Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
## b 固体試料中VMSの分析法

底質・生物の固体試料クリーンアップ法として、PT法の適用を検討した。河川底質及びニジマスの抽出液をそれぞれ準備し、これらを用いてPTクリーンアップのパージ流量、添加溶媒の種類（アセトン又はヘキサン）、塩析効果の各条件を最適化した。その結果、試料の振とう抽出にヘキサンを用い、10%の塩化ナトリウムを加えた場合に目的物質の回収率が飛躍的に向上することを見出した。この条件において十分な回収が得られるパージ時間を、底質及び魚類試料の実試料を用いる試験から、それぞれ60min及び120minと決定した。

## c 分析法の精度管理

VMS分析においては、操作ブランクの低減・管理が最も重要とされる。本法による操作ブランク試験からは、方法の定量下限値と同レベル（数ng/L）で環状VMSが検出されたが、これらブランク値のばらつきは小さく、ブランク管理ができているものと判断された。実際の試料水分析においては、毎回操作ブランクを確認し、得られたブランク値を差し引いて濃度を求めた。河川水の3重測定（n=9）から得られた変動係数は0.6～39%であり、低濃度のD3及びD4について30%付近のばらつきが確認された。しかしながら、環境中VMS濃度の大部分を占めるD5については、すべての試料について変動係数が10%未満と良好であった。

## 2 )シロキサン発生源データの整備及び環境中への排出状況把握

## a VMSの排出傾向

下水処理施設（25箇所）の放流水中 $ \Sigma $ VMS濃度分布は、大中規模施設（18箇所）について190～1400 ng/L の範囲で、その平均値は610 ng/L であった。小規模施設（7箇所）については99～2600 ng/L の濃度範囲で、その平均値は720 ng/L であった。両施設のVMS濃度の平均値は同程度であったが、小規模施設から広い濃度範囲でVMSが検出された。その理由として、小規模施設についてはバッチ毎に下水処理を行っている施設が多いため、施設やサンプリングの時間帯により下水の水質が大きく変化することが考えられた。いずれの規模の施設においても、放流水中 VMS の検出率は、D3、D4、D5、D6についてほぼ100%、L3、L4については半数以上が不検出であった。L5については低濃度ながら約8割の施設から検出された。いずれの施設においてもD5の濃度割合が8割と高く、鎖状シロキサンは検出下限付近であることがわかった。

下水処理施設を介したVMS排出量を、下水放流水中VMS濃度と下水処理量の積により算出した。下水処理施設からの公共用水域への∑VMS排出量は、大中規模施設において0.48～270 kg/year、小規模施設において0.0077～0.2 kg/yearの範囲であり、当然のことながら下水処理量の多い施設のVMS排出量が高いことが確認された。大中規模施設の平均VMS排出量は年間42 kgであり、化合物別では、D5:37 kg、D6:2.2 kg、D4:1.5 kgの順であった。全施設の合計から算出した人口一人当たりのVMS排出量は、年間120 mgと見積もられた。

カナダでは他国に先んじてD4排出量削減の取り組みがなされている。カナダにおける工場排水中のD4排出目標値は、濃度ベースで17.3μg/L、総量ベースで3kg/yearである。ここでは参考のため、得られた下水放流水中VMS濃度及び排出量とこれら目標値を比較した。その結果、濃度ベースでは最高濃度（197ng/L）が目標値よりも2桁低い濃度である一方で、排出量ベースでは1施設について目標値を上回る値（8.9kg/y）であった。また、大中規模施設のうち10施設について、D4排出量目標値の3分の1を超える1kg/year以上であった。下水処理施設からのD4排出量は下水処理量に強く依存するため、下水処理量の多い施設では総量ベースの目標値を上回る可能性が指摘された。

## b 日内·週内·季節変動調査

埼玉県内で標準規模の施設において、日内及び週内の詳細調査を行った。まず、日内変動調査について、流入水中VMS濃度と水処理量の積から算出したΣVMS流入量（2時間毎）は、サンプリングを開始した1月28日10時から20時までは89～107 gの低い値で推移し、夜間22時から徐々に増加した。1月29日2時に最大値206 gを示し、1月29日8時にかけて緩やかに減少した。夜間におけるVMS流入量の増加が確認され、これは入浴等による下水量及びパーソナルケア製品の流入量増加が原因と示唆された。

同日の∑VMS排出量（2時間毎）は4.8～9.5 gの範囲で、その分布は朝から正午にかけて値が低く、午後から翌朝にかけて高い傾向がみられた。場内での下水滞留（処理）時間はおおよそ11～12時間であることから、その時間差を考慮して流入量推移と比較したところ、2時に示した最大流入量に対応するように、12時間後の14時のVMS排出量が増加する傾向がみられた。しかしながらその傾向は流入水のように明確ではなく、その理由として下水が処理場内で滞留中に常に混和されていること、また場内返流水の影響を受けていることが考えられた。

週内変動調査において、連続した7日間のVMS流入量及び排出量を観測した結果、1日間の∑VMS流入量は1.4～1.8 kgの範囲であり、木～金曜日（2月27日～28日）にかけて最大値が観測された。このように平日（月～金曜日）や週休日（土・日曜日）の間でVMS流入量の差は小さく、週内変動はほとんどないことが確認された。

季節変動調査について、放流口の上下流の河川水中∑VMS濃度は、上流で37～280 ng/L、下流で120～
590 ng/Lの範囲で推移し、それらVMS濃度と気温（水温）又は河川水量の間に有意な相関が認められた。一方で、放流水中のVMS濃度については、気温等に対応した変動は見られないが、SS濃度との正の相関が確認された。このことから、放流水中の濃度分布は季節変動よりも水処理状況に依存することが示唆された。

## c マスバランス調査

埼玉県の流域下水処理施設（9箇所）においてVMSのマスバランス調査を行い、下水処理過程におけるVMSの除去効率や公共用水域及び大気への排出割合を推算した。各施設から採取した流入水、最初沈殿池出口水、反応タンク混合水、最終沈殿池出口水、放流水の∑VMS平均濃度及び濃度範囲は、それぞれ11μg/L（5.3～16μg/L）、11μg/L（6.8～17μg/L）、51μg/L（19～120μg/L）、0.47μg/L（0.20～1.4μg/L）、及び0.43μg/L（0.19～1.2μg/L）であった。反応タンクからのエアレーションガス及びその脱臭ガス中の∑VMS濃度は、それぞれ150～630μg/m³及び0.098～0.4μg/m³の範囲であり、ガスの活性炭処理により含まれるVMSがほぼ100％除去されることが示された。脱水ケーキ中の∑VMS濃度は12～18μg/g wetと、いずれの施設においても高濃度であった。また、流入水と放流水の濃度差から算出したVMS除去率は平均で95％と、大部分のVMSが除去されている状況が確認された。

