JP2001165927A - 内分泌攪乱化学物質のモニタリング方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】装置が小型で現場で使用でき、メンテナンスが
容易な内分泌攪乱化学物質の連続自動モニタリング方法
および装置。 【解決手段】 このモニタリング装置は、下水道１を検
査対象とし、サンプリング装置２、ろ過装置３、殺菌装
置４、濃縮装置５、溶媒調整装置６、検出装置７の順に
配置され、特に重要なところは、検体中の検出対象物質
を好適な濃度まで濃縮するに際して、アフィニティクロ
マトグラフィ、水分蒸発、および自動固相抽出のいずれ
か一つを用いる点にあり、次いで、検出対象物質である
内分泌攪乱化学物質の濃度を測定するのに、高感度の免
疫測定法を用いる点にある。さらに、前記各装置の運転
操作を所定のプログラムに従って指令する制御装置とし
てシーケンサ装置８を配設した点にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、河川、湖沼、ある
いは下水などに含まれる内分泌攪乱化学物質の改良され
たモニタリング方法およびその装置に関するもので、特
に、連続自動モニタリングに適した方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境庁や建設省が行った実態調査
の結果、河川、湖沼、あるいは下水などの水中から多種
類の内分泌攪乱化学物質およびその関連物質が検出さ
れ、これらの環境中濃度測定、下水処理性能との関連な
どの実態調査を更に行うために、水中濃度の変動に対応
できる連続自動水質測定技術の確立が要望されるに至っ
た。そして、これらの内分泌攪乱化学物質とは、環境庁
が平成１０年に公表した環境ホルモン戦略計画ＳＰＥＥ
Ｄ’９８に示された６７物質（群）に代表されるもので
ある。

【０００３】これらの内分泌攪乱化学物質の分析手段と
しては、試験対象水から検体のサンプリング、ＳＳ
分のろ過、対象物質の抽出、減圧などによる濃縮、
測定妨害物質を除去するためのクリ─ンアップ、検
出精度を高めるための濃縮、ＧＣ／ＭＳ法（ガスクロ
マトグラフ／質量分析法）による検出などの工程が採用
されている。

【０００４】このように、従来の分析方法は工程が多
く、操作も複雑で時間を要するものであった。例えば、
検出手法にＧＣ／ＭＳ法を用いるときは、その検出感度
に適するように、検体中に非常に低濃度に含まれる内分
泌攪乱化学物質濃度を少なくとも１０００倍程度濃縮す
る必要があること、また実際の環境から採取される検体
には、いろいろな測定妨害物質が含まれており、これら
がＧＣ／ＭＳ法による測定の障害となるため、それらを
除去する抽出、クリーンアップ操作も必要であった。

【０００５】さらに、検出手法としてのＧＣ／ＭＳ法は
操作が複雑で熟練した技術者が必要なこと、濃縮操作は
有機溶媒を減圧させて揮発させるときに微妙な調整が必
要であるなどの理由で測定操作の自動化が困難であっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなことを背景
として、河川、湖沼、下水など水中の内分泌攪乱化学物
質の測定を迅速に、かつ自動的に行うことができる簡易
な測定方法の開発が要請されるにいたった。本発明は、
上記の問題点を解決するためになされたものであり、迅
速に測定できること、装置自体は小型で現場で使用でき
ること、メンテナンスが容易であること、などの目的を
実現する連続自動モニタリングに適した内分泌攪乱化学
物質のモニタリング方法および装置を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の問題は、少なくと
も次のプロセスを含むモニタリングプロセスを所定のプ
ログラムにより自動的に行うことを特徴とする本発明の
内分泌攪乱化学物質のモニタリング方法によって解決す
ることができる。 （１）検査対象水から検体を汲み上げるサンプリング工
程。 （２）検体中の検出対象物質を濃縮する濃縮工程。 （３）濃縮工程を経た検出対象物質の濃度を測定する検
出工程。

