BUNSEKI KAGAKU Vol. 59, No. 4, pp (2010) 2010 The Japan Society for Analytical Chemistry 329 ノート 薄層クロマトグラフィー / 水素炎イオン化法による土壌中の不揮発性汚染油分の選択的定量分析

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1 BUNSEKI KAGAKU Vol. 59, No. 4, pp (200) 200 The Japan Society for Analytical Chemistry 329 ノート 薄層クロマトグラフィー / 水素炎イオン化法による土壌中の不揮発性汚染油分の選択的定量分析 R 佐久間喜子, 杉田将紀, 阿部 久起, 田中昭宣, 南場哲 緒言 えい現在, 船舶からの燃料油漏洩や, 石油工業地域における鉱油類の漏洩などの様々な油による土壌汚染は, 社会的影響の大きな災害である. したがって, 油汚染された土壌の浄化及び改良は, 重要な技術的対策課題となっている. このような情勢を受け, 様々な油汚染土壌の浄化手段 )~4) が開発されている. そこで, 土壌の汚染状況の実態把握や浄化の評価のために, 土壌汚染の分析法が必要である. 平成 8 年に環境省より示された油汚染対策ガイドラインでは, 米国環境保護局にて制定された EPA method を参考にした土壌中油分の分析方法が例示されている. しかし, 例示された現行の分析手法では, 汚染土壌中に存在する油分の適正な定量は困難である. 油汚染の有無にかかわらず, 土壌中には土壌中微生物の代謝等 5) に由来したテルペン等の有機化合物が存在する 6). 例えば, イタリアにて発生した油汚染土壌の分析では, 土壌からの油分抽出液に土壌中元来の有機化合物としてテルペンの存在が確認されている 7). したがって, 土壌中油分の定量分析において, 油分だけでなく土壌中に元来より存在する成分も重複して定量してしまうことが問題となる. ゆえに, 土壌浄化の分野では, 油分のみを適正に定量評価する技術の確立が求められている. そこで, 著者らは, 土壌中油分の選択的定量分析法の検討を行った. 本研究では重質油の分析に多く用いられている TLC/ FID 法に着目した.TLC/FID 法は, 薄層クロマ卜グラフィー (TLC) と検出器として水素炎イオン化法 (FID) を組み合わせた分析法である. シリカゲルを固定相とした吸着クロマトグラフィーを行う TLC では, 油分成分の固定相への吸着力の差を利用し, 化学構造的に類似した成分群への分画が行える. 重質油の分析では,TLC により飽和成分, 芳香族成分, レジン分及びアスファルテン分の 4 成分群へ分画し,FID を用いた定量分析が行われる.TLC/FID 法による油分と土壌元来の有機化合物との分離が可能になれば, 選択的な油分分析が期待できる. しかし, 従来の重質 三菱ガス化学株式会社新潟研究所 : 新潟県新潟市北区太夫浜新割 82 油の分析法では, 効率的な成分群の分画は困難であった. 従来法は,3 種の溶媒により多段階の展開を行うため, 展開を重ねるたびに添加距離が短くなり, 分画が不十分であった. そこで,TLC/FID 内部標準法 8) にて行われている FID 測定を 2 回に分けて行う TLC/FID 測定を採用した. これにより, 溶媒展開にて溶出したピークのみを FID 測定し, 次の展開距離の延長を図ることができると考えた. 2 実験 2 土壌中成分のシリカゲルクロマトグラフィー土壌中元来の有機化合物の代表例として東京化成製の以下の試薬を用いた. 有機カルボン酸エステルとしてオレイン酸メチル及びシュウ酸ジエチル, 有機カルボン酸としてパルミチン酸, リノール酸, オレイン酸, ステロイドとして β-シトステロール. これらの成分は, 後述の土壌中元来の有機化合物モデルに用いた腐葉土抽出分への含有をガスクロマトグラフ / 質量分析 (GC/MS)(Varian 製 ) 測定にて確認したものである. 油分には, 日新運輸より購入した C 重油を用いた. 薄層クロマトグラフィーに Merck シリカゲル 60F 254 TLC アルミニウムシートを使用した. 展開溶媒 ( すべて和光純薬製 ) には,. 飽和分の展開に n-ヘキサン, 2. 芳香族分の展開にトルエン,3. 土壌中元来の有機化合物の展開にジクロロメタンとメタノールの混合溶液を用いた. 薄層クロマトグラフィーの原点へ,C 重油は 5 wt% ジクロロメタン溶液として, 土壌中元来の有機化合物の代表として用いた試薬は wt% ジクロロメタン溶液として試料を重ねて添着した. 従来の TLC/FID 分析の検証のため,. n-ヘキサン ( 展開長 8.7 cm),2. トルエン ( 展開長 5 cm), 3. ジクロロメタン : メタノール=95 : 5( 容量比 ) の混合溶媒 ( 展開長 2.5 cm) で展開を行った. 一方, 後述する分離条件の改良法では,3 の溶媒混合比を 3. ジクロロメタン : メタノール =99 : ( 容量比 ) の混合溶媒 ( 展開長 0 cm) として展開を行った. 2 2 モデル汚染土壌の作製日新運輸の C 重油を汚染源とし, 更に土壌中元来の有機