各下水処理試料の分析結果と水処理量等のマスデータを基に、下水処理施設におけるVMSマスバランスを推算した。図2に例として標準活性汚泥法の下水処理施設について、各試料中の∑VMS濃度、フラックス、mass%を示した。なお、流入水及び放流水のデータには、日内変動調査から得られた日平均値を用いた。VMS

流入量を100%として算出した各媒体への

VMS移行率(mass%)は、エアレーションガス15%、脱水ケーキ73%、放流水6.6%であった。また、脱臭設備を介した大気への排出割合は全体の0.014%と極めて低く見積もられた。なお、本施設における全体の収支は94%と、良好な結果であった。下水処理においてVMSの約7割は活性汚泥への吸着により除去されることから、その後の汚泥焼却に伴うVMSの動態を、同施設における汚泥焼却ガス及び飛灰の分析により調査した。その結果、汚泥に含まれるVMSのほぼ全てが熱分解していることが確認された。

図2 標準活性汚泥法を用いる下水処理施設でのVMSマスバランス（日平均値を用いた場合）

## 3 )シロキサンの河川・沿岸域における環境動態及び環境残留特性の解析

## a 水中VMS濃度分布

平成24年度より継続的に水質モニタリングを実施し、河川水について計84地点、東京湾海水について計23地点のVMS濃度を分析した。本研究3年間の調査から得られた水中∑VMSの濃度分布を図3(a)に示した。河川水について得られた∑VMS濃度は、平均212 ng/Lで、その濃度範囲は4.9～1,700 ng/Lであった。調査別にみると、平成24年度(2012)に実施した東京湾主要流入河川調査の∑VMS濃度(黄色表示)は、平均で130 ng/L、その

(a)

(b)

図3 東京湾流域における水中VMSの濃度分布(ng/L、a)と底質中濃度分布(ng/g-dry、b)
濃度範囲は32～470 ng/Lであった。同一河川では河口域よりもその上流で高い傾向が見られ、その原因として、下水放流口等の排出源からの距離や河口域における海水による希釈が考えられた。

平成25年度（2013）に実施した荒川水系及び隅田川水系の上中流部にあたる埼玉県内主要河川の濃度（水色で表示）は、平均240 ng/Lで、県南部の都市域を流れる芝川や荒川（笹目橋）で比較的高く、県北西部の荒川上流やその支川では低い濃度となった。最高濃度が検出された荒川笹目橋は、下水放流口の下流に位置し、また、利根川支流で濃度の高い元小山川流域は下水道整備率が約50％と低い地域である。これらの分布から河川水中のVMS濃度は、下水や生活雑排水の流入の影響を強く受けていると示唆された。

分析法の高感度化により、国際的にもデータの限られる海域におけるVMS濃度の分析に成功した。東京湾20地点におけるD4、D5、D6及びΣVMSの平均濃度は、それぞれ0.5、3.3、1.5、及び7.2 ng/Lであり、河川水と同様にD5が高い割を占めた。湾内のVMS濃度分布は、総じて湾奥西部で高く、湾口部に向かって減衰する傾向が見られた。この分布から、隅田川、荒川、中川等の湾奥部に河口をもつ河川からのVMS流入の影響が強いと示唆された。

## b 底質中VMS濃度分布

平成24年度の東京湾流入主要河川調査、平成25年度の下水処理施設周辺調査、平成26年度の荒川調査及び東京湾調査等から得られた底質中ΣVMS濃度を図3(b)に示した。河川底質(n=31)から得られたVMS濃度は平均615 ng/g-dryで、その濃度範囲は3.8～3,480 ng/g-dryと流域により大きな濃度差が確認された。その濃度分布は、同一河川において、上中流域で数～数十 ng/g-dryと低く、河口域で高濃度に堆積しており、粒子沈着に応じた傾向が見られた。中でも荒川や隅田川の河口域では、底質中のVMS濃度がppmオーダーと、特に高濃度で蓄積している実態が明らかになった。

東京湾内の底質中 $ \sum VMS $ 濃度 $ (n=23) $ は、平均で $ 436\ ng/g-dry $ 、その濃度範囲は $ 6.5\sim2,390\ ng/g-dry $ であった。湾奥の河口域で高く、湾奥部から湾口部に向かって濃度の減衰が確認された。その分布は表層水の傾向とほぼ同様であるものの、底質中 D4 については湾奥東部で高い地点が確認され、パーソナルケア製品だけでなく排出源として工業的利用も広く考慮する必要性が示された。

## c VMS汚染史の復元

東京湾底質コアの層別分析からVMSの鉛直分布を明らかにした（図4）。底質中のVMSはD4、D5、D6ともに1980年代前半にあたる深さ30 cm以浅から検出された。それぞれ上方に向かって濃度が増加し、D5及びD6については2000年代前半にあたる表層付近で、横ばい又は微増の傾向が見られた。一方で、D4については14-16 cmの層（1997-1999年）をピークに表層での減少傾向が見られた。国内シリコーン工業会からの情報提供によると、シャンプーや化粧品等のパーソナルケア製品へのVMS利用開始は1985年頃に遡る。以後、これらの用途への使用量は増加傾向にあり、この∑VMS鉛直分

布と良く一致した。D4については、以前よりその有害性が指摘されており、パーソナルケア製品への用途については、1995年頃から工業界が自主的にD5へ転換してきた経緯がある。この時期よりパーソナルケア製品への使用がD4からD5へと順次転換されており、これはD4の鉛直濃度分布が増加から減少へ転じた1990年代後半の時期と一致した。VMSの鉛直濃度（ng/g-dry）、堆積速度（1 cm/y）及び乾燥かさ密度（g-dry/cm³）の情報から算出したVMSフラックスは、過去10年間の平均でD4:2.4 ng/cm²/y、D5:90 ng/cm²/y、D6:16 ng/cm²/y、及び∑VMS:110 ng/cm²/yであった。

