水質検査におけるPFAS | オレンジサイエンス

水質検査

水質検査は、水の品質や安全性を評価するために行う検査です。主に飲料水、河川、湖、地下水、排水などの水を対象に、その物理的、化学的、生物学的な性質を分析します。目的に応じて、検査項目や方法が異なりますが、一般的な水質検査の内容には以下のようなものがあります。

物理的検査

色、濁度、臭い、味: 視覚や嗅覚によって水の異常をチェックします。
温度: 水温が生態系や化学反応に影響するため、測定します。

化学的検査

pH: 水の酸性・アルカリ性を示し、pH値が異常であれば健康や環境に影響が出る可能性があります。
溶存酸素（DO）: 水中の酸素濃度を測定し、魚などの水生生物の生存に重要です。
化学的酸素要求量（COD）/ 生物化学的酸素要求量（BOD）: 水中の有機物の量を示し、水の汚染度を評価します。
栄養塩類（硝酸塩、リン酸塩など）: 水中の栄養分の過剰は藻類の繁殖を引き起こし、富栄養化の原因になります。
重金属（鉛、カドミウム、ヒ素など）: 有害な金属類が含まれているかを確認し、健康リスクを評価します。

生物学的検査

大腸菌群、細菌数: 水の衛生状態を評価するために、病原菌の存在を調べます。
プランクトン、微生物: 水の生態系や水質の状態を把握するために、微生物の種類や量を分析します。

有機物質検査

農薬、洗剤、石油類: 農業や工業による水質汚染を評価するため、これらの有機物質の残留量を測定します。

水質検査は、環境保全、公共の健康維持、産業活動の監視などに重要な役割を果たしています。検査結果に基づいて、水の浄化方法や改善策が提案されることもあります。

水質検査の方法

水質検査の方法は、水の種類や検査項目によって異なりますが、一般的には以下のような手順と方法で行われます。

サンプリング（採水）

目的: 正確な検査結果を得るためには、適切な方法で水を採取することが重要です。
手順:
- 清潔な容器を使用し、水の表面や底部から採取する場合もある。
- サンプルはできるだけ早く検査機関に届け、温度や光の影響を最小限にする。
- 防腐剤や冷却が必要な場合は、規定に従って保存。

物理的検査方法

色・濁度: 比色計や濁度計を使用して測定します。
温度: 水温計を使用し、現場で直ちに測定します。
電気伝導度: 水のイオン濃度を測定し、水の純度やミネラル濃度を推定するために使用します。

化学的検査方法

pH測定: pHメーターまたは試薬を使用して、酸性度やアルカリ度を測定します。
溶存酸素（DO）測定: 電極式DOメーターやウィンクラー法で測定します。
COD/BOD測定: CODは酸化剤を用いて有機物の酸化量を測定し、BODは水中の微生物による有機物の分解を評価します。
イオン分析（硝酸塩、リン酸塩など）: イオンクロマトグラフィーや比色法を使用して特定のイオン濃度を測定します。
重金属検査: 原子吸光光度計（AAS）、誘導結合プラズマ質量分析計（ICP-MS）などを用いて、微量の金属を検出します。

生物学的検査方法

細菌検査（大腸菌群など）: 培養法、膜濾過法、酵素基質法を使用して、特定の細菌の存在を確認します。
微生物検査: 顕微鏡観察や培養法を用いて、微生物の種類と数を特定します。

有機物質検査方法

ガスクロマトグラフィー（GC）/質量分析計（MS）: 農薬、石油類などの有機物を検出し、濃度を測定します。
高速液体クロマトグラフィー（HPLC）: 複雑な有機化合物の分析に使用されます。

オンライン・リアルタイムモニタリング

水質を継続的に監視するために、センサーやプローブを水中に設置し、データをリアルタイムで収集・解析します。これにより、異常値を即時に検出できるため、環境管理や緊急対応が可能です。

各検査項目に応じて適切な手法を選び、標準的な検査手順に従うことで、信頼性の高い水質データが得られます。

PFASとは

PFAS（ピーファス）は、「Per- and Polyfluoroalkyl Substances」の略で、日本語では「パーフルオロアルキルおよびポリフルオロアルキル化合物」と呼ばれる化学物質の総称です。これらは炭素とフッ素の強い結合を持つ有機化合物で、撥水性、撥油性、耐熱性に優れているため、さまざまな産業製品に使用されています。

