LC/MSを用いた水道水源における 解離性有機リン系農薬とその分解物の一斉分析法の開発 国立保健医療科学院水道工学部 横浜市水道局 東ソー(株) 横河アナリティカルシステムズ(株) ○鎌田 素之, 島崎 大 相澤 貴子 伊藤 誠治 内田 秀明 研究の背景 現在,使用されている有機農薬のうち解離性,イオン性の農薬は他の 有機農薬と比べ測定が困難であり,これまで十分な研究な実態調査が 行われていない これらの農薬は水溶性が高いため,田畑等に散布された際, 水系への流出が懸念され,水道原水に於ける評価を行う必要がある 水道水源における監視農薬プライオリティーリストによる評価 →この中で4級アンモニウム系農薬(パラコート,ジクワット)及び 解離性有機リン系農薬(グリホシネート,グリホサート,ホセチル) は監視プライオリティーが最も高い農薬群であった 水道原水,浄水を対象としたこれらの農薬群の適切な分析法は 十分に確立されているとは言い難い 水道水質基準の改正に伴い, LC/MSによる分析法検討と迅速かつ簡便な分析法に確立の必要性 解離性有機リン系農薬 CH3 H H2 C O OH P CH3 O N C C C H2 NH2 H H C N H C O CH3 OH O O H2 C P CH3 C C Bialaphos O O H C OH H2 O H N P HO OH C OH H2 C H2 Glyphosate NH2 Glufosinate O P CH3 O H2 C C OH H2 MPPA OH OH P CH3 O O C OH H2 OH 2-Methylphinicoacetic acid OH H2 C P NH2 O AMPA OH 解離性有機リン系農薬の特性 グリホサート (GLYP) グルホシネート (GLUF) ホセチル (FOSE) O O 構造式 O P CH3 O H2 C C OH H2 OH NH2 O C OH H2 C H2 P O H N P HO H2 C OH H2 C O O- -O H +3 H Al HO P O P O 分子式(分子量) C5H12NO4P=181 H2 C O C3H8NO5P=169 C6H18AlO9P3=354 1.0×106* 1.20×105 1.20×105 Log Kow -3.96 -4.47 -3.92 ADI(mg/kg/day) 0.021 0.75 0.88 生産量(t) 333.95 113.67 152.94 水溶解度(mg/L) 解離性有機リン系農薬の特性 種別 除草剤 農薬製剤 用途 毒性 グルホシネート液剤 イマザピル,DCMU, フラザスルフオン, フルサフルオキサジン 除草剤 殺菌剤 グリホサートアンモニウム塩液剤 ホセチル水和剤 グリホサートイソプロピルアミン塩液剤 ポリカーバメート, グリホサートトリメシウム塩液剤 マンゼプ,有機銅 グリホサートナトリウム塩液剤 MCPAイソプロピルアミン, MDBAイソプロピルアミン, トリクロピル,ビアラホス 畑,水田, 果樹園, 非農耕地帯 魚毒性=A類 発ガン性:EPA;C ラット:内分泌系への影響 人体中毒症:けいれん, 意識障害,呼吸麻痺 畑,水田, 果樹園, 非農耕地帯 畑,果樹園 魚毒性=A類 発ガン性:EPA;C 人体中毒症:眼刺激性, 皮膚刺激性,吐き気 薬剤としての非イオン系 界面活性剤の毒性 魚毒性=A類 発ガン性:EPA;C 人体中毒症:意識障害, 神経障害,精神障害 既往の研究(分析法) HPLCによる研究 FMOC-Cl等の蛍光誘導体化試薬を用い、固相抽出後、 逆相HPLCによる分離を行い蛍光検出器で検出を行う分析法がメイン O O OH O O OH H2C H 2C NH + Cl O H 2C O H2C P HO N O P OH Glyphosate HO FMOC-Cl O OH GLYP-FMOC GC/MSによる研究 MTBSTFA,TFAA-TFE等の誘導体化試薬を用いた分析がメイン Journal of Chromatography A, 907 (2001) 既往の研究(前処理法) Prepare Sample: pH 6-8 Condition: 2mL methanol 4mL 0.5M NaOH, 2mL H2O 水道における日常的なモニタリン グにはPS2,C18といった逆相系の カートリッジを利用した固相抽出が 主流! Rinse: 4mL 0.5M NaOH Rinse: 2mL H2O Load :25mL sample Wash:2mL H2O Elute: 4mL 0.5M HCl in acetonitrile GLYP,GLUF,FOSEを濃縮するに は別途濃縮操作が必要! Paraquat, Diquatについても同様 Evaporate and Reconstitute: adjust to pH 3 for LC analysis Waters OASIS Environmental & Agrochemical Applications Notebook LC/MSを用いたParaquat, Diquatの分析法 HPLC Instrument Column Mobile phase Gradient Flow rate Injection vol. MS : Agilent1100 : TSKgel SP-NPR i.d. 2.050mm : A=20mM HCO2NH4/20%CH3CN# B=80mM HCO2NH4/20%CH3CN## : min. 0 2 Linear B% 0 100 : 0.3mL/min. : 100μL Instrument Mass range Ionization Fragmentor Neblizer(N2) Drying gas(N2) Vaporizer Vcap Polarity SIM(m/z) : : : : : : : : : : Aligent 1100LC/MSD SL m/z=70~300 APPI 100V 60psi 2L/min,350ºC 350ºC 650V Positive Paraquat;186 Diquat;183 #:80mM HCO2NH4水溶液とCH3CNを8:2の割合で混合 ##:20mM HCO2NH4水溶液とCH3CNを8:2の割合で混合 特別な前処理,固相抽出を必要とせず,陽イオン交換カラムを用いた 直接注入による高感度分析(0.1μg/Lレベルでの定量が可能に!) 