未解決の複雑な混合物

未分解複合混合物（UCM）、またはハンプは、原油や油にさらされた生物からの抽出物のガスクロマトグラフィー（GC）データで頻繁に観察される特徴です。 ^[1]

UCM の塊が現れる理由は、GC が原油中の炭化水素の大部分を分離して識別できないためです。分離された成分はピークとして現れますが、UCM は大きな背景/プラットフォームとして現れます。非生分解油では、UCM はクロマトグラムの全面積の 50% 未満を占める場合がありますが、生分解油ではこの数字は 90% を超える場合があります。UCM は、潤滑油^[1]やその中の参考文献などの特定の精製画分にも見られます。

UCMの性質を研究することが重要な理由の1つは、いくつかのUCMに有毒成分が含まれていることが示されているためです。^{[2] [3] [4] [5] [ 6] [ 7] [ 8] [9] [10]しかし、環境中で日常的に監視される傾向にあるのは、米国環境}保護庁（USEPA ）のリストに掲載されている16種類の多環芳香族炭化水素（PAH）など、既知の石油系毒性物質のごく一部に限られています。

GCによる原油の炭化水素画分の分析では、何千もの個々の成分を含む複雑な混合物が明らかになります。^[11] GCで分解される成分は広範囲に研究されてきました（例：^[12]） 。しかし、多くの分析技術を適用したにもかかわらず、ごく最近まで、共溶出する化合物の数が多いため、残りの成分を分離することは困難であることが判明しました。熟成した油のガスクロマトグラムには、顕著なn-アルカンのピークがあり、その下にある「こぶ」と呼ばれる炭化水素の未分解の複雑な混合物（UCM）から注意をそらします。風化や生分解などのプロセスにより、分解された成分が除去され、新しい化合物が生成されるため、UCM成分が相対的に濃縮されます。^[13] 油の分解された成分と未分解の成分の両方が同時に生分解されることが示されています。^[1]つまり、それは順次的なプロセスではありませんが、一部の成分の扱いにくい性質により、個々の化合物の生分解速度は大きく異なります。 UCM 画分は、炭化水素で汚染された堆積物 ^[5] (その中の参考文献を参照) や生物相などにおける炭化水素の主成分となることが多い^{[2] [3] [14] [15]。} 現在では、多くの研究で、UCM 内の成分への水性曝露が海洋生物の健康に影響を与える可能性があることが実証されており^{[2] [3] [4 ] [5] [6] [7] [8]}、ホルモンの混乱の可能性も含まれている^[9 ] 。また、環境中の UCM の高濃度は、野生個体群の健康障害と強く関係していることが示唆されている^{[4] [7] [16] [17] 。}

環境性UCMは、高度に分解された石油炭化水素から生成され、一旦形成されると、堆積物中で何年もほとんど変化せずに残ります。たとえば、1969年にディーゼル油流出により、米国ワイルドハーバー川の塩性湿地堆積物が汚染されました。1973年までにベースラインの隆起のみが観察され、その後30年間、嫌気性堆積物中でほとんど変化しませんでした。^[18] UCMが主成分の油がさらに分解される可能性を調べた研究では、複雑なUCM炭化水素に特に適応した細菌を栄養強化と組み合わせて使用​​​​したとしても、生分解速度は依然として比較的遅いという結論が出ました。^[19] 炭化水素の細菌分解は複雑で、環境条件（好気性または嫌気性、温度、栄養素の利用可能性、利用可能な細菌種など）に依存します。

UCM の分離に使用されている比較的最近の分析ツールは、包括的 2 次元 GC ( GCxGC ) です。Liu と Phillips ^[20]によって導入されたこの強力な技術は、異なる分離メカニズムを備えた 2 つの GC カラムを組み合わせたものです。通常、揮発性に基づいて化合物を分離するプライマリ カラムと、極性で分離する 2 番目の短いカラムが結合されています。2 つのカラムは、最初のカラムから溶出するピークを捕捉、フォーカスし、2 番目のカラムに再注入するデバイスであるモジュレーターによって接続されています。最初のカラムから溶出する各ピーク (共溶出ピークが多数ある場合もあります) は、2 番目のカラムでさらに分離されます。2 回目の分離は迅速で、最初のカラムからの後続の画分を相互干渉なしに導入できます。Dallüge ら^[21]は、この技術の原理、利点、および主な特徴をレビューしました。主な利点の 1 つは、非常に高い分離力であり、この技術は複雑な混合物の組成を解明するのに理想的です。 GC×GCのもう一つの重要な特徴は、化学的に関連する化合物がクロマトグラム内で整然とした構造として現れることです。つまり、異性体は、2次元目のカラム相との類似した相互作用の結果として、クロマトグラム内で別個のグループとして現れます。^[22]複雑な石油化学混合物の特性評価のためのGC×GCの使用は、広範囲に検討されてきました。^[23] GC×GCを使用した石油化学炭化水素の研究のほとんどは、炎イオン化検出器（FID）を利用しています。しかし、未知の化合物を識別するために必要な構造情報を得るには、質量分析（MS）が必要です。現在、GC×GCの分析に必要な高い取得速度を提供できるのは、 飛行時間型MS （ToF-MS）だけです。