PFASの主な特徴

非常に安定: PFASは炭素-フッ素結合が非常に強いため、自然環境で分解されにくい性質があります。このため「永遠の化学物質（Forever Chemicals）」とも呼ばれます。
撥水・撥油性: 衣料品、調理器具（テフロン加工）、食品包装、消火剤、工業製品などで使用されます。
化学的安定性: 熱や化学物質に対して耐性が高く、製品の耐久性を向上させます。

PFASが使用される製品例

ノンステック調理器具: フライパンのテフロン加工。
撥水・撥油加工の衣類: レインコートやアウトドアウェア。
食品包装材: ファストフードの紙包装やピザボックスのコーティング。
消火剤: 特に油火災用のフォーム消火剤に使用されます。
化粧品・クリーニング用品: 撥水効果や持続性を高めるために使用されています。

環境・健康への影響

PFASはその安定性から、環境中に広範囲に蓄積しやすく、生態系や人間の健康に影響を与えることが懸念されています。主な影響としては以下があります。

環境への影響: PFASは土壌や水中に長期間残留し、地下水や飲料水の汚染源となることがあります。
健康への影響: 一部のPFAS（例えばPFOAやPFOS）は、肝臓障害、甲状腺機能の異常、免疫系の抑制、発がん性などの健康リスクが指摘されています。
生物濃縮: 食物連鎖を通じて濃縮され、野生動物や人間に取り込まれる可能性があります。

規制と対策

PFASの環境および健康への懸念から、各国で規制が進められています。例えば、EUやアメリカでは一部のPFASの使用を禁止または制限しており、代替物質の開発も進行中です。日本でも、PFOSやPFOAといったPFASの一部が法規制の対象となっています。

PFASの汚染対策には、汚染源の特定、使用の削減、浄水技術の導入が重要です。

PFASが注目されている理由

最近、日本でPFASが注目されている理由はいくつかあります。主な要因は、PFASの環境および健康へのリスクが明らかになってきたことや、日本国内でもPFASによる水質汚染が確認されているためです。以下、具体的な理由を説明します。

健康リスクの認識の高まり

PFASの一部（特にPFOAやPFOS）は、発がん性、肝臓への影響、甲状腺機能の異常、免疫系の抑制、発達への影響など、さまざまな健康リスクと関連があることが研究で示されています。これにより、PFASが人体に与える影響についての懸念が高まり、より安全な環境を求める声が強まっています。

日本国内での水質汚染の報告

近年、日本各地でPFASによる水質汚染が確認されています。特に、米軍基地周辺や工業地帯などでPFASが地下水や河川に流出し、周辺地域の飲料水に影響を及ぼしている事例が報告されています。これにより、地域住民の健康リスクが懸念され、汚染状況の調査と対策が急務となっています。

規制の強化と国際的な圧力

日本政府は、国際的な規制の流れを受けて、PFASの管理を強化しています。例えば、ストックホルム条約に基づき、PFOSやPFOAの使用や排出が規制されており、今後さらに多くのPFAS類似物質についても規制が進むと予想されています。国際社会からの圧力もあり、日本でも化学物質管理の厳格化が求められています。

新たな汚染源の発見

消火剤や工業製品、日用品などでのPFAS使用が原因となり、新たな汚染源が発見されています。特に、空港や工場の近隣地域で高濃度のPFASが検出されるケースが増えており、これが社会的な関心を呼んでいます。

代替物質への移行と技術開発の遅れ

PFASの規制が進む中で、代替物質への移行が求められていますが、日本では代替物質や除去技術の開発がまだ追いついていない部分があります。これが、PFASの問題をさらに複雑化させ、解決に向けた課題として浮上しています。

これらの要因が重なり、PFASは日本でも大きな環境問題として注目されるようになっています。今後は、汚染の監視強化、規制の拡大、技術的な対応策の開発が求められています。

