本プロトコルでは、ガスクロマトグラフィータンデム質量分析法による農耕土壌中の有機リン系農薬の多成分決定に向けた、ケイ酸マグネシウム吸着剤ベースの分散固相抽出クリーンアップを伴う改良Quick-Easy-Cheap-Effective-Rugged-Safe (QuEChERS)法について解説します。これにより、共抽出物の除去効率を高め、マトリックス由来の分析干渉を最小限に抑え、信頼性の高いトレースレベルの定量分析が可能となります。
本プロトコルでは、ガスクロマトグラフィータンデム質量分析法による農耕土壌中の有機リン系農薬の多成分決定に向けた、ケイ酸マグネシウム吸着剤ベースの分散固相抽出クリーンアップを伴う改良Quick-Easy-Cheap-Effective-Rugged-Safe (QuEChERS)法について解説します。これにより、共抽出物の除去効率を高め、マトリックス由来の分析干渉を最小限に抑え、信頼性の高いトレースレベルの定量分析が可能となります。
ガスクロマトグラフィー・タンデム質量分析法(GC-MS/MS)による農耕土壌中の有機リン系農薬(OPP)残留物の正確な定量は、共抽出された有機物、腐植物質、および鉱物由来の干渉物質によって引き起こされるマトリックス誘起信号効果によって妨げられることが多い。従来のQuick-Easy-Cheap-Effective-Rugged-Safe(QuEChERS)クリーンアップ戦略では、複雑な土壌抽出物からマトリックス成分を十分に除去できず、分析性能を損なう可能性がある。本研究では、混合吸着剤分散固相抽出(dSPE)クリーンアップに吸着剤を組み込んだ改良QuEChERSプロトコルを提示し、GC-MS/MSを用いて農耕土壌中の12種類のOPPを同時定量した。土壌特性が異なる6種類の農耕土壌を用いて、7種類のdSPE吸着剤の組み合わせを評価した。共抽出物の除去量は重量法により定量し、一次・二次アミン、オクタデシルシラン、およびケイ酸マグネシウム吸着剤(各50 mg、無水硫酸マグネシウム150 mgと共に使用)の組み合わせが、最高の平均共抽出物除去率(88%)を達成した。マトリックス効果を最小限に抑えるため、エチルグリセロール、L-グルコン酸γ-ラクトン、D-ソルビトール、およびシキミ酸からなる分析物保護剤を最終抽出液に添加し、土壌固有の信号変動はマトリックスマッチド校正によって補正した。手順内部標準および注入内部標準として、それぞれクロルピリホスメチル-d10およびトリフェニルリン酸を用いた。マトリックスマッチド校正曲線(5–600 µg/kg)は優れた直線性を示し、ほとんどの分析物と土壌の組み合わせにおいて決定係数は0.9933以上であった。直線性の評価には検出限界(5 µg/kg)を用い、バリデートされた最低レベルとしてメソッド定量限界を50 µg/kgに設定した。3つの回収レベル(50、200、および400 µg/kg、各レベル n = 5)で評価した正確さと精密度では、ほとんどの分析物と土壌の組み合わせで回収率70%から120%の間、相対標準偏差20%以下となり、SANTE/2020/12830 (Rev.2) の性能基準を満たした。回収率の低下が観察されたのは、特定の土壌マトリックスにおけるフェナミホス、ピリミホスエチル、およびエチオンのみであった。以上の結果は、ケイ酸マグネシウム吸着剤が共抽出物を減少させることでdSPEクリーンアップを向上させ、分析物保護剤およびマトリックスマッチド校正と組み合わせることで、複雑な土壌マトリックス中のOPPの信頼性の高い多成分残留定量がGC-MS/MSで可能であることを示している。
有機リン系農薬(OPPs)は、作物保護における広範な有効性と汎用性から、世界中で最も広く使用されている農薬類の一つであり続けています1。多くのOPPsは有機塩素系農薬よりも迅速に環境中で分解されますが、これらの化合物を広範囲にわたって繰り返し散布することにより、農地土壌中に持続的に存在することになります2。土壌は農薬が投入される主要な環境区画として機能し、そこから残留物が作物、地表水、地下水、および周辺のエコシステムへと移行する一時的な貯蔵庫となる可能性があります3。OPP残留物の存在が懸念されるのは、これらの化合物がアセチルコリンエステラーゼ活性の阻害を通じてヒトに神経毒性影響を及ぼすほか、非標的生物、土壌微生物コミュニティ、およびエコシステムの機能に悪影響を与えることが関連しているためです2。したがって、農地土壌におけるOPP残留物の発生は、食物連鎖や水系経路を通じた環境曝露、生態学的不均衡、および生物多様性の喪失に寄与する可能性があります3。そのため、高品質な発生データを生成し、環境曝露評価をサポートし、異なる農業条件下でのOPPsの環境動態に関する理解を深めるには、OPP残留物の信頼性の高い定量が不可欠です。さらに、単一の土壌タイプを用いて開発・最適化された分析法は、物理化学的特性が異なる土壌に適用した場合に必ずしも同等の性能を発揮するとは限らず4,5、多様な農業環境における分析法の適用性を評価することの重要性が浮き彫りになっています。しかし、農地土壌は物理化学的な変動が大きく、それが抽出効率、マトリックス効果(MEs)、および全体的な分析性能に影響を与えるため、トレースレベルの定量は依然として困難な課題となっています6。
ガスクロマトグラフィー・タンデム質量分析法(GC-MS/MS)は、複雑なマトリックス中の微量な有機リン系農薬(OPP)の多成分同時定量における標準的な分析手法として広く認識されています7,8。しかしながら、正確な定量は装置の性能だけでなく、試料調製の有効性にも依存します。土壌抽出液には、標的分析物とともにクロマトグラフィーシステムに到達し、信号の抑制や増強を通じて分析物のレスポンスを変化させる共抽出マトリックス成分が一般的に含まれています4,5,6。これらの影響の程度は土壌によって大きく異なり、有機物含有量、粘土分率、鉱物組成、pHなどの要因に影響されます。その結果、マトリックス効果(ME)はGC-MS/MSを用いた農薬定量の主要な分析不確かさの要因の一つとなっており、分析物の回収率を維持しつつ共抽出物の負荷を低減できるクリーンアップ戦略の必要性が強調されています5,9,10。さらに、信頼性の高い残留データを得るには、分析法の正確性、研究間の比較可能性、および環境モニタリングへの適用性を確保するために、国際的に認められた分析性能基準を遵守する必要があります11。
Quick-Easy-Cheap-Effective-Rugged-Safe(QuEChERS)法は、その簡便さ、溶媒消費量の少なさ、および農業用マトリックスへの幅広い適用性により、多成分農薬分析において最も広く利用される試料調製手法となっています4,12,13。そのモジュール式で柔軟な設計により、多様な試料タイプや分析用途への広範な適応が可能となり、現代の多成分分析への普及や、溶媒消費の削減と試料調製の簡素化による持続可能な分析化学との頻繁な関連付けに寄与しています。また、この適応性により、特定のマトリックス特性に基づいて抽出およびクリーンアップ条件を選択し、手法を最適化することが可能です。土壌分析において、分散固相抽出(dSPE)クリーンアップステップの有効性は極めて重要です。なぜなら、共抽出されたマトリックス成分の除去が不十分であると、その後のGC-MS/MS測定の分析性能に悪影響を及ぼす可能性があるためです4,14。一次・二次アミン(PSA)およびオクタデシルシラン(C18)に基づく従来の吸着剤の組み合わせでは、極性腐植質成分の除去が限定的であることが多く、これらは農業用土壌抽出物におけるマトリックス由来の信号影響の主な要因の一つとなっています14。幅広い極性範囲の化合物への親和性を持つケイ酸マグネシウム吸着剤であるFlorisilは、食品および植物マトリックスにおいて有望なクリーンアップ性能を示しています15,16。しかし、農業用土壌に対する混合吸着剤dSPEクリーンアップ戦略におけるFlorisilの寄与については、特に多様な物理化学的特性を示す土壌において、まだ十分に特性解析されていません17,18,19,20,21。