【０００８】さらに上記の問題は、少なくとも次のモニ
タリングプロセス手段を備えたことを特徴とする本発明
の内分泌攪乱化学物質のモニタリング装置によって解決
することができる。 （１）検査対象水から検体を抜き出すサンプリング手
段。 （２）検体中のＳＳなど混合固形物を除去するろ過手
段。 （３）検体中の微生物を殺菌する殺菌手段。 （４）検体中の検出対象物質をアフィニティクロマトグ
ラフィ、水分蒸発、および自動固相抽出のいずれか一つ
を用いて濃縮する濃縮手段。 （５）高感度の免疫測定法により検出対象物質を濃度を
測定する検出手段。 （６）前記各個別手段の操作を所定のプログラムにより
指令するシーケンサ手段。

【０００９】なお、本発明でいうところの内分泌攪乱化
学物質とは、環境庁が公表した前記環境ホルモン戦略計
画ＳＰＥＥＤ’９８に示された６７物質（群）およびそ
の関連物質を意味する。例示すると、６７物質としては
ノニルフェノール、ビスフェノールＡ、フタル酸ジ−２
−エチルヘキシルなどがあり、また関連物質としては、
前記物質の前駆物質、例えばノニフェノールの前駆物質
であるノニフェノールエトキシレート、および、人畜か
ら由来するホルモン、例えば１７β−エストラジオー
ル、などを含む物質である。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の内分泌攪乱化学物
質のモニタリング方法およびその装置に係る実施形態に
ついて、図１のモニタリング装置のフロー図を参照しな
がら説明する。図１では、このモニタリング装置は、下
水道１を検査対象とし、サンプリング装置２、ろ過装置
３、殺菌装置４、濃縮装置５、溶媒調整装置６、検出装
置７の順に配置され、さらにこれら装置群の操作をコン
トロールするシーケンサ装置８から構成されている。

【００１１】そして、本発明の特に重要なところは、先
ず、検体中の検出対象物質を検出するのに好適な濃度ま
で濃縮する濃縮装置５に採用する濃縮方法として、アフ
ィニティクロマトグラフィ、水分蒸発、および自動固相
抽出のいずれか一つを用いる点にあり、次いで、検出対
象物質である内分泌攪乱化学物質の濃度を測定する検出
装置７に採用する検出方法として、高感度の免疫測定法
を用いる点にある。さらに、前記各装置の運転操作を、
各装置固有の操作手順を示すプログラムとそれら装置群
の運転手順を示すプログラムを主体とする所定のプログ
ラムに従って指令する制御装置としてシーケンサ装置８
を配設した点にある。

【００１２】ここで、各個別装置についてさらに説明す
ると、先ず、サンプリング２は、検体を連続的に、また
は間欠的に汲み上げて、次のろ過装置３に供給するもの
で、所要の配管とポンプ類から構成される。次のろ過装
置３は、検体中の塵埃、異物など、特に微細なＳＳを除
去するためのものであり、ＭＦ膜をろ過膜としたろ過装
置が適当である。特に、セラミック膜を用いて、薬液洗
浄や逆洗浄などにより自動的に再生処理が行えるタイプ
を選択するのが好ましい。なお、検出対象物質がｐｐ
ｂ、ｐｐｔオーダといった極微量であるため、検出対象
物質が膜や目詰まり物質などに吸着して測定精度が低下
しないよう、膜材質を選択し、あるいは目詰まり再生処
理を適切に行う必要がある。

【００１３】次の殺菌装置４は、検体中に微生物数が多
く、流路を汚染するなどの不都合があるときに設けるも
ので、必ずしも必須ではない。サンプリング後に、ＵＶ
照射処理、塩素注入による塩素殺菌法など連続殺菌方法
を用いることで流路内の微生物汚損を回避することがで
きる。

