月例卓話

紫外線による分析前処理の基礎検討と溶存態リン化学種のスペシエーションへの応用
横1．電気化学測定の前処理としての紫外線利用

井邦

彦

＊

シルラジカルの生成を阻害することも明らかに電気化学的微量分析法であるストリッピングボなった．

ルタンメトリーは吸着濃縮法を併用することで検低圧水銀ランプによる光照射により電気化学測出・定量できる金属イオンが拡大したが ，試料定の前処理が改善された後でも，この手法の新たである海水や河川水に含まれる特定の金属イオンな展開として，溶存態リン化学種のスペシエーの総濃度を求めるには，検出感度を低下させる界ションを進めることとなった．

1）

面活性剤や錯形成可能な有機物を分解する必要が2．リン化学種のスペシエーションの背景あった．酸や酸化剤による分解では試料の汚染が懸念されたため，筆者が在籍（1989〜1991）した

リンは植物プランクトンの生育に必要不可欠でリバプール大学の Oceanography Laboratory であり，食物連鎖の出発点である一次生産量を左右

は高圧水銀ランプで試料を 2〜4 時間光照射するする重要な因子である．また，高濃度で存在することで共存有機物を分解していたが ，光照射直と海水や河川水などの天然水が富栄養化するなど，後の試料温度が高く電気化学測定が速やかに行え生命活動に大きな影響を与える元素である．そのないなど，若干の改善点があると感じていた．

ため，水質を把握する上での一般的な項目として，

2）低圧水銀ランプは室温付近での光が強く，高圧その濃度測定は定常的に行われてきている．環境

ランプからは放出されない 185 nm の光も利用で試料水中のリン化学種には様々な分類がなされてきることを知り，電気化学測定の前処理法としているが ，概ね粒子態と溶存態に分けられ，そのの基礎検討を進める中で，高出力（400W）の低各々が無機態と有機態に大別されている．最も一圧ランプ（合成石英製）を自作のランプボックス

般的なリンの定量法は比色法に代表される無機態に設置して試料に光照射することで，水溶液中の（オルトリン，以下［P］）に応答する方法であり，界面活性剤や錯形成剤として汎用されていた化合有機態リン（以下［OP］）は各種の分解法により物，アミノ酸，糖類，腐植物質などを室温下で良無機態へと変換された後定量されていた．［P］

好に分解できることが分かった．また，光分解の検出法に応答しない化学種として縮合リン酸イのメカニズムとして，従来溶存酸素からオゾンをオン（ポリリン，以下［PP］）があるが，有機態経て生成するヒドロキシルラジカルが有機物分解を分解する際に同時に分解されているため，［PP］に有効であると考えられていたが，185 nm の光や有機分子と結合した［PP］（ATP，ADP など）により水から生成するヒドロキシルラジカルが分の濃度は有機態として数値化されていた．［PP］

解反応において主たる役割を担っていることも示は水処理やバイオレメディエーションの工程で重すことができた．その一方で塩化物イオン等 185要な要素であり，また，数十種類の食品などにおnm 付近に大きな吸収を持つ共存物質はヒドロキいて必要成分として添加使用されているなど，多6,7）

3‒5）

大阪教育大学名誉教授＊

第 397 回京都化学者クラブ例会（令和 5 年 7 月 1 日）講演

Transactions of The Research Institute of
Oceanochemistry Vol. 36 No. 2, Nov., 2023

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様に用いられているため環境中に多量に放出されるが，［OP］の一部も加水分解されるため，［PP］ていると思われるが，特に注目されることはなくとの分離は不十分である．酵素を用いた加水分解［PP］を測定する試みはほとんど報告されていな

法は C-O-P 結合に加えて P-O-P 結合も切断するが，い．近年，Martin と Van Mooy は抽出法と蛍光C − P 結合は切断しにくいなど複雑な側面があ検出法を用いて北大西洋海域の生態系に存在する

り，［PP］と［OP］の区別には現実的には適用［PP］を定量し，リン欠乏を示す貧栄養海域では，できない．他方，紫外線を用いた有機物の光分解

微生物体内に貯蔵された［PP］の分解よりも［PP］

は環境科学分野では様々に利用されてきた ．高の貯蔵を促進する経路があることを見出した．こ

圧水銀ランプは高温で使用されるため試料も加熱れは従来考えられていた様な［PP］が単なるリされ，［OP］の分解と同時に［PP］が一部加水ン緩衝剤とは基本的に異なる役割を果たしている分解されてしまう．一方，低圧水銀ランプは通常ことを強く示唆している．また，Diaz等 は，植空冷下用いられる．筆者はリンのスペシエーショ

