スクリーニング（環境）

環境科学において、スクリーニングとは、特に質量分析法と組み合わせて、環境中の潜在的に有害な有機化合物のレベルを監視するために使用される一連の分析技術を広く指します。 [1] [2] [3] [4]このようなスクリーニング技術は、通常、分析開始前に対象の化合物を選択するターゲットスクリーニングと、分析の後の段階で対象の化合物を選択する非ターゲットスクリーニングに分類されます。これら2つの技術は、少なくとも3つのアプローチに分類できます。ターゲットスクリーニングでは、対象化合物と類似の参照標準を使用します。サスペクトスクリーニングでは、参照標準の代わりに、正確な質量、同位体パターン、クロマトグラフィー保持時間などのカタログ化されたデータのライブラリを使用します。非ターゲットスクリーニングでは、分析前に比較するための事前の知識を使用しません。[1] [2] [3] [5]そのため、ターゲットスクリーニングは、特に規制目的で特定の有機化合物の存在を監視する場合に最も有用であり、これには高い選択性と感度が必要です。新たな環境傾向や疾患のバイオマーカーを発見するために、検出される化合物と関連代謝物の数を最大化する必要がある場合、従来はより非標的型のアプローチが用いられてきました。[4] [5] [6] [7]しかし、質量分析計がより高解像度で感度も向上したため、単独のアプローチとして、またはより標的を絞った方法と組み合わせて、疑わしい化合物と非標的化合物のスクリーニングがより魅力的になっています。[1] [2] [5] [6] [8]

環境スクリーニングへのアプローチ

質量分析は、環境スクリーニングプロセスにおいてクロマトグラフィーと組み合わせて使用​​されます。

質量分析法は、一般的に環境汚染物質モニタリング、特に水生環境（ただし、植物上の農薬スクリーニングなど、非水生環境にも適用可能[9]）の分析に使用され、クロマトグラフィーと組み合わせて分離されます[2] [4] [10]。ターゲットスクリーニングの場合、これは「単一反応モニタリング（ SIM）モードまたは選択反応モニタリング（SRM）モードを使用する」ガスクロマトグラフィー質量分析法（GC-MS）または液体クロマトグラフィー質量分析法（LC-MS）を使用することを意味します[4] 。しかし、疑わしいスクリーニングや非ターゲットスクリーニングの場合、これらの方法は、記録できる化合物の数が限られており、特にLC-MS比較ライブラリが不足していることを考えると、未知の化合物について十分な有用な情報を得ることができないため、不十分です[4] 。これらの非ターゲットスクリーニングアプローチでは、高解像度質量分析法と高質量精度クロマトグラフィー技術が必要です。四重極型、飛行時間型、イオントラップ型、オービトラップ型質量分析計を組み合わせた装置が、高性能液体クロマトグラフィー（および超高性能液体クロマトグラフィー）とともに登場し、より迅速かつ効果的に疑わしい物質や非標的物質のスクリーニングに取り組んでいます。 [2] [6] [4] [10]

ターゲットスクリーニング

ターゲットスクリーニングまたはターゲット分析は、サンプル中に存在する可能性のある他の化合物を無視し、事前に決定された有機化合物の短いリストを探す場合に有用です。事前に決定された化合物と一致する参照標準物質が利用可能であり、クロマトグラフィーの保持時間、フラグメンテーションパターン、同位体パターンなどの特性を比較するために用いられます。 [10]ターゲットスクリーニングのワークフローでは、「特異的かつ正確な測定」を達成するために、サンプル抽出、サンプルのクリーンアップ、および機器操作方法を、事前に決定された化合物に合わせて最適化する必要があります。[2]スクリーニングの焦点が狭いため、ほとんどの分析結果は定量的なものになります。[2] [3]そのため、ターゲットアプローチは伝統的に規制モニタリングスキームで使用されてきました。[11]しかし、多くの有害有機化合物は環境モニタリング規制の対象外であり、したがって明確にターゲットとされていないという欠点があります。[8]また、このアプローチは、汚染事象の早期警告を提供するための迅速な対応アプローチには一般的に適していません。[11]

容疑者スクリーニング

容疑者スクリーニングは、サンプル中に存在する構造既知の1つ以上の疑わしい化合物を探すときに、参照標準が入手できないか存在しない場合に役立ちます。この場合、質量精度、保持時間、同位体パターン、および疑わしい化合物のその他の構造情報などの情報を含むユーザーが構築したデータベースが参照され、フィルタリングされ、SRMまたはフルスキャンを使用した高解像度質量分析の結果と比較されます。[3]次に、疑わしい化合物の構造はその情報に基づいて解明され、理想的には信頼性の高い参照標準で確認されます。[2] [3]標的スクリーニングと比較して、容疑者スクリーニングで実行される初期作業は主に定性的なものであり、より標的を絞ったアプローチでより定量的な作業が続く可能性があります。[10]より多くの化合物を分析できることとは別に、このアプローチのもう1つの利点は、サンプルを再分析することなく、数年後でも遡及的に分析できることです。[4] [6]容疑者アプローチの欠点は、データ分析（例えば、in silico断片化ソフトウェアの使用[10] [8] [6]）だけでなく、容疑者スクリーニングリストの慎重な作成とデータベースの選択を含む複雑さです。[8]

