成蹊大学理工学研究報告
J. Fac. Sci. Tech., Seikei Univ.
Vol.43 No.2 (2006) pp.29-33（研究装置設備紹介･報告）

水溶液系に含有する内分泌攪乱物質の濃縮と分離並びに分析
樋口亜紺＊

Analysis, Separation and Concentration of Endocrine Disruptors in Aqueous Solution
Akon HIGUCHI＊
ABSTRACT： Endocrine disruptors, such as dioxin and polychlorinated biphenyl (PCB), are affecting
the development and reproduction of humans and animals, and are therefore, of major concern to theenvironment. In this work, separation from aqueous solutions of several endocrine disruptors such as
dibenzo-p-dioxin, diethylphthalate (DEP) and co-planar PCB (3,3’,4,4’-tetrachlorobiphenyl, TCB) has
been investigated by pervaporation.

The relationship between the separation factor of endocrine

disruptors and their physical properties, i.e. saturated vapor pressure (pvap) and hydrophobicity (log Pow,
octanol-waterpartitioncoefficient)wasdiscussed.

Pervaporation

experiments

throughpolydimethylsiloxane (PDMS) membranes were performed using aqueous feed solutions of several
endocrine disruptors. The relationship between the separation factor of endocrine disruptors and log Pow ·pvap (ED) based on the theoretical equation showed a relative good relationship (r = 0.883) as
theoretically predicted. We also succeeded to remove endocrine disruptors by pervaporation of sea water
at Enoshima island.
Keywords：gas/mass spectroscopy, endocrine disruptor, membrane, pervaporation（Received October 2, 2006）

１．はじめにあるが，タバコに含まれているニコチンの毒性は，DDT（ジクロロジフェニルトリクロロエタン）と青酸カリの間の毒性である）1）。

外因性内分泌攪乱物質(環境ホルモン)が野生動物並び致死量から見た内分泌攪乱物質に人の生殖機能を撹乱させていることが明らかとなっての毒性は，それほど高くないが，生体内のエストロゲンきた。内分泌攪乱物質は微量であっても生体内で作用すレセプターあるいはアドレナリンレセプターに内分泌攪る。環境中の濃度が極微量 (pptレベル) であっても，食乱物質が結合して，生体内の内分泌系を攪乱させてしま

物連鎖の過程で生体内中に濃縮されていき，人の健康へEstrogenの影響が心配されている1-3）。内分泌攪乱物質は，図１に17β-estradiol示すように，一般に芳香環を有し，かつハロゲン原子がAgricultural chemicals(hormone)付加されている。通常の内分泌攪乱物質は極めて疎水性

o, p'-DDTHO

Synthetic estrogenであり，不揮発性である。このために，脂質や脂肪中にDiethylstilbestrol(DES)溶解しやすく，生体内に長期に残留する。すなわち，内OHBisphenol AOHOO

1, 2-Dibromo-3-chloropropane(DBCP)
BrClOClClOClCl

3, 3', 4, 4'-TetrachlorobiphenylOClOO

HOPCB
ClClOClClHOCl
Cl

り，ボツリヌス菌毒素の約1/1000の毒性である（余談で*図１：物質生命理工学科教授 (higuchi@st.seikei.ac.jp)－29－HNO

2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin

n-Butylbenzene Diethylphthalate

CH3CH3塩化ジベンゾダイオキシンの毒性は赤痢菌毒素程度であO

Br

C 4H 9てみると，ダイオキシン類中最も有毒である2,3,7,8-四OCl

Industrial chemicals

いる。一方，内分泌攪乱物質の毒性（半数致死量）を見

OCl
CCl3

HO

分泌攪乱物質の生物濃縮が生じてしまうことが知られて

2,2-Dimethyl-1,3benzodioxol-4-yl
methylcarbamate(Bendiocarb)

2-sec-Butylphenyl
methylcarbamate
H(BPMC)NOH

様々な内分泌攪乱物質の化学構造

い，子孫を作ることを抑制してしまう効果が指摘されてチルシリルプロピン膜，ポリビニルエーテル膜，架橋ポいる。このために，内分泌攪乱物質を何らかの形で，環リビニルエステル膜11）等が報告されてきた。我々は，汎境中から分解あるいは除去する必要が生じてくるのであ用性があるポリジメチルシロキサン（PDMS）膜を用いて，る。

