POPs など残留性環境汚染物質(PTS)の GC-HRMS 高感度分析技術とその課題(株)島津テクノリサーチ ○高菅卓三、山下道子、嶽盛公昭、井上毅
Ultratrace Analytical Techniques for POPs and persistent toxic substances (PTS) by GC-HRMS
Takumi TAKASUGA, Michiko YAMASHITA, Hiroaki TAKEMORI, Tsuyoshi INOUE,SHIMADZU TECHNO-RESEARCH Inc.
1．はじめにPOPs に関するストックホルム条約の発効（2004 年 5 月17 日）にともない我が国でも POPs 対策が本格化しつつある。本報告は 2002 年度から環境省により HRMS を用いた POPｓモニタリング調査１）の一環として POPs 分析方法の検討をはじめ PTS の高感度・高精度分析法の詳細な検討結果と課題を中心に報告する。
2．方法
2－1 試料の採取方法
大気採取方法の検討：大気試料では既存のハイボリュームサンプラー（HVS）では揮発性成分の捕集に限界があるため、ポリウレタンフォーム（PUF）の後段に活性炭（AC）フェルトを追加し１日採取と１週間｛ミドルボリューム（MV）｝採取を検討した。また、補完的に PS Air カートリッジによるローボリューム（LV）サンプラー法も評価した。
2－2 前処理前処理試薬や吸着剤の洗浄方法と保存方法について、バックグランドレベルの高い成分の汚染除去と汚染防止を中心に効果的な方法を検討した。
フロリ ジル カラ ム クリ ー ン ア ップ ： 展開溶媒を 変え てPOPs 等の溶出挙動と分画条件を調査した。
ダイオキシン類の前処理に用いられる硫酸処理、硫酸シリカゲル、硝酸銀シリカゲル、DMSO/Hex.分配等の前処理操作についても、実試料に効果的な POPs、クリーンアップ方法の検討を行なった。
2－3 HRGC/HRMS 分析
対象成分は POPs として PCBs 全異性体の他に、DDT類(p,p'- o,p'-DDT/DDD/DDE)、クロルデン類(cis/transChlordane 及 び Nonachlor, Oxychlordane の 他
Heptachlor, Heptachlor epoxide ） 、 ド リ ン 類(Aldrin,Dieldrin, Endrin)、HCB、マイレックス及びトキサフェン。
さらに HCH 類（各αβγδ-HCH）、PAHs、CBz, CPh、エンドサルファン、臭素系難燃剤（PBDE, PBB, HBCD,PBBz, PBPh 等）、塩素化パラフィン等である。
測 定 装 置 に は HRGC-HRMS(Micromass 製 、Autospec Ultima)を用い、イオン化方法には EI 法を用いた。モニターイオンには Native と炭素同位体(13C)の内標準について、イオン強度の比較的強い 2 つ以上の塩素同位体イオンをモニターした 2)。なお、トキサフェン 3)とエンドサルファン及び塩素化パラフィンは NCI 法を適用した。
主な POPs の分析カラムの評価には、微極性 DB-5MS（60m, 0.32mm I.D., 0.25μm）及び中極性 DB-17HT（30ｍ, 0.32mm I.D., 0.15μm）の 2 種類を用いた。
POPs 検量線溶液には、内部標準として 19 種類の 13Cラベル化された標準品と 21 種類の Native 標準品を用い6 段階の標準溶液を調製し、各 3 回ずつ測定を行い合計18 点の相対感度係数（RRF）を求めた。また、100fg/μLの標準溶液を 6 回測定し、測定値の標準偏差の 3 倍及び10 倍をそれぞれ装置の検出下限、定量下限として算出した。
内標準物質：入手可能なものはすべて利用した(POPs等 19 種、PCBs 23 種、シリンジスパイク用 6 種)
3．結果と考察3－1 試料採取方法
HV 法の部位別測定結果は、大部分の POPs については PUF に存在した。また、揮発性の高い成分として低塩
素化 PCB(1～3 塩素化体)、HCB、HCHs、Heptachlorなどは、AC フェルト部にも多く存在したが、捕集効率、回収率も良好で適用可能であることがわかった。しかし、Aldrin については明らかに回収率の低下がみられた。前処理過程での回収は悪くないことから、サンプリング中に変化していると考えられた。また、１週間採取の MV 法で最も低下した。
活性炭フェルトのブランク低減と洗浄方法及び抽出方法
AC フェルトにブランク低減の目的で加熱処理を施すと、加熱条件によっては低塩素化 PCB、特に MoCB が生成し、１00～400 倍も増加ことが判明した。3-MoCB(#2)と 4MoCB(#3)の異性体が特徴的に高く、炭素材料と無機塩化物が反応して生成したと考えられる。AC フェルトの加熱処理は行なわない方が望ましい。
また AC フェルトからの抽出では、吸着力が強いため、アセトン等水溶性溶媒で細孔内部まで溶媒を浸透させて超音波等抽出した後にトルエンでソックスレー抽出する方法が有効であった。しかし、ダイオキシン類についてはフェルトとろ紙を同時抽出した場合には、ろ紙から抽出されたダイオキシン類成分が AC フェルトに再吸着されることもわかった。フェルトとろ紙の抽出は別々に行なう方が良い。
PS Air カートリッジ

