(57)【要約】【課題】    フレームを用いることなく、簡便かつ高感度に重金属イオンを測定する手段を提供すること。【解決手段】  下記一般式[I]R1AR2    [I]（式中、R1は重金属イオンと錯体を形成する構造、R2は溶液中で一価の負イオンとなるイオン性官能基、Aは任意のスペーサー部分を表す）で表される構造を有する重金属イオン測定用質量分析試薬を提供した。【効果】    本発明の試薬を用いると、イオン性官能基に起因する負電荷により、重金属イオンの電荷が１つ減じられ、また、錯形成により生成される錯体がほぼ単一のピークとして観察されることから、フレームを用いない簡便な質量分析により、高感度に重金属イオンを測定することができる。【選択図】  図２
2005249627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式[I]
R1AR2    [I]
（式中、R1は重金属イオンと錯体を形成する構造、R2は溶液中で一価の負イオンとなるイオン性官能基、Aは任意のスペーサー部分を表す）
で表される構造を有する重金属イオン測定用質量分析試薬。
【請求項２】
前記R1が下記式１ないし５のいずれかで表される請求項１記載の試薬。
【化１】
2005249627.tif 000010
（一般式１ないし５中、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13及びR14は、互いに独立に、水素原子、炭素数1から10の直鎖型若しくは分枝型のアルキル基、アミノ基、ニトロ基又はハロゲンを示し、k,l,m及びnは、互いに独立に１ないし４の整数を示す。）
【請求項３】
前記R1が前記式３で表される請求項２記載の試薬。
【請求項４】
前記式３中、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13及びR14が水素原子である請求項３記載の試薬。
【請求項５】
前記R2が、カルボキシル基若しくはその塩、スルホン基若しくはその塩、又は水酸基若しくはその塩である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の試薬。
【請求項６】
前記R2が、カルボキシル基又はその塩である請求項５記載の試薬。
【請求項７】
前記Aが、炭素数1ないし10の直鎖型若しくは分枝型アルキレン基、該アルキレン基の一部をアミノ基、ハロゲン、エーテル及び／若しくはカルボニル基に置換した置換アルキレン基、フェニレン基、又はフェニレン基の一部をアミノ基、ハロゲン及び／若しくはニトロ基に置換した置換フェニレン基である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の試薬。
【請求項８】
前記Aがアルキレン基である請求項７記載の試薬。
【請求項９】
下記の構造を有するカルボン酸又はその塩である請求項８記載の試薬。
【化２】
2005249627.tif 000011
【請求項１０】
前記重金属イオンが、２価の陽イオンである請求項１ないし９のいずれか１項に記載の試薬。
【請求項１１】
前記２価の陽イオンが、Pb2+, Cd2+, Hg2+, Zn2+, Ni2+, Cu2+及びCo2+から選ばれる少なくとも１種である請求項１０記載の試薬。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の試薬と、被検試料中の重金属イオンとを反応させ、生成物を質量分析することを含む、重金属イオンの質量分析方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の試薬を収容する試薬容器と、被検試料を収容する試料容器と、前記試薬容器に収容された試薬及び前記試料容器に収容された被検試料を吸引するための吸引手段と、該吸引手段に接続され、その先端部を介して前記試薬容器に収容された試薬及び前記試料容器に収容された被検試料を吸引する吸引管と、該吸引管の途中に設けられた第１のバルブと、該第１のバルブに液押出用管を介して接続された送液ポンプと、前記第１のバルブに送液管を介して接続された液混合手段と、該液混合手段の下流に接続された質量分析装置とを具備する、重金属イオン分析用質量分析システム。
【請求項１４】
前記液押出用管の途中であって、前記送液ポンプと前記第１のバルブの間に第２のバルブが設けられ、前記吸入管の途中であって、前記吸入手段と前記第１のバルブの間に第３のバルブが設けられ、前記第２のバルブと前記第３のバルブが第２の液押出用管で接続されている請求項１３記載の質量分析システム。
【請求項１５】
請求項１２に記載の重金属の質量分析方法を用いる質量分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Pb2+, Cd2+, Hg2+, Zn2+, Ni2+, Cu2+及びCo2+等の重金属イオンを質量分析により測定するために用いられる、重金属イオン測定用質量分析試薬に関する。
【背景技術】
【０００２】
