JP5037642B2 - 重元素同位体比組成を利用した穀物の産地判別方法 - Google Patents
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Description
(1)穀物に含まれるストロンチウム及び鉛のそれぞれの同位体比を分析し、それらの分析情報を用いて穀物の産地を判別する穀物の産地判別方法。
(2)次の工程:
(i)穀物を酸分解して無機成分を主に含む溶液を調製する工程、
(ii)工程(i)で調製した溶液からストロンチウムと鉛とを分離、濃縮して、ストロンチウムを含む溶液及び鉛を含む溶液を調製する工程、
(iii)工程(ii)で調製したストロンチウムを含む溶液及び鉛を含む溶液を質量分析装置により分析して、ストロンチウム同位体比及び鉛同位体比を決定する工程、及び
(iv)工程(iii)で決定された試料のストロンチウム同位体比及び鉛同位体比と、判別したい産地由来の穀物のストロンチウム同位体比及び鉛同位体比とを比較する工程
を含む前記(1)に記載の方法。
(3)工程(i)の酸分解において分解容器として清浄な樹脂製使い捨てチューブを用いる前記(2)に記載の方法。
(4)工程(ii)においてストロンチウムと鉛との分離、濃縮を、クラウンエーテル抽出剤を用いた抽出クロマトグラフィー用樹脂を用いて行う前記(2)又は(3)に記載の方法。
(5)クラウンエーテル抽出剤がビス4,4′(5′)[t−ブチルシクロヘキサノ]18−クラウン−6である前記(4)に記載の方法。
(6)工程(iii)において質量分析装置として単一検出器型誘導結合プラズマ質量分析装置を用いる前記(2)〜(5)のいずれかに記載の方法。
本工程は、穀物を酸分解して無機成分を主に含む溶液を調製する工程である。穀物に含まれる鉛の量はごく僅かであることから、使用する器具などからサンプルへのコンタミネーションを抑制するため、清浄な樹脂製使い捨てチューブ、例えばデジチューブ(ジーエルサイエンス)を分解容器として試料を採取し、更に硝酸を主とした酸を添加して、例えばデジプレップ酸分解用ヒートブロックシステム(ジーエルサイエンス)により加温して酸分解し、有機物を揮散させて無機成分を主に含む溶液を調製する。この際、重元素は同位体分別されにくいため、試料に含まれるケイ酸成分などを全分解する必要はない。
本工程は、〔酸分解〕工程で調製した溶液からストロンチウムと鉛を分離し濃縮する工程である。穀物のストロンチウム同位体比(質量数86と87のストロンチウム同位体の存在比)を高い精確さで測定するには、穀物に含まれるRb87を分離することが不可欠である。また、酸分解により調製した溶液にはカリウムやカルシウムなど様々なミネラルが高濃度に含まれると同時に、鉛はごく僅かしか含まれないため、このままでは精確に鉛同位体比を測定することはできない。そこで、ストロンチウムと鉛を選択的に捕捉する樹脂を用いて精製・濃縮し、ストロンチウム又は鉛を高濃度に含む溶液を調製する。前記の樹脂としては、例えば、クラウンエーテル抽出剤を用いた抽出クロマトグラフィー用樹脂が挙げられる。前記クラウンエーテル抽出剤としては、例えば特許第2620447号公報に記載のビス4,4′(5′)[t−ブチルシクロヘキサノ]18−クラウン−6(略称:ジ−t−ブチルシクロヘキサノ−18−クラウン−6)等が挙げられる。これらは、通常、1−オクタノール、1−ヘプタノール、1−デカノール、イソデカノール等の長鎖アルコールで希釈して不活性樹脂基材上に分散させる。こうして得られる物が抽出クロマトグラフィー用樹脂として用いられる。このような抽出クロマトグラフィー用樹脂としては、例えばSrレジン、PbレジンがEichrom Technologies社から市販されており、これらの市販品を用いることができる。例えば、Srレジンカラムで抽出されたストロンチウムは希硝酸又は水で容易に溶出される。
本工程は、質量分析装置、好ましくは単一検出器型誘導結合プラズマ質量分析装置によりストロンチウムと鉛の同位体比を決定する工程である。産地間の同位体比の違いはごく僅かであるため、高い精確さで同位体比を決定する必要があるが、同位体比分析用の質量分析装置を利用したのでは研究レベルに留まり、実際の検査等に利用するには限界がある。そこで、単一検出器型誘導結合プラズマ質量分析装置を用いて最適条件で測定することによりストロンチウム同位体比(質量数86と87のストロンチウム同位体の存在比)と鉛同位体比(質量数204、206、207及び208の鉛同位体の存在比)を相対標準偏差0.1%程度かそれよりも高い測定精度で決定することができる。
前記の工程に従って、判別したい産地内の様々な地域由来の穀物のストロンチウムと鉛の同位体比を決定してデータベースとし、試料の同位体比組成と比較することで産地を判別することができる。信頼性の高い産地判別法にするには、対象となる産地から偏りなくできるだけ産地を代表するように試料を多数収集し、データを得る必要がある。なお、ストロンチウム同位体比は質量数87と86の同位体比のカウント数の比を利用する。鉛の安定同位体は4種類(質量数:204、206、207、208)存在し、これらのカウント数から得られる6種類の同位体比(質量数:208/207、208/206、208/204、206/207、207/204、206/204)を利用する。各産地由来の穀物についてこれらのデータベースを構築する。
〔試料〕
試料は粒状態未加工のものであり、詳細は以下に示す。
米は約2.5gずつデジチューブに4本、大麦及び小麦は2.5gずつデジチューブに2本量り取った。各チューブに69%硝酸を10mL添加し、デジプレップ酸分解用ヒートブロックシステムにより加熱して酸分解した。この途中で30%過酸化水素2mLを添加して分解を促進させ、蓋をずらすことで隙間から酸を揮散させた。黒く焦げた場合には69%硝酸と30%過酸化水素を少量添加し、焦げがなくなるまで分解を続け、酸を揮散させた。米の残渣には69%硝酸1.5mLを、大麦と小麦の残渣には69%硝酸3mLを加え加温して溶解し、米の分解液は4本分、大麦及び小麦の分解液は2本分を15mL容遠沈チューブに超純水で洗い込み、約12mLの目盛りまでメスアップし約8M硝酸水溶液になるように調製した。
