標 準 物 質 不 要 の化 学 物 質 一 斉 分 析 用 データベースの開 発
北九州市環境科学研究所○門 上 希 和 夫 ，陣 矢 大 助
Novel gas chromatography–mass spectrometry database for automatic
identification and quantification of micropollutants, by Kiwao
KADOKANMI and Daisuke JINYA (Aqua research center, Kitakyushu City
Inst. Environ. Sci.)
１ はじめにのピークのマススペクトルに登録マススペクトルが含まれるかリ
微量化学物質による環境や食品汚染への関心の高まりを受け， バースサーチで類似度を計算し，一定以上の類似度が得られ分析対象物質数が急増している。また，大規模火災などの緊急 た場合に対象物質が存在すると判定した。存在が確認された物
時では，迅速な環境の安全性評価が求められる。この様に，環 質については，内標準とのピーク面積比を求め，データベース境や食品の安全性を評価するには，基準の有無に拘わらずで に登録された検量線から検出量を求めた。
きるだけ多数の化学物質を測定することが望まれている。
３ 結果と考察
有害化学物質の分析には，GC/MS が現在最も多く利用されて 3･1 性能評価標準物質による装置性能の評価と維持いるが，定量分析では，対象物質の標準品の測定が不可欠でGC/MS の同定・定量性能には，チューニング，カラムの汚れ・ある。その主な理由として，測定時の GC/MS の状態により，保 劣化，注入口の不活性度・汚れ，イオン源の状態，測定試料中持時間や応答値が異なることが挙げられる。このことは，GC/MS のマトリックスなどが影響する。本データベースシステムでは，の状態を常に一定にすれば，標準物質を測定せずとも対象物 様々な物理化学的性質（低沸点から高沸点，低極性から高極質の同定・定量が可能であることを示している。我々は，GC/MS 性）を持つ多数の化学物質を測定対象としており，信頼できる同の性能評価と対象物質の保持時間を予測するための手法を検 定・定量結果を得るには，装置をデータベース作成時と同一の討し，その結果を基に標準物質を使用せずに 600 種以上の化 性能に保つ必要がある。そこで，試料測定時に GC/MS 性能評
学物質を一斉に同定・定量できるデータベースを開発した。本 価標準物質を測定して装置の性能を評価し，一定以上の性能を報告では，保持時間の予測法，GC/MS の性能評価と性能維持 維持することとした。性能評価標準物質の種類や評価法は，文法及びデータベースシステムの同定・定量性能を報告する。
献や我々の経験を基に検討開発した。考案した GC/MS 性能評
２ 実験価標準物質，判定内容及び判定基準は発表時に示す。
2･1 試薬3･2 保持時間の予測精度
データベース登録物質及び GC/MS 性能評価物質は，市販の我々が開発した保持時間の予測法は，相対保持指標を用い試薬及び混合標準液を用いた。対象物質の検量線は，0.01，0.1， た方法である。即ち，一定の GC 条件で n-アルカン系列と対象1.0 及び 10μg の対象物質を含む溶液に内標準混合液を加え， 物質を測定し，対象物質の保持時間とそれを挟む 2 つの n-アルヘキサンで 1ml とした。GC/MS 性能評価標準液も同様な方法で カンの保持時間をデータベースに一緒に登録する。実際の試1μg/ml ヘキサン溶液を調製した。
料測定時には，n-アルカン系列を測定し，その保持時間から対2･2 装置及び分析条件
象物質の保持時間を予測する。
GC/MS の測定条件（基準測定条件）は，発表時に示す。
本法での予測精度をカラム及び機器（同一メーカー及び他メ2･3 データベースの構築ーカー）を替えて調べた結果，基準測定条件を満足する限り予GC/MS を基準測定条件に設定した後，所定の方法で MS を 測と実保持時間の差は，±3s 以下であった。また，カラム長を短チューニングした。次に，GC/MS 性能評価標準液を測定して n- くした場合でも，線速度を 40cm/s とすれば正確に予測することアルカンの保持時間及び GC/MS の性能を確認した後，登録対 ができた。注入溶媒をヘキサンより高沸点の溶媒に変えた場合，象物質の検量線用標準液を測定した。データベースへ登録した 保持時間の短い物質の予測が不正確になったが，同一溶媒で情報は，物質名，保持時間，マススペクトル，内標準法による検 n-アルカンを測定すれば正確な予測ができた。
量線，及び n-アルカンの保持時間などである。
しかし，まれであるが新品のカラムで予測と実際の保持時間
2･4 試料の測定及び同定・定量法が±3s 以上異なる場合があった。この原因は，カラム内径や液GC/MS を基準測定条件に設定し，データベース作成時と同 相膜厚のバラツキのためと考えられるが，ペリレン-d12 の保持時一のMSチューニングを行った後，GC/MS性能評価標準液を測 間を基にしてカラム初期圧力を変える（1 秒遅延当たりカラム初定して n-アルカンの保持時間及び GC/MS の性能を確認した。 期圧力を 0.669psi 上げる）ことで正確な予測ができた。
次に，試料処理液に内標準混合溶液を加え，測定した。試料測一方，精製が不十分な試料では，マトリックスの影響で特定の定時の対象物質の予測保持時間は，試料測定時の n-アルカン 対象物質の保持時間が予測値より遅くなることがあった。この様の保持時間とデータベースに登録された対象物質と n-アルカン な場合，サーチ範囲を広げるか，精製操作を追加する必要があの保持時間から計算した。
るが，誤検出を防ぐためには精製の追加が望ましい。
対象物質の同定は，予測保持時間を含む一定時間範囲に対 3･3 同定性能
象物質の定量イオンのピークが存在し，もし存在する場合は，そGC/MS において正確な同定を行うには，正確な保持時間と4

