元素分析 / 同位体比質量分析計(EA/IRMS) - 日本有機地球化学会

Res. Org. Geochem. 26, 21­29 (2010)
総説
元素分析 / 同位体比質量分析計(EA/IRMS)を用いた
炭素・窒素安定同位体比の測定方法とその応用 *
佐藤里恵 **・鈴木彌生子 ***
(2010 年 6 月 16 日受付,2010 年 8 月 2 日受理)
Abstract
Continuous-flow (on-line) system has revolutionized the study of natural stable isotope variations in organic
matter and organic compounds. In particular, carbon and nitrogen isotope analysis of bulk samples using elemental
analyzer/isotope ratio mass spectrometer (EA/IRMS) has been widely used in various field of studies, which allows
a simple and rapid analysis of the isotope ratios for all types of organic and a wide range of inorganic samples,
with a small amount of sample materials compared to the traditional off-line Dual-Inlet method. However, stability,
accuracy, and precision on the observed isotope ratios strongly reflect various factors associated with continuousflow system, such as peak intensity (i.e., sample weight), memory effect, and He dilution ratio. Unfortunately, the
complete removal of such uncertainties should not be realistic, particularly in routine isotope measurements of a
great number of samples. Here, we review the principles of stable isotope analysis on the traditional off-line DualInlet and continuous-flow EA/IRMS methods, and also show an applicable calibration and standardization sequence.
We hope that this paper is useful for routine application of EA/IRMS technique to various studies in geochemistry,
ecology, biology, food science, and other area of sciences.
Epstein, 1978, 1980; Minagawa et al., 1984)が 主 流
1.はじめに
であり,装置にかけるまでの前処理に多くの手間
かつて有機物の安定同位体比(水素:D/H,炭
素:13C/12C,窒素:15N/14N など)分析は,ごく一部
と時間を要し,非常に取り扱いにくかった。その
の科学者だけが扱える特殊な技術であった。1990
(例えば,著者らのラボでは一週間で 10 ∼ 20 試料
年代中頃までは,試料をケルダール法・封緘燃焼
法・低温精製法など,高度な技術を要する複数の
前処理を組み合わせて,CO2 や N2 などのガスと
ため,得られる測定結果の数も極めて少なかった
程度)。
しかし近年の技術発展,とくに元素分析 / 同位
して精製したのち,Dual Inlet タイプの同位体比
体比質量分析計(EA/IRMS)に代表される,前処
理装置と IRMS をオンラインでつなぐ連続フロー
質量分析計(IRMS)で同位体比を測定するという
方法(例えば,Wada and Hattori, 1976; DeNiro and
(continuous-flow)タ イ プ の 測 定 機 器( 例 え ば,
Preston and Owens, 1983; Fry et al., 1992; Brenna et
* Carbon and Nitrogen stable isotope analysis by EA/IRMS
** SI サイエンス株式会社,〒 345-0023 埼玉県北葛飾郡杉戸町本郷 473 番地 3
Rie Sato: SI Science CO., LTD. 473-3 Hongo, Sugito-Machi, Kitakatsushika-Gun, Saitama, 345-0023, Japan
*** 日本認証サービス株式会社,〒 224-0033 神奈川県横浜市都筑区茅ヶ崎東 4 丁目 5 番 17 号
Yaeko Suzuki: Japan Certification Services, Inc. 4-5-17 Chigasaki-Higashi, Tsuzuki, Yokohama, Kanagawa, 224-0033, Japan
Corresponding author. Rie Sato
e-mail: [email protected]: +81-480-35-2915; Fax: +81-480-35-2930
−21−
佐藤里恵・鈴木彌生子
al., 1997; Brand, 1998)の開発の発展・普及により,
