化学物質の包括的モニタリングを可能にする質量分析法の応用に関する研究

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H00796
• 研究機関: 国立研究開発法人国立環境研究所
• 研究代表者: 橋本 俊次 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境計測研究センター, 室長 (80321719)
• 研究分担者: 高澤 嘉一 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境計測研究センター, 主任研究員 (40391122) ; 松神 秀徳 国立研究開発法人国立環境研究所, 資源循環・廃棄物研究センター, 主任研究員 (10639040) ; 頭士 泰之 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, 研究員 (80611780) ; 柏木 宣久 統計数理研究所, モデリング研究系, 名誉教授 (50150032) ; 山本 敦史 公立鳥取環境大学, 環境学部, 准教授 (40332449) ; 大塚 宜寿 埼玉県環境科学国際センター, 化学物質・環境放射能担当, 担当部長 (30415393)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: ノンターゲット分析 / 次世代環境モニタリング / 精密質量分析 / セミアクティブエアサンプリング / 大気圧イオン化 / 差の検出 / 応用統計解析

研究実績の概要

これまでの研究で開発した、前処理を大幅に省略する包括二次元ガスクロマトグラフィ／引くお時間型質量分析法（GCxGC/ToFMS）による迅速かつ網羅的な測定法を、実際の河川水や環境大気の連続測定に適用した。GCxGC-ToFMS測定で得られる精密質量データを物質同定することなく、生データのまま比較することでも差の検出が可能であることを暮らすかるウォリス検定のようなノンパラメトリックな多群比較などの統計的手法により確認した。
データの各種（保持時間、質量、強度）のばらつきは、差の検出力に影響を与えることから、小さな差を検出するためにはそれぞれの精度向上が必要であった。新たに開発した精密質量データレビューソフトウェアにより、現行のToFMSの普及機種では、データポイント（データ取得頻度）を10Hz以上にすると、測定質量精度が大きく悪化（数十から数百ppm相当）することが確認でき、今後の手法（装置）開発への課題提起となった。
大気の中長期ノンターゲットモニタリングに対応するため、セミアクティブサンプラーDAS-300の改良を行い、風速0.38～0.50 m/s （可変量約 0.5L/min）の範囲で調整可能であることを確認した。また、単一電池1本において、1週間連続での動作が可能となった。
また、一般に普及しているGC-qMSによる測定データに、本研究で開発した非負値行列因子分解（NMF）を施すことにより、精度良いデコンボリューションが可能であることを確認した。河川水への応用では、データ分解前には確認できなかった数十種の農薬成分を同定することに成功した。
以上、GC/MS法による迅速かつ包括的な環境モニタリング法について、課題を明らかにしつつ、実用化に向けての道筋を示すことができた。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 包括的二次元ガスクロマトグラフィーと精密質量分析による環境モニタリングの試み (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本俊次
  • 雑誌名: 地球環境 巻: 24 ページ: 3-14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comprehensive two-dimensional gas-chromatography-based property estimation to assess the fate and behavior of complex mixtures: A case study of vehicle engine oil (2019)
  • 著者名/発表者名: Zushi Yasuyuki、Yamatori Yuki、Nagata Jun、Nabi Deedar
  • 雑誌名: Science of The Total Environment 巻: 669 ページ: 739～745
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.03.157
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biodegradation of the aromatic fraction from petroleum diesel fuel by Oerskovia sp. followed by comprehensive GC×GC-TOF MS (2019)
  • 著者名/発表者名: Lje?evi? Marija、Gojgi?-Cvijovi? Gordana、Ieda Teruyo、Hashimoto Shunji、Nakano Takeshi、Bulatovi? Sandra、Ili? Mila、Be?koski Vladimir
  • 雑誌名: Journal of Hazardous Materials 巻: 363 ページ: 227～232
  • DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.10.005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of a data-processing method for target and non-target screening using comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled with high-resolution time-of-flight mass spectrometry for environmental samples (2019)
  • 著者名/発表者名: Ieda Teruyo、Hashimoto Shunji、Isobe Tomohiko、Kunisue Tatsuya、Tanabe Shinsuke
  • 雑誌名: Talanta 巻: 194 ページ: 461～468
  • DOI: 10.1016/j.talanta.2018.10.050
  • 査読あり
• [学会発表] omprehensive analysis of PXDD/Fs and halogenated compounds in discharge water samples by GC×GC/TOFMS (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto S., Matsukami H., Ieda T., Suzuki G.