パーベーパレーション法による内分泌撹乱物質の分離・除去性を検討した4-6）。

内分泌撹乱物質（環境ホルモン）中最も有害と言われているダイオキシン量は，ppt レベルで測定されなけれ使用した装置概略を図３に示す。内分泌攪乱物質の蒸ばならなく，超微量のためにガス－質量分析（GC/MS）

気圧は，揮発性有機溶媒（ＶＯＣ）に比べて，極度に低計で直接分析することは現在のところ不可能である。現

いために，パーベーパレーション装置における供給液温手法では，前処理段階としてジクロロメタンを用いた抽，膜近傍温度（Tmem），透過側温度（Tperm）を高度（Tfeed）

出濃縮法が用いられている。しかしながら，操作が繁雑Feed Solutionであるために，半自動的な内分泌撹乱物質濃縮法の出現

HydrophobicMembrane

Vapor (permeate side)が望まれていた。我々は，疎水性高分子膜を用いたパーベーパレーション（浸透気化）法並びに吸着法により，疎水性である内分泌撹乱物質を水溶液中から濃縮し，直Vacuum Pump
T(interface)

接ガスー質量分析計で分析するシステムを開発研究すること行っている 1,4-10）。
本稿では，内分泌撹乱物質中最も有毒であるダイオキ

LiquidNitrogen

Water molecules

Cold Trap
Endocrine disruptors (hydrophobic molecules)

シン，DDT 並びに比較的高濃度で存在する農薬に焦点を当て，モデル物質を用いてこれら内分泌撹乱物質のパー
図２

ベーパレーション法を用いた水溶液中からの濃縮と除去

パーベーパレーション（PV）法の原理図の研究，さらに，海水中の内分泌撹乱物質分析を行った
Greaseless Cockb

結果を概説する。

aPervaporation Cell

２．パーベーパレーション法の原理と装置 1）c

Vacuum Gauge
jhigfeCold Trapd
Dewar Flask

パーベーパレーション（PV）法の原理図を図２に示す。
パーベーパレーション法は，液相と気相（通常真空）がBall Joint
Cold Trap forCollecting Sample

Stirrer

高分子膜により隔てられており，溶質の蒸気圧を駆動力

Dewar Flaskとして有機物質を高分子膜に透過させる方法である。通Vacuum Pump

常の膜分離では，分子ふるい機構により物質を分離しているために，本研究のような水と内分泌撹乱物質系では，

図３

内分泌撹乱物質分離用パーベーパレーション装置

内分泌撹乱物質の方が水より分子径が大きいために，水が選択的に膜を透過する。従って，通常の膜分離法では内分泌撹乱物質を濃縮分離することは不可能である。一方，疎水性の高分子膜を用いたパーベーパレーション法では，内分泌撹乱物質は疎水性のために，疎水性の高分子膜に水より数万倍選択的に溶解するために，内分泌撹乱物質が選択的に膜を透過する。従って，疎水性の高分子膜を用いたパーベーパレーション法を用いることにより，内分泌撹乱物質を濃縮分離することが可能である。
水ー有機溶媒系（本研究では内分泌撹乱物質が有機溶媒に相当）のパーベーパレーション実験において，有機溶媒（アルコール，トリハロメタン，ベンゼン，トルエン等）が水より優先的に透過する有機溶媒選択性膜とし
図４て，これまで，ポリジメチルシロキサン膜，ポリトリメ－30－

内分泌撹乱物質分離分析装置(GC/MS)温にして，分離係数の向上をはかっている。このために，ラクロロエチレンの分離係数は905と高い値が報告され

透過セル出口からバルブ g，h までの PV 真空ライン，ている11）。これは，テトラクロロエチレンの蒸気圧が高供給セルにリボンヒーターを巻いて温度を制御している。

いために，膜を透過する駆動力も高かったためと考察さモデル内分泌撹乱物質（環境ホルモン）として，ｎ−れる。今回の実験においては，蒸気圧0.58 mmHg (25℃)