非標的スクリーニング

非標的スクリーニングは、サンプル中のすべての有機化合物の存在を調べる必要がある場合に有用です。この場合、サンプルに含まれる化合物に関する情報が不明であるため、少なくとも当初は比較のための標準物質を使用できません。そのため、非標的スクリーニングは全体的に最も困難なアプローチの一つとなっています。代わりに、質量フィルタリング、ピーク検出、その他の特性を備えた完全自動スキャンを用いて、初期の化合物検出を行います。次に、イオンの精密質量を用いて、検出された化合物の元素組成を推定します。データベース検索を行うことで、元素組成に基づいて最も妥当な構造を特定することができます。[4] [10]容疑者スクリーニングと同様に、非標的スクリーニングでも初期作業は主に定性的なものであり、その後、より定量的な作業が行われる可能性があります。容疑者スクリーニングと同様に、完全な非標的アプローチの欠点は、プロセスがデータ集約的であるため多変量統計モデルが必要となることです。また、研究者が使用するデータ処理ワークフローの多様性により、これらのデータ分析プロセスのメソッド性能評価がさらに複雑になります。[6]

参考文献

  1. ^ abc フォンタナルス、N.;ポクルル、E.マルセ、RM;ボルル、F. (2019)。 「水の分析 – 有機化合物」。ヴォルスフォールド、P.プール、C.タウンゼント、A.ミロ、M. (編)。分析科学百科事典。 Vol. 10（第3版）。エルゼビア。286 ～ 298ページ 。ISBN 9780081019832。
  2. ^ abcdefgh Schlabach, M.; Haglund, P.; Reid, M.; et al. (2017). 北欧諸国における容疑者スクリーニング：都市部における点状発生源. 北欧閣僚理事会. pp.  13– 14. doi :10.6027/TN2017-561. ISBN 9789289352017。
  3. ^ abcde Aceña, J.; Heuett, N.; Garinali, P.; et al. (2016). 「第12章：LC-HR-MS法を用いた水環境、生物相、ヒトにおける医薬品および関連生物活性化合物、その代謝物、およびそれらの変換生成物の疑わしいスクリーニング」 Pérez, S.; Eichhorn, P.; Barceló, D. (編).飛行時間型質量分析法およびオービトラップ型質量分析法の環境分析、食品分析、ドーピング分析、法医学分析への応用Wilson & Wilson's Comprehensive Analytical Chemistry. 第71巻. Elsevier. pp.  357– 379. ISBN 9780444635723。
  4. ^ abcdefgh Gosetti, F.; Mazzucco, E.; Gennaro, MC; et al. (2016). 「水中の汚染物質：非標的UHPLC/MS分析」. Environmental Chemistry Letters . 14 : 51– 65. doi :10.1007/s10311-015-0527-1. S2CID  100647526.
  5. ^ abc Dom, I.; Biré, R.; Hort, V.; et al. (2018). 「LC-HRMSによるムール貝とカキ中の海洋毒素分析のための拡張標的および非標的戦略」. Toxins . 10 (9). 375. doi : 10.3390/toxins10090375 . PMC 6162736. PMID 30223487  . 
  6. ^ abcdef Cavanna, D.; Righetti, L.; Elliott, C.; et al. (2018). 「食品偽装分析における標的質量分析法から非標的質量分析法への移行における科学的課題：調和のとれたアプローチを実現するための検証ワークフローの提案」（PDF） . Trends in Food Science & Technology . 80 : 223–41 . doi : 10.1016/j.tifs.2018.08.007 .
  7. ^ Kacham, J. (2015年12月11日). 「標的解析と非標的解析の違いは何か？」ResearchGate . 2020年9月19日閲覧。
  8. ^ abcd Gago-Ferrero, P.; Krettek, A.; Fischer, S.; et al. (2018). 「Suspect ScreeningとRegulatory Databases: A Powerful Combination To Identify Emerging Micropollutants. Environmental Science & Technology . 52 (12): 6881– 6894. Bibcode :2018EnST...52.6881G. doi :10.1021/acs.est.7b06598. hdl : 10261/345529 . PMID  29782800.
  9. ^ Wylie, PL; Westland, J.; Wang, M.; et al. (2020). 「GC/Q-TOFによる大麻中の1,000種類以上の農薬および環境汚染物質のスクリーニング」.医療用大麻とカンナビノイド. 3 ( 1): 14– 24. doi : 10.1159/000504391 . PMC 8489331. PMID  34676338. S2CID  210986718. 
  10. ^ abcdef Llorca, M.; Rodríguez-Mozaz, S. (2013年6月). 飲料水中の化学物質の迅速同定のためのスクリーニング法の最新状況(PDF) . 欧州委員会共同研究センター. doi :10.2788/80087. ISBN 9789279382949。
  11. ^ ab Clark, A. (2004). 「汚染モニタリング：スクリーニング vs. 標的分析」. Gray, J.; Thompson, KC (編).水質汚染緊急事態：私たちは対処できるか？ . 王立化学協会. pp.  77– 99. ISBN 0854046283。
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