分解液の入った遠沈チューブを3,000rpmで10分間遠心分離した。未分解の浮遊物や沈殿物は採取しないようにし、溶液部分のみをSrレジンを0.3mL詰めたカラムに負荷した。8M硝酸1mL×2回で洗浄し、0.05M硝酸1mL×2回でSrを溶出させた。その後6M塩酸0.5mL×3回でPbを溶出させた。
同位体比測定で精確な値を得るには、標準液と試料溶液の濃度を合わせる必要がある。そのため、SrとPb抽出液の濃度を誘導結合プラズマ質量分析装置により定量し、濃度を一致させたSrとPbの標準液、SrとPb試料溶液をそれぞれ調製した。
単一検出器高分解能型誘導結合プラズマ質量分析装置によりSrとPbの同位体比を決定した。測定条件を以下に示す。
Isotope:Kr83、Rb85、Sr86、Sr87、Sr88
Resolution:Low
Mass Window:5
Settling Time:0.001
Sample Time:0.0010
Sample Per Peak:200
Search Window:0
Integration Window:5
Scan Type:EScan
Detection Mode:Both
Integration Type:Analog
Run:3
Pass:500
Measurement Time:1 min 23 s
Correction Equation:Sr86 −1.5043*Kr83
Sr87 −0.3857*Rb85
Isotope:Hg202、Pb204、Pb206、Pb207、Pb208
Resolution:Low
Mass Window:5
Settling Time:0.001
Sample Time:0.0010
Sample Per Peak:180
Search Window:0
Integration Window:5
Scan Type:EScan
Detection Mode:Both
Integration Type:Counting
Run:3
Pass:1000
Measurement Time:2 min 31 s
Correction Equation:Pb204 −0.2299*Hg202
ストロンチウム同位体比はSr87/Sr86のみだが、鉛の安定同位体は4種類存在し、それらの同位体比は質量数:208/207、208/206、208/204、206/207、207/204、206/204の6種類の組み合わせがある。よって、鉛同位体比の2次元プロットは15種類存在する。米、大麦、小麦、各試料のSrとPbのこれら同位体比データの一部を図1〜9に示す。
判別したい試料のストロンチウムと鉛の同位体比を測定し、図1〜9のようなデータベースと比較することで産地を判別する。
ストロンチウムと鉛の同位体比を組み合わせることにより産地国を判別する。判別の精度を高めるためには、更にNa、Rb、Sr、Ba、Al、Fe、Co、Ni及びCuの9元素の濃度(表4)を組み合わせる。
ストロンチウムと鉛の同位体比を組み合わせることにより産地国を判別する。判別の精度を高めるためには、更に元素の濃度等他の情報を組み合わせる。
ストロンチウムと鉛の同位体比を組み合わせることにより産地国を判別する。判別の精度を高めるためには、更にRb、Sr、Mo、Ba及びCuの5元素の濃度(表5)を組み合わせることで産地国を判別する。
酸分解溶液に内標としてイットリウムを添加し、20倍希釈してNa、Rb、Sr、Ba、Al、Fe、Co、Ni及びCuの9元素を定量する。
米中の9元素の濃度データを表4に示す。
酸分解溶液に内標としてイットリウムを添加し、40倍希釈してRb、Sr、Mo、Ba及びCuの5元素を定量する。
小麦中の5元素の濃度データを表5に示す。
重元素同位体比組成の分析結果のみで産地別都道府県を決定することは困難であるが、例えばある試料が秋田県産であるか否か調べる場合、分析値が秋田県のデータベース領域に入らなければ秋田県産でないと判断できる。また、例えば北海道産か岐阜県産かなど同位体比組成が明確に異なる産地間であれば、或いは元素組成など他の指標を組み合わせれば、国内産地間の判別も可能である。
Claims (4)
- 穀物に含まれるストロンチウム及び鉛のそれぞれの同位体比を分析し、それらの分析情報を用いて穀物の産地を判別する穀物の産地判別方法であって、
次の工程:
(i)穀物を酸分解して無機成分を主に含む溶液を調製する工程、
(ii)工程(i)で調製した溶液から、クラウンエーテル抽出剤を用いた抽出クロマトグラフィー用樹脂を用いて、ストロンチウムと鉛とを分離、濃縮して、ストロンチウムを含む溶液及び鉛を含む溶液を調製する工程、
(iii)工程(ii)で調製したストロンチウムを含む溶液及び鉛を含む溶液を質量分析装置により分析して、ストロンチウム同位体比及び鉛同位体比を決定する工程、及び
(iv)工程(iii)で決定された試料のストロンチウム同位体比及び鉛同位体比と、判別したい産地由来の穀物のストロンチウム同位体比及び鉛同位体比とを比較する工程
を含む穀物の産地判別方法。 - 工程(i)の酸分解において分解容器として清浄な樹脂製使い捨てチューブを用いる請求項1記載の方法。
- クラウンエーテル抽出剤がビス4,4′(5′)[t−ブチルシクロヘキサノ]18−クラウン−6である請求項1又は2記載の方法。
- 工程(iii)において質量分析装置として単一検出器型誘導結合プラズマ質量分析装置を用いる請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
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