Development of Determination of Trace Metals in Microplastics by XRF analysis

Research Project

Project/Area Number	22K05159
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
Research Institution	Azabu University
Principal Investigator	中野和彦麻布大学, 生命・環境科学部, 准教授 (40373021)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000) Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000) Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords	蛍光X線分析 / マイクロプラスチック / 微小部蛍光X線分析 / 微量元素 / RoHS指令 / EDX / 元素分析 / 分析化学
Outline of Research at the Start	マイクロプラスチックによる環境汚染は、我が国のみならず国際的にも極めて重要な環境問題となっている。マイクロプラスチックには、様々な金属が含有・付着しているが、マイクロプラスチックによる金属汚染に着目した研究は、海外では数例の研究例があるものの、日本ではこれまで報告例はない。さらに、海外の研究例も正確な定量分析が行われているとは言い難い。そこで本研究では、申請者が培ってきた蛍光X線分析における分析標準化技術を基礎として、蛍光X線分析法を用いたマイクロプラスチック中重金属元素の高精度定量分析手法を確立し、本邦におけるマイクロプラスチック及びマイクロプラスチックに伴う金属汚染状況の把握を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	可搬型の蛍光X線分析装置を用いた実験では、試料厚さや形状の異なるマイクロプラスチック中の微量金属元素の定量のための標準物質の作製および補正方法を検討した。その結果、試料直径が2mm 以上のマイクロプラスチックであれば、試料の形状を問わず、正確な微量金属元素の定量が可能な補正方法を確立した。さらに、試料マトリックスの異なるポリマーであっても、ポリ塩化ビニル樹脂以外のポリマーであれば、マトリックス補正を行うことなく、正確な定量が可能であることを確認した。この補正方法を用いて、実際のマイクロプラスチックの定量を行った結果、採取した96試料中50試料から、測定対象元素であるCr,Fe,Co,Cu,Zn,Sb,Pb,Brが検出された。また、RoHS指令の規制対象元素である Cr,Pb,Brでは、100mg/kgを超過した試料も複数確認され、Pbでは1000mg/kgを超過した試料も確認された。さらに、X線透過法を応用したポリマー種の判別方法の手法開発を行い、ポリエチレンや ABS樹脂、ポリエステル樹脂等の、主成分組成の実効原子番号が近いポリマーであっても、判別可能であることを示した。これらの研究成果は、第58回X線分析討論会(2022)、第59回X線分析討論会(2023)、日本分析化学会第72年会(2023) において、3件の学会発表を行い、日本分析化学会第72年会では、若手ポスター賞 (大阿蘇若手ポスター賞) を受賞した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 現在までに、試料厚さや形状の異なるマイクロプラスチック中の微量金属元素の定量のための標準物質の作製および補正方法を検討した。その結果、試料直径が2mm 以上のマイクロプラスチックであれば、試料の形状を問わず、正確な微量金属元素の定量が可能な補正方法を確立した。さらに、試料マトリックスの異なるポリマーであっても、ポリ塩化ビニル樹脂以外のポリマーであれば、マトリックス補正を行うことなく、正確な定量が可能であることを確認した。この補正方法を用いて、実際のマイクロプラスチックの定量を行った結果、採取した96試料中50試料から、測定対象元素であるCr,Fe,Co,Cu,Zn,Sb,Pb,Brが検出された。また、RoHS指令の規制対象元素である Cr,Pb,Brでは100mg/kgを超過した試料も複数確認され、Pbでは1000mg/kgを超過した試料も確認された。また、X線透過法を応用したポリマー種の判別方法の手法開発を行い、ポリエチレンや ABS樹脂、ポリエステル樹脂等の、主成分組成の実効原子番号が近いポリマーであっても、判別可能であることを示した。
Strategy for Future Research Activity	現在まで、可搬型の蛍光X線分析装置を用いた実験において、試料直径が2mm 以上のマイクロプラスチックであれば、試料の形状を問わず、正確な微量金属元素の定量が可能な補正方法を確立されている。今後は、試料サイズは 2 mm 未満のマイクロプラスチック中の微量元素の分析を行うため、Ｘ線集光素子の一つであるポリキャピラリーＸ線レンズを用いた微小部蛍光X線分析装置による定量を進めていく。