3D固相濃縮を用いるPPCP微量分析法の確立と迅速・自動水質

3D固相濃縮を用いるPPCP微量分析方法の確立と
迅速・自動水質モニタリングへの展開
京都府立大学
大学院生命環境科学研究科
2014年3月20日
H25年度琵琶湖淀川水質保全機構
水質保全研究助成成果報告会
3D固相濃縮を用いる
PPCP微量分析方法の確立と
迅速・自動水質モニタリングへの展開
京都府立大学
大学院生命環境科学研究科
細矢憲
背景：水中で確認される「毒」
O
H
O
R
O
2
O
H
N
OH
研究目的
+ NH
OH
O
+NH
2
H3C-O4P
N
+NH
2

医薬品，生活関連ケア製品(PPCP)を
水相から捕捉するトラッピング層を構築する

捕捉されたPPCPを充分に保持できる
疑似親水性相互作用分離層を創出する

PPCPの特徴を認識し，夾雑物を排除する
多次元メカニズム分子鋳型を構築する
NH
N
H
HO
(H3C)2N
HO
OH
Anatoxin a(s)（藍藻毒）
Tetrodotoxin（フグ毒）
H
H
OSO3-
HN
NH
H
O
H
N
+
NH2
HN
N
HN
CH3
+
O
Anatoxin-a（藍藻毒）
O
H2N
OH
O
HN
NH
H2N+
N
HO
Cylindrospermopsin (CYN)（藍藻毒）
OH
Saxitoxin (STX)（貝毒）
●疎水性相互作用を利用したC18等の分離媒体は有効ではない
●様々な夾雑物があり，選択的分子認識能を有する前処理剤が必要
つまり，PPCPを，
懸念されるPPCP例
トラップ層で捕捉・透過

⇒疑似親水性層で分配・保持

⇒分子鋳型で選択的保持・濃縮

Clarithromycin
Triclosan
Ketoprofen
Azithromycin


Zanamivir
Sulpiride
9‐1
水現代病の正確な認識と低減
水質保証
3D固相濃縮を用いるPPCP微量分析方法の確立と
迅速・自動水質モニタリングへの展開
3D固相
京都府立大学
大学院生命環境科学研究科
模式図
対象物質
Clarithromycin
1. 医薬品，生活関連ケア製品(PPCP)を水相から捕捉するトラッピング層を構築する
2. 捕捉されたPPCPを充分に保持できる疑似親水性相互作用分離層を創出する
3. PPCPの特徴を認識し，夾雑物を排除する多次元メカニズム分子鋳型を構築する

Ketoprofen
官能基間距離固定
分子鋳型構築
●: vinyl groups
Crosslinker
(EDMA)
Porogen
Initiator
⇒選択的捕捉・濃縮・検出実験
+
Functional monomer
Template
Polymerization
skeletone

