JP2008145205A - 化合物の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明の課題は、DPAA等の砒素を含有する化合物を分解することなく、親分子イオンを高効率に直接測定することである。
【解決手段】DPAA等にＬｉＴＦＭＳ等を添加、混合し、DPAA等を分解することなく親分子イオンを高効率に測定する。これにより、分子を壊さず親分子イオンのみの測定が可能となり、微量な化学種の判別が可能となる。さらに、これらの操作には誘導体化などの複雑な前処理は、不必要であるため、操作の簡便迅速化とコンタミネーションの軽減が期待される。
【選択図】図２

Description

本願発明は、脳障害、脳幹-小脳障害、脳萎縮による精神遅滞などの知的障害を引き起こすジフェニルアルシン酸(以下「DPAA」という。)等の砒素を含有する化合物を分解することなく、液相リチウムイオン付着法により親分子イオンを直接測定する方法に関する。ＤＰＡＡ以外の砒素を含有する化合物としては、ジメチィルアルシン酸（以下「ＤＭＡＡ」という。）又はフェニルアルシン酸（以下「ＰＡＡ」という。）が該当する。

化学兵器の原料やε-カプロラクタム合成触媒として用いられているDPAAによる土壌・地下水の汚染や、それに伴う健康被害が問題となっている。

DPAAの測定法としては、従来は、総砒素量を吸光光度法、水素化物原子吸光法、誘導結合プラズマ（ICP）発光法やICP-質量分析（MS）法などにより測定し、無機イオンである砒素のみを評価する方法が用いられている。

砒素の毒性は、化学形態により大きく異なるが、これらの手法は、砒素化合物を構成する砒素原子を検出するものであり、本来の化学分子種を知ることは出来ない。また、DPAAは、従来の方法であるマトリクス支援レーザー脱離イオン化（MALDI）法、並びにエレクトロスプレーイオン化（ESI）法等に代表されるソフトイオン化法による測定は、不可能であった。

そのような状況の中で、ペンタフルオロチオフェノール（PFTP）誘導体化を用いた迅速かつ高感度な分析法を開発し、水中のDPAAの検出に適用した例がある（非特許文献１参照）。その場合、測定は、誘導体をベンゼンへ抽出後、GC／MSのSIMモードで行われている。

しかしながら、上記方法は、GC／MSで測定を行うので、検出される信号は、試料分子そのものの親ピークではなく、フラグメントのピークである。また、GCで分離するためには試料を気化しやすい物質とすべく、時間と手間を要する誘導体化が必要となり、コンタミネーションの原因ともなりかねない。加えて、抽出操作に因る濃縮が行われているはずだが、感度が良くないという欠点がある。

また、井戸水及び海水中のDPAAを固相抽出と黒鉛炉原子吸光法（GFAAS）により測定した例もある（非特許文献２参照）。この場合、試料溶液を固相抽出カートリッジへ導入し、水で洗浄し、エタノールで抽出後、溶媒を除去し、残渣を水で溶かして調製した試料溶液に、マトリクスを加えて測定が行われている。

しかしながら、このGFAASは、分子を黒鉛の電気炉を用いて高温で加熱し、目的元素を基底状態の原子に解離させて測定を行う方法であるため、検出される信号は、ICP法と同様に試料分子そのものの親ピークではなく、砒素原子を検出することになる。また、砒素が含まれていれば、DPAAであるか否かにかかわらず原則的に検出されるため、他の砒素化合物と分離するためには、手間と時間のかかる濃縮・分離精製（この場合、汎用性の高い樹脂を用いて固相抽出）が必要となる。

ここで、新たに創出されたのが、DPAAの測定において、DPAAとリチウム化合物を混合し、リチウムイオンを付加してDPAAを測定する方法であり、この方法においては、親分子を分解することなく、親分子イオンを直接測定することに成功している（下記特許文献１参照）。しかし、この方法は、検出感度が低い点に欠点を有していた。
Kim,KS. et al. "A rapid and sensitive analysis ofdiphenylarsinic acid in water by gas chromatography/mass spectrometry."Anal. Sci. 2005, 21, 513-516. Kitamura T et al. "地下水及び海水中の微量ジフェニルアルシン酸の固相抽出−黒鉛炉原子吸光法による定量" 分析化学 2005, 54, 701-706 特願２００５−２６６３３８号

本願発明の課題は、化合物、特に、DPAA等の砒素を含有する化合物を分解することなく、高効率に親分子イオンを直接測定することである。

DPAA等の砒素を含有する化合物に、リチウム付加反応用イオン対試薬を加えて混合することにより、砒素を含有する化合物を分解することなく親分子イオンを極めて高効率に測定することができる。

