環境管理 51 号（2022）＿＿＿＿

特別寄稿論文＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

有機化学物質の迅速スクリーニング法の開発と災害時環境調査手法の提案
北九州市立大学 准教授 宮脇 崇

要 旨
災害等の緊急時環境調査にも適用可能な半揮発性有機化合物（SVOCs）の迅速スクリーニン
グ法を開発した．これは，マイクロウェーブ抽出による迅速前処理と GC-MS 用全自動同定・定量データベース（AIQS-GC）を組み合わせた手法であり，約 1000 種の SVOCs の有無を 1 日で判別することができる．本法は，これまでに東日本大震災後の環境調査をはじめ，いくつかの災害現場での調査活動に使用されてきた．これらの経験をもとに，我々の研究グループは災害時環境調査用として，3 つのステップで構成される新たな調査手法を提案した．

１．はじめに用の分析法開発について解説するとともに，災害現場への適用事例として，東日本大震災後の環境調査につ化学物質による事故や災害等の緊急時には，人的いて紹介する．

被害や物的破壊のみならず，有害化学物質の漏洩や災害廃棄物の発生など，中長期的に人の健康や環境

２．自動同定・定量データベースシステム（AIQS）に影響を及ぼすことが懸念される．このような自然災害について

では，平常時には想定できない様々な問題が発生する
AIQS は門上らによって開発が進められ，GC-MS 用可能性があるため，平常時とは異なる対応が求められる．
防災基本計画 および国土強靭化計画 には，緊急時の AIQS-GC8)と LC-QTOFMS 用の AIQS-LC9)がある．

における環境調査の必要性が明記されている．また，地

ここでは AIQS-GC について解説する．これは，約 1000

方自治体においても，災害対策基本法に基づいて地種の SVOCs の保持時間，マススペクトルおよび検量線

域防災計画を策定することから，災害調査研究に対す情報が登録されたデータベースであり，すでにソフトウェる重要性が高まっている．しかし，化学汚染に係る現行アとして市販され 10),11) ，日本産業規格（JIS）の JISKの公定法には，事故や災害を想定した分析法および調0123 ガスクロマトグラフィー質量分析通則に掲載されて査マニュアルがない．そのため，緊急時に対応した分析いる 12)．AIQS-GC は，試料測定時の GC-MS 装置性能技術や調査体制を構築することが，わが国の環境行政をデータベース作成時と同等にして，標準品測定の代における喫緊の課題になっている．

替とする手法であり，試料測定時の検量線作成が不要

1)

2)

筆者らは，これまでに土壌や底質を対象とし，約 1000となる．つまり，データベースに登録されていれば，標準種の半揮発性有機化合物（SVOCs）の有無を 1 日で判物質を保有していなくても，登録約 1000 物質の同定や別するスクリーニング法を開発した

3),4)．これは，マイクロ定量が可能になるのである．このような利点があることか

ウェーブ抽出による迅速前処理と後述する GC-MS 用自ら，環境省において AIQS-GC を化学物質環境実態調動同定・定量データベース（AIQS-GC）を組み合わせた査等に活用するための検討も行われている．

手法であり，これまでに東日本大震災後の環境調査 5),6)
7)

ただし，AIQS-GC の使用については留意しなければや熊本地震後のガレキ仮置き場跡地のモニタリング 等ならない点がある．AIQS-GC ではスキャンモードによるに活用されてきた．

測定のため，検出感度は SIM モードよりも低い．また，

本稿では，筆者らが取り組んできた緊急時環境調査

それは広範な物理化学的性質を持つ多数の物質を対－31－

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象とするため，個々の物質に対して最適な前処理がで査では，汚染の全体像を把握することが重要であり，こきず，試料マトリックス等の影響で一部の物質の同定やれにより発生源の推定や汚染の拡大防止の措置等を定量が難しい場合がある．また，GC-MS 測定では試料速やかに実行できる．そのため，その調査に用いる分中のマトリックス成分による汚れや劣化等により，装置性

析は，高感度，高精度よりも迅速性や操作性に優れた．具体的には，検出手法が望ましい．筆者らは，これまでに AIQS-GC やピークのテーリングや面積値の減少などがあげられるが，AIQS-LC に適用可能な前処理法を開発し（図 1），土壌

