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イオンクロマトグラフィのサンプルろ過工程は、粒子、藻類、細菌などがICシステム内に入り、装置や分離カラムの故障の原因となるため、多くのサンプルに対して利用が推奨されています。サンプルは、ろ過や遠心分離により、汚染物質や干渉するマトリックス成分を手作業で除去しています。多くの場合、サンプルは手動で調製されます。たとえば、ろ過や遠心分離を使用して汚染物質や干渉マトリックス成分を除去します。IC 分析用のサンプルを前処理するより効率的な方法は、メトロームのインライン 自動サンプル前処理システム (MISP) であるインラインウルトラフィルタレーション（UF）やインラインダイアリシスを使用して、前処理工程を自動化することができます。サンプルに含まれる不要なマトリックス成分からイオンクロマトラフを保護すると同時に、サンプル分析能力を大幅に向上させることができます。
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イオンクロマトグラフでの分析前にサンプルをろ過する必要があるのはなぜですか?
さまざまな種類の水 (プロセス水、地表水、廃水など) だけでなく、飲料、抽出物、消化液も IC システムに害を及ぼす可能性があります。サンプル中の粒子、沈殿物、植物残渣は、IC システムを汚染するだけでなく、分離カラム内に蓄積する可能性もあります。粒子が蓄積するとカラムの交換容量 (適切なピーク分離に必要) が低下し、システム圧力が急速に上昇します。したがって、ピークの分解能が低下し、ガードカラムと分離カラムの全体的な寿命が大幅に短くなります。
メトロームインライン限外ろ過
手作業によるろ過は、よく知られたサンプル調製です。サンプルは最初にシリンジに吸引されて、適切なフィルターを通して、サンプル容器に注入されます。これはルーチン作業で時間がかかるだけでなく消耗品コストもかかります。結果としてかなりの破棄も発生します。
メトロームのインラインウルトラフィルタレーションは、これらの欠点を解消できるサンプル自動前処理システムです。MISP技術の中でも最も一般的に使用されています。1つのウルトラフィルタレーションで、100を超えるサンプル分析が行えます。マトリックスによっては、1 つの UF膜で最大 500～600サンプルをろ過することもできます。
以下の関連するブログでは、UF膜交換時期の目安を見つけることができます。
インラインウルトラフィルタレーションのろ過膜の交換時期はいつ頃ですか？
技術的には、限外ろ過システムを追加してメトローム IC をアップグレードできます。唯一の要件は、オートサンプラーに蠕動ポンプを装備する必要があることです。次のフローチャートは、UF システムの接続原理を示しています (アニメーション 1）。
アニメーション 1. のアニメーション ProfIC Vario 2 陰イオンのセットアップ 次のセクションで説明するように、UF セルを使用します。
フィルタリングされていないサンプルがサンプル チェンジャーに配置され、MagIC Net サンプル リストに入力されると、ユーザーはそれ以上必要としません。オートサンプラーはバイアルからサンプルを吸引し、溶液を UF セルに運びます (アニメーション 1）。
メトロームのウルトラフィルタレーションセル
UF セルは、共有スパイラル流路を備えた 2 つのチャンバーで構成されています。これらのチャンバーは2つの別々のペリスタルティックポンプに接続され、膜によって分離されています (アニメーション 1 と 2）。メトローム インラインウルトラフィルタレーションのユニークなコンセプトは、サンプル一部のみが膜表面を通してろ過されるということです (アニメーション 2）。サンプルの大部分は、ウルトラっフィルタレーションのサンプル側で廃棄物の流れに向かって導かれます。これにより、サンプル側で連続的な流れが可能になり、粒子がフィルターに付着するのを防ぎます。粒子およびその他の望ましくないマトリックス成分は、フィルターケーキが形成されないように連続的に洗い流されます。«きれいな» 濾液は、イオン クロマトグラフにサンプルを注入するためのサンプル ループに充填されます。
