技術紹介

株式会社アイスティサイエンス

固相抽出の可能性とその自動化技術
─シリーズ 1/5：残留農薬分析

STQ 法と自動前処理装置─

松 尾

1 は じ め に
理化学分析において，各種クロマトグラフや質量分析

俊 介，佐々野僚 一

理技術の進化は切っても切れない関係と言える．前処理技術の開発には，手法そのものの開発と，その自動化も含まれる．

計による測定の前に「試料の前処理」が必要となる場合

アイスティサイエンス（以下，当社）はその両方を得が多い．前処理は，試料を測定に適する状態にする作意としており，主な分野は残留農薬や，水質，食品成業・工程を指し，粉砕や抽出，精製，誘導体化などが挙分，メタボローム，におい等の分析である．また，技術げられる．前処理の効果としては，測定感度や再現性の的には固相抽出を軸に，特許を取得しつつ新技術を開発向上，定量データの信頼性の向上，測定装置の汚染軽し，自動化やコンパクト化，測定機器のオプションデバ減，測定時間の短縮，測定機器の選択肢の拡大などのイスを開発し，ユニークな装置，技術と評価を得てい様々なメリットが挙げられる．試料や分析対象成分の特る．

性によりその手法は無限に存在するといっても過言ではない．近年，測定機器の感度やスループットが格段に向上し，それに伴い様々な分野で前処理の効率化も進んでいる．現在，そして今後の前処理に求められるのは，操

本稿では，残留農薬分析における前処理技術の進化とその自動化について紹介する．

2 残留農薬分析の状況の変化

作の簡易・迅速・コンパクト化そして自動化である．前

当社が最も得意かつ最初に開発した技術が食品中の残処理の簡易化が進んでいることで，その存在が軽視され留農薬分析における前処理の省力化と自動化で，その手るかと言えばそのようなことはなく，測定機器メーカー法は STQ 法（図 1）と呼び，国内だけでも約 100 機関がこれまで以上に注視するなど，むしろ重要性が増し共の導入実績がある．導入が拡大したきっかけは厚生労働同での技術開発も進んでいる．つまり，測定機器と前処省によるポジティブリスト制度の施行（2006 年）と妥

図 1 STQ 法の概要
（QuEChERS 参考改良抽出，Smart-SPE，マニュアルキット，自動前処理装置 ST-L400）
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当性評価ガイドラインの通知（2005 年）であった．

は午前中に完結できる．

制度施行以前は，各農薬に残留基準を定める，いわゆ抽出工程の概要は，50 mL のプラスチックチューブるネガティブリスト制度と呼ばれる状況だった．試験法に試料を分取し，溶媒（アセトニトリル）を投入後ホモについても，各農薬もしくは数成分のグループごとに公ジナイズ，その後，塩析と pH 調整剤を投入し振とう後，定法が存在していた．その頃，農薬の残留や混入などが遠心分離を行うというシンプルな操作となっている．

問題となるケースが社会的にも注目を集めていたが，検精製工程は，検体数などに応じて手操作による前処理査対象となる食品の種類が多岐にわたることや基準が定キットと自動前処理装置を選択できる．いずれも，当社められていない農薬に対応するため，ポジティブリスト独自開発の固相カートリッジ「Smart-SPE」を使用する．

制度が導入された．基準が定められていない農薬につい前処理キットは専用の試験管ラックで，抽出液の負荷やては一律基準（0.01 ppm）が適用されることなった．

通液等の多段工程も一気通貫で操作ができる．Smart-

それに伴い，生産や流通，販売者は扱う食品中の残留農SPE は，充填剤量が従来一般的だった 500～1000 mg

薬濃度がその一律基準濃度を超えないことを遵守する必のものと比較して 10～50 mg と小さく，使用溶媒も公要があり，数百成分という農薬残留の有無の確認が必要

定法に比べ数十分の一なので溶媒コストや廃液も削減でとなった．そこで，残留農薬を分析する側も一斉分析へきる．の対応を迫られるようなった．

主に使用する固相の種類は C18（逆相）と PSA（陰妥当性評価ガイドラインについては，概要は「公定法イオン交換＋順相）だが，通液の際，精製効果を高めつ以外の試験法でも当該ガイドラインに則って評価すればつ農薬回収率が良好となるように極性や pH を最適化しそれと同等とみなす」という内容の通知であった．これ試験設計している．

