臭素化ジフェニルエーテルの規制とその背景 O x PBDEs y 2007 Nihon Waters k.k. 3 臭素系難燃剤 ominated Flame Retardants (BFRs) ポリ臭素化ジフェニルエーテル (PBDEs) - pentabde - octapbde - decap

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1 臭素系難燃剤のアプリケーショントピックス 日本ウォーターズ株式会社 2007 Nihon Waters k.k. Overview 臭素化ジフェニルエーテル (PBDEs) の規制とその背景 GC-MS/MS システム Quattro Micro GC による PBDEs 分析 PBDEs 分析における 3 種のカラムの比較と分析上の注意点 PBDEs 分析における HRMS と MS/MS による定量結果の比較 臭素系難燃剤 HBCDs に関する規制の動向と分析法 2007 Nihon Waters k.k. 2

2 臭素化ジフェニルエーテルの規制とその背景 O x PBDEs y 2007 Nihon Waters k.k. 3 臭素系難燃剤 ominated Flame Retardants (BFRs) ポリ臭素化ジフェニルエーテル (PBDEs) - pentabde - octapbde - decapbde ポリ臭素化ビフェニル (PBBs) 四臭素化ビスフェノール - A (TBBPA) ヘキサブロモシクロドデカン (HBCDs) STOP 2007 Nihon Waters k.k. 4

3 臭素系難燃剤の規制 RoHS 指令 RoHS: Restriction of Hazardous Substances( 危険物質に関する制限 ) 2006 年 7 月 1 日以降 EU 加盟国内において 以下の物質の含まれた電子 電気機器は販売できない o 鉛 :1,000ppm 以下 o 水銀 :1,000ppm 以下 o カドミウム :100ppm 以下 o 六価クロム :1,000ppm 以下 o ポリ臭化ビフェニル (PBB) :1,000ppm 以下 o ポリ臭化ビフェニルエーテル (PBDE) :1,000ppm 以下 x y O PBBs x PBDEs y 2007 Nihon Waters k.k. 5 PBDEs 生産量 (2004) PentaBDE (ton/year) America Europe 210 Asia -- Total OctaBDE America Europe 450 Asia Total (ton/year) From: DecaBDE (ton/year) America Europe Asia Total Nihon Waters k.k. 6

4 難燃剤として製造された PBDEs の主要異性体 PBDE # 28 2,4,4 -TriBDE PBDE # 47 2,2,4,4,4,4 -TetraBDE PBDE # 66 2,3,4,4,4,4 -TetraBDE PBDE # 85 2,2,3,4,4,3,4,4 -PentaBDE PBDE # 99 2,2,4,4,4,4,5-PentaBDE PBDE # 100 2,2,4,4,4,4,6-PentaBDE PBDE # 153 2,2,4,4,4,4,5,5 -HexaBDE PBDE # 154 2,2,4,4,4,4,5,6 -HexaBDE PBDE # 183 2,2,3,4,4,3,4,4,5,6-HeptaBDE PBDE # 209 2,2,3,,3, 3, 3, 4,4,, 5, 5,6,65,6 -DecaBDE 2007 Nihon Waters k.k. 7 スェーデンにおける母乳中の TeBDE # 47 and HxBDE # 153 のトレンド ng/g lipid weight 2,5 2 1,5 1 0,5 PBDE-47 PBDE D.Meironyté et al., J Toxicol Environ Health,1999 D. Meironyté Guvenius and K. Norén, BFR Nihon Waters k.k. 8

5 ドイツにおける母乳中の PBDEs のトレンド PBDE in Human Milk from Germany 1992/2002 1,20 1,00 0,80 µg/kg fat 0,60 0,40 0,20 0,00 PBBE 28 PBBE 47 PBBE 66 PBBE 85 Congener PBBE 99 PBBE 100 PBBE 153 PBBE 154 PBBE Nihon Waters k.k. 9 GC-MS/MS システム Quattro Micro GC による PBDEs 分析 2007 Nihon Waters k.k. 10

