肥料として用いられている新しい鉄キレート化合物試作品のダイオードアレイ検出器に連結した液体クロマトグラフィーによる迅速検出法

肥料として用いられている新しい鉄キレート化合物試作品のダイオードアレイ検出器に連結した液体クロマトグラフィーによる迅速検出法
　
Fast Determination of a Novel Iron Chelate Prototype Used as a Fertilizer by Liquid Chromatography Coupled to a Diode Array Detector
　
Silvia Valverde, Alejandra Arcas, Sandra Lopez-Rayo, and Juan J. Lucena
　
Journal of Agricultural and Food Chemistry
https://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c05943 J
　　　
　　
（要旨）
鉄欠乏植物を改善するために使用される合成キレートを使用した場合、環境リスクがあるので、新しい生分解性キレートの導入が望まれている。本研究では、新しい試供品である鉄キレート剤であるFe(III)-benzeneacetate,2-hydroxy-α-[(2-hydroxyethyl)amino](BHH/Fe3+) を、液体クロマトグラフィーにダイオードアレイ検出器で検出する手法を開発した。この方法が持続可能な代替手法となる可能性があることを示す。
クロマトグラフィー分析は、LiChrospher RP-18を使用して、以下の条件で実施した。
移動相はアセトニトリル（溶媒A）とホウ酸ナトリウム緩衝液0.20mM、pH= 8（溶媒B）、流速1.0 mL/min、アイソクラティック溶出モード。定量下限（LOQ）〜50 mg/L，精度（標準偏差5％未満）で直線的である。提案された手法は，選択性、正確性、堅牢性に優れているおり、鉄キレート化合物BHH/Fe3+の定量に適している。
　　
　
(まえがき)

現在植物の鉄欠乏を治す最も効果的な方法は、土壌や葉面への鉄肥料の施用である。EU2003/2003には、唯一のFe2+無機塩であるFeSO4、合成Fe3+キレート、および安定性の低い鉄錯体が含まれている。無機塩は中性塩基性土壌では沈殿が速く効率が低いため、使用は反応性の低い媒体または葉面散布に限定される。農業分野で広く使用されている合成鉄キレートは、ポリアミノカルボン酸系キレート剤を使用した中〜高安定性の製品である。キレートは、金属中心に電子を与えることができる有機アニオンなどのキレート剤によって形成された配位子で鉄3+が囲まれた複雑な有機分子である。これにより、金属の沈殿を防ぎ、鉄は溶液中に留まり、植物の根に運ばれる。キレート剤としては、エチレンジアミン四酢酸（EDTA）、エチレンジアミン-N-N′ビス（o-ヒドロキシフェニル酢酸）（o，o-EDDHA）、N-N′ビス（o-ヒドロキシフェニル）エチレンジアミン-N-N′-二酢酸（HBED）がよく使われ、Feに対して中〜高程度の親和性を持っています。これらの合成キレートは農作業に有効であるが、一般に環境中に残留するため、環境リスクがある。そのため、従来の合成キレートよりも環境負荷が低く、かつ有効な新しい分解性鉄キレートの探索に大きな関心が集まっている。本研究では、ベンゼン酢酸、2-ヒドロキシ-α-［（2-ヒドロキシエチル）アミノ］（BHH）キレート剤（その構造と主な物理化学的特性については、図1を参照）に基づく新しい鉄キレートの可能性に注目しました。この配位子は、2級アミン、2つの水酸基（1つはフェノール、もう1つはカルボキシル）および1つの不斉炭素を持ち、したがって2つの異性体SおよびRとして存在する可能性がある。o,o-EDDHAは6座の錯体を形成するが、BHHは配位数が少ないため、キレートの構造がオープンになり、鉄-キレート結合へのアクセスがより容易になる。安定性が低く、徐々に分解され、植物に鉄を供給する、持続的な鉄キレート剤としての利用が期待される。農耕地での有効性は、構造が似ていることからo,o-EDDHAと同程度と予想される。C18 11-21系分析カラムを用いた液体クロマトグラフィー（LC）は、既存の文献や欧州標準化委員会（CEN）が示す肥料としての鉄キレート剤の使用に関する欧州法規の観点から、溶液中や市販品の鉄キレートを測定するための手法として選択されるものである。さらに近年では、LCと質量分析（MS）のカップリング、特にエレクトロスプレー（ESI）源を用いた、多くの場合はネガティブモードイオン化、一部の研究では大気圧化学イオン化によるタンデム質量分析（MS/MS）は、その感度と選択性から、金属キレート錯体の分析に適した分析技術の一つになっている。しかしながら、ダイオードアレイ検出器（DAD）は、安価で信頼性の高い検出器であるため、多くの研究およびルーチンラボで広く採用されている。本研究の目的は、LCDADによってBHH/Fe3+を定量し、MS/MSによって確認する具体的な分析方法を初めて提案することである。親水性相互作用液体クロマトグラフィー（HILIC）と逆相液体クロマトグラフィー（RPLC）を用いて保持と分離を比較したところ、HILICの方がより高い保持を示し、RPLCはより低い保持を示した。その結果、LiChrospher RP-18を用いて分離することが決定された。移動相組成、pH、有機修飾剤の種類、各種添加剤の添加による影響、流速など、さまざまなパラメータの影響を検討した。本研究のさらなる目標は、潜在的な商業製品中のBHH/Fe3+を測定するために提案された方法の完全なバリデーションを行うことであった。UE 規制の認可化合物リストに肥料を含めることを承認するためには、キレート鉄および/またはリガンド含有量を測定できる、CEN によって承認された分析方法が必要である

　 　　
(結論)


石灰質土壌の鉄クロロシスの治療薬として使用されるBHHをキレート剤として含む市販肥料の候補群に，キレート鉄を測定するLC-DADルーチンメソッドが開発されたのは，これが初めてである。また、LiChrospher RP-18の有用性を他の従来型充填剤と比較して実証した。有機修飾剤、移動相組成、pHを最適化した。提案した分析法は十分に検証され，定量限界，広い濃度範囲，良好な精度および頑健性など，非常に良好な分析結果が得られた。開発したメソッドは，この種の製品を規制する指令に従って，市販のキレートを定量するために使用することができた。さらに、定量および確認遷移はMS/MSによって決定され、これは土壌中の鉄キレートの散逸プロセスおよび潜在的な分解生成物のさらなる調査に使用される可能性がある。この方法論は、環境条件下での分解メカニズムや分解生成物の毒性の確立に応用可能である。
　　
　
図1説明

BHH (C10H13NO4; molecular weight, 211.21) and o,o-EDDHA (C18H20N2O6; molecular weight, 360.37)の化学構造と物理化学的性質。＊は不斉炭素。
　　　
図2の説明

BHH/Fe3+, EDTA/Fe3+, o,o-EDDHA/Fe3+, and HBED/Fe3+（濃度10 mg/L）

図１

図2