（ 研究課題名 ）日本海深海堆積物コア試料中有機ハロゲン化合物の網羅的スクリーニング（ 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、化学物質の数は指数関数的に増加しており、日々の人間活動を通して多様な化学物質が環境中に排出されていると推測される。 しかしながら、 国際条約等で規制されている有機ハロゲン化合物は全体のごく一部に過ぎない。また、個々の物質の定量値を得ることを目的とした一般的なターゲット分析法では、測定の妨害になり得る成分を選択的に除去することで高感度・高精度な定量を可能にする一方 で、対象外の物質を探索（スクリーニング）する目的には適していない。そのため、多様な化学物質を包括的にスクリーニングすることが可能なノンターゲット分析手法の開発が求められている。
これまで申請者らは 、 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 な 包 括 的 二 次 元 ガ スク ロ マ ト グ ラ フ （ GC×GC） と 高 分 解 能飛 行 時 間 型 質量分析計（ HRToFMS）を組み合わせたシステムを用いて、環境試料ノンターゲット
分 析のための手法開発を行ってきた。GC×GC-HRToFMS は、従来の GC-MS を用いたターゲット分析法と 比較 して 各段に多くの情報を得ることが出来る 。しかし、 その一方で、 試料前処理やクリーンナップにおける化合物の ロス をできる限り防ぐ た
め に粗 抽 出 液を測定した場合 には 、複雑な試料マトリックスに埋もれた微量の化学物質を見つけ出す必要があり、そのデータ解析は困難を極める。申請者らは、 2016
年 以 降 の es-BANK 利用型共同研究 において、 熊本県河口域の表層堆積物を用 い て
GC×GC‐電子イオン化（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、手法の評価を行った (1) 。2020 年度の es-BANK 利用型共同研究では、 EI データの解析 上の 課題を克服すべく 、アルゴン によるソフトイオン化法（ Ar イオン化法）を検討し、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 芳香族有機ハロゲン化合 物 に適 した イオン化 条件を 見出 した (2) 。本年度は、 これまで 開発 し てき た手 法 を es-BANK に保存されてい る貴重な 日本海深海堆積物コア試料に適用し 、 蓄

積されている 有機ハロゲン化合物の 網羅的スクリーニングを行う ことを目的とした。

（ 研究内容 ）これまで 開発 してきた GC×GC‐EI/Ar イオン化‐HRToFMS を用いた環境試料ノンターゲット分析手法 を用い、 日本海深海堆積物コア試料 を測定し、 過去から近年まで蓄積されている化学物質の網羅的スクリーニングを 実施した。 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探索を行
い 、本手法の有用性を評価 した。

（ 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、 表層から 1～3 cm、4～6 cm、7～9 cm、9～10 cm、12～14 cm、26～28 cm の 試料 をそれぞれ 円筒ろ紙に入れてアセト ン で 8 時間、次にトルエンで 8 時間ソックスレー抽出を行った。アセトン抽出液は 約 3 mL まで濃縮後、トルエン抽出液と混合し、無水硫酸ナトリウムに通して脱水 し、9 mL に定容し た。そこから 1/3（3 mL）を分取し、50 µL まで濃縮し た後 、粗抽出液 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 。 デ ー タ 解 析 に は 、“ComEX”と“MDF” (3) と NIST Mass Spectral Search Program を用いた。

（ 研究成果 ）2 種類の イ オン化法 で取得した データを用いた 臭素化合物の 網羅的 スクリーニング
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な検出が可能である一方 、臭素化合物については 、Br⁻イ オ ン が 検 出 さ れ る (2) 。 そ こ で 臭 素化合物の網羅的スクリーニングを行う
ため、 表 層 試 料の Ar イオン化データ に
つ い て “ComEX” を 用 い て Br⁻ イ オ ン の抽 出を 行 っ たところ、複数のピークが 高選択的に 抽 出 された。 図 1 A に示したピークに つ い て 、EI データ （図 1B）上の同じ位置の マススペクトル を取得し（図1（b））、ライブラリーサーチ による同定を試みたところ、マッチファクターが700 以上の候補化合物は 無く 、 同定が困難だった。そ こで“MDF”を用いて EI データを処理した ところ、 低質量側の炭化水素系化合物由来のマススペクトルが除去され（ 図 1（c））、ライブラリーサーチの結果、難燃剤 として知られる人為起源物質 のヘキサブロモベンゼン （HBB）であると推定された。 他の層 についても解析を行った結果、HBB は表層に行くにつれて 増 加 し ており、近年の HBB のイ