δ 値 = [ (R 試料 / R 標準物質 ) − 1 ] × 1000
多くの研究者が比較的簡単に,短時間でたくさん
R=H/L
の測定値を得られるようになった(例えば,著者
らのラボでは一日で 100 試料程度)
。
HとLはそれぞれ重い(heavy)と軽い(light)
(式 1)
同位体を表す(例えば, 13C/12C, 15N/14N)。
しかしながら,安定同位体比の測定は相対測定
であり,得られた結果が正しいのかどうかを,常
に注意深く吟味する必要がある。実際に,連続フ
3.DualInlet による炭素,窒素安定同位体比の測
定方法
ローにまつわる様々な問題(例えば,メモリー効
果や,レファレンスガスと試料のピークの大きさ
の相違,He による希釈率)が,測定値の安定性・確
Dual Inlet システムとは,質量分析計分析部への
ガス導入部分に 2 つのガスだめを装備し,一方に
度・精度に大きな影響を及ぼす(例えば,Bong and
Lee, 1997; Olsen et al., 2006)
。 ま た,EA/IRMS 測
比較ガス(レファレンスガス)
,もう一方にガス化
定では同一の燃焼系で連続して測定するため,燃
て測定するシステムである。純粋なガスを複数回
焼炉内に燃えかすが蓄積することによって燃焼位
繰り返し測定して値を得るため,一測定の精度は
continuous-flow システムに比べ,およそ一桁良い
置が上昇し,不完全燃焼を引き起こすという問題
もある。そのため,EA/IRMS を用いて,安定同位
精製した試料ガスを入れ,交互に分析部へ導入し
体比を正確に精度良く測定するためには,同位体
が,測定に要する試料が充分確保できる必要があ
る(Table 2)。
比既知の標準試料を用いて EA/IRMS のコンディ
炭素,窒素の安定同位体比を測定するには,何
ションを常にモニタリングすることや,適切な
らかの方法で試料をガス化し,真空ライン等を
使って純粋な CO2 ガスもしくは N2 ガスの形にし
キャリブレーション法を用いる必要がある(例え
ば,Ohlsson and Wallmark, 1999; Schmitt et al., 2003;
なければならない。一般的な有機物の封緘燃焼
力石 , 2008; Ogawa et al., 2010)
。一方で,これらの
問題の解決に多くの時間と手間をかけすぎてしま
うと,決められた費用と時間内で,分析できるサ
Table1. Isotope compositions of international standards.
ンプル数が減ってしまうという問題もあり,とく
に多数量の試料をルーチンで測定するような研究
室では,大きな問題になる。
本報では,Dual Inlet 法と EA/IRMS 法の原理を
レビューし,また,著者らが通常行っている EA/
IRMS による安定同位体比の測定方法(比較的簡
Rario, H/L* Value, H/L* H %
Vienna Standard Mean
Ocean Water(VSMOW)
0.00015576
0.015574
99.984426
16
O/ O
0.0003799
0.0379
99.76206
O/16O
0.0020052
0.20004
99.76206
18
C/ C
0.01118
1.1056
98.8944
O/16O
0.0003859
0.0385
99.7553
16
O/ O
0.0020672
0.2062
99.7553
N/14N
0.0036765
0.3663
99.63370
13
12
17
単に,効率よくキャリブレーションできる分析方
法)を紹介する。
H/1H
2
17
Vienna PeeDee Belemnite
(VPDB)
18
15
Air(AIR)
L %
*H and L indicate heavy and light isotope components, respectivery.
2.安定同位体比の表し方
安定同位体の天然存在比は標準物質による千分
偏差(δ 値,単位 ‰)で表される(式1)
。標準物
Ratio Values are taken from Fry (2006).
Table2. Comparison of Dual Inlet and EA/IRMS
Target
質は測定対象元素ごと国際的に定められている
(Table.1)。δ 値が正であれば,標準物質よりも重
い同位体比に富み(同位体的に重い)
,負であれば
Size
C
Dual Inlet
Gas
N
1-3 mmol
H
標準物質よりも軽い同位体比に富む(同位体的に
軽い)ことを示す。
Element
C
EA/IRMS
−22−
Bulk
N
1-5 μmol
O
1-10 μmol
H
5-50 μmol
Capacity
Precision
(‰)
Preparation
Measurement
0.05-0.1
3 day
15 min
0.5-3.0
1 week
20 min
0.1-0.5
3-10
10 min
1 day
15 min
元素分析 / 同位体比質量分析計(EA/IRMS)を用いた炭素・窒素安定同位体比の測定方法とその応用
Pyrex tube for
gas collection
Ag
CuO
Sample
500℃ 30min
850℃ 2h
Cryogenic trap
Cu
Quartz tube
Hg Toepler
pump
Vacuuming and
sealing in quartz tube
Combustion of
organic matter to
N2, CO2, H2O
Cryogenic purification of
N2 and CO2 by using
vacuum line
Fig.1. Schematic of Dual Inlet method for carbon and nitrogen isotope analysis.
