食品中ネオニコチノイド系農薬類分析の技能試験 …...食品中ネオニコチノイド系農薬類分析の技能試験に関する調査研究中村圭介＊

食品中ネオニコチノイド系農薬類分析の技能試験に関する調査研究

中村圭介＊

（2018 年 1 月 29 日受理）

A survey on the proficiency testing of neonicotinoid pesticides in food

Keisuke NAKAMURA

Abstract

　Recently, consumers are concerned about the safety of their food. One of the major concern of consumers is

pesticide residues in food, because pesticides are bioactive compound but essential for food supply. To ensure

the food safety, it is important that the assurance of reliability for determination method of pesticides in food.

National Metrology Institute of Japan (NMIJ) has been providing proficiency testing and certified reference

material for pesticides residue analysis in food. The purposes of these are to contribute to laboratory quality

management and to improve the reliability of chemical analysis for food. It can be achieved by providing the

proficiency testing for the pesticides which are frequently detected in food analysis that the contribution to

laboratory quality management more suited for analytical needs at laboratory. In this report, information of neo-

nicotinoid pesticides, which is widely used in agricultural formulations, are described for providing the accurate

values in proficiency testing that will be held by NMIJ.

1．緒言

私たちの身の回りには多くの化学物質が溢れており，プラスチック製品・医薬品・農薬など化学物質の特性を生かした製品によって，私たちの生活は支えられている．現在，地球上には天然物・人工物を含めて膨大な種類の化学物質が存在している．Chemical Abstract

Serviceが運営している化学物質データベース CAS

Registry 1）に登録されている化学物質の種類は 2017 年 10月 12 日の時点でおよそ 1 億 3 千万種類であり，一日に1 万個以上のペースで現在も増え続けている．しかし，私たちに利益をもたらす化学物質のすべてが環境や生物に対して無害であるとは限らない．日本国内では 1970年代に水俣病やイタイイタイ病など化学物質が原因と

なった公害病が社会問題となり，また近年でも農薬（メタミドホス）の食品への混入事件やシックハウス症候群など，ヒトの健康や環境に対する化学物質による被害が報告されている．このような被害を未然に防ぎ，化学物質を有効利用するためには，化学分析を行い物質の危険性や暴露量を評価することで，化学物質のリスク（化学物質が環境やヒトに対して悪影響を及ぼす可能性）を見積もり，化学物質を適切に管理することが必要である 2）．ここで，ヒトと関りの深い化学物質の一つに「農薬」

がある．農薬は，「農作物（樹木及び農林産物を含む．以下「農作物等」という．）を害する菌，線虫，だに，昆虫，ねずみその他の動植物又はウイルス（以下「病害虫」と総称する．）の防除に用いられる殺菌剤，殺虫剤その他の薬剤（その薬剤を原料又は材料として使用した資材で当該防除に用いられるもののうち政令で定めるものを含む．）及び農作物等の生理機能の増進又は抑制に＊物質計測標準研究部門有機組成標準研究グループ

111産総研計量標準報告　Vol.10, No.2 2020年 2 月

技術資料

用いられる植物成長調整剤，発芽抑制剤その他の薬剤をいう．」 3）と定義され，今や食糧の安定供給において必要不可欠な存在となっている．しかし，農薬は生物活性を有しており，ヒトや環境中の生物に対して毒性を示すことがある．ここで，農薬のヒトに対する暴露ルートを考えると，農薬の使用，環境中への拡散，食品を介した暴露などが挙げられる．中でも食品中に残留した農薬の経口暴露は，食の安全に対する意識が高まっている今日において，注目されている問題である．日本国内では，食品中に残留した農薬によって消費者が健康を損なうことが無いよう，厚生労働省によって残留農薬基準値が定められている 4）．この基準値は，内閣府食品安全委員会が行う農薬のリスク評価をもとに食品ごとに定められており，基準値を超えて農薬が残留する食品の販売，輸入などは食品衛生法によって禁止されている．また，2006 年からは原則として登録された全ての農薬が規制対象となっている（ポジティブリスト制度）．国際的には国連食糧農業機関（Food and

Agriculture Organization: FAO）と世界保健機構（World

Health Organization: WHO）の合同国際食品規格委員会（Codex委員会）によって最大残留基準（Maximum

Residue Limit: MRL）が定められており，加盟国に対して自国の規制と国際規制との整合を要求している 2），5）．食品中残留農薬の法適合を確認するために，各地方自治体による抜き取り検査や残留実態調査が行われている．これらのモニタリング検査において違反が見つかった場合，生産者は商品の回収に加え，社会的信用の失墜など多大な損害を受けることとなるため，現在は自主検査を行う生産者がほとんどである 6）．当然のことながら，これらの食品中残留農薬検査では食品中に残留した農薬を精確に分析することが求められる．しかし，食品のように複雑な組成を持つ試料の分析においては，試料中の目的物質の濃度や物性をそのまま測定できることはほとんどなく，目的物質の抽出，精製など多くの工程を含む複雑な分析法が必要となる．そのため，分析値は用いた分析法の特性や分析者の技術に依存することになり，分析値の信頼性を確保することが必要となる．分析値の信頼性は，分析法の妥当性評価と精度管理を行うことで確保できる．分析法が目的に対して十分な性能を有しているかを評価する妥当性評価と試験所内での日々の精度管理（内部精度管理）には認証標準物質などが用いられる．これに対して，その他の検査機関との比較によって試験法を評価する外部精度管理は技能試験または試験所間比較への参加を通して行われている 7）．計量標準総合センター（National Metrology Institute