2 330 BUNSEKI Vol KAGAKU 2 Development with Development with 3 Fig. Sat. Aro. Res. Asp. Sat. Development with Development with 3 Development with Development with 3 3 Aro. Res. Asp. Photographs of TLC plates developed with developing solvents -3 in sequence Developing solvent : n -hexane ; Developing solvent 2 : toluene ; Developing solvent 3 : dichloromethane : methanol 95 : 5 (in volume) mixture, 3 : dichloromethane : methanol 99 : (in volume) mixture ; SampleA : Palmitic acid ; SampleB : Linoleic acid ; SampleC : Oleic acid ; SampleD : Methyl Oleate ; SampleE : Diethyl Oxalate ; SampleF : β -Sitosterol ; SampleG : wt extracted from leaf mold ; SampleH : wt C crude oil ; Sat. : Saturates ; Aro. : Aromatics ; Res. : Resin ; Asp. : Asphaltene 化合物モデルとして腐葉土抽出分によるモデル汚染土壌を 及びジクロロメタンによる腐葉土抽出分をそれぞれ一定量 作製した 腐葉土抽出分は タカムラ製の園芸用腐葉土の 添加し モデル汚染土壌を作製した ジクロロメタン 和光純薬製 の抽出物を用いた 具体的 には腐葉土 50 g へ硫酸ナトリウム 和光純薬製 50 g を 2 3 モデル汚染土壌からの抽出 添加し ジクロロメタン 50 ml を抽出溶媒として 25 で モデル汚染土壌 0 g に対して硫酸ナトリウム 和光純薬 30 分間の振とう抽出を 3 回繰り返した 抽出液はアドバン 製 30 g を添加し 二硫化炭素 和光純薬製 30 ml を抽 テック製 PTFE 製フィルター 孔径 0.20 μm で沈殿物を 出溶媒として 25 にて 30 分間の振とう抽出を 3 回繰り返 除去後 減圧濃縮でジクロロメタンを留去し 腐葉土抽出 した 抽出後に二硫化炭素にて 00 ml にメスアップし 分を得た アドバンテック製 PTFE 製フィルター 孔径 0.20 μm で 次にモデル試料に用いる土壌の洗浄を行った タカムラ かくはん 製の園芸用黒土 00 g に対し 水 50 g を添加し撹拌した 沈殿物を除去し取得した抽出液は 5 倍に濃縮し TLC/FID 測定試料とした 得られたスラリーを遠心分離し 上澄み液を除いた 本操 TLC/FID 測定 作を 3 回繰り返した後 沈殿層の黒土分を 0 で重量恒 2 4 量化するまで乾燥させた 洗浄恒量化した黒土へ C 重油 2 4 装置 TLC/FID は 三 菱 化 学 ヤ ト ロ ン 製 の

3 ノート佐久間, 杉田, 阿部, 田中, 南場 : TLC/FID による土壌中の不揮発性汚染油分の選択的定量分析 33 した. 改良法では,n- ヘキサン ( 展開長 0 cm), トルエン ( 展開長 6 cm) の順に展開した後, 溶出ピーク部分のみ FID 測定を行った. その後, ジクロロメタン : メタノール = 99 : ( 容量比 ) の混合溶媒 ( 展開長 0 cm) で展開し, 全展開範囲の FID 測定を実施した. モデル汚染土壌中の油分濃度を簡便に評価するため, 絶対検量線法で定量を行った. 飽和分については, 飽和分の代表的な化合物として直鎖アルカンのエイコサン ( 和光純薬製 ) を標準物質とした. その他の成分は, アントラセン ( 和光純薬製 ) を標準物質とした. 油分に含まれる芳香族分, レジン分及びアスファルテン分は, 構造中に多環芳香族を含むため, 入手が容易かつ分析再現性が高いアントラセンを標準として選択した. それぞれ 0.2 wt% から wt% までの 5 点の濃度で絶対検量線を作成し, 標準物質に換算したモデル汚染土壌中の重量百分率濃度 (wt%) として各分画を定量した. 