本研究では、pH、有機物含有量、および土性などの異なる6種類の農耕地土壌を用いて、7種類のdSPE吸着剤の組み合わせを評価した改良型QuEChERSプロトコルを提示する。本研究は、混合吸着剤を用いたdSPEクリーンアップにケイ酸マグネシウム吸着剤を組み込むことで、農耕地土壌抽出物から共抽出されたマトリックス成分の除去が促進されるという仮説に基づいている。吸着剤の選定は、共抽出物の除去に関する重量分析的な評価に基づいて行われ、平均クリーンアップ効率が最も高い組み合わせについて、その後完全な分析バリデーションを実施した。最適化された手順は、内部標準法、マトリックスマッチング校正、およびGC-MS/MSを用いて、12種類の有機リン系農薬(OPP)の同時定量についてバリデーションを行った。さらに、分析物保護剤(エチルグリセロール、L-グルロン酸 γ-ラクトン、D-ソルビトール、およびシキミ酸)を、マトリックス由来の残留シグナル影響を最小限に抑えるための補完的戦略として最終プロトコルに組み込んだ。物理化学的特性が異なる土壌を用いた体系的なクリーンアップの最適化と包括的な分析バリデーションを統合することで、本プロトコルは、不均一な農耕土壌における農薬残留量決定を容易にする、堅牢で再現性の高いワークフローを提供する。
dSPEクリーンアップ手順の実験的な最適化の根拠となるソースデータ、マトリックス効果のデータセット、および6種類の農地の土壌の物理化学的特性評価はZenodoに登録されており、DOI: 10.5281/zenodo.21644870にて公開されています。使用した試薬および機器の詳細は材料表に記載されています。
1. 土壌のサンプリングおよび調製
注意:個人の安全を確保するため、本プロトコルの全工程において、白衣、保護メガネ、およびニトリル手袋の着用を推奨します。
2. 試薬、標準物質、および内部標準溶液の調製
注:特に指定がない限り、個々の農薬ストック溶液、混合作業標準溶液、手順用内部標準(P-IS)および注入用内部標準(I-IS)溶液、回収率溶液、ならびに検量線標準溶液は、10 mLのメスフラスコで調製し、遮光ガラスバイアルに移して、使用時まで−20 °Cで保存します。マトリックスマッチング検量線、分析物保護剤、P-IS、およびI-ISを導入したのは、それぞれが分析変動の異なる要因に対処し、それによって複雑な土壌マトリックスにおける定量分析の堅牢性を向上させるためです。
3. QuEChERS抽出
4. 分散固相抽出によるクリーンアップ
注:このセクションは2つのアプローチで構成されています。まず、6種類の農地土壌において平均的に最も高い共抽出物除去率を示すクリーンアップ組成を特定するため、7種類のdSPE吸着剤の組み合わせを評価しました。その後、選択された吸着剤の組み合わせを、欧州委員会保健・食品安全総局(DG SANTE)のガイダンスドキュメント SANTE/2020/12830 (Rev.2)11に基づいたメソッドバリデーションのための最適化されたクリーンアップ手順として適用しました。

5. GC-MS/MS分析およびデータ収集
注:GC-MS/MSの構成およびデータ収集手順の詳細については、Varela-Martínez et al.27をご参照ください。主要なクロマトグラフィーおよび質量分析パラメータを以下にまとめます。
![figure-protocol-2 マトリックス効果の式、ME(%)=[Slope_matrix/Slope_solvent-1]x100、分析化学の式。](/files/ftp_upload/72745/72745eq2.jpg)
方法の評価のために選定された6種類の農地土壌は、pH(土壌:H2O、1:2)が4.67から7.31、有機物含有量が0.18%から6.46%、粘土分率が22.9%から48.5%の範囲に及ぶなど、幅広い土壌特性を網羅していた(表2参照)。土壌のうち5種類はコロンビアの農業地域から、1種類はスペインから採取された。このような多様性を意図的に組み込んだのは、pH、有機物含有量、土性などの土壌特性が、農薬残留分析における共抽出、マトリックス効果(ME)、および分析物の回収率に影響を与えることが知られているためであり、対照的な土壌マトリックス間での提案されたクリーンアップ手順の堅牢性を評価することを目的とした。
共抽出物の除去率を重量法で測定し、7種類のdSPE吸着剤の組み合わせを評価した(図2参照)。単一の吸着剤の中では、Florisilが最高の平均共抽出物除去率(71%)を達成し、次いでPSA(58%)、C18(41%)であった。ケイ酸マグネシウム吸着剤は、S2において完全な共抽出物除去(100%)を達成し、S3(91%)およびS4(91%)でも90%以上の値を示した。対照的に、PSAは土壌間での変動が大きく、除去効率はS4の21%からS6の完全除去まで及んだ。C18は最も低く、かつ変動の激しい性能を示し、S1およびS2の0%からS4の93%までであった。混合吸着剤の組み合わせでは、PSA+Adsorbentが平均80%の共抽出物除去率を達成した。PSA+AdsorbentおよびC18+Adsorbentの組み合わせの平均除去率は、それぞれ73%および74%と低かった。PSA+C18混合物にケイ酸マグネシウム吸着剤を組み込むことで、平均除去率は88%までさらに上昇し、評価したすべてのクリーンアップ構成の中で最高値となった。PSA+C18+Adsorbentの組み合わせは、6つの土壌のうち5つで80%以上の除去率を達成し、S2およびS6では完全な共抽出物除去に至った。RCBD条件下でのANOVAを用いた統計解析の結果、吸着剤の組み合わせが共抽出物の除去に有意な影響を与えることが明らかになった(p = 0.0432)。TukeyのHSD検定により得られた統計的グループ分けを図2に示す。
分析対象物の予想保持時間に妨害クロマトグラフィーピークが見られないことにより、本法の選択性が実証された。各分析対象物および土壌マトリックスについて、5–600 µg/kgの濃度範囲でマトリックスマッチング検量線を作成し、LODは5 µg/kgであった(Table 3を参照)。分析対象物に対応する保持時間において、妨害ピークは観察されなかった。大多数の分析対象物と土壌の組み合わせにおいて、極めて優れた直線性が得られた。決定係数(R2)が0.9933を下回った検量線はわずか3本のみであり、すべてfenamiphosに該当し、S1(R2 = 0.9888)、S3(R2 = 0.9606)、および溶媒ベースの検量線(R2 = 0.9871)であった。MEに関しては、6種類の土壌における平均値に基づくと(Figure 3を参照)、12種類のターゲットOPPのうち10種類で信号抑制(ME < 0)が観察された一方、信号増強(ME > 0)はmalathion(+3%)とfenamiphos(+25%)のみで観察された。ほとんどの分析対象物で緩やかなMEが示され、平均ME値はmethidathionの−25%およびparathion-methylの−23%から、ethionの−5%の範囲であった。fenamiphosは最も高い平均増強(+25%)を示し、malathionはわずかな増強(+3%)のみを示した。個別の土壌レベルでは、最も強い信号抑制はS5におけるpirimiphos-ethyl(−60%)およびS1におけるparathion-methyl(−44%)で観察された。対照的に、fenamiphosは6種類中5種類の土壌で信号増強を示し、S2で最大ME値+58%に達した。また、malathionは4種類の土壌で増強を示し、S4で最大値+16%であった。
3つの添加レベルで得られた回収率および精度の結果をTable 4にまとめる。最低添加レベルは、本法の目標定量限界(LOQ)である50 µg/kgに相当した。ほとんどの分析物と土壌の組み合わせにおいて、平均回収率が70%から120%の間であり、相対標準偏差(RSD)が20%以下であったため、SANTE/2020/12830 (Rev.2)の性能基準11を満たしていた。Fenamiphosは、S1、S2、S4において70%未満の回収率を示した。Pirimiphos-ethylはS1およびS6で、ethionはS1で、それぞれ70%未満の回収率を示した。その他の分析物については、すべての土壌および添加レベルにおいて、回収率は概ね許容範囲内であった。ほとんどの場合でRSD値は20%の判定基準を下回っており、評価した濃度範囲において十分な分析精度であることが実証された。