図 1 A： Ar イ オ ン 化 （ Br⁻抽 出 ）、 B： EI（ 未 処 理 ）、ンプット増加の影響が表れ ている と示唆

C： MDF 処 理 後 デ ー タ と 各 マ ス ス ペ ク ト ル

された。

日本海深海堆積物コア試料中 天然起源有機ハロゲン化合物の探索
これまでの研究で、堆積物コア試料の表層から天然起源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 ） が検出され ている。そこで本研究では、2 種類のイオン化 データと“ComEX” “MDF”を活用し、その他の HNP についても探索を行った。その結果 、ハロゲン化メチルビピロール の 塩素数や臭素数が 異 な る 化 合 物 が 検 出 さ れ た 他 、 Tribromoanisole や Tribromophenol、 Methoxy
brominated diphenyl ether など、様々な HNPs が検出された（表１）。

表 1

堆 積 物 コ ア 試 料 （ 表 層 1～ 3 cm） か ら 検 出 さ れ た 天 然 起 源 有 機 ハ ロ ゲ ン 化 合 物

No.

Retention timeNameFormula

Theoretical m/zMeasured m/z

140.9 min, 2.0 sec

Tribromoanisole

C7H5Br3O

341.7891

341.7858

9.66

241.4 min, 2.2 sec

Tribromophenol

C6H3Br3O

327.7734

327.7680

16.47

342.0 min, 2.2 sec

Tribromophenol

C6H3Br3O

327.7734

327.7691

13.12457.4 min, 2.0 sec

Methyl bipyrrole Cl7 (Q1)

C9H3Cl7N2

383.8116

383.804418.76

565.3 min, 3.1 sec

Methyl bipyrrole Br5Cl

C9H4Br5ClN2

569.5980

569.5953

4.74

670.0 min, 3.1 sec

Methoxy brominated diphenyl ether Br4

C13H8Br4O2511.7258

511.7246

2.35770.9 min, 3.3 sec

Methoxy brominated diphenyl ether Br4C13H8Br4O2511.7258

511.7270-2.35872.3 min, 3.7 sec

Methyl bipyrrole Br6ClC9H3Br6ClN2647.5085

647.5044

6.33

Mass error (ppm)

日本海深海堆積物コア試料中 天然起源有機ハロゲン化合物の鉛直プロファイル
表層で検出された HNPs について、コア試料の他 の層 で も解析を行った結果、ほぼすべての層でHNPs が検出された。そこで質量数±0.05 でマスクロマトグラムを作成し、HNPs のピークエリアを算出 す る こ とで半 定量を試みた。 半定量には、各 HNPs と保持時間が近く、構造が 類似している
既存の有機ハロゲン化合物標準溶液の検量線を利用した 。 図 2 に、一例として Tribromoanisoleの鉛直プロファイルを示す。本堆積物コア試料において、HNPs は表層に近づくにつれて徐々に濃度が高くなる 傾向が見られた。この結果は、海洋環 境 に お け る HNPs の 産 出 が 増 加 し て い る こ とを示している可能性がある。

図 2Tribromoanisole の 鉛 直 プ ロ フ ァ イ ル

（ まとめ ）GC×GC‐HRToFMS と２つのイオン化法（ EI 法と Ar によるイオン化法）を用いて 日本海深海 堆積物コア試料の粗抽出液を測定し、得られたデータから広範囲の精密質量スペクトルを包括的に解析することにより、既知の人為起源有機ハロゲン化合物だけでなく、天然起源有機ハロゲン化合物も検出することができた。検出された天然起源有機ハロゲン化合物を半定量した結果、表層に近づくにつれて濃度が高くなる傾向が認められ、近年における海洋環境の変化を反映していることが示唆された。es-BANK に保存されていた貴重な 試料を用い 、これまで開発してきた 手法を適用することにより、 新たな知見を得ることが可能であった。今後も引き続 き有機ハロゲン化合物の探索を行うと共に、 検出された化合物について 鉛直プロファイルの詳細 解 析 を 行い、その起源等への考察を加えたい。

（ 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(謝 辞 ）
図 2 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 学校法人 東京理科大学 環境安全センター 副センター長 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。