gc/tofms を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

51
GC/TOFMS をををををを ををををを をををををををををををををををををを 大大 大大 大大大大大大大大大大大大大大大 () 1 2010 大 12 大 11 大 大 10 大 e- 大大大 大大大大大大大大大大大大大大大 「」

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1. GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討. 大山 浩司 (大阪府環境農林水産総合研究所). 2010 年 12 月 11 日 第 10 回 e- シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」. 飛行時間型質量分析計( TOFMS )の特徴. 2. 極めて短時間で全域の質量スペクトルが得られる イオンの透過性が高く、分析計に導入されたイオンの大部分が検出器へ到達するので高感度である 質量と飛行時間との関係が単純であり、質量校正における系統誤差が少ない 原理上質量測定範囲に上限がない. 以上の特徴から TOFMS では ‥‥. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

GC/TOFMSを用いた環境、廃棄物中の有害化学物質の分析に関する基礎的検討

大山 浩司 (大阪府環境農林水産総合研究所)

1

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 2: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

飛行時間型質量分析計( TOFMS)の特徴

極めて短時間で全域の質量スペクトルが得られるイオンの透過性が高く、分析計に導入されたイオンの大部分が検出器へ到達するので高感度である質量と飛行時間との関係が単純であり、質量校正における系統誤差が少ない原理上質量測定範囲に上限がない以上の特徴から TOFMSでは‥‥精密質量測定FastGC測定スキャンモードでの高感度測定が可能である。

2

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

JMS-T100GC 取扱説明書より

Page 3: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

装置写真3

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 4: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

事例① 水中農薬の迅速分析

4

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 5: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

残留農薬分析の現状 食品衛生法、水道水質基準の改正 農薬のポジティブリスト制度の導入 農薬が原因であると思われる魚の大量死の報告 食品中の残留農薬による健康被害の報告

多成分の農薬の一斉迅速分析への需要の増加現在広く用いられている四重極 GC/MSを用いた方法は

測定時間が長い妨害物質の影響を受けやすい追加物質の測定メソッド作成が煩雑である

5

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 6: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

農薬分析に GC/TOFMSを用いると‥‥

高速でのスペクトル記録が可能である。 (最速 25scan/sec、四重極MSでは 1scan/sec程度)  ⇒短時間で多くの成分を溶出させる fastGCを    行っても精度が落ちない高分解能( 5000以上)での測定が可能である。  ⇒妨害物質の影響を低減できる。一度に高感度に高質量範囲のスペクトル記録が可 能である。  ⇒追加物質でも煩雑な測定メソッドの作成を    行うことなく分析が可能である。‥‥と考えられる。

6

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 7: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

GC/MS測定条件カラム HP-5MS,15m× 0.25mm,f.t.0.25μ m

恒温槽昇温条件 70℃(1.5min)→ 60℃/min→ 130℃(0min)→ 30℃/min→300℃(3min)

注入口温度 220℃Agilent 注入法 splitless6890N キャリアガス He,1.0mL/min(const.flow)

purge time 1.5min注入量 1μ L分解能 5000 5500~

MS スペクトル記録速度 5scan/ secスキャン質量範囲 50 400 m/z~

JMS-T100GC イオン化電圧 70ev"AccuTOF-GC" イオン化電流 300μ A

イオン源温度 250℃検出器電圧 2500V測定時間 11.16min

GC接続管温度 250℃

GC

7

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 8: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

分析方法① 標準溶液は水質分析用 68種農薬混合標準液、内標準物質として anthracene-d10,fluoranthene-d10,chrysene-d12(和光純薬製)を使用

検量線は 5~ 1000ng/mlの濃度範囲内の 5 点の濃度で各濃度 3回測定を行い、内標準法で作成

装置検出下限( IDL)は n=7、測定方法の検出下限(MDL)と添加回収試験は n=5で算出

MDL、添加回収試験に使用した試料は河川水に農薬混合標準液を添加したものを使用

8

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 9: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