of Japan: NMIJ）では，国内消費量が多い穀類とこれに対して使用される農薬を中心に食品中残留農薬分析用標準物質の頒布や技能試験を実施することで，食品中残留農薬分析の精度管理を支援してきた．近年では特に分析者のニーズに対してより迅速に応えることができる技能試験に力を入れている．従来の食品中残留農薬分析技能試験は認証標準物質の開発で対象とし，挙動や安定性のデータを十分持っている農薬を対象としてきた．これに対して，実際の分析現場において分析の対象となる頻度の高い農薬・食品を対象として技能試験を行うことで，より分析ニーズに即した精度管理への貢献が可能となる．そこで本調査研究では，国内の食品中農薬分析において高い検出率を示すネオニコチノイド系農薬に着目し，その分析の現状と分析法について調査した．

2．ネオニコチノイド系農薬

2. 1 構造と作用機構農薬は用途によって殺虫剤，殺菌剤および除草剤等に分類されており，ネオニコチノイド系農薬は殺虫剤に属している 8）．殺虫剤は，構造や作用機構によって細分されており，殺虫剤抵抗性対策委員会（Insecticide

Resistance Action Committee: IRAC）の作用機構分類によると 7種類の化合物がネオニコチノイド系農薬に分類されている 9）．これら 7 種類の化合物の構造を図 2.1 に示す 10）．ネオニコチノイド系農薬はタバコ葉に含まれるアルカロイド（植物に存在する，窒素を含む塩基性成分）であるニコチノイドに似た構造・作用を持っている．ニコチノイドとネオニコチノイドはニコチン性アセチルコリン受容体（nAChR）にアゴニスト（受容体と結合し，細胞内部に情報を伝達する物質）として作用し，過剰神経興奮を引き起こすことで昆虫を麻痺・死亡させ

る 8），11）-13）．図 2.2 にニコチノイドとネオニコチノイドの生物活性部位の構造を示す．ニコチノイドはアミン部位の窒素が完全にイオン化し nAChRと結合する．これに対して，ネオニコチノイドはアミン部位の窒素が部分的に陽電荷を持つことで作用する．ここで，ネオニコチノイド系農薬であるイミダクロプリドの作用機序を図 2.3に示す 12），13）．イミダクロプリドは部分電荷を持ったアミンと nAChRのアニオン部位との静電相互作用と，水素原子との水素結合によって nAChRと結合すると考えられている．ここで，その他のネオニコチノイド農薬に関してもイミダクロプリドと同様な機構で nAChRに作用すると考えられているが，ジノテフランなど nAChRと

112AIST Bulletin of Metrology　Vol.10, No.2 February　2020

中村圭介

N

N

R N

X

O

N

HN

R：

X：電子吸引基

ニコチノイド（3-ピリジルメチルアミン）

ネオニコチノイド

生理的pH下

δ+

図 2.2　ニコチノイド，ネオニコチノイドの生物活性発現のための必須構造 8）．

1

ニテンピラム

N

N

HN

NO2

Cl

クロチアニジンアセタミプリド

チアクロプリド

イミダクロプリド

ジノテフラン

O N

N N

NO2

S

N

Cl

チアメトキサム

図 2.1　ネオニコチノイド系農薬の構造 10）．



の相互作用が比較的弱い化合物に関しては，他の作用部位の存在も指摘されている 8）．

2. 2 化学的性質と特徴ネオニコチノイド系農薬の分子量，水への溶解度，蒸気圧，水－オクタノール分配係数（POW）および熱分解温度を表 2.1 に示す 10），14）-20）．表 2.1 に示すようにネオニコチノイド系農薬は水溶解度が高い．これにより植物体内への高い浸透移行性を示し，散布した薬剤が植物に残留するため，植物自体に殺虫作用を持たせ，効用が持続

するという特徴を持っている 21）．また，ネオニコチノイド系農薬の熱分解温度は 200 °C程度であり，加熱を伴う分析法を用いる場合は注意が必要である．

2. 3 毒性2.1 で述べたようにネオニコチノイド系農薬は昆虫の

nAChRに作用する．ここで，ネオニコチノイドに類似した構造を持つニコチンは哺乳動物の nAChRに作用し神経毒性を発現することが知られている 8），11）．これに対してネオニコチノイドは，哺乳動物の nAChRとの親和

図 2.3 イミダクロプリドのニコチン性アセチルコリン受容体に対する作用機序 11）-13）．

化合物名 MW S (g L-1)a p (Pa)b log POWc Td (ºC) アセタミプリド 222.7 4.25 <1.0×10-6 0.80 200 イミダクロプリド 255.7 0.51 2.0×10-7 0.57 データなし

クロチアニジン 249.7 0.327 1.3×10-10 0.7 200 ジノテフラン 202.2 40 <1.7×10-6 -0.549 208 チアクロプリド 252.7 0.185 8×10-10 1.26 270 チアメトキサム 291.7 4.1 6.6×10-9 -0.13 約 147 ニテンピラム 270.7 >590 1.1×10-9 -0.66 約 200

aアセタミプリド，クロチアニジン，およびチアメトキサムは 25 ºC における値．イミダクロプリド，ジノテフラン，チアクロプリド，ニテンピラムは 20 ºC における値．

bアセタミプリド，クロチアニジン，およびチアメトキサムは 25 ºC における値．イミダクロプリド，チアクロプリド，およびニテンピラムは 20 ºC における値．ジノテフランは 30 ºC における値．

cアセタミプリド，クロチアニジン，ジノテフラン，チアメトキサム，およびニテンピラムは 25 ºC にお

ける値．イミダクロプリドは 21 ºC，チアクロプリドは 20 ºC における値．

表 2.1 ネオニコチノイド系農薬の分子量（MW），水溶解度（S），蒸気圧（p），水－オクタノール間分配係数の対数値（log POW），および熱分解温度（Td） 10），14）-20）．


