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ノ ー ト
薄層クロマトグラフィー/水素炎イオン化法による
土壌中の不揮発性汚染油分の選択的定量分析
佐久間喜子
Ⓡ 1，杉田 将紀
1，阿部
1 緒 言
現在，船舶からの燃料油漏洩えいや，石油工業地域における 鉱油類の漏洩などの様々な油による土壌汚染は，社会的影 響の大きな災害である．したがって，油汚染された土壌の 浄化及び改良は，重要な技術的対策課題となっている．こ のような情勢を受け，様々な油汚染土壌の浄化手段1）～4）が 開発されている．そこで，土壌の汚染状況の実態把握や浄 化の評価のために，土壌汚染の分析法が必要である．平成 18年に環境省より示された油汚染対策ガイドラインでは， 米国環境保護局にて制定された EPA method を参考にした 土壌中油分の分析方法が例示されている．しかし，例示さ れた現行の分析手法では，汚染土壌中に存在する油分の適 正な定量は困難である． 油汚染の有無にかかわらず，土壌中には土壌中微生物の 代謝等5）に由来したテルペン等の有機化合物が存在する6）． 例えば，イタリアにて発生した油汚染土壌の分析では，土 壌からの油分抽出液に土壌中元来の有機化合物としてテル ペンの存在が確認されている7）．したがって，土壌中油分 の定量分析において，油分だけでなく土壌中に元来より存 在する成分も重複して定量してしまうことが問題となる． ゆえに，土壌浄化の分野では，油分のみを適正に定量評価 する技術の確立が求められている．そこで，著者らは，土 壌中油分の選択的定量分析法の検討を行った． 本研究では重質油の分析に多く用いられている TLC/ FID法に着目した．TLC/FID 法は，薄層クロマ卜グラフィ ー（TLC）と検出器として水素炎イオン化法（FID）を組 み合わせた分析法である．シリカゲルを固定相とした吸着 クロマトグラフィーを行う TLC では，油分成分の固定相へ の吸着力の差を利用し，化学構造的に類似した成分群への 分画が行える．重質油の分析では，TLC により飽和成分， 芳香族成分，レジン分及びアスファルテン分の 4 成分群へ 分画し，FID を用いた定量分析が行われる．TLC/FID 法に よる油分と土壌元来の有機化合物との分離が可能になれ ば，選択的な油分分析が期待できる．しかし，従来の重質 1三菱ガス化学株式会社新潟研究所 : 950-3112 新潟県新潟市北 区太夫浜新割 182久起
1，田中 昭宣
1，南 場 哲
1 油の分析法では，効率的な成分群の分画は困難であった． 従来法は，3 種の溶媒により多段階の展開を行うため，展 開を重ねるたびに添加距離が短くなり，分画が不十分であ った．そこで，TLC/FID 内部標準法8）にて行われている FID測定を 2 回に分けて行う TLC/FID 測定を採用した．こ れにより，溶媒展開にて溶出したピークのみを FID 測定 し，次の展開距離の延長を図ることができると考えた．2 実 験
2・1 土壌中成分のシリカゲルクロマトグラフィー 土壌中元来の有機化合物の代表例として東京化成製の以 下の試薬を用いた．有機カルボン酸エステルとしてオレイ ン酸メチル及びシュウ酸ジエチル，有機カルボン酸として パルミチン酸，リノール酸，オレイン酸，ステロイドとし て β-シトステロール．これらの成分は，後述の土壌中元来 の有機化合物モデルに用いた腐葉土抽出分への含有をガス クロマトグラフ/質量分析（GC/MS）（Varian 製）測定に て確認したものである．油分には，日新運輸より購入した C重油を用いた．薄層クロマトグラフィーに Merck シリカ ゲル 60F254TLCアルミニウムシートを使用した．展開溶媒 （すべて和光純薬製）には，1. 飽和分の展開に n-ヘキサン， 2.芳香族分の展開にトルエン，3. 土壌中元来の有機化合物 の展開にジクロロメタンとメタノールの混合溶液を用い た． 薄層クロマトグラフィーの原点へ，C 重油は 5 wt％ ジク ロロメタン溶液として，土壌中元来の有機化合物の代表と して用いた試薬は 1 wt％ ジクロロメタン溶液として試料 を重ねて添着した．従来の TLC/FID 分析の検証のため， 1. n-ヘキサン（展開長 8.7 cm），2. トルエン（展開長 5 cm）， 3.ジクロロメタン : メタノール＝95 : 5（容量比）の混合溶 媒（展開長 2.5 cm）で展開を行った．一方，後述する分離 条件の改良法では，3 の溶媒混合比を 3́. ジクロロメタン : メタノール＝99 : 1（容量比）の混合溶媒（展開長 10 cm） として展開を行った． 2・2 モデル汚染土壌の作製 日新運輸の C 重油を汚染源とし，更に土壌中元来の有機
1
2
Development with 2
Development with 1
Development with 2 Development with 3
Development with 1
a b c d
3´
Development with 1
e f g h
a b c d e f g h
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Sat.
