Negative CI-MS/MSによるニトロアレーン類の分析㈱環境管理センター

環境基礎研究所

川中洋平、王寧、尹順子

研究概要
ガスクロマトグラフ／負イオン化学イオン化-タンデム質量分析計（GC/NCI-MS/MS）を用いて、サブpgまで検出可能なニトロアレーンの高感度分析法を開発した。

本分析法の大気試料への適用性について検討した

株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

ニトロアレーン（Nitro-PAHs）とは・・・
化石燃料の燃焼過程や大気中でのPAHsとNOx等との反応により生成する化学物質であり、極めて強い変異原性を示す。
mono-Nitro-PAHs

NO2NO2
NO 21-ニトロピレン

2-ニトロフルオランテン

3-ニトロフルオランテン

NO2O2N

NO21-ニトロトリフェニレン

2-ニトロトリフェニレン

6-ニトロクリセン

株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

ニトロアレーン（Nitro-PAHs）とは・・・
化石燃料の燃焼過程や大気中でのPAHsとNOx等との反応により生成する化学物質であり、極めて強い変異原性を示す。
di-Nitro-PAHs
NO2NO2NO 2NO2NO 2O2N

1,6-ジニトロピレン
1,3-ジニトロピレン

1,8-ジニトロピレン

株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

ニトロアレーンの分析法
HPLC系
蛍光検出／HPLC法
化学発光検出／HPLC法
LC/MS法LC/MS/MS法

感度が良い

GC/NCI-MS/MS法
GC系
GC/NPD法
GC/ECD法
GC/MS法GC/NCI-MS法

異性体分離が良い

株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

GC/NCI-MS/MSの装置概要
ガスクロマトグラフ（GC）

CP-3800 (VARIAN)

分離カラム

HT8 (0.32 mm×25 m, SGE)
DB1-MS (0.25 mm×30 m, Agilent)

タンデム質量分析計（MS/MS）
イオン化法
NCI反応ガスコリジョンガス

1200L (VARIAN)
Negative-CI
メタン
アルゴン

株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

スキャンモードでの標準溶液のマススペクトル例
1-ニトロピレン50100150m/z = 247
[M]-

200

2503001,8-ジニトロピレン

50100150350

400 (m/z)

m/z = 292
[M]-

200250300

350

400 (m/z)

全物質、[M]– の分子イオンをプリカーサーイオン（親イオン）として用いた
株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

コリジョン電圧とMS/MSスペクトル例（1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ）
ﾌﾟﾘｶｰｻｰｲｵﾝ m/z = 247

m/z = 247[M]-

コリジョン電圧： 5V

コリジョン電圧： 10V

m/z = 217
[M-NO]-

コリジョン電圧： 15V

コリジョン電圧： 20V

50

100

150

200

250

300(m/z)
株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

MS/MSモードでの測定イオンのまとめ
物質

ﾌﾟﾘｶｰｻｰｲｵﾝ

ﾌﾟﾛﾀﾞｸﾄｲｵﾝ

ｺﾘｼﾞｮﾝ電圧（V）

2-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

247

247

103-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

247

217

101-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

247

217

101-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ

273

46

106-ﾆﾄﾛｸﾘｾﾝ

273

243

102-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ

2732735

1,3-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

29226215

1,6-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

29226215

1,8-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

29226215

すべて[M]-[M-NO][M][NO2]株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

標準溶液のMS/MSクロマトグラム①
分析カラム： DB1-MS2-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ ＋ 3-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

分離できない1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ-d9 (内部標準)
1-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ
6-ﾆﾄﾛｸﾘｾﾝ
2-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ
1,6-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ
1,8-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

1,3-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ
253035（分）株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

標準溶液のMS/MSクロマトグラム②
分析カラム： HT82-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

3-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ
1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ-d9 (内部標準)
1-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ
6-ﾆﾄﾛｸﾘｾﾝ

ピーク形状・感度が悪い

2-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ

25

1,3-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ
1,6-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

