Environmental dynamics of water-soluble organic compounds using stable isotope ratios

• Project/Area Number: 21H04929
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 63:Environmental analyses and evaluation and related fields
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology (2022-2024); Akita Prefectural University (2021)
• Principal Investigator: 川島 洋人 芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (60381331)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷保 佐知 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (00443200)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥41,730,000 (Direct Cost: ¥32,100,000、Indirect Cost: ¥9,630,000); Fiscal Year 2025: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2024: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2023: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2022: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2021: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
• Keywords: 安定同位体比 / 液体クロマトグラフ / 水溶性有機物質 / LC/IRMS / 環境動態 / 亜臨界燃焼 / 有機フッ素化合物 / PFAS / 安定同位体

Outline of Research at the Start

近年開発された液体クロマトグラフ/安定同位体比質量分析計（LC/IRMS）は水溶性成分の炭素安定同位体比の高精度分析を可能にした。その結果，様々な食品偽装を見分ける応用研究等が報告され始めている。本研究では，新たなLC/IRMSを開発し，ハロゲン含有成分である有機フッ素化合物の高精度分析方法の開発を目指す。有機フッ素化合物は，近年，残留性，蓄積性や有害性から地球規模での環境汚染が懸念されており，その環境動態把握とリスク評価が急務になっている。

Outline of Annual Research Achievements

近年開発された液体クロマトグラフ/安定同位体比質量分析計（LC/IRMS）は水溶性成分の炭素安定同位体比の高精度分析を可能にした。その結果，様々な食品偽装を見分ける応用研究や食品中の成分の生成メカニズム解明の研究が報告され始めている。しかし，LC/IRMSは，低濃度域かつ窒素，ハロゲン含有成分は分析出来ない等，装置におけるいくつかの課題がある。本研究では，LC/IRMSの燃焼法を一般的な湿式燃焼法から，亜臨界状態の湿式燃焼法（亜臨界燃焼）に改良することで，ハロゲン含有成分である有機フッ素化合物の高精度分析方法の開発を目指す。有機フッ素化合物は，近年，残留性，蓄積性や有害性から地球規模での環境汚染が懸念されており，その環境動態把握とリスク評価が急務になっている。本研究では，これら成分にLC/IRMSを初めて適用し，環境中挙動を目的とした。
令和4年度の研究では，短鎖であるTFA，TCAをターゲットに各種分析条件を検討し，炭素安定同位体比を高精度に分析することを可能とした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和4年度は，短鎖である有機フッ素化合物の炭素安定同位体比の高精度分析のための基礎実験を進めることができた。また，さらにLC/IRMSの改良を進めることが出来た。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度では，さらに有機フッ素化合物を収集し，それらの炭素安定同位体比の高精度，高確度が可能な成分の特定を行いたい。

Research Products

• [Journal Article] Discrimination for sake brewing methods by compound specific isotope analysis and formation mechanism of organic acids in sake (2022)
  • Author(s): Suto Momoka、Kawashima Hiroto
  • Journal Title: Food Chemistry Volume: 381 Pages: 132295-132295
  • DOI: 10.1016/j.foodchem.2022.132295
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sources identification of ammonium in PM2.5 during monsoon season in Dhaka, Bangladesh (2022)
  • Author(s): Kawashima Hiroto、Yoshida Otoha、Joy Khaled Shaifullah、Raju Rasel Ahammed、Islam Kazi Naimul、Jeba Farah、Salam Abdus
  • Journal Title: Science of The Total Environment Volume: 838 Pages: 156433-156433
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.156433
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Stable Carbon Isotope Ratio of Volatile Organic Compounds in Air Using Solid-Phase Microextraction Coupled with Chromatography, Combustion, and Isotope Ratio Mass Spectrometry (2022)
  • Author(s): Kawashima Hiroto
  • Journal Title: Chromatographia Volume: 85 Issue: 10-11 Pages: 871-881
  • DOI: 10.1007/s10337-022-04203-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurement report: Source characteristics of water-soluble organic carbon in PM2.5 at two sites in Japan, as assessed by long-term observation and stable carbon isotope ratio (2021)
  • Author(s): Nana Suto, Hiroto Kawashima
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Volume: 21 Issue: 15 Pages: 11815-11828
  • DOI: 10.5194/acp-21-11815-2021
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Determination of carbon stable isotope ratios of free amino acids in commercial soy sauce samples (2022)
  • Author(s): Kohei Sasaki, Hiroto Kawashima
  • Organizer: 8th Conference of the Forensic Isotope Ratio Mass Spectrometry Network
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大気環境分野における有害物質の炭素，窒素安定同位体比の最新の分析法及び発生源解析の研究 (2022)
  • Author(s): 川島洋人
  • Organizer: 大気環境学会年会，酸性雨分科会
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] 酒の識別法 (2021)
  • Inventor(s): 川島洋人，須藤百香
  • Industrial Property Rights Holder: 川島洋人，須藤百香
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2021