ブチルベンゼン（ディスプレイ用液晶物質），1,2-ジブロの1,2ージブロモ-3-クロロプロパン（DBCP，分子量236）

モ-3-クロロプロパン（農薬），2-ブチルフェニルメチル

から蒸気圧が極度に低い0.0001425 mmHg (25℃)のカルバメート（カルバメート系農薬），ジエチルフタレー

2-sec-butylphenyl methylcarbamate (BPMC),0.000005

ト（可塑剤），ベンダイオカルブ（カルバメート系農薬），

mmHg (25 ℃ ) の 2,2-dimethyl-1,3-benzodioxol-4-yl

フタル酸ジブチル，ジフェニル（ＰＣＢモデル物質），コ

methylcarbamate (Bendiocarb) ， ま た 蒸 気 圧 0.0021

プラナーＰＣＢ，ジベンゾ-p-ダイオキシンを選択した

mmHg (25℃)のジエチルフタレート(DEP)など様々な内分（図１）。これらを透過物質として用いて，パーベーパレ

泌攪乱物質を用いて透過実験を行った（図５参照）5）。供給

ーション法により濃縮・分離できるかを検討した 4-6）。

液を高温にすることにより分離性が向上していたが，こなお，これらの物質の濃度は，質量分析計により評価しれは駆動力である蒸気圧を上昇させたためであると考察た(図４)。

した。そこで，ポリジメチルシロキサン（PDMS）膜を用膜を透過してきた透過蒸気をコールドトラップにて補いたパーベーパレーション法により得られた様々な内分集することにより透過液を得た。単位透過時間当たりの泌攪乱物質の分離係数とその蒸気圧とオクタノールー水分透過溶液の重量を測定して透過流量（Flux，Ｊ）を式１10000

より求めた。

Ｊ（g/m2hr）＝ Ｑ/（Ａ・Δｔ）

6Benzene
StyreneChloroformSe
pa 1000
rat
io 100n10fa（１）

ここで，Δｔは透過時間，ＱはΔｔ時間中に採取された透過溶液重量，Ａは，パーベーパレーション装置中の膜面積（本実験では 15.2cm2）である。
透過溶液，供給溶液の内分泌撹乱物質濃度の経時変化をガスクロマトグラフィー/質量分析計(GC/MS，図４)

32

Methylisobutyl
ketoneEthylhexanoate
Pyridine

974158Phenol
EtOH

により測定して，分離係数（α）を式２より測定した。

1α＝(Ｃpermeate(2)/Ｃpermeate(1))/(Ｃfeed(2)/Ｃfeed(1))

050100150200250300

MW (Da)（２）
ここで，Ｃfeed(1)，Ｃpermeate(1)は，供給液，透過液中の図５

透過物質のモル分率であり，１は水，２は内分泌撹乱物と有機物質の分離実験。その分子量と分離係数との関係。

質を表す。本研究では，内分泌撹乱物質は，水に対して10000難溶性であるため，Ｃfeed(1)＝Ｃpermeate(1)=１と近似でSeparation factor

きるため，（２）式は，（３）式に簡略化されることが可能である。
（３）

３．分離係数と内分泌撹乱物質の分子量との関係 1
有機物質選択性である疎水性高分子膜を用いたパーベーパレーション法は，これまで，分子量が比較的低く，

61000291037410051810

110-110-210-3

揮発性な有機化学物質の水溶液からの除去が検討されて10-410-6110-5

α ＝ Ｃpermeate(2)/Ｃfeed(2)パーベーパレーション法を用いた内分泌撹乱物質

log Pow x pvap(ED)きた。例えば，メタノール，エタノール等アルコール類，フェノール，ピリジン，クロロホルム，テトラクロロエ

図６チレン等である。テトラクロロエチレンの分子量は166

ベーパレーション法により得られた様々な内分泌攪乱物であるが，蒸気圧は20mmHgと今回用いた内分泌撹乱物質の分離係数とその蒸気圧とオクタノールー水分配係数

質に比べて極端に高い蒸気圧を有しているために，テト（logPow）との積の関係。

－31－ポリジメチルシロキサン（PDMS）膜を用いたパー配係数（logPow）との積の関係を検討した。その結果をス製のすりがついた試料びんを用いて，３Ｌ採集した。

図６に示す。分子量に関係なく（図５参照），駆動力であ

この時，試料びんは海水で何度も共洗いして，試料を採る蒸気圧が高くなるにつれて分離性が向上していくこと集する際には試料びんに空気が入らないように注意した。

が明らかとなった。また，ダイオキシンや PCBs のモデ供給液を今回採集した海水を用いて，供給液側の温度をル物質であるジベンゾーpーダイオキシンやビフェニル

90 ˚C，透過側の温度を 150 ˚C に設定して，パーベーパに関しても，パーベーパレーション法を用いることによレーション法による透過実験を行った。パーベーパレーり分離することが可能であった。さらに，コプラナーＰション法により得られたサンプル並びに海水の抽出液のＣＢに関しても 326 という高い分離係数を得ることが可

