マイクロプラスチック・ナノマテリアル分析におけるサンプル前処理と窒素エバポレーター

17 時間前
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環境分析で重要性が高まるマイクロプラスチック・ナノマテリアル

マイクロプラスチックは、21世紀における代表的な新興汚染物質の一つとして注目されています。深海、河川、土壌、大気中のエアロゾル、食品、生体試料など、さまざまな環境中から検出されており、環境分析ラボにおける重要な分析対象となっています。

マイクロプラスチックは、一般的に5mm未満のプラスチック粒子を指します。環境中では、プラスチック粒子そのものだけでなく、可塑剤、難燃剤、紫外線安定剤などの添加剤、さらにポリマーの分解物も分析対象となります。

そのため、マイクロプラスチック・ナノマテリアル分析では、単に粒子を検出するだけでなく、関連する化学物質を正確に抽出・濃縮・同定するための高度なサンプル前処理が不可欠です。

Organomation社の窒素エバポレーターは、環境分析における有機溶媒の濃縮・除去工程を効率化し、GC-MS、LC-MS/MS、Py-GC-MSなどの分析前処理を支援します。

マイクロプラスチック分析で対象となる主な汚染物質

可塑剤：プラスチックから溶出する化学物質

可塑剤は、プラスチックに柔軟性を与えるために添加される化学物質です。これらはポリマーに化学的に結合していないため、水、土壌、生物試料などへ移行しやすい性質があります。

代表的な可塑剤には、以下があります。

フタル酸ジ-2-エチルヘキシル（DEHP）
フタル酸ジイソノニル（DiNP）
フタル酸ジイソデシル（DiDP）
代替可塑剤 DEHT
代替可塑剤 TOTM

フタル酸エステル類は、内分泌かく乱、発達影響、潜在的な発がん性などが懸念されており、環境モニタリングにおける重要な分析対象です。

BPAなどの関連化学物質

ビスフェノールA（BPA）は厳密には可塑剤ではなく、ポリカーボネートなどに使用されるモノマーですが、マイクロプラスチック関連の重要な汚染物質として扱われます。

BPAは内分泌かく乱作用が知られており、マイクロプラスチック表面に吸着・脱着することで、生体内や環境中での曝露リスクに関与する可能性があります。

添加剤：難燃剤・紫外線安定剤

マイクロプラスチック汚染では、プラスチック粒子そのものだけでなく、製品に添加された機能性化合物も問題となります。

主な添加剤には以下があります。

臭素系難燃剤（BFR）
有機リン系難燃剤（OPFR）
紫外線安定剤
酸化防止剤
界面活性剤

これらの添加剤は環境中に残留し、生物組織へ蓄積する可能性があります。とくに魚類などでは、汚染されたマイクロプラスチックを摂取することで、添加剤が体内へ移行するリスクが指摘されています。

ポリマー断片：マイクロプラスチック粒子そのもの

環境サンプルでよく検出されるポリマーには、以下があります。

ポリエチレン（PE）
ポリプロピレン（PP）
ポリスチレン（PS）
ポリエチレンテレフタレート（PET）
ポリ塩化ビニル（PVC）
ポリメチルメタクリレート（PMMA）
ナイロン類

これらのポリマーは、紫外線、熱、機械的摩耗などによって断片化し、二次マイクロプラスチックとして環境中に残留します。さらに、表面の酸化や官能基の形成により、有機汚染物質や重金属を吸着する可能性もあります。