1,8-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

3035（分）株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

標準溶液のMS/MSクロマトグラム③
分析カラム： HT8およびDB1-MS
3-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

2-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ
1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ-d9 (内部標準)

HT81-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ
6-ﾆﾄﾛｸﾘｾﾝ
2-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ

DB1-MS

1,6-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ
1,8-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

1,3-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ
253035（分）株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

低濃度溶液（1 ppb）のクロマトグラム
分析カラム： HT8およびDB1-MS3-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

2-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ
1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ-d9 (内部標準)

HT81-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ
6-ﾆﾄﾛｸﾘｾﾝ
2-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ

DB1-MS

1,6-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ1,8-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

1,3-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ
253035（分）株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

検量線① mono-nitro-PAHs
0.5 〜 200 ppb の範囲で良好な直線性が見られた
55アバンダンス比

2-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ(R2 = 1.000)

43-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ(R2 = 0.999)

32-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ(R2 = 0.999)

431-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ(R2 = 1.000)22111-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ(R2 = 1.000)6-ﾆﾄﾛｸﾘｾﾝ(R2 = 0.999)
00050

100

150

200

250050100

150200250

濃度 (ppb)
株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

検量線② ジニトロピレン類
0.5 〜 50 ppb の範囲で良好な直線性が見られた
1.21,3-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ(R2 = 0.999)1アバンダンス比

0.8
1,6-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ(R2 = 0.999)

0.6
0.4

1,8-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ(R2 = 0.997)

0.200204060

濃度 (ppb)
株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

GC/NCI-MS/MS における装置検出下限値
低濃度標準溶液（1 ppb）の繰り返し測定の結果から算出
検出下限値 = 標準偏差×3 (n=7)
物質名HT8DB1-MS

装置検出下限値 (pg)2-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

0.143-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

0.05

1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

0.05

1-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ

0.06

6-ﾆﾄﾛｸﾘｾﾝ

0.15

2-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ

0.12

1,3-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

0.10

1,6-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

0.07

1,8-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

0.15

株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

大気粒子中のニトロアレーンの前処理フロー
画分1画分2

濃縮

濃縮

GC/EI-MS

GC/NCI-MS/MS

大気試料

超音波抽出

脱水・濃縮

ジクロロメタン

カラム分画画分1画分2: 10% ジクロロメタン含有ヘキサン （PAHs用）: 50% ジクロロメタン含有ヘキサン （Nitro-PAHs用）
株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

添加回収試験の結果回収率（%）

変動係数（%）

2-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

93.2

-

3-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ

92.6

0.1

1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

94.6

3.4

1-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ

106. 12.56-ﾆﾄﾛｸﾘｾﾝ

95.5

6.6

2-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ

98.8

1.2

1,3-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

70.1

2.3

1,6-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

83.6

1.9

1,8-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ

80.6

3.2

物質名

回収率70 〜 110 %、変動係数 10 %未満と良好な値が得られた
株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

大気試料への適用例
分析カラム： HT8およびDB1-MS
2-ﾆﾄﾛﾌﾙｵﾗﾝﾃﾝ（120 pg）
1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ（21.4 pg）

1-ﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ-d9 (内部標準)
1-ﾆﾄﾛﾄﾘﾌｪﾆﾚﾝ（1.1 pg）

1,3-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ（0.14 pg）
25

1,6-ｼﾞﾆﾄﾛﾋﾟﾚﾝ（0.10 pg）
3035（分）株式会社環境管理センター 環境基礎研究所

まとめ
ガスクロマトグラフ／負イオン化学イオン化-タンデム質量分析計（GC/NCI-MS/MS）を用いてニトロアレーンの高感度分析法を開発した。
本法による装置検出下限値は、0.05 〜 0.15 pgであり、非常に高感度であった。
本法を大気試料分析に適用するための前処理法を開発し、実試料に適用した結果、ニトロフルオランテン、ニトロピレン、ニトロトリフェニレン、ジニトロピレンなどについて検出することが可能であった。

株式会社環境管理センター 環境基礎研究所