JP2005188997A

JP2005188997A - ダイオキシン類の分析方法

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Publication number: JP2005188997A
Application number: JP2003428234A
Authority: JP
Inventors: Ayateru Maeoka; 理照前岡; Masahiro Miyazaki; 雅弘宮崎; Toshiro Kaneko; 敏郎金子; Shairii Robert; ロバート・シャイリー
Original assignee: JAPAN QUALITY ASSURANCE ORGANIZATION
Current assignee: JAPAN QUALITY ASSURANCE ORGANIZATION
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】試料のクリーンアップおよびその後の濃縮を省略してダイオキシン類を簡便に分析できるようにし、測定時間と費用を削減することにある。
【解決手段】ダイオキシン類を含有する試料から有機成分を直鎖炭化水素系有機溶媒に溶解した溶液を調製し、先端に吸着剤としてカーボンをコーティングしたファイバーを前記溶液に浸漬してダイオキシン類をファイバー先端のカーボンに吸着させ、前記ファイバー先端をガスクロマトグラフ質量分析計に挿入してダイオキシン類を分析する、ダイオキシン類の分析方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、ダイオキシン類の分析方法に関する。

ダイオキシン類の汚染が世界的に問題とされてから、これまで多くの測定が行われており、測定方法についても様々な研究がなされ改良されてきた。

従来実施されている標準的な排ガス中のダイオキシン類の分析方法は、ダイオキシン類を所定の方法で捕集し、捕集部から抽出して濃縮した後、クリーンアップし再び濃縮してガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）で同定、定量するものである（非特許文献１参照）。

しかし、従来の方法において行われるクリーンアップでは、夾雑物を除去するためにシリカゲルカラムクロマトグラフ操作または多層シリカゲルクロマトグラフ操作を行うため、多くの時間と費用がかかり、必ずしも市場のニーズを満足するものではなかった。

また、これまでに固相マイクロ抽出（Solid Phase Micro-Extraction）を応用してダイオキシン類を分析することが試みられているが成功していない（非特許文献２参照）。
ＪＩＳＫ０３１１「排ガス中のダイオキシン類及びコプラナーＰＣＢの測定方法」第１１回環境化学討論会講演要旨集、５５６頁。

本発明の目的は、試料のクリーンアップおよびその後の濃縮を省略してダイオキシン類を簡便に分析できるようにし、測定時間と費用を削減することにある。

本発明に係るダイオキシン類の分析方法は、ダイオキシン類を含有する試料から有機成分を直鎖炭化水素系有機溶媒に溶解した溶液を調製し、先端に吸着剤としてカーボンをコーティングしたファイバーを前記溶液に浸漬してダイオキシン類をファイバー先端のカーボンに吸着させ、前記ファイバー先端をガスクロマトグラフ質量分析計に挿入してダイオキシン類を分析することを特徴とする。

本発明においては、前記直鎖炭化水素系溶媒として例えばノナンまたはデカンが用いられる。本発明において、前記カーボンは、表面積が５〜２２０ｍ²／ｇ、密度が０．１８〜０．６８であるものが好ましい。

本発明の方法を用いれば、クリーンアップおよびその後の濃縮を行わずにダイオキシン類を分析することができ、測定時間と費用の削減が可能になる。

本発明において、ダイオキシン類とは、通常定義されるように、ポリクロロジベンゾ−パラ−ジオキシン（ＰＣＤＤ）、ポリクロロジベンゾフラン（ＰＣＤＦ）およびコプラナーポリクロロビフェニル（Ｃｏ−ＰＣＢ）を含む。