6 Quattro Micro GC 装置断面の概略図 Instrument diagram 2007 Nihon Waters k.k. 11 Quattro micro GC TM 主な仕様 イオン化法 : EI (+), CI (+/-) イオン源 測定モード 試料導入 : プラグインスタイル ( 装置の真空を破らずに インナーイオン源の交換が可能 ) : Full scan, SIM, MRM, Product Ion scan, Precursor Ion scan, Neutral Loss scan : GC の他 直接導入プローブ GC : Agilent 6890 Auto Sampler 測定質量範囲 走査速度 検出器 Desorption CI 用直接導入プローブ : Agilent 7683, CTC GC-Pal/CombiPal : m/z 4~1500 : ~5000 amu/sec : フォトマルチプライヤー 2007 Nihon Waters k.k. 12

7 MS/MS で用いる主な測定モード Q1 選択されたイオンだけを透過 Q2 衝突誘起解離 Q3 プロダクトイオンをスキャン イオン源 プレカーサーイオン Daughter scan プロダクトイオン 検出器 Q1 選択されたイオンだけを透過 Q2 衝突誘起解離 Q3 選択されたイオンだけを透過 イオン源 プレカーサーイオン MRM プロダクトイオン 検出器 2007 Nihon Waters k.k. 13 PBDEs 分析法とシステムの選択 血液 母乳などの生体試料 HRGC-HRMS : 13 C 12 ラベル化された内部標準物質を用いた精密質量による 高選択性でかつ高感度測定 環境試料または 極微量分析 HRGC-HRMS : 13 C 12 ラベル化された内部標準物質を用いた精密質量による 高選択性でかつ高感度測定 GC-MS/MS : HRGC-HRMS に比べ 安価で簡便な分析手法であるが MS/MS による高選択性で高感度測定が可能 材料分析 HRGC-MS : 最も簡便な測定手法であるが 前処理によるマトリックスの除去は重要 GC-MS/MS : HRGC-HRMS に比べ 安価で簡便な分析手法であるが MS/MS による高選択性で高感度測定が可能 LC-UV : 感度面 選択性では劣るが安価で容易な手法 2007 Nihon Waters k.k. 14

8 材料分析における PBDEs 分析法前処理について 熱抽出汎用的なポリスチレンは 400 付近から熱分解をはじめる Deca-BDE は 360~380 付近で熱抽出される フロンティア ラボ社のダブルショットパイロライザなどで 380 までの昇温により熱抽出することが好ましい ソックスレー抽出 /ASE 汎用的な抽出方法 PBDEs の抽出には一般的にヘキサンまたは トルエンが 使用されている 溶解分別法 ポリマーが可溶な時に有効な抽出法 良溶媒にいったん溶解させたポリマーを 貧溶媒を加えてポリマーのみを沈殿させ 遠心分離などにより除去する方法 PBDEs の分析では トルエンが貧溶媒に適している 2007 Nihon Waters k.k. 15 UPLC R - PDA による PBDEs 分析条件 A1 : 0.1% ギ酸 / H2O B1 : 0.1% ギ酸 / ACN A1/B1 = 15/85 ( アイソクラティック ) 流量 : 0.6mL/min BEH C18 (2.1mm x 100mm x 1.7mm). カラムオーブン温度 : 50 C Injection volume : 1uL PDA detector : 200~500nm (Rs : 波長分解能 =1.2nm, サンプリングレイト 40Hz.) 2007 Nihon Waters k.k. 16