Fig.1, Sato et al.
の方法を Fig. 1 に示す。有機物を,酸化銅・還元
Table3. International references and their δ13C and δ15N values.
銅・銀と共に石英管に真空封入後加熱し(500℃で
30min,850℃で 2h)
,CO2,N2,H2O に分解する。
これらのガスを真空ラインと寒剤を使って分離精
製し,安定同位体比質量分析計 Dual Inlet システム
Name
Abbreviation
Isotope ratio(‰)
δD VSMOW δ18O VSMOW δ13C VPDB
15
δ N AIR
Inaternational standard(from IAEA and NIST)
VSMOW Water
SLAP2 Water
に導入して測定する。一般的に,CO2 のトラップ
として,液体窒素(−196℃)
,H2O のトラップとし
GISP Water
0
0
-428
-55.5
-189.5
-14.8
Benzoic Acid
IAEA-601
Benzoic Acid
IAEA-602
いる。また,N2 は,寒剤でトラップすることが難
Polyethylene
IAEA-CH-7
しいため,水銀ポンプで回収する。
Cellulose
IAEA-CH-3
Sucrose(ANU)
IAEA-CH-6
TS-Limestone
NBS 19
Ammonium Sulfate
IAEA-N-1
0.4
Ammonium Sulfate
IAEA-N-2
20.3
Porassium Nitrate
IAEA-NO-3
て,ドライアイス / エタノール(−72℃)などを用
レファレンスガスには,PDB などの標準物質
から精製したガスを使用するのが理想的である。
しかし実際には PDB などはすでに入手不可能で
あるため,代替として同位体比の明らかな別の物
質(標準試料)から精製したガスを使用する。一
23.3
71.4
-100.3
-32.2
-24.7
-10.4
28.7
1.95
25.6
4.7
Other reference materials(from Indiana Univ.)
Acetanilide #1
-29.5
1.18
Acetanilide #2
-29.5
19.6
Acetanilide #3
-29.5
40.6
Urea #1
-34.1
0.26
たガスを用いる。これらは測定用標準試料(ワー
Urea #2
-8.02
20.2
キングスタンダード),測定用標準ガス(ワーキン
Urea #3
11.7
40.6
般には IAEA が管理・販売している国際標準試料
(Table 3)か,これらの国際標準試料を用いて値を
決めた孫世代の標準試料(二次標準)から精製し
グレファレンスガス)などと呼ばれ,自作する研
究室も多い。また,現在では値付けされたガスが
Oztech 社から販売されている。いずれの場合にお
Benzoic acid #A
23.1
-28.8
Benzoic acid #B
71.3
-28.9
Other reference materials(from SI science)
L-Alanine
-19.6
1.54
いても,国際標準試料を用いて,レファレンスガ
Histidine
-11.4
-7.6
スの同位体比の定期的な検証を行っておくことが
Glycine
-33.8
1.3
L-Alanine N enriched
-19.6
20.0
望ましい。
−23−
佐藤里恵・鈴木彌生子
釈をするための He ガスの導入も ConFlo 部で行う。
IRMS へ導入されたガスは Ion Source でイオン
4.EA/IRMS による安定同位体比の測定方法
化され,マグネット部で質量分離された後,3 つ
4.1.原理
EA/IRMS の概略を Fig. 2 に,得られるクロマト
グラムを Fig. 3 に示す。
EA/IRMS は EA 部で試料の導入,燃焼,ガス分
の検出器で同時に検出される。N2 測定モードで
は,m/z 28,29,30 が測定され,m/z 28,29 の強
