土壌汚染物質分析

有機汚染物質には、人の健康や環境衛生に有害あるいは弊害的であると判断されるさまざまな化合物が含まれます。これらの化合物の多くは人間が創出した化学物質で、産業活動、製造活動、および農業活動で使用および生産されます。汚染が与える潜在的に甚大な影響や、農薬の流出などの汚染の蓄積に対する土壌の高い感受性により、この環境マトリックスは生体異物化合物の存在が日常的に分析されます。汚染された土壌への曝露は、地下水および地表水系の直接的または間接的汚染を通じて人の健康に直接影響を与える可能性があります。

規制当局は、既知の汚染物質を類似する健康影響、共起性、共通の分析方法、共通の対処またはコントロール方法でまとめてグループとして規制することで、それらのコンプライアンスモニタリングのコストを合理化しようとしています。既知の汚染物質に加えて未知の化合物も環境保護に対して重大な脅威となり、世界的に拡大する課題を引き起こします。

莫大な数の化合物クラスの存在を特定するために土壌を分析したり、規制要件を満たすためには、さまざまな分析技術を取り入れた堅牢な戦略が必要です。化合物を適切に抽出、同定、定量するためには、さまざまなタイプの土壌のサンプル調製や分析をサポートするワークフローを検討する必要があります。抽出方法には、通常、溶媒交換、固相抽出 (SPE)、高速溶媒抽出 (ASE) およびマイクロ波抽出方法が含まれます。クロマトグラフィー分離技術と質量分析技術は、環境マトリックス中のこれらの化合物の大量の同定および定量データを提供します。土壌中の有機汚染物質を分析するための一般的な分析法には、GC、HPLC、IC、GC-MS、IC-MS、LC-MS があります。サーモフィッシャーサイエンティフィックの環境分析ポートフォリオは、これらすべてのルーチンクロマトグラフィーおよび質量分析技術のための専用システムと、ラボが効果的かつ効率的に今日の有機汚染物質規制を満たし、将来のニーズに備えることができる包括的なワークフローを提供します。

アプリケーションノート AN10441 および AN20677 をダウンロードする

土壌中の農薬を正確に分析するには、まず、高速溶媒抽出 (ASE) を利用して土壌から農薬を抽出し、ガスクロマトグラフィー質量分析計を使用して標的または非標的分析を行う必要があります。

小冊子 SS52180 をダウンロードする

有機汚染物質分析用の装置と消耗品

植物の成長には、少なくとも 17 の栄養素が必要です。そのような成分とは、窒素、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウム、硫黄などの多量養素 (大量に存在) と、ホウ素、銅、鉄、マンガン、モリブデンなどの微量養素です。適切な種類と量の肥料を与えることができるように、土壌と堆肥 (バイオソリッドなど) に含まれる栄養素の量を知ることが非常に重要です。栄養素の過多または不足は植物の潜在成長力を低下させ、資源の無駄や土壌汚染に繋がります。土壌および堆肥の栄養素分析では、さまざまな技術で複数のルーチンパラメータを測定する必要があります。

土壌の多量養素試験

元素分析装置

土壌品質を特定するために、多量養素を測定する必要があります。これらは、燃焼を使用した元素分析装置で元素をガス状に変換し、さらにガスクロマトグラフィーで分離することで定量できます。

• 窒素—土壌中の窒素は、植物の成長のために追加する肥料の量を評価および計算するのに重要です。窒素含有量の定量は、飼育および加工用のさまざまなタイプの作物の質を測定したり、農学および環境研究で窒素循環および窒素固定をモニタリングするのに重要です。アルゴンガスを使用した詳細な検出方法は、アプリケーションノート 42202 をご参照ください。
• 全炭素、全有機炭素、および CHNS—堆肥に使用する物質の不均一性のために、リサイクル廃棄物に含まれる窒素、全炭素、全有機炭素、および硫黄含有量などのパラメータを正確に制御することは高品質な肥料を生産するのに重要な要素となります。アプリケーションノート 42197 で測定方法について説明しています。
• 硫黄—炭素や窒素と同様、硫黄も生物に不可欠な成分で、 システインやシスチン、メチオニンなどのアミノ酸の取り込みおよび合成を通じて補給されます。硫黄の欠乏は野菜作物の成長に悪影響を及ぼします。また、葉や松葉で検出される硫黄のレベルは、環境汚染の指標となります。硫黄の分析の詳細については、アプリケーションノート 42187 をダウンロードしてください。

詳細については、クックブックをダウンロードしてください。

これらの分析はすべて次の装置で行うことができます。

MAS 200R オートサンプラー →FLASH 2000 NC 土壌分析装置

栄養素の分析

カリウムおよびリンの分析には、元素分析装置に加え、ディスクリート方式分析装置も使用することができます。元素の特性から栄養素を測定する元素分析装置とは異なり、ディスクリート方式分析装置は、栄養素と特定の化学薬品による特異的な化学反応がディスクリート方式分析装置で検出できる色を発生することを利用します。ディスクリート方式分析装置は、土壌の試験に加え、飲料水および廃水の分析にも使用されます。