## d 環境負荷量推定

平成23年度版下水道統計を参考に東京湾流域に立地する下水処理施設についてその位置、処理人口、下水処理量の情報を水系別に整理し、下水処理施設の放流水分析から得られた全18施設のVMS濃度の実測値
と、その幾何平均値から、下水処理施設を介したVMS排出量を水系別に推計した。その結果、水系別の∑VMS排出量は、隅田川水系で446 kg/y、荒川水系で373 kg/y、多摩川水系で232 kg/yと見積もられた。また、湾岸施設からの直接排出量は938 kg/yと全体の4割程度となった。

次に、東京湾への負荷量を実際に東京湾に流入する主要河川の水質モニタリングから推定した。主要流入河川である多摩川、鶴見川、隅田川、荒川、中川、江戸川、花見川、養老川の計8河川について、夏季及び冬季の調査を実施した。次に、これら河川の調査地点における流量を、国土交通省及び都県の流量観測データ、下水流量、取水量（都県）を用いて推定し、得られた河川水中VMS濃度、下水起源のVMS負荷量、河川流量から東京湾へのVMS流入量を概算した。その結果、河川からの流入では荒川で最も高く総量で年間591 kgとなり、また、中川（485 kg）や隅田川（425 kg）で高くなった。これら河川からのVMS流入量は、湾岸下水処理施設からの直接流入量の1.5倍程度となった。

## e 生物蓄積性評価

魚類中の濃度分布：東京湾及びその流域より収集した魚類中の∑VMS濃度は、脂質重量ベースで0.11～97μg/g-lipidであり、すべての地域の平均値がppmオーダーであった。化合物別には、水質と同様にD5が全体の80～90%程度と優位であった。これに次いでD4が10%程度、D6が数％を占め、大部分の魚類試料についてD3や鎖状VMSは不検出であった。

魚種別には、下水放流口付近の元荒川において、総じてゲンゴロウブナの濃度がニゴイ又はコイより高く、その濃度は半数以上について100 ppmを超える濃高度であった。多摩川、荒川等の河川については、ボラ、カマツカ、アユ等のベントスや川底の苔類を食む食性の魚類について濃度が高い傾向が見られたが、河川によっては必ずしもこの傾向は当てはまらない。このことからその蓄積濃度は、魚種だけでなく生息域に大きく依存するものと示唆された。東京湾魚類等については、ヒイラギ、シャコ、マコガレイで高く、総じて浮魚よりも底生魚で高濃度である傾向が確認された。東京湾試料には、湾内で高次生物にあたるスズキやアナゴが含まれるが、これらの濃度分布は0.5～1.9 ng/g-lipidであり、最も濃度の高いヒイラギと比較して10分の1程度であった。このように本調査では、魚類試料中でppmオーダーの高濃度のVMSが検出されたものの、栄養段階に応じた高次生物へのVMSの蓄積傾向は確認されなかった。

生物蓄積性評価：水質、底質、魚類の分析結果を用いて生物蓄積係数（BAF）、生物相一底質蓄積係数（BSAF）、及び生物一底質間のフガシティレシオ（ $ F_{biota/sed} $ ）を算出し、環状VMSの生物蓄積性評価を試みた。

まず、河川魚類に対するBAFの平均値は、D4及びD5についてそれぞれ8,480及び4,810で、最大値は共に10,000以上となった。D6については、最大値でも5,000未満と低かった。次に、下水放流口付近のBAFについては、D4及びD5の平均がそれぞれ23,600及び11,100、最大値がそれぞれ67,800及び29,600と5桁を示した。東京湾については、海水中のVMS濃度が低濃度であることからBAFが高くなり、D4及びD5の最大値は、それぞれ129,000及び250,000と6桁を示した。平均値について河川のD4、下水放流口付近及び東京湾のD4及びD5が5,000以上となり生物蓄積性を示す結果となった。特に東京湾で高蓄積性を示した魚類には、ボラ及びカレイの底生魚が含まれる。D6については、いずれの調査地域においても5,000未満となった。

次に、河川及び東京湾調査から得られたBSAFの平均値は、D4、D5、D6について共に1未満となり、特にD6について0.1未満と生物希釈の傾向を示した。しかしながら、D4について荒川のチチブやボラ、D5について養老川のタモロコが1以上を示し、また、東京湾のマコガレイやシャコについてはD4及びD5が1以上となった。D4又はD5のBSAFが1以上を示す試料数は、それぞれ4検体であり、これら一部魚類について生物蓄積が疑われる結果となった。

多くの疎水性化学物質については、KowとKocはほぼ同等の値を示し、両者に相関関係が成り立つことが知られている。しかしながら、環状VMSは高いKowをもつのに対し、Kocが1％未満と非常に小さいことから、この関係が成り立たない。このことから環状VMSについては、BSAFを用いる生物蓄積性の評価は不適切との指摘がある。そこで新たな指標としてフガシティモデルを適用した。BSAFと物理化学パラメータを用いて算出した $ F_{biota/sed} $ は、D4、D5、D6のすべての環状VMSについて、平均値及び最大値が共に1を大きく下回る値、つまり生物希釈を示す結果となった。このように、BSAFから生物蓄積性が示された魚種についても、フガシティレシオを指標とした場合には、いずれの環状VMSについても生物希釈を示す結果となった。今後、これらの結果の妥当性を検証するためには、異なる河川や海域の環境モニタリング調査による環境データの充実やモデル計算値との比較などが必要である。

## f 環境リスク評価

環状VMSのD4、D5、D6については、魚類、甲殻類等の水生生物を用いた暴露試験が行われており、カナダ環境省及び英国環境局はこれら毒性情報（無影響濃度：NOEC）を基に予測無影響濃度（PNEC）を算出している。
ここでは、環状VMS(D4、D5、D6)の環境リスク評価として、下水放流水(n=25)及び河川水(n=84)中の環状VMSと既報のPNECを用いてハザード比(Hazard Quotient: HQ)を算出し、得られたHQの総和によりハザードインデックス(Hazard Index: HI)を求めた(図5)。まず、カナダ環境省算出のPNEC(D4: 0.2 μg/L、D5: 15 μg/L、D6: 4.6 μg/L)から得られたHIの平均値は(図5(a))、下水放流水及び河川水についてそれぞれ0.18及び0.07となった。それぞれHIの最大値は1.07及び0.80であり、下水放流水の1地点についてHIが1を超える結果となった。河川水の最大値は、生活雑排水の影響が強い元小山川の環境基準点から検出された。