度(ピーク面積)は,それぞれ式 2,3 に対応し,
離を,ConFlo 部で流量調整とレファレンスガスの
信号を送ると EA 部のオートサンプラーが動き,
サ ン プ ル は 1000 ∼ 1050 ℃ の 酸 化 炉(Ox 側 )に
29 = N N + N N
14
(式 4)
また,m/z 30 で NO などの還元不足による生成
一方,CO2 測定モードで測定される m/z 44,45,
46 の強度は,式 5,6,7 に対応し,
(式 5)
45 = 13C16O16O + 12C17O16O + 12C16O17O (式 6)
46 = 13C17O16O + 13C16O17O + 12C17O17O
44 = 12C16O16O
ラップ:Mg(ClO4)2 で除去される。CO2 と N2 の混
合ガスは GC カラムで分離され,ConFlo 部で流量
+ 12C18O16O + 12C16O18O
(式 7)
これらの式から式 8,9 が導かれる。
(式 8)
46/44 = 2 × (13C/12C)(17O/16O) + (17O/16O)2 + 2
45/44 = 13C/12C + 2 × (17O/16O)
99.999% 以上の CO2 とN2 ボンベガス)が接続されて
おり,IRMS 部へ N2 や CO2 ガスが He キャリアーガ
× (18O/16O)
スと共に流れ,同位体比を測定するタイミングに合
わせてレファレンスガスを導入する。また,炭素・
窒素同位体比を同時に測定する場合,一般的にサ
14
物をモニターする。
炉後部に充填された Co3O4/Ag で除去される。NOX
は還元炉(Red 側)で N2 に変換され,H2O は水ト
を調整した後 IRMS 部へと送られる。
ConFlo 部 に は レ ファレ ン ス ガ ス( 超 高 純 度,
15
29/28 = 2 × (15N/14N)
に導入される。導入と当時に超高純度酸素ガス
焼され,充填された酸化剤(Cr2O3)で CO2,NOX,
H2O に変換される。サンプル中のハロゲンは酸化
15
これらの式から式 4 が導かれ,15N/14N が得られる。
超 高 純 度(99.9999%)の He キ ャ リ ア ガ ス と 共
(99.9999%)が導入され,サンプルを包んだスズ
の酸化熱でサンプルは 1800℃に達し瞬間的に燃
(式 2)
(式 3)
28 = 14N14N
導入を,IRMS 部で同位体比の測定を行う。
EA/IRMS を制御するための PC からスタート
(式 9)
式 8,9 の連立方程式は変数が 3 つあるので,
ンプル中の炭素含有量は窒素の含有量よりも多い
このままでは解くことができない。そこで,地球
上での 17O/16O と 18O/16O の関係式(式 10)
(Craig,
ことから,CO2 を測定するタイミングに合わせて希
1957; Santrock et al., 1985)
Auto sampler
Reduction furnace
Oxidation furnace
EA
Quartz wool
Co3O4/Ag
Quartz wool
He He
Quartz
wool
Ref. CO2
Ref. N2
Magnet
CuO
Quartz
wool
Water trap
Quartz wool
Cr2O3
29/28 or 45/44
Sample
O2
Cu
Mg(ClO4)2
Ion Source
Quartz
wool
ConFlo
CuO
Quartz wool
m/z 28 or 44 Intensity (V)
He
Detector
IRMS
GC Column
Reference N2
Sample N2
Sample CO2
Reference CO2
Time (s)
Jump to CO2 mode with He dilution
Fig2. Schematic of EA/IRMS system.
Fig.2, Sato et al.
−24−
Fig3. Representative chromatogram of EA/IRMS.
Fig.3,
Sato et al.