重金属による土壌・地下水汚染の原因には、対象物質を含む原材料、薬品等の保管・製造過程における漏出、ばい煙の降下、不適正な排水の地下浸透または廃棄物の埋立処分などがある。土壌中における重金属等の挙動は、その物理化学的な性状および媒体となる土壌の性質により異なるが、一般に、重金属は水に溶けにくく、かつ土壌に吸着されやすいため、地下に浸透した重金属は、地表近くの土壌中に存在し、深部にまでは拡散していないことが多くある。しかしながら、土壌の吸着能力を超える負荷が生じた場合または六価クロムのように水に対する溶解度が高く、移動性の高い物質の場合、雨水などの地下浸透とともに地下深部にまで拡散することがある。
【０００３】
そのような背景で、現在重金属の汚染状況を簡便かつ正確に把握する分析手法が求められている。従来の方法は、高感度測定法としてICP、原子吸光法が挙げられるが、フレームを用いるため危険で現場で好まれず、また、操作の煩雑さ、ランニングコストが高いといった問題点が指摘されている。また簡易分析法として比色分析法が挙げられるが、感度が低いといった問題点が指摘されている。
【０００４】
一方、クラウンエーテル骨格（ヘテロ原子としてイオウ、窒素又は酸素原子を含む）の、重金属イオンとの錯形成能をエレクトロスプレーイオン化質量分析(ESI-MS)で測定することが報告されている（非特許文献１）。しかしながら、この方法では、1:1錯体ピークは検出できず、対イオンも付加して検出され、感度が悪いという問題がある。
【０００５】
【非特許文献１】Sheldon M. et al., Anal. Chem. 2002, 74, 4423-4433
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、フレームを用いることなく、簡便かつ高感度に重金属イオンを測定する手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者らは、鋭意研究の結果、重金属イオンと錯体を形成する構造と、溶液中で陰イオンになるイオン性官能基とを１分子中に含む化合物を、質量分析用のプローブとして用いることにより、重金属イオンを簡便かつ高感度に測定することができることを見出し本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、下記一般式[I]
R1AR2    [I]
（式中、R1は重金属イオンと錯体を形成する構造、R2は溶液中で一価の負イオンとなるイオン性官能基、Aは任意のスペーサー部分を表す）
で表される構造を有する重金属イオン測定用質量分析試薬を提供する。また、本発明は、上記本発明の試薬と、被検試料中の重金属イオンとを反応させ、生成物を質量分析することを含む、重金属イオンの質量分析方法を提供する。さらに、本発明は、上記本発明の試薬を収容する試薬容器と、被検試料を収容する試料容器と、前記試薬容器に収容された試薬及び前記試料容器に収容された被検試料を吸引するための吸引手段と、該吸引手段に接続され、その先端部を介して前記試薬容器に収容された試薬及び前記試料容器に収容された被検試料を吸引する吸引管と、該吸引管の途中に設けられた第１のバルブと、該第１のバルブに液押出用管を介して接続された送液ポンプと、前記第１のバルブに送液管を介して接続された液混合手段と、該液混合手段の下流に接続された質量分析装置とを具備する、重金属イオン分析用質量分析システムを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の試薬を用いると、イオン性官能基に起因する負電荷により、重金属イオンの電荷が１つ減じられ、また、錯形成により生成される錯体がほぼ単一のピークとして観察されることから、フレームを用いない簡便な質量分析により、高感度に重金属イオンを測定することができる。また、本発明により、上記本発明の試薬を用いる、高感度な重金属イオンの質量分析方法及び質量分析システムが提供された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上記のように、本発明の重金属イオン測定用質量分析試薬は、前記一般式[I]で表される構造を有するものである。
【００１１】
上記一般式[I]中において、R1は、重金属イオンと錯形成する構造を示している。このような構造の好ましい例として、下記式１〜５で表される構造を挙げることができる。
【００１２】
【化１】
2005249627.tif 000003
【００１３】
（一般式１ないし５中、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13及びR14は、互いに独立に、水素原子、炭素数1から10（好ましくは炭素数１〜４）の直鎖型若しくは分枝型のアルキル基、アミノ基、ニトロ基又はハロゲンを示し、k,l,m及びnは、互いに独立に１ないし４の整数を示す。）
なお、一般式２中、スペーサー部分と結合するのは窒素原子である。
【００１４】
一般式１〜５で示される構造のうち、式３で示されるものが特に好ましく、特に式３中のR7、R8、R9、R10、R11、R12、R13及びR14が水素原子であるものが好ましい。
【００１５】
前記一般式[I]中、R2は溶液中、好ましくは水溶液中で陰イオン、好ましくは１価の陰イオンになるイオン性官能基であり、好ましい例として、カルボキシル基若しくはその塩、スルホン基若しくはその塩、又は水酸基若しくはその塩を挙げることができる。これらの中でも、特にカルボキシル基若しくはその塩が好ましい。これらの好ましいイオン性官能基、とりわけ、カルボキシル基若しくはその塩は、その陰イオンの電荷によって重金属イオンの電荷を１価減少させるのみならず、重金属イオンとの安定で選択的な錯形成にも寄与し、ひいては重金属イオンの高感度測定に寄与する。