次に、英国環境局リスク評価書のPNEC(D4:0.44μg/L、D5:1.7μg/L、D6:0.53μg/L)から得られたHIの平均値は(図5(b))、下水放流水及び河川水についてそれぞれ0.47及び0.15であった。それぞれPNECの最大値は1.88及び1.31であり、下水放流水及び河川水について、それぞれ3地点及び2地点のHIが1を超える結果となった。これは全体の分布の約5%にあたる。

(a) Based on PNEC reported by Environment Canada

(b) Based on PNEC reported by UK Environment Agency

図5 下水放流水及び河川水における環状VMSのハザードインデックス

本調査により、両者のPNECから算出したHIからは、共に最大値で1を超える地点が検出され、また平均値についても0.1を超えるケースも確認されていることから、追加の環境調査及び情報収集が必要と考えられる。また、化学物質の初期リスク評価に欠かせないPNEC算出については、水溶解度付近のデータの取り扱いに注意が必要であり、スクリーニングの段階では安全側に考慮することも必要と考えられた。

最後にD4について、種の感受性分布(NOEC)と本研究で得られた河川水及び下水放流水中の環状シロキサン濃度(実濃度)を比較することで、生態リスク評価を行った(図6)。その結果、NOEC分布の関係式から得られた5パーセンタイル値(3,400 ng/L)と、実濃度分布の95パーセンタイル値(51 ng/L)の間には2桁の濃度差が確認された。実濃度の最高値と比較した場合には、両者間の差は1桁となる。現状利用可能なデータには限りがあるが、D4のNOEC分布との比較による生態リスク評価からは、D4の水中生物への影響は小さいものと判断された。しかしながら、化学物質のリスク評価においては、生物蓄積性等の有害性を含めた評価が必要であり、今後、さらなる情報の追加が望まれる。また、今後の環状VMSのリスク管理においては、環状VMSの継続モニタリングにより環境中濃度の推移を見極めることが重要と考える。

図6 D4に係る河川水及び放流水中濃度分布と種の感受性分布(NOEC)の比較

(1) Annelin et al. 1992, TSCA document, (2) Grau et al. 1991, TSCA document, (3) Kent et al. 1994, Ecotoxicol Environ Saf, (4) Sousa et al. 1995, ETC
### 5. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

本研究において、これまで分析が困難であった水中VMSの分析法開発に成功した。本分析法は特殊な器具を必要とせず、一般的な実験器具及び汎用性の高いGC/四重極MSを用いる方法であり、大学や公的研究機関だけでなく、企業や分析会社の一般的なラボなど幅広い施設で利用できる。さらに、分析法の改良により海水の低濃度試料への適用を可能とし、国際的にも情報が限られる海域の濃度分析に成功した。その検出感度はsub-pptレベルと従来法のパージトラップ－加熱脱着GC/MS法と比較して、10倍程度の高感度化を達成した。また、これまで底質や生物など固体試料の簡便なクリーンアップ法は確立されていなかったが、本研究で検討したPT法が固体試料のクリーンアップ法として、着色成分や脂質除去に応用できることを見出した。これによりGC/MSの分析精度向上だけでなく、装置負荷を大幅に低減できることから、GCカラムやインレット部品交換など機器分析のランニングコスト削減に貢献できると考える。上記の確立した分析法を用いて、水質、底質、生物の多媒体について環境モニタリングを実施することで、東京湾及びその流域におけるVMS環境汚染実態を把握し、さらには底質や生物への蓄積特性を評価した。米国では、2012年にD4がTSCA優先化学物質に選定され、現在、EPAと産業界が連携して環境モニタリングを進めている。一方で、本研究を開始した時点では、国内における水環境中VMSの汚染実態はまったく不明であったが、本研究の推進によりその全容を明らかにすることができた。また、本研究で得られたVMSの排出量や東京湾への負荷量の情報は、今後のVMS環境影響調査や環境動態解析に大きく貢献できるものと考える。

## (2) 環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

● 環状VMSについては、カナダ、米国、EU各国が化学物質リスク評価に取り組んでいる現状から、国内においても近い将来に環境省化学物質実態調査の取組物質に選定される可能性が高い。本研究では、公定法提案を目指した分析法開発を行い、実際にISO/TC147への新規提案を進めている。本研究で開発した水質、底質、魚類の各媒体についての分析法は、今後のモニタリング調査に活用されるものと期待される。また、これまで国内でのVMS分析例は、国外と比較して極限られたものであったが、本研究における分析法の整備により、今後、当該分野の活性化による国内環境データの蓄積が期待される。

● 下水処理施設の詳細調査において、VMSの排出量を公共用水域だけでなく大気への割合も明らかにすることができた。化学物質の環境への排出量把握は、そのリスク評価において必須であり、今後のモデル計算において環境動態解析や生態系への暴露濃度推定に大いに活用できる。また、下水処理施設からのVMS排出濃度はSS量に依存することから、高度処理等によりSS量を低減することでVMS排出量を削減できると示唆された。

● 国内においては、既存化学物質の安全性点検事業において、D4、D5、D6の3物質について分解度試験及び蓄積性試験が行われている。本研究で得られた水質、底質、生物の包括的な環境データやそれを用いた解析結果は、これらラボ試験データの妥当性評価やVMS物性値から推測される環境中予測濃度との比較に利用可能であり、国内におけるVMS環境影響評価の基礎データとしての活用が期待される。実際に、環境省環境保健部の担当と意見交換の場を設け、本研究で得られたデータを直接提供しており、今後の化学物質リスク評価への活用が期待される。

### 6. 研究成果の主な発表状況

## (1) 主な誌上発表

## く査読付き論文>

1) Y. HORII, K. MINOMO, M. MOTEGI, N. OHTSUKA, K. NOJIRI: Organohalogen Compounds, 75, 1291-1294 (2013) “Concentration profiles of volatile methylsiloxanes in river water, sediment and fish samples from Tokyo Bay watershed”

2) Y. HORII, K. MINOMO, M. MOTEGI, K. NOJIRI: Organohalogen Compounds, 76, 752–755 (2014) "Mass Loading and Fate of Volatile Methylsiloxanes in Two Different Types of Sewage Treatment Plants from Japan"
## (2) 主な口頭発表 (学会等)

