サンプル調製に使用される手法とは？抽出、クリーンアップ、濃縮へのガイド

本質的に、サンプル調製とは、分析を受ける前にサンプルを処理するために使用される一連のプロセスを指します。これらの手法は、目的の化合物（分析対象物）をサンプルマトリックスの残りの部分から分離し、干渉物質を除去し、分析機器に適したレベルまで分析対象物を濃縮するように設計されています。主要な技術は、抽出、クリーンアップ、濃縮の大きく3つのカテゴリに分類できます。

サンプル調製の中核的な目標は、複雑な「現実世界」のサンプルと、高感度な分析機器の厳密な要件との間のギャップを埋めることです。適切な調製を行うことで、最終的な分析が正確で信頼性が高く、干渉がないことが保証されます。

サンプル調製が極めて重要なステップである理由

具体的な手法に入る前に、この段階がなぜそれほど重要なのかを理解することが不可欠です。クロマトグラフや分光計などの分析機器は、与えられたものしか測定できません。

干渉物質の除去

未処理のサンプル（血液、土壌、食品など）には、目的の分析対象物以外に何千もの化合物が含まれています。これらの干渉化合物は、分析対象物からのシグナルを覆い隠し、不正確な結果につながる可能性があります。

分析対象物の濃縮

分析対象物は、機器の検出限界をはるかに下回る微量レベルで存在することがよくあります。サンプル調製手法は、分析対象物を濃縮し、そのシグナルを増強して検出を可能にするために使用されます。

機器適合性の確保

最終的なサンプル抽出液は、機器と互換性のある溶媒と状態でなければなりません。例えば、ガスクロマトグラフィー用のサンプルは揮発性である必要があり、液体クロマトグラフィー用のサンプルは適切な移動相に溶解されている必要があります。

サンプル調製手法のフレームワーク

サンプル調製を単一のステップとして捉えるのではなく、明確な段階を持つワークフローとして考える方が効果的です。多くの技術がこのフレームワーク内で複数の目的に役立つ可能性があります。

ステージ1：抽出

抽出とは、目的の分析対象物を主要なサンプルマトリックスから分離するプロセスです。

液液抽出（LLE）は古典的な手法であり、サンプルをある溶媒に溶解し、分析対象物を、それよりも溶解度の高い、混ざり合わない2番目の溶媒に抽出します。

固相抽出（SPE）は、より現代的で効率的な手法です。サンプルを、分析対象物または干渉物質のいずれかを選択的に保持する固体材料（吸着剤）を含むカートリッジに通し、それらを分離できるようにします。

固相マイクロ抽出（SPME）は無溶媒法であり、コーティングされたファイバーをサンプルに曝露します。分析対象物はファイバーに吸着した後、直接機器に熱脱着されるため、揮発性および半揮発性化合物に最適です。

QuEChERS（Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, and Safe：迅速、容易、安価、効果的、堅牢、安全）は、食品および農業試験で人気のある合理化された方法です。溶媒による初期抽出と、脂肪や色素などの干渉物質を除去するための様々な吸着剤を用いたクリーンアップステップで構成されます。

ステージ2：クリーンアップ

クリーンアップは、最初のステージからの抽出液を精製し、分析にまだ影響を与える可能性のある共抽出された干渉物質を除去します。

SPEはクリーンアップに非常によく使用されます。吸着剤と溶媒の適切な組み合わせを選択することで、分析対象物をカートリッジに保持したまま干渉物質を選択的に洗い流すことができます（またはその逆も可能です）。

ステージ3：濃縮

この最終ステージでは、精製された抽出液を機器に注入できるように準備します。

穏やかな窒素の流れ下での蒸発は、抽出溶媒を除去するための一般的な方法です。これにより、濃縮された分析対象物が残ります。

蒸発後には溶媒交換が行われます。乾燥した分析対象物を、分析機器により適した少量の正確な体積の別の溶媒に再溶解（再構成）します。

トレードオフの理解

サンプル調製方法の選択は、単一の「最良」のオプションを見つけることではなく、競合する要因のバランスを取ることです。

速度対選択性

基本的なLLEのような単純で迅速な方法は、すべての干渉物質を除去できない場合があります。より複雑な多段階SPE法は、優れたクリーンアップ（高い選択性）を提供しますが、より多くの時間とメソッド開発を必要とします。

溶媒消費量対コスト

LLEのような従来の多く方法は、大量の有機溶媒を使用し、これはコストがかかり、環境問題を引き起こします。SPMEのような最新の技術は無溶媒であり、SPEは使用する溶媒が大幅に少なく、廃棄物と費用の両方を削減します。

分析対象物損失の可能性

移送、ろ過、蒸発の各ステップで、目的の分析対象物を失うリスクが生じます。より少ないステップの単純なワークフローの方が、最終的な抽出液が完全にきれいでなくても、回収率と精度が向上することがあります。

分析に適した方法の選択

方法の選択は、サンプルの種類、分析対象物の特性、および最終的な分析目標によって決定されるべきです。

複雑なサンプル（例：血漿、廃水）の分析が主な焦点である場合： 効果的なクリーンアップのためには、固相抽出（SPE）のような高い選択性を持つ方法が不可欠です。
微量汚染物質（例：食品中の農薬）の検出が主な焦点である場合： ワークフローには、溶媒蒸発と再構成のような、重要な濃縮ステップを含める必要があります。
多数のサンプルのハイスループットスクリーニング（例：品質管理ラボ）が主な焦点である場合： QuEChERSのような合理化されたプロトコルや、自動化されたSPEシステムの利用が最も効果的です。
揮発性または半揮発性化合物（例：コーヒーのアロマ）の分析が主な焦点である場合： 無溶媒技術である固相マイクロ抽出（SPME）は、目的の分析対象物の損失を防ぐのに理想的です。

結局のところ、適切に設計されたサンプル調製戦略は、信頼できる正確な分析結果の基盤となります。

要約表：

ステージ	目的	主要な手法
抽出	サンプルマトリックスから分析対象物を分離する	液液抽出（LLE）、固相抽出（SPE）、QuEChERS、固相マイクロ抽出（SPME）
クリーンアップ	共抽出された干渉物質を除去する	固相抽出（SPE）
濃縮	検出のための分析対象物シグナルを増強する	溶媒蒸発、溶媒交換

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