9 UPLC R による PBDEs の UV クロマトグラム 1000ppm DE79 (Octa-BDEs) Hexa-BDE( BDE(#154) Hexa-BDE( BDE(#153) Octa-BDE BDE(#183 (#183) Octa-BDE Octa-BDE BDE(# (#196) Octa-BDE BDE(# (#197) Nona-BDE 1ul injection Nona-BDE Deca-BDE 2007 Nihon Waters k.k. 17 PBDEs のMS 及び MS/MS スペクトルにおける共通の脱離パターン Full scan における PBDEs のMS スペクトルでは M- 2 イオン ( 臭素が 2 個脱離したイオン ) の強度が最も高い Daughter scan においても M- 2 イオン ( 臭素が 2 個脱離 したイオン ) が高い強度で観測された M- 2 イオンを選択し CID をおこなうと CO,, CO 2, CO 3, 2 の脱離が観測される 2007 Nihon Waters k.k. 18

10 BDE#47 Full scan における MS スペクトル Full scan mass spectrum for 2,2,4,4 -Tetrabromo diphenyl ether (BDE#47) Most abundant fragment = [M- 2 ] Nihon Waters k.k. 19 BDE#47 分子イオンを選択した際の Daughter scan における MS/MS スペクトル Daughter scan mass spectrum for 2,2,4,4 -Tetrabromo diphenyl ether (BDE#47) Spectrum shows loss of 2 from the molecular ion 2007 Nihon Waters k.k. 20

11 BDE#47 [ M- 2 ] を選択した際の Daughter scan における MS/MS スペクトル Daughter scan mass spectrum for 2,2,4,4 -Tetrabromo diphenyl ether (BDE#47) Spectrum shows loss of CO 2 from the M- 2 major fragment ion 2007 Nihon Waters k.k. 21 BDE#209 Full scan における MS スペクトル Full scan mass spectrum for decabromo diphenyl ether (BDE#209) Most abundant fragment = [M- 2 ] Nihon Waters k.k. 22

12 BDE#209 分子イオンを選択した際の Daughter scan における MS/MS スペクトル Daughter scan mass spectrum for Decabromo diphenyl ether (BDE#209) Spectrum shows loss of 2 from the molecular ion 2007 Nihon Waters k.k. 23 BDE#209 [ M- 2 ] を選択した際の Daughter scan における MS/MS スペクトル Daughter scan mass spectrum for Decabromo diphenyl ether (BDE#209) Spectrum shows loss of 2 from the M- 2 major fragment ion 2007 Nihon Waters k.k. 24

13 PBDEs MRM 測定条件定量用イオンと確認用イオンの事例 BDE Precursor Ion Product ion Collision energy(ev) mono bromo 248 [M] 141[-CO] [M] 141[-CO] 15 di bromo [M] [-2] [M-2] 139 [-COH] 20 tri bromo [M] 248 [-2] [M-2] 139 [-CO] 30 tetra bromo [M] [-2] [M-2] 138 [-CO2] 45 penta bromo [M] [-2] [M-2] 137 [-CO3] 55 hexa bromo [M] [-2] [M-2] [-CO] 30 hepta bromo [M] [-2] [M-2] [-CO] 30 octa bromo [M] [-2] [M-2] [-CO] 30 nona bromo [M] [-2] [M-2] [-CO] 35 deca bromo [M] [-2] [M-2] [-2] Nihon Waters k.k Cラベル化 PBDEs MRM 測定条件定量用イオンと確認用イオンの事例 13C-BDE Precursor Ion Product ion Collision energy(ev) mono bromo 260 [M] 152.1[-CO] [M] 152.1[-CO] 15 di bromo [M] [-CO2] [M] [-2] 20 tri bromo [M] 258 [-2] [M] 260 [-2] 15 tetra bromo [M] [-2] [M-2] [-CO2] 45 penta bromo [M] [-2] [M-2] [-CO3] 55 hexa bromo [M] [-2] [M-2] [-2] 30 hepta bromo [M] [-2] [M-2] [-CO3] 55 octa bromo [M] [-2] [M-2] [-CO] 30 nona bromo [M] [-2] [M-2] [-CO] 30 deca bromo [M] [-2] [M-2] [-2] Nihon Waters k.k. 26