アニメーション 2。 インラインウルトラフィルタレーションの原理を示します。底部では、サンプルはらせん状の経路を通って連続的に流れ、廃棄物の流れに出ます。この連続的な流れにより、サンプル側での目詰まりやフィルター ケーキの形成が回避され、ろ液は膜を横切り (中央)、注入ループ (上部) に輸送されます。サンプルとろ液は異なる速度で送液されるため、メンブレン表面を損傷することなく、圧力によるろ過プロセスが促進されます。
メトロームが提供する標準 UF メンブレン (図1) は、0.20 µm の孔径を持つ再生セルロースでできています。細孔サイズは、手動フィルター膜やさまざまなメーカーが提供する専用のろ過キャップなどの他の膜技術よりもはるかに小さいです。0.5 µm 以上の粒子は、カラムの材料内で詰まりを起こす可能性があります。メンブレンのポアサイズが小さいため、メトロームは、0.20 µm を超える粒子が侵入して分析システムに影響を与えたり損傷したりしないことを保証できます。
過去数年間のセルロース膜素材を使用した限外ろ過システムの性能試験では、浸出による汚染はごくわずかであることが示されており、ユーザーに非常に優れた信頼できる経験を提供しています。さらに、セットアップは柔軟で、実験室のニーズに合わせることができます。市販されている他のウルトラフィルタレーション膜も使用できます。ただし、分析を実行する前に、分析効果や偏りを排除するために、ユーザー自身による徹底的なテストが必要です。
インラインウルトラフィルタレーションを使用して、イオンクロマトグラフのカラムに注入された後、完全なサンプル経路（UFセルを含む）は、検出に並行して1つまたは複数の洗浄液で徹底的に洗浄されます。標準的な洗浄は、超純水（UPW）を使用して行われます。必要に応じて、UPWに先立って追加の洗浄液（例えば、30%メタノール）を使用することで、サンプル経路でのバクテリアの増殖を防ぐことができます。UFセルが保存される媒体であるため、常に最後にUPWを使用することが重要です。このインライン洗浄手順により、インラインウルトラフィルタレーションでは、サンプル間のキャリーオーバーが0.1%未満になることが保証されています。
このシリーズの第1部で言及された他のMISP技術と組み合わせることもできるのが、メトロームインラインウルトラフィルトレーションです。メトロームインテリジェント・パーシャル・ループインジェクション・テクニック（MiPT）またはインライン希釈をICシステムに追加することで、各サンプルをキャリブレーションされた濃度範囲内に自動的に準備することができます。これらのサンプル前処理技術は、追加のシステム保護、分離カラム寿命の延長、実験室での時間の節約、およびメンテナンスおよびその他のコストを最小限に抑える強力なツールです。
メトローム インラインダイアリシス
高有機物含量のサンプルからコロイド、タンパク質、油滴などを除去するために、しばしばCarrez 清澄化やオフライン透析が使用されます。この種のサンプルには、果物や野菜ジュース、牛乳、離乳食、その他の乳製品などが含まれます。伝統的に、脂肪とタンパク質は、Carrez 試薬I（ヘキサシアノフェラート（II）カリウム）とCarrez 試薬II（酢酸亜鉛）を順次加えることによってサンプルから沈殿させられます。沈殿後、溶液は遠心分離され、濾過され、透明な上清液がICで注入され分析されます。この前処理にはいくつかの手作業が必要であり、膨大な化学薬品や装置が必要です。一方、メトロームは、これらの状況でのサンプル前処理の自動化されたインラインソリューションを提供しています。メトロームのインラインダイアリシスは、時間のかかる他のサンプル前処理の経済的な代替手段であり、化学薬品の使用は必要ありません。
この技術の中心となるメトロームのローボリューム透析セル（図2）は、セルと膜の構成に類似したセルロースアセテート膜によって分離された2つのチャンバーから構成されています。ただし、インラインウルトラフィルタレーションの原理とは異なり、インラインダイアリシスではストップフロー原理が適用されます。これにより、分析物は拡散によって膜表面を通過できますが、粒子、油、脂肪、大きなタンパク質などの有害な行列成分は除外されます。行列が常に洗い流されるため、膜汚染が抑制され、圧力がかからないためフィルターケーキの形成が防止されます。
メトロームのイオンクロマトグラフ 930 および 940 では、 インラインダイアリシスキット.を使用して簡単にアップグレードできます。ただし、IC とオートサンプラーの両方にぺリスタリックポンプが装備されている必要があります。技術基準の設定は、アニメーション3で示されています。