図1QuEChERS抽出、最適化されたdSPEクリーンアップ、およびGC-MS/MS分析を用いた農耕土壌中の有機リン系農薬(OPPs)定量のための概略ワークフロー。 混合土壌試料を処理(均質化、風乾、および篩分け)した後、酸添加アセトニトリル(ACN)および塩析分画を用いたQuEChERS抽出を行った。クリーンアップを最適化するため、7種類のdSPE吸着剤の組み合わせを重量法により評価し、選定された混合物(150 mg MgSO4 (50 mg PSA + 50 mg C18 + 50 mg ケイ酸マグネシウム吸着剤)を用いてメソッドバリデーションを行った。最終抽出物は、分析物保護剤および内部標準物質(I-IS)を用い、GC-MS/MSで分析した。12種類の有機リン系殺虫剤(OPP)の分析性能を、マトリックスマッチド校正、測定誤差(ME)、回収率、およびP-ISを用いた精度について評価した。略称:QuEChERS = 翻訳するテキストが提供されていません。翻訳対象の原文をご提示ください。(翻訳するソーステキストが提供されていません。翻訳が必要な英文をご提示ください。)Easy-Cheap-E有効な-R(不完全な入力のため、翻訳できません。完全なテキストをご提供ください。)Safe; ACN = アセトニトリル; PSA = 一次・二次アミン; C18 = オクタデシルシラン; dSPE = 分散固相抽出; I-IS = 注入口内部標準; GC-MS/MS = ガスクロマトグラフィー質量分析法; MRM = 多重反応モニタリング; OPPs = 有機リン系農薬; P-IS = 操作内部標準。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2: 6種類の農耕土壌(S1–S6)における7種類のdSPE吸着剤の組み合わせによる共抽出物の除去率。共抽出物の除去量は、QuEChERS抽出およびdSPEクリーンアップ後に重量法で測定した。評価した7種類の吸着剤の組み合わせは、PSA、C18、ケイ酸マグネシウム吸着剤、PSA+C18、PSA+吸着剤、C18+吸着剤、およびPSA+C18+吸着剤(各50 mg、無水MgSO4 150 mgを添加)である。除去率は、式1に従い、未処理の抽出物に対する相対値として算出した。値は各土壌マトリックスにおける3回繰り返し測定の平均値であり、エラーバーは標準偏差を示す。S1: Villavicencio (Meta, Colombia); S2: Sabana Bogotá (Cundinamarca, Colombia); S3: Floresta (Boyacá, Colombia); S4: Guasca (Cundinamarca, Colombia); S5: Santa Rosa de Viterbo (Boyacá, Colombia); S6: La Laguna (Canarias, España)。各吸着剤の組み合わせの上に記された異なる小文字は、RCBD下でのANOVAおよびそれに続くTukey's HSDテスト(p < 0.05)に基づく、処理平均値間の統計的に有意な差を示す。統計的比較は、6つの土壌マトリックス全体の処理平均を用いて行った。略語:PSA = primary-secondary amine; C18 = octadecylsilane。こちらのリンクをクリックして、この図の拡大版を表示してください。

図36種類の土壌マトリックス(S1–S6)における12種類の有機リン系農薬(OPP)のマトリックス効果(ME%)のヒートマップ。 MEは、式2に従い、マトリックス検量線と溶媒検量線の傾きの相対差として算出した。正の値は信号増強(赤)を、負の値は信号抑制(青)を示す。略語:OPPs = 有機リン系農薬、IS = 内標準物質、OM = 有機物。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
| 分析物 | tR (分) | 定量イオン (m/z) | CE (V) | クオリファイアイオン1 (m/z) | CE (V) | 限定イオン 2 (m/z) | CE (V) | ||
| クロルピリホス・メチル | 11.720 | 288 286 | 5 | 286 93 | 25 | 286 125 | 25 | ||
| パラチオンメチル | 11.868 | 263 109 | 15 | 109 79 | 10 | 263 125 | 10 | ||
| トルクロホス・メチル | 11.915 | 265 250 | 15 | 267 265 | 5 | 265 125 | 5 | ||
| ピリミホスメチル | 12.431 | 290 233 | 10 | 305 290 | 10 | 290 276 | 10 | ||
| フェニトロチオン | 12.526 | 277 260 | 5 | 277 109 | 20 | 125 109 | 15 | ||
| マラチオン | 12.727 | 127 99 | 5 | 173 127 | 5 | 125 93 | 5 | ||
| クロルピリホス | 12.976 | 314 258 | 15 | 199 171 | 15 | 197 97 | 15 | ||
| フェンチオン | 13.083 | 278 109 | 20 | 278 169 | 20 | 278 245 | 10 | ||
| ピリミホスエチル | 13.571 | 333 168 | 25 | 333 318 | 10 | 318 180 | 10 | ||
| メチダチオン | 14.856 | 145 85 | 10 | 145 58 | 15 | 145 93 | 10 | ||
| フェナミホス | 15.519 | 303 288 | 10 | 303 154 | 20 | 303 217 | 10 | ||
| エチオン | 16.148 | 153 125 | 10 | 153 125 | 5 | 231 153 | 5 | ||
| クロルピリホスメチル-d10 (P-IS) | 12.862 | 324 260 | 25 | 324 195 | 25 | 324 292 | 10 | ||
| リン酸トリフェニル (I-IS) | 18.187 | 326 325 | 5 | 326 169 | 25 | 326 215 | 25 | ||
表1:12種類の標的OPP、クロルピリホスメチル-d10 (P-IS)、およびリン酸トリフェニル (I-IS) のGC-MS/MS分析における保持時間、定量用遷移、確認用遷移、および衝突エネルギー。 略語:GC-MS/MS = ガスクロマトグラフィータンデム質量分析;OPPs = 有機リン系農薬;P-IS = プロシージャ内部標準;I-IS = インジェクション内部標準;tR = 保持時間;CE (V) = 衝突エネルギー (ボルト);m/z = 質量電荷比。 こちらをクリックして、この表をダウンロードしてください。
| 土壌 | 起源 | 土壌pH:H2O (1:2) | 有機物量 (%) | 粘土 (%) | 土性クラス |
| S1 | ビリャビセンシオ(コロンビア、メタ県) | 5.51 | 0.18 | 48.5 | 粘土 |
| S2 | サバナ・ボゴタ(コロンビア共和国クンディナマルカ県) | 4.67 | 1.04 | 37.4 | 粘質ローム |
| S3 | フロレスタ(コロンビア、ボヤカ県) | 5.53 | 1.71 | 28.2 | 粘土質ローム |
| S4 | グアスカ(コロンビア、クンディナマルカ県) | 4.89 | 6.46 | 22.9 | 砂質粘土質ローム |
| S5 | サンタ・ローサ・デ・ビテルボ(コロンビア、ボヤカ県) | 4.76 | 2.74 | 27.5 | 砂質粘土質ローム |
| S6 | ラ・ラグナ(スペイン、カナリア諸島) | 7.31 | 1.27 | 39.6 | 粘質土壌 |
表2:手法の評価に使用した6種類の農地土壌(S1–S6)の由来および理化学的特性。データには、pH(土壌:H2O, 1:2)、有機物含有量(Walkley–Black法)、粘土分率(Bouyoucos法)、および土性クラスが含まれる。手法の評価にあたり、理化学的条件を幅広く網羅できるよう、多様な土壌を選択した。こちらのリンクをクリックしてこの表をダウンロードしてください。
| 分析物 | サンプル | 範囲(µg/kg) | b ± sb·t(0.05;7) | a ± sa·t(0.05;7) | sy/x | R² | ME (%) | ||
| クロルピリホスメチル | 土壌 1 | 5–600 | 1.50·10⁻² ± 1.75·10⁻⁴ | 2.39·10⁻² ± 5.02·10⁻² | 3.61·10⁻² | 0.9999 | -22 | ||
| 土壌 2 | 5–600 | 1.68·10⁻² ± 3.21·10⁻⁴ | 8.31·10⁻³ ± 9.20·10⁻² | 6.62·10⁻² | 0.9997 | -13 | |||
