成分分析に用いられるLC/MS（液体クロマトグラフィー質量分析）やGC/MS（ガスクロマトグラフィー質量分析）、HPLC（高速液体クロマトグラフィー）分析では、サンプルの正確な分析を行うために「サンプル前処理」が必須です。
サンプル前処理は、分析対象成分を適切な形で機器に導入し、正確な結果を得るための重要なステップです。これにより、サンプル中の不純物や干渉物質が除去され、分析の精度と再現性が向上します。
このページでは、サンプル分析におけるサンプル前処理の重要性と、窒素エバポレーターを用いた具体的なサンプル前処理の手順について詳しく説明します。
サンプル前処理とは
成分分析に用いられるLCMS（液体クロマトグラフィー質量分析）、GCMS（ガスクロマトグラフィー質量分析）、HPLC（高速液体クロマトグラフィー）などで行われる「サンプル前処理」とは、分析対象のサンプルを適切な形で機器に導入するための一連の処理を指します。サンプル前処理は、分析の精度と信頼性を高めるために重要です。具体的な前処理の内容は分析対象や使用する機器によって異なりますが、一般的には以下のような処理が含まれます。
抽出
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分析対象成分をサンプルから効率よく取り出すための手法です。溶媒抽出（液液抽出や固相抽出）や超音波抽出、加熱抽出などが使用されます。
濃縮
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抽出した成分を濃縮して、分析感度を高める処理です。蒸発や凍結乾燥などの方法が用いられます。
濾過
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サンプル中の不溶性物質を取り除くための処理です。微細なフィルターを通すことで、分析装置に負担をかけず、正確な結果を得ることができます。
クリーンアップ
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不純物や干渉物質を除去するための処理です。固相抽出カラムなどを使用して、目的成分だけを精製します。
誘導体化
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分析対象成分の特性を変更して、検出感度や分離性能を向上させるための処理です。例えば、GCMSでは揮発性を高めるために誘導体化が行われることがあります。
再溶解
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濃縮やクリーンアップ後のサンプルを分析に適した溶媒に再溶解する処理です。
標準添加法
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分析の精度を高めるために、既知の濃度の標準物質をサンプルに添加して、回収率を確認する方法です。
各種前処理を適切に行うことで、LCMSやGCMS、HPLCなどの分析機器が正確で信頼性の高い結果を提供することが可能になります。前処理の方法や手順は、分析する成分の特性や目的によって細かく調整されます。
サンプル前処理の目的
サンプル前処理の目的は、分析対象の成分を正確かつ信頼性高く測定するために、サンプルを分析に適した状態にすることです。具体的な目的は以下の通りです。
不純物の除去
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サンプル中の不要な成分や干渉物質を取り除き、分析対象成分のみを分離・測定することで、分析結果の精度を向上させます。
濃縮
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低濃度の分析対象成分を検出可能なレベルに引き上げるために濃縮することで、検出感度を向上させます。
分析装置への負担軽減
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サンプル中の固形物や大きな分子を除去することで、分析 装置（特にクロマトグラフィーや質量分析計）の性能を保ち、トラブルを防ぎます。
成分の安定化
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分析対象成分が安定した状態で分析できるようにするため、酸化や分解を防ぐ処理を行います。
検出感度の向上
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誘導体化などの処理により、検出器の応答を高めることで、分析対象成分の検出感度を向上させます。
サンプルの均一化
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サンプルの一部が代表的な成分組成を持つようにすることで、再現性の高い分析を可能にします。
定量精度の向上
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標準物質の添加や回収率の確認により、定量結果の信頼性を高めます。
これらの目的を達成することで、分析結果がより正確で信頼性の高いものとなり、正確なデータに基づいた結論を導き出すことが可能となります。
サンプル前処理が用いられる分野
サンプル前処理は、多岐にわたる分野で使用されています。
医薬品分析
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新薬の開発や製造、品質管理において、活性成分や不純物の定量分析のために前処理が行われます。
食品分析
