(中部大院)、上掘美知子(大阪府・環農水研)、浦山豊弘

Report
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
大阪府・環農水研
岡山県・循環型社会推進課
岡山県・環保セ
北海道・環研セ
神奈川県・環科セ
名古屋市・環科研
北九州市・建設局
川崎市・環境局
兵庫県・環研セ
(株) 住化分析セ
○鈴木茂
上堀美知子
浦山豊弘
劒持堅志
田原るり子
長谷川敦子
長谷川瞳
花田喜文
三澤隆弘
吉田光方子
吉田寧子
背景と目的
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 980
数累計
951
427
361
27
26
1,140
検出物質 291
数累計
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
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。
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*)
中性ロス
LC
MCP
DETECTOR
+
+
HEXAPOLE
1st MS
ION SKIMMER
SOURCE
COLLISION
CELL
分子関連イオン
LC/Q-ToFMS/MS
PUSHER
プロダクト
イオン
REFLECTRON
HEXAPOLE
2nd MS
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)
方法
Flow diagram of sample preparation
Sediment(9g)
← acetone 50mL*2
HLB
← acetone
10mL
elution
HLB
(rotary evaporator)
elution
Concentration to 1mL
← pure water1000mL
Fr.1(acetone)
← methanol
10mL
elution
HLB
Sonication
Fr.2(methanol)
Solid Phase Extraction
(HLB+AC-2)
Fr.1
Fr.2
Fr.3
Fr.4
AC-2
← dichloromethane
/methanol(1/1) 10mL
AC-2 Fr.3(DCM/MtOH)
← dichloromethane
10mL
elution
Mix
AC-2 Fr.4(DCM)
Concentration to 1mL
← methanol
Concentration to 1mL
LC-Q-TOF/MS/MS
方法
±5mDaのmass chromatography
結果・考察
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
(ng/g-wet) (ng/g-wet)
5,6,7,8-テトラヒドロキノリン
トリプロピルアミン
3-tert-ブチルフェノール
ジシクロヘキシルアミン
2-(4-メチルフェニル)ベンゼンカルボニトリル
n-ラウリン酸 (ドデカン酸)
4,4'-スルホニルジフェノール
(RS)-1,1'-ビ-2-ナフトール
(S)-1,1'-ビ-2-ナフトール
10500-57-9
102-69-2
585-34-2
101-83-7
114772-53-1
143-07-7
80-09-1
602-09-5
18531-99-2
0.02
0.03
0.2
0.01
3
0.3
0.1
0.02
0.02
0.07
0.04
0.3
4
33
100
2.9
0.03
0.03
平均回収率 補正後濃度
(%) (ng/g-wet)
29
0.24
39
0.1
33
0.9
81
4.9
47
71
14
730
84
3.4
33
0.08
32
0.08
結果・考察
MeOH
20080227_ENV_WS005
1: TOF MS ES+
182.188 0.05Da
186
2.89
100
%
Sediment extract
2.98
3.03
3.20
4.57
5.41 5.516.21 6.47
6.86
7.26
0
1.00
2.00
3.00
20080301_ENV_STMSMS037
4.00
5.00
6.00
2.80
%
100
7.00
1: TOF MS ES+
182.188 0.05Da
1.72e4
Dicyclohexylamine
[M+H]+ (理論値182.1909)
0
Time
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
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 acetone
HLB methanol
AC-2 DCM/MtOH
AC-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
0.5
20
0.1
0.2
0.3
0.02
(%)
31
4
1
7
31
73
0.4
33
620-93-9
106-20-7
74462-02-5
0.01
0.03
0.3
11
77
8
9036-19-5
0.1
5
60828-78-6
0.5
38
(ng/g-wet)
1-オクテン
1,3-チアゾリジン-2,4-ジオン
6-ビニル-1,3,5-トリアジン-2,4-ジアミン
2-クロロベンジルアミン
p-ブチルフェノール
2-アミノ-5-ニトロベンゾニトリル
2,3-ジヒドロ-6-プロピル-2-チオキソ-4(1H)ピリミジノン
(別名プロピルチオウラシル)
ジ-p-トリルアミン
ビス(2-エチルヘキシル)アミン
4,4'-(2-エチルへキシリデン)ジフェノール
α-[(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)
ポリ(オキシエチレン)=3,5-ジメチル-1(2-メチルプロピル)ヘキシル=エーテル
111-66-0
2295-31-0
3194-70-5
89-97-4
1638-22-8
17420-30-3
51-52-5
結果・考察
Sediment extract
Propylthiouracil
[M+H]+
底質抽出物とPropylthiouracilのmass chromatogram(±5mDa)
結果・考察
DicyclohexylamineのMSスペクトル,MS/MSスペクトル解析
+
H+
理論値 182.1909
C12H24N
↑
演算した組成
↑
実測値 182.1922
分子関連イオン
single MS mode
理論値 83.0861
C6H11
↑
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 99.1048
C6H13N
↑
演算した組成
↑
ロス値 99.1038
中性ロス
Q-ToFMS/MS mode
結果・考察
LC/Q-ToFMS/MS装置の質量測定精度
mass error (ToFMS mode)
4
mass error (analyte)
3
2
m/zと無関係にmass
errorが変化する。
装置の安定性が低い
1
0
-1 0
50
100
150
200
250
-2
-3
-4
m/z of analyte
single-ToFMS 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
mass error corrected with [DEHP+Na]+
mass error (ToFMS mode)
4
7
-6
2
1
0
-4
-2
-1 0
2
4
6
-2
-3
-4
mass error (DEHP+Na)
DEHP+Naイオンのmass で補正しない場合
8
mass error (analyte)
mass error (analyte)
3
効果なし
or 悪化
5
3
1
-6
-4
-2
-1 0
2
4
6
-3
-5
mass error (DEPH+Na)
DEHP+Naイオンのmass で補正した場合
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
8
結果・考察
LC/Q-ToFMS/MS装置の質量測定精度
mass error of product ion(Q-ToFMS/MS mode)
mass Error (Analyte)
10
5
0
0
50
100
150
200
250
-5
-10
m/z of Analyte (measured)
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
TOFMS < 2mDa
Q-TOF MS/MS < ~5mDa
7.0
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。
[mDa]
5.0
3.0
mass error
1.0
-1.0 0
100
200
300
400
500
-3.0
-5.0
-7.0
absolute mass number
pseudo-molecular ion
[Da]
product ion
neutral loss
これまでのQ-ToFMS/MS装置(Waters LC/Q/TOF)の測定精度
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。
Q-TOF MS/MS
中性ロス
LC
MCP
DETECTOR
+
+
HEXAPOLE
1st MS
ION SKIMMER
SOURCE
分子関連イオン
COLLISION
CELL
PUSHER
プロダクト
イオン
REFLECTRON
HEXAPOLE
2nd MS
Waters SYNAPT HDMS System

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