本発明において、ダイオキシン類を含む対象物質は特に限定されず、排ガス、土壌、灰類、環境大気、水などが挙げられる。本発明においては、固相マイクロ抽出（Solid Phase Micro-Extraction、以下ＳＰＭＥという）を応用して、ダイオキシン類を分析する。ＳＰＭＥの装置構成は、例えば特許第３０８１２３９号に記載されている。ＳＰＭＥでは、先端に吸着剤をコーティングしたファイバーを、ニードル内にその長さ方向に移動できるように収容した装置を使用する。そして、ニードル先端からファイバーを突出させ、ファイバー先端の吸着剤に測定対象物質を吸着させ、このファイバーをＧＣ／ＭＳに挿入して測定対象物質を分析する。

本発明は、ダイオキシン類を含有する試料から有機成分を直鎖炭化水素系有機溶媒に溶解するとともに、先端に吸着剤としてカーボンをコーティングしたファイバーを試料溶液に浸漬することにより、ダイオキシン類をファイバー先端のカーボンに選択的に吸着できることを見出すことによりなされたものである。

本発明において、直鎖炭化水素系溶媒として例えばノナンまたはデカンが用いられる。また、ファイバー先端に吸着剤としてコーティングされるカーボンは、六方晶系の六角板状で偏平な結晶をなすグラファイトカーボンであり、表面積が５〜２２０ｍ²／ｇ、密度が０．１８〜０．６８であるものが好ましい。

本発明において、ダイオキシン類がファイバー先端のカーボンに選択的に吸着されるのは以下のような理由による。有機物を含有する有機溶媒中に吸着剤であるカーボンを浸漬したとき、有機物の分配はカーボンに対する親和性と有機溶媒への溶解性に依存する。本発明においては、平面構造を有するダイオキシン類がカーボンに対して高い親和性を有するためダイオキシン類のみがカーボンに選択的に吸着され、その他の有機物は直鎖炭化水素系有機溶媒への溶解性が高いため溶解したままである。しかも、ファイバーをＧＣ／ＭＳに挿入して分析する際に、ＧＣ／ＭＳ内に有機溶媒を導入せずに済む。このように、本発明によれば、平面構造を持つダイオキシン類を直鎖炭化水素系溶媒中からカーボンへ選択的に吸着させ、ダイオキシン類のみをＧＣ／ＭＳに導入するので、クリーンアップおよびその後の濃縮なしにダイオキシン類を分析することができ、測定時間と費用の削減が可能になる。

本発明によるダイオキシン類の具体的な分析手順を概略的に説明する。分析すべきダイオキシン類を直鎖炭化水素系有機溶媒（たとえばノナン）に溶解した溶液を調製し、セプタム（隔膜）つきの密閉容器（バイアル）に収容する。ＳＰＭＥサンプラーのニードルをバイアルのセプタムを貫通させて挿入する。バイアル内でニードルからファイバーを露出させて試料溶液に浸し、ダイオキシン類をファイバー先端のカーボンに選択的に吸着させる。ファイバーを元のようにニードル内に戻し、ニードルをセプタムから抜く。ＧＣ気化室の注入口にニードルを挿入し、さらにファイバーを露出させて、キャリアガスによりカーボンからダイオキシン類を熱離脱させて分析を行う。

以下、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明する。
最初に、ダイオキシン類の標準品を用い、好適なカーボン吸着剤を探索する実験を行った。

ダイオキシン類の標準として、Ｗｅｌｉｎｇｔｏｎ製の¹³Ｃ−２，３，７，８−位置換異性体１７種混合標準品１μｇ／ｍＬ（８塩素化物のみ２μｇ／ｍＬ）、およびＷｅｌｉｎｇｔｏｎ製の¹²Ｃ−２，３，７，８−位置換異性体１７種混合標準品１μｇ／ｍＬ（６，７塩素化物は２μｇ／ｍＬ、８塩素化物は５μｇ／ｍＬ）をノナンで希釈して使用した。２ｍＬの褐色バイアルに１００μＬの試料溶液を入れた。

