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Development of highly sensitive analytical methods for degradation products of chemical warfare agents with derivatization reagents

Research Project

Project/Area Number 20K18990
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 58040:Forensics medicine-related
Research InstitutionNational Research Institute of Police Science

Principal Investigator

大塚 麻衣  科学警察研究所, 法科学第三部, 研究員 (90801580)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords液体クロマトグラフィー質量分析 / 化学剤 / 誘導体化 / 計算化学 / 化学剤分解物 / 高感度分析 / LC-MS
Outline of Research at the Start

神経剤などの化学剤は高い毒性を持つことから、テロや事件で用いられた際には大きな被害をもたらす。このような場面においては、曝露証明のため被害者から化学剤由来の化合物を検出することが必要である。化学剤本体は反応性が高く検出することは困難であるため、その分解物の検出が重要となるが、低濃度であることや生体試料由来の夾雑物との分離の困難さなどの問題があり分析は困難であった。そこで本研究では、LC-MS 分析に適した誘導体化試薬を選択または合成することにより、分離挙動を改善するとともに、イオン化を促進して質量分析における感度も改善することで、化学剤分解物の高感度分析を達成することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

神経剤やびらん剤などの化学剤は高い毒性を持つことから、テロや事件で用いられた際には大きな被害をもたらす。このような場面においては、曝露証明のため、被害者の生体試料から化学剤由来の化合物を検出することが必要である。しかし、化学剤本体は反応性が高く検出することは困難であるため、化学剤の分解物を検出することが重要となる。一方で、化学剤分解物は高極性化合物であり、また生体試料中では低濃度であることから分析は困難であった。そこで本研究では、LC-MS/MS 分析に適した誘導体化試薬を選択または合成し、化学剤分解物の誘導体化 LC-MS/MS 分析を行うことを目的とした。
昨年度は、びらん剤である窒素マスタードの分解物について、以前開発したペンタフルオロベンゾイルクロリドを使用した誘導体化 LC-MS/MS 法よりも反応条件が穏やかで夾雑物による妨害が少ない新たな誘導体化 LC-MS/MS 法を開発するべく、新規に合成した誘導体化試薬の使用も含めて誘導体化反応の検討を行った。その結果、新たな誘導体化試薬を使用した手法は従来法よりも低温、短時間で誘導体化が可能であり、誘導体化反応の副生成物等による妨害ピークの影響も小さかった。また、尿への添加回収実験を行った結果、変更した固相抽出条件による抽出後に誘導体化を行うことで、検出限界は従来法より向上した。バリデーションの結果も良好であった。
現在、得られた結果について学会発表及び論文投稿の準備を進めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度は、合成した誘導体化試薬を用いた誘導体化反応条件の最適化及び尿の前処理条件の検討を進めていた。しかし、検討に使用していた液体クロマトグラフィー質量分析装置が故障し、修理に3ヵ月を要したことから、研究に遅れが生じた。

Strategy for Future Research Activity

得られた結果について、必要に応じて追加実験を行いながら、学会発表及び論文投稿を行う。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Simultaneous analysis of degradation products of Novichok agents and conventional nerve agents in human urine by ion chromatography-tandem mass spectrometry using ammonium regeneration solution2023

    • Author(s)
      Otsuka Mai、Yamaguchi Akinori、Miyaguchi Hajime
    • Journal Title

      Journal of Chromatography A

      Volume: 1707 Pages: 464290-464290

    • DOI

      10.1016/j.chroma.2023.464290

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of degradation products of nerve agents in biological fluids by ion chromatography-tandem mass spectrometry2022

    • Author(s)
      Otsuka Mai、Miyaguchi Hajime
    • Journal Title

      Forensic Toxicology

      Volume: 41 Issue: 1 Pages: 71-80

    • DOI

      10.1007/s11419-022-00633-x

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of degradation products of Novichok agents in human urine by hydrophilic interaction liquid chromatography-tandem mass spectrometry2022

    • Author(s)
      Otsuka Mai、Yamaguchi Akinori、Miyaguchi Hajime
    • Journal Title

      Forensic Toxicology

      Volume: - Issue: 2 Pages: 0-0

    • DOI

      10.1007/s11419-022-00656-4

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Theoretical evaluation of the hydrolysis of conventional nerve agents and novichok agents2021

    • Author(s)
      Otsuka Mai、Miyaguchi Hajime
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 785 Pages: 139116-139116

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2021.139116

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of nitrogen mustard degradation products via post-pentafluorobenzoylation liquid chromatography-tandem mass spectrometry2020

    • Author(s)
      Otsuka Mai、Miyaguchi Hajime、Uchiyama Masanobu
    • Journal Title

      Journal of Chromatography A

      Volume: 1625 Pages: 461306-461306

    • DOI

      10.1016/j.chroma.2020.461306

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 神経剤分解物の IC-MS/MS による一斉分析2024

    • Author(s)
      ○大塚 麻衣、山口 晃巨、宮口 一
    • Organizer
      日本法中毒学会第43年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Simultaneous analysis of nerve agent degradation products by ion chromatography-tandem mass spectrometry2023

    • Author(s)
      ○Mai Otsuka, Akinori Yamaguchi, and Hajime Miyaguchi
    • Organizer
      International Workshop on the Analysis of Chemical Warfare Agents to Mark the 50th Anniversary of VERIFIN
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] イオンクロマトグラフィー/タンデム質量分析による生体試料中の神経剤分解物の分析2022

    • Author(s)
      ○大塚麻衣・宮口一
    • Organizer
      日本法中毒学会第41年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 新規神経剤「Novichok」分解物の HILIC-MS/MS による分析2022

    • Author(s)
      ○大塚 麻衣・山口 晃巨・宮口 一
    • Organizer
      日本分析化学会第71年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Confirmation of exposure to chemical warfare agents by liquid chromatography-high-resolution tandem mass spectrometry2022

    • Author(s)
      ○Mai Otsuka
    • Organizer
      13th HOPE meeting
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 神経剤の加水分解反応の計算化学による考察2022

    • Author(s)
      ○大塚麻衣・宮口一
    • Organizer
      日本化学会第 102 春季年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] イオンクロマトグラフィータンデム質量分析による神経剤分解物の分析2022

    • Author(s)
      ○大塚麻衣・宮口一
    • Organizer
      日本薬学会第 142 年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Confirmation of exposure to chemical warfare agents by liquid chromatography-high-resolution tandem mass spectrometry2021

    • Author(s)
      ○Mai Otsuka, and Hajime Miyaguchi
    • Organizer
      Pacifichem 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多変量解析を用いた ESI-MS におけるイオン化効率の予測2020

    • Author(s)
      ○大塚麻衣・宮口一・内山真伸
    • Organizer
      第 68 回質量分析総合討論会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] エタノールアミン類の誘導体化 LC-MS/MS 法による分析2020

    • Author(s)
      ○大塚麻衣・宮口一
    • Organizer
      日本法中毒学会第 39 年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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