ひ素分析キットの開発14年の歩み

廣中博見
 アジア砒素ネットワーク 分析班
(福岡市保健環境研究所 主任研究員)
 
 1987年10月にJICA専門家としてタイ国環境庁に赴任した筆者は、赴任後まもない11月に、タイ国南部のナコンシータマラート県のロンピブン村での錫鉱山跡の砒素汚染に出会いました。タイ国環境庁の指示で早急に井戸の調査が行う事になり、現場でのスクーリニング法として、用いたのはUSAのスタンダードメソッドに記載のある臭化水銀紙ストリップ法でした。この方法はユニセフキットとしてインドでYES/NOキットと呼ばれて使用されています。欠点は亜鉛塊を使用しているので分析に1時間かかり、検出感度が0.1ppm程度と高い点です。試薬を粉末にして、亜鉛末を使用することで5分程度に分析時間を短縮し、携帯性を高めました。さらに高感度にするため、臭化水銀紙を挟む旧日本薬局法のグトツアイト法を採用しました。携帯性を考慮してガラス製をPP製にし、亜鉛末に亜鉛砂を混ぜる、ケースに試験管立てをつける、水銀使用量の削減のため臭化水銀紙を10mmの打ち抜きろ紙にするなどの改良を加え、現在の廣中式砒素分析キットができました。このキットによる分析のフローシート以下に示します。
 Sample(10ml)
  | <--- Add 0.1 g of Potasium Iodide 
  | <--- Add 0.1 g of SnCl2 powder 
  | <--- Add 0.3 g of Zinc powder 
  | <--- Add 2 ml of 6N-HCl 
 Mount HgBr2 paper disk flange
   | 5 min (room temp.)
 Change HgBr2 paper ---for As 3+

  | <--- Add same more Zinc or acid if required
  | keep test tube in hot water(60'c 15 min)
  pick up HgBr2 paper --- for As 5+

 この砒素分析キットを利用して、フィリピン・ミンダナオ島の環境水のヒ素調査(1973)、JICAのタイ国ヒ素汚染地域環境改善計画調査(1998-1999)でロンピブン村のフイールド調査、宮崎大学の横田教室によるバングラデシ・ショムタ村水文地質砒素調査を行った結果を簡単に紹介します。
右の図はショムタ
村の全井戸をこの
キットで学生が現
場で検査した結果
です。
北部の過疎地は砒
素濃度が低く、南
部の人口密集地域
が汚染がひどい事
が判りました。

バングラデシュに
おける、最初の水
文地理学的調査と
して WHOやUNICEF
からも高く評価さ
れ、今後の調査法
の雛型とされまし
た。


フィリピンのミンダナオ島のアポ山地熱発電所周辺で河川水を分析した結果を図-1に示しました。地熱発電所に近い地域を源流とするマラシラ川から32ppbのヒ素が検出されました。
タイ国・ロンピブン村現地踏査
  
向こうに見える小屋が山の中腹にあった山スズの採掘現場を監督していた、鉱山局事務所で、手前にはイーピンツオイの選鉱精錬所が10年前まであったが、砒素が問題になったときに、取り壊された。30%の砒素を含む精錬カスが数トン残されていたが、DMRにより、袋づめにされ近くの処分保管場に移された。手前の川はナンプー川の東支流で、砒素濃度は低い。0.01ppm程度。鉱山事務所には、水瓶がおかれて、雨水を飲料としている。
事務所に向かう橋の上流側の橋脚で、採水し現場で砒素含有量をチェックしたところ0.2ppmの高い数値がでたので、上流に向かって100mほどの間で、7ポイント採水し、砒素濃度を確かめた。砒素濃度は場所により大きく異なり、湧き水のあるところで高い数値が見られた。この谷川は、伏流水がでたり、入ったりしてそのたびに砒素の濃度が高下すると考えられる

