サンプル前処理

2024年7月2日

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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。

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

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。