分析方法②

検体( 500 ml)

抽出液

濃縮液 (1 ml)

GC/TOFMS測定

抽出(ジクロロメタン 50 ml×2回)

脱水・濃縮・ヘキサン転溶

内部標準添加(各 50 ng)

9

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 10: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

①測定時間㩷TIC[1]; / EI+ / st1000-1 㩷

0

2

4

6

8

10

12

強度 (12153513)

x10

6

6.268

4.359

㩷TIC[1]; / EI+ / pest68-1000ppb 㩷

0

5

10

15

20

25

30

35

40

経過時間[min]

500

1000

1500

強度 (1738458)

x10

3

9.862

7.679

19.791

16.493

Fast GC

Normal GC

Etfenprox約 8.5分で溶

Etfenprox約 34分で溶

結果と考察

分析時間が約 1/4に!

10

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 11: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

㩷マスクロ[1];172.93000..172.98000; / EI+ / Rugged check-1 㩷

7.20

7.40

経過時間[min]

2000

4000

強度 (5231)

7.130

㩷マスクロ[1];172.93000..172.98000; / EI+ / Recovery-1 㩷

7.20

7.40

経過時間[min]

0

1000

2000

強度 (2777)

7.130

7.173

1 scan/sec 5 scan/sec

Propiconazole( window 幅 :0.05 Da)のマスクロマトグラム

結果と考察②② ピーク形状ピーク形状

TOFMSの高速スペクトル記録により、 FastGCにより 1 つのピークの幅が 2~3 秒になってもきれいなクロマトグラムが得られる。このことは、 FastGCにおいて定量精度を確保する点で重要である。

11

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 12: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

m/z:194.5~195.5( 1 Da)

m/z:194.91~194.96( 0.05 Da)㩷マスクロ[1];194.91000..194.96000; / EI+ / Recovery-1 㩷

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

経過時間[min]

0

1000

2000

強度 (2281)

㩷マスクロ[1];194.50000..195.50000; / EI+ / Recovery-1 㩷

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

経過時間[min]

0

1000

2000

強度 (2281)

5.590

5.005

4.360

5.843

③質量電荷比(m/z)選択性(1)結果と考察 12

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 13: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

㩷マスクロ[1];194.91000..194.96000; / EI+ / Recovery-1 㩷

6.80

7.00

経過時間[min]

0

1000

強度 (1298)

x 50

x 1

6.831

6.904

SN:208.7

㩷マスクロ[1];194.50000..195.50000; / EI+ / Recovery-1 㩷

6.80

7.00

経過時間[min]

0

1000

強度 (1298)

x 5

x 1

6.837

6.808

6.904

SN:49.4

Window 幅の違いによる SN 比の変化

m/z:194.5~195.5( 1 Da)m/z:194.91~194.96( 0.05 Da)

SN:49.4 SN:208.7

③質量電荷比(m/z)選択性(2)

結果と考察

TOFMSの高分解能(半値幅 5000以上)により、クロマトグラムの選択性が上昇する。また高分解能により、ノイズを軽減でき、それによって SN 比が向上する。

13

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 14: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察④定量精度(1. IDL)

IDL装置検出下限( )

05

101520253035

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

IDL(pg)

頻度

0%20%40%60%80%100%120%

頻度 %累積

14

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 15: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察④定量精度(2.添加回収試

験)添加回収試験結果

0

5

10

15

20

25

75~

7585~

8595~

9510

5~

105

115

~11

512

5~

125

135

~13

514

5~ 14

5~

添加回収率(%)

頻度

15

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 16: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察④定量精度(3. MDL)

MDL測定方法の検出下限( )

02468

101214

0.02

~0.0

20.0

3

~0.0

30.0

4

~0.0

40.0

5

~0.0

50.0

6

~0.0

60.0

7

~0.0

70.0

8

~0.0

80.0

9

~0.0

90.1~ 0.1

MDL(mg/ L)

