食品分析における有機微量化合物の定量は、食品の品質および食品安全の側面から大きな重要性を持っています。 食品マトリックス中の潜在的な推論から分析対象物を分離し、ターゲット化合物の定性・定量を行うことは、分析食品化学において重要なステップです。
定義
液体クロマトグラフィー (LC, ここでは High Performance LC – HPLC) は、痕跡分析用の物理分離手法の 1 つです。 固定相（粒子付きカラム）および移動相（液体溶媒または溶媒の混合物）と分析対象物との相互作用に基づいています。 質量分析（MS）は、試料の組成を測定するための分析ツールです。 MSは分析対象物の分子量や構造に関する有用な情報を生成し、未知化合物の解明に役立ちます。
LC/MS、LC-MSの組み合わせは、非常に高い感度（pptレンジまで）と特異性から、強力な技術となっています。 有機微量分析の分野では、MSは多くのアプリケーションに使用されていますが、GC/MS（ガスクロマトグラフィー、質量分析計との組み合わせ）とは対照的に、通常200～800uの質量で、熱に不安定で、高い極性を示し、または高い分子量を持つ不揮発性の分析対象を含むサンプルの分析に特化しています。
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Working principle
原則として、LC/MS装置は以下の4つの作業ステップを実行しなければならない。
- 分離カラムによる分析物のクロマトグラフィー分離
- 分析物のイオン化
- イオンの分離と
- イオンの同定
一般には、HPLCシステムと質量分析計のインターフェースは容易ではありませんが、これは溶質を気相イオンへ転換することに苦労していることに由来しています。 質量分析計の真空度を十分に保ちながら溶媒を取り除き、気相イオンを生成することが課題である。
最も広く用いられている2つのイオン化インターフェースシステム、大気圧化学イオン化（APCI）とエレクトロスプレーイオン化（ESI）は、分析対象物の物理化学的性質（極性や酸性度など）に応じて選択されます。 イオン化は大気圧で行われ、どちらもソフトなイオン化法と考えられています。つまり、フラグメント法を用いない限り、マススペクトルは主に分子量の情報を提供します。 この問題を解決するために、最近では質量選択や分析のステップを複数回行うタンデム質量分析法（LC/MS/MSまたはLC/MSn）が主に用いられています。 これらのシステムでは、低 ppt 領域の残基を決定することが可能である。 有機分子の定量分析には、異なる技術的なMSセットアップが必要です。 イオンを生成し、それをリニアイオントラップに導き、高周波磁場中に蓄積するMSを使用することが、定性のための一つの方法です。 その後、さまざまな技術的可能性によってイオンの定性が行われ、未知化合物の定性が行われます。
Applications
約10年前に日常分析に導入されてから、品質管理、基礎および応用研究、政府の管理など、分析化学のほとんどの分野でLC/MSが確立されています。
以下の例で簡単に説明します。
a) 薬学
- 医薬品の薬物動態研究、たとえば薬物分解プロセス
- 医薬品開発、たとえば…。 代謝物同定や不純物同定など
b) 分子生物学
- プロテオミクス、例えばタンパク質の大規模研究、特にその構造と機能
- メタボロミクス、例えば。代謝中間体、ホルモン、その他のシグナル伝達物質の測定など
c) 環境
- 廃水、例. 内分泌化合物
- 土壌、例えば有機金属
d) 食品
- 成分、例えばアミノ酸、脂質
- 汚染物質、例えば。 農薬の多残基分析、魚介類毒物、獣医学的残留物、着色料、アクリルアミドの決定、マイクロシスチンの分析
- 天然物、例. テルペン、ステロイド
食品分析の例としてのパーフルオロテンサイド（PFC）
背景