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食品の安全性評価や栄養成分の分析、添加物や残留農薬の検出などにおいて、複雑なマトリックスを持つ食品試料の前処理が必要です。
環境分析
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水質、土壌、大気などの環境試料中の汚染物質や微量有機化合物の検出において、前処理が行われます。
臨床検査
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血液、尿、組織などの生体試料中の薬物、代謝物、ホルモンなどの分析において、前処理が重要です 。
化粧品分析
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化粧品の成分や不純物、安定性の評価において、前処理が行われます。
法医学
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犯罪現場からの証拠物（血液、尿、毛髪など）や薬物検査において、前処理が必要です。
材料科学
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ポリマー、ナノ材料、合成化合物などの分析において、成分や特性の評価のための前処理が行われます。
農学・農業化学
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土壌や植物試料中の栄養素、残留農薬、成長調整剤などの分析において、前処理が使用されます。
バイオテクノロジー
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酵素、タンパク質、ペプチド、DNA/RNAなどのバイオ分子の分析において、前処理が行われます。
産業化学
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石油製品、プラスチック、塗料などの工業製品中の成分分析や品質管理において、前処理が必要です。
これらの分野では、サンプル前処理を行うことで、分析対象成分の正確な測定が可能となり、信頼性の高いデータを取得することができます。これにより、製品の品質管理や安全性評価、環境保護、医療診断などにおいて重要な役割を果たしています。
窒素エバポレーターを用いたサンプル前処理の仕組み
窒素エバポレーターは、サンプル前処理において溶媒を効率的に蒸発させるための装置です。主に溶媒を除去してサンプルを濃縮する目的で使用されます。以下にその仕組みと具体的な手順を説明します。
仕組み
窒素ガスの供給
窒素エバポレーターは、高純度の窒素ガスをサンプル容器の表面に吹き付けます。窒素ガスは不活性ガスであり、酸化を防ぎながら溶媒を効率的に蒸発させることができます。
サンプル容器の配置
サンプルは試験管やバイアルなどの容器に入れられ、エバポレーター内のホルダーに配置されます。ホルダーは、同時に複数のサンプルを処理できるようになっています。
加熱
多くの窒素エバポレーターは、サンプル容器を加熱する機能を持っています。加熱によって溶媒の蒸発が促進され、処理時間が短縮されます。通常、加熱ブロックや水浴が使用されます。
窒素ガスの吹き付け
窒素ガスはノズルを通してサンプル容器の表面に吹き付けられます。ガスの流れによって、溶媒の蒸気圧が低下し、蒸発が加速されます。
溶媒の除去
吹き付けられた窒素ガスによって溶媒が蒸発し、サンプルが濃縮されます。溶媒が完全に除去されるまでこのプロセスが続けられます。
手順
サンプルの準備
サンプルを適切な溶媒で溶解し、試験管やバイアルに入れます。
容器の配置
試験管やバイアルを窒素エバポレーターのホルダーにセットします。
ガスと温度の設定
窒素ガスの流量とエバポレーターの加熱温度を設定します。通常、ガス流量や温度は溶媒の性質に応じて調整します。
エバポレーション開始
窒素ガスを吹き付けながら加熱を開始し、溶媒の蒸発を促進します。溶媒が完全に蒸発するまでプロセスを続けます。
サンプルの回収
溶媒が完全に除去されたら、サンプル容器を取り出します。サンプルは濃縮されており、次の分析ステップに進む準備ができています。
利点
高効率
短時間で溶媒を除去し、サンプルを濃縮できます。
酸化防止
窒素ガスは不活性であり、サンプルの酸化を防ぎます。
一度に複数サンプル処理
複数のサンプルを同時に処理できるため、時間と労力を節約できます。
温度制御
加熱機能により、溶媒の蒸発を効果的に制御できます。
このように、窒素エバポレーターは多くの分析分野で欠 かせないサンプル前処理装置として広く使用されています。
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。
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。
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。
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
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。
加熱媒体
全てのエバポレーターには加熱機能が標準装備されていますが、小さなサンプルや熱に敏感なサンプルを扱う場合は、非加熱タイプも選択できます。加熱オプションが必要な場合は、各ユニットで使用される加熱媒体を知ることが重要です。
N-EVAP
全ユニットにウォーターバスが標準装備されています。6、12、24ポジションのN-EVAPには、アルミビーズまたはガラスビーズを使用したドライバスのオプションがありま す。ウォーターバスとドライバスの違いと、それぞれの利点を生かすアプリケーションについてご覧ください。