頻度

16

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 17: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

⑤GC/TOFMSの安定性

Change of Relative Sensitivity

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91

Ana

lyte

Are

a/IS

Are

a pyriproxyfenTPNchloronebatrazinebutamifosnapropamideanilofosCNP

2.1%

2.8% 1.5%1.6%

1.3%

2.0%3.0%

5.1%

Injection number

結果と考察

100回連続測定時の相対感度の変動

17

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 18: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

まとめ GC/TOFMSの高速スペクトル記録を使用することで、分析時間を約 1/4に短縮することが可能である。

GC/TOFMSでの測定は四重極MSの SIMモードでの測定と同程度の感度で定量分析できる。

TOFMSの高分解能により妨害物質の影響が減少し、高感度で分析できる。

スキャンモードでの測定なので追加対象物質の測定も容易に可能である。

相対感度の変動が小さいので、長時間連続測定も十分可能である。

18

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 19: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

事例② 河川、海域底質中のPCBの迅速分析

19

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 20: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

PCB分析の現状PCB特別措置法の施行により PCB廃棄物の広域処理が全国で開始されている一方で、数百万台ともいわれている PCB 汚染の疑いのある機器等の汚染の有無を迅速に判定するための分析法への要求が高まっている。

しかし現在の公定法では分析時間、費用の点で問題がある

そこで今回、 GC/TOFMSを用いて、 PCB分析の迅速化の検討を行った。

20

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 21: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

方法①( GC/MS測定条件)

カラム HP-5MS,15m×0.25mm,f.t.0.25μ m恒温槽昇温条件 110℃(1min)→40℃/min→300℃注入口温度 300℃

Agilent 注入法 splitless6890N キャリアガス He,1.5mL/ min(const.flow)

purge time 1min注入量 1μ L分解能 5000 5500~

MS スペクトル記録速度 5scan/ secスキャン質量範囲 50 550 m/z~

J MS-T100GC イオン化電圧 70ev"AccuTOF-GC" イオン化電流 300μ A

イオン源温度 250℃検出器電圧 2500V測定時間 8.75min

GC接続管温度 250℃

GC

21

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 22: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

方法② 標準物質はWellington 社製 PCB Window混合液

BP-WD、内標準物質としてWellington 社製 13C標識 PCB混合液MBP-MXCを使用、各塩素化体ごとに定量。

検量線は 1~250ng/mlの濃度範囲内の 8 点の濃度で各濃度 3回測定を行い、内標準法で作成

装置検出下限( IDL)は n=7で算出 測定方法の検出下限(MDL)はブランクが検出されない底質約 10gに、標準物質に含まれる各PCB 異性体を 300pg 添加、通常の前処理を行ったものを測定し算出、 n=5。

回収率はブランクが検出されない底質約 10gに、標準物質に含まれる各 PCB 異性体を 10ng 添加、通常の前処理を行ったものを測定し算出、 n=5。

22

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 23: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

方法③前処理方法23

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

10底質試料(乾泥、約 g)

16ソックスレー抽出(トルエン、 時間)

硫酸処理

DMSO/ n- ヘキサン抽出

多層シリカゲルカラム処理シリカゲルカラム処理

100μ L)濃縮、転溶(ノナン、

内部標準添加

通常処理 簡易処理

Page 24: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

①クロマトグラム

Kanechlor混合液の 3~7PCBsのマスクロマトグラム(Window 幅: 0.05Da)

TriCBs

TetraCBs

PentaCBs

HexaCBs

HeptaCBs

結果と考察 24

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 25: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

㩷マスクロ[1];325.85000..325.90000; / EI+ / kanecrol 㩷

4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

5.2

経過時間[min]

0

50

強度 (63283)

x10

3

4.638

4.817

4.937

4.531

①クロマトグラム結果と考察

HRMSと TOFMS( FastGC)のクロマトグラムの比較( Kanechlor mixture,5CBs)

