なぜサンプルの前処理が重要なのでしょうか ?

分析技術としてイオンクロマトグラフィー (IC) を使用する場合、サンプルを分離カラムに直接注入できないことがよくあります。これにはいくつかの理由があります。サンプルに粒子やコロイドが含まれている、分析対象物の濃度が高すぎるまたは低すぎる、サンプルマトリックスが直接注入に適していなかったり、サンプルの中和が必要だったりします。これらは、日常のラボ作業で直面する一般的な、時には複雑な課題です。メトロームのインライン サンプル前処理技術 (MISP) は、このような状況に対して、簡単でコストと時間を節約できる幅広いソリューションを提供します。この記事では、IC 分析用のさまざまなマトリックスの自動インライン サンプル前処理ソリューションである MISP 技術の概要と洞察を紹介します。MISP を使用することは、貴重な時間とコストを節約しながら、測定の信頼性と精度を向上させるための第一歩です。

以下のテーマが取り上げられています（クリックするとテーマにジャンプします）：

• MISPのご紹介
• メトロームの最も一般的なインラインサンプル前処理ソリューション：限外ろ過、透析、希釈、パーシャルループインジェクション
• メトローム インライン抽出
• メトローム インライン前濃縮
• メトローム インライン前濃縮とインラインマトリックス除去
• メトローム インライン中和
• メトローム インライン陽イオン除去
• 結論

インライン サンプル前処理プロセスに関連するすべてのステップは、サンプルが配置されるオートサンプラーと、6 ポートバルブを用いてサンプルを分析カラムに注入するまでの間に行われます (図 2)。

メトロームの最も一般的なインラインサンプル前処理ソリューション：ウルトラフィルタレーション、透析、希釈、パーシャルループインジェクション

多くの種類のサンプル（廃水、河川水など）には粒子が含まれており、これらを分離カラムに直接注入してはなりません。このような理由から、メトロームは、注入前にサンプルから粒子を除去するウルトラフィルタレーションソリューションを備えたIC装置を提供しています。インラインウルトラフィルタレーションは完全に自動化されており、手作業によるサンプルろ過を必要としないため、個々のフィルターなどの消耗品コストに加えて、時間と労力を節約することができます。

動画をクリックして、インラインウルトラフィルタレーションの原理をご覧ください。

インライン透析は、高有機負荷サンプルマトリックスからコロイド、タンパク質、または油分を簡単に除去できる経済的なソリューションです。従来のカレッツ沈殿法(塩析法)とは対照的に、多数の手動ステップが省略されるため、インライン透析は果物や野菜のジュース、牛乳、その他の乳製品などの複雑なサンプルを分析するための経済的で簡単な手法です。インライン限外濾過と透析はどちらも、分離カラムの寿命を最長にし、IC システムを不要なダウンタイムから保護します。

部分ループ注入法（MiPT）またはインライン希釈法は、検体濃度範囲が検量線範囲外の場合に限外ろ過のセットアップに追加することができます。MiPTまたはインライン希釈法を使用するもう1つの大きな利点は、1つのストック標準液のみから自動インライン検量線作成を実行できることです。これにより、検量線標準液の調製に費やされる貴重な時間を節約でき、さらに、ピペッティングエラーや計算エラーを最小限に抑えることで、データの信頼性を高めることができます。

図 3 は、メトローム IC によるコスト低減を実現させる方法を示しています。これらの数値は、メトローム IC システムで年間約 14,000 個のサンプルを分析する米国の受託分析機関のラボに基づいています。インライン限外ろ過によるカラム寿命の延長、自動インライン希釈によるサンプル濃度の調整はもちろんのこと、MISP技術をIC分析に適用した場合、コスト削減にも大きな効果があることがこのデータから明らかです。

サンプルマトリックスは非常に多様です。したがって、より特殊な MISP 技術が必要となります (図 4)。これについては、次のセクションで詳しく説明します。

メトローム インライン抽出

抽出は、サンプルの一般的な洗浄および前処理のステップであり、これにより、ある媒体から別の媒体に成分を移すことが可能になり、非極性有機マトリックス中のイオン成分の分析が可能になります。抽出には、従来の液液抽出など、さまざまなものがあります。自動化プロセスとして、液液プロセスであるメトローム インライン抽出は、非極性有機相（バイオエタノールなど）から水相に水溶性成分を移すために使用されます。これは、IC 分析に不可欠です。正確な量のサンプル（有機相）が希釈容器に移され、媒体（通常は超純水）が添加され、一定時間撹拌されます。2 つの相が形成され、水相には元のサンプルの抽出可能な水溶性成分がすべて含まれるようになります。残りの有機液相は、後続の自動化されたメトローム インライン透析中にこの相から除去されます。