中村圭介

発達毒性

胎児

毒性，

中

枢神

経，

先

天性

奇形

の

可能

性

胎児

毒性

胎児

毒性，

中

枢神

経

胎児

毒性，

肺

葉の

喪失

（

ウサ

ギ）

陰性

胎児

毒性

胎児

毒性，

中

枢神

経

陰性

a：一日

摂取許

容量

，m

g kg

-1 b

w ま

たは

mg

kg-1

bw

day

-1

生殖毒性

陰性

産子

数の減

少

陰性

死産

，精子

の変

異

子孫

の胸腺

重量

の

減少

精子

の変異

，

女性

生殖器

官

の変

異

異常

分娩

死

産

精巣

病変

精

子変

異

陰性

発がん性

間接

的に影

響を

及

ぼす

可能

性

陰性

陰性

陰性

陰性

甲状

腺

子宮

（ラッ

ト）

卵

巣（

ラッ

ト）

肝臓

（マウ

ス）

陰性

表2.

2 ニ

コチ

ンお

よび

ネオ

ニコ

チノ

イド

系農

薬の

哺乳

動物

に対

する

毒性

11) ．

短期／長期毒性

無毒性量

a

デー

タなし

7.1

5.7 33

22

1.2

2.6 54

標的臓器

心臓

血管，

内

分泌

腺，

中

枢神

経，

胃腸

管

肝臓

肝臓

，中枢

神経

，

甲状

腺

肝臓

，腎臓

，卵

巣，

造

血系

副腎

，乳腺

肝臓

，甲状

腺，

副

腎

肝臓

，腎臓

，副

腎，

甲

状腺

デー

タなし

急性毒性

a 無毒性量

デー

タなし

10

42

60

750

3.1

100

デー

タなし

経口半数致死量

50

146-

417

379-

648

>500

0

>200

0

396-

836

1563

1575

-168

0

化合物名

ニコ

チン

アセ

タミプ

リド

イミ

ダクロ

プリ

ド

クロ

チアニ

ジン

ジノ

テフラ

ン

チア

クロプ

リド

チア

メトキ

サム

ニテ

ンピラ

ム

表2.

2　ニコチンおよびネオニコチノイド系農薬の哺乳動物に対する毒性

11）．



性が低く，血液脳関門通過性が低いため，ニコチンと比べて哺乳動物への神経毒性は低いとされている 8），11）．しかし，近年ではネオニコチノイドが哺乳動物の nAChR

に対してニコチンと同様に作用する可能性が指摘されており 22），毒性評価が見直されつつある．哺乳動物への毒性については神経毒性以外に発がん性なども調査されている．ネオニコチノイド系農薬の毒性について調査した結果を表 2.2 に示す 11）．

2. 4 環境に対する影響と使用に関する規制ネオニコチノイド系農薬の環境に対する影響として，その他の農薬と同様に昆虫等の死滅による生物多様性の喪失がある．近年では特にヒトにとって有益な働きをする益虫であるミツバチに対する影響が欧米を中心に問題視されている 23）-25）．これを受けて諸外国ではネオニコチノイド系農薬の使用に関して規制を設けている．例として EUでは，イミダクロプリド，クロチアニジン，チアメトキサムに関してハチ類がこれらの農薬に接触する可能性がある環境下での使用を禁じている 26）．なお日本国内では，遵守が義務付けられている使用基準量が農薬ご

とに定められている 27）．

2. 5 食品中の残留基準値日本では 2006 年のポジティブリスト制度の導入によ

り，食品中の農薬残留基準値が定められた 28）．また，諸外国においても同様に残留基準値が定められてい

る 5），29）-32）．表 2.3 に例としてイミダクロプリドの残留基準値を示した．これらの残留基準値は分析法に求められる性能や技能試験の試料または標準物質を調製する際の目安となる．

2. 6 食品中残留農薬分析における検出率表 2.4 に平成 25 および 26 年度に厚生労働省が農産物を対象に規制対象の農薬等について行った残留試験の結果において，特に検出される頻度が高かった上位 10 種類の農薬を示す 33）．表 2.4 より，食品中農薬分析の現場においてネオニコチノイド系農薬，特にジノテフランが高い検出率を示していることがわかる．また，表 2.5 に平成 24 年度に行われた食品中の残留農薬等検査においてネオニコチノイド系農薬の検出率が高かった農作物を

各年度，検査数 100 件以上で検出率の高い農薬（厚生労働省「食品中の残留農薬等検査結果」33)より作成）

農薬名検査数検出数

件数 %ジノテフラン 716 80 11.2 カルベンダジム，チオファネート，チオファネートメチル，及びベノミル

252 16 6.3

ペンチオピラド 113 6 5.3 アセタミプリド 2832 139 4.9 ボスカリド 3027 141 4.7 イミダクロプリド 3476 150 4.3 クロチアニジン 3374 143 4.2 クロロタロニル 396 15 3.8 シフルメトフェン 193 7 3.6 フロニカミド 197 7 3.6