TOFMS( FastGC)

HRMSColumn:HT-8PCB 60m×0.25mmOven:120℃(2min)-20℃/min-160℃-5℃/min-320℃(9min)

25

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 26: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

①クロマトグラム結果と考察

㩷マスクロ[1];325.85000..325.90000; / EI+ / Kanechlor 㩷

4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

5.2

経過時間[min]

20

80

強度 (84097)

x10

3

4.861

4.677

4.577

4.977

㩷マスクロ[1];325.85000..325.90000; / EI+ / kanecrol 㩷

4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

5.2

経過時間[min]

0

50

強度 (63283)

x10

3

4.638

4.817

4.937

4.531

1scan/sec

5scan/sec

スペクトル記録速度の違いによるクロマト形状の変化( Kanechlor mixture,5CBs)

26

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 27: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

②GC/TOFMSの定量精度結果と考察

標準物質の PCBの定量に関する各種データ

Isomer Retensiontime(min)

correlationcoefficient IDL(pg) RSD(%) MDL(pg) RSD(%) Recovery(%) n=5RSD(%)

#1 2.94 0.9996 0.2 7.0 2.7 15 91 2.3#3 3.20 0.9999 0.3 7.9 0.6 5.6 100 2.5#10 3.33 0.9993 0.2 6.8 0.7 6.6 85 2#15 3.82 0.9998 0.7 16 1.5 9.6 101 1.2#19 3.69 0.9997 0.3 9.8 0.8 8.2 85 1.9#37 4.36 0.9992 0.2 5.6 1.2 10 104 3.2#54 3.99 0.9988 0.2 6.2 0.8 8.4 74 4.3#77 4.84 0.9998 0.2 5.9 0.9 6.2 107 2.3#104 4.32 0.9998 0.3 7.8 0.8 7.4 89 2.2#126 5.24 0.9993 0.3 6.8 1.5 9.5 117 1.3#155 4.62 0.9994 0.2 6.7 0.7 7.4 73 1.9#169 5.60 0.9984 0.3 7.7 0.9 7.1 106 2#188 5.04 0.9998 0.3 9.1 0.9 8.8 85 2.1#189 5.76 0.9989 0.1 3.3 1.1 8.8 99 2#202 5.42 0.9999 0.1 3.1 1.1 12 86 2.3#205 5.95 0.9996 0.3 8.3 0.9 8.2 91 1.8#208 5.83 0.9997 0.5 12 1.8 14 125 2.9#206 6.11 0.9998 0.4 13 0.8 7.4 98 1.3#209 6.28 0.9999 0.4 12 1.1 10 95 2.4

27

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 28: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

②GC/TOFMSの定量精度結果と考察

TotalPCBs

40

60

80

100

120

140

160

0.01 0.1 1 10 100 1000 10000

HRMS (ng/ g- dry)測定値

TO

FMS

/HRM

S測定

値測定

値(%

)

TOFMSと HRMSの底質中の PCBの定量結果の比較(全 PCBs)

28

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 29: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

②GC/TOFMSの定量精度結果と考察

TOFMSと HRMSの底質中の PCBの定量結果の比較( 1~4PCBs)

MonoCBs

0

50

100

150

200

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10

HRMS (ng/ g-dry)測定値

TOFM

S/H

RM

S測定

値測

(%)

定値

DiCBs

40

60

80

100

120

140

160

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

HRMS (ng/ g-dry)測定値

TOFM

S/H

RM

S測定

値測

(%)

定値

TriCBs

40

60

80

100

120

140

160

0.01 0.1 1 10 100 1000 10000

HRMS (ng/ g-dry)測定値

TOFM

S/H

RM

S測定

値測

(%)

定値

TetraCBs

40

60

80

100

120

140

160

0.01 0.1 1 10 100 1000 10000

HRMS (ng/ g-dry)測定値

TOFM

S/H

RM

S測定

値測

(%)

