（ 研究課題名 ）GC×GC-EI/ソフトイオン化 -HRTOFMS と精密質量情報を利用したデータ解析による有機ハロゲン化合物の網羅的探索‐堆積物コア試料を用いた手法の評価‐（ 共同研究者名 ）家田曜世 1 , 橋本俊次 1 , 国末達也 2（ 1 ：国立環境研究所, 2 ：愛媛大学 ）（ 研究目的 ）近年、欧米を中心に環境試料ノンターゲット分析のニーズが高まっている。 これ
ま で申 請 者 ら は、GC×GC-電子イオン化（EI）-HRTOFMS を 環境試料ノンターゲット分析 に応用すべく、検討 を行ってきた。GC×GC-EI-HRTOFMS は、高分離かつ広い 質量 範囲に お いて精 密質 量スペ ク トルの 取得 が可能 で あり、 従来 の GC-MS法 など と比較して各段に多くの情報を得ることが出来る。その一方で、データ解析手法には 未 だ 課題も多い。2019 年度の es-BANK 利用型共同研究では、熊本県河口域の表層堆積物を用いて GC×GC-EI-HRTOFMS による測定を行い、環境試料ノンターゲット分析におけるデータ解析ワークフローを提案すると同時に、手法の評価を 行っ て国 際誌に報告 した (1) 。
2020 年度の es-BANK 利用型共同研究では、 EI データの解析において 見えてきた 課 題 (1) を 克 服 す べ く 「 不 活 性 ガ ス を 用 い た ソ フ ト イ オ ン 化 GC×GC-HRTOFMS法による日本海深海堆積物中有機ハロゲン化合物の網羅的探索」として、 ソフトイオン化法 の 適用 に取り組んできた。不活性ガス にはアルゴン（Ar）と ヘリウム（He）を検討し 、 残留性有機汚染物質 である芳香族有機ハロゲン化合物 を対象として、 フラグメントイオンの生成を最小限に抑え、分子イオンの高感度検出 が可能なイオン化 条件を見出した (2) 。2020 年度の報告書では、本イオン化法を堆積物コア試料に試験的に適用し、未知化合物を含む有機ハロゲン化合物の 探索を行った 。
本 年度は 、 兵庫県香美町沖の堆積物コア試料 を EI 法とソフトイオン化 法の 2 つを 用 い て GC×GC‐HRTOFMS で測定し、 独自のデータ解析プログラム やライ ブラリーを 用 いて 解析を行うことで、これまで開発してきた GC×GC‐HRTOFMS によ る環境試料ノンターゲット分析手法の評価を行う。具体的には 、ソフトイオン 化法 として Ar によるイオン化法 （Ar イオン化 法） (2) を 適用し、データ解析 手法と して 、橋 本 が 開 発したソフトウェア「分子組成式に相当する同位体精密マススペクトルの抽出を行う”ComEX” (3) 」を用いる。加えて、過去の報告 (1) で 使用した ライ ブ ラリーサーチ のクライテリア を用いて、その際に見出した 課題がどの程度解決できたか 等、 現時点における 環境試料ノンターゲット分析 手法 の総合的な評価を行 うことを目的とした。

（ 研究内容 ）兵庫県香美沖堆積物コア 19 試料 のうち、0～1 cm、6～7 cm、8～9 cm、12～14cm、26～28 cm の粗抽出液について、 GC×GC-HRTOFMS により測定を行った。
イオン化 に は、EI 法と Ar イオン化 法の 2 種類を 用いた 。各イオン化法で得られたデータ に 対 し、精密質量情報 等 を利用し た 有機ハロゲン化合物の網羅的探索 を行 い、手法の評価を 行った。

（ 試料 ）
es-BANK から譲渡された日本海（兵庫県香美町沖 ）深海堆積物コア 19 試料（試料番号：SC-J-09-01～19）を使用した。本試料は、東京大学大気海洋研究所の淡青丸 KT-11-9 次研究航海（2011 年 5 月 27 日～6 月 4 日 ）において 、北緯 36°21.841’、東 経 134°25.493’、水深 1296 ｍの地点から採取され、 約 28 cm 長のコア は 1 cm
（ 表層から 0～10 cm）および 2 cm（20～28 cm）の間隔でスライス後、 冷凍 保 管されてい た 。コア試料の採取には、 東京大学大気海洋研究所 所有のマルチプルコアサンプラー （ 外径： 89 mm、内径：82 mm）が使用された。