農薬名検査数検出数

件数 %ジノテフラン 710 137 19.3 カルベンダジム，チオファネート，チオファネートメチル，及びベノミル

183 27 14.8

クロラントラニリプロール 139 14 10.1 フロニカミド 214 14 6.5 アセタミプリド 2707 163 6.0 トランスペルメトリン 121 6 5.0 クロチアニジン 3131 144 4.6 ボスカリド 3221 148 4.6 クロロタロニル 157 7 4.5 シスペルメトリン 121 5 4.1

表 2.4　平成 25 および 26 年度に国産農作物から検出された農薬．　　平成 25 年度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　平成 26 年度

表 2.3 イミダクロプリドの残留基準値（mg/kg）5), 29)-32)．

品目日本 EU 米国中国韓国国際基準米（玄米） 1 1.5 0.05 0.05 0.05 0.05 小麦 0.2 0.1 0.05 0.05 0.3 0.3 ねぎ 0.7 0.2 2.5 基準なし 2.0 0.05 にら 0.7 0.05 2.5 1 0.05 0.05 いちご 0.5 0.5 0.5 基準なし 0.3 0.5 りんご 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

表 2.3　イミダクロプリドの残留基準値（mg/kg） 5），29）-32）．


中村圭介

2

アセタミプリド

食品名検査数検出数

件数 %りんご 71 26 36.6 いちご 90 24 26.7

チンゲンサイ 20 5 25.0 にら 32 4 12.5

こまつな 68 8 11.8 日本なし 73 7 9.6

うめ 21 2 9.5 しゅんぎく 22 2 9.1

もも 33 3 9.1 ぶどう 78 7 9.0

イミダクロプリド


件数 %ぶどう 86 18 20.9

その他のなす科野菜 21 4 19.0 しゅんぎく 24 3 12.5 はくさい 68 8 11.8 ピーマン 75 7 9.3 すいか 26 2 7.7 なす 170 12 7.1

ほうれんそう 148 10 6.8 きょうな 47 3 6.4

さといも類（やつがしらを含む） 48 3 6.3

クロチアニジン


件数 %にら 34 7 20.6

日本なし 60 12 20.0 レタス

（サラダ菜及びちしゃを含む）89 13 14.6

ピーマン 62 6 9.7 ぶどう 86 8 9.3 りんご 78 6 7.7

ねぎ（リーキを含む） 129 9 7.0 こまつな 53 3 5.7

米 108 6 5.6 チンゲンサイ 21 1 4.8

ジノテフラン


件数 %りんご 34 9 26.5 米 28 6 21.4

トマト 54 10 18.5 その他のかんきつ類果実 24 3 12.5

ねぎ（リーキを含む） 42 5 11.9 なす 34 3 8.8

きゅうり（ガーキンを含む） 49 3 6.1 みかん 192 10 5.2 キャベツ 32 1 3.1かきa 10 5 50.0

チアクロプリド


件数 %りんご 86 17 19.8 もも 45 5 11.1

いちご 88 7 8.0 ぶどう 77 3 3.9 トマト 201 6 3.0 なす 148 4 2.7

日本なし 64 1 1.6 きゅうり（ガーキンを含む） 196 1 0.5 すもも（プルーンを含む）a 10 3 30.0

西洋なしa 4 1 25.0

チアメトキサム


件数 %レタス

（サラダ菜及びちしゃを含む）91 16 17.6

その他の加工食品 157 18 11.5 チンゲンサイ 20 2 10.0

ねぎ（リーキを含む） 111 7 6.3 りんご 84 5 6.0

ピーマン 64 3 4.7 すいか 26 1 3.8

しゅんぎく 27 1 3.7 かき 57 2 3.5

はくさい 60 2 3.3

ニテンピラムb


件数 %ピーマン 4 1 25.0

各年度で検査数20件以上で検出率の高かった国産作物a 検出件数が多かったため記載．b ニテンピラムが検出されたのはピーマンのみであった．（厚生労働省「食品中の残留農薬等検査結果」から作成）

表 2.5　平成 24 年度残留農薬等検査における国産農作物からのネオニコチノイド系農薬の検出率．



示す 34）．表 2.5 に示すようにネオニコチノイド系農薬は野菜類または果実類から高い頻度で検出されていることがわかる．

3．食品中ネオニコチノイド系農薬分析に関連した標準物質と農薬技能試験

現在，食品中農薬分析の現場では，一度に数百種類の農薬の分析を行うことができるスクリーニング法の需要が高まっており 35），日本の通知試験法にも一斉試験

法 36）として採用されている（通知試験法：厚生労働省医薬食品局安全部長から通知される試験法．残留農薬試験においては，これと同等以上の性能を有することが確認された試験法の利用も認められている．）．ここで，スクリーニング法はより多くの種類の農薬を検出することを目的としており，食品や測定対象である農薬の種類によっては，分析値にバイアスが生じる場合もある．そのため，このようなスクリーニング法を用いて精確に分析を行おうとする場合，認証標準物質や技能試験による精度管理が重要である．本章では，食品中ネオニコチノイド系農薬分析に関連する認証標準物質と技能試験の現状について調査するとともに NMIJが行っている技能試験の特徴について述べた．

3. 1 残留農薬試験用食品標準物質ネオニコチノイド系農薬を対象とした食品分析用標準物質については，European Union Reference Laboratory

（EURL）がキュウリを対象として試料の性状と試料中農薬の安定性との関係を調査した論文が報告されているが 37），頒布は行われていない．そのため，2017 年現在入手可能な食品中ネオニコチノイド系農薬分析用の食品標準物質は存在しない．