定値

29

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Page 30: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

②GC/TOFMSの定量精度PentaCBs

40

60

80

100

120

140

160

0.01 0.1 1 10 100 1000

HRMS (ng/ g-dry)測定値

TOFM

S/H

RM

S測定

値測

(%)

定値

HexaCBs

40

60

80

100

120

140

160

0.01 0.1 1 10 100 1000

HRMS (ng/ g-dry)測定値

TOFM

S/H

RM

S測定

値測

(%)

定値

HeptaCBs

40

60

80

100

120

140

160

0.001 0.01 0.1 1 10 100

HRMS (ng/ g-dry)測定値

TOFM

S/H

RM

S測定

値測

(%)

定値

結果と考察

TOFMSと HRMSの底質中の PCBの定量結果の比較( 5~8PCBs)

OctaCBs

40

60

80

100

120

140

160

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10

HRMS (ng/ g-dry)測定値

TOFM

S/H

RM

S測定

値測

(%)

定値

30

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Page 31: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

③ 前処理の簡略化の可能性結果と考察

㩷マスクロ[1];255.50000..256.50000; / EI+ / sed-Shinmikunibashi 㩷

0

50

強度 (85505)

x10

3

3.856

4.228

5.887

㩷マスクロ[1];255.94000..255.99000; / EI+ / sed-Shinmikunibashi 㩷

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

経過時間[min]

0

80

強度 (85505)

x10

3

3.856

簡易前処理を行った河川底質検体のマスクロマトグラム( 3CBs、Mass window 上 :1Da, 下 :0.05Da)

Mass Window:255.5~256.5

Mass Window:255.94~255.99

31

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Page 32: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

③ 前処理の簡略化の可能性結果と考察

㩷マスクロ[1];255.50000..256.50000; / EI+ / sed-Shinmikunibashi 㩷

3.5

4.0

4.5

経過時間[min]

0

80

強度 (85505)

x10

3

3.856

4.228

㩷マスクロ[1];255.94000..255.99000; / EI+ / sed-Shinmikunibashi 㩷

3.5

4.0

4.5

経過時間[min]

0

80

強度 (85505)

x10

3

3.856

Mass Window:255.5~256.5

Mass Window:255.94~255.99

簡易前処理を行った河川底質検体のマスクロマトグラム(拡大、 3CBs、Mass window 上 :1Da, 下 :0.05Da)

夾雑物の影響で、 PCBのピークが確認できない

32

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 33: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

③ 前処理の簡略化の可能性結果と考察

㩷マスクロ[1];255.94000..255.99000; / EI+ / sed-Shinmikunibashi 㩷

3.5

4.0

4.5

経過時間[min]

0

80

強度 (85505)

x10

3

3.856

㩷MS[1];3.908; / EI+ / sed-Shinmikunibashi 㩷

255.0

256.0

257.0

258.0

259.0

質量電荷比(m/ z)

0

30

強度 (39210)

x10

3

258.25616

257.24837

255.98324

257.98050

259.26371

256.24059

簡易前処理を行った河川底質検体のマススペクトル

TriCBsのマスクロマトグラム(Mass Window: 255.94~255.99)

このピークのマススペクトル

PCB 由来のピーク夾雑物由来のピーク

33

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Page 34: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

まとめ GC/TOFMSの高速スキャンモードを使用することで、 PCBのクロマト形状を大きく変えることなく分析時間を大幅に短縮することが可能である。

底質のMDLで 0.7~2.7pgの範囲内にあり、簡易測定としては十分な感度がある。

HRGC/HRMSの測定値との比較ではよい相関が得られており、十分な定量精度を有している。

高分解能での測定により夾雑物の影響を低減できるので、前処理の簡略化が可能である

34

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Page 35: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

事例③ 環境、廃棄物中のPOPsの一斉分析

35

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Page 36: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