元素分析 / 同位体比質量分析計(EA/IRMS)を用いた炭素・窒素安定同位体比の測定方法とその応用
(式 10)
O/16O = 0.0099235 × (18O/16O)0.516
17
を用いて,13C/12C と 18O/16O を得る。通常,これ
らの計算は全て,EA/IRMS 付属の PC ソフトウェ
アで自動的に行われ,レファレンスガスに対する
試料の δ 値が出力される。ここで得られる同位体
る炭素・窒素同位体比は,実際の値よりも重くな
る傾向がある。そのため,正しく同位体比を測定
するためには,適切なサンプル量を導入すること
が必要である。
サンプリング誤差を少なくするために,試料は
測定前にできるだけ均一に(微粉末状に)してお
比は,あくまでも暫定値であり,国際スタンダー
ドに対する試料の δ 値ではないことに注意して頂
く必要がある。次に,粉末試料を 5 × 9 mm(直径 ×
きたい(国際スタンダードスケールへのキャリブ
元々炭素のブランクをもっており(スズの製作過
レーション法は,4.3 章を参照)
。
程でコークスを使用しているため),それらの影
高さ)のスズコンテナに秤取る。スズコンテナは
なお,得られる酸素同位体比(δ O)は,主に試
響に係わる物質をできるだけ取り除くために,ま
料と同時に導入した酸素ガスや酸化剤由来の酸素
た,ブランク値を一定にするためにも,あらかじ
18
の同位体比である。この値から酸化の状態(不完
めメタノール−ジクロロメタン混合溶媒で洗浄,
全燃焼になっていないか)をモニターすることが
乾燥したものを使用する。試料を秤取ったスズコ
できる。
ンテナは,空気中の窒素分のコンタミネーション
を防ぐため,空気を押し出すようにしてピンセッ
トで丸める。
4.2.試料の調整
EA/IRMS で 1 回の測定に使用する試料の量は,
一般的な有機物では炭素測定で 0.1 mg(炭素の
量で約 30 μg)
,窒素測定で 1.0 mg(窒素の量で約
4.3.補正とキャリブレーション
80μg)程度である。これ以下の導入量では,得られ
る出力が充分ではなく,きちんとした同位体比が
ガスに対する試料の δ 値(暫定値)であり,国際ス
タンダードに対する δ 値へキャリブレーションす
測定できない場合がある(量依存性がある)
。Fig.
4 にサンプル導入量による測定値の変動を示す。
る必要がある。また,EA/IRMS での測定は,Dual
Inlet の測定と異なり He キャリアガスにのせて,
例えば,m/z 44 の出力で 1000 mV 以上,m/z 28 の出
力で 3000 mV 以上では,得られる炭素・窒素同位
同一の燃焼炉内で試料を順次燃焼し,ConFlo で一
部のガスを細いキャピラリーを通して IRMS に送
体比は安定しているが,m/z 44 の出力で 1000 mV
以下,m/z 28 の出力で 3000 mV 以下では,得られ
り込むため,装置各部における同位体分別(どち
PC から出力された同位体比は,レファレンス
らか一方の同位体の優先的導入)や,IRMS 固有
(b) Nitrogen
-19.2
3.0
-19.4
2.5
δ15N (‰ vs Air)
δ13C (‰ vs VPDB)
(a) Carbon
-19.6
-19.8
-20.0
2.0
1.5
0
5
10
15
20
25
30
35
1.0
40
m/z 44 Intensity (V)
0
10
20
30
40
50
m/z 28 Intensity (V)
Fig.4. Relationship between sample amount and determined d values: (a) carbon and (b) nitrogen.
The marked area indicates the actual value with an error of 0.1‰.
−25−
Fig.4, Sato et al.
佐藤里恵・鈴木彌生子
ならずに一定の傾きを持つ場合があるという問題
することができる。そして実試料の測定時に,測
定するサンプルの δ 値にあわせて,10 ∼ 15 試料
がある。また,1 つの燃焼炉で連続して試料を酸
ごとに 1 ∼ 3 つのワーキングスタンダードを測定
の特性によって,測定 δ 値/本来の δ 値= 1.0 に
化するため,燃焼炉内に燃えかすが蓄積すること
し,その測定値がずれていないことを確認する。
によって燃焼位置が上昇し,不完全燃焼を引き起
このようなキャリブレーション・モニタリング法
こすという問題もある。
を用いると,比較的簡単に正しい同位体比を測定
そのため,EA/IRMS を用いて安定同位体比を
することができる。
正確に精度良く測定するためには,同位体既知の
標準試料(国際標準試料が理想的であるが,大量
4.4.炭素,窒素同時測定による He 希釈の影響
入手ができないため一般的にはワーキングスタン
炭素と窒素を同時に測定しようとすると,一般
ダード)を用いてこれらの補正と国際スタンダー
的な試料では,窒素の含有量が炭素のそれに比べ
ドスケール(窒素では Air,炭素では VPDB)への
て著しく小さいため,導入する試料の量は,窒素
キャリブレーションを行う必要がある。一般的に