は独自法だけではなく公定法を導入する場合でも，そのSTQ 法と QuEChERS 法の最大の違いは精製工程に妥当性の評価が必要とされており，生産者や流通者，食ある．QuEChERS 法では固相をバルク（粉）のまま使品メーカーも当ガイドラインを参考とする傾向にあっ用し，抽出液と混合し振とう精製を行う．これは分散固た．

相抽出と呼ばれ，固相の粒子と抽出液が接触することにきょうざつ

ポジティブリスト制度施行に伴い，検体数の増加や，より相互で分配が起こり，固相に夾雑物が吸着される作生産者組合や消費者団体などでの残農分析の新規立上げ用を利用している．利点としては固相費用が安く操作もが増加する中で，設備や経験を要する公定法に代わる手簡単ということが挙げられるが，一方，夾雑物が抽出液法が求められる状況となっていった．に残存することと，農薬も一部吸着される可能性が懸念

3 STQ 法

される．
STQ 法でも採用しているカートリッジを使用した固数百成分を対象とする一斉分析において，操作性，精相抽出では，カラム状の固相に抽出液を通液させること製度そして分析対象成分数のバランスが重要となる．よでクロマトグラフィー作用を最大限に生かすことがでり多くの成分を対象としつつ，十分な精製が行われるこき，夾雑成分と農薬成分を分画・分離することができとが理想いえる．ただし，精製度と対象成分数は矛盾のる．固相カートリッジはバルクに比べ価格が高いが，先関係にあり，精製度を高めると対象成分の幅も狭めるこ

述した精製によるメリットを考慮すると固相カートリッとにつながる．しかし，精製が不十分となれば，測定妨ジを選択する価値が十分にあると考えている．

害物質により得られた定量値の信頼性が低下し誤定量のSmart-SPE の形状はストレート型で容易に連結が可能可能性がでてくる．また，精製が不十分な試料液が測定で，各食品に特有の夾雑物に対して固相追加も気軽にで装置を汚染し，メンテナンス頻度の増加や装置寿命にもきる（図 2, 3）．

影響する．そこで，当社が考案したのが「STQ 法」である．
当社は，ポジティブリスト制度や妥当性評価ガイドラ

固相カートリッジを使用した精製法は，公定法をはじめ他の試験法にも採用されているが，それらと STQ 法の違いは，特に C18 における通液工程に「水」が使えインが通知される以前より一斉分析法の簡易化を発表・るか否かにある．測定機器に GC/MS を使用する場合，提案していた．また，当時欧州などで広まりつつあった水の注入を避ける必要があるため，他の試験法では，固QuEChERS 法の溶媒抽出・塩析工程をいち早く取り入相に通す液は有機溶媒のみとしているのが一般的であれ，精製には固相カラムカートリッジを組み合わせたる．ただ，この手法では夾雑成分も固相カラムから溶出STQ 法を確立させ，その自動化も実現した．ちなみに，してしまう傾向にある．C18 の逆相相互作用は，通液STQ 法の名前は，「Solid phase extraction Technique withQuEChERS method」の各頭文字をとった造語である．

STQ 法の特徴は，簡単な操作性と高い精製効果を両立していることも挙げられる．例えば，10 検体の処理
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溶媒の極性が高くなるほど低極性成分の吸着力が強くなる．つまり，通液の際に水の比率が高いほど脂溶性夾雑物の吸着強化が可能で，目的によっては農薬を保持させ，高極性夾雑を通過除去することにも使用できる．
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図 2 固相カートリッジ Smart-SPE と特性

図3

固相相互作用と精製除去物質の概念

STQ 法では，これらの両方の効果を取り入れることでラグメントやリテンションタイム，検量線などの情報を高精製を実現している．

もとに，測定ごとに添加している保持指標（RI：リテ

STQ 法で水が使える理由は Smart-SPE の小ささとスンションタイムインデックス）を用いて補正・定量を行トレート構造にある．液体や気体もスムーズに固相内をう．この手法は，標準品が不要となることから自主検査通過する構造とすることで，約 3 分という短時間に固を目的に注目されている．ただし，便利でランニングコ相を通気乾燥することができ，GC/MS 対象農薬の精製ストも軽減できるメリットはあるが，誤判定や誤定量ににも C18 の精製効果を最大限に生かしている．

注意が必要となる．データベースを使用する半定量でこのように，精製効果の高いことで加工食品やスパイは，ソフトウェアに訂正・定量任せるということにな

ス，香辛料などの難試料にも対応可能としている．まり，リテンションタイムとフラグメントの精度に依存す

た，従来一般的に採用されてきたグラファイトカーボンるので，クロマトグラムがきれいなほど望ましい．つまカラムを一部の試料以外では使用しないことで，溶出液り測定液がきれいであれば誤判定や誤定量を防げることとして必要なトルエンの使用も極力回避でき，労働安全になる．このように半定量にも精製度の高い STQ 法は面でも評価を得ている．