| 土壌 3 | 5–600 | 1.83·10⁻² ± 5.62·10⁻⁴ | −6.60·10⁻² ± 1.61·10⁻¹ | 1.26·10⁻¹ | 0.9991 | -5 | |||
| 土壌 4 | 5–600 | 1.72·10⁻² ± 1.59·10⁻⁴ | −2.40·10⁻² ± 4.56·10⁻² | 3.54·10⁻² | 0.9999 | -11 | |||
| 土壌 5 | 5–600 | 1.66·10⁻² ± 9.51·10⁻⁴ | −6.65·10⁻² ± 2.71·10⁻¹ | 2.09·10⁻¹ | 0.9975 | -14 | |||
| 土壌 6 | 5–600 | 1.62·10⁻² ± 2.28·10⁻⁴ | 1.15·10⁻² ± 6.52·10⁻² | 4.99·10⁻² | 0.9998 | -16 | |||
| 溶媒 | 5–600 | 1.93·10⁻² ± 1.19·10⁻³ | −1.23·10⁻¹ ± 3.41·10⁻¹ | 2.46·10⁻¹ | 0.9971 | — | |||
| メチルパラチオン | 土壌 1 | 5–600 | 3.80·10⁻³ ± 1.42·10⁻⁴ | −3.10·10⁻² ± 4.05·10⁻² | 2.92·10⁻² | 0.9989 | -44 | ||
| 土壌 2 | 5–600 | 5.16·10⁻³ ± 1.70·10⁻⁴ | −3.24·10⁻² ± 4.86·10⁻² | 3.50·10⁻² | 0.9992 | -24 | |||
| 土壌 3 | 5–600 | 5.27·10⁻³ ± 1.76·10⁻⁴ | −1.93·10⁻² ± 5.02·10⁻² | 3.93·10⁻² | 0.9990 | -22 | |||
| 土壌 4 | 5–600 | 5.77·10⁻³ ± 1.00·10⁻⁴ | −3.06·10⁻² ± 2.87·10⁻² | 2.23·10⁻² | 0.9997 | -15 | |||
| 土壌 5 | 5–600 | 5.80·10⁻³ ± 3.16·10⁻⁴ | −5.68·10⁻² ± 9.00·10⁻² | 6.96·10⁻² | 0.9978 | -15 | |||
| 土壌 6 | 5–600 | 5.45·10⁻³ ± 1.46·10⁻⁴ | −2.40·10⁻² ± 4.18·10⁻² | 3.20·10⁻² | 0.9994 | -20 | |||
| 溶媒 | 5–600 | 6.80·10⁻³ ± 4.74·10⁻⁴ | −7.73·10⁻² ± 1.36·10⁻¹ | 9.76·10⁻² | 0.9963 | — | |||
| トルクロホス・メチル | 土壌1 | 5–600 | 1.78·10⁻² ± 2.78·10⁻⁴ | −4.35·10⁻⁴ ± 7.94·10⁻² | 5.72·10⁻² | 0.9998 | -17 | ||
| 土壌 2 | 5–600 | 1.90·10⁻² ± 2.25·10⁻⁴ | 1.40·10⁻² ± 6.44·10⁻² | 4.64·10⁻² | 0.9999 | -12 | |||
| 土壌 3 | 5–600 | 2.10·10⁻² ± 2.15·10⁻⁴ | −4.10·10⁻³ ± 6.15·10⁻² | 4.81·10⁻² | 0.9999 | -3 | |||
| 土壌 4 | 5–600 | 1.97·10⁻² ± 3.08·10⁻⁴ | 3.68·10⁻² ± 8.82·10⁻² | 6.85·10⁻² | 0.9998 | -9 | |||
| 土壌 5 | 5–600 | 1.97·10⁻² ± 1.01·10⁻³ | −1.08·10⁻¹ ± 2.88·10⁻¹ | 2.23·10⁻¹ | 0.9980 | -9 | |||
| 土壌 6 | 5–600 | 1.95·10⁻² ± 1.68·10⁻⁴ | 7.35·10⁻³ ± 4.80·10⁻² | 3.67·10⁻² | 0.9999 | -10 | |||
| 溶媒 | 5–600 | 2.16·10⁻² ± 9.90·10⁻⁴ | −9.16·10⁻² ± 2.83·10⁻¹ | 2.04·10⁻¹ | 0.9984 | — | |||
| ピリミホスメチル | 土壌 1 | 5–600 | 6.48·10⁻³ ± 1.09·10⁻⁴ | −3.28·10⁻² ± 3.11·10⁻² | 2.24·10⁻² | 0.9998 | -19 | ||
| 土壌 2 | 5–600 | 7.41·10⁻³ ± 6.28·10⁻⁵ | −2.13·10⁻² ± 1.80·10⁻² | 1.30·10⁻² | 0.9999 | -7 | |||
| 土壌 3 | 5–600 | 8.00·10⁻³ ± 1.29·10⁻⁴ | −1.76·10⁻² ± 3.68·10⁻² | 2.88·10⁻² | 0.9998 | 1 | |||
| 土壌 4 | 5–600 | 7.80·10⁻³ ± 1.52·10⁻⁴ | −5.27·10⁻³ ± 4.36·10⁻² | 3.38·10⁻² | 0.9997 | -2 | |||
| 土壌 5 | 5–600 | 7.33·10⁻³ ± 3.71·10⁻⁴ | −6.17·10⁻² ± 1.06·10⁻¹ | 8.16·10⁻² | 0.9981 | -8 | |||
| 土壌 6 | 5–600 | 7.42·10⁻³ ± 8.58·10⁻⁵ | −2.18·10⁻² ± 2.46·10⁻² | 1.88·10⁻² | 0.9999 | -7 | |||
| 溶媒 | 5–600 | 7.96·10⁻³ ± 4.79·10⁻⁴ | −6.77·10⁻² ± 1.37·10⁻¹ | 9.88·10⁻² | 0.9972 | — | |||
| フェニトロチオン | 土壌 1 | 5–600 | 4.65·10⁻³ ± 2.84·10⁻⁴ | −4.91·10⁻² ± 8.12·10⁻² | 5.85·10⁻² | 0.9971 | -40 | ||
| 土壌 2 | 5–600 | 6.34·10⁻³ ± 2.12·10⁻⁴ | −5.64·10⁻² ± 6.06·10⁻² | 4.36·10⁻² | 0.9991 | -18 | |||
| 土壌 3 | 5–600 | 6.43·10⁻³ ± 2.20·10⁻⁴ | −2.81·10⁻² ± 6.31·10⁻² | 4.94·10⁻² | 0.9989 | -17 | |||
| 土壌 4 | 5–600 | 7.41·10⁻³ ± 1.83·10⁻⁴ | −5.38·10⁻² ± 5.23·10⁻² | 4.07·10⁻² | 0.9995 | -4 | |||
| 土壌 5 | 5–600 | 6.84·10⁻³ ± 4.22·10⁻⁴ | −8.07·10⁻² ± 1.20·10⁻¹ | 9.28·10⁻² | 0.9971 | -11 | |||
| 土壌 6 | 5–600 | 6.50·10⁻³ ± 1.48·10⁻⁴ | −5.02·10⁻² ± 4.24·10⁻² | 3.25·10⁻² | 0.9995 | -16 | |||
| 溶媒 | 5–600 | 7.71·10⁻³ ± 7.02·10⁻⁴ | −1.06·10⁻¹ ± 2.01·10⁻¹ | 1.45·10⁻¹ | 0.9937 | — | |||
| マラチオン | 土壌 1 | 5–600 | 1.20·10⁻² ± 4.06·10⁻⁴ | −4.45·10⁻² ± 1.16·10⁻¹ | 8.37·10⁻² | 0.9991 | -24 | ||
| 土壌 2 | 5–600 | 1.78·10⁻² ± 2.03·10⁻⁴ | −4.55·10⁻² ± 5.81·10⁻² | 4.19·10⁻² | 0.9999 | 12 | |||
| 土壌 3 | 5–600 | 1.67·10⁻² ± 1.44·10⁻³ | 1.00·10⁻¹ ± 4.11·10⁻¹ | 3.21·10⁻¹ | 0.9933 | 5 | |||
| 土壌 4 | 5–600 | 1.83·10⁻² ± 1.44·10⁻⁴ | −2.48·10⁻² ± 4.12·10⁻² | 3.20·10⁻² | 0.9999 | 16 | |||
| 土壌 5 | 5–600 | 1.58·10⁻² ± 8.21·10⁻⁴ | −9.07·10⁻² ± 2.33·10⁻¹ | 1.81·10⁻¹ | 0.9980 | 0 | |||