具体的には、リチウム付加反応用イオン対試薬として、より多くの炭化フッ素基を有する有機スルホン酸リチウム及びより多くのフェニル基を有する有機ホウ酸リチウム、特に、このフェニル基が、より多くのハロゲン基、好ましくは、フッ素で置換されている有機ホウ酸リチウムを使用することにより、達成することができる。

より具体的には、上記有機スルホン酸リチウムとして、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（以下「ＬｉＴＦＭＳ」という。）、ヘプタデカフルオロオクタンスルホン酸リチウム、ビス（トリフルオロメタン）スルホイミドリチウム塩等を使用した。

また、上記有機ホウ酸リチウムとしては、テトラキス［３，５−ビス（トリフルオロメチル）フェニル］ホウ酸リチウム（以下「ＬｉＴＦＰＢ」という。）、テトラフェニルホウ酸リチウム、テトラキス（４−クロロフェニル）ホウ酸リチウム、テトラキス（４−フルオロフェニル）ホウ酸リチウム、テトラキス[３，５−ビス（トリフルオロメチル）フェニル]ホウ酸リチウム等を使用した。

本願発明においては、化合物、特に、砒素を含有する化合物にリチウムイオンを付着させてイオン化を行うため、分子を壊さず親分子イオンのみの高効率の測定が可能となり、微小な砒素を含有する化学種の判別が可能となる。

本願発明においては、上記のリチウム付加反応用イオン対試薬のうち、特に、ＬｉＴＦＭＳ及びＬｉＴＦＰＢを使用した場合、前者では、ＤＰＡＡの検出限界を１μＭ（塩化リチウムを使用したときの１０倍）、後者では、０．０１μＭ（塩化リチウムを使用したときの１０００倍）とすることができた。

これは、図３のように、上記試薬の周りにフッ素が多く存在する試薬ほど、リチウムイオンが試薬の周りから離れず、あたかも試薬のまわりを回動するかのように存在するリチウムイオンの量が見かけ上増え、したがって、これらのリチウムイオンに付加する砒素化合物の量も増加して、極めて微小な量の砒素まで効率的に判別することが可能となっているのではないかと推定される。

また、本願発明の操作には、誘導体化などの複雑な前処理は不必要であるため、操作の簡便迅速化とコンタミネーションの減少が期待される。

本願発明においては、上記試薬を使用して、ＤＰＡＡの検出限界を測定したが、以下においては、本願発明を実施するための最良の形態を示す。

測定用試料は、ＬｉＴＦＭＳ等のリチウム化合物をDPAA等の砒素を含有する化合物と混合し調製した。該測定用試料を試料台に載置し乾燥させて、質量分析計（実施例においては、飛行時間型質量分析装置）へ導入した。試料台にレーザー（実施例においては、窒素レーザー）を照射してイオン化を行いリチウムイオン付加した化合物の親分子の信号を得ることができる。

測定装置の概要を説明する。
図１に示すように、リチウムの付着した試料を試料台（サンプルホルダー）に保持する。該試料に、レーザー光を照射し、分子にリチウムイオンを付着させて、試料をイオン化する。

上記レーザー光は、波長337nmの窒素レーザー、波長1064nm、532nm、355nm若しくは266nmのNd:YAGレーザー、波長1047nm若しくは524nmのNd:YLFレーザーが望ましいが、その他の光であってもよい。

実施例においては、リチウムカチオンが付着し正の電荷を帯びたイオンが生じる。イオン化した試料は、試料台および加速電極に印加された電位差により、図の右方向に引き出されて加速され、図の右方向に飛ばされる。イオン発生時の初期エネルギー分布の分散を打ち消すために、イオン反射器によりイオン源方向へと反転され、検出器により飛行時間を計測される。質量電荷比(m/z)の小さい(軽い)ものほど高速で飛行し、より早く検出器に到達するので、m/zの小さい順に時間軸上に分離することが出来る。

［参考例］
試料としては、DPAA水溶液1.0mMと塩化リチウム水溶液3.8mMを混合、攪拌した。溶液の溶媒は、メタノールと超純水を体積で等量混合したものを使用した。これらの混合溶液の0.20μLを試料として試料台に載せた。大気圧下で約15分静置し、試料を乾燥させた。乾燥後、飛行時間型質量分析計へ導入した。測定に適当な真空度に達した後、窒素レーザー（波長337.1nm）を照射して試料分子にリチウムイオンを付加させることでイオン化させ、測定を行った。