【００１６】
一般式[I]中、Ａは任意のスペーサー部である。本発明の試薬は、R1により重金属イオンと錯形成し、R2によって錯体の電荷を2価から1価にするものであるから、R1とR2の間に位置するＡは、任意の構造をとり得るものである。Ａの好ましい例として、炭素数1ないし10（さらに好ましくは炭素数１〜４）の直鎖型若しくは分枝型アルキレン基、該アルキレン基の一部をアミノ基、ハロゲン、エーテル及び／若しくはカルボニル基に置換した置換アルキレン基、フェニレン基、又はフェニレン基の一部をアミノ基、ハロゲン及び／若しくはニトロ基に置換した置換フェニレン基を挙げることができる。なお、エーテルに置換したアルキレン基とは、アルキレン鎖中の炭素原子が-O-に置き換わったものを意味する。同様に、カルボニル基に置換したアルキレン基とは、アルキレン鎖中の炭素原子が-CO-に置き換わったものを意味する。また、上記置換アルキレン基又は置換フェニレン基中の置換基の数は、１個でも複数でもよい。これらの置換基のうち、炭素数１〜１０、さらに好ましくは炭素数１〜４のアルキレン基が好ましい。
【００１７】
本発明の試薬により測定可能な重金属イオンとしては、R1と錯形成が可能な重金属イオンであれば特に限定されないが、２価の陽イオンが好ましい。近年、質量分析装置の検出器として飛行時間型質量分析計が汎用されている。飛行時間型質量分析計は重金属イオンのような多価イオンよりも1価のイオンを感度良く検出することが出来る。２価の陽イオンが、好ましいR2である１価の陰イオン性官能基を有する本発明の試薬と錯結合すると、重金属イオンの電荷が１価だけ減少し、生成する錯体の合計の電荷は１価となり、飛行時間型質量分析計により高感度に測定することができる。本発明の試薬を用いて測定される好ましい重金属イオンの例として、Pb2+, Cd2+, Hg2+, Zn2+, Ni2+, Cu2+及びCo2+から選ばれる少なくとも１種を例示することができる。下記実施例に具体的に記載するように、本発明の試薬を用いれば、複数の重金属イオンの混合物を分別測定することができる。なお、本明細書において、「測定」には検出（定性分析）と定量分析の両者が含まれる。
【００１８】
本発明の試薬は、R1、A及びR2の構造がそれぞれ公知であり、それらを結合することにより得ることができるので、有機合成の分野における常法に基づいて合成することができ、好ましい具体例が下記実施例に詳述されている。
【００１９】
本発明の試薬を用いて重金属イオンを測定する際には、先ず、重金属イオンを含む試料と混合して重金属イオンと試薬との錯体を生成させ、次に生成した錯体を質量分析にかける。本発明の試薬と重金属イオンとの反応は、１：１の化学量論量でよく進行するので、用いる試薬のモル濃度は、特に限定されないが、予想される重金属イオンのモル濃度と同程度でよい。従って、予想される重金属イオンのモル濃度の範囲の上限又はそれよりも少し高いモル濃度の試薬を用いればよい。あるいは、重金属イオン濃度が許容基準値以下であるか否かを調べる場合には、その基準値のモル濃度と同じか又はそれよりも少し高いモル濃度の試薬を用いることもできる。試薬と重金属の錯形成反応の温度は、特に限定されないが、室温でよく反応するので、室温で行なうことが簡便で好ましい。また、反応は速やかに起きるので、反応時間は、特に限定されず、通常、１秒〜３０秒程度でよく、多くの場合、２秒〜３秒程度でよい。反応溶媒は、水又はメタノールやエタノールのような、水と任意の割合で混じり合う有機溶媒が好ましく、メタノールが最も好ましい。混合は、撹拌下に行なうことが好ましい。
【００２０】
錯形成反応後の試料は、そのまま質量分析にかけることができる。質量分析自体は、市販の質量分析器を用いた常法により行うことができる。質量分析法としては、公知の方法のいずれでもよいが、ESI-MSが好ましく、また、検出器は、飛行時間型質量分析計が好ましい。
【００２１】
用いる試薬の分子量は既知であり、重金属イオンの原子量も既知であるから、質量分析により錯体のm/zを測定することによって、その重金属イオンを同定し、測定することができる。また、下記実施例において具体的に示されるとおり、試料中に複数種類の重金属イオンが含まれる場合であっても、各重金属イオンの原子量が異なるから、異なる位置に複数観察されるm/zのピークから、各重金属イオンを分別的に測定することができる。
【００２２】
本発明の試薬を用いると、陰イオン性官能基R2によって重金属イオンの電荷を相殺し、錯体の電荷を１価にすることができるので、飛行時間型質量分析計を用いて高感度に質量分析を行うことができる。また、陰イオン性官能基R2として、上記した好ましい官能基を用いる場合には、陰イオン性官能基が、錯体形成にも寄与し、安定で選択的な（すなわち、１種類の重金属イオンについて１種類の錯体しか形成されない）錯体形成が達成される。このため、試料中の重金属イオンを正確に測定でき、また、１つの試料中に複数種類の重金属イオンが含まれる場合であっても、各重金属イオンを分別的に正確に測定することができる。
【００２３】