| 土壌 6 | 5–600 | 1.69·10⁻² ± 2.54·10⁻⁴ | −2.97·10⁻² ± 7.28·10⁻² | 5.57·10⁻² | 0.9998 | 7 | |||
| 溶媒 | 5–600 | 1.58·10⁻² ± 7.45·10⁻⁴ | −8.76·10⁻² ± 2.13·10⁻¹ | 1.53·10⁻¹ | 0.9983 | — | |||
| クロルピリホス | 土壌 1 | 5–600 | 1.03·10⁻² ± 1.59·10⁻⁴ | −1.62·10⁻² ± 4.54·10⁻² | 3.27·10⁻² | 0.9998 | -21 | ||
| 土壌 2 | 5–600 | 1.15·10⁻² ± 1.96·10⁻⁴ | 4.71·10⁻¹ ± 5.62·10⁻² | 4.04·10⁻² | 0.9998 | -12 | |||
| 土壌 3 | 5–600 | 1.26·10⁻² ± 9.94·10⁻⁵ | −1.12·10⁻² ± 2.84·10⁻² | 2.23·10⁻² | 0.9999 | -3 | |||
| 土壌 4 | 5–600 | 1.24·10⁻² ± 1.76·10⁻⁴ | −1.44·10⁻⁴ ± 5.04·10⁻² | 3.92·10⁻² | 0.9998 | -5 | |||
| 土壌 5 | 5–600 | 1.16·10⁻² ± 6.33·10⁻⁴ | −8.42·10⁻² ± 1.80·10⁻¹ | 1.39·10⁻¹ | 0.9977 | -11 | |||
| 土壌 6 | 5–600 | 1.14·10⁻² ± 2.29·10⁻⁴ | 7.10·10⁻⁴ ± 6.57·10⁻² | 5.02·10⁻² | 0.9996 | -12 | |||
| 溶媒 | 5–600 | 1.30·10⁻² ± 5.48·10⁻⁴ | −7.41·10⁻² ± 1.57·10⁻¹ | 1.13·10⁻¹ | 0.9986 | — | |||
| フェンチオン | 土壌 1 | 5–600 | 1.71·10⁻² ± 3.38·10⁻⁴ | −3.26·10⁻² ± 9.68·10⁻² | 6.97·10⁻² | 0.9997 | -16 | ||
| 土壌 2 | 5–600 | 1.88·10⁻² ± 1.89·10⁻⁴ | −2.84·10⁻² ± 5.40·10⁻² | 3.89·10⁻² | 0.9999 | -8 | |||
| 土壌 3 | 5–600 | 2.01·10⁻² ± 4.45·10⁻⁴ | −1.38·10⁻² ± 1.27·10⁻¹ | 9.95·10⁻² | 0.9996 | -2 | |||
| 土壌 4 | 5–600 | 1.96·10⁻² ± 2.89·10⁻⁴ | −8.63·10⁻⁴ ± 8.27·10⁻² | 6.42·10⁻² | 0.9998 | -4 | |||
| 土壌 5 | 5–600 | 1.89·10⁻² ± 9.10·10⁻⁴ | −1.33·10⁻¹ ± 2.59·10⁻¹ | 2.00·10⁻¹ | 0.9983 | -7 | |||
| 土壌 6 | 5–600 | 1.84·10⁻² ± 1.16·10⁻⁴ | −4.97·10⁻² ± 3.31·10⁻² | 2.54·10⁻² | 0.9999 | -10 | |||
| 溶媒 | 5–600 | 2.05·10⁻² ± 9.70·10⁻⁴ | −1.27·10⁻¹ ± 2.78·10⁻¹ | 2.00·10⁻¹ | 0.9983 | — | |||
| ピリミホスエチル | 土壌 1 | 5–600 | 3.30·10⁻³ ± 6.51·10⁻⁵ | −2.54·10⁻² ± 1.86·10⁻² | 1.34·10⁻² | 0.9997 | -3 | ||
| 土壌 2 | 5–600 | 3.30·10⁻³ ± 3.66·10⁻⁵ | −5.05·10⁻³ ± 1.05·10⁻² | 7.55·10⁻³ | 0.9999 | -3 | |||
| 土壌 3 | 5–600 | 2.80·10⁻³ ± 1.78·10⁻⁴ | 1.98·10⁻³ ± 5.10·10⁻² | 3.99·10⁻² | 0.9963 | -17 | |||
| 土壌 4 | 5–600 | 2.64·10⁻³ ± 5.18·10⁻⁵ | 2.01·10⁻³ ± 1.48·10⁻² | 1.15·10⁻² | 0.9997 | -22 | |||
| 土壌 5 | 5–600 | 1.36·10⁻³ ± 6.77·10⁻⁵ | 4.60·10⁻⁴ ± 1.93·10⁻² | 1.49·10⁻² | 0.9981 | -60 | |||
| 土壌 6 | 5–600 | 2.92·10⁻³ ± 1.23·10⁻⁴ | −9.09·10⁻³ ± 3.51·10⁻² | 2.69·10⁻² | 0.9985 | -14 | |||
| 溶媒 | 5–600 | 3.39·10⁻³ ± 1.46·10⁻⁴ | −2.62·10⁻² ± 4.18·10⁻² | 3.01·10⁻² | 0.9986 | — | |||
| メチダチオン | 土壌1 | 5–600 | 2.12·10⁻² ± 7.46·10⁻⁴ | −9.50·10⁻² ± 2.13·10⁻¹ | 1.54·10⁻¹ | 0.9990 | -34 | ||
| 土壌 2 | 5–600 | 2.59·10⁻² ± 5.46·10⁻⁴ | −1.20·10⁻¹ ± 1.56·10⁻¹ | 1.12·10⁻¹ | 0.9997 | -19 | |||
| 土壌 3 | 5–600 | 2.33·10⁻² ± 1.54·10⁻³ | 6.34·10⁻² ± 4.41·10⁻¹ | 3.45·10⁻¹ | 0.9961 | -27 | |||
| 土壌 4 | 5–600 | 2.51·10⁻² ± 3.38·10⁻⁴ | −5.47·10⁻² ± 9.66·10⁻² | 7.51·10⁻² | 0.9998 | -22 | |||
| 土壌 5 | 5–600 | 2.59·10⁻² ± 1.32·10⁻³ | −2.06·10⁻¹ ± 3.75·10⁻¹ | 2.90·10⁻¹ | 0.9980 | -19 | |||
| 土壌 6 | 5–600 | 2.27·10⁻² ± 3.71·10⁻⁴ | −6.62·10⁻² ± 1.06·10⁻¹ | 8.13·10⁻² | 0.9998 | -29 | |||
| 溶媒 | 5–600 | 3.21·10⁻² ± 1.75·10⁻³ | −2.83·10⁻¹ ± 5.00·10⁻¹ | 3.60·10⁻¹ | 0.9977 | — | |||
| フェナミホス | 土壌1 | 5–600 | 2.36·10⁻³ ± 2.87·10⁻⁴ | −4.42·10⁻² ± 8.20·10⁻² | 5.91·10⁻² | 0.9888 | 8 | ||
| 土壌 2 | 5–600 | 3.47·10⁻³ ± 1.21·10⁻⁴ | −2.82·10⁻² ± 3.46·10⁻² | 2.49·10⁻² | 0.9991 | 58 | |||
| 土壌 3 | 5–600 | 1.89·10⁻³ ± 4.02·10⁻⁴ | 9.58·10⁻³ ± 1.15·10⁻¹ | 8.99·10⁻² | 0.9606 | -14 | |||
| 土壌 4 | 5–600 | 2.63·10⁻³ ± 7.66·10⁻⁵ | −2.51·10⁻² ± 2.19·10⁻² | 1.70·10⁻² | 0.9992 | 20 | |||
| 土壌 5 | 5–600 | 2.95·10⁻³ ± 1.91·10⁻⁴ | −3.58·10⁻² ± 5.43·10⁻² | 4.20·10⁻² | 0.9969 | 35 | |||
| 土壌 6 | 5–600 | 3.09·10⁻³ ± 5.98·10⁻⁵ | −2.12·10⁻² ± 1.71·10⁻² | 1.31·10⁻² | 0.9997 | 41 | |||
| 溶媒 | 5–600 | 2.19·10⁻³ ± 2.87·10⁻⁴ | −4.33·10⁻² ± 8.20·10⁻² | 5.91·10⁻² | 0.9871 | — | |||
| エチオン | 土壌1 | 5–600 | 5.02·10⁻³ ± 1.00·10⁻⁴ | −1.16·10⁻² ± 2.87·10⁻² | 2.07·10⁻² | 0.9997 | -3 | ||
| 土壌 2 | 5–600 | 5.07·10⁻³ ± 2.15·10⁻⁴ | −1.06·10⁻² ± 6.16·10⁻² | 4.43·10⁻² | 0.9986 | -2 | |||
