JP2007064847A

JP2007064847A - ガスクロマトグラフ分析方法およびデータベース

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Publication number: JP2007064847A
Application number: JP2005252700A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kawana; 修一川名
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2025-08-31
Also published as: JP4613754B2

Abstract

【課題】現在、ガスクロマトグラフ分析において、ＥＣＤ検出器は、選択性が高く、高感度な測定法として広く利用されてきている。しかしながら、ＥＣＤ検出器で検出を行う際には保持指標を用いることができず、必ず、標準物質を準備し、保持時間を測定しなければならなかった。
【解決手段】
炭素数の異なる脂肪酸を誘導体化試薬により誘導体化し、「ＥＣＤ用基準物質」とする。同じ条件下で「ＥＣＤ用基準物質」の保持時間と、各成分の保持時間を求め、「ＥＣＤ用保持指標」とする。この、「ＥＣＤ用保持指標」を利用すれば、標準物質を測定しなくても、保持時間での定性を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明はガスクロマトグラフ分析方法に関する。

ガスクロマトグラフは、一般に、常温で気体のものや、液体または固体状のものでも５００℃ぐらいまでの沸点を持ち、熱的に安定な化合物の分離分析に用いられる。
ガスクロマトグラフ分析においては、キャリアガス（移動相）と呼ばれる不活性ガス気流中に、気化させた試料を導入すると、試料ガスが分離管（カラム）と呼ばれる部分に運ばれ、カラム内の充填剤（固定相）の中を試料成分が通過する間に、移動相と固定相の間で吸着あるいは吸収分配による繰り返し濃度平衡が行われ、各成分の極めて僅かな移動速度の違いが次第に拡大されて、カラムの出口から各成分が分離して出てくる。カラムの出口に検出器を置くことで、各成分が検出器に到達すると信号が検出され、記録計にクロマトグラムと呼ばれる図形が記録される。得られたクロマトグラム上で一成分は一つのピークとして記録され、試料導入時からピーク頂点までの時間（保持時間）によって、その成分が何であるか（定性）を知ることができ、ピーク面積や高さから、その成分の量がどれくらいか（定量）を知ることができる。

ガスクロマトグラフにおいては通常、未知成分の定性は、未知成分の測定と全く同一の条件で、含まれていると予測される測定対象成分の標準物質の測定を行い、それぞれの保持時間が一致することで同定する。そのため、各成分の標準物質を準備しなくてはならないので、多成分の定性の際には多数の標準物質を準備しなくてはならない。また、ガスクロマトグラフにおける保持時間は、スペクトル分析における波長や質量分析における質量数と違って、成分物質の物性にもとづいて一義的に定まる値ではなく、カラムの種類や寸法、或いはその温度、キャリアガスの種類や圧力・流量、さらには装置の違いなど、数多くの要因に左右されるものである。したがって、同一分析条件に設定しても、装置の機差や、室温、カラムの状態などが異なることで、厳密には全く同一の条件とはなっていないため、保持時間は相違することがある。すなわち、流量や温度を変更するときだけでなく、同一の条件に設定したとしても、装置やカラムを交換したり、長期間が経過したりしている際には、保持時間が変わるため、測定対象成分の標準物質の測定を行い、保持時間を測定しなおす必要がある。

このため、従来からこれらの変動要因を極力排除するために、保持指標（retention time index）を成分の同定に用いることが行われている。保持指標とは、各成分物質の保持時間を、予め定めた基準物質（一般的にはn-アルカン）の保持時間により指標化したものであり、ＧＣ条件やカラムメーカー，長さ，内径，膜厚の違いなどの影響を受けないとされている。したがって、測定対象成分の標準物質の測定を行わなくても、測定対象成分の保持指標がわかれば、未知成分の保持指標を求めて比較することで、同定を行うことができるので、標準物質の測定を行う必要がない。（例えば非特許文献１参照）

Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ，９１（１９７４）８９−１０３

ガスクロマトグラフ分析における検出器は、熱伝導度検出器（ＴＣＤ）、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）、電子捕獲検出器（ＥＣＤ）、熱イオン化検出器（ＦＴＤ）、炎光光度検出器（ＦＰＤ）、表面電離検出器（ＳＩＤ）、など、様々な検出器が存在し、それぞれの検出器の特徴に合わせて、測定対象物の種類や濃度によって、使用する検出器として最適なものを選択して分析を行う。

例えば、ＴＣＤ検出器は、キャリアガス以外の全ての化合物を検出することができるが他の検出器より比較的感度が低い。ＦＩＤ検出器は、ほとんどすべての有機物を検出することができ、ＴＣＤよりも感度が高く、ＧＣでは最もよく用いられている。ＥＣＤ検出器は、親電子性化合物に対し非常に感度が高い検出器であり、主に有機ハロゲン化合物／有機金属化合物の分析に使用される。ＥＣＤ検出器で検出できる化合物の中には、ＦＩＤで検出できるものも多いが、ＦＩＤでの感度と比較して、１０００倍以上の感度を得られる化合物もある。ＳＩＤ検出器は、第３級アミン化合物や多環芳香族化合物に対し高感度な検出器である。

ガスクロマトグラフにおいて、定性を行うためには、前記したように、含まれていると予測される測定対象成分の標準物質の測定を行い、クロマトグラムの保持時間の一致を確認することとなり、測定したい成分ごとに、その標準物質を準備する必要があり、多成分の分析の際にはその種類は膨大であり、中には入手が困難であったり、危険物であったり、非常に高価なものもある。さらに、装置の機差や、カラムをカットするなどにより保持時間は変わるので、標準物質の測定はしばしば行う必要がある。

特に、ＥＣＤ検出器は、電子親和性の高いハロゲン化合物などを選択的に検出し、高感度で測定を行うのに適した検出器として知られており、具体的には食品や環境中の農薬の分析などにしばしば使用されている。ＥＣＤ検出器で検出可能で、高感度の測定を要求される分析対象物（例えば農薬など）は、微量であっても人体や環境汚染の原因となるような物質であることが多く、標準物質の入手や取り扱いは困難な作業である。

さらに、標準物質の測定を行わず、保持指標を用いる、従来技術に記載した方法は、ＥＣＤ検出器を用いて測定を行う場合、利用できない。一般的に保持指標はｎ−アルカンの保持時間によって定義されているが、ＥＣＤ検出器により測定を行う場合、ｎ−アルカンは電子親和性が低いために検出されず、ＥＣＤ検出器を使用する条件でのｎ−アルカンの保持時間を知ることができない。したがって、保持指標を求めることはできず、保持指標を用いることで、標準物質の分析を行わずにクロマトグラムでの同定を行うことはできないという問題があった。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、
ＥＣＤ検出器を用いたガスクロマトグラフ分析を行う際に用いることのできる「ＥＣＤ用保持指標」を設定することである。さらには、測定対象成分の標準物質を準備し、たびたび標準物質の測定を行わなくても、保持時間情報により信頼性の高い定性を行うことを目的としている。

上記目的を達成するために、本方法は、ＥＣＤ検出器を用いたガスクロマトグラフ分析方法において、
炭素数の異なる脂肪酸を誘導体化試薬により誘導体化したＥＣＤ用基準物質を準備する工程と、
ＥＣＤ用基準物質と、１乃至複数の標準物質と、を同一の条件で分析し、それぞれの保持時間を求める工程と、
前記それぞれの保持時間を用いて各標準物質のＥＣＤ用保持指標を求める工程
を備えたことを特徴としている。
また本発明は、ＥＣＤ検出器を用いたガスクロマトグラフ分析用のデータベースであって、炭素数の異なる脂肪酸を誘導体化試薬により誘導体化したＥＣＤ用基準物質と、１乃至複数の物質の標準物質と、を同一の条件で分析し、それぞれの保持時間からもとめた各物質のＥＣＤ用保持指標を、物質名と関連付けた情報を持っていることを特徴としている。