本発明はまた、上記本発明の試薬と、被検試料中の重金属イオンとを反応させ、生成物を質量分析することを含む、重金属イオンの質量分析方法を提供するものであり、これは上記の通りに実施することができる。
【００２４】
本発明の質量分析方法は、上記本発明の試薬を用いて、汎用の質量分析装置を用いて手動で行なうことができるが、本発明はまた、上記本発明の試薬を用いた、自動化に適した重金属イオン分析用質量分析システムをも提供する。
【００２５】
この質量分析用システムを、図２１及び図２２を参照して説明する。質量分析用システムは、試薬を収容する試薬容器１０と、被検試料を収容する試料容器１２、１２’を含む。被検試料を収容する試料容器は、１個でも複数でもよく、複数ならば複数の被検試料を分析することができる。質量分析システムは、前記試薬容器に収容された試薬及び前記試料容器に収容された被検試料を吸引するための吸引手段１４を具備する。吸引手段１４は、例えばシリンジである。該吸引手段１４には、吸引管１６が接続され、吸引管１６は、その先端部を介して前記試薬容器に収容された試薬及び前記試料容器に収容された被検試料を吸引する。吸引管１６の先端部には、ニードルが取り付けられていてもよく、その場合には、容器の頂部をフィルムで被覆した試料容器や試薬容器のフィルムをニードルで突き刺して内部の液体を吸引することができる。吸引管１６の途中には第１のバルブ１８が設けられている。該第１のバルブ１８には、液押出用管２０を介して送液ポンプ２２が接続されている。第１のバルブ１８には、送液管２４を介して液混合手段２６が接続されている。液混合手段２６は、試料液と試薬液とを混合することができる手段であれば何ら限定されるものではなく、例えば、簡便で好ましい例としてミキシングカラムを挙げることができる。ミキシングカラムは、カラムの内部にガラスビーズを充填したものであり、２液がこの中を通る間に２液の混合が起きる。液混合手段２６の下流には、質量分析計が接続され、これは汎用のものであってよい。さらに、図２１及び図２２に示す好ましい具体例では、液押出用管２０の途中であって、前記送液ポンプ２２と前記第１のバルブ１８の間に第２のバルブ２８が設けられ、一方、前記吸入管１６の途中であって、前記吸入手段１４と前記第１のバルブ１８の間に第３のバルブ３０が設けられ、これらの間が第２の液押出用管３２で接続されている。
【００２６】
操作にあたっては、先ず、吸引手段１４を作動させて試薬容器１０から本発明の試薬液を吸引する。この時、第１のバルブ１８及び第３のバルブ３０は、吸引手段１４によって液が吸引される側に設定されている。送液ポンプ２２は停止している。次に、この状態で、吸引管１６の先端部（ニードルが取り付けられている場合にはニードル）を移動させ、試料容器１２又は１２’から被検試料液を吸引する。吸引時の流体の流れが黒塗りの三角形で図２１に示されている。
【００２７】
吸引した試薬液及び被検試料液を質量分析計に押出す際には、吸引手段１４を停止すると共に送液ポンプ２２を作動させ、溶媒を送り出す。溶媒としては、反応溶媒と同様、水又はメタノールやエタノールのような、水と任意の割合で混じり合う有機溶媒が好ましく、メタノールが最も好ましい。また、第１、第２及び第３のバルブを、図２２に黒三角で示す向きに流体が移動するよう切り替える。そうすると、吸引管１６の途中にあった試薬液及び被検試料液は、図２２の黒三角で示すように、液混合手段を介して質量分析計に送られる。上記の通り、液混合手段を通過する際に試薬液と被検試料液が混合される。試薬液と被検試料液が混合されると、上記した結合反応が起き、結合生成物が上記の通り、質量分析に付される。
【００２８】
実施例
以下、本発明を実施例に基づきより具体的に説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００２９】
各例の説明に先立ち、各例において採用した、試薬、分離生成方法及び化合物同定方法について説明する。
【００３０】
1.試薬
使用した試薬、溶媒は東京化成、関東化学、Wako、Aldrich、Fulka及びMerck社製の市販品特級のものを使用した。また乾燥塩化メチレンは工業用を蒸留し乾燥モレキュラーシーブを加えて水分を除去したものである。
【００３１】
2  分離精製
2.1  カラムクロマトグラフィー
固定相には、Merck社製Aluminiumoxide 60 aktiv neutralを用いた。移動相には一級相当のn-ヘキサン、酢酸エチル及びクロロホルムを用いた。
【００３２】
2.2  分取用薄層クロマトグラフィー (preparative TLC)
固定相にはMerck社製TLC plates Aluminium oxide 60 F254, Merck社製TLC plates silica gel 60 F245 with concentrating zoneを用いた。移動相には一級相当のn-ヘキサン及び酢酸エチルを用いた。
【００３３】
2.3  薄層クロマトグラフィー（TLC）
固定相にはMerck社製TLC plates Aluminium oxide 60 F254, Merck社製 TLC plates silica gel 60 F245を用いた。移動相には一級相当のn-ヘキサン、酢酸エチル及びクロロホルムを用いた。化合物はヨウ素及びUV吸収（254nm）を用いて検出を行なった。