| 土壌 3 | 5–600 | 4.58·10⁻³ ± 2.21·10⁻⁴ | 9.11·10⁻⁴ ± 6.32·10⁻² | 4.95·10⁻² | 0.9979 | -12 | |||
| 土壌 4 | 5–600 | 5.07·10⁻³ ± 7.18·10⁻⁵ | −1.21·10⁻² ± 2.05·10⁻² | 1.60·10⁻² | 0.9998 | -2 | |||
| 土壌 5 | 5–600 | 5.00·10⁻³ ± 2.32·10⁻⁴ | −2.72·10⁻² ± 6.61·10⁻² | 5.11·10⁻² | 0.9984 | -3 | |||
| 土壌 6 | 5–600 | 4.73·10⁻³ ± 8.29·10⁻⁵ | −6.89·10⁻³ ± 2.37·10⁻² | 1.81·10⁻² | 0.9997 | -9 | |||
| 溶媒 | 5–600 | 5.18·10⁻³ ± 2.24·10⁻⁴ | −2.80·10⁻² ± 6.40·10⁻² | 4.61·10⁻² | 0.9986 | — | |||
表3:6種類の農地土壌における12種類の標的OPPsのマトリックス一致校正パラメータおよびME。略語:OPPs = 有機リン系農薬、b = 傾き、sb = 傾きの標準偏差、a = 切片、sa = 切片の標準偏差、R2 = 決定係数、sy/x = 推定値の標準偏差、ME = マトリックス効果。こちらのリンクから本表をダウンロードしてください。
| 分析物 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | |||||||||||||
| 50 µg/kg | 200 µg/kg | 400 µg/kg | 50 µg/kg | 200 µg/kg | 400 µg/kg | 50 µg/kg | 200 µg/kg | 400 µg/kg | 50 µg/kg | 200 µg/kg | 400 µg/kg | 50 µg/kg | 200 µg/kg | 400 µg/kg | 50 µg/kg | 200 µg/kg | 400 µg/kg | ||
| クロルピリホスメチル | 106 (4) | 102 (2) | 103 (1) | 110 (17) | 99 (2) | 101 (2) | 105 (5) | 104 (2) | 110 (10) | 105 (4) | 98 (3) | 100 (4) | 107 (4) | 107 (3) | 100 (4) | 114 (4) | 102 (3) | 114 (4) | |
| パラチオンメチル | 96 (3) | 96 (0) | 99 (1) | 97 (17) | 92 (3) | 97 (2) | 116 (4) | 104 (6) | 121 (5) | 103 (6) | 87 (4) | 95 (6) | 117 (6) | 110 (4) | 107 (6) | 107 (6) | 100 (4) | 108 (6) | |
| トルクロホスメチル | 113 (3) | 107 (2) | 104 (1) | 110 (15) | 100 (2) | 105 (3) | 101 (6) | 97 (2) | 104 (10) | 100 (7) | 98 (3) | 102 (2) | 106 (7) | 104 (3) | 101 (2) | 110 (7) | 103 (3) | 108 (2) | |
| ピリミホスメチル | 78 (12) | 79 (3) | 89 (2) | 106 (22) | 95 (1) | 99 (3) | 102 (7) | 97 (3) | 104 (9) | 101 (5) | 97 (2) | 100 (3) | 104 (5) | 101 (2) | 98 (3) | 113 (5) | 102 (2) | 104 (3) | |
| フェニトロチオン | 91 (4) | 90 (2) | 98 (2) | 104 (25) | 90 (3) | 95 (2) | 116 (5) | 105 (4) | 118 (5) | 101 (6) | 90 (3) | 96 (7) | 111 (6) | 107 (3) | 103 (7) | 118 (6) | 101 (3) | 103 (7) | |
| マラチオン | 89 (3) | 81 (1) | 87 (4) | 108 (18) | 90 (2) | 92 (2) | 118 (7) | 110 (4) | 119 (5) | 106 (5) | 96 (4) | 97 (5) | 122 (5) | 110 (4) | 102 (5) | 122 (5) | 102 (4) | 103 (5) | |
| クロルピリホス | 97 (4) | 96 (2) | 97 (1) | 160 (13) | 117 (5) | 112 (4) | 97 (6) | 95 (3) | 103 (10) | 102 (6) | 95 (2) | 98 (4) | 105 (6) | 98 (2) | 96 (4) | 108 (6) | 97 (2) | 103 (4) | |
| フェンチオン | 101 (2) | 99 (1) | 98 (2) | 99 (3) | 98 (2) | 103 (2) | 100 (7) | 101 (3) | 106 (8) | 102 (6) | 94 (2) | 97 (4) | 104 (6) | 100 (2) | 100 (4) | 110 (6) | 100 (2) | 104 (4) | |
| ピリミホスエチル | 63 (14) | 66 (5) | 85 (2) | 100 (21) | 93 (3) | 101 (3) | 70 (12) | 78 (3) | 93 (8) | 105 (9) | 104 (8) | 108 (7) | 113 (9) | 103 (8) | 103 (7) | 55 (9) | 33 (8) | 34 (7) | |
| メチダチオン | 92 (3) | 80 (16) | 91 (3) | 103 (16) | 87 (2) | 90 (2) | 125 (8) | 113 (5) | 125 (5) | 90 (12) | 85 (5) | 92 (8) | 97 (12) | 97 (5) | 97 (8) | 113 (12) | 100 (5) | 104 (8) | |
| フェナミホス | 5 (38) | 1 (38) | 3 (52) | 58 (18) | 58 (8) | 56 (6) | 140 (16) | 117 (3) | 126 (2) | 65 (15) | 50 (19) | 40 (20) | 82 (15) | 62 (19) | 69 (20) | 88 (15) | 70 (19) | 70 (20) | |
| エチオン | 59 (15) | 42 (11) | 59 (15) | 83 (12) | 82 (3) | 87 (3) | 93 (11) | 97 (4) | 103 (7) | 80 (10) | 78 (6) | 81 (4) | 83 (10) | 77 (6) | 87 (4) | 96 (10) | 87 (6) | 89 (4) | |
表4:3つの添加レベルにおける6種類の農地土壌(S1–S6)中の12種類の標的OPPの平均回収率(%)およびRSD(%、括弧内)。回収実験は、P-ISとしてchlorpyrifos-methyl-d10を用い、50、200、および400 µg/kg(各レベルn = 5)で実施した。殺虫剤の添加液およびP-IS溶液は、いずれも抽出前に添加した。SANTE/2020/12830 (Rev.2)の性能基準に従い、許容回収率は70〜120%、RSDは≤20%とした。S1:Villavicencio (Meta, Colombia)、S2:Sabana Bogotá (Cundinamarca, Colombia)、S3:Floresta (Boyacá, Colombia)、S4:Guasca (Cundinamarca, Colombia)、S5:Santa Rosa de Viterbo (Boyacá, Colombia)、S6:La Laguna (Canarias, España)。略語:RSD = 相対標準偏差、OPPs = 有機リン系殺虫剤、P-IS = 手順内標準物質。こちらのリンクをクリックして、この表をダウンロードしてください。
