LC/Q-ToFMS/MS による底質中化学物質のスクリーニング法

中部大院・応生 　　　　　 ○鈴木茂大阪府・環農水研 　　　　　 上堀美知子岡山県・循環型社会推進課 　 浦山豊弘岡山県・環保セ 　　　　　　 劒持堅志北海道・環研セ 　　　　　　 田原るり子神奈川県・環科セ 　　　　　 長谷川敦子名古屋市・環科研　 長谷川瞳北九州市・建設局 　 花田喜文川崎市・環境局 　 三澤隆弘兵庫県・環研セ 　 吉田光方子( 株 ) 住化分析セ 　 吉田寧子

背景と目的

未調査の化学物質のなかから，優先して環境調査する物質を効率よく決定する一方法 (LC/Q-ToFMS/MSによるスクリーニング法 )を

開発する。

化学物質環境実態調査における検出状況（昭和 49 年度～平成 18 年度）水質 底質 生物 大気 食事 その

他全媒体

調査物質数累計

980 951 427 361 27 26 1,140

検出物質数累計

291 391 246 247 21 13 600

検出割合 30% 41% 58% 68% 78% 50% 53%平成 19 年度版｢化学物質と環境｣（環境省）

環境省，地方環境研，民間分析機関が 32年間に 1140物質を調査

１．世界に例のない長期間の全国的調査→偉大な成果２．“分析法開発→調査”に人手と時間が掛かる：効率的とは言えない

背景と目的 LC/Q-ToFMS/MSによるスクリーニング法

環境に存在する可能性のある物質（ 1000 物質）を選ぶ。

汚染物質が多いと考えられる底質試料を調査対象にする。

それらの物質の有無を LC/Q-ToFMS/MS の精密質量マスクロマトグラム (single-ToF mode) で調査す

る。

ピークが認められた物質は，標準物質を用いて保持時間を確認し，一致したピークを半定量する。

LC/Q-ToFMS/MSの質量精度（過去の研究 *）

LC/Q-ToFMS/MS

IONSOURCE

COLLISIONCELL

HEXAPOLE

HEXAPOLE

MCPDETECTOR

REFLECTRONSKIMMER

PUSHER

2nd MS

LC

1st MS

+

+

分子関連イオン

プロダクトイオン

中性ロス

single-ToF mode: ±2mDa>Q-ToFMS/MS mode: ±5mDa>

*S. Suzuki, T. Ishii, A. Yasuhara, S. Sakai, Rapid Comm. Mass Spec ， 19, p3500-p3516 (2005)

Flow diagram of sample preparation

Sediment（ 9g）

Sonication← acetone 50mL*2

Concentration to 1mL

（ rotary evaporator ）

Solid Phase Extraction （ HLB+AC-

2 ）

← pure water1000mL

HLB← acetone

10mL

elution

HLB Fr.1(acetone)← methanol

10mLelution

HLB Fr.2(methanol)

AC-2← dichloromethane /methanol(1/1) 10mL

elution

AC-2 Fr.3(DCM/MtOH)← dichloromethane

10mLelution

AC-2 Fr.4(DCM)Fr.1 Fr.2 Fr.3 Fr.4 Mix

Concentration to 1mL

Concentration to 1mL

← methanol

LC-Q-TOF/MS/MS

方法

方法

±5mDa の mass chromatography

底質中に存在が確認された物質の推定濃度と底質からの回収率CAS-N.O. 検出下限値 濃度 平均回収率 補正後濃度

ng/ g-wet（ ） ng/ g-wet（ ） %（） ng/ g-wet（ ）5,6,7,8-テトラヒドロキノリン 10500-57-9 0.02 0.07 29 0.24トリプロピルアミン 102-69-2 0.03 0.04 39 0.13- tert-ブチルフェノール 585-34-2 0.2 0.3 33 0.9ジシクロヘキシルアミン 101-83-7 0.01 4 81 4.92- 4- （ メチルフェニル）ベンゼンカルボニトリル 114772-53-1 3 33 47 71- ｎラウリン酸 （ドデカン酸） 143-07-7 0.3 100 14 730

4,4'-スルホニルジフェノール 80-09-1 0.1 2.9 84 3.4(RS)-1,1'- -2-ビ ナフトール 602-09-5 0.02 0.03 33 0.08(S)-1,1'- -2- ビ ナフトール 18531-99-2 0.02 0.03 32 0.08

結果・考察

Sediment extract

MeOH

Time1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00

%

0

100

1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00

%

0

100

20080227_ENV_WS005 1: TOF MS ES+ 182.188 0.05Da

1862.89

2.98

3.03

6.475.515.414.573.20 6.21 6.867.26

20080301_ENV_STMSMS037 1: TOF MS ES+ 182.188 0.05Da

1.72e42.80

Dicyclohexylamine[M+H]+ ( 理論値

182.1909)

底質抽出物と Dicyclohexylamineのmass chromatogram(±5mDa)