1) Y. HORII, K. MINOMO, M. MOTEGI, K. NOJIRI: SETAC North America 33rd Annual Meeting (2012) “Analysis of cyclic and linear volatile methylsiloxanes in water environment”

2）堀井勇一，蓑毛康太郎，野尻喜好：第47回日本水環境学会年会（2013）「東京湾流入河川における揮発性メチルシロキサンの濃度分布：分析法検討を中心に」

3）堀井勇一，蓑毛康太郎，野尻喜好：第22回環境化学討論会（2013）「東京湾集水域における揮発性メチルシロキサンの濃度分布」

4) Y. HORII, K. MINOMO, M. MOTEGI, N. OHTSUKA, K. NOJIRI: 33rd International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants (2013) “Concentration profiles of volatile methylsiloxanes in river water, sediment and fish samples from Tolyo bay watershed”【国際学会にて特別セッションを企画・開催】

5) Y. HORII, K. MINOMO: 33rd International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants (2013) "Method development of cyclic and linear volatile methylsiloxanes in sediment and fish samples"

6）堀井勇一：環境科学会2013年会（2013）「揮発性メチルシロキサンの環境排出実態と生態環境影響の評価」【企画シンポジウム、受賞講演】

7) Y.HORII: The $ 5^{th} $ Winter Symposium on Persistent Organic Pollutants and Emerging Contaminants (2014) "Volatile methylsiloxanes in the environment; analysis, source, and environmental fate"【招待講演】

8）堀井勇一，蓑毛康太郎，茂木守，野尻喜好：第23回環境化学討論会（2014）「下水処理施設における揮発性メチルシロキサンのマスバランス調査」

9) Y. HORII: Workshop on Advanced studies of chemical substance environmental assessment focusing on cVMS, Tokyo, Japan, 2014. “Volatile Methylsiloxane in the Water Environment: Method Development and Application to Environmental Monitoring in Tokyo Bay Watershed”【招待講演】

10) Y. HORII, K. MINOMO, M. MOTEGI, N. OHTSUKA, K. NOJIRI: 34th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants (2014) “Occurrence and Distribution of Volatile Methylsiloxanes in River Waters from Saitama, Japan”

11) Y. HORII, K. MINOMO, K. NOJIRI, H. TSURUMI, T. AOKI: SETAC North America 35th annual meeting 9–13 November, Vancouver, BC, Canada (2014) "Diurnal, Daily, and Seasonal Variations of Volatile Methylsiloxanes in a Sewage Treatment Plant from Saitama, Japan"

12) Y. HORII, K. MINOMO, K. NOJIRI: International Conference on Asian Environmental Chemistry, Thailand (2014) "Occurrence of Volatile Methylsiloxanes in Water, Sediment, and Fish Samples from Motoarakawa River, Japan"

13) 堀井勇一，平成26年度埼玉県環境科学国際センター講演会（2015年2月3日，埼玉会館，観客数約200名）「埼玉県における有機シリコン化合物の水環境モニタリング－身近な化学物質の環境リスク」【国民との科学・技術対話】

その他13件の口頭発表

### 7. 研究者略壓

課題代表者:堀井勇一

茨城大学大学院理工学研究科修了、博士（工学）、現在、埼玉県環境科学国際センター 専門研究員

研究分担者

1）蓑毛 康太郎

埼玉大学大学院理工学研究科修了、博士（工学）、現在、埼玉県環境科学国際センター 専門研究員
## 5 RFb-1202 低分子ポリジメチルシロキサンの高精度分析法開発と環境汚染実態の解明

埼玉県環境科学国際センター

資源循環研究領域 化学物質担当 堀井勇一

蓑毛康太郎

## <研究協力者>

埼玉県環境科学国際センター・野尻喜好、茂木守、大塚宜寿、金澤光

公益財団法人埼玉県下水道公社・青木保、鶴見浩之（平成25～26年度）

国立研究開発法人産業技術総合研究所・山下信義

ゲステル株式会社・家田曜世

シリコーン工業会・小林敬司、菅沼紀之

平成24～26年度累計予算額：29,605千円

（うち、平成26年度予算額：10,361千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨]

本研究では、低分子ポリジメチルシロキサンの中でも国際的に優先して化学物質リスク評価が取り組まれている揮発性メチルシロキサン（VMS、環状及び鎖状を含む3～6量体）を対象に、「高精度分析法開発」、「発生源データの整備」、「環境汚染実態の解明」の調査をそれぞれ実施し、VMSの環境残留特性及び環境リスクを評価した。

まず、高精度分析法開発においては、水質分析について「パージトラップ－溶媒溶出－GC/MS 法」を詳細に検討することで、環境水のモニタリングに十分な感度（sub-ppt）を達成した。また、底質及び魚類のクリーンアップ法として、水質分析で開発したパージトラップ法を応用する条件を見出した。さらに、開発した水質分析法を基に、国際規格の新規提案を達成した。

次に発生源データの整備としては、主な排出源である下水処理施設について、VMSの排出傾向、施設内のマスバランス、生活サイクルと関連した日内・週内変動を調査し、公共用水域へのVMS排出量（及び大気への排出割合）や下水処理におけるVMS除去率（95%）を明らかにした。

そして、環境汚染実態の解明として、東京湾及びその流域において、水質、底質、魚類を含む国内初の水環境モニタリングを実施し、VMSの残留・蓄積状況を明らかにした。また、底質コアの分析から、過去80年のVMS汚染史を復元した。VMSの生物蓄積性評価として、実濃度を用いる魚類に対する生物蓄積性係数（BAF）、生物相一底質蓄積係数（BSAF）、及びフガシティレシオを算出した。BAF及びBSAFの解析結果からは、D4及びD5について一部魚類に対する生物蓄積性が確認されたものの、フガシティレシオについては生物希釈を示す結果となった。環境リスク評価
として、水中VMS濃度と予測無影響濃度からハザード比及びハザードインデックスを算出した。さらに、D4について種の感受性分布と水試料中濃度を比較した結果、双方の分布には2桁の濃度差が確認されたことから、D4の水中生物への影響は小さいと示唆された。