はじめに GC/HRMS法を用いた POPsの分析は高感度、高選択性である。その一方で多成分の測定の際は・・・グルーピング等の測定メソッド作成が必要である。1検体で複数回の測定を必要とする。 など、やや煩雑な面がある。

 これまでに GC/TOFMSを用いることで、スキャンモードで農薬等の高感度一斉分析が可能であることがわかった。これらの経験から、 GC/TOFMSを用いてPOPsを分析することで、 GC/HRMS法より簡便にかつ短時間に分析が可能であると考え、検討を行った。

36

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Page 37: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

方法①( GC/MS測定条件)

column DB-5MS,15m×0.25mm,f.t.0.25μ moven 110℃(1.5min)→40℃/ min→300℃

injection temperature 300℃Agilent injection type splitless6890N carrier gas He,1.0mL/ min(const.flow)

splitless period 1.5mininjection volumn 1μ L

resolution 5000 5500~MS scan speed 5scan/ sec

mass range 100 550m/ z~J MS-T100GC ionization voltage 70ev

"AccuTOF-GC" ionization current 300μ Aion source temperature 250℃

detector voltage 2500Vmeasurement time 9.25min

transfer line temperature 250℃

GC

37

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Page 38: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

方法②(抽出、前処理方法)38

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底質試料(湿泥、約10g)

ソックスレー抽出(アセトン3時間→トルエン18時間)

酸化処理

DMSO/ n- ヘキサン抽出

フロリジルカラム処理

濃縮、転溶(ノナン、100μ L)

内部標準添加

Page 39: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察 (クロマトグラム①)

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

㩷TIC[1]; / EI+ / PCBPOPs 㩷

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

経過時間[min]

0

1000

2000

3000

強度 (3892139)

x10

3

3.266

5.185

4.603

3.825

4.277

5.670

4.111

Total ion chromatogram of Kanecrol and chlorinated organic pesticides

39

Page 40: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察 (クロマトグラム②)

3~7CBs chromatogram of Kanecrol and chlorinated organic pesticides (mass window: 0.1Da)

TriCBs

TetraCBs

PentaCBs

HexaCBs

HeptaCBs

PentaCBs

HexaCBs

HCB

40

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Page 41: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察(クロマトグラム③)

Mass chromatogram of chlorinated organic pesticides (mass window: 0.1Da)

DDD,DDT

Chlordane

Drins

HCH

-HCH-HCH

-HCH

-HCHAldrin

Dieldrin Endrin

trans-Chlordane

cis-Chlordane

2,4’-DDD

4,4’-DDD

2,4’-DDT 4,4’-DDT

41

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Page 42: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察(検量線の評価①)13C Monitor ion: 289.8303

y = 0.7432xR2 = 0.9896

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 1 2 3 4 5 6

Native conc/ IS conc

Nat

ive

area

/IS

area

Calibration curve of HCB [Internal standard(13C-HCB) monitor ion: 289.8303]

42

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Page 43: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察(検量線の評価②)

Mass spectrum of 1000ppb HCB(C635Cl237Cl4)

and 100ppb 13C-HCB(13C635Cl537Cl)

JMS-700D

㩷MS[1];4.188; / EI+ / POPs-st1000 㩷

289.5

290.0

質量電荷比(m/ z)

0

20

40

強度 (46430)

x10

3

289.82550

JMS-T100GC

13C635Cl537Cl

C635Cl237Cl4

C635Cl2

37Cl 4と13C6

35Cl537Cl

が分離されずに、1つの合成されたピークとなる。

43

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Page 44: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察(検量線の評価③)13C Monitor ion: 293.8244

y = 2.9738xR2 = 0.9999

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3 4 5 6

Native conc/ IS conc

Nat

ive

area

/IS

area

Calibration curve of HCB [Internal standard(13C-HCB) monitor ion: 293.8244]

44

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Page 45: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察(検出下限値)Isomer Retension

time(min)IDL(pg)n=7

RSD(%) Isomer Retensiontime(min)