相性が良いと考える．

また，使用器具も少なく洗浄器具も試験管やシリンジのみで，エバポレーターによる溶媒濃縮工程もないことも業務全体の労力軽減に貢献している．

4 自動前処理装置 ST-L400
前 処 理 の 省 力 化 に 最 も 有 効 な の が 自 動 化 で あ る．

近年，解析ソフトの技術も進歩し，データベースを使STQ 法ユーザーの約半数が自動化装置を導入している．

用した半定量の導入検討も耳にすることが増えている．

使用する固相がカートリッジなので，その形状によりノ半定量ソフトとは，あらかじめ登録されている農薬のフズルの装着や固相の連結が可能であり，分散固相抽出でぶんせき 2022 7

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図4

図5

自動前処理（精製）工程

自動前処理例（GC/MS 対象試験工程，固相の脱着と再連結）は難しい自動化を実現した．残留農薬用前処理装置「ST-L400」は，先に述べた簡易操作で得られた抽出液を試料バイアルに入れ，当該装置にセットするだけで，STQ 法の多段精製が自動で完結する（図 4）．自動工程釈状態となり，測定装置の感度に頼ることになる．
そ こ で 当 社 は GC 用 大 量 注 入 口（ 図 6） を 開 発 し

STQ 法と合わせて提案を進めた．当該注入口を使用す
ると，従来の数十倍（最大 200，通常 25～50 μL）のは，固相コンディショニング→試料液の分取→固相へ負注入が可能となり十分な感度を確保できる．通常の微量荷→通液・精製→固相の乾燥→溶出→流路洗浄の全工程注入（1～2 μL）で用いられるスプリット/スプリットに及ぶ．工程中では複数の固相を使用しての連結や脱着レス注入口では，注入口内部の高温状況で気化した溶媒機能も有している（図 5）．装置にはタブレット PC がとともに試料がキャピラリーカラムに導入される．ライ

搭載されており，ソフトウェアもシンプルで直感的に操

ナ ー 容 積 や カ ラ ム， 質 量 分 析 計 へ の 影 響 を 考 慮 し，作できる．つまり，専門的な知識や技術が未熟な新任の2 μL 程度までが適量とされている．

オペレータでも即戦力となる．このように，自動化の効大量注入の場合その溶媒がそのままキャピラリーカラ

果は作業の省力化だけではなく，これまで大きな負担でムへ導入されることを回避する必要がある．LVI-S250あった業務の引継ぎなど技術の継承の負担減にも効果がは，当社独自のスパイラルライナー（通称：胃袋型ライ大きい．

ナー）を使用することで克服している．当該ライナー

5 GC 用大量注入装置 LVI-S250

は，内部に液体を保持できる構造を有している．注入の際に，溶媒沸点付近の比較的低温にて液体状態で溶媒を手操作または自動前処理に共通して，溶媒濃縮工程が保持し，気化した溶媒をベントラインから排出していないことが省力化に大きく寄与しているが，測定液が希る．つまり，ライナー内で溶媒を濃縮している．その258

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図6

GC 用大量注入口と注入工程後，昇温し農薬を気化させスプリットレス状態でキャピラリーカラムに導入する．最後に，再びスプリット状態とし高温で焼きだしが可能で，高沸点夾雑物のキャピラリーカラムへの導入を回避できる．これにより，得られるクロマトグラムの信頼性の向上や，カラム交換頻度の低減などの効果がある．
現在，トリプル四重極型の GC/MS が普及し選択性が向上し見た目の感度が上昇したが，スキャン測定でのフラグメント確認の際の感度確保や，難試料対応のための試料分取量減量に伴う高感度測定に導入は続いている．
また，近年のヘリウム不足による代替ガスへの変更の際の低下の対応としての問い合わせも増えている．
図7