肥料分析の事例を見る

無機物の分析

植物の成長には無機成分が必要です。これらの無機栄養素は、極少量必要とされるため (通常 ppm レベル) 微量養素です。無機成分は金属元素で、一般的に ICP-OES で分析します。

無機栄養素を分析するには、それらを土壌から抽出する必要があります。抽出方法は、DTPA-TEA、HCL 溶液、Mehlich-1、Mehlich-3、完全分解 (EPA 3050B、3051A、および 3052 メソッド) など複数あります。要件に応じて、異なる抽出方法を使用できます。

無機物の分析は、次の装置を使用して行うことができます:

マイクロ波分解システム (CEM) → CETAC™ オートサンプラー → iCAP™ 7600 ICP-OES 分析装置

無機金属元素に加え、土壌中のヒ素 (半金属)、カドミウム、鉛、水銀など毒性重金属も同じ技術、あるいはより感度の高い冷蒸気原子吸光分析装置、冷蒸気原子蛍光分析装置、または ICP-MS 技術を使用して分析できます。これらの元素の定量は、肥料として使用されるバイオソリッドや土壌のスクリーニングに対して実施することが米国 EPA で定められています。土壌および植物を汚染から守り、また私たち人間が汚染された食品を食べないようにするために、これらの毒性金属を非常に低いレベルに保つ必要があります。

重金属分析には、クロマトグラフィー、分光法、電気化学に基づいた複数の技術が使用されています。

ICP-OES および ICP-MS

土壌サンプルの分析に ICP-MS を使用する場合は、総溶解固形分 (TDS) に対する ICP-MS の限界に注意する必要があります。一般的な ICP-MS は 0.2% 未満の TDS に対応できます。ただし、アルゴンガス希釈または自動希釈技術を使用した場合、ICP-MS 分析の高マトリックスに対する許容値が向上します。

毒性重金属の ICP-MS 分析用装置

CETAC™ オートサンプラー → iCAP™ Q ICP-MS

化学産業や皮なめし産業などのさまざまな産業から排出される六価クロム (Cr (VI)) も有害種です。カリフォルニア州では、飲料水および土壌中のこの物質が規制されています。

次の分析法が米国 EPA により承認されています。

• 飲料水に含まれる Cr (VI) のイオンクロマトグラフィー分析 (Method 218.7)
• 地下水および産業廃水に含まれる Cr (VI) に対する SW846 メソッド 7199 のイオンクロマトグラフィー分析
• 土壌からの Cr (VI) の抽出に対する EPA SW846 メソッド 3060A

当社は、高速溶媒抽出 (ASE) を使用してサンプルを調製し、ポストカラム誘導体化によるイオンクロマトグラフィーで Cr (VI) を定量するイオンクロマトグラフィー法を開発しました。ポスターノート 70729 をダウンロードする。

土壌中の Cr (VI) の測定装置

Dionex™ ASE™ 350 高速溶媒抽出装置 → Dionex™ ICS-6000 ハイブリッド HPIC™ システム → Dionex™ Chromeleon™ 7.2 クロマトグラフィーデータシステム

蛍光 X 線 (XRF) 分析装置

持ち運びできる XRF は、土壌中の重金属元素を検出するための強力なツールです。XRF 分析装置は最高 25 の金属を同時に分析でき、サンプルを分解することなく土壌サンプルをその場で分析できます。EPA SW846 メソッド 6200 では、固体廃棄物中の金属分析や土壌分析に XRF を使用します。ただし、この方法の検出下限値は、RCRA (Resource Conservation and Recovery Act; 資源保護回復法) で規制されているほとんどの分析物の規制レベルよりも高い値です。金属の測定では、原子吸光技術 (ICP-OES や ICP-MS など) の確認法として使用されます。しかし、この装置は現場でのスクリーニングおよび品質管理アプリケーションに対する優れたツールです。

XRF は重金属の分析だけではなく、S、P、Al、Mg、Si、U などの他の元素も分析することができます。

土壌アプリケーションにおける XRF の詳細については、蛍光 X 線 (XRF) のページをご参照ください。

吸着剤および抽出後クリーンアップカートリッジを使用して不要な干渉をクリーンアップできます。 

• セル内抽出 - 適切な吸着剤を使用して干渉を除去し、抽出および抽出後クリーンアップステップを完全自動化できます。このオプションは、全体的なコストとサンプル調製時間を削減して、サンプルスループットを向上します。
• 抽出後クリーンアップカートリッジは抽出物をクリーンアップするための吸着剤を選択でき、高温・高圧下での吸着剤との溶媒相互作用の可能性を低減します。