アニメーション 3。 インライン透析の標準セットアップ ProfIC Vario 3 陰イオンシステム. サンプル溶液は、サンプルチェンジャーから透析セルのサンプルチャンバーにらせん状の流路を介して連続的にポンプで送られます。サンプルチャンバーは、セルロースアセテート膜によってアクセプターチャンバーから分離されています。後者のチャンバーはアクセプター溶液で満たされています。ストップフローの原理を使用して、イオンのみが拡散によって膜を通過し、アクセプター溶液は平衡に達するまで濃縮されます。その後、アクセプター溶液は IC サンプルループにポンプで送られます。その後、カラムに注入されて分析対象物が分離され、続いて検出されます (例: 抑制された導電率)。
牛乳サンプルの Carrez 清澄化と Metrohm Inline Dialysis の比較
イオンクロマトグラフィーによる牛乳サンプル分析の 2 つのサンプル前処理方法 (インライン透析と Carrez 清澄化) の効率を比較するために、徹底的な実験が行われました。全体として、両方の IC システム設定は、約 2000 回の牛乳サンプル注入が行われた 6 か月のテスト期間にわたって同等の結果をもたらしました。
モニタリングしていた項目の 1 つは、システムの圧力でした。上昇した場合、これは閉塞の存在または分離カラムの劣化を示している可能性があります。システム圧力は一連のテスト全体にわたって非常に安定したままでした。品質管理標準も定義された間隔で注入され、カラムの性能をチェックするためにモニタリングしました。カラム性能の低下は、ピーク形状の悪化と分離度の低下傾向によって示され、回収率が標準以下になります。このパラメーターは、脂肪、タンパク質、または粒子が分離カラムに入ると誘発される可能性があります。ただし、一連のテストでは、品質管理標準 (塩化物、硝酸塩、および亜硝酸塩) の回収率が両方の設定で非常に安定していることを示しました (図 3）。
どちらの IC セットアップでも、カラム寿命への影響はほとんどありませんでした。しかし、従来の手作業によるサンプル前処理法 (Carrez 清澄化) と自動化された Metrohm Inline Dialysis との広範な比較により、ラボ全体を最小限に抑えながら、バクテリア、タンパク質、脂肪、およびその他の汚染物質から分析システムを適切に保護する後者の膜プロセスの有効性が証明されました。仕事の努力と化学物質の使用。この調査の詳細については、ホワイト ペーパーをご覧ください «Metrohm Inline Dialysis による乳製品の簡易分析».
そのため、メトロームのインライン透析は、牛乳サンプルなどの乳製品の理想的なサンプル準備ツールであることが証明されました。幅広い食品サンプルに適用できますが、生化学、燃料、医薬品などの他の産業分野の困難なサンプルにも適用できます。この記事の最後に、これらの業界向けのいくつかのアプリケーション例を紹介します。
結論
この記事で説明するメンブレンベースのインラインサンプル調製技術 (UF と透析) はどちらも、繰り返しのラボ作業を容易にする強力なツールです。それだけでなく、全体的な分析コストと使用する化学薬品の量を削減しながら、IC システムを保護するのにも役立ちます。それにもかかわらず、メトロームのインライン限外濾過とインライン透析のどちらを選択するかについての最終的な判断は、サンプルマトリックスによります。
参考資料
Video: Basics of maintaining and working with ion chromatographs
Application Note: Four anions in a protein formulation using dialysis for sample preparation
Metrohm Inline Dialysis による乳製品の簡易分析
このホワイト ペーパーでは、イオン クロマトグラフィー (IC) による牛乳サンプルの分析において、自動化されたインライン限外濾過とインライン透析を従来の Carrez 清澄化手順と比較しています。約 6 か月にわたる継続的な一連のテストにより、インライン透析が、IC 分析前の乳製品処理の信頼性と価値のある代替手段であることが証明されました。