  • 学会等名: 39th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants
  • 国際学会
• [学会発表] reliminary application of multi-dimensional non-target analysis data by GC×GC/HRToFMS for environmental monitoring (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto S.
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Econometrics and Statistics (EcoSta 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Analysis of Airborne PFAS and HCB for the global monitoring (2019)
  • 著者名/発表者名: Takazawa, Y.
  • 学会等名: 9th Analysis Training of POPs in East Asian Countries
  • 国際学会
• [学会発表] Passive sampling and GC×GC (2017) When two marry to give better understanding of transport behaviour and fate of micropollutants in environmental waters (2019)
  • 著者名/発表者名: Deedar Nabi, Yasuyuki Zushi, Saer Samanipour, F. Ahmad, Samuel Arey, C. Aeppli
  • 学会等名: 9th International Passive Sampling Workshop and Symposium,
  • 国際学会
• [学会発表] Mixture Touch: A Web Platform for Assessments of Complex Mixtures Using Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography Coupled with Mass Spectrometry (GC×GC-MS) (2019)
  • 著者名/発表者名: Zushi.Y.
  • 学会等名: ICCA-LRI Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Emission status of flame retardants in sewage effluents from commercial DecaBDE handling facility in Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsukami, H., Hashimoto, S., Suzuki, G.
  • 学会等名: 9th International Symposium on Flame Retardants
  • 国際学会
• [学会発表] Emission status of flame retardants in indoor air and water effluent from e-waste recycling facility in Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsukami, H., Hashimoto, S., Suzuki, G.
  • 学会等名: 39th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants
  • 国際学会
• [学会発表] Validation of soft ionization method mediated by inert gas for non-target screening of halogenated compounds and application to crude extract of house dust (2019)
  • 著者名/発表者名: Ieda T., Hashimoto S., Tanabe K., Goto A., Kunisue T.
  • 学会等名: 39th International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants
  • 国際学会
• [学会発表] 廃棄物中間貯蔵所火災におけるノンターゲット分析の実際 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本俊次
  • 学会等名: 統計数理研究所共同研究「令和元年度 統計学的アプローチによる問題解決のための環境化学分析の 最適化・高度化に関する研究集会」
• [学会発表] データチェックのための一次元及び二次元LC・GC/MS用データビュアーの紹介 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本俊次
  • 学会等名: 統計数理研究所共同研究「令和元年度 統計学的アプローチによる問題解決のための環境化学分析の 最適化・高度化に関する研究集会」
• [学会発表] 最近の分析技術：GCxGC/ToFMSによるノンターゲットモニタリングの試み (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本俊次
  • 学会等名: 新しい水質分析に関するワークショップ～水道への展開～
  • 招待講演
• [学会発表] 混合物リスク評価のための基盤技術開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 頭士泰之、林彬勒、羽成修康
  • 学会等名: 産総研臨海副都心センター、産総研安全科学研究部門講演会
• [学会発表] GC-APCI/LC-ESI/QTOF-HRMS法による廃水のノンターゲット分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松神秀徳
  • 学会等名: 統計数理研究所共同研究「令和元年度 統計学的アプローチによる問題解決のための環境化学分析の最適化・高度化に関する研究集会」
• [学会発表] 河川水試料のノンターゲットGC/MS分析に向けたNMFによるピークの検出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大塚宜寿，蓑毛康太郎，橋本俊次
  • 学会等名: 第28回日本環境化学会環境化学討論会
• [学会発表] 環境試料ノンターゲット分析のための不活性ガスによるソフトイオン化法の検討とハウスダスト粗抽出液への試験的適用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 家田曜世, 橋本俊次, 田邊潔
  • 学会等名: 第28回環境化学討論会