【００３４】
3  化合物同定
3.1  核磁気共鳴分光器（NMR）
NMR装置は日本電子社製LNM-LA300FT-NMR、JNM-GSX270FT-NMRを使用した。重溶媒にはMerck社製chloroform-d, acetone-d6を用い、内部標準としてテトラメチルシラン(TMS)を用いた。なおシグナルの略称は次のようになっている。
s : singlet、  d : doublet、  t : triplet、  q : quartet、  m : multiplet
【００３５】
3.2  質量分析計
質量分析計のイオン化法はESI法、質量分析部はTOFMSである。Applied Biosystems社のMariner Biospectrometry Workstationを用いた。TOFはリフレクター型である。
【実施例１】
【００３６】
KHM-1の合成
下記のスキームに従い、下記式で表される構造を有する、本発明の試薬であるKHM-1を合成した。
【００３７】
【化２】
2005249627.tif 000004
【００３８】
合成スキーム
【００３９】
【化３】
2005249627.tif 000005
【００４０】
(1)   3-(ビス-ピリジン-2-イルメチル-アミノ)-プロピオン酸メチルエステルの合成
【００４１】
【化４】
2005249627.tif 000006
【００４２】
Ar置換した300 ml三口ナスフラスコに、3-ブロモ-プロピオン酸メチルエステル(2.0 ml, 12.0 mmol, 1 eq.) を入れ、アセトニトリル (100 ml) を加えた。2,2'-ジピコリルアミン (1 ; 7.20 ml, 35.9 mmol, 3 eq.) 、炭酸カリウム (3.32 g, 24.0 mmol, 2 eq.) を加えて19時間還流した。H2Oを加えて反応を停止させた後、溶媒を減圧留去した。得られた個体をethyl acetateに溶解し、H2Oで洗浄した後、有機層を芒硝乾燥した。溶媒を減圧留去し、カラムクロマトグラフィー (Al2O3, n-ヘキサン：酢酸エチル= 1：1 v/v) によって精製を行い、茶色オイル状化合物 ( 2 ; 2.83 g, 82.9 %) を得た。
【００４３】
TLC (Al2O3); Rf = 0.8 (n-ヘキサン：酢酸エチル= 1：1 v/v)
1H-NMR (300 MHz, CD3OD, TMS, r. t., δ/ppm) 2.57 (t, J = 7.2 Hz, 2H, -CH2-), 2.94 (t, J = 7.2 Hz, 2H, -CH2-), 3.64 (s, 3H, -CH3), 3.83 (s, 4H, -CH2-), 7.20 (t, J = 6.3 Hz, 2H, ArH), 7.49 (d, J = 4.1 Hz, 2H, ArH), 7.66 (d, J = 5.5 Hz, 2H, ArH), 8.52 (d, J = 4.9 Hz, 2H, ArH)
【００４４】
(2)   3-(ビス-ピリジン-2-イルメチル-アミノ)-プロピオン酸の合成
【００４５】
【化５】
2005249627.tif 000007
【００４６】
50 ml二口ナスフラスコに、3-(ビス-ピリジン-2-イルメチル-アミノ)-プロピオン酸メチルエステル ( 2 ; 2.00 ml, 7.01 mmol) を入れ、メタノール (50 ml) 、10w% aq. NaOH (3 ml) を加えて24時間還流した。H2Oを加えて反応を停止させた後、大部分の溶媒を減圧留去した。1M aq. HCl (15 ml) を加えてpHを5に調整した後、溶媒を減圧留去した。エタノールを加えて、析出した沈殿を濾別した後、濾液を減圧濃縮し、白色結晶状化合物( 3 ; 1.82 g, 95.9 %) を得た。
【００４７】
TLC (Al2O3); Rf = 0.0 (n-ヘキサン：酢酸エチル= 1：1 v/v)
ESI-TOFMS(+)
[M + H]+ = 272.2
1H-NMR (300 MHz, CD3OD, TMS, r. t., δ / ppm) 2.71 (t, J = 6.3 Hz, 2H, -CH2-), 3.12 (t, J = 6.2 Hz, 2H, -CH2-), 4.05 (s, 4H, -CH2-), 7.26 (t, J = 6.2 Hz, 2H, ArH), 7.44 (d, J = 7.8 Hz, 2H, ArH), 7.71 (t, J = 6.0 Hz, 2H, ArH), 8.58 (d, J = 4.1 Hz, 2H, ArH)
【００４８】
比較例１
下記の合成スキームに従い、比較化合物を合成した。なお、比較化合物は、実施例１で合成したKHM-1からカルボキシル基を除いた構造を有するものである。
【００４９】
【化６】
2005249627.tif 000008
【００５０】
Ar置換した100 mlニ口ナスフラスコに、1-ブロモ-プロパン (1.0 ml, 8.13 mmol, 1 eq.) を入れ、アセトニトリル (50 ml)を加えた。2,2'-ジピコリルアミン (4 ; 4.90 ml, 24.4 mmol, 3 eq.) 、炭酸カリウム (2.26 g, 1.63 mmol, 2 eq.) を加え、24時間還流した。吸引濾過した後、溶媒を減圧留去した。カラムクロマトグラフィー(Al2O3, n-ヘキサン：酢酸エチル= 1：1 v/v) によって精製を行い、赤茶色結晶状化合物 (5 ;1.67 g, 85.2 %) を得た。