 実験室での分析値と比較して,現場での分析の方が患者の分布や井戸の水理学的調査結果とよく照合することを経験しています。フィールドキットによる井戸水の現場での分析では5分程度の反応時間で結果を見ていましたが、河川水の場合は20分ぐらいしないと発色しない場合が多く、ひ素の形態の違いがあると考えられたのでこのフールドキットでひ素の3価と5価の分別定量を試みました。試薬の量や,酸濃度と反応時間を調節することにより,最初の5分間で3価のひ素が,その後の15分で5価のひ素が主に発色することが判明しまし。3価と5価の砒素の呈色速度曲線実験結果をグラフに示しました。 3価と5価の砒素の呈色速度曲線の調査実験
10 ml中に砒素として5μgを含むAs3+ 標準液(0.5 ppm相当),As5+ 標準液を,それぞれ7本づつ用意し塩酸添加後水素発生開始から,1,2,3,5,7,10,15分後にHgBr2紙を交換し,発色を標準カラーチャートと比較した.

表1 3価と5価の砒素の呈色速度曲線実験結果
ppm 1分 10 15 20分
As3+ 0.1 0.25 0.3 0.4 0.45 0.5 0.5 0.5
As5+ 0.0 0.0 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.45

4. As3+とAs5+ の混合標準液による分別定量実験

As3+ とAs5+ 砒素標準液を等量加え,合計で0.5 ppmとなる標準試料を作成し,Fig.4に従い5回の試験を行った.

Fig.5 AsH3 detection curve(20'c , 10ml, SnCl2:0.1g , Zinc:0.3g ,6N-HCl 2ml)

表2 As3+とAs5+ の分別定量実験結果
平均
As3+ 0.2 0.3 0.3 0.2 0.15 0.23
As5+ 0.2 0.1 0.15 0.2 0.3 0.19


5. 実験者による測定誤差の検出実験

0.1 ppm,0.2 ppmのAs3+ 標準液について,標準カラーチャートによる定量試験を77名の宮崎大学工学部学生らが行った結果を表3,表4に示した.
表3 0.1 ppmの As3+標準液による再現性テスト
濃度 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 >0.16ppm
人数 2 8 63 4 1 0 人
表4 0.2 ppmの As3+標準液による再現性テスト
濃度 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 ppm
人数 1 50 13 8 4 1 人
文 献
1)第十改正日本薬局方 33ヒ素試験法 p725-728,1981
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「臨床検査」の読者が興味を持つのは、「慢性ひ素中毒といえるには、どの位のひ素値なのでしょうか」ということだと思います。私なりに毛髪中の砒素濃度と飲料水の濃度を大胆に推察してみたのが、次のレポートです。

毛髪中の砒素濃度の評価について


頭髪は3ヶ月で2.5cm伸びるとされている。したがって、毛髪55cmは約2年間の食物、飲料水中の砒素濃度の指標となります。根元3cmは最近3ヶ月の平均をしめし、毛先は2年前の平均値を表します。
米国では毛髪中砒素が0.3ppmを越えると異常値とされ、職業的被爆や飲料水の砒素濃度をチェックします。日本人は海藻類を多食するため毛髪中に0.5ppm程度までを私は通常値と見ています。インド、タイ、メキシコでの経験から私なりに相関を推定してみると以下の通りです。

飲料水中砒素濃度 毛髪中砒素濃度
   10 ppb            0.3 ppm
   50 ppb            0.6 ppm
  100 ppb            1.2 ppm
  200 ppb            2.4 ppm
  500 ppb            5.0 pmm           

実際の砒素中毒患者の毛髪中砒素濃度は
メキシコでは以下のとおりです。
Arsenic concentration of hair samples from Chronic Arsenic Patients in 
Torreon (Rejion Lagunera),Mexico ,2000/10/23-25.
The hair inspection result in Torreon came out from 
Fukuoka City Institute for Hygiene and Environment by H.Hironaka.
It seems that it is a little high generally.