3. 2 食品中ネオニコチノイド系農薬技能試験対象農薬としてネオニコチノイド系農薬を含む食品中

農薬類分析の技能試験は国内外の数多くの機関が行っている．その例を表3.1に示す 38）-43）．これらの技能試験は，一般的な技能試験であるため，主催機関による値付けは行われておらず，参加機関は各参加機関の分析値より統計的に算出された参照値と自らの分析値を比較することで，分析能力を評価することになる．このような技能試験においては，参照値が参加者の用いた分析法や分析者の技術の影響を大きく受けるため，参照値に偏りを生じさせないためには多様な分析者・分析法によって測定した分析値が必要となる．上記のように食品中のネオニコチノイド系農薬は検査機関での検出率が高く，その分析に利用されている分析法の精度管理の必要性が高いにも関わらず，精確な分析値が付与された標準物質または技能試験試料は供給されていない．

3. 3 NMIJ の技能試験NMIJでは 2012 年より，食品中残留農薬類分析の技能試験を行っている 44）-47）．ここで，NMIJの技能試験は以下に列挙する特徴を有している．特に④および⑤に示した特徴は 3.2 で示した技能試験にはないものである．これらの特徴により，実際の検査に近い条件において，参加者の技能に依存しない精確な分析値を用いて参加者の分析技能を評価することが可能である．

①　国際規格 ISO/IEC17043 に準拠した運営②　参加者の技能向上支援を目的としたフォローアップセミナーの実施

③　技能試験期間中の対象農薬の安定性と試験試料の均質性を保証

④　信頼性の高い分析法によって得られた分析値に基づく参加者の結果の評価

⑤　実際に農薬が残留した作物を使用した試験試料の調製

国・地域機関試験名対象食品 EU EURL EUPT 野菜・卵・ハチミツなど英国 FERA FAPAS 果実・野菜・加工食品米国 AOACI 果実・野菜日本 JFIC 日中残留農薬検査技能試験 a 野菜ジュース

略称；EURL：European Union Reference Laboratory，FERA：The Food and Environment Research Agency（英国

食糧環境庁），AOACI：Association of Official Analytical Chemists International，JFIC：Japan Food Inspection Corporation（一般財団法人日本食品検査）．a：JFIC が日本と中国の検査機関を対象として 2017 年に実施

表 3.1　ネオニコチノイド系農薬を対象物質として含む技能試験例 38）-43）．


中村圭介

食品中のネオニコチノイド系農薬に関しても上記と同様に信頼性の高い分析値を提供した技能試験を実施することで，分析者の技能向上に貢献できる．

4．ネオニコチノイド系農薬の分析法

一般的な食品中農薬分析の手順を図 4.1 に示す．食品中農薬分析では，分析試料の形状を均質にした後に，各種溶媒を用いて目的物質を抽出する．ここで，抽出溶液には目的物質以外の夾雑物が含まれるため精製操作を行った後に機器分析法によって最終試料中の目的物質濃度を測定する．食品中ネオニコチノイド系農薬の技能試験を行うために必要な精確な付与値を得るためには，一次標準測定法を用いてその濃度を測定する必要がある．一次標準測定法とは「最高の計量学的な質を有している方法であり，その方法の操作が完全に記述され理解され得られるものであり，その方法に対しての不確かさを SI単位によって完全に書き下せるものであり，したがって，その方法の結果が測定しようとしている（種類の）量の標準を参照することなしで受け入れられるもの」として物質量諮問委員会によって定義された測定法であり，化学分析においては同位体希釈質量分析法（isotope dilution mass

spectroscopy: IDMS），電量滴定法，重量法，滴定法および凝固点降下法が指定されている 48）．この中で食品中農薬技能試験の濃度値の測定に用いることができる方法は IDMSのみである．IDMSでは試料および添加したスパイクの質量，目的物質の同位体比とスパイクの同位体比，そして目的物質とスパイク混合物の同位体比のみによって定量が可能である 49）．

IDMSを分析法として適用した場合，抽出前の試料に測定対象物質の同位体標識体を添加すれば，原理的には測定値は抽出法には依存しない．しかし，実際の分析系において完全な同位体平衡を実現することは困難であり，測定対象物質とその標識体の抽出率の差が分析値にバイアスを与える可能性がある．また，食品は複雑な組成を持つ試料であり，食品中の夾雑物が共抽出され機器分析測定を妨害する可能性もある．したがって IDMS

を用いるだけで精確な分析値が得られるとは限らず，抽出や精製といった操作を高効率に行うことや機器分析測定の条件を工夫することが必要である．3.2 で述べたように食品中ネオニコチノイド系農薬の

標準物質の開発もしくは技能試験の値付けを指向して行われた精確な分析法の開発は Grimaltらが検討を行ったキュウリ標準物質に対する方法のみである 37）．この標準

物質中のネオニコチノイド系農薬濃度の値付けにはIDMSが用いられたが，図 4.1 に示すような実験スキームの詳細な検討は行われておらず，溶媒を用いて抽出したネオニコチノイド系農薬を機器分析によって直接測定するという簡単なものであった．そのため，本調査研究では研究論文として発表された方法を中心に食品中ネオニコチノイド系農薬に関する分析法を調査した．