PFCは、複雑なサンプル調製と高度なLC/MS装置および分析化学の深い知識を組み合わせた優れた例です。 PFTのユニークな特性は、冷却液、ポリマー、医薬品や農薬の成分など、さまざまな工業製品および商業製品に有用である。 特に、パーフルオロカルボン酸塩（PFOA-パーフルオロオクタン酸など）やパーフルオロスルホン酸塩（PFOS-パーフルオロオクタンスルホン酸など）は、繊維やカーペットの含浸剤、消火用フォーム、製紙業の防油処理など界面活性剤として使用されています。 PFCは50年以上前から生産されており、現在では世界中に流通している。 PFOAとPFOSのみ毒性評価（慢性毒性、発がん性）されており、その他の同族化合物、異性体などは未評価です。 物理的な観点からは、PFCは難分解性（分解されない）と移動性（汚染された土壌から地下水へ溶出する）の両方がある。 このことは、飲料水の取水及び／又は調整という観点から、恒久的な脅威となる。 さらに、植物の移動によって、食物連鎖にこれらの化合物が入り込みます。
2006年にドイツの2つの川で高レベルのPFC汚染が発見され、これらの化合物に対する社会の関心が高まりました。 土壌には最大で1kgあたり600μgのPFCが含まれており、飲料水や給水施設の汚染を引き起こしたことが明らかにされています。
フラウンホーファーIME
フラウンホーファー分子生物学・応用生態学研究所のコアコンピタンスの1つは、食品や環境マトリックス中の化学汚染物質を特定し分析するための実行可能で信頼できる方法の開発であり、1999年から、フラウンホーファーIMEはさまざまな環境マトリックス中のPFC汚染を測定するプロジェクトを行っています。 この作業は産業界のパートナーに代わって行われ、特にPFC-カルボン酸塩とPFC-スルホン酸塩に焦点を合わせてきました。 さらに、ドイツ連邦環境試料バンクのモニタリングプログラムのために、ヒトの血液試料を含む調査も行われました。 2005年には食品分野での最初の調査が行われ、2006年には特定の食品サンプル（母乳、フライドポテトなど）の結果もメディアで取り上げられた。 2007年には、植物移植、ジャガイモとその製品、ヒトのマトリックス（血液と母乳）、環境サンプル（排水、汚泥、土壌など）に焦点を当てた大規模なプロジェクトが実施された。 イオンペア剤であるテトラ-n-ブチルアンモニウムハイドロジェンサーフェートを使用し、その後、液体固体抽出（例：環境試料）
キャリブレーションには内部標準を用いることが推奨され、現在、当社のメソッドには質量標識した9種類のPFC標準が含まれています。 試料をLC/MSに導入する前に、装置自体にテフロン加工されたスペアパーツがないか確認する必要があります。スペアパーツには、再現性のない方法で結果に影響を与えるPFCが含まれているためです。 これらの部品を交換するためには、LC/MSの部品に関する優れた知識が必要です。
分析例
生ジャガイモとジャガイモ製品の分析では、LC/MS/MS（HPLC Alliance 2695とQuattro Ultima Pt、Electrospray negative mode、いずれもWaters）を調整し、LC/MS/MS（Quattro Ultima Pt、Electrospray negative mode、いずれもWaters; 150 x 2 mm Luna 3 µm C18(2) column, Phenomenex）システムを用いて、13C標識標準物質を用いて、9種類のペルフルオロカルボン酸（C4 – C12）と3種類のペルフルオロスルホン酸（C4、C6、C8）の標的質量（LOQ0.1799>
PFCは生ジャガイモとジャガイモ製品で異なる分布を示したことから（表1）、土壌汚染だけでなく加工時の汚染も想定されます。 これは、2006年に行ったPFCフライドポテトの調査でも裏付けられており、ファーストフード店のフライドポテトを分析したところ、最大2.8μg PFOA/kg、最大0.9μg PFOS/kgを検出しました。
Analytcal outlook
Fraunhofer IMEはPFC分析において大きな専門知識と経験を持っており、まだ調査が行われていない多くの環境/食品PFC汚染領域に応用できると考えています。 すでに多くの短鎖および長鎖PFCが研究プログラムに含まれていますが、PFCを追加することで分析能力をアップグレードすることができます。 市販の標準物質がないため、LC/MSで同定する必要があります。 これにより、前駆体、食品汚染の経路、食品加工中の分解に関する統合的な知見が得られるだろう。