マイクロプラスチック分析におけるサンプル前処理の流れ

マイクロプラスチック分析では、サンプルの種類に応じた適切な抽出・分離・濃縮が必要です。

一般的な前処理ワークフローは以下の通りです。

1. 初期乾燥

水分を除去し、後続の処理を安定させます。加熱温度が高すぎるとポリマー粒子や分析対象物に影響を与える可能性があるため、温度管理が重要です。

2. ふるい分け

5mm〜数百μm程度のメッシュを使用し、大きな夾雑物を除去します。粒子サイズごとに分類することで、後続の分析効率を高めます。

3. 有機物除去

過酸化水素や酵素処理により、生物由来成分や有機物を除去します。これにより、FTIR、ラマン分光、Py-GC-MSなどによるポリマー同定の精度を高めます。

4. 密度分離

ポリマーと鉱物・有機物の密度差を利用し、マイクロプラスチックを分離します。

使用される溶液の例：

塩化ナトリウム（NaCl）
炭酸カリウム（K₂CO₃）
ヨウ化ナトリウム（NaI）
臭化亜鉛（ZnBr₂）
NaCl-スクロース混合液

5. ろ過

ガラスマイクロファイバーフィルターや専用膜を用いて、分離されたマイクロプラスチックを捕集します。

6. 乾燥

フィルターや抽出物を分析に適した状態へ乾燥します。

7. ポリマー同定・化学分析

FTIR、ラマン分光、Py-GC-MS、GC-MS、LC-MS/MSなどにより、ポリマー種類、粒子数、添加剤、可塑剤などを分析します。

有機溶媒蒸発が重要な理由

マイクロプラスチック・ナノマテリアル分析では、抽出後に有機溶媒を除去し、分析対象物を検出可能な濃度まで濃縮する工程が必要です。

この工程は、GC-MS、LC-MS/MS、Py-GC-MSなどの分析精度に直接関わります。

有機溶媒の蒸発・濃縮が不十分な場合、以下のような問題が生じる可能性があります。

検出感度の低下
残留溶媒によるイオン化阻害
分析装置への負荷
再現性の低下
サンプル間ばらつきの増加

そのため、環境分析ラボでは、穏やかで再現性の高い濃縮方法が求められます。

窒素吹き付けによる濃縮のメリット

Organomation社の窒素エバポレーターは、窒素ガスをサンプル表面へ穏やかに吹き付けることで、有機溶媒を効率よく蒸発させます。

気液界面の蒸発を促進

窒素ガスが液面上の溶媒蒸気を継続的に除去することで、蒸発が促進されます。液相と気相の平衡を防ぎ、効率的な溶媒除去を実現します。

温度制御による安定した濃縮

加熱水浴やドライブロックヒーターと組み合わせることで、サンプル温度を安定的に制御できます。過度な加熱による分析対象物の分解を抑えながら、効率的な濃縮が可能です。

熱に弱い化合物にも対応

窒素吹き付け濃縮は、熱に敏感な有機化合物の分解を抑えやすい穏やかな濃縮方法です。可塑剤、添加剤、残留農薬、PFAS、医薬品、パーソナルケア製品など、多様な環境分析対象に適しています。

多検体処理に対応

複数サンプルを同時に処理できるため、環境モニタリングや高スループット分析に適しています。

マイクロプラスチック分析におけるOrganomation社窒素エバポレーターの活用

可塑剤分析の前処理

プラスチックサンプルや環境試料から、アセトン、ジクロロメタン、酢酸エチル、n-ヘキサンなどを用いて可塑剤を抽出した後、GC-MS分析前に抽出液を濃縮します。Organomation社の窒素エバポレーターは、この濃縮工程を効率化し、微量可塑剤の検出を支援します。

添加剤分析の前処理

難燃剤、紫外線安定剤、酸化防止剤などの添加剤分析では、抽出液の濃縮と溶媒除去が重要です。窒素吹き付けによる穏やかな濃縮により、熱に不安定な化合物にも配慮した前処理が可能です。

GC-MS / LC-MS/MS分析前の溶媒除去

残留溶媒は、質量分析におけるイオン化や検出を妨げる可能性があります。窒素エバポレーターを用いることで、分析前に溶媒を効率的に除去し、再現性の高い測定を支援します。

多成分残留分析

農薬、PFAS、医薬品、パーソナルケア製品などを含む複雑な環境サンプルでも、溶媒蒸発は重要な工程です。多様なサンプルタイプを扱う環境分析ラボにおいて、窒素エバポレーターは汎用性の高い前処理装置として活用できます。