（方法）
堆積物コア 19 試料（約 40～100 g）は、解凍して風乾させた後に均質化し、重量を測定した。乾燥重量は、約 5～40 g であった。 ガンマ線スペクトロメータ （低 バックグラウンド N 型 Ge 半導体検出器 ）を用いて 210 Pb・ 137 Cs の測定 を行い、各 試料の堆積年代を推定した。 210 Pb・ 137 Cs 測定後、19 試料のうち 5 試料 を、5 g （試料：0～1cm、6～7 cm、8～9 cm）あるいは 10 g（12～14 cm、26～28 cm）を 分 取
し 、ト ル エ ンで 16 時間以上 ソックスレー抽出を行った後、 粗抽出液を 50 µL ま で濃 縮し 、2 µL を GC×GC-HRToFMS にて測定した。 イオン化には 、EI 法と Ar イ

オン化法を適用し、 1 つの粗抽出液 につき 、各イオン化法で 1 回ずつ（計 2 回 ）測定を行った。Ar イオン化法では、 ネガティブイオンを検出した。

（ 研究成果 ）2 つ のイ オ ン 化法における堆積物 粗抽出液 中有機ハロゲン化合物の検出力の比較
昨 年度実施した Ar イオン化 法での測定 により 、堆積物 粗抽出液から検出された
PCB209、HCB、天然起源の有機ハロゲン化合物 HNP（ハロゲン化メチルビピロール; C 9 H 3 N 2 ClBr 6 ））、Unknown-Cl 4 、Unknown-Br 2 の 5 つの化合物について、改めて EI 法 に よ り 5 つの試料（ 深さ 0～1 cm、6～7 cm、8～9 cm、12～14 cm、26～28 cm）を測定し、各化合物 が検出 可能か 確認した（解析・同定方法は、昨年度と 同様 ）。その結果 、深さ 0～1 cm の底質試料中 PCB209 や HCB 等 、Ar イオン化法のみで検出可能であった 化合物が 複数あった（表 1）。すなわち、試料のクリーンナップをしない環境 試料ノンターゲット分析においては、Ar イオン化法 を用いること によ り 、有機ハロゲン化合物の高感度分析が可能であ ると示唆された。また 、Ar イ オン化法による対象物質の検出感度は、EI 法よりも高く、本堆積物コア試料においては 、最 も環境汚染物質の濃度が高いと予想される深さ 6～7 cm の底質 試料（推定堆積年：1974 年）において、両イオン化法での検出 頻度が最も高か った。

表1

堆 積 物 コ ア 試 料 （ 0～ 28 cm の う ち 5 試 料 ） に お け る 有 機 ハ ロ ゲ ン 化 合 物 の 探 索‐ EI 法 と Ar イ オ ン 化 法 で の 検 出 力 の 比 較 ‐PCB-209*

試料深さHCB*

HNP(C9H3Br6ClN2)**

推定堆積年

Unknown-Cl4***

Unknown-Br2***

EI

Ar

EI

Ar

EI

Ar

EI

Ar

EI

Ar

0~1 cm

2009

×〇

×〇

×〇

〇

〇×〇

6~7 cm1974〇〇〇〇〇〇×××〇

8~9 cm1956

××〇〇××××××12~14 cm

1901

×××××××〇×〇

26~28 cm1733

×××××××〇×〇〇 ： 検 出 、 ×： 非 検 出* 標準物質にて確認** Hoh et al. ( 4) の ラ イ ブ ラ リ ー に て 確 認*** ブ ラ ン ク に は 非 検 出 で あ る こ と を 確 認

2 つ のイ オ ン 化法における堆積物 粗抽出液の網羅的 な定性解析結果 の比較
次に、2 つのイオン化法で取得したデータの網羅的な定性解析について比較すべ
く 、深 さ 6～7 cm の 底質試料（推定堆積年：1974 年） のトータルイオンクロマト
グラ ム （TIC）上 で 自動 検出 され た ピ ー ク （ 成分 ）の ライ ブ ラリ ーサ ーチ を実 施 した。ライブラリーサーチには、 これまで EI 法により 構築してきた環境試料 の精 密
質量スペクトル ライブラリー の 他、幾つかの標準物質を Ar イオン化法で測定して得られた ライブラリーも使用した。EI データの ライブラリーサーチでは、マッチファクターの高い検索結果が多く得られ、検索精度が高いことが分かる。一方で、Arイオン化法 で得られたデータ では、登録した標準物質に合致するものは多くなく、Ar イオ ン化 法に よ るマス スペ クト ルラ イブラ リー の充 実が 課題で ある 。 ま た 、 Ar
イオン化法で は、芳香族高塩素化合物 の分子イオンの高選択的検出が可能である一方 、多くの 塩素化合物や臭素化合物については、Cl⁻イオンと Br⁻イオンが検出 さ れるため、それらを用いて有機ハロゲン化合物のスクリーニングが可能である と考えられる 。その確認の ため、 Ar イオ ン化法で得られたデータについて、 ComEX (3) を用いて塩素（Cl）と臭素（Br）の同位体精密マススペクトルの抽出を行 った。そ の結 果、Cl と Br 合わせて 200 以上ものピークが検出さ れ、それらは EI データ（TIC上）で検出されたピーク の 保持時間とは 異なるもの が ほとんどであった 。すなわち、EI データでは 埋もれていた 微小の有機ハロゲン化合物を 抽出できた可能性があ り 、Ar イオン化法 の 有用性が示された。