【００１４】次の濃縮装置５は、下水道１などに含まれ
る検出対象物質である内分泌攪乱化学物質の濃度はもと
もとｐｐｂ、ｐｐｔオーダの低濃度であるため、現状の
検出技術では、検出感度が不足して十分な精度で検出で
きないため、特に必須で重要な部分である。そして、こ
のモニタリングを常時自動的に、好ましくは自動連続的
に実施するためには、従来のシステムでは前記したよう
な理由で困難であったのを、本発明では、この自動化を
アフィニティクロマトグラフ（ＡＦＣ）法、水分蒸発
法、自動固相抽出法の利用により、可能とすることがで
きたのである。

【００１５】このアフィニティクロマトグラフ（ＡＦ
Ｃ）法、または自動固相抽出法では、検出対象物質を、
予め固相に結合させた抗体、またはＣ１８鎖などのリガ
ンドに選択的に吸着させた後、脱離させることで検出対
象物質を濃縮するものであり、濃縮前の検出対象物質が
固相側に吸着しにくい場合など、必要に応じてｐＨ調整
など溶媒調整を行うことになる。なお、この濃縮処理で
は、固相からの脱離に酸性液または有機溶媒を使用する
関係から、アフィニティクロマトグラフ法では濃縮液の
ｐＨが酸性側に偏る場合が多いが、この酸性濃縮液を用
いて、後記の免疫測定法に基づく検出操作を行うと、そ
の抗体抗原反応を阻害することがあるので、その場合に
は、図示の溶媒調整装置６にてｐＨを調整する必要があ
る。また、自動固相抽出法では溶媒調整装置６にて有機
溶媒の組成成分、その比率などを調整する必要がある。

【００１６】かくして得られた濃縮された検体は、高感
度で自動化が容易な免疫測定法に基づく検出装置７に
て、検出対象物質の濃度が測定される。かくして得られ
た検出対象物質の濃度情報は、下水処理場などに設けら
れた集中監視システムに送られ、所要のデータとして活
用されることになるが、この免疫測定法としては、免疫
質量センサ法、Ｓａｐｉｄｙｎｅ社法、自動イムノアッ
セイ法のいずれかが適用される。

【００１７】ここで、上記の各免疫測定法について、説
明すると、先ず、免疫質量センサ法は、質量センサ表面
の微小質量変化に伴う圧電セラミックスの共振周波数の
変化によって測定を行うものでイムノアッセイ法の１種
として利用できる。この方法では、センサ表面に固定化
した抗体に吸着した検出対象物質の量を質量変化として
測定するため、通常のイムノアッセイでは必要な酵素、
蛍光、放射線などのラベルおよびラベル反応工程が不要
となり、またナノグラム単位の質量変化が検出可能であ
るから高精度、簡易かつ迅速な検出法として好ましい。

【００１８】次のＳａｐｉｄｙｎｅ社法は、イムノアッ
セイ法の１種であり、リガンド（検出対象物質に対応す
る抗体、または検出対象物質そのものかその複合体をい
う）を固定化したビーズ状担体をカラム様に充填し、そ
こに検体と蛍光複合体の混合液を流し、検出対象物質の
含有量に応じた蛍光シグナルを発生させる。そして得ら
れたシグナル強度を予め作成した濃度検量線と比較し
て、検出対象物質の濃度を測定する方法である。

【００１９】さらに、自動イムノアッセイ法は、主とし
て癌マーカーやホルモンなどといった領域の血中成分、
例えばＰＳＡ（前立腺ガン関連抗原）やエストラジオー
ルなどを測定するための臨床検査の分野で利用されてい
る方法で、その種類には、ＥＩＡ、ＲＩＡ、ＦＩＡ、Ｃ
ＬＩＡ、ＣＬＥＩＡなどがあり、臨床検査用自動イムノ
アッセイシステムは幾つかの企業で開発されている。例
えば、自動ＥＩＡシステムとしては、ダイナポッド社製
ＡＸＳＹＭ、国際試薬社製エルジアＦ７５０など、自動
ＣＬＩＡでは、富士レビオ社製ルミパルス、三共社製ル
ミノマスタなどである。