ＳＰＭＥ抽出操作は全てＣＴＣａｎａｌｙｓｉｓ製Ｃｏｍｂｉ−ＰＡＬオートインジェクターを用いて行った。ＳＰＭＥサンプラーのファイバーには、下記表１に示したいずれかのグラファイトカーボン（種類はＳｕｐｅｌｃｏ社による型番である）を吸着させた。

ＧＣ／ＭＳ条件は以下の通りである。
ＧＣにはＡｇｉｌｅｎｔ製ＨＰ６８９０を用いた。分析カラムとしてＳＧＥ製ＢＰＸ−５（長さ２５ｍ、内径０．１５ｍｍ、膜厚０．１５μｍ）を使用した。注入口温度３００℃、キャリアガス流量１ｍＬ／分（定流量モード）、昇温条件１００℃（５分）−２０℃／分−２００℃（０分）−２℃／分−２９０℃［合計５５分］で測定した。

ＭＳにはＪＥＯＬ製ＪＭＳ−７００を用いた。分解能１００００〜１２０００、イオン源温度３００℃、インターフェース温度３００℃、イオン化エネルギー３８ｅＶ、イオン化電流５００μＡで測定した。その他の質量数などの条件はＪＩＳＫ０３１２に準拠した。

高い抽出率を得るのに好適な抽出条件などを調べるために下記のような予備的な実験を行った。ここで、抽出率とは、試料溶液中のダイオキシン類のうちＧＣ／ＭＳ測定で検出されたダイオキシン類の割合である。

（１）抽出時間（試料溶液へのファイバーの浸漬時間）
Ｃａｒｂｏｘｅｎ１０１６をコーティングしたファイバーを用い、抽出時間を１０〜８０分の範囲で変化させて、抽出率を調べた。その結果、抽出時間を３０分以上にしても抽出率の顕著な上昇は見られなかった。ＧＣ／ＭＳの測定時間が６０分であり、ファイバーからダイオキシン類を脱離させるための脱離時間として２０分程度を必要とすることを考慮して、抽出時間を４０分に決定した。

（２）抽出温度（バイアル中の試料溶液の温度）
Ｃａｒｂｏｘｅｎ１０１６をコーティングしたファイバーを用い、抽出温度を室温〜１４０℃の範囲で変化させて、抽出率を調べた。抽出温度を上げるとダイオキシン類の抽出率が減少したので、抽出温度を室温に決定した。

（３）脱離温度（ファイバーからダイオキシン類を脱離させるための加熱温度）
ＣａｒｂｏｐａｃｋＢまたはＣａｒｂｏｐａｃｋＣをコーティングしたファイバーを用い、脱離温度を２６０〜３８０℃の範囲で変化させて、ダイオキシン類の脱離量を調べた。脱離温度の増加とともに脱離量も増加した。特に、高塩素化物は高温での脱離量の増加が顕著であった。

（４）脱離時間
Ｃａｒｂｏｘｅｎ１０１６をコーティングしたファイバーを用い、脱離時間を５〜２０分の範囲で変化させて、ダイオキシン類の脱離量を調べた。脱離時間の増加に伴い、脱離量も増加した。

（５）ファイバーの洗浄
脱離処理後に、ファイバーにダイオキシン類が残留（キャリーオーバー）することが確認されたので、ファイバーを６０℃に加温したトルエンに浸漬して洗浄した後、３４０℃で５分間加熱するようにした。この結果、キャリーオーバーが減少した。

以上の予備的な実験に基づき、抽出条件を室温、４０分、脱離条件を３００℃、２０分に設定して、各グラファイトカーボンをコーティングしたファイバーを用いてダイオキシン類の抽出率を調べた。その結果、Ｃａｒｂｏｘｅｎ１００６を除き、全てのグラファイトカーボン吸着剤で、１０〜３０％の抽出率が得られた。