## [キーワード]

メチルシロキサン、東京湾流域、分析法開発、排出量推計、化学物質リスク評価

### 1. はじめに

ポリジメチルシロキサン（いわゆるシリコーン）は、耐熱・耐寒性、電気絶縁性、化学的安定性、撥水性をもつ化合物で、多くの産業分野で広く使用されている。中でも揮発性メチルシロキサン（VMS）は、シリコーンポリマーの中間原料やパーソナルケア製品の溶剤に使用される等、シリコーン産業の主軸を担う化学物質である¹。しかしながら最近の調査・研究により、一部のVMSについて、環境残留性、生物蓄積性、毒性（エストロゲン様活性、結合組織障害）が指摘されており、環境や生態系への悪影響が懸念されている²。欧米では、数年前よりVMSの詳細リスク評価が進んでおり³⁻⁸、学会等でも関連する研究が増加傾向にある。また環境先進国のカナダではVMSの排出量削減目標が掲げられる等、VMSに対する法整備や環境調査が進められている。国内シリコーンメーカーの国内向け出荷量は年間12万トンで、これらが日本経済にもたらす直接的波及効果は膨大で、付加価値にして2兆4500億円と推計されている。現在、VMSに係る国内法規制は整備されておらず、また環境汚染物質としての認識も低いことから、国内汚染レベルに関する知見は皆無に等しい。このような背景から、国内においてもVMS環境汚染実態、環境動態、環境リスク評価等に関する環境情報の整備が急務といえる。本研究ではこれら課題を解決するため、まず水環境試料についてVMSの高精度分析法を開発する。次に、確立した分析法を用いて排出源である下水処理施設や東京湾及びその流域を対象に環境調査を実施することで、国内初となる水環境中VMS濃度データを構築し、総合的な環境影響評価に貢献する。

## 2 ．研究開発目的

水環境中のVMS濃度に関する知見は国際的に見ても乏しく、環境汚染実態・環境動態を理解するための基礎的情報の整備が必要とされている。そこで本研究では、国内環境データ取得のための分析法開発を行い、これを用いて発生源情報の整備や水環境モニタリングの包括的な研究に取り組んだ。

まず、分析法開発においては、水環境中の汚染実態を理解するために、水質、底質、生物を含む各媒体について検討した。特に水試料分析については、カナダではすでに工場排水について排出目標値が制定されていることから、国際的にも公定法の整備が急務といえる。本研究では、水中VMS分析法の公定法提案を目指した高精度かつ汎用性の高い分析法、「パージトラップ（PT）－溶媒溶出－GC/MS法」の開発を試みた。

VMSは多様なパーソナルケア製品に使用される高生産量化学物質である。そこで排出源情報の
整備として、下水処理施設の詳細調査を実施した。具体的には、下水処理施設から公共用水域へのVMS排出傾向調査、処理方式の異なる施設におけるVMSマスバランス調査等である。これにより、VMSの除去率や大気及び公共用水域への排出割合・排出量を推算した。また、代表施設において、VMSの流入量及び排出量の日内及び週内変動の詳細調査を行い、生活サイクルとVMS流入・排出量の関係について考察した。さらに、下水放流水及び周辺河川水について年間調査を行うことで、水環境におけるVMS濃度の季節変動を把握した。

下水処理施設等から公共用水域へ排出されたVMSは、河川を介して海域へ流入し、最終的には底質や魚類へ蓄積しているものと予測される。そこで、環境中に排出されたVMSの環境動態及び蓄積状況を解明するため、東京湾及びその流域を対象に国内初となる水環境モニタリングを実施した。同水域より水質、底質、魚類を併せて採取・分析することで、VMSの濃度分布や環境残留特性を把握し、さらには流域から東京湾へのVMS負荷量等を推定した。また、東京湾の底質コアを採取・分析することで、湾内における過去80年のVMS汚染史を復元し、これとシリコーン製品の使用量推移との比較や、VMS堆積速度（フラックス）の推定を行った。最後に、VMSのリスク評価として、VMSの実濃度データを用いる魚類に対する生物蓄積性評価やVMSの毒性情報との比較による生態リスク評価を行った。

## 3 ．研究開発方法

## 1 ）シロキサンの高精度分析法開発

## a 对象物質

本研究の対象物質には、欧米で優先してリスク評価が取り組まれている4～6量体の環状VMSとその関連物質を選定した。対象物質とその略称を表-1に示した。D3、D4、D5、D6、L3、L4の標準試料には東京化成工業社製の試薬を、L5にはAldrich社製の試薬を準備した。内標準物質には、Moravek Biochemicals社製の $ ^{13} $ C標識化D4、D5、D6を用いた。これら標準物質はヘキサンで標準原液を作成し、高気密ビン内で保管した。検量線作成用標準溶液及び内標準溶液は、それぞれジクロロメタン及びアセトンを用いて調製した。本研究で使用した試薬はすべてPCB・残留農薬分析用、ダイオキシン類分析用、又はフタル酸エステル分析用の高純度分析グレードであり、すべて使用前にGC/MSによるブランクチェックを行い、VMS分析に支障がないことを確認した。

表-1 分析对象物質一覽

Compound	Abbreviation	CAS#	Molecular	MW
Hexamethyltyclotrisiloxane	D3	541-05-9	C6H18O3Si3	222.46
Octamethyltyclotetrasiloxane	D4	556-67-2	C8H24O4Si4	296.62
Decamethyltyclopentasiloxane	D5	541-02-6	C10H30O5Si5	370.77
Dodecamethyltyclohexasiloxane	D6	540-97-6	C12H36O6Si6	444.92
Hexamethyldisiloxane	L2	107-46-0	C6H18OSi2	162.38
Octamethyltrisiloxane	L3	107-51-7	C8H24O2Si3	236.53
Decamethyltetrasiloxane	L4	141-62-8	C10H30O3Si4	310.69
Dodecamethylpentasiloxane	L5	141-63-9	C12H36O4Si5	384.84
2,4,6,8- $ ^{13} $ C $ _{4} $ -octamethylcyclotetrasiloxane	$ ^{13} $ C $ _{4} $ -D4	-	-	-
2,4,6,8,10- $ ^{13} $ C $ _{5} $ -decamethylcyclopentasiloxane	$ ^{13} $ C $ _{5} $ -D5	-	-	-
2,4,6,8,10,12- $ ^{13} $ C $ _{6} $ -dodecamethylcyclohexasiloxane	$ ^{13} $ C $ _{6} $ -D6	-	-	-
## b 機材ブランクの確認