One QP-2010, 3 columns, 14 injections

3.5

Five QP-2010, one column, each 5 injections

3Detected amount, µg

2.5

One HP 5973 GC/MS, one column, 5 injections

21.5
10.5

Number ofspiked
chemicals

SampleDetected numberDatabasesystem13561171385746

Number of false
negatives
Database
AMDISsystem
01053368124932592246

n-C24H50

Butyl benzylphtalate

Benzidine

2,4-Dinitroaniline

n-C17H36

TributylphosphateTris(2-chloroethyl)phosphate

Table 1 本システムと AMDIS の同定性能の比較 a

2,4-Dichloroaniline

Benzothiazole

2,6-Dimethylaniline

n-C11H240
n-C9H20

質の高いマススペクトルが必要である。しかし，環境や食品試料中の有害化学物質濃度は通常低く，質の高いマススペクトルが得られることはあまりない。本データベースシステムでは，正確な保持時間が予測でき，リバースサーチが利用できるため，質が悪いマススペクトルでも同定できる可能性がある。
一 方 ， NIST が 開 発 し た Automated Mass Spectral
Deconvolution & Identification System (AMDIS)は，最も高性能のマススペクトル検索システムとして知られている。
そこで，種々の試料を対象に本システムと AMDIS の検索（同定）性能を比較した。なお，AMDIS では，本データベースに登録した物質の大半を登録したターゲット・データベース（但し，保持時間は未登録）を作成し，検索に使用した。また，両システムの検索パラメータは，共にデフォルト値を用いた。その結果を Table 1 に示す。

