著者の所属・活動拠点の国は、ブラジルです。

掲載誌：ACS Omega

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

ブラジルでは、2015年11月にマリアナ、2019年1月にブルマジーニョで鉱山の鉱滓ダムが決壊する事故が起きました。研究チームは、こうした事故を受けて、河川への有害元素の流出や、地域で食べられる魚への蓄積が長く懸念されていると述べています。そのため、魚に含まれる元素を正確に調べる分析法が必要です。

魚の筋肉に含まれる微量元素は、ICP–MS（誘導結合プラズマ質量分析）という高感度な装置で測ります。その前に、試料の有機物を分解して溶液にする前処理が必要です。従来は濃硝酸などの強い酸と電子レンジのようなマイクロ波加熱を組み合わせるのが一般的でした。この方法は効果的ですが、危険な廃液が出て、作業上の危険もあります。

酸を使わず過酸化水素だけで分解する方法は、血清、尿、植物などの比較的扱いやすい試料では実現していました。一方、たんぱく質や脂質を多く含む魚の筋肉では分解が難しいとされていました。研究チームは、酸を使わないマイクロ波分解法（AFMAD）を魚の筋肉向けに最適化し、分析性能と環境面の特徴を評価することを目指しました。

何を、どのように調べたか

試料には、ブラジル・マリアナの商店で購入した5種の魚を用いました。ティラピア、タンバキ、ピアウ、トゥクナレ、ピンタードの5種です。それぞれの筋肉を切り取り、凍結乾燥してから分析しました。測定した元素は、銅、亜鉛、鉄、マンガン、ヒ素、カドミウムです。

分解条件の最適化には、タンバキを代表として用いました。凍結乾燥した筋肉100ミリグラムに過酸化水素5ミリリットルを加え、マイクロ波で加熱しました。変えた条件は三つです。過酸化水素の濃度（5〜30％）、目標温度に達するまでの昇温時間（6〜24分）、分解温度（146〜213℃）です。目標温度での保持時間は20分に固定しました。

分解の出来は、溶液に残った炭素の割合（残留炭素量）で評価しました。残留炭素量が少ないほど有機物がよく分解されたことを示し、ICP–MSでの測定への悪影響も減ります。研究チームは、複数の条件を同時に変える実験計画法（中心複合計画と応答曲面法）を用いました。そのうえで、条件と残留炭素量の関係を数式モデルで表しました。

最適条件の正確さは、元素の含有量が保証されたタラ筋肉の認証標準物質（BCR-422）で確かめました。測定値と保証値を比べる方法です。さらに、評価ツール「AGREEprep」を使い、この方法の前処理の環境負荷を採点しました。比較の相手は、文献で報告された酸を使う分解法7件です。

主な報告結果

過酸化水素の濃度と分解温度が高いほど、残留炭素量は少なくなりました。昇温時間は長いほど残留炭素量が増え、短い方が適していました。数式モデルは実験値とよく一致しました（決定係数0.98）。

研究チームは、最適条件を過酸化水素30％、昇温時間8分、保持温度240℃と定めました。240℃は、試した範囲を超えてモデルを延長して得た値です。この条件では、残留炭素量は20％未満になるとモデルで予測されました。

認証標準物質では、回収率（保証値に対する測定値の割合）は76〜101％でした。銅、亜鉛、ヒ素、カドミウムでは、測定値と保証値の間に統計的に意味のある差はありませんでした。鉄とマンガンでは有意な差が出ました。それでも研究チームは、国際的な指針で許容される範囲内だったとしています。繰り返し測定のばらつき（相対標準偏差）は、すべての元素で10％未満でした。

5種の魚では、多い順に亜鉛、鉄、銅、マンガンでした。ピアウは鉄（1キログラムあたり9.57ミリグラム）、銅（同0.88ミリグラム）、亜鉛（同16.02ミリグラム）、マンガン（同0.63ミリグラム）がいずれも最も高い値でした。カドミウムが検出されたのもピアウだけで、1キログラムあたり0.003ミリグラムでした。ヒ素はトゥクナレだけで定量され、1キログラムあたり0.07ミリグラムでした。タンバキは全体に濃度が低く、ヒ素とカドミウムは検出限界未満でした。

ヒ素とカドミウムの値は、ブラジルの食品規制当局ANVISAの上限値を大きく下回りました。ヒ素の上限は1キログラムあたり1.0ミリグラム、魚の筋肉でのカドミウムの上限は同0.05ミリグラムです。環境負荷の採点では、この方法は比べた手法の中で最も高い部類の点数でした。研究チームは、その主な理由を、酸化剤に過酸化水素だけを使う点に挙げています。

この報告が示すこと

研究チームは、濃い酸を使わず過酸化水素だけでも、成分の複雑な魚の筋肉を多元素分析に使える程度まで分解できたと結論づけています。この方法は、元素を一通り調べるスクリーニングや日常的な監視に適しており、より安全で環境負荷の小さい前処理になりうるとしています。過酸化水素は分解すると主に水と酸素になるため、危険な廃棄物が減ります。また、腐食性の強い試薬を扱う危険も避けられます。

限界として研究チームが挙げたのは、まず鉄とマンガンの回収率です。これらの元素はたんぱく質などの生体分子と結びついていることが多く、酸を使わない穏やかな酸化条件では放出されきらない可能性があります。完全に回収するには、より強い分解条件が必要になりうるとしています。

また、魚の種による元素量の違いには、食性や食物連鎖上の位置が一部関わっている可能性があると述べています。ただし、これは可能性として示されたものです。希薄な酸を使う方法との比較については、ろ過の有無などの手順の違いが残留炭素量の見かけの差に影響しうるため、慎重に解釈すべきだとしています。

原著論文の著者・所属：Marcos V. S. Pereira（Federal University of Viçosa - UFV , , , ,; INCTBio-LK , , , ,）、Elisânia K. B. Fonseca（Group of Spectrometry, Sample Preparation and Mechanization, GEPAM, Department of Analytical Chemistry, Institute of Chemistry, University of Campinas - UNICAMP, Campinas, São Paulo, Brazil）、Jemmyson R. de Jesus（Federal University of Viçosa - UFV , , , ,; INCTBio-LK , , , ,）、Marco A. Z. Arruda（Group of Spectrometry, Sample Preparation and Mechanization, GEPAM, Department of Analytical Chemistry, Institute of Chemistry, University of Campinas - UNICAMP, Campinas, São Paulo, Brazil）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Marcos V. S. Pereira, Elisânia K. B. Fonseca, Jemmyson R. de Jesus, et al. A Greener Acid-free Microwave-Assisted Digestion Method for Multielement Analysis of Fish Tissues by ICP–MS. ACS Omega（出版社：American Chemical Society） 2026-10-19. DOI: 10.1021/acsomega.6c08049. 原著ライセンス：CC BY.