物プランクトンの持つ酵素により［PP］が［OP］ンを念頭においた予備的検討として，［OP］と低よりも速やかに分解されることを示した．これは分子量［PP］である二リン酸と三リン酸の混合

貧栄養水域では従来［OP］が優先的に利用され物に光照射したところ，［OP］のみが定量的に分ると推察されていたことを覆し，一次生産量が解・無機態化され，二リン酸と三リン酸はほとん［PP］により左右されている可能性を示唆したこ

ど分解されないことを確認した．また，ATP にとになる．これらの研究が注目されるところとな

光照射するとアデノシン部分のみが分解され，三り，Li等により環境中での［PP］が持つ役割リン酸が生成されることを見出した．この研究をが新たに重要視されるべきとの認識が示されてい発展させ，［PP］を［OP］と区別して定量できる．しかしその一方で，Martin と Van Mooy のる方法の開発を目指した．

8）

11）

9）

10）

採用した［PP］定量法は，リンの重合度が低い

4．スペシエーションの方法と応答せず，二リン酸あるいは三リン酸，ATPや ADP については議論できない状況であった．

光照射時はランプボックス下部からスポットすなわち，低い重合度の［PP］も含めた定量法

クーラーで冷気を導入してランプを冷却し，ランを開発し，天然水中のリンのスペシエーションをプボックス上部に取り付けたファンで排気するこ

進めることは，人間の活動の影響が大きい河川域とで試料温度は 43℃以下に設定した．検出感度の水質を深く理解することだけでなく，海洋のリの改善ならびに安定化のため，試料ならびに吸収ン循環において新規な概念の構築につながる可能セルを（25 ± 2）℃の温度とした．

性が生じてきた．

リンのスペシエーションは 3 段階で実施した．
第 1 番目の［P］については，河川水などの天然

3．紫外線照射による溶存態リン溶存種のス

試料を孔径 1.2 μm，次いで 0.22 μm のメンブレ

ペシエーション

ンフィルターでろ過した後，汎用されているモリ

従来開発されてきたリンのスペシエーション法

ブデンブルー法（以下 MoBL 法）で定量した（検は，濾過，抽出，共沈，加熱分解，酸加水分解，出限界（3σ）：0.8 ppb（P））．第 2 番目に，一定酸化分解などを組合せて分離し，比色法，ICP-時間光照射を行った後に MoBL 法を実施し，第 1AES，ICP-MS，蛍光 X 線，NMR などにより検番目の結果を差し引きすることで［OP］の濃度出・定量しているが，全ての方法で［PP］は［OP］を求めた．
［OP］の光分解効率は 2- アミノエチと同時に無機態［P］へと変換され，定量されてルホスホン酸あるいはフィチン酸を標準試料としいる．加水分解法は［PP］を無機態へ変換できて見積もった．第 3 番目に，試料にペルオキソニ

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硫酸カリウムを加え，121℃で 60 分間加熱した後をもつ各種の有機態リン化合物は定量的に光分解に MoBL 法を実施し，全リン（以下［TP］）濃されることが見いだされていたが，天然に存在す度を求めると同時に，光照射後の結果を差し引きるであろうリン酸ジエステル結合をもつ［OP］することで［PP］の濃度を求めた．なお，光触や高分子量［PP］の光分解に関する情報は皆無

媒用酸化チタンの共存下硫酸酸性で光照射するとであった．市販のラムダ DNA を 500 倍希釈した

疑似天然水としての市販のナチュラルミネラル

水溶液では，未処理の場合ほとんど［P］が検出

ウォーター中では［PP］も良好に分解されたた

されず，光照射するとリン酸ジエステル結合のめ ，当初第 3 番目の操作も光分解で実施するこ

95% 以上が分解された．Bis（4-methylumbelliferyl）とを検討したが，実試料としての河川水では光触phosphate で も 同 様 な 結 果 が 得 ら れ た． ま た，媒の被毒のためかポリリンの分解効率が低下する