本発明で言う「炭素数の異なる脂肪酸」としては、例えば炭素数４〜３０などの飽和脂肪酸や不飽和脂肪酸を用いればよい。具体的には例えば、butyric acid（酪酸）やisobutyric acid（イソ酪酸）である。脂肪酸は、そのままではＥＣＤ検出器で検出されないが、誘導体化により、ＥＣＤ検出器で検出できるようにすることができる。
誘導体化試薬としては、ＥＣＤ検出器で検出できるようになればよいので、電子親和性が高くなるような誘導体化を行う試薬を用いればよい。すなわち、例えばハロゲンを導入する試薬などを用いればよく、具体的には、ＰＦＢ（ペンタフルオロベンジル）、ＴＦＡ（トリフルオロアシル）、ＰＦＰ（ペンタフルオロプロピオニル）、ＨＦＢ（ヘプタフルオロブチリル）などを用いればよい。

本発明により、ＥＣＤ検出器を用いたガスクロマトグラフ分析において、ある物質を、ある条件で分析した際の保持時間を予測するために、「ＥＣＤ用保持指標」が既知であれば、標準物質の分析を行わなくても、「ＥＣＤ用基準物質」の測定を行うことで、その条件での保持時間が予測できる。
また、ＥＣＤ検出器を用いたガスクロマトグラフ分析において、成分同定に「ＥＣＤ用保持指標」を用いることで、正確な同定を行うことができる。

以下、本発明の一実施例について図１を参照して説明する。炭素数の異なる飽和脂肪酸を、ＰＦＢ−Ｂｒ（Pentafluorobenzyl bromide）により誘導体化を行う（ステップ１）。以下にＰＦＢ−Ｂｒの構造式を示す。

ＰＦＢ−Ｂｒによる誘導体化を行う方法の一例を以下に示す。炭素数の異なる飽和脂肪酸に、５μｌのＰＦＢ−Ｂｒ、１０μｌトリエチルアミン、５０μｌアセトニトリルを混合し、８０℃で３０分加熱する。その後、０．５ｍｌ，０．１ｍｏｌ／ｌのＨＣｌで洗浄し、１．５ｍｌのヘキサンで抽出する。炭素数nの脂肪酸は、式(1)のように誘導体化される
ＣＨ_３（ＣＨ_２）_ｎ−２−ＣＨ_２−ＣＯＯＨ→ＣＨ_３（ＣＨ_２）_ｎ−２−ＣＯＯ−ＣＨ_２−Ｃ_６Ｆ_５式(1)

以上の方法で、炭素数の異なる飽和脂肪酸をＰＦＢ−Ｂｒ誘導体化し、ＰＦＢ−Ｂｒ化した炭素数の異なる飽和脂肪酸の混合物を「ＥＣＤ用基準物質」として用いる。たとえば、炭素数４〜１０の飽和脂肪酸をそれぞれ誘導体化によりＥＣＤ検出器で検出可能とし、これらの混合物を「ＥＣＤ用基準物質」として用いる。本実施例においては、ＰＦＢ−Ｂｒにより誘導体化を行ったが、誘導体化の方法および試薬は、この方法に限定されるものではなく、ＥＣＤ検出器で検出するための周知の方法を用いればよい。

ＥＣＤ検出器を用いたガスクロマトグラフ分析において、上記した方法により得られた「ＥＣＤ用基準物質」の測定を行い、炭素数ごとに、保持時間を求める（ステップ２）。各測定対象成分の標準物質についても、まったく同じ条件で測定し、それぞれの成分について保持時間を求める（ステップ３）。これら、「ＥＣＤ用基準物質」と「各測定対象成分」の保持時間をもとに、各測定対象成分について、「ＥＣＤ用基準物質」を基準物質とした「ＥＣＤ用保持指標」を求める（ステップ4）。
このとき、重要なのは、ステップ２とステップ３はまったく同一の分析条件で行うことであり、たとえば、時間的に近接して測定したり、「ＥＣＤ用基準物質」と「各測定対象成分」を混合して測定してもよい