水質検査におけるPFAS検査の重要性

水質検査でPFASを検査する理由は、これらの化学物質が環境や人体に与える深刻な影響があるためです。PFASは、非常に安定した性質を持つため、自然環境で分解されにくく、長期間にわたって水源や生態系に蓄積される傾向があります。以下に、PFASを水質検査で調査する主な理由を挙げます。

健康リスクの評価

PFASは人体に取り込まれると、発がん性、肝臓障害、甲状腺機能の異常、免疫抑制、ホルモンバランスの乱れなど、さまざまな健康リスクが報告されています。特に、飲料水を介してのPFASの摂取は、長期的な健康被害の原因となる可能性があるため、検査を通じてその濃度を把握し、リスクを評価することが重要です。

環境汚染の監視と対策

PFASは一度環境中に放出されると、水、土壌、さらには生物の体内に蓄積されやすく、持続的な環境汚染の原因となります。水質検査によってPFASの存在を監視し、汚染源の特定や、拡散防止のための対策を講じることが求められます。これにより、環境への影響を最小限に抑えることができます。

規制遵守の確認

多くの国や地域でPFASの使用や排出が規制されており、日本でも特定のPFAS化合物（例えばPFOA、PFOS）の規制が進んでいます。水質検査を行うことで、これらの規制値を遵守しているかどうかを確認し、違反があれば適切な措置を取ることができます。これにより、規制の効果を評価し、さらなる政策改善につなげることができます。

汚染の早期発見と被害の軽減

PFASは目に見えず、味や臭いもほとんどないため、汚染が進んでいても気づきにくい特徴があります。定期的な水質検査を行うことで、PFASの存在を早期に発見し、汚染が拡大する前に対策を取ることができます。これにより、周辺住民や生態系への被害を軽減することが可能です。

水処理技術の評価と改善

PFASを検出することで、水処理施設の能力を評価し、必要に応じて処理技術を改善するためのデータを得ることができます。PFASの除去は一般的な浄水処理では難しいため、活性炭や逆浸透膜などの高度な技術が求められます。検査結果は、これらの技術の有効性を確認し、効果的な水質管理につなげるために重要です。

国際的な基準との整合性

世界的にPFASの影響に対する認識が高まっており、各国が水質基準の強化を進めています。日本でも、国際的な動向に合わせて水質基準を見直す必要があり、PFASの検査はその基礎となるデータの収集に役立ちます。

これらの理由から、PFASの検査は水質管理において不可欠な要素となっており、人々の健康と環境を守るための重要な取り組みの一環とされています。

水質検査でPFASを調べる方法

水質検査でPFASを調べる方法は、微量で存在するPFASを正確に検出し、その濃度を測定するために、高感度な分析技術を使用します。ここでは窒素エバポレーターを用いた水質検査の方法を説明します。

PFAS検査の手順

サンプリング（採水）

目的: PFASを検出するために正確に水を採取します。
手順:
- ポリプロピレンまたは高密度ポリエチレンの専用容器を使用して水を採取します。
- PFASの汚染を防ぐため、テフロン製品（PTFE）やフッ素樹脂コーティングされた器具は避けます。
- サンプルは冷蔵または冷凍保存して、迅速に分析施設へ送付します。

固相抽出（SPE）によるPFASの抽出

目的: PFASを水から分離・濃縮するためのステップです。
手順:
- SPEカートリッジ（C18、WAX、または専用のPFAS抽出用カートリッジなど）を使用します。
- カートリッジをメタノールおよび水で事前に調整（コンディショニング）します。
- 水サンプルをカートリッジに通し、PFASを吸着させます。
- 洗浄ステップで不要な物質を除去した後、メタノールや酢酸メチルなどの適切な溶媒でPFASをカートリッジから溶出します。

窒素エバポレーターによる濃縮

目的: 溶媒中に抽出されたPFASを濃縮し、分析に適した量に調整します。
手順:
- 溶出液を窒素エバポレーターにセットします。窒素エバポレーターは、窒素ガスを吹きかけて溶媒を除去・濃縮する装置です。
- 温度とガスフローを調整し、溶媒を蒸発させます。高温すぎるとPFASが分解するリスクがあるため、温度管理が重要です。
- 残渣を必要な体積に濃縮し、LC-MS/MS分析に適した溶媒（通常はメタノールまたは水-メタノール混合溶媒など）に再溶解します。