一部のUCM内の成分が海洋生物に対して有毒であるという説得力のある証拠があります。ノルウェーの原油由来のモノ芳香族UCMにさらされた後、ムール貝のクリアランス率（給餌としても知られています）は40％減少しました。 ^[10]モノ芳香族UCM成分の毒性は、きれいなムール貝と汚染されたムール貝の移植を使用した一連の優れた実験によってさらに証明されました。^[3]ムール貝の組織から抽出されたUCMのGC×GC-ToF-MSによる最近の分析では、既知および未知の化合物の両方が大量に含まれていたことが示されました。^[4]成長と生殖能力の尺度である成長の余地（SfG）が高い、中程度、低いことが知られているムール貝から抽出されたUCMの比較分析により、^[24]分岐アルキルベンゼンがSfGの低いムール貝のUCM内で最大の構造クラスを表すことが明らかになりました。また、アルキルテトラリン、アルキルインダン、アルキルインデンの分岐異性体も、ストレスを受けたムール貝で顕著でした。^[4]市販の化合物と特別に合成した化合物の両方を使用した実験室での毒性試験により、そのような分岐アルキル化構造が、観察されたムール貝の健康状態の悪化を引き起こす可能性があることが明らかになりました。 ^{[4] [7]}現在までに特定されたUCM炭化水素への曝露後にムール貝で観察された可逆的な影響は、毒性の非特異的麻酔（ベースラインとも呼ばれる）作用機序と一致しています。^{[6]有毒なUCM成分が}食物連鎖を通じて生物濃縮できるという証拠はありません。環境的に現実的な濃度の分岐アルキルベンゼンで汚染されたムール貝を餌として与えられたカニ（Carcinus maenas）は、行動障害を起こしましたが、カニの中腸に保持された化合物の濃度はわずかでした。^[8] 1969年のフロリダの荷船原油流出事故（上記参照）による高濃度のUCM炭化水素で汚染された湿地堆積物では、シオマネキ（Uca pugnax）の行動と摂食が影響を受けていると報告されている。^[25]

UCM炭化水素の組成と毒性に関するこれまでの研究の多くは、英国プリマス大学の石油・環境地球化学グループ（PEGG） ^[26]によって行われてきました。炭化水素のUCMだけでなく、油には酸素、硫黄、窒素を含むものなど、より極性の化合物も含まれています。これらの化合物は水に非常に溶けやすいため、海洋生物や水生生物が利用できます。極性UCMは、石油掘削装置やオイルサンド処理からの産出水中に存在します。北海の石油産出水から抽出された極性UCM画分は、エストロゲン受容体アゴニストとアンドロゲン受容体アゴニストの両方の活性によってホルモンの混乱を引き起こすことが報告されています。 ^[9]アサバスカオイルサンド（カナダ）の尾鉱池内の成分の潜在的な毒性に関する継続的な懸念から、存在する化合物の特定の必要性が強調されています。最近まで、オイルサンド産出水に含まれるいわゆるナフテン酸の個々の確実な同定は 、これまで特性評価が困難でしたが、2010年のSETAC会議で発表されたPEGGの最近の研究^[27]では、新しいGCxGC-TOF-MSを使用することで、非常に複雑な抽出物内のさまざまな新しい化合物を分離して特定できることが明らかになりました。存在が確認された化合物の1つのグループは、三環式ダイヤモンドイド酸でした。^[28]これらの構造は、以前はナフテン酸としてさえ考えられておらず、オイルサンドに含まれる一部の石油が前例のないレベルで生分解されていることを示唆しています。

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