その結果、図２の最も左のグラフに示すように、DPAAにリチウムが付与された分子が相対強度として０．２５程度の信号として得られた。

試料としては、DPAA水溶液1.0mMとLiTFMS水溶液3.8mMを混合、攪拌した。溶液の溶媒は、メタノールと超純水を体積で等量混合したものを使用した。これらの混合溶液の0.20μLを試料として試料台に載せた。大気圧下で約15分静置し、試料を乾燥させた。乾燥後、飛行時間型質量分析計へ導入した。測定に適当な真空度に達した後、窒素レーザー（波長337.1nm）を照射して試料分子にリチウムイオンを付加させることでイオン化させ、測定を行った。

その結果、図２の中央のグラフに示すように、DPAAにリチウムが付与された分子が相対強度として、１．５程度の信号が得られた。これは、従来の塩化リチウムを添加して分析した場合（上記参考例）と比較して、６倍程度の信号強度が得られた。逆に言えば、１／６程度の微量な試料を分析できることを示している。

試料としては、DPAA水溶液1.0mMと、LiTFPB水溶液3.8mMを混合、攪拌した。溶液の溶媒は、メタノールと超純水を体積で等量混合したものを使用した。これらの混合溶液の0.20μLを試料として試料台に載せた。大気圧下で約15分静置し、試料を乾燥させた。乾燥後、飛行時間型質量分析計へ導入した。測定に適当な真空度に達した後、窒素レーザー（波長337.1nm）を照射して試料分子にリチウムイオンを付加させることでイオン化させ、測定を行った。

その結果、図２の最も右のグラフに示すように、DPAAにリチウムが付与された分子が相対強度として、検出器の信号が飽和するほどの強さ信号（２．５以上）が得られた。これは、従来の塩化リチウムを添加して分析した場合（上記参考例）と比較して、少なくとも１０倍以上の信号強度が得られた。逆に言えば、従来の１／１０以上の微量の試料を分析できることを示している。

上記の実施例においては、DPAA水溶液1.0mMと、LiTFMS水溶液3.8mM又はLiTFPB水溶液3.8mMを混合した場合を示したが、LiTFMS又はLiTFPBの添加量を変化させることにより、試料へ付着するリチウムイオンの量を格段に多くすることが可能である。

LiTFMSを添加した場合には、塩化リチウムを添加した場合に比べて、約１０倍、LiTFPBを添加した場合には、約１０００倍のリチウムイオンを付着することができるので、従来の１／１０から１／１０００の微量な試料分子まで測定することが可能である。

本願発明に係る測定方法である飛行時間型質量分析法の原理を説明するための概略説明図 従来方法によるリチウムイオン付着ＤＰＡＡ信号強度及び本願発明によるリチウムイオン付着ＤＰＡＡ信号強度の比較図 液相リチウムイオン付加メカニズムをモデル的に表した図

Claims (10)

1. 化合物の測定方法であって、液相において、該化合物とリチウム付加反応用イオン対試薬とを混合し、乾燥させた後、光を照射し、リチウムイオンの付加された化合物を測定することを特徴とする化合物の測定方法。
2. 上記イオン対試薬は、炭化フッ素基を有する有機スルホン酸リチウムであることを特徴とする請求項１に記載の化合物の測定方法。
3. 上記有機スルホン酸リチウムは、トリフルオロメタンスルホン酸リチウムであることを特徴とする請求項２に記載の化合物の測定方法。
4. 上記イオン対試薬は、フェニル基を有する有機ホウ酸リチウムであることを特徴とする請求項１に記載の化合物の測定方法。
5. 上記有機ホウ酸リチウムのフェニル基は、ハロゲン基で置換されていることを特徴とする請求項４に記載の化合物の測定方法。
6. 上記ハロゲン基は、フッ素基であることを特徴とする請求項５に記載の化合物の測定方法。
7. 上記有機ホウ酸リチウムは、テトラキス［３，５−ビス（トリフルオロメチル）フェニル］ホウ酸リチウムであることを特徴とする請求項６に記載の化合物の測定方法。
8. 上記化合物は、砒素を含有する化合物であることを特徴とする請求項１に記載の化合物の測定方法。
9. 上記砒素を含有する化合物は、ジフェニルアルシン酸、ジメチルアルシン酸又はフェニルアルシン酸であることを特徴とする請求項８に記載の化合物の測定方法。
10. 上記リチウムイオンの付加された化合物の測定方法は、質量分析法であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の化合物の測定方法。
    

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