AN-D-003
2022-08
イオンクロマトグラフィーによる透析濃縮液中の陰イオン・陽イオン同時測定
Comprehensive analysis of anions, acetate, and cations by IC
概要
血液透析は、腎機能が低下し、腎臓が本来備えている内因性の解毒能力が失われた際に、生命を維持するために行われる医療処置です[1,2]。透析液(血液透析液)は、電解質、緩衝剤、および血液中と同一の炭水化物(グルコース)から構成されており、この治療の中心的な要素です[1,3–5]。血液と透析液の間の拡散勾配により、代謝老廃物が除去され、電解質含量が正常化されます[1,2]。透析液は、電解質、炭水化物、緩衝剤を含む濃縮液を水に加えて調製されます。これらには、例えば欧州薬局方、ISO 11663、ISO 23500、ISO 13958(血液透析用濃縮液)などで規定される、製造および現場での調製における最高水準が求められます[1,2,4]。
原子吸光分析法(AAS)は品質管理の目的でよく使用されますが、カチオン(金属)成分に限られ、同時に測定できる分析対象物の数にも限りがあります。イオンクロマトグラフィー(IC)は、酢酸を含むカチオン成分とアニオン成分を同時に正確に定量できる、自動化された迅速かつ高感度なソリューションです。この包括的なアプローチにより、ICは血液透析用濃縮液のような医薬品溶液の品質管理において、従来の分析手法に代わる経済的な選択肢となります。ICの使いやすさ、正確さ、高いスループット性能は生産性を向上させ、現代の日常分析および研究ラボの要求に応えます。
サンプルとサンプル前処理
透析液は、拡散によって血液から有害成分を除去するために、血漿の組成に近い組成でなければなりません。これらの液体は通常、水、カチオンとアニオンを供給する電解質(例:ナトリウム、カリウム、カルシウム、塩化物)、緩衝剤(例:酢酸または炭酸塩)、および炭水化物(例:グルコース)から構成されています[1,3–5]。このアプリケーション例では、2種類の血液透析用濃縮液中のカチオン、アニオン、および酢酸の含有量を分析しました(表1)。超純水(UPW)を用いて1:500~1:750の範囲で希釈した場合に、最適な結果が得られました。
透析用濃縮液は、高品質な血液透析製品の確立されたメーカーであるMTN Neubrandenburg GmbH a Nipro companyより提供されました。いずれも重炭酸透析用の酸性濃縮液(A濃縮液)で、組成が異なります(表1)。このような濃縮液の製造には、例えばISO 13958、ISO 11663、ANSI/AAMI RD 61:2000などの厳格に標準化された品質基準が適用されます[1]。最終的な透析液の調製に必要なその他の成分(水や塩基性濃縮液(B濃縮液)を含む)にも、厳格な基準が適用されます[1,3–5]。
実験
アニオンとカチオンは、導電率検出(アニオンは逐次サプレッション)を用いたデュアルチャンネルIC構成(図1)で分析しました。濃縮液中の亜硝酸塩、硝酸塩、および臭化物による汚染を除外するために、UV/VIS検出器(947 Professional UV/VIS detector Vario)を併用することもできます。
これらの不純物は、塩化物濃度が高い場合でも、高い精度と感度で測定できます(表1)。硝酸塩および亜硝酸塩を添加した濃縮液を用いた手法の性能試験では、90~110%の回収率が得られました。
| A濃縮液 | #293 | #570 |
|---|---|---|
| ナトリウム(mol/L) | 3.61 (3.51–3.70) | 4.64 (4.52–4.75) |
| カリウム(mmol/L) | 70.00 (66.50–73.50) | 90.00 (85.50–94.50) |
| マグネシウム(mmol/L) | 17.50 (16.63–18.37) | 22.50 (21.38–23.62) |
| カルシウム(mmol/L) | 52.50 (49.88–55.12) | 56.25 (53.44–59.06) |
| 塩化物(mol/L) | 3.82 (3.62–4.01) | 4.88 (4.64–5.13) |
| 酢酸(mol/L) | 0.11 (0.10–0.11) | 0.14 (0.13–0.14) |
| グルコース(g/L) | 35.00 (33.25–36.75) | 45.00 (42.75–47.75) |
システム全体(図1)は、Waters Empower™ 3ソフトウェアで制御しました。高度に希釈した試料の安定性を延長するために、冷却機能付きオートサンプラー(889 IC Sample Center – cool)を使用しました。
アニオンは、Metrosep A Supp 19 - 150/4.0カラム(標準溶離液および流量、図2 A、C)を用いて分離しました。この高容量ICカラムは、高負荷のマトリックスであっても優れた分離能を示します。
Metrosep A Supp 19カラムの独自の特性により、高濃度の塩化物が存在する場合でも、酢酸の適切な分離および定量が可能です。システムの検量線は、酢酸(0.4~20 mg/L)と塩化物(6~300 mg/L)に加えて、フッ化物(0.02~1 mg/L)、亜硝酸塩および臭化物(0.04~2 mg/L)、さらに硝酸塩、リン酸塩、および硫酸塩(0.2~10 mg/L)を含めて作成しました。
カチオンは、Metrosep C 6 - 150/4.0カラム(標準溶離液、流量:1.3 mL/min、図2 B)を用いて分離しました。カチオンの検量線は、ナトリウム(4~200 mg/L)、アンモニウム(0.02~1 mg/L)、ならびにカリウム、カルシウム、およびマグネシウム(0.2~10 mg/L)について作成しました。Metrosep C 6の特殊なカラム化学により、最適なピーク分離が保証され、より高濃度の成分(例:ナトリウム)の近くに溶出する低濃度の分析対象物(例:アンモニウム)の定量が可能です。
アニオンとカチオンは、同一の試料から25分未満で同時に分析しました(図2)。両分離カラムの堅牢性により高流量での運用が可能となり、全体の分析時間が短縮されます。
