入し、低圧の空気を、二酸化炭素吸収槽２と水洗槽３を通して大気中の二酸化炭素を除去してから、反応槽１の底部近傍まで差し込んだ空気導入管より導入した。二酸化炭素吸収槽２には、２規定濃度の水酸化ナトリウム水溶液を入れて大気中の二酸化炭素を吸収させた。また、空気の通気量は、３０ミリリットル／分とした。また、反応槽１の頂部近傍から余剰の空気および反応槽１内での生分解反応により生成した二酸化炭素を導管により貯留槽４に導入し、貯留槽４の出口からの導管を第１段トラップ５の水酸化ナトリウム水溶液中に導入した。この第１段トラップ５の下流側に第２段トラップ６を設けて、余剰空気のみを大気に放出した。
【００２８】
このようにして１１日間にわたり、ＰＣＬを堆肥中において生分解させた。この生分解後の培地を、燃焼炉において上記の生分解反応装置と同様の二酸化炭素吸収槽を通して二酸化炭素を除去した空気を用いて燃焼し、燃焼ガスを水酸化ナトリウム水溶液を入れたトラップで捕捉し、この水溶液中の二酸化炭素の量及びそのｐＭＣ値を求めた。
同様に、生分解前に採取した培地のサンプルについても、燃焼炉において燃焼し、二酸化炭素のｐＭＣ値を求めた。また、生分解前に採取した培地と、生分解後の倍地について、その中の鉄分（Ｆｅ）濃度と全炭素濃度を測定した。
また、比較例として、上記の生分解反応装置と同じ構成の生分解反応装置を用いて、この装置の反応槽１に、非天然系有機化合物であるＰＣＬを加えない他は、上記の生分解反応と同一の条件下に、１１日間の堆肥のみの生分解反応を行った。この場合も生分解前に採取した培地のサンプルと、生分解後の培地について、実施例１と同様にして二酸化炭素の量及びｐＭＣ値を求めた。
これらの結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
これらの結果を用いて、前記式（１）〜式（６）を用いて、培地からの排出二酸化炭素量を基準とした場合の生分解率をもとめ、前記式(７)、（８）から内部標準基準の場合の生分解率を求めた。これらの結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、非天然系有機化合物の生分解率を安全で簡便かつ迅速に、しかも精度よく測定することのでき、また、内部標準を利用した方法の場合には、更に大気中に開放された装置で測定することができるという効果も有する非天然系有機化合物の生分解率の測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いる生分解反応装置の一例の説明図である。
【符号の説明】
１  反応槽
２  二酸化炭素吸収槽
３  水洗槽
４  貯留槽
５  第１段トラップ
６  第２段トラップ
【図１】
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