Transcript 土壌中有機塩素系農薬の逐次抽出

土壌中有機塩素系農薬の逐次抽出
○清家伸康・大谷 卓
（農業環境技術研究所）
Q. なぜ逐次抽出なのか？
吸着強度
A. 化学物質（有機塩素系農薬）と土壌との吸着強度別の
存在量を評価することが出来る
溶媒
A
強
溶媒
B
溶媒
C
溶媒の極性
溶媒
D
無
A. 土壌中の化学物質（有機塩素系農薬等）のBioavailabilityを
評価することが出来る
PAHsの微生物分解：
水・メタノールでは過小，ブタノールでは過大評価
★Macleod and Semple, Soil Biology & Biochemistry （2003）
方 法（逐次抽出）
★Macleod and Semple, Soil Biology & Biochemistry （2003）の方法に準拠
土壌試料（8g 乾重）
水・メタノール（1：1）40mL
（固液比1：5）
遠心分離（3000rpm，10分）
上澄み：
n-ブタノール画分
振とう抽出（24時間）
残土
ジクロロメタン100mL
遠心分離（3000rpm，10分）
上澄み：
水・メタノール画分
ソックスレー抽出（24時間）
ジクロロメタン画分
残土
n-ブタノール40mL
（固液比1：5）
振とう抽出（24時間）
残土
0.1M Na2P2O7：0.1M
NaOH（1：1）100mL
振とう抽出（24時間）
クリーンアップ＆GC/MS測定
GC/MS
抽出液
クリーアップスパイク
ヘキサン転溶
フロリジルカラム
Hex
25%DCM/Hex
グラファイトカーボン
カラム
Hex
シリンジ
スパイク
HRGC/HRMS
HP6890(Hewlett-Packard) / AutoSpec Ultima(Micromass)
・・・GC Conditions・・・
Column
Oven Temp.
Inlet Temp.
Carrier Gas
・・・MS Conditions・・・
Resolution
Ionizing Current
Ionizing Voltage
Ion Source Temp.
Accel. Voltage
Monitor Ions (m/z)
ENV-8MS (0.25 mm i.d. × 30 m, 0.25 µm)
120 ℃(0 min) – 10℃/min  180℃  4℃/min
 210℃  10℃/min  300 ℃ (10min )
260℃
He（1mL/min）
10000
500 µA
35-40 eV
250 °C
8 kV
HCHs
DDTs
DDDs
DDEs
Aldrin
Dieldrin
Endrin
Heptachlor
Mirex
HCBz
TeCB
Heptachlor Epoxide
HxCB
Chlorldanes
Oxy-Chlorldane
Nonachlors
12C
216.9145, 218.9116
235.0081, 237.0052
235.0081, 237.0052
246.0003, 247.9974
262.8570, 264.8540
262.8570, 264.8540
262.8570, 264.8540
271.8102, 273.8072
271.8102, 273.8072
283.8102, 285.8072
352.8442, 357.8413
372.8260, 374.8230
386.8052, 388.8023
406.7870, 408.7840
13C
222.9347, 224.9317
247.0484, 249.0454
243.0583, 245.0553 (D8)
258.0406, 260.0473
269.8804, 271.8775
269.8804, 271.8775
269.8804, 271.8775
276.8269, 278.8240
276.8269, 278.8240
289.8303, 291.8273
301.9626, 303.9597
362.8778, 364.8748
371.8817, 373.8788
382.8595, 384.8566
396.8388, 398.8358
416.8205, 418.8176
検討項目
供試土壌： ・黒ボク土；T-C=9.9%
・褐色低地土；T-C=1.9%
※添加試験ではなく，