結果
結果の概要(製造元の値と比較して算出した回収率を含む)を表2に示します。試料を繰り返し測定した際の相対標準偏差(RSD)は、アニオンおよびカチオンともに1%未満であり、本手法の十分な繰り返し精度を示しています。製造元のデータに基づいて算出した回収率は、すべての分析対象物で91~106%の範囲内でした(表1および表2)。
試験したA濃縮液の主成分はナトリウムと塩化物であり、これらは血漿中の主要な成分に相当し、それぞれ136~145 mEq/Lおよび98~106 mEq/Lです[2]。しかしながら、このことは、これらの濃縮液が高塩濃度の溶液であり、分析上困難で、分析対象物を正確に測定するためにマトリックス除去ステップが必要となることが多いことも示しています。ナトリウムと塩化物はいずれも高濃度で存在すると、近接するピーク(例:酢酸、亜硝酸塩、またはアンモニウム)と重なって定量が不可能になったり、カラムが過負荷となってピークのブロードニングや保持時間の大幅なずれが生じたりすることがあります。
A濃縮液については、すべての成分(酢酸、塩化物、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、表1)を正確に測定することが不可欠であり、そのためには適切なピーク分離に加え、シャープで対称なピークが必要です。Metrosep A Supp 19およびMetrosep C 6カラムを使用することで、前述の問題を回避できます。高いカラム容量によりマトリックスの過負荷が防止され、優れたピーク分離が保証されます。
| #293 ConcAVG±SD (RSD (%)) | 回収率(%) | #570 ConcAVG±SD (RSD (%)) | 回収率(%) | |
|---|---|---|---|---|
| ナトリウム(mol/L) | 3.70±0.04 (1.0) | 103 | 4.90±0.03 (0.6) | 106 |
| カリウム(mmol/L) | 66.21±0.52 (0.8) | 95 | 86.75±0.42 (0.5) | 96 |
| マグネシウム(mmol/L) | 15.95±0.11 (0.7) | 91 | 21.47±0.08 (0.4) | 96 |
| カルシウム(mmol/L) | 50.36±0.56 (1.1) | 96 | 55.18±0.19 (0.3) | 98 |
| 塩化物(mol/L) | 3.84±0.01 (0.2) | 103 | 4.97±0.01 (0.1) | 104 |
| 酢酸(mol/L) | 0.11±<0.01 (<0.1) | 102 | 0.14±<0.01 (0.2) | 102 |
酢酸(約8 g/L)は、高濃度の塩化物(約180 g/L)が共存していても、Metrosep A Supp 19カラムで直接測定できます。マトリックス除去や異なる希釈倍率の使用といった追加のステップは必要ありません。Metrosep C 6カラムも高マトリックス試料に最適であるため、カチオンは同一の試料から並行して測定できます(図1、カチオンチャンネル)。
不純物となり得る亜硝酸塩、臭化物、および硝酸塩を分析するには、波長205 nmのUV/VIS検出器を使用することで、より高い感度が得られます。
まとめ
血液透析治療に使用される透析用濃縮液は高塩濃度の溶液であり、マトリックスに影響されにくく、正確で高感度な品質管理分析が求められます。デュアルチャンネルICシステムを使用することで、アニオンとカチオンを同一の試料から正確かつ同時に測定できます。25分未満で、濃縮液の主要成分である酢酸、塩化物、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムに加え、不純物(例:亜硝酸塩、硝酸塩、アンモニウム)も定量できます。高塩濃度のマトリックスの分析は困難なことが多いものの、高容量の分離カラムであるMetrosep A Supp 19およびMetrosep C 6は、カラムの過負荷やピークの同定・定量の不正確さといった一般的なリスクを低減します。アニオン成分、カチオン成分、および不純物を同時に分析することで、単一の試料からすべての分析対象物を包括的に調べることができ、ICは血液透析用濃縮液などの医薬品溶液の品質管理に適した、正確で高感度かつ効率的な高スループット分析技術であるといえます。
Metrohm ICシステムは、MagIC Net(メトローム)、Empower™ 3(Waters)、OpenLab CDS(Agilent)といった各種ソフトウェアで、インテリジェントな自動化機能も含めて完全に制御できます。これらの選択肢は、多くの分析ラボに柔軟なソリューションを提供します。
参考資料
[1] Hoenich, N.; Thijssen, S.; Kitzler, T.; Levin, R.; Ronco, C. 透析実施における水質と透析液組成の影響。BPU 2008, 26 (1), 6–11. https://doi.org/10.1159/000110556.
[2] Hoenich, N. A.; Ronco, C. 血液透析液:組成と臨床的重要性。BPU 2007, 25 (1), 62–68. https://doi.org/10.1159/000096400.
[3] Coulliette, A. D.; Arduino, M. J. 血液透析と水質。Seminars in Dialysis 2013, 26 (4), 427–438. https://doi.org/10.1111/sdi.12113.
[4] Parker, J. N.; Parker, P. M. 血液透析 - 医学辞典、文献目録、およびインターネット参考資料の注釈付き研究ガイド; ICON Health Publications, USA, 2004.
[5] Catto, G. R. D. 血液透析; Kluver Academic Publishers, Dordrecht, Boston, London, 1989.
アプリケーション共有
PDFダウンロード
Internal reference: AW IC CH-1455-042022
