規制対象の食品・飲料検査室における金属分析用超純水

ICP-MS（誘導結合プラズマ質量分析法）やICP-OES（誘導結合プラズマ発光分光法）を含む多元素分析は、健康リスクを評価するために環境汚染を監視し、食品の品質を管理するために用いられる最も一般的な分析手法の一つである。食品や水試料中の規制対象元素（および非規制元素）を、1回の分析で確実に分離・検出するための具体的な手法が開発されている。

食品および水試料の元素分析

食品安全における重金属汚染のリスク

農業、工業、その他の人間の活動により、環境中の元素濃度は継続的に増加している。研究によると、一部の金属（例：As、Cd、Hg、Pb）は毒性（神経系、心血管系、皮膚、肝臓、腎臓、免疫系、生殖系など）を示すが、他の金属（Cu、Co、Fe、K、 Mn、Zn）は栄養上の利点をもたらすことが研究により明らかになっています。^1,2 有毒金属に関連する健康リスクは、その濃度と曝露期間に依存します。世界のいくつかの地域では、飲料水³や食品の汚染⁴の影響を受けています。このため、これらの有毒化学物質を効果的かつ標準化された方法で測定できるよう、規制が進化しています。

安全な飲料水および食品に関する規制順守

食品および飲料水中の元素汚染物質の最大許容濃度は、人間の健康と環境を保護するために設定されています。多元素分析は、地域、国、および国際的なガイドラインへの準拠を達成するのに役立ちます。水質基準は世界保健機関（WHO）⁵によって設定され、規制は各国によって実施されています。

欧州および米国では、それぞれ EU 飲料水指令⁶ および米国安全飲料水法（環境保護庁）⁷ により、水道水の品質を確保するための基準が定められ、汚染物質のレベルを監視する方法が規定されています。

食品に関しては、EU委員会の規則（EC）No. 1881/2006⁸^,⁹が、Cd、Hg、Pb、および無機Snの許容レベルを設定するために用いられてきました。米国FDAは、AsおよびPbについて業界向けのガイドラインを提示しており^¹⁰、2021年には、より広範囲の金属を対象とする「Closer to Zero」プログラムを開始しました。 このプログラムの目標は、特に乳幼児に対して栄養価の高い食品へのアクセスを維持しつつ、汚染物質への食事による曝露を可能な限り低減することです。

実験室試験における精製水の重要性

顧客の要求に応えるため、試験所においては、これらの重要な元素を測定する際の精度と正確性を確保するために、高純度水を使用することが重要です。水は、ICP-OESやICP-MSによる分析の各段階で使用されます。これには以下が含まれます：

• 試薬ブランクとして
• 試料および標準液の調製
• 機器および試料容器の洗浄

水中の不純物は、機器の最適な動作を妨げ、干渉を引き起こし、結果の信頼性に影響を与える可能性があるため、検査機関は自らが使用する精製水の高品質さと安定性を確信していなければなりません。

研究：Milli-Q^®超純水を用いた食品およびボトル入り飲料水の品質管理

我々は、Milli-Q^® IQ 7000水処理システムから供給される超純水を、様々な食品およびボトル入り飲料水試料の多元素分析に用いた場合の有効性を評価した。食品試料としては、有毒金属による汚染が疑われやすいもの（マグロ、米、アップルソース、赤身肉、カキ）を選定した。ボトル入り飲料水試料は、水質分析が規制の対象となっていることを踏まえて選定した。品質管理はEU規制に従って実施した。^8,9

分析方法および試薬

規制対象の金属汚染物質：クロム、カドミウム、水銀、鉛、スズなど

有毒元素（Cd、Cr、Hg、Pb、Sn）に関するEU要件への適合性を評価するため、食品および環境試験機関で一般的に検査される食品試料の分析に、バリデーション済みの方法を用いた。欧州レベルではその他の重金属に対する規制値は設定されていないが、フランスの規制当局は、食品の安全性および品質（製品の汚染、真正性、トレーサビリティなど）を管理するため、特定の金属（Al、Co、Cr、Ni、Se、Zn）について通知レベルを設定している。

ICP-MSによる元素分析および装置パラメータ

分析は、フランス・ヴァンデ県にある認定環境・食品・飲料試験所によって実施された。¹¹ 同試験所は、ICP-MSを用いて食品およびボトル入り飲料水試料の多元素分析を行った。各試料は3回分析され、結果は平均値、標準偏差、および相対標準偏差として示された。

• 食品試料の分析は、フランス政府のイニシアチブである食品安全のためのANSES/LSAliments-LSA-0084分析法¹²（As、Cd、Hg、Pbについて）または内部ICP-MS法（Al、Cr、Co、Cu、Ni、Se、Sn、ZnについてはANSES/LSAliments-LSA-0084法に基づく）に従って行われた。
• ボトル入り飲料水試料は、2つの異なる方法に従って分析された。方法1は、飲用に供される水の品質に関する指令2020/2184⁶に基づいていた。検出限界（LOD：分析法を用いて確実に検出可能な最低濃度）は、NF EN 17294-1-2004規格に従って評価および算出された。¹³ 定量限界（LOQ：分析法を用いて正確に測定可能な元素の最低濃度）は、2017年10月19日付の^政令¹⁴に基づき設定され、NF T 90-210規格に従ってマトリックス内で検証された。 NF EN 17294-1-2016 規格¹⁵ に基づく方法 2 は、水試料中の低濃度の元素を分析するために当研究所によって開発されました。

