窒素エバポレーターと遠心エバポレーターの違い

Orange Science
2 日前
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メタノールの蒸発乾燥 - 窒素エバポレーターと遠心エバポレーター、どちらが速いか？

メタノールの蒸発は実験室で一般的な手順であり、蒸発方法の選択は処理時間と効率に大きく影響します。本ページでは、窒素エバポレーターと遠心エバポレーターの2つの一般的な蒸発技術を比較し、メタノールを完全に蒸発させる性能に焦点を当てます。

この比較のため、Organomation社のN-EVAP窒素エバポレーターとThermo Scientific社のSpeedVac遠心エバポレーターで試験をしました。

窒素エバポレーターと遠心エバポレーターの理解

窒素エバポレーターと遠心エバポレーターは、実験室環境において分析前に過剰な溶媒を除去するために用いられる二つの異なる溶媒蒸発法です。それぞれの主な相違点と、それぞれが適している場合について見ていきましょう。

窒素エバポレーター（N-EVAP）

- 液体表面に窒素ガスを吹き付ける方式。

- ガス流が液面から蒸気を継続的に除去し、蒸発速度を向上させる。

- 穏やかな加熱と併用することで蒸発をさらに促進可能。

- 揮発性溶媒や熱に弱い試料に適する。

遠心エバポレーター（SpeedVac）

- 遠心力、真空、および多くの場合加熱を組み合わせて溶媒を除去します。

- サンプルは真空チャンバー内で回転され、これにより溶媒の沸点が低下します。

- 遠心力によりバンプ現象や交差汚染を防ぎます。

- 複数のサンプルを同時に処理できます。

窒素エバポレーターと遠心エバポレーターの主な違い

機構

N-EVAPは気流と穏やかな熱を利用するのに対し、SpeedVacは遠心力と真空を利用します。

加熱方法

N-EVAPは試験管に直接的かつ局所的に熱を加えるのに対し、SpeedVacは焦点の定まらない加熱チャンバーを利用します。

交差汚染

N-EVAPは各サンプルに独立したガス流を採用し、サンプル間の交差汚染リスクを最小限に抑えます。SpeedVacではサンプルが共有チャンバー内で蒸発されるため、汚染リスクが生じる可能性があります。

コストとメンテナンス

SpeedVacは真空ポンプやローターなどの追加部品が必要なため、一般的にN-EVAPよりも維持コストが高くなります。

比較実験の条件

窒素エバポレーターと遠心エバポレーターの比較は、以下の特定条件下で実施しました。

SpeedVac：

- 温度：35°C

- 圧力：2-6 mTorr

N-EVAP：

- 水浴温度：35°C

- 窒素ガス流量：4-5 LPM（リットル毎分）

両手法の公平な比較のため35°Cが使用されましたが、N-EVAPにおけるメタノール蒸発の推奨水浴温度は63°Cであることに留意が必要です。これは本実験におけるN-EVAPの性能が控えめな結果を示唆しており、最適条件下ではさらに速い蒸発速度が達成可能であることを意味します。

2 mL エッペンドルフチューブにおける蒸発速度比較

2 mL エッペンドルフチューブにおいて、N-EVAPは蒸発速度でSpeedVacを大幅に上回った：

N-EVAPは1.5 mLのメタノールをわずか30分で完全に蒸発させた。
一方、SpeedVacでは同量の完全蒸発に40分を要した。

N-EVAPとSpeedVacの両装置とも、初期段階では急速な蒸発を示し、最初の25分間でサンプル量を平均0.2mLまで減少させた。しかしSpeedVacが乾燥状態に達するまでにさらに15分を要したのに対し、N-EVAPでは同じ容量を乾燥させるのに追加でわずか5分しかかからなかった。

15 mL ファルコンチューブでの蒸発速度比較

15 mL ファルコンチューブでより大きな容量を蒸発させる場合、性能差はさらに拡大する：

N-EVAP は 5 mL のメタノールを 65 分で完全に蒸発させた。
SpeedVac は同じ容量を蒸発させるのに 90 分を要し、所要時間は 38% 増加した。

N-EVAPは一貫した高速蒸発を示し、平均45分で1.4mLまで減量した。一方、SpeedVacは同様の1.5mL減量に60分を要した。

蒸発速度の分析

両手法の効率をより深く理解するため、蒸発速度を比較することができます：

方法	2mLエッペンドルフチューブ内での速度	15mLファルコンチューブでの速度
窒素ブローダウン (N-EVAP)	0.05 mL/分	0.077 mL/分
遠心 (SpeedVac)	0.0375 mL/分	0.056 mL/分

N-EVAPは一貫して高い蒸発速度を示し、2mLチューブでは約33%、15mLチューブでは約38%高速です。

窒素エバポレーター N-EVAPの優れた性能に寄与する要因

N-EVAPにおけるメタノールの高速蒸発は、以下の複数の要因に起因します：

1. 直接ガス流

N-EVAP内の窒素流が液面に直接作用し、蒸発を促進します。

2. 局所的濃縮

集中したガス流によりメタノール蒸気濃度が低い領域が生じ、蒸発速度が向上します。

3. 効率的な熱伝達

ガス流は熱伝達の効率化にも寄与し、プロセスをさらに加速させます。

窒素エバポレーターのさらなる蒸発速度差の可能性

本実験におけるN-EVAPの性能は控えめな結果である点に留意すべきです。メタノールの蒸発に推奨される浴温は63°Cであり、本研究で使用した35°Cを大幅に上回ります。N-EVAPを最適温度で運転すれば蒸発速度はさらに向上し、両手法間の性能差はさらに拡大するでしょう。追加情報として、推奨浴温63°CでN-EVAPを用いた過去の蒸発試験では、メタノールの蒸発速度は0.25 mL/minであったのに対し、本試験では平均0.06 mL/minであった。

結論として、本データは窒素エバポレーターが、最適温度未満での運転時であっても、遠心エバポレーターと比較してメタノールの完全蒸発を著しく高速化することを明確に示しています。この効率性は異なる試料量や容器タイプにおいても一貫しており、N-EVAPは実験室環境における迅速なメタノール蒸発に優れた選択肢となります。推奨温度63°Cでのさらなる蒸発速度向上の可能性は、迅速なメタノール蒸発を必要とする実験室において、N-EVAPがより強力なツールとなり得ることを示唆しています。

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。

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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。

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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。