ここで、ダイオキシン類の標準品をノナンで１０μＬに定容したものを、ＧＣ／ＭＳにマイクロシリンジで１μＬ注入したときの注入率（注入した試料溶液中のダイオキシン類のうちＧＣ／ＭＳ測定で検出されたダイオキシン類の割合）が１０％であることを考慮すると、ダイオキシン類の分析にＳＰＭＥを有効に適用できることがわかる。また、吸着剤としてのカーボンは、表面積が５〜２２０ｍ²／ｇ、密度が０．１８〜０．６８であれば有効であると考えられる。

次に、ダイオキシン類を含む土壌について、ＳＰＭＥを適用した本発明の方法による定量性を確認する実験を行った。以下において使用した略号の意味は下記の通りである。

ＰＣＤＤ／ＤＦ＝ポリクロロジベンゾ−パラ−ジオキシン／ジベンゾフラン
ＴｅＣＤＤ／ＤＦ＝テトラクロロジベンゾ−パラ−ジオキシン／ジベンゾフラン
ＨｘＣＤＤ／ＤＦ＝ヘキサクロロジベンゾ−パラ−ジオキシン／ジベンゾフラン
ＨｐＣＤＤ／ＤＦ＝ヘプタクロロジベンゾ−パラ−ジオキシン／ジベンゾフラン
ＯＣＤＤ／ＤＦ＝オクタクロロジベンゾ−パラ−ジオキシン／ジベンゾフラン
まず、検量線を作成するために、標準物質としてＷｅｌｉｎｇｔｏｎ製のＤＦ−Ａ５−ＣＳ６またはＰＣＢ−Ａ５−ＣＳ６を用いた。

標準物質をノナンで５倍に希釈したものをバイアルに入れ、ＣａｒｂｏｐａｃｋＢをコーティングしたファイバーを用いてＳＰＭＥによる抽出操作を行い、ＧＣで分析した。ＳＰＭＥによる抽出操作およびＧＣへの注入操作は手作業で行った。

比較のために、標準物質にクリーンアップを施し、ＧＣにマイクロシリンジで１μＬ注入して分析した。クリーンアップは、Ｓｕｐｅｌｃｏ製多層カラムとリバーシブルカーボンカラムを用いて行った。

ＳＰＭＥで抽出した試料のＧＣ分析には下記のカラムを使用した。
Ｔｅ〜ＨｘＣＤＤ／ＤＦ測定用：ＳＰ−２３３１（長さ６０ｍ、内径０．２５ｍｍ、膜厚０．２μｍ）
Ｈｐ〜ＯＣＤＤ／ＤＦ・Ｃｏ−ＰＣＢ測定用：ＲＨ−１２ｍｓ（長さ６０ｍ、内径０．２５ｍｍ）
マイクロシリンジで注入した試料のＧＣ分析には下記のカラムを使用した。
Ｔｅ〜ＨｘＣＤＤ／ＤＦ測定用：ＳＰ−２３３１
Ｈｐ〜ＯＣＤＤ／ＤＦ測定用：ＲＨ−１７ｍｓ（長さ３０ｍ、内径０．３２ｍｍ、膜厚０．１５μｍ）、
Ｃｏ−ＰＣＢ測定用：ＤＢ−５ｍｓ（長さ６０ｍ、内径０．３２ｍｍ、膜厚０．２５μｍ）
図１（ａ）にマイクロシリンジで注入した標準物質のクロマトグラムを示す。図１（ｂ）にＳＰＭＥで抽出した標準物質のクロマトグラムを示す。

図１（ａ）と図１（ｂ）との比較から、ＳＰＭＥの場合には、２，３，７，８−体に特異的な感受性を示すことがわかる。

また、従来の方法ではクロマトグラフ上に夾雑物のピークが観測されたが、ＳＰＭＥでは夾雑物が観測されなくなっているのも確認された。これは、ＳＰＭＥにより、ダイオキシン類のみがカーボン吸着剤に選択的に吸着されているためであると考えられる。