現地（農家）圃場の
土壌
1. 全量抽出と逐次抽出
・アセトンによるソックスレー抽出と逐次抽出（合計）の結果を比較
2. 逐次抽出での各種溶媒の抽出率と炭素含量との関係
・抽出率の特徴
・物理化学的性質（Kow，Koc）からの解析
3. 応用例
・土壌中の可吸態ディルドリンの評価： キュウリによる吸収
アセトン（ソックスレー）
1000
100
(n=3)
全量抽出
逐次抽出
H
α CB
-H
β CH
-H
γ CH
-H
δ CH
He
pt He -HC
ac pt H
tra hlor ach
ns Ep lor
-C o
x
cis Hlo ide
r
t r a C da
ns hlo ne
-N rd
cis on ane
-N ach
Ox o na lor
yc ch
hlo lor
rd
o,p an
'- e
p,p DD
'- E
o,p DD
'- E
p,p DDD
'o,p DDD
'p,p DDT
'-D
D
Ar T
dr
Di in
eld
r
En in
dr
in
Mi
re
x
H
α CB
-H
β CH
-H
γ CH
-H
δ CH
He
pt He -HC
ac pt H
tra hlor ach
ns Ep lor
-C o
x
cis Hlo ide
tra -C rda
ns hlo ne
-N rd
cis on ane
-N ach
Ox o na lor
yc ch
hlo lor
rd
o,p an
'-D e
p,p D
'- E
o,p DD
'- E
p,p DDD
'o,p DDD
'p,p DDT
'-D
D
Ar T
dr
Di in
eld
r
En in
dr
in
Mi
re
x
濃度（ng/g-dry）
全量と逐次（合計）の抽出効率
水・メタノール（振とう）+
n-ブタノール（振とう）+
ジクロロメタン（ソックスレー）
・黒ボク土；T-C=9.9%
・褐色低地土；T-C=1.9%
1000
100
10
10
1
1
0.1
0.1
0.01
0.01
● 全量抽出＝逐次抽出（合計）
(n=3)
全量抽出
逐次抽出
60%
40%
H
α CB
-H
β CH
-H
γ CH
-H
δ CH
He
H
pt
ac ep HCH
t
h
a
tra lo ch
ns r E lor
-C po
cis Hlo xide
tra -C rda
ns hlo ne
-N r d
cis on ane
-N a c
Ox o n hlor
yc ach
hlo lo
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o,p dan
' -D e
p,p D
'- E
o,p DD
'- E
p,p DD
'- D
o,p DD
'- D
p,p DD
' -D T
D
Ar T
dr
Di in
eld
r
En in
dr
i
Mi n
re
x
H
α CB
-H
β CH
-H
γ CH
-H
δ CH
He
pt He -H
ac p CH
tra hlo tach
ns r E lor
-C po
cis Hlo xide
tra -C rda
ns hlo ne
-N rd
cis on ane
-N ac
Ox o n hlor
yc ach
hlo lo
r r
o,p dan
'- e
p,p DD
'- E
o,p DD
'- E
p,p DD
'- D
o,p DD
'- D
p,p DD
'-D T
D
Ar T
dr
Di in
eld
r
En in
dr
i
Mi n
re
x
逐次抽出（各抽出画分の割合）
・黒ボク土；T-C=9.9%
・褐色低地土；T-C=1.9%
100%
100%
80%
80%
NaＯＨ
60%
ジクロロ
ブタノール
40%
水/メタ
20%
20%
0%
0%
NaＯＨ
ジクロロ
ブタノール
水/メタ
● 両土壌とも，水・メタノール + n-ブタノールで60～80%
● 水・メタノールによる抽出量： 黒ボク土 ＜ 褐色低地土
（5～20%）
（10～60%）
○ NaOHで抽出される量は，全量に対し5%以下
※ただし，NaOH存在下では分解されている可能性有り
抽出率とKow*との関係
*Suntio et al.(1988) Rev..Environ. Contam. Toxcol.