IDL(pg)n=7

RSD(%)

#1 3.45 0.2 7.0 -HCH# 4.09 0.4 5.1#3 3.74 0.3 7.9 -HCH# 4.23 0.8 11#10 3.85 0.2 6.8 -HCH# 4.28 0.7 9.3#15 4.39 0.7 16 d-HCH 4.43 0.9 12#19 4.22 0.3 9.8 Aldrin# 4.88 1.7 7.4#37 4.93 0.2 5.6 Dieldrin# 5.39 5.5 16#54 4.53 0.2 6.2 Endrin# 5.50 8.7 7.4#77 5.41 0.2 5.9 trans-Chlordane# 5.19 0.1 3.6#104 4.87 0.3 7.8 cis-Chlordane 5.25 0.3 9.0#126 5.80 0.3 6.8 Oxychlordane# 5.09 5.8 17#155 5.17 0.2 6.7 trans-Nonachlor# 5.27 0.6 16#169 6.16 0.3 7.7 cis-Nonachlor 5.56 0.3 7.4#188 5.58 0.3 9.1 Heptachlor# 4.69 1.6 8.8#189 6.32 0.1 3.3 Heptachlor-exo-epoxide# 5.07 0.7 7.7#202 5.96 0.1 3.1 2,4'-DDT 5.57 0.4 13#205 6.50 0.3 8.3 4,4'-DDT# 5.73 0.4 12#208 6.37 0.5 12 2,4'-DDE 5.19 0.3 7.1#206 6.66 0.4 13 4,4'-DDE# 5.34 0.3 4.8#209 6.84 0.4 12 2,4'-DDD 5.38 0.3 7.3HCB# 4.12 0.2 5.0 4,4'-DDD# 5.55 0.4 11

Retension time and IDL of POPs

45

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Page 46: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察(実試料測定①)

3CBs chromatogram of river sediment

Mass window: 255.91~256.01

Mass window: 255.7~256.7

夾雑物(油分?)の影響

3 CB sのピーク

46

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Page 47: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察(実試料測定②)

DDD chromatogram of river sediment

Mass window: 234.95~235.05

Mass window: 234.7~235.7

2,4’-DDD

4,4’-DDD

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Page 48: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

結果と考察( HRMS法との比較 )

y = 1.0231x - 0.0048R2 = 0.9835

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25

HRMS(ng/ g)

TO

FM

S(n

g/g)

Relativity of TOFMS method and HRMS method(Concentrations of POPs in river sediment)

y = 0.9918x - 0.0171R2 = 0.9471

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6HRMS(ng/ g)

TO

FM

S(n

g/g)

48

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Page 49: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

まとめ GC/TOFMSを用いることで、 POPsを簡便かつ迅速に分析を行うことが可能である。

検量線作成時には、内部標準物質のモニターイオンの設定に注意を払う必要がある。

GC/HRMSと比較して、検出感度は劣るが同程度の前処理で分析が可能である。

実試料の定量結果は、GC/HRMSとの結果とほぼ良好な相関を示しており、信頼性のあるものであった。

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Page 50: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

最後に‥‥TOFMSを用いることで‥‥

高速でのスペクトル記録による精度の高いFastGCが可能である。高分解能の特徴を生かした分析(前処理の省略など)簡単に高分解能でのスキャン測定が行えることにより、より精度の高い定性分析が可能である。今後の TOFMSに必要と思われるもの

ダイナミックレンジの向上TOFMSの性能を存分に活かせる解析ソフトの開発

50

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

Page 51: GC/TOFMS を用いた環境、廃棄物中の 有害化学物質の分析に関する基礎的検討

ご清聴ありがとうございました。

51

2010年 12月 11日 第 10回 e-シンポ「環境及び食品の分析技術の現状」

 なお、本研究の一部は環境省受託事業である、循環型社会形成推進科学研究費( K 22037)の助成を受けて実施したものである。