この場合，ターゲット化合物の同定や定量精度に影響および底質中有機化学物質の迅速スクリーニング法をを及ぼす可能性が高くなる．特に，AIQS-GC は，多成確立した 3),4),16),17)．本稿では，GC-MS を測定系としたス分の化合物測定を行うため，GC-MS の装置性能を適クリーニング法（GC スクリーニング）について説明する．

切に評価し，良好な状態に維持しておくことが分析精度開発した GC スクリーニングは，マイクロ波抽出によるを確保する上で重要となる．これについては，陣矢らが迅速前処理法と AIQS-GC を組み合わせた手法である

GC-MS 各部位（注入口・カラム・イオン源等）の汚れに（図 1 上側）．本法の特徴は，“水”を分析に利用した点敏感な化合物を調べ，それらを装置性能評価物質としにある．従来の分析法では，水は抽出，精製，測定のて使用することで GC-MS の状態を把握する手法を提案

各工程において妨害成分になることが多く，抽出前のしている 14)．詳しくは，その文献を参照されたい．

試料風乾や各工程での脱水操作が必要であった．筆能が低下することが知られている

13)

最 後 に ， AIQS-GC を 適 切 に 使 用 す る た め に は ，者らはマイクロ波の特性に着目し，抽出溶媒のヘキサン

GC-MS の原理について理解し，その有効性と適用限に対して，水を“熱源”として利用することを考えた．これ界について把握する必要がある．宮崎らは，微極性カラにより，高い抽出効率が得られるだけでなく，抽出後はムで測定が難しい物質を含む 114 物質について 4 台の溶媒が二層に分離するため，濃縮や溶媒転溶等の操GC-MS を用いて測定し，AIQS-GC の室間再現精度を作が不要となり，ハイスループットな前処理が可能にな調べた 15)．その結果，装置性能が維持できれば，約 8る．また，本法では試料風乾も不要になることから，10割の物質の室間再現精度が 20%未満であることを報告

検体の前処理を 3～4 時間で行うことができ，約 1000 種した．また，測定値のばらつきの主な要因として，物質の SVOCs の有無を 1 日で判別できるようになった．

中の高極性官能基の種類や数，骨格構造をあげている．
これは AIQS-GC に限ったことではないが，GC-MS による網羅的な測定を行う上で重要な知見である．

３．前処理法開発について
AIQS-GC は広範な物理化学的性質の物質群を検出できることから，適切な前処理法と組み合わせることで，化学物質のスクリーニング手法になる．ここでは，筆者らが開発した土壌や底質試料を対象とした前処理法について解説する．これらの試料媒体を対象にした理由は，水質に比べて化学物質の希釈や拡散が少なく，その物
図 1 開発したスクリーニング法の概要

性によっては土壌や底質に保持されやすいため，汚染の履歴を残している可能性が高いからである．東日本
大震災においても，主に土壌（津波堆積物）を対象に環

ここで，AIQS-GC 用の前処理開発における留意点と境調査やリスク評価が進められた 6) ．災害時の環境調注意点について述べる．AIQS-GC によって網羅的な測－32－

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定ができることから，前処理側も広範な物理化学的性質堆積物の中にどの様な化学物質が入っているのかを明を持つ物質群に対応した抽出法や精製法でなければらかにすることが，目的の 1 つとなった．
津波堆積物のスクリーニング分析に当たっては，当ならない．ただし，抽出において溶出力の強い有機溶媒を使用すれば，試料マトリックスも多く抽出され，測定初，溶出力の強い抽出溶媒を用いた前処理（従来法）上の妨害成分となってしまう．また，精製においてクリー18)

ンアップ効果の高い活性炭等を使用すれば，対象物質インが上昇し，AIQS-GC によるデータ解析が困難であも吸着除去される可能性がある．ゆえに，前処理法開った（図 2）．これは共抽出されたマトリックスによる影響発の段階において，分析目的を定め，必要な分析精度が原因であると考えられた．そこで，夾雑成分の少ないを明確にしておくことが望ましい．その上で，開発分析選択的な抽出法として，3 章で紹介した GC スクリーニン法の妥当性評価を行い，同定と定量値の精確さ，そのグ（ヘキサンと水によるマイクロ波抽出）を採用し，この有効性と適用範囲等について明らかにすればよいと考問題の解決を図った．その結果，ベースラインの上昇はえる．筆者らが開発した GC スクリーニングを例にすると，ややあったものの，比較的きれいな全イオンクロマトグラ