4. 1 抽出法抽出は複雑な混合物である分析試料より，目的物質を分離することを目的として行う操作である．しかし，実際の系においては抽出操作のみで目的物質を単離することはほとんど不可能である．よって分析者は，分析試料の組成や目的物質の物理・化学的性質を考慮し，なるべく選択性の高い方法（目的物質の抽出効率が高く，共抽出される夾雑物の量・種類が少ない抽出法）を採用することになる．これと同時に抽出条件における目的物質の安定性や反応性についても考慮し，最終的に分析目的物質を抽出溶媒に高い回収率で移動させることが要求される．ここでは食品中ネオニコチノイド系農薬類分析に用いられている方法とその特徴を述べた．4. 1. 1 溶媒抽出法（Solvent Extraction）溶媒抽出法とは，目的物質を分析試料から溶媒へ溶出させる操作である．溶媒抽出は古くから用いられている抽出法であり，実生活における茶やコーヒーを得る操作も一種の溶媒抽出といえる 50）．食品中ネオニコチノイド系農薬分析法においては多くの場合，アセトニトリル，アセトンおよびメタノールなどの親水性有機溶媒またはこれらと水との混合溶媒が抽出溶媒として用いられている 37），51），52）．溶媒抽出において溶媒の選択は重要であり，目的物質

試料調製

抽出

精製

機器分析

目的物質の抽出

夾雑物の除去

目的物質の定量

試料の均質化

図 4.1　食品中農薬分析の手順．



の化学的性質を考慮する必要がある．例えば極性の高いネオニコチノイド系農薬に対して極性の低い有機溶媒を抽出溶媒として用いても抽出効率は低くなる．また，抽出効率だけでなく目的物質の分解性も溶媒によって異なっており，例えばニテンピラムの代謝物であるCPMAはアセトンや酢酸エチル中で不安定であることが報告されている 53）．最近では水への溶解度が高いネオニコチノイド系農薬に対して，水を抽出溶媒として用いる方法が報告されており，ネオニコチノイド系農薬の抽出率が向上するだけでなく，有機溶媒を用いた場合と比較して，共抽出される疎水性夾雑物質の量が減少することが利点として挙げられている 54）．農作物に残留したネオニコチノイド系農薬は植物体内まで浸透しているため，これらの溶媒抽出法ではホモジナイザーおよび超音波の使用または抽出系の加温が促進法として用いられている．4. 1. 2 加圧流体抽出法（Pressurized Fluid Extraction: PFE）加圧流体抽出法は高温高圧条件下の溶媒を用いて目的物質を試料から抽出する方法である．PFEでは系内を高圧に保つため，沸点以上の温度においても溶媒が液体状態で存在する．高温に保たれた溶媒は常温に比べて粘性が低下し，試料内部における拡散速度が上昇することにより，目的物質の試料からの脱離が促進され，抽出効率が向上すると考えられている 55）．

PFEは溶媒の加熱を伴うため熱安定性の低いネオニコチノイド系農薬の抽出法として採用された例は少ない．しかし，Xiaoらは水を抽出溶媒として用いた加圧流体抽出法（亜臨界水抽出）によって 120 °C，10 MPa

の条件で 7種類のネオニコチノイド系農薬をウナギから効率よく抽出した結果を報告している 56）．また，Campbellらはメタノールとアセトニトリルの混合溶媒を 100 °Cで 10 MPaまで加圧することで，土壌からチアメトキサムを効率よく抽出した結果を報告している 57）．上記の例のように，分解温度に注意し操作を行うことで，PFEも有効な方法となると考える．4. 1. 3 ソックスレー抽出法（Soxhlet Extraction）元々は食品中の脂質を抽出するための手法であった

が，現在は食品分析や環境分析の現場においてポリ塩化ビフェニル（Poly Chlorinated Biphenyl: PCB）など多くの化学物質に対して用いられている 50），58）．一般に極性の低い有機溶媒を抽出溶媒として用い，抽出溶媒が繰り返し分析試料と接触することで抽出率の向上が望める方法である 59）．抽出に長時間を要することや使用溶媒量が比較的多いことが欠点として挙げられる．

ソックスレー抽出法が食品中のネオニコチノイド系農薬分析に用いられた例は少ない．Moghaddamらは土壌からのイミダクロプリドの抽出率をソックスレー抽出法と溶媒抽出法で比較しており，ネオニコチノイド系農薬の浸透が生じない土壌試料であっても，溶媒抽出法がソックスレー抽出法よりも高い抽出効率を示すことを報告している 60）．このように，極性の低い有機溶媒を用いるソックスレー抽出法は，親水性化合物であるネオニコチノイド系農薬の抽出にはあまり適していないと言える．4. 1. 4 マイクロ波抽出法（Microwave-assisted Solvent Extraction: MASE）

MASEは，試料にマイクロ波を直接放射し，抽出系内を高温にすることで抽出効率を高める方法であ

る 61）， 62）．マイクロ波放射による加熱の利点としては，試料および溶媒を直接加熱できることであり，通常のヒーターを用いた加熱法と比べて昇温時間が格段に短いことが挙げられる．MASEにはマイクロ波を吸収する極性の高い溶媒もしくはその混合溶媒が用いられている．ここで，マイクロ波を吸収する水を多量に含む試料の抽出においては試料が局所的に加熱され目的物質の抽出率に影響するため，再現性良く抽出を行うためには試料中の水分量に注意する必要がある 62）．また，マイクロ波放射による有機物質の分解はあまり生じないとされているが 55），系内を加熱するため目的物質の熱安定性を考慮し，操作を行う必要がある．

Zhengらは超音波処理と組み合わせたマイクロ波抽出法において抽出系内の温度を 40 °Cに抑えることで，植物中のネオニコチノイド系農薬の抽出に成功してい

る 63）．よって，マイクロ波抽出法も PFEと同様に抽出系内の温度を分解温度以下にすることで，ネオニコチノイド系農薬の抽出に適用できると考えられる．4. 1. 5 超臨界流体抽出法（Supercritical Fluid Extraction: SFE）