【００２０】これらの自動イムノアッセイシステムは、
いずれも、一定温度で検体を貯蔵するサンプルラック、
検体、各種標識抗体液、基質液などをディスポーザブル
シリンジにより反応セル内に分注する試薬分注ユニッ
ト、マイクロプレート、磁気ビーズなどの固相と試験液
との固液反応を混合、攪拌しながら一定時間、一定温度
で行うインキュベーションユニット、洗浄液を反応セル
に注入したり、各種反応液や洗浄液を反応セルから吸
引、廃棄する洗浄ユニット、吸光度、各種発光量、放射
線量を検出して対象物質の濃度を算出する検出ユニッ
ト、各ユニットを自動制御するためのコントロールおよ
びデータ処理ユニットからなる検出システムとして具体
化され得る。

【００２１】以上説明したサンプリング装置２〜検出装
置７に到る一連のシステム全体は、それら各装置の個別
の操作プログラムをメモリに持ち、かつそれら各装置を
連繋させて運転する所定の手順を規定したプログラムに
よって、操作、運転されるよう制御装置として配置され
たシーケンサ装置８によって制御されている。

【００２２】本発明においては、このシ─ケンサ制御に
よって自動化されたモニタリング方法および装置とし
て、特に有用であるが、本発明が実用化されるに至った
重要な要点は、自動化しやすい内分泌攪乱化学物質を含
む検体の濃縮方法およびその検出方法を採用したことに
依存している。

【００２３】次に、本発明の自動化技術の要点を説明す
ると、本発明の検体の濃縮方法としては、アフィニティ
クロマトグラフィ、水分蒸発、および自動固相抽出の各
方法が採用され得るが、アフィニティクロマトグラフィ
法は、抗体抗原反応において、その吸脱着がｐＨに依存
することを利用し、中性域で吸着させ、酸性域で脱離さ
せることができる点、また水分蒸発法は、ヒータ加熱に
より簡単に濃縮できる点、さらには自動固相抽出法で
は、Ｃ１８固相カートリッジなどに検出対象物質と溶媒
との疎水性の差を利用して簡単に吸脱着できる点で、そ
れぞれ自動化に適しているのである。

【００２４】また、免疫測定法として、免疫質量センサ
法、Ｓａｐｉｄｙｎｅ社法、自動イムノアッセイ法が採
用され得るが、免疫質量センサ法は、ラベルおよびラベ
ル反応工程が不要で、センサ表面に固定化した抗体と検
出対象物質を含む検体との反応だけで測定できる点、あ
るいはＳａｐｉｄｙｎｅ社法では、ビーズ状担体をポン
プで自動的にカラム様に充填し、その充填ビーズ上のシ
グナルを測定できる点、さらに逆洗によってビーズを自
動的に廃棄できる点、また自動イムノアッセイ法では、
大量のサンプルを自動処理できるように各ユニットがシ
ステム化されている点で、それぞれ自動化に適している
のである。なお、本発明の検査対象水から検体を汲み上
げるサンプリング手段、ＳＳなど混合固形物を除去する
ろ過手段、微生物を殺菌する殺菌手段、あるいはｐＨ調
整のための溶媒調整手段については、既知の手段が利用
可能である。

【００２５】ここで、１７β−エストラジオールの具体
的なモニタリングプロセスについて説明する。下水流入
水をモニタリング対象とし、そのプロセスとしてサン
プリング、ろ過、濃縮、溶媒調整、検出の流れ
とした。 サンプリング工程は、間欠サンプリングとし、サンプ
リング間隔は１時間、１回所要時間は５分とした。

【００２６】ろ過工程は、サンプリングと同時に行
い、セラミックス膜装置によるクロスフローろ過とし
た。ろ過所要時間はサンプリング所要時間と同じの５
分、逆洗浄処理は約５０回毎に１回で約３０分を要し
た。