EX ポ リ リ ン 酸

場合があったので，第 3 番目の操作は従来の全リ130）の 10 万倍希釈水溶液でも未処理の場合ほとン測定を採用した．

んど［P］が検出されず，加熱分解時に放出され12）®

ナ ト リ ウ ム（重 合 度 14 及 び

塩化物イオンや炭酸イオンなどの 200 nm 付近

た［P］ に 対 し て 光 照 射 後 は 3% 程 度 し か［P］

よりも短波長側の光を吸収する物質が共存するが増加なかった．これらの結果は，低分子量の化と，・OH の生成が抑制されるために光分解効率合物と同様の光応答が高分子量の［OP］や［PP］が低下することが知られていたため，河川水試料についても見られたことを示している（表 1）．

で 90% 以上の光分解効率を得るために 2 時間以5．スペシエーションの結果上の光照射が必要な場合があった．また，河川水試料で炭酸イオンを多量に含む場合過塩素酸で試

2017〜2018 年に大阪府及び奈良県下の 17 地点

料を pH 2 にすることで炭酸イオンの構造変化にで採水した河川水について，全リン濃度に対する伴い吸光度を低減させ，0.08% 程度の過酸化水素割合で有機態リンが 0〜63%，ポリリン態が 0%を添加することで・OH の生成を増大させた．こ〜48% と 見 出 さ れ た． こ の と き 全 リ ン 濃 度 はれらのような条件のもとで 1 時間の光照射を行う

0.018〜0.469 ppm（P）で分布した．また大阪府ことでほとんどの試料につき 94% 以上の光分解

南部春木川上流・中流・下流の 3 地点を定点とし効率を得ることができた．て半年間測定したところ，時期や時間帯により各予備的な検討の中で C-O-P 結合や C − P 結合リン化学種の存在量が変化することも見出された．

表 1．高分子ポリリン酸とリン酸ジエステルのスペシエーション
オルトリン

誤差

60 分間
光分解後誤差全リン誤差

EX ポリリン酸 ナトリウム（リンとして 0.5 M 溶液を 10 万倍希釈→ 155 ppb（P））®

N = 144.3割合（%）

2.5

N = 130

1.0割合（%）

0.6

0.1

8.4

0.4

5.0
1.1

5.2

169.0

2.3

100.0
0.0

3.0

171.0

0.3

100.0

ラムダ DNA（ニッポンジーン）（48502 bp，0.57 μg /μL，500 倍希釈→ 109 ppb（P））
1.4割合（%）

0.1

1.2

115.2

0.6

96.1

100.0

Bis（4-methylumbelliferyl）
phosphate（93.2 ppb（P）溶液を調製）
2.8
割合（%）

1.33.088.8
95.3

濃度の単位は単位は ppb（P）

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119.9

0.0

1.6

2021〜2023 年の結果を以下に紹介する．図 1 に大和川水系国豊橋での採水試料の結果を示した．
［P］，［OP］，［PP］の存在比率が分かりやすいよ
うに左には同じスケールで，右には［OP］と［PP］の 濃 度 を 拡 大 し て い る．「211027」 は 採 水 日 が2021 年 10 月 27 日であり，「大阪 91」は大阪府が図 4．220727 千早川（石川合流直前，大阪 85）作成している「公共用水域及び地下水の水質測定計画」に記載の水質測定地点図中の番号である．

な投入によるものか環境中の生命活動の関わりが溶存態リンのほとんどが［P］であるが［OP］があるのか不明である．また，琵琶湖へ流入する十20 ppb（P）を超える程度，［PP］も数 ppb（P）

禅寺川と葉山川では，周辺のリンの使用が厳しくではあるが存在していることが分かる．同じ大和制限されていることもあってか全ての形態のリン

川水系の落堀川でも高濃度の［P］に加えて少量が低濃度であり，［PP］もほとんど検出されなかっの［OP］と［PP］が検出されるとの類似の結果た（図 5）．さらには，大阪府営公園内の池水でが得られたが（図 2），時期が異なると（図 3）［OP］

は溶存態リンの濃度が低い中で［P］及び［PP］よりも［PP］の方が多量に検出される場合があっに比して［OP］の比率が大きいことが見いださた．一方同じ大和川水系で若干上流域の千早川れた（図 6）．加えて，大阪南港魚釣園の海水か（図 4）では各種溶存態濃度が激減し，特に［OP］らは溶存態の濃度が極めて低く［PP］は検出さは検出されなかった．これらの河川では農業をはれなかった（図 7）．これらの測定結果は採水場じめとする人的活動の影響が大きく表れていると所周辺の土壌，植生，降下物，採水前の天候など考えるが，［OP］や［PP］について単に人工的に加えて様々な人的影響が総合的に影響を与えていると考えるが，詳細については本研究の範囲を上回るものである．少なくとも従来の［P］と［OP］+［PP］の測定からは予測することが困難であり新たな指標となる可能性も期待される．