土壌中の農薬残留物の定量は、土壌の物理化学的特性の変動が大きく、それに伴い共抽出物の組成が異なるため、分析上の課題が依然として多い4,5,6,14,17,18,19,20,21。QuEChERS法に基づいた手法は食品や植物マトリックスに広く適用されていますが、多様な土壌特性を持つ農耕土壌に対してdSPEクリーンアップを体系的に最適化した研究は少ないのが現状です4。本研究では、異なる土壌条件を代表するように選定した6種類の農耕土壌を用い、7通りのdSPE吸着剤の組み合わせを評価しました。その結果、クリーンアップステップの組成が、共抽出されたマトリックス成分の除去に大きく影響することが示されました。共抽出物の除去を、分析対象物に依存しない基準として最も効率的なdSPE構成の選択に用いましたが、その後、最適化されたクリーンアップ手順の分析性能をME評価およびメソッドバリデーションを通じて検証しました。最適化されたdSPE構成を特定し、分析対象物保護剤、重水素化P-IS、マトリックスマッチング検量線、およびSANTE/2020/12830 (Rev.2) ガイダンスに基づくバリデーションを統合することで、本プロトコルは、対照的な土壌特性を持つ農耕土壌におけるOPPsの同時定量のための、完全で実用的かつ分析的なワークフローを提供します。単一の土壌マトリックスに対する最適化ではなく、本プロトコルは、日常的な環境分析試験所に適した、堅牢で転用しやすい手法を提供することを目的として設計されました。
PSA+C18+吸着剤の組み合わせが優れた性能を示したのは、3つの吸着剤によって提供される相補的な保持メカニズムによるものと考えられます。PSAは主に弱陰イオン交換相互作用を通じて酸性の極性共抽出物の除去に寄与し、一方でC18は疎水性分配を通じて非極性化合物を保持します12,13。マグネシウムシリケート吸着剤であるFlorisilは、水素結合、双極子-双極子相互作用、およびルイス酸塩基相互作用を通じて、極性および中程度の極性を持つマトリックス成分のさらなる保持を可能にします15,16。得られた結果はこの相補的な挙動を裏付けています。吸着剤単独では、PSAまたはC18を個別に使用した場合よりも高い平均共抽出物除去率を示しました。さらに、PSAまたはC18のいずれかに吸着剤を追加しても、平均的なクリーンアップ効率にわずかな変化しか見られませんでしたが、PSA+C18の組み合わせに吸着剤を組み込んだところ、評価した7つのdSPE構成の中で全体として最高の共抽出物除去率が得られました。このパターンは、吸着剤が単に吸着剤の総量を増やしたためではなく、PSAまたはC18では効率的に除去できないマトリックス成分を相補的に保持したことに起因していることを示唆しています。このような相補性は、有機物含有量、鉱物組成、および土性の変動により共抽出物のプロファイルが非常に不均一となる農地土壌において特に重要です。
本研究の目的は、異なる物理化学的特性を持つ農地土壌に適用可能な単一のクリーンアッププロトコルを確立することであったため、最終的な吸着剤の選択にあたっては、評価したクリーンアップ構成間の統計的比較と、3種類の吸着剤の相補的な保持メカニズムによる分析的な根拠の両方を考慮した。MgSO4+PSA+C18+吸着剤の組み合わせは、評価したdSPE構成の中で、マトリックス共抽出物の物理化学的なカバー範囲が最も広く、かつ総合的な平均共抽出除去率が最も高かった。したがって、以降の方法バリデーションにはこの組み合わせを採用した。
ME(マトリックス効果)は、GC-MS/MSを用いた農薬残留物の定量における主要な不確かさの原因の一つであり、特に土壌のような不均一なマトリックスにおいて顕著です4,5。本研究ではシグナルの抑制が支配的な現象として観察されましたが、ほとんどのアナライトの平均ME値は、一般に軽度から中等度とされる範囲(それぞれ−20%から+20%、および−20%から−50%)内でした14,28。この結果は、クロマトグラフィーシステムに到達する共抽出物の負荷が効果的に低減されたことと一致しています。それにもかかわらず、アナライト依存的な変動が依然として観察されました。例えば、methidathion、parathion-methyl、およびpirimiphos-ethylでは最も強い平均シグナル抑制が見られた一方で、fenamiphosではシグナルの増強が見られました。GC-MS/MSにおけるMEは本質的に化合物依存的であり、アナライト、残留マトリックス成分、および注入システムやクロマトグラフィー経路内の活性部位との相互作用によって生じます。その結果、残留マトリックス成分は、各アナライトの物理化学的特性や表面相互作用への感受性に応じて、検出器の応答を減少させるか、あるいは増加させます。したがって、評価したOPPsの間で観察された対照的な応答は、主に土壌マトリックス組成の差に加えて、アナライト依存的な挙動が重畳したことを反映しています。dSPEクリーンアップに加え、分析ワークフローには、GCシステムにおけるアナライトと活性部位との相互作用を低減し、農薬残留分析のクロマトグラフィー性能を向上させることが以前に報告されているアナライト保護剤混合物が組み込まれました28,29。これらの対策を講じた後でもアナライト特異的なMEが持続したことは、土壌マトリックスの複雑さを浮き彫りにしており、マトリックス組成が異なる土壌中のOPPsを信頼性高く定量するためには、マトリックスマッチド較正の使用が有効であることを裏付けています。
回収率試験により、最適化した手法が、多様な農業土壌条件下でほとんどの標的OPPに対して正確かつ精密な定量を提供することが実証されました。分析物と土壌の組み合わせの大部分がSANTE/2020/12830 (Rev.2)の許容基準11を満たし、回収率は70%から120%の間であり、RSDは20%未満でした。それにもかかわらず、一部の分析物と土壌の組み合わせにおいて、推奨される回収率範囲からの逸脱がわずかに観察されました。最も顕著な逸脱はfenamiphos、pirimiphos-ethyl、およびethionに関連しており、特定の土壌マトリックスにおいて低い回収率を示しました。また、chlorpyrifos、parathion-methyl、malathion、およびmethidathionでは、主に個別の添加レベルで回収率が上限許容値をわずかに上回るという、孤立した逸脱が観察されました。これらの逸脱は土壌マトリックス間で一貫して観察されなかったため、観察された挙動は化合物依存的な特性とMEの組み合わせに関連している可能性が高いと考えられます。評価したマトリックスの中で最も粘土含有量(48.5%)が高かったS1においてより多くの逸脱が観察されたことは、土壌の物理化学的特性が特定の分析物の抽出効率の低下に寄与した可能性を示唆しています。粘土鉱物は多数の吸着部位を提供し、表面相互作用を通じて農薬分子を保持するため、抽出時の脱離を減少させることがあります。これらの相互作用の程度は、鉱物表面への親和性を含む分析物の物理化学的特性に依存すると予想されます。しかし、すべての粘土質土壌で同様のパターンが見られなかったことは、単一の土壌パラメータだけでは観察された逸脱を完全に説明できないことを示しています。さらに、同じ吸着剤ベースのクリーンアップ手順が大部分の分析物と土壌の組み合わせで十分な性能を示したため、クリーンアップ工程に関連する系統的な損失の証拠は見られませんでした。吸着剤の最適化において、吸着剤が分析物の保持に与える個別の寄与は独立して評価されませんでしたが、最適化した手順で得られた十分な回収率性能は、この吸着剤の導入が分析物の定量に悪影響を及ぼさなかったことを示唆しています。全体として、これらの結果は提案した手法の適切性を実証すると同時に、特定の化合物の性能に対する分析物とマトリックスの相互作用の影響を浮き彫りにしています。