凍結粉砕装置フレステントと粉砕試料

6 個別分析法への応用
数百成分が STQ 法で分析できる一方，一部の農薬がい．そこで，均一性を向上させる手法として「ドライアその特性から，一斉分析では対象とできないものが存在イス予冷式凍結粉砕」を提案し，その粉砕装置フレステする．これについては STQ 法に限ることではないが，ント（図 7）を考案，販売を始めた．当技術を用いるとこれらは，比較的実際に農場で使用されている農薬に該試料の水分含有を保ったまま凍結状態でパウダー状まで当する傾向にある．つまり，散布されている特に分析し微粉砕が可能となる．また，パウダー状のまま冷凍保管たい農薬が一斉試験に該当しない例が少なくない．当社が可能で，再試験の際など従来のようにブロック状に凍は，これら個別に分析する必要がある成分についても省結させた試料の長時間の再解凍の必要がなく，保管試料力・自動化法を発表・提案している．主な例に，除草剤をそのまま用いることができる．

有効成分の代表といってもいいグリホサートとグルホシ装置の特徴は，ドライアイスを使用するために最適化ネートがある．近年は，その代謝物も含めた分析法とそした内釜方式の二重断熱構造と，凍結した試料を強力にの自動化検討も進めている．その他では，ジチオカルバ粉砕する逆回転による“みね打ち”機能である．

メート系，ネオニコチノイド系，動物用医薬品，カビ毒など，農薬以外にも拡大している．

7 ドライアイス予冷式凍結粉砕装置
前処理に用いる試料の状態は，最終的に得られる定量

8 ま と め当社は残留農薬分析法を提案するにあたって，テーマを“「簡単・はやい・安い」だけではなく、「高精製・自動化」と「安定分析の持続」”としている．

値に大きく影響を及ぼすが，農薬分析でも例外ではな

これまで，多岐にわたる食品や，様々な固相についてい．試験に使用する試料の部位や細かさが定量値の偏りの実験を行い，また，多くのユーザー導入の実績やそのやばらつきに影響する．つまり，試料の代表性が確保さ後の運用についても多く経験を蓄積してきた．実験デー

れかつ，均一により細かく粉砕することが信頼性の高い

タや当社およびユーザーによる学会発表資料も隠すことデータを得るために必要となる．

なく公開している．

当社では先述のように，試験のコンパクト化や自動化

残農分析の試験法変更や立上げの相談，導入前の実験を提案しているが，試料採取量の減量を伴うことが多も受けており，導入後のフォローも重要と考えている．

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259当社およびその技術が，今後も様々な分野の分析，研究への貢献につながることを願っている．

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松尾俊介（Shunsuke Matsuo）
株式会社アイスティサイエンス（〒 351─

0033 埼 玉 県 朝 霞 市 浜 崎 1─1─31─610）．

文《趣味》テニス，温泉巡り．

献1） M. Anastassiades, S. J. Lehotay, D. Stajnbaher, F. J. Schenck：
J. AOAC Int., 86, 412（2003）．
2） M. Okihashi, Y. Kitagawa, H. Obana, Y. Tanaka, Y. Yamagishi,
K. Sugitate, K. Saito, M. Kubota, M. Kanai：Food, 1, 101（2007）．
3） 佐々野僚一，谷澤春奈：第 95 回食品衛生学会学術講演会要旨集（2008）．
4） 谷澤春奈，佐々野僚一，大関由利子：第 95 回食品衛生学会学術講演会要旨集（2008）．
5） 佐々野僚一，小西賢治，栢木春奈，斎藤 勲：第 106 回
食品衛生学会学術講演会要旨集（2013）．

E─mail : matsuo@aisti.co.jp

佐々野僚一（Ryoichi Sasano）
株式会社アイスティサイエンス（〒 640─8390 和歌山市有本 18─3）．《現在の研究テーマ》理化学分析における前処理の自動化．《趣味》テニス．
E─mail : sasano@aisti.co.jp

会社ホームページ URL：
http://www.aisti.co.jp/

原稿

募

集「技術紹介」の原稿を募集しています
対象：以下のような分析機器，分析手法に関する紹介・解説記事
1）分析機器の特徴や性能および機器開発に関わる技術，2）分析手法の特徴および手法開発に関わる技術，3）分析機器および分析手法の応用例，
4）分析に必要となる試薬や水および雰囲気などに関する情報・解説，5）前処理や試料の取扱い等に関する情報・解説・注意事項，6）その他，分析機器の性能を十分に引き出すために有用な情260

報など
新規性：本記事の内容に関しては，新規性は一切問いません．新規の装置や技術である必要はなく，既存の装置や技術に関わるもので構いません．また，社会的要求が高いテーマや関連技術については，データや知見の追加などにより繰り返し紹介していただいても構いません．
お問い合わせ先：
日本分析化学会『ぶんせき』編集委員会〔E ─ mail : bunseki@jsac.or.jp〕

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