花火は私たちの湖にどのような影響を与えますか？

GCxGC-HRMSを用いたミシガン湖の水質に関する研究

アメリカ合衆国が建国250周年を迎えるにあたり、今年の独立記念日（7月4日）には、夜空を彩る多くの花火が打ち上げられることでしょう。アメリカ人は、英国からの独立の記念すべき最初の年である1777年以来、花火とともに独立記念日を祝ってきました。この伝統は年月を経て非常に人気が高まり、あらゆる年齢層の人々が自宅、公園、ビーチ、あるいは人気のスポットに集まり、花火が夜空を照らす様子を楽しんでいます。.

もうすぐ 3億ポンドの花火アメリカ国内だけでも毎年打ち上げられています。これらの花火の多くが湖の近くで打ち上げられることはよくあります。これは、予期せぬ火災が発生した場合の安全対策として水源が見なされているためです。独立記念日の頃にどれほどの花火が使用されているかを考えると、ある疑問が湧きます。花火の残骸は、湖の水質に影響を与えるのでしょうか？

導火線に火をつける：その準備

2018年、LECOの化学者たちは、花火大会の前後でミシガン湖の水サンプルを採取し、この疑問の解明に乗り出した。彼らの計画は、両方のサンプルを分析し、その間に生じた化学的変化を特定することだった。もし花火に直接関連する化学物質の濃度上昇が見られた場合、人気の高い祝祭期間中、花火が水質に直接的な影響を及ぼしていることが示唆されることになるでしょう。.

分析を実施するため、強力な分析ワークフローが使用されました。SPMEアローを用いた固相マイクロ抽出（SPME）により、揮発性および半揮発性化合物の効率的なサンプリングのために吸着体積が増加しました。分析には、分離能を高めるための包括的二次元ガスクロマトグラフィー（GCxGC）と、化合物の正確な同定のための高分解能質量分析（HRMS）が利用されました。この非標的アプローチにより、研究者は微量レベルで存在する化合物を含め、幅広い化合物を検出することができました。.

爆発的な結果：
私たちの思い込みに挑戦する

研究の結果は予想外のものであった。多くの化合物が検出されたものの、花火が水サンプルに対して直接的な化学物質汚染をほとんど、あるいはまったくもたらしていないことは明らかであった。花火は汚染物質を持ち込むと一般的に推測されているが、今回の分析では、調査された条件下において、花火の残留物に直接起因する有意な化学的シグナルは示されなかった。.

しかし、データが示していたのは、パーソナルケア製品や日常の人間の活動に関連する化合物の驚異的な増加であった。最初のサンプルセットから2つ目のサンプルセットにかけて、より多くの日焼け止め、虫よけ剤、皮膚コンディショナー、香料が水中に流れ込んでいることがデータから示された。これらの物質は、休暇中の混雑がピークを迎えた時期に、海水浴客が湖で泳いだり海岸線に集まったりした際に水中に流入したと推測できる。.

余波
特筆すべき化学変化

ノンターゲットGCxGC-HRMSを用いた Pegasus GC-HRT 4D プラットフォームのおかげで、化学者たちは花火大会の後に増加した特定の化合物を特定することができました。これにより、日焼け止め関連の一部化合物が最初に記録された量の実に40倍に増加したことや、スキンケアや化粧品関連の化合物が10倍に増加したことなど、重要な発見につながりました。また、イベント後になって初めて検出された香料関連の化合物もいくつかありました。.

これらのわずかな変化を検出するには、従来の技術以上のものが求められます。GCxGCとHRMSの組み合わせには、いくつかの重要な利点がありました。

複雑な混合物の分離が改善され、従来の方法では重なり合ってしまっていた化合物が明らかになった。.
優れた質量精度により、確実な分子式計算が可能となり、化合物の注釈付けに役立ちます。.
非標的分析により、既知および未知の両方の汚染物質の検出が可能になる。.
大勢の人が利用するイベント期間中の水質変化を示す、分かりやすいビフォーアフターの比較。.

このレベルの洞察力は、複雑で変動しやすい組成を持つ環境サンプルを分析する際に不可欠です。.

余波：環境モニタリングにおける主要な教訓

間花火は潜在的な汚染物質として注目を集めている, この実験では、日焼け止めや虫よけなどの日用品にも測定可能な影響があることがわかりました。だからといって、ビーチで日焼け止めや虫よけスプレーをつけてはいけないというわけではありません。日焼け止めは、有害な紫外線から身を守るために特に重要です。.

環境科学者や規制当局にとって、これはモニタリング戦略において人間の活動パターンを考慮すべきであり、また一過性の化学変化をとらえるためにはノンターゲット分析手法が不可欠であることを示している。ノンターゲット研究は、化学物質に関する従来の予測を覆し、根底にある環境プロセスに対する偏りのない洞察を提供することができる。.

世界クラスの計測機器の組み合わせにより、 Pegasus GC-HRT 4D, 現実世界の環境問題に取り組むことで、研究者たちは、水の中に何が含まれているかだけでなく、なぜそれがそこにあるのかをもっとよく理解できるようになります。.