GC-MS/MS分析のサンプル前処理と準備
- Orange Science
- 3月25日
- 読了時間: 16分
GC-MS/MS分析のための一般的なサンプル前処理技術には、様々な形態の抽出と濃縮が含まれます。窒素ブローダウン・窒素蒸発は、GC-MS/MSに先立って溶媒を蒸発させ、分析対象物を濃縮するために使用される一般的な濃縮プロセスです。この方法では、窒素ガス流を使用してサンプルから溶媒を蒸発させます。窒素ガスは液体サンプルの表面上に導かれ、サンプルを過度に加熱することなく溶媒の蒸発を促進します。これにより、分析対象物を濃縮し、揮発性不純物を除去することができます。
GC-MS/MSサンプル前処理における窒素ブローダウン・窒素蒸発
サンプルの濃縮
大量の溶媒を除去することで分析対象物を濃縮し、希薄なサンプルを扱う場合に特に有効です。
最終抽出液がGC-MS/MSシステムへの注入に適した容量であることを保証し、検出限界と感度を向上させます。
溶媒交換
サンプル抽出液の溶媒をGC-MS/MS分析により適合する溶媒に交換するために使用します。
例えば、最初に高沸点溶媒で抽出したサンプルを、より揮発性の高い溶媒に交換することで、GCカラムでの移動と分離を効率的に行うことができます。
揮発性不純物の除去
GC-MS/MS分析を妨害する可能性のある不要な揮発性成分を除去し、よりクリーンで正確な分析結果を保証します。
窒素ブローダウンによるGC-MS/MS試料調製の利点
非破壊
窒素ブローダウンの穏やかな性質により、高感度分析物の熱劣化のリスクを最小限に抑えます。
効率性
迅速な濃縮と溶媒除去が可能なため、サンプル前処理プロセスが迅速かつ効率的になります。
拡張性
少量から大きな分取スケールまで、さまざまなサンプルサイズに適しています。
GC-MS/MSサンプルの前処理・窒素ブローダウンの手順と注意点
手順
サンプルの配置： サンプルをバイアルまたはチューブに入れます。
窒素導入： 窒素ガスの流れを液体サンプルの表面に当てます。
蒸発： 溶媒が蒸発し、濃縮された分析物が残ります。
再構成（必要な場合）： 濃縮された残渣は、GC適合性の高い少量の溶媒で再構成することができます。
実用的な考慮事項
ガス流量の調整：窒素流量の調整は、サンプル物質の飛散や損失を避けるために非常に重要です。
温度管理： プロセスは室温で行われることが多いですが、揮発性の低い溶媒の場合、蒸発を促進するためにわずかに加熱することがあり、その際は分析物の劣化を避けるために注意が必要です。
容器の設計： 蒸発容器と窒素供給システムの設計は、クロスコンタミネーションを最小限に抑え、蒸発効率を最大にする必要があります。
GC-MS/MS分析の代表的な使用例
環境分析におけるGC-MS/MS
水または土壌抽出物からの微量環境汚染物質の濃縮
汚染物質の検出
残留性有機汚染物質（POPs）： GC-MS/MSは、土壌、水、大気サンプル中のポリ塩化ビフェニル（PCB）、ダイオキシン、フランなどのPOPsの検出と定量に使用されます。
多環芳香族炭化水素（PAHs）： 不完全燃焼プロセスから生じるPAHsは、GC-MS/MSを使用して環境マトリックス中でモニタリングされる。
揮発性有機化合物（VOC）： ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン（BTEX）を含むVOCは、一般的に大気と水のサンプルで分析されます。
バイオモニタリング
ヒト暴露評価： GC-MS/MSは、血液、尿、組織などの生物学的サンプル中の環境汚染物質への暴露のバイオマーカー分析に使用されます。
野生生物のモニタリング： この技術は、野生生物の汚染物質への暴露を評価し、生態学的リスク評価に役立ちます。
水質モニタリング
残留農薬： 地表水、地下水、飲料水中の残留農薬の検出。
医薬品とパーソナルケア製品（PPCPs）： 廃水や地表水中のPPCPを分析し、その環境運命や影響を調査。
土壌・堆積物分析
炭化水素： 炭化水素：油流出や産業活動による炭化水素汚染の検出。
重金属： GC-MS/MSは金属には直接使用されませんが、有機金属化合物を分析し、関連する有機化合物を通して金属汚染の間接的な評価を提供することができます。
大気質モニタリング
環境大気モニタリング： 環境大気中のVOCおよび半揮発性有機化合物（SVOC）の測定。
室内空気の質： 有害化学物質への暴露を評価するための、家庭や職場などの室内環境における汚染物質の分析。
法医学毒物学におけるGC-MS/MS
薬物および毒物検出のための生体サンプルの濃縮
薬物スクリーニングと確認
乱用薬物： GC-MS/MSは、生物学的サンプル中のオピオイド、コカイン、アンフェタミン、カンナビノイド、合成薬物などの乱用薬物の検出および確認に使用されます。