液体クロマトグラフィー-質量分析計（LC-MS/MS）による分析

目的: LC-MS/MSを使用して、PFASの種類と濃度を高感度で測定します。
手順:
- 前処理で得られた濃縮試料をLC-MS/MS装置に注入します。
- 液体クロマトグラフィーでPFAS化合物を分離し、質量分析計で個々の化合物を検出・定量します。
- 標準物質との比較により、試料中のPFAS濃度を決定します。

データ解析と品質管理

目的: 検査結果の精度と信頼性を確保します。
手順:
- ブランク試料、スパイク試料（PFASを既知濃度で添加したサンプル）を使用して、検出限界や再現性を確認します。
- 得られたデータを解析し、規制値との比較を行って結果を報告します。

報告と対策提案

目的: PFASの汚染状況を報告し、必要な対策を提案します。
手順:
- 分析結果をまとめ、基準値を超える場合は、汚染源の特定や浄化対策の提案を行います。

窒素エバポレーターを使用することで、PFASの前処理における溶媒の除去が効率的に行われ、より高感度な分析が可能になります。この手順により、低濃度のPFASを正確に測定し、環境や健康へのリスク評価を行うことができます。

PFASの具体的な検査項目

PFASの具体的な検査項目は、主に環境中で問題視されている代表的なPFAS化合物や、規制対象となっている物質を中心に選定されます。PFASは数千種類以上存在するため、すべてを検査するのは現実的ではありませんが、一般的に以下の主要な化合物が検査対象となります。

主要なPFAS検査項目

PFOA (Perfluorooctanoic Acid, パーフルオロオクタン酸)
- 用途: テフロンコーティング製品、撥水剤、消火剤など。
- 規制: 多くの国で使用制限や禁止されており、日本でも規制対象。
PFOS (Perfluorooctane Sulfonate, パーフルオロオクタンスルホン酸)
- 用途: 消火剤、金属メッキ、撥水加工剤など。
- 規制: ストックホルム条約により国際的に規制されており、日本でも規制対象。
PFHxS (Perfluorohexane Sulfonate, パーフルオロヘキサンスルホン酸)
- 用途: 消火剤、繊維加工、電子部品の製造。
- 規制: PFOAやPFOSに次ぐ注目の対象で、環境中での蓄積が懸念されています。
PFNA (Perfluorononanoic Acid, パーフルオロノナン酸)
- 用途: プラスチックの加工助剤、撥水・撥油剤。
- 規制: 一部の国で規制対象となっており、環境への影響が問題視されています。
PFHpA (Perfluoroheptanoic Acid, パーフルオロヘプタン酸)
- 用途: 工業用途での表面処理剤など。
- 特徴: 水質中での検出頻度が高まっており、リスク評価が進められています。
PFBS (Perfluorobutanesulfonic Acid, パーフルオロブタン酸)
- 用途: 短鎖型のPFASとして代替物質として使用されていますが、環境への残留性が懸念されています。
GenX (Hexafluoropropylene Oxide Dimer Acid, HFPO-DA)
- 用途: PFOAの代替品として使用されていますが、近年では環境への影響が問題視されています。
- 特徴: 代替物質ながらも、人体および環境へのリスクがあるとして監視対象となっています。
ADONA (3H-Perfluoro-3-[(3-methoxy-propoxy)propanoic Acid])
- 用途: PFOAの代替品。
- 特徴: 新世代のPFASですが、潜在的なリスクが指摘され、検査対象に含まれることがあります。

その他の検査対象になるPFAS

PFPeA (Perfluoropentanoic Acid, パーフルオロペンタン酸)
PFDA (Perfluorodecanoic Acid, パーフルオロデカン酸)
PFUnDA (Perfluoroundecanoic Acid, パーフルオロウンデカン酸)
PFDoDA (Perfluorododecanoic Acid, パーフルオロドデカン酸)

選定の基準

これらの化合物は、環境中での残留性が高く、生物に蓄積しやすい特性を持ちます。選定の基準は以下の通りです。

規制の対象化合物: 国際的に規制されている化合物（例：PFOA、PFOS）。
環境への残留性: 分解されにくく、長期間残留する物質。
検出頻度: 水質検査で頻繁に検出される化合物。
健康への影響: 発がん性、内分泌撹乱作用など、健康リスクが指摘されている化合物。