Organomation社窒素エバポレーターの特長

N-EVAPシリーズ

N-EVAPシリーズは、個々のサンプルに対して窒素ガス流量を調整できるベンチトップ型窒素エバポレーターです。

6〜45ポジションの構成があり、複数のバイアルやチューブサイズに対応できます。水浴加熱、ドライビーズ加熱、非加熱構成など、用途に応じたモデル選択が可能です。

主な特長

個別ガス流量制御
多検体同時処理
複数チューブサイズに対応
水浴・ドライビーズ・非加熱モデルを選択可能
環境分析ラボに適した柔軟な構成

N-EVAP 製品一覧

MULTIVAPシリーズ

MULTIVAPシリーズは、多数のサンプルを同時に処理する高スループット分析向けの窒素エバポレーターです。

サンプルを加熱アルミブロックまたは水浴に設置し、窒素分配マニホールドを一括で上下させることで、複数サンプルの蒸発処理を一度に開始・終了できます。

主な特長

高スループット処理
多数サンプルの一括濃縮
均一な温度管理
バッチ処理に適した設計

MULTIVAP 製品一覧

MICROVAPシリーズ

MICROVAPシリーズは、96ウェルマイクロプレートや小規模バッチ処理に適したコンパクトな窒素エバポレーターです。

高スループットスクリーニングや少量サンプルの処理が求められる研究用途に適しています。

主な特長

96ウェルプレート対応
少量サンプルの濃縮
コンパクト設計
スクリーニング用途に対応

MICROVAP 製品一覧

NITRO-GEN™ 窒素発生装置

NITRO-GEN™は、既存の圧縮空気供給と組み合わせて高純度窒素をオンデマンドで生成する窒素発生装置です。

ガスボンベや液体窒素デュワーへの依存を減らし、窒素エバポレーター運用に必要な安定した窒素供給を支援します。

NITRO-GEN

対応する分析・研究用途

Organomation社の窒素エバポレーターは、以下のような環境分析・研究用途に活用できます。

環境分析

マイクロプラスチック分析
ナノマテリアル分析
河川水・海水分析
土壌・堆積物分析
大気中粒子分析
排水分析

化学物質分析

可塑剤分析
フタル酸エステル分析
BPA分析
難燃剤分析
紫外線安定剤分析
農薬分析
PFAS分析
医薬品・パーソナルケア製品分析

分析装置との組み合わせ

GC-MS
LC-MS/MS
HPLC-MS/MS
Py-GC-MS
FTIR
ラマン分光

コンタミネーション対策にも配慮した前処理環境へ

マイクロプラスチック分析では、実験室環境由来のコンタミネーション対策が非常に重要です。室内空気、実験器具、衣服、試薬などから微小プラスチックが混入する可能性があります。

分析精度を高めるためには、以下のような対策が推奨されます。

プラスチック製器具を避け、ガラス・金属製器具を使用する
超純水や溶媒を事前にろ過する
ラミナーフローフードやクリーン環境で処理する
手順ブランクを設定する
天然繊維のラボコートを使用する
サンプル乾燥・濃縮条件を標準化する

Organomation社の窒素エバポレーターは、再現性の高い濃縮工程を構築し、標準化された環境分析ワークフローの確立に貢献します。

マイクロプラスチック分析の高度化を支える窒素エバポレーター

マイクロプラスチックやナノマテリアルは、今後さらに重要性が高まる環境汚染物質です。分析対象は、ポリマー粒子そのものに加え、可塑剤、添加剤、吸着化学物質など多岐にわたります。

そのため、環境分析ラボでは、抽出、分離、濃縮、分析までを一貫して高精度に行うワークフローが求められます。

Organomation社の窒素エバポレーターは、有機溶媒の蒸発・濃縮工程を効率化し、以下を支援します。

高感度分析
多検体処理
有機溶媒除去
サンプル濃縮
再現性向上
分析ワークフローの標準化

環境分析、食品安全、製薬、バイオテクノロジー、学術研究など、幅広いラボにおいて、Organomation社の窒素エバポレーターは信頼性の高いサンプル前処理装置として活用されています。

よくあるご質問

マイクロプラスチック分析で窒素エバポレーターは何に使いますか？

抽出後の有機溶媒を除去し、分析対象物を検出可能な濃度まで濃縮するために使用します。GC-MS、LC-MS/MS、Py-GC-MSなどの分析前処理に有効です。

マイクロプラスチック粒子そのものを蒸発させる装置ですか？

いいえ。窒素エバポレーターは、主に抽出液中の有機溶媒を蒸発・除去するための装置です。マイクロプラスチック粒子や関連化学物質の分析前処理に使用されます。

どのような溶媒に対応できますか？

アセトニトリル、メタノール、ジクロロメタン、ヘキサン、酢酸エチルなど、一般的なクロマトグラフィー溶媒の蒸発に対応できます。条件によっては、水、DMSO、DMFなどの高沸点溶媒にも対応可能です。