第12回環境化学討論会(2003) 本研究の目的 今後、水道水源等の監視においても幅広い利用が見込まれるLC/MSを用い, 蛍光誘導体化試薬等を用いず簡便な方法で分離を行うために →陰イオン交換カラムを用いる 煩雑な前処理を必要としない分析法を確立するために →固相抽出等の操作を行わない、直接大量注入による分析法を開発する GLUF,GLYP,FOSE及びその分解物の簡便かつ迅速な分析法を開発 本法を適用し,環境中に於けるこれらの農薬の検出実態を明らかにする イオン化条件の検討 100 110 (M-H)- 200000 50 100000 0 0 100 100 m/z 180 (M-H)- 600000 50 400000 150 AMPA (m/z=110) GLUF (m/z=180) 200000 0 0 100 150 m/z 100 2000000 1000000 0 0 FOSE (m/z=109) 109 (C2H6O3P)- 50 100 150 m/z 100 200000 168 (M-H)- 50 100000 0 0 100 150 GLYP (m/z=168) m/z 100 400000 151 (M-H)- 50 200000 0 0 10 20 Scanモード,10mg/L,100μL注入時 30 min 100 150 m/z MPPA (m/z=151) イオン化条件の検討 35000 1000 35000 3500 120000 30000 30000 3000 800 100000 25000 25000 2500 80000 600 20000 20000 2000 60000 15000 15000 400 1500 40000 10000 10000 1000 200 20000 5000 0 0 0 10 AMPA 0 10 GLUF SIMモード,100μg/L,100μL注入時 20 FOSE 500 5000 0 0 20 GLYP 30 min MPPA 分析条件 HPLC Instrument Column : : Mobile phase : Gradient : Flow rate : Injection vol. : MS Agilent1100 Instrument TSKgel SuperIC-AP Mass range i.d. 4.675mm Ionization A=100mM HCOONH4 Fragmentor B:H2O Neblizer(N2) min. 0.0 15.0 15.1 35.0 Drying gas(N2) B% 98 98 80 80 Vcap 1mL/min. Polarity 100μL or 500μL SIM(m/z) : : : : : : : : : Aligent 1100LC/MSD SL 80~300 ESI 60V 60psi 13L/min,350ºC 1500V Negative AMPA;110, GLUF;180, FOSE;109, GLYP;168, MPPA;151 検量線 ~1, 10, 100μg/L×100L注入時~ Area Area 100000 150000 Area 400000 GLUF FOSE GLYP 80000 120000 300000 60000 90000 200000 60000 40000 30000 20000 100000 y = 860.72x - 1484.7 y = 1315.8x + 188.17 0 0 0 50 Amount (μg/L) 100 y = 3820.6x + 966.97 0 0 50 Amount(μg/L) 100 0 50 Amount(μg/L) 100 Correlation: 1.0000 Correlation: 0.9994 Correlation: 1.0000 良好な再現性と検量線が得られ,先端濃縮による 大量注入により定量下限値1 g/Lの分析が可能となった 環境試料への適用 GLYP 120 添加濃度:1g/L AC-2 PS-2 C18 100 300 回収率(%) 200 80 100 0 60 20 30 min 濾過のみ 40 300 20 200 100 0 GLUF FOSE GLYP 0 20 30min 濾過+PS2 環境試料への適用に際しては,0.45mメンブレンフィルターによる濾過と 各固相カートリッジによるクリーンナップ効果を検討 環境試料の測定結果(全国7浄水場における測定結果) 月 サンプル名 8月 A浄水 上旬 B浄水 C浄水 A原水 B原水 D原水 E原水 8月 A浄水 下旬 B浄水 C浄水 D浄水 F浄水 G浄水 A原水 B原水 C原水 D原水 E原水 GLUF GLYP FOSE MPPA 月 サンプル名 tr N.D. N.D. N.D. 9月 A浄水 tr N.D. N.D. N.D. 上旬 B浄水 N.D. N.D. 1.4 N.D. C浄水 N.D. N.D. 1.6 N.D. F浄水 N.D. N.D. 1.4 N.D. G浄水 N.D. N.D. 1.6 N.D. A原水 N.D. N.D. 1.6 N.D. B原水 N.D. N.D. N.D. 5.9 C原水 N.D. N.D. 1.4 6.0 E原水 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 2.0 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 1.2 6.7 N.D. N.D. N.D. N.D. 定量下限値:1g/L,検出下限値:0.1g/L GLUF GLYP FOSE MPPA N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 1.2 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 1.7 1.1 N.D. N.D. 2.1 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 2.1 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 1.1 N.D. N.D. まとめ 解離性有機リン系農薬の測定に関して ESI法によりLC/MSによる分析が可能となった (AMPAについて十分感度が得られなかった) 陰イオン交換カラムを用いることで,良好な分離と特別な前 処理を必要としないカラム先端濃縮による大量注入の分析が 可能となった 環境試料について 本法を適用し,浄水場原水,浄水について測定した結果 GLYP,FOSEがいくつかの試料で検出された。 今後,これらの農薬の処理性も含め更に検討を行う必要 がある。
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