また、ＳＰＭＥで抽出した標準物質の検量線と、マイクロシリンジで注入した標準物質の検量線をそれぞれで算出して比較したところ、有意な差は見られなかった。このことから、検量線をマイクロシリンジによる注入で作成し、実測する試料についてはＳＰＭＥで抽出して測定しても差しつかえないことがわかった。

次いで、ダイオキシン類を含む土壌１０ｇ（ｄｒｙ）を用意し、トルエンを用いたソックスレー抽出を１６時間行い、ダイオキシン類を抽出した。この抽出液を、クリーンアップを行わないもの（実施例）と、クリーンアップを行ったもの（参照例）とに分けて検討した。抽出液をノナンで希釈してバイアルに入れ、ＳＰＭＥサンプラーのファイバーにダイオキシン類を吸着させ、ＧＣ分析を行った。

図２（ａ）にクリーンアップしてＳＰＭＥで抽出した試料をＳＰ−２３３１カラムに通して分析したときのクロマトグラムを示す。図２（ｂ）にクリーンアップなしでＳＰＭＥで抽出した試料をＳＰ−２３３１カラムに通して分析したときのクロマトグラムを示す。図２（ｃ）にクリーンアップしてＳＰＭＥで抽出した試料をＲＨ−１２ｍｓカラムに通して分析したときのクロマトグラムを示す。図２（ｄ）にクリーンアップなしでＳＰＭＥで抽出した試料をＲＨ−１２ｍｓカラムに通して分析したときのクロマトグラムを示す。

図２（ｂ）および（ｄ）に示されるように、クリーンアップなしで十分に分析可能なクロマトグラムが得られることがわかった。

定量分析に関しては、以下のような結果が得られた。すなわち、クリーンアップを行いＳＰ−２３３１カラムとＲＨ−１２ｍｓカラムを併用して測定した場合には、従来の方法とほぼ同様の分析結果が得られた。クリーンアップを行いＲＨ−１２ｍｓカラムのみを用いて測定した場合には、若干高めの分析値となった。これは、カラムにＲＨ−１２ｍｓを用いると、一部の２，３，７，８−体を十分に分離できないためであると考えられる。また、クリーンアップなしでＲＨ−１２ｍｓカラムのみを用いて測定した場合には、さらに高い分析値が得られ、従来の方法の約２倍となった。ただし、簡易分析法であることを考慮すれば、十分許容範囲であるといえる。

また、ＲＨ−１２ｍｓカラムを用いて毒性のある２９成分を一度に分析することも可能であった。

なお、本発明の方法は、ダイオキシン類の分析に限らず、平面構造を有する化学物質の分析に応用できるものと期待される。

マイクロシリンジで注入した標準物質のクロマトグラム、およびＳＰＭＥで抽出した標準物質のクロマトグラム。クリーンアップしてＳＰＭＥで抽出した試料をＳＰ−２３３１カラムに通して分析したときのクロマトグラム、クリーンアップなしでＳＰＭＥで抽出した試料をＳＰ−２３３１カラムに通して分析したときのクロマトグラム、クリーンアップしてＳＰＭＥで抽出した試料をＲＨ−１２ｍｓカラムに通して分析したときのクロマトグラム、およびクリーンアップなしでＳＰＭＥで抽出した試料をＲＨ−１２ｍｓカラムに通して分析したときのクロマトグラム。

Claims

ダイオキシン類を含有する試料から有機成分を直鎖炭化水素系有機溶媒に溶解した溶液を調製し、
先端に吸着剤としてカーボンをコーティングしたファイバーを前記溶液に浸漬してダイオキシン類をファイバー先端のカーボンに吸着させ、
前記ファイバー先端をガスクロマトグラフ質量分析計に挿入してダイオキシン類を分析する
ことを特徴とするダイオキシン類の分析方法。
前記直鎖炭化水素系溶媒がノナンまたはデカンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記カーボンは、表面積が５〜２２０ｍ²／ｇ、密度が０．１８〜０．６８であることを特徴とする請求項１に記載の方法。