使用目的が緊急時環境調査（初期調査）であることから，ムが得られ，アルカン類，多環芳香族炭化水素類

定量値については真度 50~150%，繰り返し精度 30%を（PAHs），アルキル化 PAHs 等を多数検出することがで目標値とした．妥当性評価の詳細については割愛する

きた（図 2）．これらの物質は，津波堆積物が残る区域のが，試験結果から，水・オクタノール分配係数（LogPow）試料から検出されたが，津波堆積物のない区域ではほが概ね 2 以上の物質について適用可能であることが分

とんど検出されず，検出物質のパターンも大きく異なっかった

3)を行ったが，測定で得られたクロマトグラムはベースラ．妥当性評価には，①標準物質による添加回ていた．以上の結果から，震災によって発生した津波堆収試験，②環境試料を用いた公定法との比較，③認証積物には，アルカン類や PAHs などの石油や燃焼由来標準物質を用いた試験などがあるが，同一物質であっの物質が多く含まれていることが分かった．震災時に，ても試料中の存在形態によって定量値が大きく異なるこ

周辺の化学コンビナートの燃油タンクが倒壊して海上火とがあるので注意を要する．特に，土壌や底質の中では災が発生していたことから，その影響があったものと推マトリックスを多く含む試料もあるため，仮に妥当性評価察された．

用の試料で目標をクリアできたとしても，現場の実試料に適用できるとは限らない．緊急時環境調査では，これまでに分析したことのない特殊な試料を採取することがある．そのような場合に，どのような前処理をすればいいのか，判断に迷うことがある．東日本大震災で発生した津波堆積物もそのような試料であった．このことについては，次章で詳しく述べたい．

４．東日本大震災後の環境調査
図 2 GC-MS 測定による全イオンクロマトグラムの比較

東日本大震災で発生した津波は，沿岸域の家屋等を破壊して海に引き込むとともに，大量の汚泥（津波堆積物）を陸域に残した．その津波堆積物には，陸および５．災害時環境調査手法の提案

沿岸起源の多種多様な化学物質が含まれていると予想され，被災者からも「泥に何が入っているか心配」との声

東日本大震災などの環境調査の経験をもとに，我々があがっていた．このような状況から，本調査では，津波の研究グループが提案した災害時環境調査手法－33－

環境管理 51 号（2022）（Rapid screening for Environmental micro Pollutants in

６．おわりにEmergency situations: REPE ） 6) に つ い て 説 明 す る ．
REPE は 3 つのステップで構成されており，先述の GC

近年，AIQS-GC は危機管理を目的に地方環境研究スクリーニングは第 1 ステップの中に位置づけられる（図所で導入が進められており，環境省の方でもその利活3）．ここでは，スクリーニングから得られたデータをもとに用に向けて様々な検討が行われている．しかし，現在は統計解析を行い，詳細調査が必要な物質や調査地点ヘリウムガスの供給不足や価格高騰など新たな課題にを絞り込む．第 2 ステップでは，詳細調査用の物質に対も直面している．今後は AIQS-GC にも水素キャリアガスして，公定法，或いはそれに相当するターゲット分析を導入の検討が必要になるかもしれない．災害調査研究

用いて，より精確に定量する．第 3 ステップでは，得られは緒についたばかりであり，こうした取組みも含めて業た定量値を用いて，環境影響評価やヒトへのリスク評価種や組織の枠を超えた連携が今後さらに重要になるだを行う．

ろう．

東日本大震災の調査では，スクリーニングによってPAHs を主体とする物質が検出されたため，これらのタ謝辞：本研究の一部は，2011 年度三井物産環境基金，ーゲット分析を行い，PAHs の 1 つであるベンゾ[a]ピレン

東日本大震災復興助成（R11-F1-034）「津波汚泥によるの健康リスクについて評価した．結果として，ハザード比化学物質曝露のリスク評価と地域再生プロジェクト-汚（HQ）は 1 を下回っており，津波堆積物やそれに由来す泥による化学汚染の実態把握，未来予測および土壌修る粉じんを介した健康リスクは小さいと判断された 6)．以復の提案-」によって実施された．

上が REPE のフローの概要である．
リスク評価に関しては，化学物質の複合影響をどう評価するかなど，今後検討すべき課題も残る．しかし，本

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