【００５１】
TLC (Al2O3); Rf = 0.8 (n-ヘキサン：酢酸エチル= 1：1 v/v)
ESI-TOFMS(+)
[M + H]+ = 242.3
1H-NMR (300 MHz, CD3OD, TMS, r. t., δ / ppm) 0.87 (t, J = 7.4 Hz, 3H, -CH3), 1.55 (m, 2H, -CH2-), 2.51 (t, J = 7.4 Hz, 2H, -CH2-), 3.81 (s, 4H, -CH2-), 7.14 (t, J = 6.7 Hz, 2H, ArH), 7.56 (d, J = 7.8 Hz, 2H, ArH), 7.66 (t, J = 7.6 Hz, 2H, ArH), 8.52 (d, J = 5.6 Hz, 2H, ArH)
【実施例２】
【００５２】
実施例１で合成したKHM-1を用いて以下の通りCu2+イオンを質量分析した。
【００５３】
(1)   質量分析装置の測定条件
装置の構成を図１に示す。シリンジポンプを用いて、10.0μL/分の流速で、常時移動溶媒(MeOH)を流す。試料溶液は、マイクロシリンジを用いて、インジェクターから20μＬ導入する。試料溶液は移動溶媒の流れに沿って、質量分析計に向かう。質量分析計の設定条件は、以下の通りである。
機種：Applied Biosystems社製Mariner
イオン化法：エレクトロスプレーイオン化法
検出法：飛行時間型検出法
移動溶媒：メタノール
スプレー先端電位(Spray tip potential)：3500 V
ノズル電位(Nozzle potential)：90 V
検出器電圧：2280 V
Quad RF電圧：700 V
気化ガス流速(Flow rate of Nebulizer gas) (N2)：0.25 L/分
補助ガス流速(Flow rate of Auxiliary gas) (N2)：1.0 L/分
対向流温度(Temperature of the counter stream)：160℃
【００５４】
(2)  操作方法
スクリュー管に、6.0 × 10-10MのCuCl2・2H2O及び6.0 × 10-10MのKHM-1を加え（溶媒はメタノール）、室温で10秒間撹拌した後、質量分析装置で上記の測定条件で測定を行った。
【００５５】
(3)  結果
結果を図２に示す。図２は、横軸にm/z、縦軸に相対強度(%)をプロットしたものである。なお、図２中、Mは試薬を意味する（図３以降も同様）。図２に示されるように、本発明の試薬であるKHM-1を用いて２価の重金属イオンであるCu2+を１価の金属錯体ピークとして高感度に検出することができた。
【００５６】
比較例２
試薬として比較例１で合成した比較化合物を用いることを除き実施例２と同じ操作を行なった。結果を図３に示す。図３に示されるように、Cuイオンを含む化学種が３種類も生じてしまい、Cu錯体を１価の金属錯体として高感度に検出することはできなかった。
【実施例３】
【００５７】
塩化第二銅二水塩に代えて、ZnCl2を用いたことを除き、実施例２と同じ操作を行い、Zn2+イオンを質量分析した。結果を図４に示す。図４に示すように、２価の重金属イオンであるZn2+を１価の金属錯体ピークとして高感度に検出することができた。
【００５８】
比較例３
試薬として比較例１で合成した比較化合物を用いることを除き実施例３と同じ操作を行なった。結果を図５に示す。図５に示されるように、Znイオンとの錯形成が実施例３よりも少なく、また、Znイオンを含む化学種が複数生じてしまい、Zn錯体を１価の金属錯体として高感度に検出することはできなかった。
【実施例４】
【００５９】
塩化第二銅二水塩に代えて、Ni(NO3)2・6H2Oを用いたことを除き、実施例２と同じ操作を行い、Ni2+イオンを質量分析した。結果を図６に示す。図６に示すように、２価の重金属イオンであるNi2+を１価の金属錯体ピークとして高感度に検出することができた。
【００６０】
比較例４
試薬として比較例１で合成した比較化合物を用いることを除き実施例４と同じ操作を行なった。結果を図７に示す。図７に示されるように、Niイオンを含む化学種が複数生じてしまい、Ni錯体を１価の金属錯体として高感度に検出することはできなかった。
【実施例５】
【００６１】
塩化第二銅二水塩に代えて、CoCl2・6H2Oを用いたことを除き、実施例２と同じ操作を行い、Co2+イオンを質量分析した。結果を図８に示す。図８に示すように、２価の重金属イオンであるCo2+を１価の金属錯体ピークとして高感度に検出することができた。
【００６２】
比較例５
試薬として比較例１で合成した比較化合物を用いることを除き実施例５と同じ操作を行なった。結果を図９に示す。図９に示されるように、Coイオンを含む化学種が複数生じてしまい、Co錯体を１価の金属錯体として高感度に検出することはできなかった。
【実施例６】
【００６３】
塩化第二銅二水塩に代えて、(CH3COO)2Pb・3H2Oを用いたことを除き、実施例２と同じ操作を行い、Pb2+イオンを質量分析した。結果を図１０に示す。図１０に示すように、２価の重金属イオンであるPb2+を１価の金属錯体ピークとして高感度に検出することができた。