処方薬： 治療薬とその代謝物の分析により、過剰摂取や中毒の可能性を調査します。
死後毒物学
死因の調査： 死後サンプル中の薬物、アルコール、毒物などの有害物質の同定と定量を行い、死因を特定する。
毒物学的スクリーニング： 剖検時に採取された組織、血液、尿、その他の体液中のさまざまな物質を包括的にスクリーニングする。
DUID（薬物影響下での運転）
薬物障害： 薬物の影響下での運転が疑われる人の血液または尿サンプルから薬物を検出する。
法的証拠： 交通犯罪に関連する法医学的調査において、規制薬物の存在を確認する証拠を提供する。
中毒事件
急性中毒： 農薬、工業用化学物質、天然毒素などの毒性物質の同定。
慢性暴露： 有害物質への長期暴露を示すバイオマーカーの分析。
食品・飲料検査におけるGC-MS/MS
食品から残留物を抽出した後の溶媒除去
残留農薬分析
農薬の検出： GC-MS/MSは、果物、野菜、穀物、その他の食品中の残留農薬の検出と定量に使用されます。規制値や安全基準の遵守を保証します。
マルチ残留農薬メソッド： 1回の分析で複数の残留農薬を同時に分析できるため、日常的なモニタリングに非常に効率的です。
マイコトキシン分析
真菌毒：穀物、ナッツ、ドライフルーツ、ワインやビールなどの飲料に含まれるアフラトキシン、オクラトキシンA、フモニシンなどのマイコトキシンの同定と定量。
食品の安全性：カビによって生成される有毒化合物を検出することで、食品の安全性を保証します。
フレーバー＆フレグランス分析
アロマ化合物： GC-MS/MSは、食品や飲料の香りと風味のプロファイルの原因となる揮発性および半揮発性化合物の特性評価に使用されます。
品質管理： コーヒー、紅茶、スパイス、エッセンシャルオイルなどの製品の香りの一貫性と品質を保証します。
食品の不純物と真正性
不純物の検出： 乳製品中のメラミン、スパイス中の合成色素、食品中の違法添加物などの不純物を特定する。
真正性の検証： オリーブオイル、蜂蜜、ワインなどの高価値製品の真正性を、不正成分を検出することで確認します。
汚染物質の検出
環境汚染物質： 食品中のポリ塩化ビフェニル（PCB）、多環芳香族炭化水素（PAH）、ダイオキシンなどの汚染物質を分析する。
包装： 包装材料から食品に移行する汚染物質を検出し、包装食品の安全性を確保する。
栄養分析
脂肪酸プロファイリング： 油脂や食品の脂肪酸組成を分析し、栄養価を判定。
ビタミンと添加物： ビタミン、保存料、その他の食品添加物を検出し、定量します。
医薬品分析におけるGC-MS/MS
GC-MS/MS用の製剤と代謝物の調製
医薬品開発と製剤
不純物のプロファイリング： 製剤中の不純物や分解物の検出と定量を行い、医薬品の安全性と有効性を確保します。
安定性試験： 分解生成物の同定と定量により、様々な条件下での医薬品の安定性をモニタリングします。
薬物動態学と薬力学
薬物代謝研究： 新薬の代謝経路と薬物動態学的特性を理解するための生体試料中の薬物代謝物の分析。
生物学的利用能と生物学的同等性： 吸収・分布・代謝・排泄（ADME）を研究するために、生体液中の薬物およびその代謝物を定量すること。
品質管理と保証
含量均一性： 製剤中の医薬品有効成分（API）の均一な分布を確保する。
残留溶媒分析： 規制ガイドラインに準拠するための医薬品中の残留溶媒の検出と定量。
治療薬モニタリング
定量分析： 投与レジメンを最適化し、患者のコンプライアンスをモニタリングするために、血液、血漿、または血清中の治療薬を正確に定量します。
薬物相互作用研究： 生物学的サンプル中の複数の薬物およびその代謝物を定量することによる薬物相互作用の分析。
バイオマーカーの探索と検証
バイオマーカー分析： 疾患状態や治療反応に関するバイオマーカーの同定と定量を行い、個別化医療の開発を支援する。
窒素ブローダウンは、GC-MS/MSのサンプル前処理ワークフローにおいて不可欠なステップであり、サンプルを濃縮、洗浄し、正確で高感度な分析ができる状態にします。
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
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。
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
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
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
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。
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