19. 大容量導入質量分析法による体液中揮発性薬毒物及び乱用薬物の

　上原記念生命科学財団研究報告集, 22(2008)
19. 大容量導入質量分析法による体液中揮発性薬毒物及び乱用薬物の
超高感度同定・定量法の確立
石井　晃
Key words：ガスクロマトグラフィー，低温オーブントラッピン
グ法，質量分析，揮発性有機化合物
*藤田保健衛生大学 医学部 法医学教室
緒　言
法医学において, 中毒事例の重要性は増大しており, 中毒起因物質の同定及び定量は重要なテーマである．しかし中毒起因
物質は，化学的性質の違いに応じて分析手法が異なる．揮発性有機化合物(Volatile organic compounds, VOCs)の多く
は ， い わ ゆ る ヘ ッ ド ス ペ ー ス （ Headspace, HS ） 法 と 呼 ば れ る 方 法 で 気 相 を 採 取 し ， ガ ス ク ロ マ ト グ ラ フ ィ ー (Gas
chromatography, GC)法で分析することが可能である．
しかし，従来の GC 法では，導入できる気相量はたかだか数百 μl に過ぎないため，われわれのグループは低温オーブント
ラッピング(Crogenic oven trapping, COT)法を開発した．この方法は，カラムオーブンを氷点下まで冷却し，気相中の目的
物質をカラム先端に高濃度に凝集させる．この方法により，われわれは，これまでに青酸，クロロフォルム，全身麻酔薬，エタノ
ール等，多数の VOCs の高感度検出に成功した 1〜5)．しかし，通常の GC 法の検出器では特異性が低いため，目的物質の
同定まで至らなかった．特に水素炎イオン化検出器(Flame ionization detector, FID)では夾雑物質の影響が著しく大きいた
め，このことが本方法の欠点であった．特に腐敗サンプルの場合，アセトンや各種のアミンをはじめとする有機化合物が生成す
るため，これらの夾雑物質が目的物質の検出を著しく妨害する．このような場合，目的物質の同定には質量分析計(Mass
spectrometer, MS)を用いた測定が不可欠であるが，大量の気相の導入は，真空度の低下とそれに伴うシステムの不安定化
を惹起するため，これまでは極めて困難であった。
一方，最近の GC/MS の一部には，高性能のターボポンプが装備されており，真空度を極端に低下させることなく大量の気
相を導入することができる．今回我々は，従来の COT 法と GC/MS 法を結合させ，目的物質の構造解析と再現性の高い定量
ができるシステムを開発し，法医中毒学への応用を試みた．
方　法
17 種 類 の VOCs (2-methylbutane, pentane, octane, diethylether, dichloromethane, t-buthylmethylether,
hexane,
chloroform,
1,1,1-trichloroethane,
1,1,2-trichloroethane,
benzene,
trichloroethylene,
toluene,
ethylbenzene, m- 及び o-xylene, stylene)及び内部標準(d10-diethylether 及び d8-toluene)を適宜メタノールに溶解し
て標準溶液とし，ヒト全血に添加した．20 ml のバイアルに全血 0.5 ml，蒸留水 1.5 ml，塩化ナトリウム 0.3 g を加え，直ち
に密栓する．サンプルをオートサンプラー TurboMatrix 40 (ParkinElmer 社製）にセットし，60℃で 15 分間加熱した後，
HS を GC/MS に導入した．GC/MS は島津 QP2010 を用い，インジェクター温度: 240℃，イオン源温度:220℃，インターフ
ェース温度:250℃とした．カラムは，Restek 社の Rtx-Volatile (30 m × 0.32 mm, film thickness 1.5 μm)を用い，カ
ラム温度は−30℃から 20 ℃/min で 200℃まで昇温した．
*現所属：名古屋大学大学院医学系研究科 法医・生命倫理学
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結果および考察
まず，各 VOCs のピークにおける，温度依存性を検討した 6)．図１に 2-methylbutane，pentane, diethylether のピーク
の温度依存性を示す．
図 1． 3 種類の化合物のピーク形状の温度依存性．
それぞれ，a: 2-methylbutane, b: pentane, c: diethylether のピークを示す．
特に，保持時間が短い，2-methylbutane 及び pentane は，初期オーブン温度が 20℃では，ピークはほとんど検出できない
のに対し，初期温度を−30℃まで低下させると，はっきりとしたピークが確認された．次に，初期温度を−30℃に設定し，各
VOCs のマスクロマトグラムを採取した．図２に VOCs のうちの 2 種類の内部標準を含む 13 種類のマスクロマトグラムを示す．
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図 2． 11 種類の VOCs のマスクロマトグラム．
内部標準として，d10-diethylether 及び d8-toluene を用いている.