結果・考察

＜添加回収実験結果＞※括弧内は参考値

HLB acetoneHLB methanolAC-2 DCM/MtOHAC-2 DCM

結果・考察

底質中に検出下限未満で存在が疑われる物質と底質からの回収率

CAS-N.O. 検出下限値 平均回収率

ng/ g-wet（ ） %（）1-オクテン 111-66-0 0.5 311,3- -2,4-チアゾリジン ジオン 2295-31-0 20 46- -1,3,5- -2,4-ビニル トリアジン ジアミン 3194-70-5 0.1 12-クロロベンジルアミン 89-97-4 0.2 7-ｐブチルフェノール 1638-22-8 0.3 31

2- -5-アミノ ニトロベンゾニトリル 17420-30-3 0.02 732,3- -6- -2- -4(1H)-ジヒドロ プロピル チオキソピリミジノン（別名プロピルチオウラシル）

51-52-5 0.4 33

-p-ジ トリルアミン 620-93-9 0.01 112-ビス（ エチルヘキシル）アミン 106-20-7 0.03 77

4,4'- 2-（ エチルへキシリデン）ジフェノール 74462-02-5 0.3 8α - 1,1,3,3- -［（ テトラメチルブチル）フェニル］ω -ヒドロキシポリ（オキシエチレン）

=（別名ポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテル）

9036-19-5 0.1 5

=3,5- -1-ポリ（オキシエチレン） ジメチル2- =（ メチルプロピル）ヘキシル エーテル 60828-78-6 0.5 38

結果・考察

Propylthiouracil[M+H]+

Sediment extract

結果・考察

底質抽出物と Propylthiouracilのmass chromatogram(±5mDa)

理論値 182.1909C12H24N

↑演算した組成

↑実測値 182.1922

H+

分子関連イオンsingle MS mode

理論値 83.0861C6H11

↑演算した組成

↑実測値 83.0884

プロダクトイオンQ-ToFMS/MS mode

+ H2N

理論値 99.1048C6H13N

↑演算した組成

↑ロス値 99.1038

中性ロスQ-ToFMS/MS mode

DicyclohexylamineのMSスペクトル，MS/MSスペクトル解析

結果・考察

結果・考察 LC/Q-ToFMS/MS装置の質量測定精度

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 50 100 150 200 250

mas

s er

ror (

anal

yte)

m/z of analyte

mass error (ToFMS mode)

single-ToFMS mode における測定物質の m/z と mass error

m/z と無関係に mass error が変化する。

装置の安定性が低い

結果・考察 LC/Q-ToFMS/MS装置の質量測定精度

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

- 6 - 4 - 2 0 2 4 6 8

mas

s er

ror (

anal

yte)

mass error (DEHP+Na)

mass error (ToFMS mode)

-5

-3

-1

1

3

5

7

-6 -4 -2 0 2 4 6 8mas

s er

ror (

anal

yte)

mass error (DEPH+Na)

mass error corrected with [DEHP+Na]+

single-ToFMS mode における常在イオン (DEHP+Na) を用いたmass error 補正の効果

DEHP+Na イオンの mass で補正しない場合 DEHP+Na イオンの mass で補正した場合

効果なし or 悪

化

結果・考察 LC/Q-ToFMS/MS装置の質量測定精度

-10

-5

0

5

10

0 50 100 150 200 250

mas

s Er

ror

(Ana

lyte

)

m/z of Analyte (measured)

mass error of product ion(Q-ToFMS/MS mode)

Q-ToFMS/MS mode における測定物質の m/z と mass error

結果・考察 LC/Q-ToFMS/MS装置の質量測定精度

- 7.0

- 5.0

- 3.0

- 1.0

1.0

3.0

5.0

7.0

0 100 200 300 400 500

absolute mass number [Da]

mas

s er

ror

[

mD

a]

pseudo- molecular ion product ion neutral loss

TOFMS < 2mDaQ-TOF MS/MS < ~5mDa

これまでの Q-ToFMS/MS 装置 (Waters 　 LC/Q/TOF) の測定精度

本研究時はこれより精度が低

かった。原因の調査など，高精度分析の検討が

必要。

おわりに

1. 　 LC/Q-ToFMS/MS による ±5mDa の高分解能マスクロマトグラフィーを用いる　ことで，分析法未開発の環境化学物質を効率よく検出・半定量できた。

2. 　標準物質の LC/Q-ToFMS/MS は従来の MS/MS スペクトルに比べ元素組成を　推定できるため，プロダクトイオン，中性ロスの構造を推定しやすい。このこ　とは， LC/Q-ToFMS/MS のデータを収集・解析することで，未知物質定性に活用できる構造情報解析ツールの開発可能性が高いことを示唆している。

本研究の一部は，環境省の平成 19 年度化学物質環境実態調査分析法開発調査（ LC/Q -TOF/MS/MS ）業務により行われた。研究に協力いただいた環境省環境安全課の担当官， ( 株 ) 住化分析センター，日本ウォータース ( 株 ) の技術者の皆様に深謝する。

LC

IONSOURCE

COLLISIONCELL

HEXAPOLE

HEXAPOLE

MCPDETECTOR

REFLECTRONSKIMMER

PUSHER

Q-TOF 　 MS/MS

2nd　MS

1st MS

+

+

分子関連イオン

プロダクトイオン

中性ロス

Waters SYNAPT HDMS System