窒素乾固とは
窒素乾固（ちっそかんこ）とは、窒素ガスを使用して物質を乾燥させる方法のことです。窒素ガスは不活性ガスであり、化学的に安定しているため、酸化や他の化学反応を避けたい場合に特に有用です。この方法は、主に以下のような用途で使用されます。
溶媒の除去
窒素ガスを吹き付けることで溶媒を蒸発させ、試料を乾燥させます。
試料の保存
窒素ガスを使って試料を乾燥させた後、窒素下で保存することで、酸化や水分吸収を防ぎます。
食品・医薬品の製造
酸化防止のため、食品や医薬品の製造過程で窒素乾固が利用されることがあります。
窒素乾固のプロセス
研究時に行われる窒素乾固による溶媒の除去のプロセスは、一般的に以下のような手順で行われます。
窒素乾固による溶媒除去のプロセス
準備
試料の準備
溶媒に溶解している試料を容器に入れます。容器は、溶媒の蒸発を促進するために広い表面積を持つものが適しています（例えば、試料皿やフラスコ）。
窒素ガス供給の準備
高圧窒素ガスボンベや窒素発生装置を準備し、ガスの流量を調整できるようにします。通常は、ニードルバルブや流量計を使用してガスの流量を制御します。
窒素ガスの導入
ガス吹き付け
窒素ガスを試料の表面に直接吹き付けます。この際、ガスの吹き付けノズルは試料の表面に近づけると効率的です。
ガスフローの調整
ガスフローを適切に調整し、溶媒が穏やかに蒸発するようにします。ガスフローが強すぎると、試料が飛び散ることがありますので注意が必要です。
溶媒の蒸発
蒸発の観察
溶媒が蒸発していく様子を観察します。溶媒の量や種類によって蒸発の速度は異なります。
温度管理
窒素乾固プロセスは通常室温で行われますが、必要に応じて水浴やヒーティングプレートを使用して温度を適切に管理します。ただし、高温による試料の分解や劣化を防ぐため、温度設定には注意が必要です。
乾燥の完了
溶媒の完全除去
溶媒が完全に除去されるまで、窒素ガスの吹き付けを続けます。これは、溶媒の種類や量に応じて数分から数時間かかる場合があります。
乾燥状態の確認
試料が完全に乾燥したかを確認します。残留溶媒がないことを確かめるために、試料の質量を測定するか、残留溶媒の有無を確認する分析手法（例えば、赤外分光法やガスクロマトグラフィー）を使用します。
試料の取り扱い
保存
乾燥した試料は、酸化や水分吸収を避けるために、窒素雰囲気下で保存するか、密閉容器に移して保管します。
使用
乾燥試料は、その後の分析や実験に使用されます。
注意点
安全性
高圧ガスを扱うため、窒素ガスボンベの取り扱いやガスの流量管理には十分注意します。また、密閉空間で窒素ガスを使用すると酸素欠乏のリスクがあるため、換気を十分に行う必要があります。
試料の特性
試料の性質によっては、乾燥プロセス中に化学変化が起こる可能性があるため、適切な条件設定が重要です。
溶媒の選択
使用する溶媒が揮発性であることが望ましいです。低揮発性の溶媒の場合、乾燥に時間がかかることがあります。
窒素乾固のプロセスは、主に化学分析や材料科学、バイオテクノロジーなどの分野で広く使用されており、溶媒の除去を迅速かつ効率的に行うための標準的な手法の一つです。
窒素乾固の用途
窒素乾固は試料の前処理や保存に使用される、細胞やタンパク質の乾燥・保存などで活用されており、酸化や水分の影響を最小限に抑えることができるため、高純度の試料や製品を必要とする分野で広く利用されています。
化学分析
溶媒の除去や試料の乾燥は、精密な化学分析の前処理として重要です。例えば、質量分析やクロマトグラフィーの前に試料を乾燥させることで、分析の精度を高めることができます。
生物学・バイオテクノロジー
細胞やタンパク質などの生物学的試料を乾燥させ、保存するために使用されます。酵素や抗体などの安定性を保つためにも有効です。
製薬
医薬品の製造過程で、溶媒の除去や製品の乾燥に使用されます。これにより、製品の純度と安定性が向上します。
食品産業
食品の製造過程で、酸化を防ぐために使用されます。例えば、油脂の酸化防止や乾燥果物の保存に役立ちます。
材料科学
材料の表面処理や乾燥に利用されます。特に、酸化に敏感な金属や半導体材料の取り扱い時に有用です。
環境分析
土壌や水質の分析において、試料から水分や有機溶媒を除去するために使用されます。これにより、正確な成分分析が可能となります。
窒素乾固の利点
非反応性
窒素は不活性ガスであり、試料と反応しないため、試料の化学的性質を保持できます。
効率的な乾燥
窒素ガスを利用することで、短時間で効率的に乾燥が行えます。
安全性
酸素を含まないため、可燃性や爆発性のリスクが低く、安全に使用できます。
これらの特徴から、窒素乾固は研究や産業の多岐にわたる分野で重要な役割を果たしています。
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。
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。
PFASサンプル前処理におけるOrganomationエバポレーターの活用
サンプル濃縮の役割
PFASサンプル前処理における極めて重要な段階の一つは、サンプルの濃縮です。濃縮は、しばしば微量レベルで存在するPFASの検出を強化するために不可欠です。特に、水、土壌、生物学的サンプルのような複雑なマトリクスを扱う場合、効果的な濃縮方法は極めて重要です。
Organomationエバポレーター： EPAメソッド533、537.1、および1633のソリューション
Organomationエバポレーターは、EPAメソッド533、537.1、および1633に合わせてPFASサンプルを濃縮するための効率的で信頼性の高いソリューションを提供します。これらのメソッドは、さまざまなマトリックス中のPFAS分析の規制枠組みに不可欠であり、効果的なサンプル濃縮は重要な要件です。
EPAメソッド533
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EPAメソッド533は、飲料水中の短鎖PFASの分析に重点を置いています。このメソッドでは、低レベルのPFASを検出するために水サンプルを濃縮する必要があります。Organomationのエバポレーター、特にN-EVAP窒素エバポレーターは、水性サンプルの一貫した迅速な蒸発を提供するように設計されています。穏やかな窒素の流れと制御された加熱を利用することで、これらの蒸発器は、揮発性PFAS化合物の損失を引き起こすことなく、サンプル量を効率的に減少させます。
EPAメソッド537.1
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EPAメソッド537.1は、メソッド533と比較して、より広範な化合物を含む飲料水中のPFASを測定することを目的としています。このメソッドでは、その感度要件を満たすための正確な濃縮技術の必要性も強調されています。Organomationのエバポレーターは、調製プロセス全体を通してPFASの完全性と濃度を維持するために重要な、均一なサンプル減少を保証します。調整可能な窒素流量と温度制御機能は、さまざまなサンプルサイズと種類を扱うのに特に有益です。
EPAメソッド1633
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EPAメソッド1633は、廃水、地表水、バイオソリッド、魚組織など、水以外のマトリックスにおけるPFAS分析に対応しています。これらのサンプルの複雑さを考えると、効果的な濃縮がさらに重要になります。OrganomationのMULTIVAPエバポレーターは、大量のサンプルや複数のサンプルを同時に取り扱うのに理想的です。これらのエバポレーターは、メソッド1633に規定された必要な検出下限を達成するために不可欠な、制御された効率的な蒸発を提供することにより、複雑な環境サンプルの濃縮を容易にします。
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。