―超高感度価数別分析の検討と飲料水・環境水への応用− サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社キーワード Application Note EL13011 IC-ICP-MSによるクロムのスペシエーション分析引きを水道事業者向けに公表しています。また、米国環境保護庁 iCAP Q ICP-MS、Dionex ICS-5000＋、クロム、スペシエーション、イオンクロマトグラフィーカリフォルニア州環境保健有害性評価局（OEHHA ）は全クロムではなく毒性の高い Cr（Ⅵ）の水質目標値を定めており、その値は0.02 µg/Lと極めて低濃度です。今後、高感度で迅速な形態別分析手法がさらに重要になると考えられます。目的このアプリケーションノートでは、イオンクロマトグラフの高感度検出器として ICP-MSを用いて、クロムを価数別に高感度に分析する方法について説明します（IC-ICP-MSによるクロムのスペシエーション分析については、アプリケーションノート EL12004もあわせてご覧ください）。 IC-ICP-MSによる正確で高感度なスペシエーション分析においては、試料中のクロムの形態を保持したままで前処理や測定が行えること、および ICP-MSにおけるスペクトル干渉の克服が重要なポイントとなります。装置はじめにクロムは環境中においていくつかの化学形態で存在し、その化学クロマトグラフィー分離は、 Thermo Scientific™ Dionex™ 形態により毒性、生体への影響や環境中での挙動が異なるので、 ICS-5000＋イオンクロマトグラフィーシステムを用いて実施しま曝露評価をする場合には、それらを化学形態別に定量する必要がした。このシステムの試料経路は完全に金属フリーであるため、あります。米国環境保護庁（EPA ）では、Cr（Ⅵ）を長期的に摂取汚染がなく、今回検討したような超微量レベルでの元素のスペシした場合、健康上問題があるという最新の科学的見地に基づき、エーション研究に適しています。Dionex ICS-5000＋から溶出し飲料水中の Cr（Ⅵ）の分析方法やサンプリング法などに関する手た Cr 種の高性能元素検出器として、Thermo Scientific iCAP™ Qc ICP-MSを用いました。QCellコリジョンセルには flatapole テクノロジーが用いられており、 IC-ICP-MSアプリケーションにおいて、スペクトル干渉を抑制する選択性と、微量金属の高い検出性能を同時に実現します。ICのカラム出口配管と PFA-LCネブライザーを直接接続して、簡単に ICと ICP-MSを連結することができます。 iCAP Q ICP-MS Dionex ICS-5000＋ HPIC システム 2 分離条件 Dionex ICS-5000＋でのクロマトグラフィー分離条件を表1に示します。Cr 種の分離については、硝酸によるアイソクラティック溶出を用いる陰イオン交換クロマトグラフィーを選択しました。2 種類の Cr 種の電荷は異なりますが（ pHに応じて Cr（ Ⅲ）は主 3＋に［ Cr（H2 O ） Cr（Ⅵ）は H2 CrO4、HCrO4−、CrO42−、または 6］、 Cr 2 O 72−として存在）、Dionex IonPac AG7カラムは陽イオン、陰イオン双方に対し分離能があるため、いずれも溶出できます。このメソッドでは、逆相イオン対クロマトグラフィーとは対照的に、 EDTAなど錯化剤による試料前処理は必要なく、ろ過や希釈、酸表1：IC分離条件パラメーター設定溶離液 0.4 mol/L HNO3（イソクラティック）流速 1.2 mL/min カラム Dionex IonPac AG7 （4 mm i.d. 50 mm length）カラム温度 30 ℃ 注入量 1000 µL 測定所要時間 300 秒添加などの簡単な前処理のみで分析できます。結果として、前処理による汚染のリスクが排除され、試料処理効率も向上します。溶離液は0.4 mol/Lの硝酸としました。0.3 mol/L 以下では Cr（Ⅲ）が溶出せず、酸濃度が高すぎると Cr（Ⅵ）が還元され損失する恐表 2：ICP-MS測定パラメーターパラメーター設定ネブライザー ESI PFA-LC ネブライザースプレーチャンバー石英製サイクロン型インジェクター石英製内径 2.5 mm ICP-MSの測定パラメーターを表2に示します。純 Heガスを用いネブライザーガス流量 0.99 L/min た運動エネルギー分別（KED ）コリジョン条件で、 ArC、ClOHな高周波出力 1550 W QCell He ガス流量 4.3 mL/min QCell KED 設定電圧 +3 V れがあります。本検討では、高感度化のため、試料注入量を 1000 µLとし、カラムには4×50 mmのガードカラムを用いました。この条件下で、 Cr（Ⅲ）と Cr（Ⅵ）が300秒以内で完全に分離されました。 52 どの干渉を除去して、 Crと53 Crを測定しました。iCAP Qの Thermo Scientific QtegraTMソフトウェアには、クロマトグラムを解析できる時間分解分析機能が標準装備されており、 Dionex ICS-5000＋もこのソフトウェアから制御することが可能です。試料分離条件の検討および低濃度域検量線の作成には市販のクロム標準溶液を使用し、0.04 mol/Lの硝酸で希釈して、 0、2、5、10、 50 ng/Lに調製しました。