図 1．211027 国豊橋左岸（大阪 91）

図 5．221109 十禅寺川（滋賀県 7-1）（左）と葉山川（滋賀県 8-1）（右）図 2．220525 落堀川（東除川合流直前，大阪 96）

図 6．220310（左）及び 220616（右）山ケ池（服部緑地）

図 3．221214 落堀川（東除川合流直前，大阪 96）

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図 7．230228 大阪南港魚釣園

6．未ろ過で保存中の溶存種濃度の変化
図 8．220525 落堀川（東除川合流直前）未ろ過，室温保存（継続振とう）

河川水試料を採水後にろ過後冷蔵した場合，ろ過直後と 3 週間経過後のスペシエーション結果には大差が見られなかった．すなわち，［P］，［OP］並びに［PP］はろ過・冷蔵により容器内壁へ吸着して除かれることや微生物活動による濃度の増減は顕著には起こらないと考えている．その一方で，採水後未ろ過のまま室温で放置した試料では，採水直後にろ過した場合と 2 週間程度経過後にろ過した場合で濃度に差が見られることに気づいた．
そこで，採水後，未ろ過のまま室温下で数週間振とうした後に，ろ過，測定を試みたところ，各種

図 9．230302 東除川（落堀川合流直前）

溶存態に濃度変化が見られることがあった．採水後に密閉した状態で振とうしており，溶存酸素濃度や振とう中に受ける光量などの条件や，採水時期などは統一されていないもとでの結果ではあるが，以下に記す．まず，大和川水系落堀川では［P］並びに［OP］の濃度が減少し，［PP］が増加した（図 8）．一方，時期は異なるが落堀川と合流直前の東除川では，［P］はほとんど変化せずに［OP］が増加し［PP］が減少した（図 9）．
これら河川の上流域の千早川（図 10）では，［P］並びに［PP］に減少傾向が見られ，［OP］が若干増加した．また，大阪府営公園内の池水では図 10．220727 千早川（石川合流直前），未ろ過，室温保存（継続振とう）［P］の増加，［OP］の減少傾向が見られたものの［PP］にはほとんど変化がなかった（図 11）．さらには大阪南港魚釣園の海水では［P］に増加傾のさらなる検討が待たれる．

向が見られたが，［OP］と［PP］ではほとんど本研究での手法で［OP］と［PP］を区別して変化がなかった（図 12）．これらは系が閉じられ溶存態リンのスペシエーションを実施できることた後での変化であり，系内の微生物などによる生が示された．連続流れ分析法による高感度化や，命活動や懸濁態との間の吸脱着により溶存種濃度懸濁態の量などとの関係が明らかになれば，水圏が変化したことと思われるが詳細については今後環境の認識の深化が期待できると考える．

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2）C. M. G. van den Berg, M. Boussemart, K.
Yokoi, T. Prartono, M. L. A. M. Campos:., 45, 267 (1994).
3）K. Yokoi, M. Tomisaki, T. Koide and C. M. G.
van den Berg:,352, 547 (1995).
4）K. Yokoi M. Yakushiji, M. Hatanaka, K.
Kubono and T. Koide:, 365, 364 (1999).
5）K. Yokoi, Y. Kuratani and K. Kubono:

図 11．220616 山ケ池（服部緑地）, 18, 1155 (2002).
6）「海と湖の化学」藤永太一郎
樹一色健司

監修，宗林由編，p. 497，京都大学学術出版会（2005）．
7）杉 山 雅 人， 望 月 陽 人， 地 球 環 境 20，35（2015）．
8）P. Martin and B. A. S. van Mooy:., 79, 273 (2013).
9）J. M. Diaz, A. Holland, J. G. Sanders, K.
Bulski, D. Mollett, C.-W. Chou, D. Phillips, Y.

図 12．230228 大阪南港魚釣園

5,Tang and S. Duhamel:

7．謝辞

380 (2018).

本研究の一部は，JSPS 科研費 JP20K05553（研10）J. Li, D. Plouchart, A. Zastepa and M.

究代表者；横井邦彦）を用い行われた．

Dittrich:. 9, 19563 (2019).

11）J. Golimowski and K. Golimowska:

8．参考文献1）C. M. G. van den Berg:, 325, 111 (1996).
,

12）西 崇 伺， 平 康 剛 大， 久 保 埜 公 二， 横 井 邦

250, 265 (1991).

59, 659 (2010).

彦：150

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