水・メタノール
水・メタノール + n-ブタノール
100%
100%
褐色低地土
黒ボク土
r=-0.63 (p<0.05)
Y=-0.078X+0.66
80%
抽出率
抽出率
80%
60%
40%
r=-0.71 (p<0.01)
Y=-0.040X+0.27
60%
40%
20%
20%
0%
0%
2
3
4
5
6
7
褐色低地土
黒ボク土
HCHs
2
Log Kow*
3
5
4
6
Log Kow*
●水・メタノール抽出率とKowの関連有り。+ブタノールは無し。
●水・メタノール抽出の場合，黒ボク土と褐色低地土で回帰直線の傾きが異なる
→ 抽出率と炭素含量との関係
7
土壌吸着平衡定数 Koc=
Kowとの関係
炭素含量との関係
※Kocの推定値：金澤（1992 ）
logKoc = 0.402 logKow +1.071
水・メタノール（1：1）
4
5
Log Koc（褐色低地土）
黒ボク土
褐色低地土
推定値
埼玉
新潟
4
Log Koc
Kd×100
T-C（％）
水・メタノール
3
2
+ブタノール
3
p,p'-DDD
p,p'-DDT
HCB
p,p'-DDE
α-HCH
Heptachlor
δ-HCH
Ardrin
o,p'-DDT
o,p'-DDE
transcis-Nonachlor
γ-HCHEndrin o,p'-DDD
cis-Chlordane
transNonachlor
Heptachlor
β-HCH
CHlordane
Oxychlordane
Epoxide
Dieldrin
2
1
1
0
0
2
3
4
5
6
7
Log Kow
● Kowとの関係： 水・メタノール ◎
+ブタノール △～×
8
0
1
2
3
4
Log Koc（黒ボク土）
● 炭素含量が異なる土壌間でKocは同じ値
→ 平衡状態が成立
土壌における有機塩素系農薬の物性に応じた“動き“を表現できる抽出法
応用例1： 可吸態ディルドリンの評価
【背景：従来は全量抽出による土壌中濃度×0.3が目安とされていた 】
キュウリ
土壌： ディルドリン濃度が同等で，
炭素含量が異なる
100
400
濃度(ng/g-wet)
300
200
100
60
40
20
0
黒ボク土
0
土
土
ク
地
ボ
低
黒
色
褐
土
土
ク
地
ボ
低
黒
色
褐
土
土
ク
地
ボ
低
黒
色
褐
土
土
ク
地
ボ
低
黒
色
褐
アセトン
ソックスレー
水・メタノール
（1：1）
水・メタノール
+ ブタノール
水・メタノール
+ ブタノール
+ジクロロメタン
ソックスレー
全量
逐次抽出
※水・メタノール（1:1）抽出が，キュウリによる
ディルドリンの吸収を表現していそう
褐色低地土
汚染土の予測（判定）
キュウリ中濃度
濃度(ng/g-dry)
80
0.02ppm
土壌中濃度
（水・メタノール）
土壌中残留性有機化合物の光学異性体
選択的な分解（1）
水田土壌中α-HCH光学異性体比の経年変化
○清家伸康・大谷卓
独立行政法人農業環境技術研究所
仮 説
製 剤
濃 度
(+) (-)
1960～70年
(+) (-)
(+)+(-)濃度
1980～90年
(+) (-)
濃 度
全消失量
時 間
(+) 濃度
生物による消失量
(-) 濃度
0
時
間
（+）（-）比より
生物による
消失量
分析方法
◎分析フロー
土壌（5g）
ソックスレー抽出
アセトン300mL，16時間
ヘキサン転溶
フロリジルカラム
1.ヘキサン 30mL
2.ヘキサン/DCM 80mL
グラファイトカーボンカラム
ヘキサン 10mL
高分解能GC/MS測定
◎高分解能GC/MS測定条件
GC/MS
HP6890(Hewlett-Packard) / AutoSpec Ultima(Micromass)
・・・GC Conditions・・・
β-DEX120 (0.25 mm i.d. × 30 m, 0.25 µm)
Column
Oven Temp.
120 ℃(0 min) – 5℃/min  200 ℃ (60min )
Inlet Temp.
250℃
Carrier Gas
He（1mL/min）
・・・MS Conditions・・・
Resolution
10000
Ionizing Current
500 µA
Ionizing Voltage
35-40 eV
Ion Source Temp. 250 °C
Accel. Voltage
8 kV
Monitor Ions (m/z) 216.9145, 218.9116
試料； 5g
定量下限値：
最終濃縮量； 200ul
注入量； 1ul
0.0056 ng/g
クロマトグラム（β-DEX120）
標準物質
(+) (-)
HCHs
12000000
10000000
Intensity
8000000
6000000
4000000
2000000
0
28.4
28.8
29.2
29.6
Retention Time (min)
30.0
30.4
30.8
30.0
30.4
30.8
水田土壌（Site3 1972年）
(+) (-)
HCHs
200000
Intensity
160000
120000
80000
40000
0
28.4
28.8
29.2
29.6
Retention Time (min)
②生物が関与する消失割合の推定
・光学異性体比（ER）を指標とする
・Site3 を例に
Concentration （ ng g-1)
100
(+)
(-)
生物が関与する消失量
10
全消失量に対する生物が関
与する消失の割合
1
（少なくとも）
0.1
1963
1966
1969
Year
1972
3.5%