Asp.
Res.
Aro.
Development with 2 Development with 3
Development with 1
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3
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Sat.
Aro.
Res.
Asp.
Fig. 1 Photographs of TLC plates developed with developing solvents 1-3 in sequence
Developing solvent 1 : n-hexane ; Developing solvent 2 : toluene ; Developing solvent 3 : dichloromethane : metha-nol＝95 : 5 (in volume) mixture, 3́ : dichloromethane : methanol＝99 : 1 (in volume) mixture ; SampleA : Palmitic acid ; SampleB : Linoleic acid ; SampleC : Oleic acid ; SampleD : Methyl Oleate ; SampleE : Diethyl Oxalate ; SampleF : β-Sitosterol ; SampleG : 1 wt％ extracted from leaf mold ; SampleH : 1 wt％ C crude oil ; Sat. : Saturates ; Aro. : Aromatics ; Res. : Resin ; Asp. : Asphaltene
化合物モデルとして腐葉土抽出分によるモデル汚染土壌を 作製した．腐葉土抽出分は，タカムラ製の園芸用腐葉土の ジクロロメタン（和光純薬製）の抽出物を用いた．具体的 には腐葉土 50 g へ硫酸ナトリウム（和光純薬製）150 g を 添加し，ジクロロメタン 150 mL を抽出溶媒として 25℃ で 30分間の振とう抽出を 3 回繰り返した．抽出液はアドバン テック製 PTFE 製フィルター（孔径 0.20 μm）で沈殿物を 除去後，減圧濃縮でジクロロメタンを留去し，腐葉土抽出 分を得た． 次にモデル試料に用いる土壌の洗浄を行った．タカムラ かくはん 製の園芸用黒土 100 g に対し，水 150 g を添加し撹拌した． 得られたスラリーを遠心分離し，上澄み液を除いた．本操 作を 3 回繰り返した後，沈殿層の黒土分を 110℃ で重量恒 量化するまで乾燥させた．洗浄恒量化した黒土へ，C 重油 及びジクロロメタンによる腐葉土抽出分をそれぞれ一定量 添加し，モデル汚染土壌を作製した． 2・3 モデル汚染土壌からの抽出 モデル汚染土壌 10 g に対して硫酸ナトリウム（和光純薬 製）30 g を添加し，二硫化炭素（和光純薬製）30 mL を抽 出溶媒として 25℃ にて 30 分間の振とう抽出を 3 回繰り返 した．抽出後に二硫化炭素にて 100 mL にメスアップし， アドバンテック製 PTFE 製フィルター（孔径 0.20 μm）で 沈殿物を除去し取得した抽出液は 5 倍に濃縮し，TLC/FID 測定試料とした． 2・4 TLC/FID 測定 2・4・1 装 置 TLC/FID は 三 菱 化 学 ヤ ト ロ ン 製 の
Fig. 2 TLC/FID chromatograms of the extraction from the model polluted soil. A Conventional method, B modified method
Developing solvent 1 : n-hexane ; Developing solvent 2 : toluene ; Developing solvent 3 : dichloromethane : methanol＝95 : 5 (in volume) mixture 3́ : dichloro-methane : methanol＝99 : 1 (in volume) mixture ; solid line : Sample ; dotted line : Baseline ; Sat. : Saturates ; Aro. : Aromatics ; Res. : Resin ; Asp. : Asphaltene ; Int : interfering substance ; solid line : Sample ; dot line : Baseline