ICP-MS装置のパラメータ（表1）は、高い感度、信頼性、正確性、および精度を実現するように選定された。

試薬および水

上記の規制基準に記載されている通り、試料および標準溶液の調製には、Milli-Q^® IQ 7000水処理システムから供給された超純水[18.2 MΩ・cm、全有機炭素（TOC）< 5 µg/L]を使用した。 この水処理システムには、分注ポイントに Millipak^® フィルターが装備されており、0.22 µm の膜フィルターによって粒子や細菌の除去が確実に行われるようになっている。超純硝酸は蒸留により調製した。標準溶液は Tech Lab から購入した。

校正溶液

校正用溶液は、原液を、その都度分注した Milli-Q^® 超純水および超純硝酸で希釈して調製した。これらの校正溶液を用いて、検量線を作成し、本法の測定範囲における直線性を評価した。

直線的な検量線が得られた

各元素の検量範囲および定量下限（LOQ）は、EU規制機関が定めた各元素の最大許容濃度に基づいて設定された。^6,8 各元素について、少なくとも5つの標準濃度を用いた。食品および飲料水試料の分析におけるPb、Cd、As、Crの検量線の例を図1に示す。

食品の分析において、試験対象元素の各標準曲線の直線性は1に近い値を示した。LOD値は0.0002～0.004 mg/kgの範囲であった。LOQ値は0.005～0.25 mg/kgの範囲であった。

水試料の分析において、各標準曲線の直線性は、対象元素について1に近い値を示した。LOD値は0.004 µg/Lから32 µg/Lの範囲であった。LOQ値は0.01 µg/Lから1000 µg/Lの範囲であった。

品質が安定した高純度水を使用することで、直線的な検量線の作成が可能となった。校正標準液の調製や試料の希釈に高品質な水を使用することで、分析対象の元素のみが標準溶液に意図的に添加されたものとなることが保証され、結果の不正確さや校正プロセスにおける誤差につながる元素汚染を防ぐことができる。全体として、直線的な検量線は、研究者がより高い感度（より低い検出限界）で、より正確かつ信頼性の高い結果を得るのに役立つ。

食品試料の元素分析

表2は、試験対象となった食品試料の定量元素分析結果および各元素の検出限界（LOD）を示している。すべての試料は、フランスの法規制に適合していることが確認された。 本研究では、食品中のヒ素および水銀の含有量はブランドによって大きく異なり、栽培環境の影響により、有機食品の方が従来型食品よりも高い傾向にあることが判明した。なお、本研究は（標本抽出の代表性の欠如や無作為抽出の制限などにより）食品の品質について広範な一般化を行うものではない点に留意が必要である。むしろ、その目的は、元素分析の精度において水が果たす役割を明らかにすることにある。

対象元素を包括的に分析するためには、分析に使用する水中の汚染物質レベルを最小限に抑えることが不可欠である。我々の知見は、分析プロセスで使用される超純水が、低い検出限界（LOD）を達成し、信頼性の高い結果を得ることを可能にしたことを示している。

ボトル入り飲料水における元素分析

同様に、2つの異なるボトル入り飲料水ブランドのサンプルについて、EU^規制6に基づき、規制対象および非規制対象元素の定量分析を行った（表3）。Pbなどの懸念される元素の濃度はすべて、WHOの推奨値を下回っていた。

より高感度な手法（すなわち「方法2」、表3の最終列）を活用することで、Milli-Q^®超純水中の元素濃度は、確立された手法である「方法1」で算出された検出限界（LOD）と同等か、あるいはそれを下回ることがさらに実証された。これらの結果は、高感度分析を行う上でMilli-Q^®超純水が適していることを裏付けている。

結論：ICP-MSおよびICP-OES分析における品質保証における超純水の役割

ICP-MSやICP-OESなどの多元素分析を行う際、分析対象の元素を含まない超純水を使用することが極めて重要です。Milli-Q^®超純水には金属やその他の不純物が含まれていないことが不可欠です。これらは、ブランク、標準液、試料前処理、装置の洗浄に影響を及ぼし、分析中に干渉を引き起こす可能性があるためです。

本調査により、消費者の健康と製品の品質を確保するために不可欠な、食品および飲料水の元素分析におけるMilli-Q^®超純水の適合性が実証されました。Milli-Q^®超純水システムは、標準化された環境下で稼働する試験所の日常業務を支援し、信頼性が高く、再現性および反復性のある分析結果を得るために、一貫した水質を保証します。さらに、この水精製システムは、監査を受ける試験所にとって極めて重要な要素であるデータのトレーサビリティを維持します。

環境試験や食品・飲料試験を行う研究所で働く科学者のニーズに合わせて、様々な水処理ソリューションが用意されています。