は,Table 4 に示す Sequence-1 のように,δ 値の異な
るワーキングスタンダード(できれば 3 種類以上)
測定に合わせた量になる。しかし,そのまま炭素
をサンプル十試料毎に測定し,ワーキングスタン
しまうため,炭素のピークの出現前に分析ライン
に He を入れて,CO2 の希釈を行う。しかし,こ
ダードの測定で得られた暫定値(レファレンスガ
スに対する δ 値)と本来の δ 値(国際スタンダード
に対する δ 値)から,1 次直線(検量線)を作製し,
その検量線を用いて試料の δ 値を計算する。また,
EA/IRMS のコンディションを常にモニタリングす
の同位体比を測定しようとすると,炭素の出力が
測定できる出力範囲を超えてピークが振り切れて
の場合,導入される炭素の量と He の量のバラン
スによって測定値が変動する(Fig. 5)
。
そこで一般的には,測定するサンプルの炭素含
有量が異なる場合は,できるだけ同一の出力が得
るためにも,ワーキングスタンダードを使用する。
しかし一方で,これら補正とキャリブレーショ
ンに多くの時間と手間をかけすぎてしまうと,決
Table4. Sequences for δ13C and δ15N analysis
められた費用と時間内で,分析できるサンプル数
が減ってしまうという問題もあり,とくに多数量
の試料をルーチンで測定するような研究室では,
大きな問題になる。そこで,著者らは,Table 4 に
Working standard
for stability check
示す Sequence-2 のようなキャリブレーション・モ
ニタリング法を採用している。まず,δ 値の異な
るワーキングスタンダード 3 種類を用意する。実
Working standard
for calibration
試料を測定する前に1つのワーキングスタンダー
ドを用いて装置・得られる δ 値の安定性・再現性
Sample
を確認し,また同時に,ワーキングスタンダード
の本来の δ 値=出力値となるように,PC ソフトウ
エア上で,レファレンスガスの見かけの δ 値を設
定する。その後 3 種類のワーキングスタンダード
を測定して,既知の δ 値と得られた測定値(出力
Working standard
値)との関係式(検量線)を作成する。ここで,3
種類のワーキングスタンダードの出力値が既知の
δ 値(測定 δ 値 / 本来の δ 値= 1.0)を示せば,実試
料に対するキャリブレーションは行わずに,出力
値をそのまま国際スタンダードスケールの結果と
−26−
Sample
Sequence-1
Sequence-2
A
A
A
A
B
C
1
2
3
A
A
B
C
1
2
3
9
10
A
B
C
11
12
9
10
A
11
12
元素分析 / 同位体比質量分析計(EA/IRMS)を用いた炭素・窒素安定同位体比の測定方法とその応用
られるサンプルごとに測定し,導入される炭素の量
し,その影響の有無を調査する必要がある。Fig.6
が大きく異なると予想される場合は,炭素の導入量
に著者らのラボの装置のメモリー効果を調査した
をサンプルと同様の出力となるようにワーキングス
タンダードを測定し,補正をする。また,十分なサ
結果を示す。調査には同位体比が軽い試料と重い
試料,それらの中間の試料の 3 種類を用意し,そ
ンプル量を確保できない場合を除いては,炭素・窒
の最大差が 20‰ 程度のものを使用した。メモリー
素を同時に測定しないという方法もよく使われて
効果が認められる場合,軽い試料を測定した後の
いる。著者らのラボでは,後者を採用している。
重い試料の測定結果は,直後では真値より軽い方
4.5.メモリー効果
試料を測定した後の軽い試料の測定結果では逆の
へシフトし,2 点目・3 点目から真値を示す。重い
EA/IRMS ではオートサンプラーから連続でサ
現象が起きる。著者らのラボではこの影響は許容
ンプルを測定するため,サンプルの性質や装置の
特性,測定するサンプルの同位体比の幅によって
範囲内に収まっているが,大きな影響がある場合
は測定 Method の検討やサンプルを反復測定する
は前のサンプルの影響を受ける(メモリー効果)
。
などの対処をしなければならない。
この影響を調べるために,同位体比の離れてい
るワーキングスタンダードを数点ずつ交互に測定
5.産地判別への応用
安定同位体比を用いた研究は,地球化学分野
(とくに有機地球化学)を中心に発展してきたが,
近年の食品の産地偽装などの社会問題で,食の起
δ13C (‰ vs VPDB)
源や安全性に注目が集まり,その判別・判定の一
つのツールとして安定同位体比が使われるように
なってきた(例えば,Suzuki et al., 2008; Nakashita
et al., 2008)。本稿の最後にその一例を紹介する。
産地判別には膨大なデータベースと,野菜など
については季節変動などを考慮する必要がある
(例えば,中野・上原,2006; Anderson and Smith,
m/z 44 Intensity (V)
Fig5. Relationship between He dilution pressure and
determined δ13C value.