これらのPFASの検査項目を含めることで、総合的に環境および健康リスクを評価し、適切な対策を講じるためのデータを提供することが可能です。

水質検査を依頼できる組織や機関

水質検査を依頼できる組織や会社には、公的機関と民間企業があります。公的機関には、保健所や水道局、環境研究所などがあり、法的基準に基づく信頼性の高い検査を行います。特に飲料水や公共水域の水質を監視しており、正確な結果が得られます。民間の水質検査会社には、ALS Japan株式会社や日本環境科学株式会社などがあり、PFASなどの高度な化学物質の検査にも対応しています。また、建設会社や産業廃棄物管理会社も、環境基準に基づいて水質検査を実施します。さらに、大学や研究機関では、専門的な水質調査や学術的な視点からの分析が可能です。依頼時には、検査内容の確認や費用、精度を考慮し、信頼できる機関を選ぶことが重要です。

水質検査の前処理で使用される窒素エバポレーターの役割と目的

窒素エバポレーターは、水質検査の前処理で試料中の溶媒を効率よく除去し、化学物質を濃縮するための装置です。この装置は、特に微量な化学物質の検出を目的とした前処理に使われ、PFASなどの難検出物質の分析に欠かせません。

窒素エバポレーターの役割

溶媒の蒸発・除去

水質試料中のPFASや他の化学物質は、固相抽出（SPE）などの前処理によって一度溶媒に溶かされます。この段階で、試料の中には大量の溶媒が含まれており、そのままでは検出感度が低いため、溶媒を除去する必要があります。
窒素エバポレーターでは、窒素ガスを試料表面に吹きかけながら加熱し、溶媒を効率的に蒸発させます。窒素は化学的に不活性なので、試料中の成分に影響を与えることなく、溶媒だけを除去できる点が重要です。

試料の濃縮

蒸発によって溶媒の量が減少すると、分析対象物質（例えばPFAS）が試料中で濃縮されます。この濃縮過程により、微量の化合物でも測定機器（通常LC-MS/MSなどの質量分析計）で検出可能なレベルまで到達します。
微量な化学物質を正確に分析するためには、サンプルの体積を極限まで減らすことが不可欠であり、窒素エバポレーターはその目的に適した装置です。

窒素エバポレーター目的と利点

高感度分析の実現

窒素エバポレーターは、微量な化学物質、特にPFASのように環境中で低濃度で存在する物質を検出する際に必要不可欠です。濃縮された試料を使うことで、LC-MS/MSなどの高度な分析機器の検出感度を最大限に引き出し、精度の高い測定が可能になります。

効率の向上と時間短縮

窒素エバポレーターを使うことで、手動で溶媒を蒸発させる手間や時間を大幅に削減できます。加熱と窒素ガスの連続処理によって、溶媒の蒸発が迅速かつ均一に進むため、前処理の効率が向上します。これにより、複数の試料を短時間で処理できるようになり、大量の検査を行う場合に特に有効です。

安全でクリーンなプロセス

窒素ガスは化学的に不活性であり、他の方法で発生する副反応や試料の劣化を防ぎます。これにより、試料が外部環境の影響を受けにくくなり、正確で信頼性の高い結果を得ることができます。

窒素エバポレーター目的と利点

使用する際の注意点

温度管理: 溶媒の蒸発は加熱により促進されますが、温度が高すぎると試料中の化学物質が分解してしまう可能性があります。特にPFASのような熱に弱い化合物では、40℃前後の適切な温度管理が重要です。
クロスコンタミネーションの防止: 溶媒を蒸発させる過程で、隣接する試料との間で化合物が混入する可能性があるため、装置の清掃や取り扱いにも十分な注意が必要です。