14 PBDEs分析における PBDEs分析における 3種のカラムの比較と分析上の注意点 2007 Nihon Waters k.k. 27 PBDEsの PBDEsのGC分析条件事例 GC分析条件事例 3種のGCカラムを用い 分離 感度 直線性について確認を実施 全てのカラムに関してSplitless modeで測定をおこなった 20m DB5-ms 180mm i.d., 0.18mm film 140 C/4mins, 20 C/min to 220 C, 30 C/min to 315 C, hold 19mins. He flow 0.6ml/min, constant flow mode. 30m DB1-HT, 250mm i.d., 0.1mm film 140 C/2mins, 5 C/min to 220 C, 20 C/min to 320 C, hold 7mins. He flow 1ml/min, constant flow mode. 15m DB1-HT, 250mm i.d., 0.1mm film 140 C/1min, 10 C/min to 220 C, 20 C/min to 320 C, hold 3mins. He flow 1ml/min, constant flow mode Nihon Waters k.k. 28

15 3 種の GC カラムによる Tetra BDEs の分離と感度 20m DB5-ms 180mm i.d.,., 0.18mm m film 30m DB5-ms 250mm i.d.,., 0.1mm m film 15m m DB1-HT 250mm i.d.,., 0.1mm m film 2007 Nihon Waters k.k. 29 カラム間における感度比較 20m DB5-ms LOD (pg) 15m DB1-HT LOD (pg) 30m DB1-HT LOD (pg) BDE# BDE# BDE# BDE# BDE# BDE# BDE# BDE# BDE# BDE# Nihon Waters k.k. 30

16 BDE#209 の検量線とダイナミックレンジの確認 5pg to 2000pg, %RSD=1.9% 2007 Nihon Waters k.k. 31 PBDEs 分析における 3 種のカラムの比較のまとめ 3 種のカラムに関して定量限界 検出限界を検証し 検量線の直線性についても 同時に検証をおこなった DB1-HT 15m カラムを用いると全般的に感度が高かった DB1-HT 30m カラムは mono から hepta BDEs の異性体分離において良好であった しかし Hexa BDEs における感度は最も低い結果であった DB5-ms は 高臭素化体の感度が悪かったが 低臭素化体では分離 感度ともに良好であった Mono ~ Penta BDEs DB5-ms 20m Hexa ~ Deca BDEs DB1-HT 15m 2007 Nihon Waters k.k. 32

17 PBDEs 分析におけるカラム選択における注意点 溶出温度は ピーク形状を損なわない範囲で可能な限り低くすることが好ましい 不活性度の高いカラムを使用する ( 新品または 不活性度の高い製品が好ましい ) カラムの不活性度を維持するため カラム取付け時は水分の除去を 150 以下で実施 高温で長時間のエージングは絶対におこなわない 注入口のインレットライナーも同様の扱いをする 注入口のインレットライナーも同様に不活性度の高いものを使用する 2007 Nihon Waters k.k. 33 PBDEs 分析における HRMS とMS/MS による定量結果の比較 2007 Nihon Waters k.k. 34

18 定量結果に関する評価 HRGC-HRMS HRMSによる定量結果との比較 HRGC-HRMS HRMS : 精密質量による選択性 HRGC-MS/MS : MRM による選択性 下水汚泥及び 排出ガスの試料 計 5 種の試料の定量結果を比較 AutoSpec Ultima NT により 精密質量の MS クロマトグラムから定量 BDEs #47 & #209 における定量値を比較 2007 Nihon Waters k.k. 35 BDE#47 における定量値の比較 BDE#47 では 定量値は良好な相関を示している Matrix GC-MSMS (ng/g) HRGC-HRMS (ng/g) 下水汚泥 下水汚泥 脱水処理下水汚泥 魚肉組織 凍結乾燥した魚肉組織 Nihon Waters k.k. 36

19 BDE#209 における定量値の比較 BDE#209 でも 定量値は良好な相関を示している Matrix GC-MSMS (ng/g) HRGC-HRMS (ng/g) 下水汚泥 下水汚泥 脱水処理下水汚泥 魚肉組織 凍結乾燥した魚肉組織 Nihon Waters k.k. 37 凍結乾燥した魚肉組織中から抽出した BDE#47 139ng/g GC-MS/MS 2007 Nihon Waters k.k. 38