2006)が,特色のある食材(餌に特徴がある等)に
関しては,徐々に解析が進み始めている(例えば,
伊永,2009)
。Fig. 7 に,著者らのラボで得られた牛
(a) Carbon
(b) Nitrogen
δ15N (‰ vs Air)
δ13C (‰ vs VPDB)
Fig.5, Sato et al.
Sample Num.
Sample Num.
Fig.6. Precision and memory effects on the replicate analyses for (a) δ13C and (b) δ15N.
−27−
Fig.6, Sato et al.
佐藤里恵・鈴木彌生子
肉の炭素・窒素安定同位体比を示す。試料採取時に
著者らのラボで,ハチミツに異性化糖の添加量を
アメリカ産牛肉の輸入規制があり,アメリカ産牛
変えて混合したときのハチミツ全体と抽出タンパ
肉の入手が困難だったため,ニュージーランド産,
ク質の炭素安定同位体比,その結果から算出された
AOAC 法による数値の変化の結果を Fig. 8 に示す。
オーストラリア産,日本各地の「国産」と表示され
ていた牛肉を比較した。その結果,ニュージーラン
ド産とオーストラリア産の同位体比の分布は国産
ハチミツのたんぱく質は,10 ∼ 12 g のハチミツに
4 mL の蒸留水と,2 mL の Na2WO2・H2O と 2 mL の
のものとは異なる位置にプロットされた。動物組
0.335 mol/L 硫酸の混合液を加えて,80℃のウォー
織の炭素・窒素同位体比は,主に摂取した食べ物の
ターバスで反応後,沈殿物を 1500 rpm で遠心分離
影響を受ける(例えば,和田,1997)
。各国における
し抽出した(たとえば,Jonathan W. White, 1989)
。ハ
牛肉の炭素・窒素同位体比の変動は,給餌内容(穀
チミツから抽出されたタンパク質の炭素安定同位
物肥育・牧草肥育など)が反映されたものと考えら
体比は変化しないが,ハチミツ全体の炭素安定同
れる。もちろん,今後,検体数を増やすなどの必要
性があるが,この結果は,安定同位体比が,産地判
位体比と C4 植物由来糖分の割合(C4sugar 値)は異性
化糖添加により上昇し,異性化糖の添加割合が 12%
別のツールになる 1 つの可能性を示唆している。
を超えたところで C4sugar 値は 7% を超える。
また,炭素安定同位体比の測定でハチミツへの
異性化糖の添加を判定する方法がアメリカ分析化
謝 辞
学会(AOAC)オフィシャル法として規定されて
いる。判定はハチミツ全体の炭素安定同位体比
スズの洗浄方法,分析方法について,力石嘉人
と,ハチミツから抽出されたタンパク質の炭素安
定同位体比を測定し,式 11 で算出した C4sugar 値が
にたくさんのアドバイスをいただきました。装置
7% 以上で異性化糖を添加したハチミツであると
の原理について,大堀基己氏(サーモフィッシャー
判定される。
サイエンティフィック株式会社)にご教授いただき
C4sugar = (δ13Cp − δ13CH ) / (δ13CP − (-9.7) ) × 100 (式 11)
博士,小川奈々子博士(海洋技術研究開発機構)
ました。心より厚くお礼申し上げます。
δ13Cp = ハチミツから抽出されたタンパク質の
C4sugar (%)
炭素安定同位体比
δ13CH = ハチミツ全体の炭素安定同位体比
δ13C (‰ vs VPDB)
δ15N (‰ vs Air)
Australia
Japan
New Zealand
δ13C (‰ vs VPDB)
Sugar %
Fig7. δ13C - δ15N plot of beef samples.
Fig8. δ13C of C4 sugar-contaminated honey.
−28−
Fig.7, Sato et al.
Fig.
元素分析 / 同位体比質量分析計(EA/IRMS)を用いた炭素・窒素安定同位体比の測定方法とその応用
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