3 結果と考察 Fig. 2 TLC/FID chromatograms of the extraction from the model polluted soil. A Conventional method, B modified method Developing solvent : n-hexane ; Developing solvent 2 : toluene ; Developing solvent 3 : dichloromethane : methanol = 95 : 5 (in volume) mixture 3 : dichloromethane : methanol =99 : (in volume) mixture ; solid line : Sample ; dotted line : Baseline ; Sat. : Saturates ; Aro. : Aromatics ; Res. : Resin ; Asp. : Asphaltene ; Int : interfering substance ; solid line : Sample ; dot line : Baseline IATROSCAN MK-6s と, クロマトグラフィー用薄層棒にクロマロッド -S III を使用した. 溶媒展開後, 空気流量 2.0 ml/min 及び水素流量 60 ml/min, スキャン速度 30 s/ scan で FID 測定を行った. 測定データは, システムインスツルメンツ Sic480 II データステーションを用いて積分解析を施した 測定展開距離の延長による油分と土壌中元来の有機化合物モデルの効率的な分離の比較のため, モデル汚染土壌からの抽出液について従来の重質油の分析方法と改良法により定量を行った. 従来法では, クロマロッド-S III に測定試料溶液を 2 μl 添着し,n-ヘキサン( 展開長 0 cm), トルエン ( 展開長 6 cm), ジクロロメタン : メタノール=95 : 5( 容量比 ) の混合溶媒 ( 展開長 2.5 cm) の順に展開を行い,FID で測定 TLC 展開挙動を Fig. に示した. 従来法の展開では, 土壌中成分と C 重油中の成分の重複が確認できた. 特に, ヘキサン及びトルエンで溶出される土壌中成分は C 重油のレジン分領域に重複しており, レジン分を適正に評価出来ないことが示された. また, ジクロロメタン : メタノール= 95 : 5 の混合溶媒による展開では, 展開溶媒の極性が高いため土壌中成分と同時にレジン分も展開された. そこで, Fig. 中の 3 に示すように, ジクロロメタン : メタノールの比率を 99 : とすることにより展開溶媒の極性を下げ, レジン分の溶出を抑えた. 一方, 土壌中成分の溶出挙動はほとんど変わらなかったため, 土壌成分と C 重油の重複を低減したと考えられる. そこで,TLC/FID へ TLC の結果の適用を試みた. 改良法としてトルエンによる展開後に, FID 測定を行い, ヘキサン及びトルエンにより溶出する土壌中成分を油分と分離定量するとともに,3 段階目の展開溶媒をジクロロメタン : メタノール=99 : の混合溶媒へ変更した. 同改良法の検証のため, 従来の TLC/FID との比較を行った. Fig. 2 A に従来法による TLC-FID 分析の結果を示す. TLC の結果より, 土壌中成分はレジン分とアスファルテン分に含まれていると考えられる.C 重油成分と土壌中元来の有機化合物の分離が不可能であった. 一方,Fig. 2 B に示した改良法では, 回目の FID 測定で, 飽和分, 芳香族分の後方に土壌元来の有機化合物が分析妨害成分 (Int.) として分画された. また,2 回目の FID 測定ではレジン アスファルテン分の前方に分析妨害成分が分画された. また, 絶対検量線法による定量の結果,Table に示すように,C 重油を含むモデル汚染土壌では, 飽和分, 芳香族分は,TLC/FID の測定方法にかかわらず, 定量値の差異は認

4 332 B U N S E K I K A G A K U Vol. 59 (200) Table Converted concentrations of each fractions Pollutant source, wt% Converted concentration, wt% Method Oil a) Others b) Sat. Aro. Res.&Asp. Int. Total a) Commercially-supplied C crude oil was used as pollutant source oil. b) Others were obtained by extraction with dichloromethane from commercially-supplied leaf mold. められなかった. 一方, 腐葉土抽出分も含むモデル汚染土壌では, レジン アスファルテン分の定量値が, 従来法と比較して改良法では減少した. また, 改良法では, レジン分とアスファルテン分の減少量と同程度の分析妨害成分が定量された. したがって,TLC/FID の改良法により, 分析妨害成分が新たな画分として定量された. 従来法ではレジン分又はアスファルテン分に含まれて定量されていた土壌元来の有機化合物が, 改良法により分析妨害成分として分画できた. ゆえに, 土壌中油分定量への土壌元来の有機化合物の影響を低減できたと考えられる. 