IATROSCAN MK-6sと，クロマトグラフィー用薄層棒にク ロマロッド－S III を使用した．溶媒展開後，空気流量 2.0 mL/min及び水素流量 160 mL/min，スキャン速度 30 s/ scanで FID 測定を行った．測定データは，システムインス ツルメンツ Sic480 II データステーションを用いて積分解 析を施した． 2・4・2 測定 展開距離の延長による油分と土壌中元 来の有機化合物モデルの効率的な分離の比較のため，モデ ル汚染土壌からの抽出液について従来の重質油の分析方法 と改良法により定量を行った． 従来法では，クロマロッド－S III に測定試料溶液を 2 μL 添着し，n-ヘキサン（展開長 10 cm），トルエン（展開長 6 cm），ジクロロメタン : メタノール＝95 : 5（容量比）の 混合溶媒（展開長 2.5 cm）の順に展開を行い，FID で測定 した．改良法では，n-ヘキサン（展開長 10 cm），トルエン （展開長6 cm）の順に展開した後，溶出ピーク部分のみFID 測定を行った．その後，ジクロロメタン : メタノール＝ 99 : 1（容量比）の混合溶媒（展開長 10 cm）で展開し，全 展開範囲の FID 測定を実施した． モデル汚染土壌中の油分濃度を簡便に評価するため，絶 対検量線法で定量を行った．飽和分については，飽和分の 代表的な化合物として直鎖アルカンのエイコサン（和光純 薬製）を標準物質とした．その他の成分は，アントラセン （和光純薬製）を標準物質とした．油分に含まれる芳香族 分，レジン分及びアスファルテン分は，構造中に多環芳香 族を含むため，入手が容易かつ分析再現性が高いアントラ センを標準として選択した．それぞれ 0.2 wt％ から 1 wt％ までの 5 点の濃度で絶対検量線を作成し，標準物質に換算 したモデル汚染土壌中の重量百分率濃度（wt％）として各 分画を定量した．
3 結果と考察
TLC展開挙動を Fig. 1 に示した．従来法の展開では，土 壌中成分と C 重油中の成分の重複が確認できた．特に，ヘ キサン及びトルエンで溶出される土壌中成分は C 重油のレ ジン分領域に重複しており，レジン分を適正に評価出来な いことが示された．また，ジクロロメタン : メタノール＝ 95 : 5の混合溶媒による展開では，展開溶媒の極性が高い ため土壌中成分と同時にレジン分も展開された．そこで， Fig. 1中の 3́ に示すように，ジクロロメタン : メタノール の比率を 99 : 1 とすることにより展開溶媒の極性を下げ， レジン分の溶出を抑えた．一方，土壌中成分の溶出挙動は ほとんど変わらなかったため，土壌成分と C 重油の重複を 低減したと考えられる．そこで，TLC/FID へ TLC の結果 の適用を試みた．改良法としてトルエンによる展開後に， FID測定を行い，ヘキサン及びトルエンにより溶出する土 壌中成分を油分と分離定量するとともに，3 段階目の展開 溶媒をジクロロメタン : メタノール＝99 : 1 の混合溶媒へ 変更した．同改良法の検証のため，従来の TLC/FID との 比較を行った． Fig. 2 Aに従来法による TLC-FID 分析の結果を示す． TLCの結果より，土壌中成分はレジン分とアスファルテン 分に含まれていると考えられる．C 重油成分と土壌中元来 の有機化合物の分離が不可能であった．一方，Fig. 2 B に示 した改良法では，1 回目の FID 測定で，飽和分，芳香族分 の後方に土壌元来の有機化合物が分析妨害成分（Int.）と して分画された．また，2 回目の FID 測定ではレジン・ア スファルテン分の前方に分析妨害成分が分画された．ま た，絶対検量線法による定量の結果，Table 1 に示すよう に，C 重油を含むモデル汚染土壌では，飽和分，芳香族分 は，TLC/FID の測定方法にかかわらず，定量値の差異は認
Table 1 Converted concentrations of each fractions Pollutant source, wt％ Converted concentration, wt％
Method Oil a)
Others b)
Sat. Aro. Res.&Asp. Int. Total
0 0 Usual Modified 0.00 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00 0.02 0.02 0.02 0 1 Usual Modified 0.01 0.00 0.02 0.02 0.24 0.05 0.12 0.27 0.19 1 1 Usual Modified 0.13 0.15 0.43 0.51 0.37 0.06 0.18 0.93 0.90 Usual 0.80 2.45 0.90 4.15 5 1 Modified 0.65 2.51 0.26 0.53 3.95
a) Commercially-supplied C crude oil was used as pollutant source oil. b) Others were obtained by extrac-tion with dichloromethane from commercially-supplied leaf mold.