SFEは抽出溶媒として超臨界流体を用いる抽出法である．超臨界流体としては，臨界点の達成が容易であり，有害性が低く不活性な二酸化炭素（CO2）が一般に用いられている．SFEは，溶媒の種類だけでなく圧力，温度およびモディファイアの種類や添加量によって容易に抽出の選択性を変化させることができる．また，抽出後の溶媒を常温常圧に戻すことで超臨界流体が揮発するため，抽出と試料の濃縮を同時に行えることや超臨界流体は拡散係数が大きく液体と比べて抽出効率が高いことから，SFEは天然物質の抽出などに多く用いられてい

る 64）-67）．


中村圭介

SFEは，超臨界流体の密度が低い条件で抽出を行うことができる揮発性の高い物質に対して抽出のみで高い選択性を発揮する．しかし，揮発性が低い物質に対しては，超臨界流体の密度が高い条件で抽出を行う必要があり，有機溶媒を用いた抽出法と同じように，マトリクス成分が共抽出される 64）．また，超臨界流体 CO2 に対する水の溶解度が低いため，試料中の水分量が目的物質の抽出効率に影響する場合もあり注意が必要である．

SFEは，抽出条件の設定が難しく，装置が高価であることなどの問題点も存在するが，装置による抽出操作の自動化と超臨界流体クロマトグラフィーとのオンライン接続によるハイスループット化 67）も進んでおり，食品分析や残留農薬分析分野においても利用が増えている方法である．

4. 2 精製法食品分析に限らず，生物や環境試料中の化学物質を分析する際には抽出後の精製操作が必要である．これは，分析試料に含まれる夾雑物質や妨害物質と分析対象物質を分離することを目的とするとともに，抽出操作と同様に分析対象物質の損失をできるだけ少なくすることも必要とされる．ここでは，食品中ネオニコチノイド系農薬分析に適用しうる精製法について概説する．4. 2. 1 液液抽出法（Liquid-Liquid Extraction: LLE）液液抽出法は互いに交じり合わない二つの液相間に溶質が分配する現象を利用した物質の分離方法であり，生体試料，環境試料中からの微量物質の分離や工業的規模における金属の分離など幅広く利用されている．通常は，水と有機溶媒が用いられ，塩析を利用した相分離なども利用されている 50）．溶媒の使用量が多いことが欠点であるが，近年では溶媒使用量を減らすことや抽出と濃縮を同時に行うことを目的として，マイクロリットル単位の液滴によって目的物質を抽出するマイクロ液滴抽出法なども開発されている 68）．食品中農薬分析においては水とアセトニトリルを用いた液液抽出法が一斉分析の通知法として用いられており，多くのネオニコチノイド系農薬の分析に関しても同様の系が用いられている．しかし，液液抽出のみで十分な精製効率が得られることは少なく，以下に述べる固相抽出法などと併用する必要がある．4. 2. 2 固相抽出法（Solid Phase Extraction: SPE）

SPEは抽出剤と呼ばれる粒子をミニカラムに充填し，粗精製溶液を通液することで目的物質の精製を行う方法

である 50），69）．液液抽出の抽出操作を連続的に繰り返すことと同様な効果があるため液液抽出に比べて精製（分離）効率が極めて高いこと，多数のカラムを用いて同時に多くの検体を処理できることが特徴である．操作に時間がかかることや分析の再現性を得るために作業者にある程度の熟練度が必要であることなどが問題点として挙げられるが，これらの問題点を解決するために操作を自動化できる装置も市販されている．

SPEの分離選択性は抽出剤と溶媒の組み合わせによって決定する．抽出剤は目的物質や分析試料に合わせて多くの種類の抽出剤が開発されており，食品中農薬分析における精製にはオクタデシルシリルシリカ（ODS），シリカ，またはグラファイトカーボンなどが汎用されている 70）-72）．日本国内の通知法である食品中農薬の一斉分析法では，ODSとカーボン /NH2 シリカを用いた SPEが併用されており 73），ネオニコチノイド系農薬分析法においても様々な固相抽出剤が用いられている 51）-53），74）．

4. 3 簡易分析法従来の食品中農薬分析では，図 4.1 に示したような工

程を対象農薬ごとに検討することで分析法の開発が行われてきた．しかし，原則として全ての農薬が検査対象となった 2006 年以降，数百種類の農薬に適用可能で迅速かつ簡易に分析を行うことができる簡易スクリーニング法の需要が高まっている．EUや米国では，目的物質の抽出と精製を同時に行う QuEChERS法が公定法として定められており，研究現場ではさらなる高性能化に関する研究開発が進んでいる（公定法：国または公共的組織などによって定められた化学分析・試験方法．）．ここでは，この QuEChERS法について概説する．4. 3. 1 QuEChERS 法

QuEChERS法は 2003 年に Anastassiadesらによって開発された簡易分析法であり，この名称は，Quick（迅速），Easy（簡単），Cheap（安価），Effective（効果的），Rugged（堅牢性），Safe（安全）の頭文字に由来している 75）．食品からの農薬の抽出と塩析を用いた液液抽出による粗精製を同時に行ったのちに，分散固相抽出による精製を行う方法であり，EUや米国の公定法に採用されている．ここで，QuEChERS法に利用されている分散固相抽出は連続的に抽出を行う固相抽出法と比較して精製効率が低下するという問題がある．そこで研究開発の現場では，抽出溶媒，添加する塩の種類，分散固相抽出剤の種類などを検討することで，精製効率の向上が図られている 76）-78）．また，この欠点を補うものとして，QuEChERS法にSPEを組み合わせたSTQ法が開発され，