MICROVAP
すべてのユニットがアルミニウム製ヒートブロックを使用しています。15ポジションと24ポジションのMICROVAPには、チューブやバイアル用の特注ドリル付きアルミインサートも付属しています。
MULTIVAP
64ポジションと100ポジションのMULTIVAPを除き、カスタムドリルアルミヒートブロックを使用しています。
サンプルサイズと容量
各ユニットには、対応可能なサンプルサイズの範囲があります。この範囲内で複数のチューブサイズを保持できるように設計されているエバポレーターもあれば、1つのチューブサイズしか保持できないように設計されているエバポレーターもあります。エバポレーターを選択する前に、ご希望のチューブサイズと容量を把握しておくことが重要です。
N-EVAP
すべてのN-EVAPエバポレーターは、外径10～30mmのチューブに対応します。これらの装置には、一度に複数のサイズのチューブを保持できるユニークなスプリングアシストサンプルホルダーがあります。6～45のサンプルポジションの オプションがあり、小規模から中規模のバッチを扱う場合に最適です。
MICROVAP
マイクロプレートと小バッチの試験管の両方に対応します。マイクロプレート用には、96ウェルプレート1枚または3枚を収納できるシングルプレートユニットとトリプルプレートユニットがあります。試験管用には、小～中サイズの試験管用に設計された15ポジションまたは24ポジションのモデルがあります。試験管用MICROVAPは、1～2本の試験管サイズに最適です。試験管MICROVAPには、1本の試験管サイズに適合するよう特注で穴あけされたインサートが1セット標準装備されています。2本目のチューブサイズを使用する場合は、2セット目のカスタムインサートを購入できます。
MULTIVAP
MULTIVAPユニットは、1-2サイズのチューブのみを扱う場合に理想的ですが、装置モデルにより幅広いチューブサイズ（外径10-30 mm）に対応できます。ドライブロックモデルには1本のチューブサイズに適合する特注の穴あきヒートブロックが付属し、ウォーターバスモデルには1本のチューブサイズに適合する特注の穴あきラックが付属します。2本目のチューブサイズを使用する場合は、2本目のヒートブロックまたはラックを購入することができます。
ガス流量制御
窒素エバポレーターにとって、ガス制御は非常に重要な機能です。エンドユーザーによっては、各サンプル位置でのガス流量制御が便利な場合もあれば、全サンプル位置のガス流量を一度に調整したい場合もあります。
N-EVAP
各サンプルポジションには個別のバルブがあり、サンプルのサイズや量に応じてガスの流量を調整できます。また、異なるチューブの高さに対応できるよう、各ニードルの位置を調整できます。
MICROVAP・MULTIVAP
これらのブローダウンユニットはどちらも、すべてのニードルが1つのマニホールドに接続されている同じ設計です。これにより、1つのスイッチですべてのサンプル位置へのガスフローを開始および停止できます。エバポレーションセッション中にすべてのサンプルポジションを使用しない場合、MULTIVAPにはマニホールドにトグルスイッチがあり、各列へのガスフローを停止して窒素ガスを節約することができます。
デジタル制御
タイマーや温度制御システムなどのデジタル制御を搭載することで、エンドユーザーはより柔軟で高度な設定を行うことができますが、エンドユーザーの中には、必要な機能と設定だけが搭載された、よりシンプルな機器を好む方もいます。
N-EVAP
6、12、24ポジションのN-EVAPにはデジタル制御装置は付属していませんが、34および45ポジションのN-EVAPには、温度制御装置とガスおよびヒート用のタイマーが付いたサイドコントロールボックスが付属しています。
MICROVAP
すべてのMICROVAPユニットには、LEDディスプレイ付きデジタル温度コントローラーがバスケースに直接組み込まれています。
MULTIVAP
すべてのMULTIVAPユニットには、デジタル温度コントローラーとガスおよびヒート用タイマーがバスケースに直接組み込まれています。
Organomation社の窒素エバポレーターはすべて、エンドユーザーを念頭に置いてシンプルに設計されています。各製品ラインは、ブローダウン技術という基本的な要素は同じですが、わずかに異なるニーズや用途に対応するためのものです。
Organomation - 窒素エバポレーター
N-EVAP は、異なるサイズのバイアルを一括で処理することが可能な窒素エバポレーターです。さらに、各位置にあるニードル弁で各試料への気体流を個別に制御できます。
使いやすい設計と耐久性のある構造の組み合わせで、世界中の研究者の方々にご使用頂いております。
Organomation社のN-EVAP窒素エバポレーターは、最も人気の製品ラインであり、様々な専門研究室において、サンプルから余分な溶剤を除去する効果的なツールであり続けています。
N-EVAPを使用している研究施設の多様性は、まさにこの装置の柔軟性を物語っています。
50mlビーカー9個用の乾式ブロックモデルから、最大100本までの少量試料用の恒温槽水槽モデルがあります。
類似試料のバッチを段階的かつ効率的に濃縮する必要がある研究機関に最適です。
一連のニードルまたはガラスピペットから、窒素ガスを試料の表面に直接供給し蒸発を促進します。
マイクロプレートや少量の試験管向けのモデルです。重量は約7kg、直径は約30cmなので、簡単に移動でき、作業スペースを最大限に活用できます。
MULTIVAPと同じく、全ての加熱ブロックは試験管の寸法に合うように設計されています。室温で発生する蒸発向けに熱源なしのバージョンが利用可能です。