図のように，これらピークはクロマトグラム上で良好に分離されている．
次に，各化合物の検量線を作成した．いずれの VOCs においても，血中濃度が 1 から 2,000 ng/ml の間において，良好
な直線性を示した．検出限界は，hexane の 0.1 ng/ml から，diethylether の 5 ng/ml までで，幅はあるものの，おおむね
良好であった．検出限界の低いものうち，xylene 及び toluene は環境中に存在している可能性が示唆された．その他，保持
時間が短い物質は検出しにくい傾向が認められた．さらに，日内変動及び日間変動を検討した．日内変動(n = 6)は，100
ng/ml で約 5 %以下，日間変動(n = 6)は，100 ng/ml で約 9 %以下と，再現性も良好であった 7).
最近，VOCs の高感度分析として広く用いられている方法は，固相マイクロ抽出(Solid phase microextraction, SPME)法
があり，いくつか報告されている 8〜10)．これらの報告での検出限界は，おおむね 10 pg/ml 程度と高感度である．しかし上述
した方法は，環境科学での応用であり，使用するサンプルも，環境水のような不純物の極めて少ないものである．これらの点も
考慮に入れると，今回の報告と従来の報告とを単純に比較することはできない．今回の方法は，全血のような，不純物を多量に
含み，かつ扱いの困難な試料を使用しても高感度が得られている．加えて，今回の方法は，試料調製も容易であり，スループ
ットネスも良好である．従って，本方法は，法医中毒学的に十分応用可能であり，今後広く使用されることが期待される．
本研究の共同研究者は，藤田保健衛生大学法医学教室の金子理奈（現 名古屋大学院医学系研究科法医・生命倫理学教
室），平田ゆかり，浜島 誠及び，浜松医科大学医学部法医学教室の渡部加奈子である．
文　献
1） Watanabe, K., Seno, H., Ishii, A., Suzuki, O. & Kumazawa, T.: Capillary gas chromatography with
cryogenic oven temperature for headspace samples: Analysis of chloroform or methylene chloride in
whole blood. Anal. Chem., 69: 5178-5181, 1997.
2） Hattori, H., Iwai, M., Kurono, S., Yamada, T., Watanabe-Suzuki, K., Ishii, A., Seno, H. & Suzuki, O.:
Sensitive determination of xylenes in whole blood by capillary gas chromatography with cryogenic
trapping. J. Chromatogr. B: Biomed. Sci. Appl., 718: 285-289, 1998.
3） Ishii, A., Seno, H., Watanabe-Suzuki, K., Suzuki, O. & Kumazawa, T.: Determination of cyanide in
whole blood by capillary gas chromatography with cryogenic oven trapping. Anal. Chem., 70:
4873-4876, 1998.
4） Watanabe-Suzuki, K., Seno, H., Ishii, A., Kumazawa, T. & Suzuki, O.: Ultra-sensitive method for
determination of ethanol in whole blood by headspace capillary gas chromatography with cryogenic
oven trapping. J. Chromatogr. B: Biomed. Sci. Appl., 727: 89-94, 1999.
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5） Kojima, T., Ishii, A., Watanabe-Suzuki, K., Kurihara, R., Seno, H., Kumazawa, T., Suzuki, O. &
Katsumata, Y.: Sensitive determination of four general anaesthetics in human whole blood by
capillary gas chromatography with cryogenic oven trapping. J. Chromatogr. B: Biomed. Sci. Appl.,
762: 103-108, 2001.
6） 金子理奈，平田ゆかり，南雲紗耶香，濱島 誠，服部秀樹，妹尾 洋，石井 晃: 第 32 回日本医用マススペクトル
学会抄録集 p. 69, 2007.
7） 石井 晃，金子理奈，平田ゆかり，浜島 誠: 新しい質量分析技術の法医学領域への応用. 質量分析 56: 131-138,
2008.
8） Poli, D., Manini, P., Andreoli, R., Franchini, I. & Mutti, A.: Determination of dichloromethane,
trichloroethylene and perchloroethylene in urine samples by headspace solid phase microextraction
gas chromatography-mass spectrometry. J. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life. Sci., 820:
95-102, 2005.
9） Blount, B. C., Kobelski, R. J., McElprang, D. O., Ashley, D. L., Morrow, J. C., Chambers, D. M. &
Cardinali, F. L.: Quantification of 31 volatile organic compounds in whole blood using solid-phase
microextraction and gas chromatography-mass spectrometry. J. Chromatogr. B. Analyt. Technol.
Biomed. Life. Sci., 832: 292-301, 2006.
10） Jockmann, M. A., Yuan, X. & Schmidt, T. C.: Determination of volatile organic hydrocarbons in water
samples by solid-phase dynamic extraction. Anal. Bioanal. Chem., 387: 2163-2174, 2007.
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