められなかった．一方，腐葉土抽出分も含むモデル汚染土 壌では，レジン・アスファルテン分の定量値が，従来法と 比較して改良法では減少した．また，改良法では，レジン 分とアスファルテン分の減少量と同程度の分析妨害成分が 定量された．したがって，TLC/FID の改良法により，分析 妨害成分が新たな画分として定量された． 従来法ではレジン分又はアスファルテン分に含まれて定 量されていた土壌元来の有機化合物が，改良法により分析 妨害成分として分画できた．ゆえに，土壌中油分定量への 土壌元来の有機化合物の影響を低減できたと考えられる． 一方，腐葉土抽出分のみで汚染されたモデル汚染土壌で は，成分のほとんどは分析妨害成分として定量されたが， レジン・アスファルテン分として原点に残留する成分も存 在した．また，薄層クロマトグラフィーにて，比較的極性 の高い有機酸類はテーリングの傾向が認められた．ゆえ に，有機酸類は，レジン・アスファルテン分との分離が困 難と考えられる．したがって，本改良法にても，分析妨害 成分としての土壌中元来の有機化合物の完全な分離には達 してない．また，C 重油濃度が 5 wt％ と高濃度の場合には， C重油濃度 1 wt％ の場合と比較して分析妨害成分の定量値 が高い．これは，C 重油濃度が高い場合には，C 重油成分 の一部も分析妨害物質として定量されてしまうことを示し ている．これらのことから油分の選択的定量法の実現のた めへ向けて，今後も更なる改良が必要であると考えられ る．
4 結 語
TLC/FID法の改良により，土壌中油分の定量における 土壌中元来の有機化合物による影響を低減できた．TLC/ FID法は，土壌中に蓄積しやすい不揮発性油分の定量に適 している．したがって，本法により，土壌の汚染状況の実 態把握や浄化の評価の適正性向上が期待される．また，従 来の分析法では，土壌中由来の有機化合物も定量してしま うために，土壌浄化の終了判定が困難であった．しかし， 本法の土壌中由来の有機化合物の分離により，土壌浄化の 適正な判定を行うことができる． 文 献 1) 美坂康有 : 環境技術，21, 672 (1992). 2) 今村 聰，小松 寛 : 安全工学，43, 12 (2004). 3) 西村 実 : 環境技術，21, 677 (1992). 4) 塩見尚史，加藤滋雄 : 49, 368 (2004).5) A. D. McLaren, G. H. Peterson :“Soil Biochemistry”, p. 119 (1967), (MARCEL DEKKER, INC., New York). 6) M. M. Kononova, T. Z. Nowakowski, A. C. D. Newman :
“Soil Organic Matter”, p. 47 (1966), (PERGAMON PRESS, Oxford).
7) S. Gagni, D. Cam : Chemosphere, 67, 1975 (2007). 8) M. Goto, M. Kato, M. Asaumi, K. Shirai, K.
Selective Quantitative Analysis for Nonvolatile Oils in Polluted Soil by
Thin-Layer Chromatography/Flame Ionization Detection
1 1 1 1
Yoshiko S
akuma, Masaki S
ugita, Hisaki A
be, Akinori T
anaka1and Satoshi N
anba1
Mitsubishi Gas Chemical Company, INC., Niigata Research Laboratory, 182, Shinwari, Tayuhama, Kita-ku,
Niigata-shi, Niigata 950-3112
(Received 14 August 2009, Accepted 15 January 2010)