Remarks

It turns out that water of Arsenic  Free is not drunk.
It seems that several persons are accepting high arsenic in water .
(4.1 ppm, 1.1 ppm, 1.3 ppm)

No  Date'  M/F  Age          Note                               AS ppm/
Hair
21    M   60  No1,Palm,Boen disease,Neck Boen disease           0.05
22    M   74  Boen disease 、pinky、Depigmentation Silver hair  1.30
23    M   51  Melanosis+Rain Rain drop Depigmentation           0.60
24    M   56  Boen,neumonia                                     0.73
25    F   51  root part of hair15cm/27cm                        0.32
25    F   51  top part of hair12cm/27cm                         0.88
26    F   55 Body,Melanosis 、5cm Silver hair mixed             0.07
27    M   59 Body front Melanosis & Boen disease 、FCC          0.71
28    F   50-60 No.5 curled hair 12/22cm top part of hair       0.05
28    F   50-60 No.5 curled hair 12/22cm root part of hair     0.07
29    M   52  No6, Fruolosis on tooth、Foot Sole Keratosis      0.46
30    F   ?   Unkown, root part of hair 8/16cm                 0.08
30    F   ?   Unkown  top part of hair 8/16cm                  0.88
31    F   55  ,No hair on the top of head                       0.91

NMno1 M   71  NuevoMundo Silver hair                        1.10
NMno2 M   70  NuevoMundo Silver hair                       0.63
GP-1  F   60  Gomes Parasio Drango                          0.88
GP-2  M   78  Gomes Parasio Drango                          4.10
Cantabro  F   54  Cantabro                                  0.62
Cantabro  M   54  Cantabro                                  0.79
Cantabro  F   27  Cantabro 11cm root part of hair of 22cm   0.32
Cantabro  F   27  Cantabro 11cm top part of hair of 22cm    0.32


表−1 タイのヒ素中毒の子供達の分析結果
---------------------------------------------
                  ヒ素          カドミウム
年齢   性別   毛髪      爪     毛髪     爪
-----+------+---------------+----------------
 8     女      7.7             1.70     
 9     男      4.7             0.11     
ll     女      6.3             1.70     
12     男      2.9      7.1    0.05     0.99
12     男     11.7      8.7    0.08     0.14
12     男     13.1     60.8    0.27     0.30
12     男     15.0             0.44     
12     女      4.9             9.50     
13     男     22.9             0.23     
---------------------------------------------
単位:ppm

表-2  ヒ素中毒の疑いの濃い母子の
      毛髪中重金属濃度 単位:ppm
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Mother Hair(cm)  As    Cd    Hg    Pb    Mn
-----------------------------------------------
93/08    0-3    1.6   0.05   0.48   0.2   0.4
93/05      -6     1.9   0.06   0.59   0.3   0.8
93/02      -9     1.6   0.04   0.59   0.6   1.3
92/11     -12     1.9   0.04   0.63   0.4   1.5
92/09     -15     1.5   0.05   0.58   0.4   1.9
92/06     -18     2.0   0.07   0.77   0.5   2.7
92/03    ‐21     2.0   0.04   1.17   0.4   3.0
-----------------------------------------------
93/08    baby     0.7   0.34   0.94   3.0   8.8
-----------------------------------------------
 
 表2 交楽病区毛髪尿中砒素濃度1998/04
     姓名 年齢 性別  ppm/毛  ppm/尿
 1 劉X化32  男   2.6    0.13
 2  劉X恵26  男    1.1    0.01
 3 田X祥 36  男   22.2    0.07
 4 李X苓 59  男    1.0    0.02
 5 黄X徳 59  男   28.2    0.12
 6 龍X菜 63  男    1.2    0.03
 7 桂X唐 30  女    5.8    0.02
 8 金X王 65  男    6.3    0.09
 9 田X唐 60  男    3.8    0.04
10 陳X珍 50  女    4.2    0.05
11 劉X洪 30  女   13.1    0.16
広中   52   男   0.2-0.6   0.02-0.05
ハンガリーの文献で0.007ppmは流産率が有意となる数値で、個人的な症状はありません。集団としてみたとき、0.05ppmを超えると乳児死亡率、死産率が上がるようです。
1)第十改正日本薬局方 33ヒ素試験法 p725-728,1981