VMSは実験室内の機材や分析機器など広範囲に使用される。VMS分析におけるブランク低減のため、分析に使用する機材やGC/MSの部品についてVMS溶出量を調査した。調査した機材の一覧を表-2に示した。試料にはアルミホイル等の一般的な実験器具から分析機器部品まで広範囲の機材を含む。特に試料が直接触れる試料ビンのキャップ（シーリング）やGC/MS試料導入部のセプタム類、バイアルシールについては、試料汚染の原因となるため詳細に調査した。ブランクレベルの確認方法として、まず機材の一部を秤量し、溶媒洗浄済みのガラス試験管に取り分け、2mLのヘキサンを加えて10分間振とう抽出した。実際の使用にあたり、使用前に溶媒洗浄を施すものについては、予め溶媒洗浄したものをヘキサン振とう抽出した。手袋など通常そのまま使用する機材は、溶媒洗浄無しでヘキ

表-2 VMSブランク確認機材の一覧

Material tested	Source (Part No)
Tubing	viton tube	AS one (6-586-15)
PFA tube	Nichias (9003-PFA)
baked silicone tube	AS one (6-5322-02)
silicone tube	AS one (6-5322-02)
Vail seal	11mm-orange seal	Agilent (5183-4498)
11mm-viton seal	Agilent (5181-1212)
11mm-PTFE-Si	Gerstel (093640-007)
11mm-PTFE-Si for DHS	Gerstel (093640-072)
18mm-viton seal	Gerstel (093640-043)
18mm-buthyl seal 1	Gerstel (093640-042)
18mm-buthyl seal 2	GL Science (51278)
18mm-PTFE-Si	Gerstel (093640-040)
fluoro rubber sheet	S&M 8000 (07-001-01)
GC inlet part	o-ring	Agilent (5188-6405)
microseal	Merlin (410)
BTO septa	Agilent (5183-4757)
Thermo green	Supelco (20654)
Lab material	aluminum foil	AS one (6-713-07)
saniment glove	AS one (6-896-02)
nitrile glove	Sanko-Kagaku (ES-N)
Sample container	plastic zipper bag	AS one (6-633-24)
polyethylene bag	AS one (6-631-10)
15mL-PP tube 1	Iwaki (2322-015)
15mL-PP tube 2	AS one (2-8089-01)
50mL-PP tube	AS one (2-8089-02)
490mL-glass bottle	Kanto Kagaku
10mL-centrifuge glass tube	Iwaki (84-0219-3)
500mL-glass bottle, polypropylene	Sibata (017200-451A)
500mL-glass bottle, NBR-PTFE	Sibata (017200-452A)
500mL-glass bottle, TPX resin	Sibata (017200-456A)
500mL-glass bottle, EPDM	Sibata (017200-450A)
SPE cartridge	Sep-pak plus Dry	Waters (WAT054265)
Sep-pak plus PS-2	Waters (JJAN20131)
Sep-pak plus tC18	Waters (WAT036810)
Sep-pak plus AC-2	Waters (WAT20229)
Sep-pak plus PS AIR	Waters (WAT20234)

サン振とう抽出を行った。試料ビンなどの容器類については、1 mL又は5 mLのヘキサンを入れて同じく振とうし、これをブランク試料とした。それぞれ振とう抽出後、抽出液の一部をGCバイアルに取り分け、GC/MS（Thermofisher Scientific、Trace GC ultra、ISQ）を用いてブランクレベルを確認した。

## c GC/MS分析法の検討
ブランク確認試験の結果を踏まえて、ブランクの低いGC注入口セプタムやバイアルシールを選定し、GC/MS分析の条件検討（オープン温度、試料注入条件等）を行った。VMSは揮発性の高い化学物質である。中でもD3、L3は特に揮発性が高いため、従来のスプリットレス注入では、ピークテーリングにより再現性の良い分析が困難であった。高揮発性成分の分析には、一般にスプリット注入が用いられるが、本研究では高感度分析を達成するため、スプリットレスによる全量導入法を検討した。分析条件検討には、GC/MSを用い、各GC条件設定においてそれぞれVMS標準液を測定し、ピーク形状や面積を比較した。また、GC/MS分析に最適な溶媒を選定するため、各種溶媒を注入した際の標準溶液のGC/MS応答感度と対応する機器ブランクを比較した。

## d 水中VMSの分析法検討

VMSは非常に揮発性が高いため、通常の水抽出に用いられる吸引・加圧通水による固相抽出法では、試料処理中に対象物質を損失してしまう。そこでVMSの高揮発性を利用し、水試料中に存在する対象物質をガスパージにより追い出し固相吸着剤に捕集する方法、いわゆるパージトラップ抽出法を検討した。既報においてパージトラップ抽出法はすでに報告されているものの⁹)、特殊なガラス器具の使用や加熱脱着－GC/MSを用いるなど、汎用的な方法ではなかったため、本研究において、より簡便で汎用的な方法を検討した。

PT抽出器具は、ガス洗浄ビン（フィルター規格G-3）、吸引ポンプ、超音波洗浄装置、ガスフローメーター等の一般的な実験器具を用いて構成した（図-1）。抽出手順は、まず水試料（600 mL）を1 Lのガス洗浄ビンに静かに移し、100 ng（50 ng）の内標準溶液（アセトン）を水中添加した。試料平衡化のため約10分間静置した後、ガス洗浄ビンと捕集用の固相カートリッジをPT抽出器具にセットし、吸引によるパージを開始した。固相カートリッジは予め溶媒洗浄・乾燥して用いた。設定時間のパージ終了後、固相カートリッジをPTラインから取り外し、高純度窒素ガスパージにより乾燥、捕集された対象物質を溶媒溶出した。この溶出液を1 mLまで窒素気流下で濃縮し、シリンジスパイクとして100 ng（50 ng）の重水素化ナフタレンを加えGC/MS分析に供した。このPT抽出効率の検討として、パージ流量、超音波アシストの有無、浴槽温度の様々な設定条件を試し、諸条件における対象物質の回収率を確認した。固相カートリッジ洗浄及び溶出には、先のGC/MS条件検討で低バックグラウンドが確認されたジクロロメタンを用いることとした。また、固相カートリッジの選定にあたって、疎水性物質をよく吸着するスチレンジビニルベンゼン（Sep-pak plus PS-2、Waters