大気では HV 法に近い結果が得られたが、吸着剤と容器素材いずれからも PCB のブランクが確認され、溶剤洗浄等によりブランクを下げる必要があった。また洗浄後でも容器素材（ポリエチレン）から微量の PCB の溶出が確認されている。洗浄後は空気中からの POPs の汚染を避けるため SUS 製密閉容器内で冷蔵保存することが効果的であった。水試料固相吸着剤も洗浄やコンディショニング後の空気汚染に極力注意する必要がある。
試料採取方法の課題
代表試料採取のための長期採取法や高温多湿の環境での妥当性についの検討や、現場での取り扱いやすさを考慮した採取方法が望まれる。試料特有の妨害成分の特定やその除去方法についても検討する必要がある。
3－2 前処理検討結果
フロリジルカラムクリーンアップにおける POPs の溶出挙動
ヘキサン(Hex.)と 20%-ジクロロメタン(DCM)/Hex.画分に Aldrin、Heptachlor、HCB、p,p’- & o,p’-DDE、cis& trans-Nonachlor、p,p’- & o,p’-DDT、cis- & transChlordane、HCHs、Oxychlordane が溶出した。その後の DCM 画分に Heptachlor epoxide、Dieldrin、Endrinが 溶 出 し た 。 以 上 の こ と か ら フ ロ リ ジ ル に よ り 20%DCM/Hex.と DCM により 2 画分に分画する条件を採用した。なお、エーテル/ヘキサン系では分画がきびしく、また妨害成分も溶出する可能性が高かった。
各前処理操作における挙動
硫酸処理（液-液及び 22%-硫酸シリカゲルによる処理）において Dieldrin と Endrin が分解した。44%-硫酸シリカゲルによる処理においては、更に Aldrin と Heptachlor
epoxide の分解による回収率の低下が認められた。
硝酸銀シリカゲルについては Heptachlor が分解し、MoCB も回収率の低下が確認された。
また、DMSO/Hex.分配については、HCB 及び Aldrinの回収率が若干低下した。しかしながら分解が起こらない特定の POPs（例えば DDT や HCH など）については、フロリジルカラムによる分画後に硫酸処理等の前処理操作を行うことにより高度な精製が可能であると考えられる。
なお、HCB、HCHs、Heptachlor、Aldrin、MoCB については前処理における濃縮操作により揮発しやすく、回収率が低下する傾向が認められた。

ピングは細かく設定可能であった。
検量線及び装置の検出下限・定量下限
検量線測定時の RRF の変動係数は 13C ラベル内標準が存在するものについては非常に良好であった（<5％）。
13
C ラベル内標準が存在しない成分についても概ね良好であった（<5％）。装置の検出下限は比較的検出感度の良い HCB 等で 10ｆg 程度であり、EI 法で感度の悪いDieldrin、Endrin、Oxychlordane 等でも 60fg 程度であった。また、装置の定量下限は 30～200fg 程度であった。
しかし実際の試料の場合には、前処理が不十分な場合にはイオン化効率の変動や、イオン源やラインの汚れの状態によりフラグメントイオン強度の変化、モニターイオンの強度の変動、GC カラム内での分解、吸着、分離能低下などを生じるため、HRMS であっても前処理は非常に重要である。特に POPs の中では Endrin、Heptachlor、DDT の変動が多く見られた。
高臭素系化合物（DecaBDE など）では、絶対検量線の直線性も悪く、13C ラベル内標準の利用で RRF は一定になっているが、実試料の前処理次第では吸着の程度が変動し、見かけ上の回収率にも影響した。PCB(Penta)分析では PBDE(Tetra)が妨害することも確認された。
3－4 実試料の分析結果と課題フロリジル分画のみで分析を行った場合、生物試料では脂質による影響でピーク形状がブロードになる等、定量に問題があった。そこで脂質等の除去目的に、DMSO/Hex.
分配による処理を追加したところ、20%-DCM/Hex.溶出画分と DCM 溶出画分いずれにおいても良好なクロマトグラムが得られた。この操作は大気や底質試料で感度低下の原因となる鎖状炭化水素成分や鉱物油、動植物油の除去にも効果的であった。
一部の主要成分（PCB 主要異性体や p,p’-DDE、p,p’DDD 等）が高濃度に検出される場合には振切れも生じ、メモリーの出ない注入方法や、低濃度成分と高濃度成分用にサンプル量を変えて複数回の分析が必要であった。
前処理操作におけるブランクが比較的高い成分として
HCB、Chlordane や難燃剤の HBB や DeBDE があり、実験室内の空気汚染が考えられる。生物試料中での PTSを測定する際は十分な注意が必要である。
参考文献

3－3 HRGC-HRMS 分析条件検討結果
分析カラムの比較
一 般 に 使 用 さ れ る DB-5MS を 用 い た 場 合 に は 、
Oxychlordane 及び Heptachlor epoxide が不分離で、互いにフラグメントイオンが妨害し合うことが確認された。
また、p,p’-DDD と cis-Nonachlor の保持時間がほぼ同じである為、設定質量数の幅が広くなり磁場型の MS では高質量域での感度低下が懸念された。DB-17HT を用いた場合、各成分はそれぞれ完全に分離し、SIM のグルー

1) 平成 16 年度版 化学物質環境実態調査−化学物質と環境− 環境省環境保健部環境安全課 平成 17 年 3 月
2) Takumi Takasuga et.al., Organohalogen Compounds 60, 138141(2003).
3) 松神秀徳他 第 13 回環境化学討論会講演要旨集 p134-135& p720-721 (2004)
5) Kurunthachalam Senthil Kumar et. al., Arch. Environ. Contam.
Toxicol. 48 538 –551 (2005)
6) Takumi Takasuga et.al., Chemosphere 57 795 –811(2004)