| 研究課題/領域番号 |
21K12278
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分64010:環境負荷およびリスク評価管理関連
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| 研究機関 | 滋賀県立大学 |
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研究代表者 |
須戸 幹 滋賀県立大学, 環境科学部, 教授 (50206570)
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| 研究分担者 |
岩間 憲治 滋賀県立大学, 環境科学部, 准教授 (60269727)
中村 卓 長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 准教授 (80344050)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2025年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | POCIS / 微量化学物質 / モニタリング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
河川や湖沼に残留する農薬や日用医薬品が、中長期的に生態系に与えるリスクを評価するためのモニタリング手法として、近年パッシブサンプラー（POCIS）が着目されている。しかし、POCISの国内での応用例はほとんどなく、流速や水温など様々な環境条件がサンプラーの集積量に与える影響も不明な部分が多い。
本研究では、従来のＰＯＣＩＳを基にして改良型POCISを開発し、化学物質の集積理論式を構築する。また、新たに作成する室内実験装置を用いて、さまざまな環境条件が改良型POCISの化学物質集積量に与える影響を検討する。さらに実際の河川や湖沼のモニタリングに改良型POCIS用い、その有用性を検証する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では改良型POCISの創出、フィールドの環境がＰOCIS集積量に与える影響の定量的評価、および実際のフィールドにおける改良型POCISの有用性の検証を目的としている。
2023年は、途中流入がない農業排水路内に流速が異なる3地点（河川流速18、27、65cm/s）を選定し、POCISの集積量に河川流速が与える影響を２週間、合計２回検証した。実環境中では、流下物による破損を防止するためにPOCISをステンレス製のかごに入れて浸漬するが、かご内の流速はかご外の１/２以下に低下することを示した。さらに分析対象とした７成分のうち3成分には集積量に有意差がないこと、４成分では地点間に有意差が見られたが、その差は1.5倍前後であることを確認した。
環境水の流下が降雨時のみに限定されるため、一時的にPOCISが干出するコムギ作付け転作田の排水路において、POCISを２週間設置（干出期間は５日）して干出による乾燥が集積量に及ぼす影響を検討した。検出された２種類の殺菌剤について、時間加重平均濃度をPOCISと１時間から１日おきに行ったグラブサンプリングで比較すると、１種類にほとんど差はなかったが、1種類は2.5倍でやや大きくなったことを明らかにした。
環境水中に残留する医薬品へのPOCISの適用性を検討するために、環境水中で検出ポテンシャルが高いと考えられる医薬品について、種々の固相樹脂からの回収率とLCMSMSによる定量分析の可否を検討した。HLB樹脂は回収率が高い抗菌薬が多く、汎用性性が高いと考えられたが、フルオロキノロン系化合物の一部はInertSep Pharmaでより高い回収率が得られた。フルオロキノロン系の抗菌薬については、InertSep Pharmaを固相樹脂としたグラブサンプリング法で河川水の検出実験を行い、検量線の範囲外でこれら抗菌薬が検出されることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の課題は、１）改良型POCISの創出と理論式の構築を行う、２）改良型POCISの集積性に影響するさまざまな環境要因の検証を行う、３）フィールドでの検証実験を行うことである。このうち1)に関しては、2023年度までに、操作性、利便性を高めたタイプB（吸着樹脂のHLB樹脂とPESフィルターの間にシリコンリングで1.0mmのスペースを設け、吸着樹脂をネジを切ったステンレス製外枠と雄ボルトを差しこむ外枠で挟み込む構造）を開発した。
また、２）と３）について、流速がPOCISの集積量に及ぼす影響のモデル実験に加えて、2023年度は排水路に調査地点を設定して実際の環境水における河川流速、および干出による乾燥の影響を検証した。さらに、使用頻度が高く大腸菌の耐性率が高い、いくつかの系統の抗菌剤において、POCISに用いる樹脂への適合性を検討し、一部の抗菌薬についてはグラブサンプリング法による河川水からの検出実験を実施したことやパッシブサンプリング法による河川水中の抗菌薬の検出実験のために必要なRs値決定実験を実施したことから、１）および２）の一部を達成できたと考えている。
一方、１）の課題に関連して、改良型ＰＯＣＩＳの物質移動を速度論的に解析するモデルの構築も目標の一つであるが、現在のところ予備実験の段階にとどまっている。従来のPOCISはHLB樹脂をPES膜で直接挟み込む構造であるが、改良型POCISで樹脂とフィルターの間にシリコンリングで1.0mmのスペースを設けた影響の解析を行う必要がある。
以上のことから、2023年度までに目標としていた内容のうち、POCIS内でのモデル式の構築に関する追加実験が必要であるが、改良型ＰＯＣＩＳを実際のフィールドで中長期的な平均濃度を精度高くモニタリングするツールとして開発する目標に対しては、おおむね順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題の目的を達成するための今後の研究の推進方策は以下の通りである。
・改良型ＰＯＣＩＳのフィルター間に生じる水層から直接採水できる装置を組み立ててPOCIS内の農薬および医薬品の動態を明らかにするとともに、試験管内で検討したフィルターの透過性、および樹脂の吸着性の知見を合わせて、ＰＯＣＩＳ内の物質移動モデルを構築する。
・POCISの集積量から環境水中の時間加重平均濃度を計算するためには、予め物質ごとに固有であるRsを実験室内で算出する必要がある。現状ではビーカー法が用いられているが、作業量や労力が簡略化できる装置・方法の開発を試みる。
・改良型ＰＯＣＩＳを農薬成分や抗菌剤、医薬品など広汎な化学物質に適用させるために、現状で用いているHLB樹脂では保持性が小さいと考えられる化学物質をピックアップし、代替となり得るHLB以外の吸着樹脂を検索する。POCISへの適用性が確認できれば、プール実験およびフィールドで実証実験を行う。
・農地河川および市街地河川において、実際のフィールドで改良型ＰＯＣＩＳの有効性を確認する実証調査を行い、データの蓄積を行う。さらに、これまでは特定の抗菌薬や医薬品に注目するターゲットスクリーニング分析を行ってきたが、申請者が想定していない農薬成分、抗菌剤、医薬品などの存在を確認するためにノンターゲットスクリーニング分析も試みる。
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