(a)

(b)

図-1 パージトラップ抽出の模式図 (a) とパージトラップ器具の写真 (b)
社製）と活性炭（Sep-pak plus AC-2、Waters社製）を検討した。以後のPT抽出効率検討には、予備試験で高い回収率の得られたPS-2を用いることとした。

上記PT抽出条件検討において確立した方法を用いて、繰り返し分析による方法の検出・定量下限値の算出など、精度管理データの整備を行った。

## e サンプリング方法・試料安定性試験

環境試料中のVMS濃度を正確に評価するためには、実際のサンプリング及び試料保存における対象物質の回収率や安定性の確認が重要である。VMSは揮発性の高い物質であることから、サンプリングから運搬、試料保存時における揮発による対象物質の損失が懸念された。そこで、まずサンプリング法の検討として、試料保存ビン（ネジロガラスビン、柴田科学社製PPキャップ付き）にヘッドスペース有り無しで採水し、その回収率の違いを比較した。採水には溶媒洗浄済みのステンレスバケツを用い、試料水はネジロガラスビンの内壁を伝うようゆっくりと注いだ。この際、ひしゃくやロートは使用せず、試料水をできる限り泡立てないよう細心の注意を払った。この試料を用いて、試料サンプリング法、運搬、保管方法などを検討した。

次に、試料安定性試験として、試料水を一定期間冷蔵保存し、保存期間に対する対象物質の損失割合を確認した。試料水には下水処理水を用い、ヘッドスペース無しで保存した。このとき標準物質の添加は行っていないため、実環境試料中のVMS保存状況を反映した安定性試験といえる。試料保存期間は0日後（採取後すぐに分析）から47日後の間とし、それぞれ2検体分析の平均値で評価した。試料は、対象物質の揮散をできる限り抑えるため、保存ビンのネジロ側を下向きにして保存した。

## f 試料直接導入法の検討

試料水を自動で前処理し、直接GC/MSに導入する方法をGerstel社製Multi Purpose Sampler (MPS-2)を用いて検討した（図-2）。試料処理技術には、ダイナミックヘッドスペース法（DHS）を用いた。DHSを用いるサンプリングから試料導入までの手順を図-3に示した。まず10mLの試料水を20mLバイアルに入れバイアルを加熱しながら攪拌することで試料を平衡化する。次いでバイアルのヘッドスペース法（DHS）を用いた。

図-2 ダイナミックヘッドスペースと加熱脱着システムを装備したGC/高分解能飛行時間型質量分析計

ゲステル株式会社より提供 (http://gerstel.co.jp/)

図-3 ダイナミックヘッドスペース法の試料処理手順
ドスペースを高純度窒素ガスでパージすることで対象物質を追い出し加熱脱着（TDU）用のTenaxチューブに捕集する。このとき試料水の平衡化温度・時間、捕集温度、パージ流量など各種パラメータを任意に設定できる。最終的にドライパージされたTenaxチューブはTDUに導入され、対象物質はGC/MSへ注入される。DHS-TDU技術の特長として、MPS-2による完全自動化、加温・保温されたサンプルパス、サンプルの温度コントロール、サンプルの攪拌可能などがある。DHSは対象物質の気－液分配に支配されるため、試料直接導入法については、サロゲート物質のあるD4、D5、D6のみを対象とした。DHSを用いたVMS抽出条件の基礎検討については、研究協力者のゲステル(株)・家田氏にご協力いただいた。

得られた基礎抽出条件を基に、さらに装置バックグラウンドを低減するため、機器部品のブランクレベルを確認し、可能な限りシリーン部品の交換を行った。またDHSパージ流量の違いによるブランクレベルの変化を確認し、VMS抽出効率とブランク低減の最適化を行った。確立した分析条件を用いて検量線を作成し、低濃度VMS添加試料の繰り返し分析から方法の定量下限値を求めた。

## g 固体試料中VMSの分析法検討

既報による底質や生物の固体試料の試料前処理法は、ヘキサン等の有機溶剤を用いて振とう抽出し、これを濃縮しクリーンアップ無しでGC/MSへ導入する極めて装置負荷の高い方法が主であった。そこで本研究では、固体試料の前処理法として、水試料の前処理で用いたPT法を応用することを試みた。抽出には従来法と同じく有機溶媒を用いる振とう抽出を採用した。

分析手順は、まず従来法と同じく数グラムの底質又は生物試料（ともに湿潤）を遠沈管に秤量し、内標準物質を添加、2mLのアセトニトリル及び2mLのヘキサンを用いて30分間振とう抽出した。続いて10分間超音波抽出した後に、遠心分離により分層したヘキサン層をガラス試験管に取り分けた。この抽出工程を3回繰り返し、粗抽出液を得た。

PTクリーンアップの検討は、上記で得た粗抽出液を1 Lガス洗浄ビンに添加しPTを行い、水試料のPT抽出試験と同様に、パージ時間に対する対象物質の回収率を確認することにより行った。PTクリーンアップにおいて、パージ流量、添加溶媒の種類（アセトン又はヘキサン）、塩析効果の諸条件を試し、その回収率を確認した。確立したクリーンアップ条件を用いて、抽出からGC/MS分析までの標準液添加試料の繰り返し分析（n=5）を行い、方法の検出・定量下限値を求めた。

## h 実環境試料を用いる分析法の評価

開発した分析法の性能評価試験として、本分析法を環境試料分析に適用し、内標準物質の回収率や分析精度（ばらつき）を確認した。環境試料には、東京湾流入河川から採取した表層水、底質、魚類を用いた。調査に先立って事前踏査を実施し、下記調査地点における採取箇所を選定した。選定においては流れの停滞箇所を避け、水質、底質及び魚類採取作業の可能な箇所を選定した。試料採取は平成24年10月31日から11月2日に行った。調査地点を表-3に示した。水質試料は、化学物質環境実態調査実施の手引き（環境省 平成23年）に準じ、ステンレス製の用具、器具を用いて行った。また、採取した試料は現地で保冷し分析室に搬入した。底質試料の採取にあたっては、水質試料に準じ行い、採取した試料は現地で保冷し分析室に搬入した。魚類試料採取は水質・底質試料採取箇所付近で実施し、投網・たも網を用いて行った。採取した魚類は現地で保冷し、