一方, 腐葉土抽出分のみで汚染されたモデル汚染土壌では, 成分のほとんどは分析妨害成分として定量されたが, レジン アスファルテン分として原点に残留する成分も存在した. また, 薄層クロマトグラフィーにて, 比較的極性の高い有機酸類はテーリングの傾向が認められた. ゆえに, 有機酸類は, レジン アスファルテン分との分離が困難と考えられる. したがって, 本改良法にても, 分析妨害成分としての土壌中元来の有機化合物の完全な分離には達してない. また,C 重油濃度が 5 wt% と高濃度の場合には, C 重油濃度 wt% の場合と比較して分析妨害成分の定量値が高い. これは,C 重油濃度が高い場合には,C 重油成分の一部も分析妨害物質として定量されてしまうことを示している. これらのことから油分の選択的定量法の実現のためへ向けて, 今後も更なる改良が必要であると考えられる. 4 結語 TLC/FID 法の改良により, 土壌中油分の定量における土壌中元来の有機化合物による影響を低減できた.TLC/ FID 法は, 土壌中に蓄積しやすい不揮発性油分の定量に適している. したがって, 本法により, 土壌の汚染状況の実態把握や浄化の評価の適正性向上が期待される. また, 従来の分析法では, 土壌中由来の有機化合物も定量してしまうために, 土壌浄化の終了判定が困難であった. しかし, 本法の土壌中由来の有機化合物の分離により, 土壌浄化の適正な判定を行うことができる. 文 ) 美坂康有 : 環境技術,2, 672 (992). 2) 今村聰, 小松寛 : 安全工学,43, 2 (2004). 3) 西村実 : 環境技術,2, 677 (992). 4) 塩見尚史, 加藤滋雄 : 49, 368 (2004). 5) A. D. McLaren, G. H. Peterson : Soil Biochemistry, p. 9 (967), (MARCEL DEKKER, INC., New York). 6) M. M. Kononova, T. Z. Nowakowski, A. C. D. Newman : Soil Organic Matter, p. 47 (966), (PERGAMON PRESS, Oxford). 7) S. Gagni, D. Cam : Chemosphere, 67, 975 (2007). 8) M. Goto, M. Kato, M. Asaumi, K. Shirai, K. Venkateswaran : J. Mar. Biotechnol., 2, 45 (994). 献

5 ノート佐久間, 杉田, 阿部, 田中, 南場 : TLC/FID による土壌中の不揮発性汚染油分の選択的定量分析 333 Selective Quantitative Analysis for Nonvolatile Oils in Polluted Soil by Thin-Layer Chromatography/Flame Ionization Detection Yoshiko Sakuma, Masaki Sugita, Hisaki Abe, Akinori Tanaka and Satoshi Nanba Mitsubishi Gas Chemical Company, INC., Niigata Research Laboratory, 82, Shinwari, Tayuhama, Kita-ku, Niigata-shi, Niigata (Received 4 August 2009, Accepted 5 January 200) It was a problem that soil organic matter overlapped on quantitative analysis for nonvolatile oils in polluted soil. A selective quantitative analysis for oil using TLC/FID was attempted for the purpose of a properly/quantitative determination of oil only in polluted soil. Soil organic matter as the interfering substance of the analysis were fractionated with the development of TLC. Moreover, the development distance of TLC was extended so as to divide up the measurement with FID in order to improve of the division between the soil organic matter and the oils. Accordingly, the types of soil organic matter separated from the oils, and the influence for the quantitative analysis of oils in polluted soil was successfully reduced. Keywords : TLC/FID ; selective quantitative analysis ; oils ; soil organic matter.

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