20 魚肉組織中から抽出した BDE#47 8.8ng/g GC-MS/MS 2007 Nihon Waters k.k. 39 下水汚泥から抽出した BDE# ng/g 2007 Nihon Waters k.k. 40

21 排出ガスから抽出した BDE# ng/m Nihon Waters k.k. 41 人為的な定量 同定のミスを防ぐ TargetLynx ( オプションソフトウェア ) 2007 Nihon Waters k.k. 42

22 GC-MS MS/MS による PBDEs 分析に関するまとめ ポリ臭素化ジフェニルエーテルは 食物連鎖や環境汚染における調査及び 材料関連での分析がされており GC-MS/MS により選択性定量精度を 犠牲にすることなく簡易化できる可能性がある ポリビフェニルエーテルの分析においては 溶出温度の他に カラム 注入口など の不活性度に注意が必要である TargetLynx により 定量 同定結果における人為的なミスを低減できる 2007 Nihon Waters k.k. 43 臭素系難燃剤 HBCDs に関する 規制の動向と分析法 2007 Nihon Waters k.k. 44

23 臭素系難燃剤の規制 2 HBCDs 規制への動向 ヘキサブロモシクロドデカン (HBCD) は発砲ポリスチレンと押出しポリスチレンなどに使用される難燃剤で 極めて高い効果と耐久性を有するため これに勝る代替物質はないと考えられている 人への健康影響について残された疑問点を明確にすべく 引き続き研究が行われている ノルウェー汚染管理局は 2008 年 1 月から製品中の 18 物質を禁止する意図を通知しており この中に HBCD 及びテトラブロモビスフェノール -A(TBBPA) があげられている HBCD には 5 種の異性体があり 環境への残留 人への影響などを調査する上で これらの異性体を分離 定量する技術は重要である CH 3 HO OH HBCD CH 3 TBBPA 2007 Nihon Waters k.k. 45 臭素系難燃剤の規制 3 HBCDs 規制への動向 HBCDs に係る化審法の改正について 今国会において 化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律 ( 以下 化審法 という ) が改正されましたが 今後 どのように運用されるのか 指導されるのか等について 協会会員や防炎品の製造関係者の関心が非常に高く この業界にどのような影響があるのか 防炎協会としても注視しているところですが 現段階においての情報をお知らせします 経済産業省のホームページの情報によりますと 高蓄積性 難分解性物質を 第 1 種監視化学物質 として 監督下に置くものとする等を内容とする改正された化審法が 去る5 月 28 日に公布されました この改正された化審法では 第 1 種監視化学物質 の中に 防炎薬剤 HBCD( ヘキサブロモシクロドデカン ) が含まれるのは明らかです しかし 対象となる物質は HBCDを含む16 種類の化合物と言われており 全ての臭素系化学物質やハロゲン全体を対象にしようとするものではありません 財団法人日本防火協会の HP より 2007 Nihon Waters k.k. 46

24 分離の可能性を拡げる UPLC 難燃剤 HBCDs 異性体分離 テクノロジ HPLC C18 5um x150 mm g % 6.49 α b Time HBCDs 1.50 UPLC R C18 1.7um x150 mm % α d γ β e Time 2007 Nihon Waters k.k. 47 UPLC R -TQD ( MS/MS ) による HBCDs 分析に関するまとめ GC-MS による HBCDs 分析では溶出温度が高く 無極性または 微極性の カラムしか使用できない 異性体分離が困難 LC-MS による HBCDs 分析では分離能の不足により 異性体を完全分離する ことができない 将来的に TEF( 毒性当量因子 ) が明確になった場合に TEQ( 毒性当量 ) の精度の問題が発生する UPLC R -MS による HBCDs 分析では 5 種の異性体の分離が可能 2007 Nihon Waters k.k. 48

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