Azithromycin
Sulpiride
Zanamivir
H25年度課題

Triclosan
Ionic complex
Addition reaction
Remove template
トラッピング層構築のための基礎検討
N to N, 12.0 Å
N to N, 11.1 Å
Kubo, Hosoya, et al., J. Pharm. and Biomed. Anal., 89, 111 – 117 (2014).
液体クロマトグラフィー評価
40
sulpiride
140
hexylbenzne
hexylbenzene
aniline
aniline
2
120
3
35
Separation factor, α
(sulpiride/solute)
Absorbance/mAu
選択性の発現
100
I-MIP
1
80
sulpiride
60
2
40
3
20
I-NIP
1
DMA
DMA
30
25
20
0
0
5
10
15
20
15
Time/min
LC Conditions: mobile phase, 50 mM formate buffer (pH 3.0)/MeCN = 2/8 (v/v); column size, 100 mm 
4.6 mm i.d.; flow rate, 0.5 mL/min; detection, UV 254 nm; temperature, 40 ºC; injection, 5 μL; solutes, 1
acetone (1000 ppm), 2 aniline (100 ppm), 3 hexylbenzene (100 ppm)
TBA-P
I-NIP
BTAB-MIP
I-MIP
DMA, N,N-dimethyl aniline
9‐2
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迅速・自動水質モニタリングへの展開
1400
1398000
I-MIP
固相抽出実験
1198000
1200
Absorbance/mAu
漏出曲線
京都府立大学
大学院生命環境科学研究科
998000
1000
( 104)
3.5E+05
35.0
798000
800
598000
600
398000
400
Chromatograms of each fraction by the SPE evaluation for sulpiride solution.
LC Conditions: mobile phase, 100 mM formate buffer (pH 3.0) / MeCN = 2/8 (v/v); flow rate, 0.2
mL/min; column, TSKgel Amide-80 (150 mm  2.0 mm i.d.); temperature, 40 C; injection, 2.0 μL.
MS Conditions: nebulizer gas, N2, 1.5 L/min; voltage of interface, 4.5 kV;
voltage of detector, 1.5 kV; ionization method, ESI; detection: m/z = +342.05.
ESI-SIM, m/z +342.05
30.0
3.0E+05
-20000
0
5
10
15
2.5E+05
25.0
SPE protocols: conditioning, water-10 mL; concentration, 10 μg/L sulpiride sol.-10 mL, washing, water-
Intensity
198000
200
(a) non-treated sample (10 ppb sulpiride), (b) MeCN fraction, (c) collected fraction.
1.0 mL and MeCN-1.0 mL; extraction: 100 mM formate buffer (pH 3.0) / MeCN = 2/8 (v/v)-1.0 mL.
Time/min
20.0
2.0E+05
I-NIP
Absorbance/mAu
1398000
1400
1198000
1200
1.5E+05
15.0
998000
1000
10.0
1.0E+05
798000
800
598000
600
(c)
5.0
5.0E+04
398000
400
198000
200
(b)
(a)
0
0.0E+00
0
-2000
0
0
5
10
2
4
15
6
8
10
Time / min
Time/min
分析結果（標準溶液）
カラム濃縮・分析システム
Switching valve
Pump for analysis
( 104)
250000
25.0
ESI-SIM, m/z +342.05
Detector
Analytical column
200000
20.0
Mobile phase
Pump for concentration
Intensity
150000
15.0
I-MIP
Switching valve
(6 ports)
Pretreatment: conditioning with water, 4.0 mL; 10 ng/L sulpiride
aqueous solution, 10 mL; washing with water, 1.0 mL; washing with
MeCN, 1.0 mL.
*Valve switching was acted after washing with MeCN and the
acquirement of chromatogram was started.
100000
10.0
50000
5.0
00
0
5
10
15
20
25
30
Time / min
Sample and solvent for washing
実試料
サンプリング場所
700000
7.0
( 105)
ESI-SIM, m/z +342.05
6.0
600000
River water
Detection: 560 ng/L
Intensity
5.0
500000
4.0
400000
3.0
300000
200000
2.0
1.0
100000
00
0
5
10
15
20
Time / min
The river water was diluted to 10 times with water
9‐3
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大学院生命環境科学研究科
ちなみに
トラップ層の開発
表面修飾法
MPC（ポリマー）の溶解チェック
1) 溶媒に分散
多孔性
ポリマー
粒子
2)
機能性
モノマー
+
開始剤
重合
溶媒分散法 (disp)
表面修飾機構
モノマー溶解ポリマー溶解
メタノール，エタノール
モノマー溶解
ポリマー難溶
2-プロパノール，アセトニトリル
表面状態観察
モノマー難溶
ポリマー難溶
アセトン，THF
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次年度の課題
表面状態の模式図
O
MPCによる表面修飾の実施（一部開始）

⇒トラップ層の有効性，選択性の検討

O
-
O
O
P
O
O

疑似親水性相互作用層形成（一部開始）
N+
総合的捕捉・濃縮能力の確認

⇒システムへの応用と水評価

ご支援御礼申し上げます
京都府立大学
細矢憲
9‐5

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