メトローム インライン前濃縮

各分析メソッドには、検出可能な最小濃度に関する制限があります。イオンクロマトグラフィーでは、使用するシステムに応じて、これらの制限は、20 µL のフルループ注入に対して 0.1 µg/L から 100 µg/L の間です。メトロームのインライン前濃縮は、測定感度を大幅に向上させ、ng/L 範囲までの濃度範囲で正確な測定を可能にします。

この MISP 技術では、サンプル ループの代わりに濃縮カラム (PCC) が使用されます。このカラムの機能特性は分離カラムと非常によく似ており、一定量のサンプルが PCC を通過すると、関連するイオンが保持されます。注入により、蓄積されたイオンは溶出液とともに分離カラムに溶出されます。

動画をクリックして、メトロームインライン前濃縮の仕組みをご覧ください。

メトローム インライン前濃縮とインラインマトリックス除去

メトロームのインテリジェントなマトリックス除去前濃縮技術 (MiPCT-ME) により、非イオン性マトリックス内に存在する低濃度の分析対象物を高い再現性で測定することができます。サンプルを前濃縮カラムに通した後、サンプル中の非イオン成分を超純水で前濃縮カラムから洗い流します。

サンプルから非イオン性成分を除去することで、非イオン性成分が分析対象物へ干渉するのを防ぎます。分析対象物の濃度は、MiPCT-MEを使用することで、ng/Lからmg/Lの範囲で高い精度と正確さで測定することができます（図5）。この自動インライン前処理技術は、メタノール、過酸化水素、イソプロパノール、エタノール、発電所の水、半導体グレードの化学薬品などのマトリックス中の微量分析に一般的に使用されています。

メトローム インライン中和

強アルカリ性または強酸性のサンプルは、分離カラムにダメージを与え、分離効率に直接影響を与える可能性があるため、イオンクロマトグラフ分析で問題となることがあります。これらの種類のサンプルは、もともと酸性またはアルカリ性である場合もあれば、土壌、繊維、またはその他の固体マトリックスから分析対象物を抽出するために必要な分解プロセスが原因である場合もあります。メトロームのインライン中和を使用すれば、このようなサンプルもサンプル注入時に全自動で調製し、マニュアル操作なしで直接分析できます。この技術は、超微量分析対象物の測定にも適しています。インライン中和後、強アルカリ性のサンプルでも事前濃縮できるため、ng/L 濃度範囲での分析が容易になります。

メトローム インライン陽イオン除去

Metrohm インライン陽イオン除去は、たとえば電気めっきサンプルから遷移金属を除去するために使用される特に便利なツールです。金属イオンは、サンプル前処理モジュールでナトリウム（Na⁺）に交換されます。プロトン（H⁺）への単純な交換は、特に電気めっきのサンプルには適していないことがあります。インライン陽イオン除去は、IC システム内で金属水酸化物が沈殿するのを防ぎます。インライン陽イオン除去を組み込んだ分析は、完全自動で堅牢かつ確実に機能します。

結論

MISP技術は、手作業によるサンプル前処理の課題に対し、ラボに多くの解決策を提供します。その結果は明らかです：

• 面倒な反復作業に費やす時間が減ります
• 手作業によるミスを最小限に抑えれば、データの信頼性と再現性が高まります
• 手作業の削減とサンプル処理時間の短縮によるコスト削減できます

メトロームインライン サンプル前処理のその他のハイライトは、下の表に記載されています。

アプリケーションに応じて、メトロームは自動化されたMISP技術と、自動化を含むフル装備の940 Professional IC Varioを組み合わせた ProfIC Vario システムを提供します。

参考資料

Metrohm Inline Sample Preparation and intelligent injection techniques

Brochure: Metrohm Inline Sample Preparation

Metrohm blog: Increase productivity and profitability in environmental analysis with IC

Webinar: Automatic calibration in IC