【実施例７】
【００６４】
塩化第二銅二水塩に代えて、CdCl2を用いたことを除き、実施例２と同じ操作を行い、Cd2+イオンを質量分析した。結果を図１１に示す。図１１に示すように、２価の重金属イオンであるCd2+を１価の金属錯体ピークとして高感度に検出することができた。
【実施例８】
【００６５】
塩化第二銅二水塩に代えて、(CH3COO)2Hgを用いたことを除き、実施例２と同じ操作を行い、Hg2+イオンを質量分析した。結果を図１２に示す。図１２に示すように、２価の重金属イオンであるHg2+を１価の金属錯体ピークとして高感度に検出することができた。
【実施例９】
【００６６】
スクリュー管に、4.0 × 10-11M〜1.6 × 10-9MのCdCl2及び8.0 × 10-10MのKHM-1を加え（溶媒はメタノール）、室温で10秒間撹拌した後、質量分析装置で上記の測定条件で測定を行った。内部標準としては1-メチル-ピリジニウムを1.1 x 10-9Mの濃度で用いた。検量線を作成するにあたり、マススペクトル中の錯体のピーク強度は、内部標準物質のピーク強度に対する相対比で算出した(相対強度＝錯体のピーク強度÷内部標準物質のピーク強度)。
【００６７】
結果を図１３に示す。図１３に示されるように、1.6x 10-10Mから8.0 x 10-10Mの範囲で、Cd2+イオン濃度に依存して相対強度が増大しており、少なくともこの範囲でCd2+を定量できることが確認された。この濃度範囲は、環境基準値上限よりも小さく、この方法により、Cd2+濃度が環境基準の範囲内にあるか否かを調べることが可能である。なお、本実施例では、KHM-1の濃度を8.0 × 10-10Mにしたため、重金属イオン濃度がこれを超えても相対強度は増大しないが、より高濃度のKHM-1を用いれば、さらに高濃度の重金属イオンも定量可能である（以下の実施例でも同様）。
【実施例１０】
【００６８】
1.6 x 10-11〜1.6 x 10-9Mの (CH3COO)2Pb・3H2Oを用いたことを除き、実施例９と同じ操作を行った。結果を図１４に示す。図１４に示されるように、8.0x 10-10Mから1.6 x 10-9Mの範囲で、Pb2+イオン濃度に依存して相対強度が増大しており、少なくともこの範囲でPb2+を定量できることが確認された。この濃度範囲は、環境基準値上限よりも小さく、この方法により、Pb2+濃度が環境基準の範囲内にあるか否かを調べることが可能である。
【実施例１１】
【００６９】
4.0 x 10-12〜1.6 x 10-9MのCuCl2・2H2Oを用いたことを除き、実施例９と同じ操作を行った。結果を図１５に示す。図１５に示されるように、1.6x 10-11Mから8.0 x 10-10Mの範囲で、Cu2+イオン濃度に依存して相対強度が増大しており、少なくともこの範囲でCu2+を定量できることが確認された。この濃度範囲は、環境基準値上限よりも小さく、この方法により、Cu2+濃度が環境基準の範囲内にあるか否かを調べることが可能である。
【実施例１２】
【００７０】
4.0 x 10-13〜1.6 x 10-9MのZnCl2を用いたことを除き、実施例９と同じ操作を行った。結果を図１６に示す。図１６に示されるように、1.6x 10-10Mから8.0 x 10-10Mの範囲で、Zn2+イオン濃度に依存して相対強度が増大しており、少なくともこの範囲でZn2+を定量できることが確認された。
【実施例１３】
【００７１】
4.0 x 10-13〜1.6 x 10-9MのNi(NO3)2・6H2Oを用いたことを除き、実施例９と同じ操作を行った。結果を図１７に示す。図１７に示されるように、1.6x 10-11Mから8.0 x 10-10Mの範囲で、Ni2+イオン濃度に依存して相対強度が増大しており、少なくともこの範囲でNi2+を定量できることが確認された。
【実施例１４】
【００７２】
1.6 x 10-12〜1.6 x 10-9MのCoCl2・6H2Oを用いたことを除き、実施例９と同じ操作を行った。結果を図１８に示す。図１８に示されるように、1.6x 10-11Mから8.0 x 10-10Mの範囲で、Co2+イオン濃度に依存して相対強度が増大しており、少なくともこの範囲でCo2+を定量できることが確認された。
【実施例１５】
【００７３】
1.6 x 10-10〜1.6 x 10-9Mの(CH3COO)2Hgを用い、内部標準物質の濃度を2.2 x 10-9Mとしたことを除き、実施例９と同じ操作を行った。結果を図１９に示す。図１９に示されるように、4.0 x 10-10Mから1.6 x 10-9Mの範囲で、Hg2+イオン濃度に依存して相対強度が増大しており、少なくともこの範囲でHg2+を定量できることが確認された。なお、この濃度範囲は環境基準値の上限よりも大きいが、試料を濃縮して分析すれば環境基準値の上限以下の濃度のHg2+でも測定可能である。
【実施例１６】
【００７４】