窒素エバポレーターは、水質検査において試料の溶媒を除去し、微量な化学物質を効率よく濃縮するための装置であり、高感度かつ正確な分析を可能にします。

Organomation - 窒素エバポレーター

オレンジサイエンスでは世界的に有名なOrganomation社の窒素エバポレーターを取り扱っています。Organomation社は、窒素ブローダウン技術を中心とした窒素エバポレーター・窒素ブローダウン蒸発装置を専門としている機器開発メーカーです。1959年に設立され、60年以上にわたり、世界中の研究・試験機関向けに窒素エバポレーター・窒素蒸発装置を提供してきました。Organomation社の高品質な窒素エバポレーター装置は、世界中で信頼性が高く、メンテナンスの手間がかからない実験装置であると高く評価されています。また、耐用年数が長いため、今日の多忙な研究室にとって、非常に費用対効果の高いソリューションとなっています。

窒素エバポレーターとは、分析用サンプルの前処理によく使用される実験装置です。環境試験、農業、食品・飲料、医薬、品質保証、科学捜査、オイル・グリースなど、様々な業界で使用されており、質量分析を行う前にサンプルを乾燥・濃縮するために使用されます。試料は窒素エバポレーターに充填され、窒素ブローダウンが、時には熱と併用されながら、試料の水分を除去するために使用されます。

Organomationの卓上型窒素エバポレーターは、窒素ガスの穏やかな流れをサンプルに直接供給します。一定のガス流は、蒸気が飽和した空気層を押し流し、蒸気が液体に戻るのを防ぎます。これにより、過剰な溶媒蒸気の量が減少し、圧力が下がり、サンプルがより速く蒸発することが可能になります。これは、少量、揮発性、半揮発性のサンプルには特に重要です。

窒素ブローダウンは消耗品を必要としない方法であり、サンプルに非常に優しく、代替オプションと比較して非常に手頃な価格です。

Organomationは、N-EVAPライン、MULTIVAPライン、MICROVAPラインの3つの主要製品ラインを通じて、少量サンプル用の窒素ブローダウン蒸発器の多くのバリエーションを提供しています。

N-EVAP

N-EVAPは調整可能な窒素ブローダウン技術を利用しており、窒素ガスを無駄にすることなく、サンプルへの窒素フローを完全にコントロールできます。柔軟性がN-EVAPの特徴です。他の少量サンプルエバポレーターと異なり、N-EVAPは、別々のヒートブロックを必要とせず、一度に数種類のバイアルやチューブを保持することができます。非加熱モデルだけでなく、ウォーターバスまたはドライビーズ付きの加熱モデルもあります。

N-EVAP

MULTIVAP

MULTIVAPは、一度に多数のサンプルのバッチ濃縮に一貫性を提供します。チューブは、加熱された特注アルミブロックまたはウォーターバスに設置されます。窒素分配マニホールドはユニットとして昇降し、1回の動作で全サンプルへの蒸発を開始または停止します。

MULTIVAP

MICROVAP

MICROVAPは、96ウェルマイクロプレートや小ロット用に設計されたコンパクトな装置で、ライフサイエンスや製薬業界のお客様によく使用されています。サンプルは、サンプルチューブに合うように特注加工された加熱アルミニウムブロックに収まります。常温での蒸発用に、加熱なしのモデルもあります。

MICROVAP

窒素ブローダウン蒸発器は、少量のサンプルや大量のサンプルの蒸発、複数のサンプル前処理方法の同時実行を可能にすることで、ラボに利益をもたらします。

動画

時間計算・溶媒除去方法判別ツール

Organomation社の日本語Webサイトでは溶媒除去に関する時間計算ツール・溶媒除去方法判別ツールを用意しています。手作業で処理していた濃縮除去の時間を濃縮器を使うことでどれだけ時間短縮できるか、ラボに必要な溶媒除去方法、濃縮器が必要か、など、いくつかの質問に答えるだけですぐに回答が得られます。ぜひご活用ください。

溶媒除去に要する時間計算

どの溶媒除去方法が適切か

濃縮器導入の判断

Organomationの窒素エバポレーターの違い

Organomation社は、窒素ブローダウン技術を中心としたラボ用窒素エバポレーターのメーカーです。N-EVAP、MICROVAP、MULTIVAPの3つの主要なブローダウン製品ラインがあります。各製品ラインは、容量、制御、機能が異なるため、さまざまな用途に対応できるように設計されています。ここでは、各エバポレーターの主な違いを説明し、どのエバポレーターがお客様のラボに最適かを判断できるようにします。