CompoundNumber of false
positives
Database
AMDIS
system000104061402

Fig. 1 カラム及び装置を変えた時の定量精度，平均±SD実際の試料を用いて定量性能を評価した。第一の結果を Fig. 1に示す。3 本のカラムを用いた測定では，カラム等に不可逆的に吸着しやすいペンタクロロフェノールやベンジジン，及びイオン化効率が悪いトリニトロトルエンや 2,4-ジニトロアニリンなどの一部の物質を除くと，測定値の相対標準偏差は 20％未満であった。一方，複数の機器での測定結果では，ベンジジンのピークa：両システムとも自動検索，b：抽出液に1ug を添加，c：抽出液をシリカゲルクリーンアップ後，1ug を添加，d：0.1ug を試料に添加後，前処理実施，e：抽出後，脱硫黄処理のみ が全く出現せず，高炭素数の n-アルカンの定量値が大きくばら実施，f：自動検索・同定後，マニュアル解析ついた。この実験では，GC/MS 性能評価を行っていないため，添加量が多くマトリックスが比較的に少ない河川水と土この様な結果が得られたものと考えられ，GC/MS 性能評価の重壌では，本システムは確実な同定ができたが，AMDIS では要性が改めて確認された。一方，他のメーカーの GC/MS で測誤不検出・誤検出が数物質認められた。一方，添加量が少な定した場合でも，QP-2010 での測定値とほぼ同一の測定値が得く，多量のマトリックスを含む植物試料では，両システムとられた。これは，両機器が同一のクライテリアを満足する MS チも添加物質の一部を同定できなかった。しかし，誤不検出はューニングを行ったことによるものと考えられる。
AMDIS の方が 2～3 倍多かった。同様に自動で底質抽出液の次に，実試料での定量性能を評価した第二の試験結果を同定を行った場合も，多くの誤不検出が認められたが，そのTable 2 に示す。全ての試料において従来の内標準法に比べて数は AMDIS が２倍程度多かった。この結果から，本システ若干劣るものの，まずまずの定量結果が得られた。
ムの同定能力は，AMDIS に比べて高いことが確認された。
Table 2 実試料での定量性能
この理由は，検索の方向が AMDIS では TIC 上のピークからbRiver water
Soilc
SpinachdOrangedSediment Ae
Sediment Be

135615015088f
68f

AMDIS
1251821013324

データベース登録物質を探す方向であるのに対し，本システ
ムは登録物質がTIC 上に存在するかを探すためである。
即ち，
AMDIS ではピークのスペクトルが不純である場合，類似度が低くなり同定されないのに対し，本システムではピークのマススペクトルが不純でもリバースサーチでの類似度が高くなることによる。さらに，本システムでは，対象物質が TIC上に存在すれば，サーチ画面上の中央に定量イオンのピークが現れるため，マニュアル解析により物質の有無を判定できる。
底質抽出液中の物質はその様にして同定したものである。
以上から，本システムの同定能力は，AMDIS 以上と言える。
3･4 検出限界
本データベースの検量線は，大半の物質において 10pg まで作成することができ，実用上充分な感度であった。
3･5 定量性能
本システムの定量性能を評価するために，２つの実験を行った。最初は，複数のカラム及び複数の装置（他メーカーを含む）を用いて GC/MS 性能評価標準を測定した。第二の実験では，

aSample

River
water
Soil
Spinachb
Orangeb

Numberof spiked
chemicals

Spikedamount,µg

Detected number
Detected amount, µg
ConventionalRSD,
Databaseinternal%
Mean Maximum Minimum
systemstandardmethod

13113-0.86

1.20.3726.556150150

10.10.156143c
144 c

147146

1.14
0.096
0.107

1.53
0.41
0.38

0.61
0.007
0.012

20.3
53.551.0a：試料は Table 1 と同じ，b：従来法は他メーカーの機器で測定，c：自動同定後，マニュアルで同定以上から，同一の MS チューニング及び適正な GC/MS 性能評価を実施すれば，本データベースの定量精度は，従来の内標準法に比べて若干劣るものの，スクリーニングなどでは充分なレベルであることが確認された。さらに，他のメーカーのGC/MS でも良好な結果が得られたことから，今後機器の性能向上が進めば，使用機器を問わず真の標準物質フリーの分析が可能となるかもしれない。
謝辞：AMDIS のターゲット・データベースは，西川計測から提供を受けた。記して感謝する。