【００２７】濃縮工程は、ＡＦＣ法を採用し、抗体を
固定するための活性化基としてアルデヒド基を持つポリ
マー担体に抗エストラジオール抗体（モノクロナール抗
体）を固定化した。この固定化担体を充填したカラムに
検体を所定時間流し、１７β−エストラジオールを吸着
させた後、脱離液として塩酸溶液（ｐＨ２．５）を用
い、抗体から１７β−エストラジオールを脱離させ、濃
縮液を得た。この濃縮工程により、１７β−エストラジ
オールの濃度は、２．６ｐｇ／ｍｌ（ｐｐｔ）から２６
ｐｇ／ｍｌ（ｐｐｔ）に濃縮された。なお、この所要時
間は約１５分であった。

【００２８】溶媒調整工程では、トリスアミノメタン
溶液を適量加えて中和処理した。 検出工程では、免疫質量センサ法を利用した。所定の
質量センサの表面に抗エストラジオール抗体を固定化
し、フローセル内にて所定時間反応させた後、その質量
変化を測定した。そして、予め準備作成しておいた検量
線に基づいて１７β−エストラジオールの濃度を定量し
た。この方法、装置により好ましく測定できる１７β−
エストラジオールの濃度範囲は、１０ｐｇ／ｍｌ〜１０
００ｐｇ／ｍｌであり、測定所要時間は約１０分であっ
た。

【００２９】これらサンプリング工程〜検出工程
は、すべて別途準備したシーケンサ装置によって、ここ
の工程内の操作、および各工程の連絡、切替え操作など
を自動運転することができた。かくして、サンプリング
から検出結果が得られるまでの所要時間は、約３０分で
あり、また約６０分間隔で常時モニタリングが可能とな
った。なお、従来の分析手法では、マニュアル操作であ
るうえ、検出結果が得られるまでの所要時間は約１．４
日間を要したのに比較して、その短縮効果は顕著なもの
がある。

【００３０】

【発明の効果】本発明の内分泌攪乱化学物質のモニタリ
ング方法および装置は、以上に説明したように構成され
ているので、内分泌攪乱化学物質の連続自動モニタリン
グを可能とするものであり、装置自体が小型で現場で使
用でき、メンテナンスも容易になるという優れた効果が
ある。よって本発明は従来の問題点を解消した内分泌攪
乱化学物質のモニタリング方法および装置として、その
工業的価値は極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内分泌攪乱化学物質のモニタリング方
法の概念を示す工程図。

【符号の説明】

１ 下水道、２ サンプリング装置、３ ろ過装置、４
殺菌装置、５ 濃縮装置、６ 溶媒調整装置、７ 検
出装置、８ シーケンサ装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも次のプロセスを含むモニタリン
   グプロセスを所定のプログラムにより自動的に行うこと
   を特徴とする内分泌攪乱化学物質のモニタリング方法。 （１）検査対象水から検体を汲み上げるサンプリング工
   程。 （２）検体中の検出対象物質を濃縮する濃縮工程。 （３）前記濃縮工程を経た検出対象物質の濃度を測定す
   る検出工程。
2. 【請求項２】検体中の検出対象物質をアフィニティクロ
   マトグラフィ、水分蒸発、および自動固相抽出のいずれ
   か一つを用いて濃縮する請求項１に記載の内分泌攪乱化
   学物質のモニタリング方法。
3. 【請求項３】高感度の免疫測定法により検出対象物質の
   濃度を測定する請求項１または２に記載の内分泌攪乱化
   学物質のモニタリング方法。
4. 【請求項４】少なくとも次のモニタリングプロセス手段
   を備えたことを特徴とする内分泌攪乱化学物質のモニタ
   リング装置。 （１）検査対象水から検体を汲み上げるサンプリング手
   段。 （２）検体中のＳＳなど混合固形物を除去するろ過手
   段。 （３）検体中の微生物を殺菌する殺菌手段。 （４）検体中の検出対象物質をアフィニティクロマトグ
   ラフィ、水分蒸発、および自動固相抽出のいずれか一つ
   を用いて濃縮する濃縮手段。 （５）高感度の免疫測定法により検出対象物質を濃度を
   測定する検出手段。 （６）前記各個別手段の操作を所定のプログラムにより
   指令するシーケンサ手段。