2.0 x 10-9M のKHM-1を用い、イオン濃度が4.0 x 10-10Mの各種イオン（用いた化合物は、Cu2+、Cd2+, Ni2+, Co2+, Ni2+, Pb2+が実施例２ないし８と同じ、内部標準物質が2.0 x 10-9M）の混合物を用いて、実施例２と同様にして質量分析を行なった。結果を図２０に示す。図２０に示すように、各重金属イオンが１価の金属錯体のピークとして観察され、各重金属イオンを分別測定することが可能であった。実施例９ないし１４の定量分析の結果に基づいて算出した、本実施例で観察された各ピークの誤差を下記表１に示す。表１に示されるように、重金属イオンの混合物を同時測定した場合でも、約３％の誤差範囲で測定することができた。
【００７５】
【表１】
2005249627.tif 000009
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の試薬を用いることにより、各種重金属イオンを簡便に高感度で測定することができる。従って、本発明の試薬は、各種重金属イオンを質量分析により測定するための試薬として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施例で用いた質量分析装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施例２において、Cu2+を質量分析した結果を示す図である。
【図３】本発明の比較例２において、Cu2+を質量分析した結果を示す図である。
【図４】本発明の実施例３において、Zn2+を質量分析した結果を示す図である。
【図５】本発明の比較例３において、Zn2+を質量分析した結果を示す図である。
【図６】本発明の実施例４において、Ni2+を質量分析した結果を示す図である。
【図７】本発明の比較例４において、Ni2+を質量分析した結果を示す図である。
【図８】本発明の実施例５において、Co2+を質量分析した結果を示す図である。
【図９】本発明の比較例５において、Co2+を質量分析した結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施例６において、Pb2+を質量分析した結果を示す図である。
【図１１】本発明の実施例７において、Cd2+を質量分析した結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施例８において、Hg2+を質量分析した結果を示す図である。
【図１３】本発明の実施例９において、Cd2+を質量分析により定量分析した結果を示す図である。
【図１４】本発明の実施例１０において、Pb2+を質量分析により定量分析した結果を示す図である。
【図１５】本発明の実施例１１において、Cu2+を質量分析により定量分析した結果を示す図である。
【図１６】本発明の実施例１２において、Zn2+を質量分析により定量分析した結果を示す図である。
【図１７】本発明の実施例１３において、Ni2+を質量分析により定量分析した結果を示す図である。
【図１８】本発明の実施例１４において、Co2+を質量分析により定量分析した結果を示す図である。
【図１９】本発明の実施例１５において、Hg2+を質量分析により定量分析した結果を示す図である。
【図２０】本発明の実施例１６において、各種重金属イオンの混合物を質量分析により定量分析した結果を示す図である。
【図２１】本発明の重金属イオン分析用質量分析システムの好ましい具体例の液吸引時の状態を模式的に示す図である。
【図２２】本発明の重金属イオン分析用質量分析システムの好ましい具体例の液押出時の状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０  試薬容器
１２  試料容器
１２’  試料容器
１４  吸引手段
１６  吸引管
１８  第１のバルブ
２０  液押出用管
２２  送液ポンプ
２４  送液管
２６  液混合手段
２８  第２のバルブ
３０  第３のバルブ
３２  第２の液押出用管
【図１】
2005249627.tif 000012
【図２】
2005249627.tif 000013
【図３】
2005249627.tif 000014
【図４】
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【図５】
2005249627.tif 000016
【図６】
2005249627.tif 000017
【図７】
2005249627.tif 000018
【図８】
2005249627.tif 000019
【図９】
2005249627.tif 000020
【図１０】
2005249627.tif 000021
【図１１】
2005249627.tif 000022
【図１２】
2005249627.tif 000023
【図１３】
2005249627.tif 000024
【図１４】
2005249627.tif 000025
【図１５】
2005249627.tif 000026
【図１６】
2005249627.tif 000027
【図１７】
2005249627.tif 000028
【図１８】
2005249627.tif 000029
【図１９】
2005249627.tif 000030
【図２０】
2005249627.tif 000031
【図２１】
2005249627.tif 000032
【図２２】
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