本法は、評価した6種類の農地土壌において満足のいく性能を示したが、塩類集積土、泥炭土、有機物含有量が極めて高い土壌、強アルカリ性土壌、または炭素質物質を豊富に含むマトリックスなどの極端な性質を持つ土壌への適用性については、まだ確立されていない。加えて、今回のバリデーションは添加回収試験(fortified agricultural soils)を用いて行われたため、自然汚染された現場サンプルへの適用性は今後確認される必要がある。さらに、本法は有機リン系殺虫剤(OPPs)のみを対象に開発および検証されたため、他の殺虫剤クラスへの適合性は保証されない。これらの制限はあるものの、本プロトコルは農地土壌中のOPP残留物の定量に向けた標準的なアプローチを提供し、環境モニタリングプログラム、殺虫剤の運命および移動に関する研究、リスクアセスメント調査、ならびに規制監視活動に適用できる可能性がある。今後の研究では、最適化したクリーンアップ戦略を他の土壌タイプや殺虫剤クラスへ転用できるか評価するとともに、粘土質の多いマトリックスで抽出効率が低下する化合物に対する回収率向上のための改良を検討すべきである。
全体として、提案されたワークフローは、最適化されたdSPEクリーンアップ、マトリックス適合校正、内部標準化、および分析物保護剤を、農耕土壌中のOPPsの一斉定量を目的とした単一の検証済みプロトコルに統合したものである。物理化学的特性が異なる土壌間での吸着剤の組み合わせを系統的に評価することで、十分な分析性能を維持しつつマトリックス効果(MEs)を最小限に抑えることができるクリーンアップ条件の選択に関する実践的な指針が得られた。したがって、本プロトコルは、多様な土壌特性を持つ農耕土壌における環境モニタリング、農薬の運命研究、および日常的な残留物定量に寄与し得る、再現性のあるアプローチを提供する。
本研究の作成にあたり、著者は図3のグラフィカルレイアウトの設計にClaude(Anthropic)の無料版を、文法およびスペルチェックにChatGPT(GPT-5.5, OpenAI)の無料版を使用しました。これらのツールを使用した後、著者はすべての内容を慎重に確認し、必要に応じて編集を行いました。すべての科学的な内容、データ、解析、および結論は著者によって作成、検証、承認されており、出版された論文の正確性と完全性については著者が全責任を負います。
著者らは、本研究を支援したEAN大学および同大学の研究・移転管理室に深く感謝いたします。また、本研究全体を通じて使用したGC-MS/MS装置へのアクセスを含め、本研究の遂行に必要な分析設備および技術的リソースを提供したEAN大学研究室に感謝いたします。本研究は、コロンビア、ボゴタ D.C.のUniversidad EAN研究・移転管理によって支援されました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 3-エトキシ-1,2-プロパンジオール(エチルグリセロール) | Sigma Aldrich | 260428-1G | |
| 酢酸 | Sigma Aldrich | 695092 | |
| アセトニトリル | Merck | 1006652500 | |
| AOAC 20i/s オートサンプラー | 島津製作所 | 221-723115-58 | |
| 天秤 | OHAUS | PA224 | |
| C18 | Sigma Aldrich | 52600-U | |
| 遠心チューブ、2 mL | Eppendorf | 4610-1815 | |
| 遠心チューブ、50 mL | ネスト | 602002 | |
| 遠心分離機 Z206A | MERMLE | 6019500118 | |
| カラム SH-Rxi-5sil MS, 30 m x 0.25 mm, 0.25 µm | 島津製作所 | 221-75954-30 | |
| 容器、キャップ付き、遮光ガラス、1000 mL | Sigma Aldrich | Z674176 | |
| デシケーター | Simax | 415262302 | |
| ディスペンセット 5-50 mL | ブランド | 4600361 | |
| D-ソルビトール | Sigma Aldrich | 240850-5G | |
| 酢酸エチル | メルク | 1313181212 | |
| フロリシル &200メッシュ未満、微粉末 | Sigma Aldrich | 288705-50G | |
| ギ酸 | Merck | 1002641000 | |
| GCMS-TQ8040 | 島津製作所 | 211552 | |
| 注射用シリンジ | 島津製作所 | LC2213461800 | |
| L-グルロン酸 γ-ラクトン | Sigma Aldrich | 310301-5G | |
| スプリットレスライナー | 島津製作所 | 221-4887-02 | |
| 硫酸マグネシウム(無水) | Sigma Aldrich | M7506-2KG | |
| メタノール | Panreac | 131091.12.12 | |
| Milli-Q 超純水(タイプ1) | Millipore | F4H4783518 | |
| ピペットチップ 10 µL 100 µL | Biologix | 200010 | |
| ピペットチップ 100 $\mu$L 1000 µL | ブランド | 541287 | |
| ピペットチップ 20 $\mu$L 200 µL | ブランド | 732028 | |
| パステゥールピペット | NORMAX | 5426023 | |
| ピペット Transferpette S 可変式 10 - 100 µL | ブランド | 704774 | |
| Transferpette S 可変式ピペット 100 - 1000 µL | ブランド | 704780 | |
| ピペット Transferpette S 可変式 20 - 200 µL | SCILOGEX | 712111099999 | |
| 一次・二次アミン (PSA) | Sigma Aldrich | 52738-U | |
| 冷蔵庫/冷凍庫 | Haceb | NEV ALC 404 | |
| シキミ酸 | Sigma Aldrich | S5375-1G | |
| 酢酸ナトリウム | Sigma Aldrich | 241245-1KG | |
| ソフトウェア GCMSsolution | 島津製作所 | 223-18472-92 | |
| ステンレス製2mmメッシュ | ピンセットでつかむ | PS33N10 | |
| 試験管、ガラス製、10 mL | Sigma Aldrich | BR114508 | |
| トルエン | Merck | 1083252500 | |
| トリフェニルホスフェート (I-IS) | Sigma Aldrich | 241288-50G | |
| インサート一体型バイアル、0.3 mL | Sigma Aldrich | 29398-U | |
| スクリューキャップ付きバイアル、遮光ガラス、15 mL | Sigma Aldrich | 27088-U | |
| メスフラスコ、10 mL | Sigma Aldrich | DWK28017-10 | |
| ボルテックスミキサー | Scilogex | 82120004 | |
| 農薬 | |||
| クロルピリホス | Sigma Aldrich | 45395-100MG | 2921-88-2 |
| クロルピリホスメチル | Sigma Aldrich | 45396-250MG | 5598-13-0 |
| クロルピリホス・メチル-d10 (P-IS) | Sigma Aldrich | 90047-5MG | 285138-81-0 |
| エチオン | Sigma Aldrich | 45477-250MG | 563-12-2 |
| フェナミホス | Sigma Aldrich | 45483-250MG | 22224-92-6 |
| フェニトロチオン | Sigma Aldrich | 45487-250MG | 122-14-5 |
| フェンチオン | Sigma Aldrich | 36552-250MG | 55-38-9 |
| マラチオン | Sigma Aldrich | 36143-100MG | 121-75-5 |
| メチダチオン | Sigma Aldrich | 36158-100MG | 950-37-8 |
| パラチオンメチル | Sigma Aldrich | 36187-100MG | 298-00-0 |
| ピリミホスエチル | Sigma Aldrich | 45628-250MG | 23505-41-1 |
| ピリミホスメチル | Sigma Aldrich | 32058-250MG | 29232-93-7 |
| トルクロホス・メチル | Sigma Aldrich | 31209-250MG | 5701804-9 |