可塑剤や添加剤の分析にも使えますか？

はい。フタル酸エステル類、BPA、難燃剤、紫外線安定剤などの抽出液濃縮に使用できます。

多検体処理は可能ですか？

はい。N-EVAP、MULTIVAP、MICROVAPなど、処理数やサンプル形状に応じたシリーズが用意されています。高スループットの環境分析にも対応できます。

GC-MSやLC-MS/MSの前処理に使えますか？

はい。残留溶媒は質量分析に影響する可能性があるため、分析前の溶媒除去・濃縮工程に窒素エバポレーターが使用されます。

マイクロプラスチック分析ではコンタミ対策が必要ですか？

はい。マイクロプラスチックは実験室環境にも存在するため、ガラス・金属器具の使用、試薬のろ過、ブランク管理、クリーン環境での処理などが重要です。

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Organomation社製品一覧

Organomation - 窒素エバポレーター

オレンジサイエンスでは世界的に有名なOrganomation社の窒素エバポレーターを取り扱っています。Organomation社は、窒素ブローダウン技術を中心とした窒素エバポレーター・窒素ブローダウン蒸発装置を専門としている機器開発メーカーです。1959年に設立され、60年以上にわたり、世界中の研究・試験機関向けに窒素エバポレーター・窒素蒸発装置を提供してきました。Organomation社の高品質な窒素エバポレーター装置は、世界中で信頼性が高く、メンテナンスの手間がかからない実験装置であると高く評価されています。また、耐用年数が長いため、今日の多忙な研究室にとって、非常に費用対効果の高いソリューションとなっています。

窒素エバポレーターとは、分析用サンプルの前処理によく使用される実験装置です。環境試験、農業、食品・飲料、医薬、品質保証、科学捜査、オイル・グリースなど、様々な業界で使用されており、質量分析を行う前にサンプルを乾燥・濃縮するために使用されます。試料は窒素エバポレーターに充填され、窒素ブローダウンが、時には熱と併用されながら、試料の水分を除去するために使用されます。

Organomationの卓上型窒素エバポレーターは、窒素ガスの穏やかな流れをサンプルに直接供給します。一定のガス流は、蒸気が飽和した空気層を押し流し、蒸気が液体に戻るのを防ぎます。これにより、過剰な溶媒蒸気の量が減少し、圧力が下がり、サンプルがより速く蒸発することが可能になります。これは、少量、揮発性、半揮発性のサンプルには特に重要です。

窒素ブローダウンは消耗品を必要としない方法であり、サンプルに非常に優しく、代替オプションと比較して非常に手頃な価格です。

Organomationは、N-EVAPライン、MULTIVAPライン、MICROVAPラインの3つの主要製品ラインを通じて、少量サンプル用の窒素ブローダウン蒸発器の多くのバリエーションを提供しています。

N-EVAP

N-EVAPは調整可能な窒素ブローダウン技術を利用しており、窒素ガスを無駄にすることなく、サンプルへの窒素フローを完全にコントロールできます。柔軟性がN-EVAPの特徴です。他の少量サンプルエバポレーターと異なり、N-EVAPは、別々のヒートブロックを必要とせず、一度に数種類のバイアルやチューブを保持することができます。非加熱モデルだけでなく、ウォーターバスまたはドライビーズ付きの加熱モデルもあります。

N-EVAP

MULTIVAP

MULTIVAPは、一度に多数のサンプルのバッチ濃縮に一貫性を提供します。チューブは、加熱された特注アルミブロックまたはウォーターバスに設置されます。窒素分配マニホールドはユニットとして昇降し、1回の動作で全サンプルへの蒸発を開始または停止します。

MULTIVAP

MICROVAP

MICROVAPは、96ウェルマイクロプレートや小ロット用に設計されたコンパクトな装置で、ライフサイエンスや製薬業界のお客様によく使用されています。サンプルは、サンプルチューブに合うように特注加工された加熱アルミニウムブロックに収まります。常温での蒸発用に、加熱なしのモデルもあります。

MICROVAP

窒素ブローダウン蒸発器は、少量のサンプルや大量のサンプルの蒸発、複数のサンプル前処理方法の同時実行を可能にすることで、ラボに利益をもたらします。

動画

https://www.youtube.com/watch?v=e9dbWmoWwSw

時間計算・溶媒除去方法判別ツール

Organomation社の日本語Webサイトでは溶媒除去に関する時間計算ツール・溶媒除去方法判別ツールを用意しています。手作業で処理していた濃縮除去の時間を濃縮器を使うことでどれだけ時間短縮できるか、ラボに必要な溶媒除去方法、濃縮器が必要か、など、いくつかの質問に答えるだけですぐに回答が得られます。ぜひご活用ください。

溶媒除去に要する時間計算

どの溶媒除去方法が適切か

濃縮器導入の判断

Organomationの窒素エバポレーターの違い

Organomation社は、窒素ブローダウン技術を中心としたラボ用窒素エバポレーターのメーカーです。N-EVAP、MICROVAP、MULTIVAPの3つの主要なブローダウン製品ラインがあります。各製品ラインは、容量、制御、機能が異なるため、さまざまな用途に対応できるように設計されています。ここでは、各エバポレーターの主な違いを説明し、どのエバポレーターがお客様のラボに最適かを判断できるようにします。