実試料として、市販のボトル入りミネラルウォーター、水道水および河川水認証標準物質（NMIJ 7201-a およびJSAC 0301-3）を分析しました。また、ミネラルウォーター 1点に標準溶液を添加して、添加回収率を検討しました。試料は高純度硝酸であらかじめ洗浄した PPボトルに採取し、分析直前に硝酸を添加（0.04 mol/L ）して分析を行いました。測定同位体積分時間 Cr、53Cr 52 100 ms 結果と考察 3 最初に標準溶液を用いて検量線を作成しました。標準溶液は0.04 mol/Lの硝酸で希釈して調製しました。酸を添加しない中性の標準試料では、試料容器などへの吸着によりクロムの損失が確認され、ng/Lオーダーの低濃度域の測定の場合にはその影響が無視できないためです。各標準溶液のクロマトグラムを図1に、検量線を図2に示します。各化学種とも2 ng/Lからピークが観察され、 2 ∼ 50 ng/Lの低濃度域でも良好な直線性が得られました。S/N比から算出した検出下限と定量下限を表 3に示します。Cr（Ⅳ）で2 .5 ng/L、Cr（Ⅲ）で3 .3 ng/Lの定量下限が得られました。また、各化学種5 ng/Lの繰り返し再現性（n =3）は CV 5 %以下でした。実試料での本メソッド評価のため、ボトルウォーター 1試料に Cr（Ⅵ）、 Cr（Ⅲ）を50 ng/L添加して測定しました。添加試料と標準溶液で保持時間はよく一致し（図3）、回収率は Cr（Ⅵ）で108 %、Cr（Ⅲ）で102 ％でした。 Cr（Ⅵ） Cr（Ⅲ）図1：標準溶液のクロマトグラム Cr（Ⅵ） Cr（Ⅲ）図2：Cr（Ⅵ）、Cr（Ⅲ）の検量線（0、2、5、10、50 ng/L ）表3：本メソッドにおける検出下限と定量下限化学種 Cr（Ⅵ） ng/L Cr（Ⅲ） ng/L 検出下限 0.8 1.0 定量下限 2.5 3.3 Application Note EL13011 Cr（Ⅵ） Cr（Ⅲ）図3：Cr（Ⅵ）、Cr（Ⅲ）のクロマトグラム（標準溶液を添加したミネラルウォーター）実試料への適用表5：河川水認証標準物質の分析結果ボトルウォーター、水道水の分析結果を表4に、河川水認証標準物試料名 Cr（Ⅵ） ng/L Cr（Ⅲ） ng/L Cr 認証値 ng/L では Cr（Ⅵ）が、河川水認証標準物質には硝酸があらかじめ添加 CRM JSAC 0301-3 n.d. 159 されているため、Cr（Ⅲ）が主要な形態として検出されました。ま 160 ± 1 CRM NMIJ 7201-a n.d. 129 140 ± 5 質の分析結果を表5に示します。ボトルウォーターおよび水道水た、認証標準物質の結果は認証値とほぼ一致しました。飲料水や河川水には Cl、Cなどが含まれることから、ClOH、ArC等の多原子イオンの干渉の影響が懸念されますが、同位体比52 Cr/53 Crは、まとめ理論値8 .81とほぼ一致し、iCAP Qの He KEDモードで干渉が除 Dionex ICS-5000＋イオンクロマトグラフィーシステムと iCAP 去されていることが確認できました。 Qc ICP-MSを組み合わせることにより、天然水中の ng/Lレベルの Cr（Ⅲ）と Cr（Ⅵ）のスペシエーション分析が可能な、高感度な表4：実試料の分析結果メソッドを検討しました。今回のメソッドでは、硝酸添加以外の Cr（Ⅲ） ng/L 試料前処理なしで、溶離液として高純度硝酸を用いて、水試料中試料名 Cr（Ⅵ） ng/L 水道水 1 243 1.8 水道水 2 310 1.3 は、 300秒未満で両 Cr 種を完全に分離し、スループットの高い水試料のルーチン分析を可能にします。の Cr（Ⅲ）と Cr（Ⅵ）双方のスペシエーション分析を迅速かつ高い再現性で実施できます。短くても効率の高い Dionex AG7カラム水道水 3 108 1.5 ミネラルウォーター 1 411 n.d. iCAP Q ICP-MSの新しい QCellコリジョンセルテクノロジーにミネラルウォーター 2 71 1.9 52 より、 Crイオンと53 Crイオンを干渉を受けずに検出できます。ミネラルウォーター 3 117 1.2 Dionex ICS-5000＋の完全に金属フリーの経路および iCAP Q ミネラルウォーター 4 302 1.4 の高感度 He KEDモードにより、 sub ng/Lの検出限界が達成可ミネラルウォーター 5 250 2.1 能です。 *Cr（Ⅲ）の結果は、1試料を除いてすべて検出下限値以上、定量下限値以下であったので参考値として表示 Ⓒ 2013 Thermo Fisher Scientifi c Inc. 無断複写・転載を禁じます。ここに掲載されている会社名、製品名は各社の商標、登録商標です。ここに掲載されている内容は、改善のために予告なく変更することがあります。サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社分析機器に関するお問い合わせはこちら 0120-753-670 FAX 0120-753 -671 〒221-0022 横浜市神奈川区守屋町3 -9 C 棟〒532 -0011 大阪市淀川区西中島 6 -3 -14 DNX 新大阪ビル E-mail : [email protected] www.thermoscientific.jp E1312