表2堆 積 物 コ ア 試 料 (深 さ 6～ 7 cm)に お け る EI 法 と Ar イ オ ン 化 法 で の 定 性 解 析 の 比 較

データ形式

EIAr

検出されたピーク数

3719個

7884個

ライブラリーサーチのヒット率：MF**≧700

1884個

0個

ライブラリーサーチのヒット率：RMF***≧700

2441個

46個

Mass errorが計算されたピーク****の割合

22%

61%

ComEX (Cl抽出)検出されたピーク数

N/A

105個

ComEX (Br抽出)検出されたピーク数

N/A

111個

TIC*

項目

* ト ー タ ル イ オ ン ク ロ マ ト グ ラ ム 、 ** Match Factor、 *** Reverse Match Factor、**** ラ イ ブ ラ リ ー サ ー チ の 結 果 、 候 補 1 位 に 挙 が っ た 化 合 物 の 分 子 イ オ ン (理 論 値 )が デ ー タ 上 のラ イ ブ ラ リ ー サ ー チ を 行 っ た ピ ー ク に も 検 出 さ れ て い た 場 合 に Mass error が 計 算 さ れ る 。

EI/Ar イ オ ン化データを併用した 堆積物 粗抽出液 中塩素化合物の解析
表 2 において、ComEX (3) を用いて Cl の同位体精密マススペクトル抽出 （Cl 抽出）を 行っ た結果、105 個のピークが 検出された Ar イオン化のデータと、同じ 底 質
試 料 を EI で測定したデータ の両方を利用 して 、塩素 化合物の同定 を試みた。105 個の Cl ピークのうち、EI データ（TIC） 上 で自動検出されたピークと同じ保持時間を持つピーク はなかったため 、EI データ上で、ComEX で抽出された Cl ピークと同じ保持時間のマススペクトルを いくつか 確認したところ、 m/z 315 付近に塩素特有の同位体パターンを持つマススペクトルを検出した。 この成分の ライブラリーサー チ の 結 果 、 DDE （ C 14 H 8 Cl 4 ） で あ る と 推 測 さ れ た た め 、 そ の 精 密 質 量 数 m/z315.9356 を用いて組成式計算をした結果、 C 14 H 8 Cl 4 の理論値 （ m/z 315.9380）とよく一致し（mass error 7.8 ppm）、アルカンを用い た保持指標から 、p,p'-DDE であると推測された。

図1

堆 積 物 コ ア 試 料 （ 深 さ 6～ 7 cm） に お け る 塩 素 化 合 物 の 探 索

A： ComEX に よ り Ar イ オ ン 化 デ ー タ か ら Cl（ 塩 素 ） を 抽 出 し た 2D map と マ ス ス ペ ク ト ル
B： DDE 分 子 イ オ ン を 用 い た EI デ ー タ の マ ス ク ロ マ ト グ ラ ム （ 2D map） と マ ス ス ペ ク ト ル

（ まとめ ）EI 法 と Ar イオン化法で得られた 2 つの データを包括的に解析することで、網羅分 析デ ー タ の解析における同定精度を向上させる ことが可能で あると示唆された 。
今後は、 本 コア試料に特徴的な化合物を見つけ出し、 時系列解析を行うことで、 未知化合物を含め た化学物質汚染の実態解明 につなげたい 。また今回は、データ 容 量の問題により 精密質量スペクトルの デコンボリューションソフトウェアが使用できなかった が 、 今後、 改良版にて解析を試みたい。

（ 参考 文 献 ）(1) Ieda T., Hashimoto S., Isobe T., Kunisue T., Tanabe S., Talanta , 194 (2019) 461-468(2) Ieda T., Hashimoto S., Tanabe K., Goto A., Kunisue T., J. Chromatogr. A , 1657 (8) (2021)
462571(3) Hashimoto S. et al., J. Chromatogr. A , 1282 (2013) p183-189(4) Hoh E. et al., Environ. Sci. Technol ., 46 (2012) p8001-8008(謝 辞 ）
表 1 に示した試料の推定堆積年につきまして、 210 Pb・ 137 Cs 測定と年代推定を行って下さった国立環境研究所 環境リスク・健康領域 基盤計測センター 環境標準研究室 室 長 田中敦氏に対し 、本研究協力についてご快諾頂いたこと、知見をご教示頂いたことに心より感謝いたします。