GC/MS 分析の結果を図７に示す。パーベーパレーショ能であった。

ン法により得られたサンプルから検出された化学物質

物理パラメータ（蒸気圧とオクタノールー水分配係数（図中，ピーク番号 1-5）は各々5.1，5.5，6.1，9.5，12.7（logPow））と分離係数（ α ）との間の理論的関係は，溶分に検出された。これらは香料類，石鹸や洗剤等の芳香，解拡散理論より以下のよう求まる 5,6）。

可塑剤等に使用されている化学物質（オクタナール，2-α ∝ D (ED)• log Pow • pvap (ED)(4)

エチル-1-ヘキサノール，ノナナール，2-(1-メチルプロピ

ここで，D(ED)は内分泌攪乱物質の拡散係数，pvap (ED)ル)-フェノール，1-ドデカノール）であった。海水の抽は内分泌攪乱物質の飽和蒸気圧である。もし PDMS 膜

出液を GC/MS で分析した結果，フタル酸ジブチル（ピ中の内分泌攪乱物質の拡散係数が本研究において使用しーク番号６）並びにフタル酸ジエチルヘキシル（ピークた内分泌攪乱物質中ではほぼ一定であると仮定する（な番号７）が，各々23.7，39.7 分に検出された。これらはぜなら本研究における内分泌攪乱物質の分子量は環境省が定める『内分泌撹乱作用を有すると疑われる化134-282 Da と類似しているため）ならば，式(5)が導か学物質』群に含まれている。しかしながらこれらの物質れる。

はパーベーパレーション法を用いて透過実験を行った際

α ∝ log Pow • pvap (ED)(5)に得られる透過液サンプルから検出することは困難であ以上の結果並びに理論式より，今後新規の内分泌攪乱った。少量ではあるがフタル酸ジブチルに関してはパー物質を用いてパーベーパレーション法により透過実験を

ベーパレーション法により得られたサンプルから検出さ行う際には，その物質の持つ飽和蒸気圧とオクタノールー水分配係数（logPow）が分かれば，分離性を予想することが可能であることが明かとなった 5,6）。
また，様々な内分泌撹乱物質のオクタノールー水分配係数は１.７（ベンダイオカルブ）から７.１（コプラナーＰＣＢ）の値を取るのに対して，飽和蒸気圧は，10−９から１torr と９桁変化する。従って，式(5)中の pvap (ED)が優先的に作用するために

α ∝ pvap (ED)(6)となり，分離係数は近似的に飽和蒸気圧と直線的相関関係があることが明らかとなった。

４．海水中における有機物質並びに内分泌撹乱物質の PV 法による分析 1
環境中に存在するサンプルを用いて，実際にパーベーパレーション法が内分泌撹乱物質の除去並びに分析に有効であるかを検討した。選定した場所は神奈川県藤沢市にある引地川河口で海水を採取した。ここは以前，荏原製作所よりダイオキシンが流出されて高濃度のダイオキシンが検出された川であることに着目して選定した。海水の採集は，プラスチックからの汚染がないようにガラ

図７－32－

江ノ島近郊の海水の分析。海水をパーベーパレー

ション法により濃縮した後に GC/MS 分析を行った。

本研究は，1999 年購入「環境ホルモン濃縮分離分析シれたが，フタル酸ジエチルヘキシルは透過液中に検出さステム」を用いて遂行された。また，下記の参考文献 1），れなかった。これらの違いは化学物質が有する低い蒸気4）－10）の８報の学術論文は，上記の設備装置を用い圧の為であると考察した。すなわち，フタル酸ジブチルて遂行された。の蒸気圧は 2.01E-5 mmHg，フタル酸ジエチルヘキシルの蒸気圧は 7.23E-8 mmHg であることに起因している。

参考文献

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法による分離性を検討するために，海水の透過実験を行Sci., 213, 137-144 (2003)

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また BHT においては 250 倍濃度までに濃縮できること

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環境中に存在する外因性内分泌攪乱物質(環境ホルモ

Gakkaishi, 47, 644-649 (1991).

ン)を，パーベーパレーション法により濃縮することにより，ガスー質量分析（ＧＣ/ＭＳ）計で分析可能であることが明らかとなった。

－33－