食品や環境試料の分析に用いられている 79）．

4. 4 機器分析法食品中農薬分析では，上記の抽出・精製操作によって得られた最終試料中の農薬濃度をガスクロマトグラフィー（Gas Chromatography: GC）や高速液体クロマトグラフィー（High Performance Liquid Chromatography:

HPLC）といった機器分析法によって測定する．日本の通知法ではアセタミプリド 80）とニテンピラム 81）の個別試験法として，GCを機器分析法として指定している．また，「GC/MSによる農薬等の一斉試験法（畜水産物）」 72）

の分析対象化合物にチアクロプリドが含まれている．しかし，2.2 で述べたようにネオニコチノイド系農薬は蒸気圧が低く，熱分解性も高い．一般に水溶性および熱分解性が高く，揮発性の乏しい物質を高温における測定を伴う GCを用いて分析することは望ましくない 53）．そのため研究現場におけるネオニコチノイド系農薬の分析は，溶液のまま測定を行うことができる HPLC法を用いて行われている．そこで本調査研究では， HPLCに関して調査を行った．4. 4. 1 高速液体クロマトグラフィー（High Performance Liquid Chromatography:

HPLC）HPLCは固定相として固体粒子を充填したカラムに高圧ポンプを用いて移動相を通液し，カラム入口から試料を注入し固定相との相互作用の差によって物質の分離を行う方法である．カラムから溶出した物質をカラム出口に接続した検出器により連続的に検出し，カラムからの溶出時間の違いで物質の同定を行う．HPLCの分離選択性はカラム充填剤と移動相溶媒の種類によって決定し，様々な種類のカラムが市販されている．また近年では，HPLC をさらに高性能化した UHPLC（ultra high

pressure liquid chromatography）の利用が進んでい

る 82）．UHPLCは，HPLCにおいて 3-5 μm程度であったカラム充填剤の粒子径をさらに小さくする（1.7-2.6 μm

程度）ことで分離効率の飛躍的な向上を達成し，分析時間の大幅な短縮や溶媒量の削減をもたらした．農薬を対象とした HPLC分析では紫外可視吸光光度計，蛍光検出器および質量分析計（MS）などの検出器が利用されている．ここで，多くの農薬は紫外・可視領域に光吸収帯を有するため，紫外可視吸光光度計は汎用検出器として利用されているが，構造が類似している物質に対して選択性が低いという問題がある．また，蛍光検出器は選択性の高い高感度検出が可能であるが，蛍光を示さない物質に対しては誘導体化が必要である等の問

題点がある．これらに対して，MSは検出感度が高く，物質を質量数で分離することが可能なため，HPLCの検出器として利用することで，多くの農薬に対して高感度かつ高選択的な分析を行うことができる．上記の特性により，HPLC/MSは日本の通知法だけでなく海外の公定法など多くの食品中農薬分析法において機器分析法として用いられている 72）．また，IDMSを適用する上でも同位体を識別するためにMSの利用が必須となる．一方で，HPLC/MSでは目的物質のMSによる検出が，夾雑物によって妨害されることが報告されている 83）．そのため，MSの前段階において妨害の原因となる夾雑物を除去することや，HPLCによる分離やMSによる検出の際に夾雑物の妨害を取り除く工夫が重要となる 84）-88）．

5．今後の展望

食品中ネオニコチノイド系農薬技能試験の実施に向けて，信頼性の高い分析値を付与するために必要な分析法の開発や対象としたい食品および農薬について以下に述べる．

5. 1 食品中ネオニコチノイド系農薬の分析法開発本調査研究では，食品中ネオニコチノイド分析について，4.1 では抽出法を 4.2 では精製法について調査した．これらの方法の中から適した方法を選択し，HPLC/MS

（UHPLC/MS）法と組み合わせることで技能試験の値付けに用いる分析法を構築する．また，分析法の特性による分析値の偏りを避けるためにも複数の分析法によって値付けを行う予定である．

5. 2 今後の技能試験の対象について5. 2. 1 対象食品について表 2.5 に示すようにネオニコチノイド系農薬は野菜類または果実類の検査において高い検出率を示していることがわかっている．そこで，表 2.5 に示した野菜類もしくは果実類から候補食品を選定し，技能試験を行う予定である．将来的には，農産物だけなく畜産・加工食品についても同様の調査を行うとともに分析現場でのニーズ調査を行い候補食品の選定を行う．5. 2. 2 目的物質について農薬の中には，ネオニコチノイド系農薬と同様に農作物に対する高い浸透性を示すものが多くある（表 2.4 中のフロニカミド等）．浸透性農薬は農作物を構成する夾雑物と強く結合し，分析法の特性や分析者の技術が分析値に影響をおよぼすことがあるため，技能試験を行うこ


中村圭介

とでこれらを評価することが重要である．そこで，検出率の高い農薬の中から浸透性農薬を選び技能試験を行いたいと考えている．

謝辞

本調査研究を行うにあたりご指導くださいました高津章子物質計測標準研究部門長兼有機組成標準研究グループ長，ならびに有機組成標準研究グループの皆様に深く感謝いたします．

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食品中ネオニコチノイド系農薬類分析の技能試験 …...食品中ネオニコチノイド系農薬類分析の技能試験に関する調査研究中村圭介＊