「ＥＣＤ用保持指標」を求めるためには、非特許文献１に記載されるような、従来から用いられるｎ−アルカンを基準物質とした「ｎ−アルカンの保持指標」の求め方に準じて、飽和脂肪酸の炭素数を、ｎ−アルカンの炭素数（式２，３においてはｚ）に置き換えて求めればよい。この、「ＥＣＤ用保持指標」は、「ｎ−アルカンの保持指標」と同様、各物質に固有の値である。ｎ−アルカンの保持指標は、例えば非特許文献１によれば、恒温分析の際には式（２）、昇温分析においては式（３）によって、定義されている。

上記したように、予め、測定対象成分のそれぞれの標準物質について「ＥＣＤ用保持指標」を求めておく。この「ＥＣＤ用保持指標」は、「ｎ−アルカン」と「ｎ−アルカンの保持指標」を保持時間の予測や同定に用いるのと同様に、「ＥＣＤ用基準物質」と「ＥＣＤ用保持指標」を利用することができる。

すなわち、測定したい実試料の分析を行う際には、分析条件を設定し、その条件において「ＥＣＤ用基準物質」を測定し、「ＥＣＤ用基準物質の保持時間」を求める。この、実試料を測定しようとする条件における「ＥＣＤ用基準物質の保持時間」と、予め測定してある測定対象成分の「ＥＣＤ用保持指標」から、実試料を測定しようとする条件における「測定対象成分の保持時間」を予測することができる。この予測された「測定対象成分の保持時間」と実試料の測定により検出された物質の保持時間を比較することにより、同定を行うことができる。

もしくは、実試料の分析条件において、「ＥＣＤ用基準物質」を測定し、「ＥＣＤ用基準物質の保持時間」を求める。その後、分析条件はそのままで「実試料」についても測定を行い、保持時間を求める。ここで重要なことは、「ＥＣＤ用基準物質」と「実試料」の測定をまったく同一の条件で行うことであり、例えば、「ＥＣＤ用基準物質」と「実試料」を混合して、一度に測定を行ってもよい。このとき得られた「ＥＣＤ用基準物質」と「実試料」の保持時間から、実試料の「ＥＣＤ用保持指標」を求める。この、実試料の「ＥＣＤ用保持指標」と、予め測定してある、測定対象成分の「ＥＣＤ用保持指標」と比較して、これらが一致するか否かにより、同定を行うことができる。

以上のように、本発明によれば、「ＥＣＤ用保持指標」を利用して「ＥＣＤ用基準物質」の測定を行うだけで、各測定対象成分の標準物質の測定を行わなくても、物質の同定を行うことができる。

また、予め各測定対象成分について、「ＥＣＤ用保持指標」を求め、物質名と「ＥＣＤ用保持指標」を関連付けて、データベースとしてもよい。

なお、上記実施例はいずれも本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行えることは明らかである。
例えば、ＴＦＡ（トリフルオロアシル）、ＰＦＰ（ペンタフルオロプロピオニル）、ＨＦＢ（ヘプタフルオロブチリル）などにより誘導体化を行って、「ＥＣＤ用基準物質」としてもよい。

本発明におけるフローチャート

Claims

ＥＣＤ検出器を用いたガスクロマトグラフ分析方法において、
炭素数の異なる脂肪酸を誘導体化試薬により誘導体化したＥＣＤ用基準物質を準備する工程と、
ＥＣＤ用基準物質と、１乃至複数の標準物質と、を同一の条件で分析し、それぞれの保持時間を求める工程と、
前記それぞれの保持時間を用いて各標準物質のＥＣＤ用保持指標を求める工程と、を備えることを特徴とするガスクロマトグラフ分析方法
ＥＣＤ検出器を用いたガスクロマトグラフ用のデータベースであって、
炭素数の異なる脂肪酸を誘導体化試薬により誘導体化したＥＣＤ用基準物質と、１乃至複数の標準物質と、を同一の条件で分析し、それぞれの保持時間からもとめた各物質のＥＣＤ用保持指標を、物質名と関連付けたデータベース。