本質的に、サンプル前処理とは、生のサンプルを、機器による分析に適した精製された形に変換するために行われるすべてのステップを指します。これらの方法は、単純なろ過や希釈から、特定の化合物を分離するために設計された複雑な多段階抽出および濃縮手順まで多岐にわたります。最終的な目標は、妨害物質を除去し、正確で信頼性の高い測定を保証する方法で、ターゲット分析対象物を機器に提示することです。
世界で最も洗練された分析機器であっても、適切に前処理されていないサンプルからは良いデータは得られません。サンプル前処理は予備的な雑用ではなく、分析プロセスにおいて最も重要なステップであり、最終結果の品質、精度、信頼性を直接左右します。
サンプル前処理の主要な目的
特定の技術を選択する前に、サンプル前処理がなぜ必要なのかを理解することが不可欠です。すべての方法は、4つの基本的な目的のいずれか、または複数を達成するように設計されています。
目的の分析対象物の分離
ターゲット化合物、つまり分析対象物は、多くの場合、複雑な混合物中の単一の成分に過ぎません。主な目標は、この分析対象物を、タンパク質、脂質、塩、色素など、元のサンプルマトリックス内の他のすべてから分離することです。
妨害物質の除去
サンプルマトリックスには、分析を妨害する可能性のある多くの成分が含まれています。これらの妨害物質は、機器の信号を抑制したり、偽陽性信号を生成したり、分析カラムのような敏感な機器コンポーネントを損傷したりする可能性さえあります。優れた前処理方法は、これらの物質を除去します。
分析対象物の濃縮
多くの場合、分析対象物は、機器が確実に検出するには低すぎる濃度で存在します。固相抽出や溶媒蒸発などの前処理技術は、分析対象物の濃度を測定可能なレベルまで高めるために使用されます。
機器との互換性の確保
最終的に調製されたサンプルは、分析機器と互換性のある溶媒または状態である必要があります。たとえば、ガスクロマトグラフィー（GC）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（LC）用のサンプルは移動相と互換性のある溶媒に完全に溶解している必要があります。
一般的な技術の概要
研究室では、上記の目標を達成するために、多くの場合組み合わせて、幅広い技術を使用しています。選択は、サンプルタイプ、ターゲット分析対象物、および分析機器によって異なります。
固相抽出（SPE）
SPEは、サンプルクリーンアップと濃縮のための非常に汎用性が高く、広く使用されている技術です。液体サンプルを、分析対象物または妨害物質を選択的に保持する充填カラム（吸着剤）に通すことで機能し、それらを分離することができます。環境、臨床、製薬研究室で主力として使用されています。
液液抽出（LLE）
LLEは、2つの混和しない液体（通常は水と有機溶媒）における溶解度の差に基づいて化合物を分離する古典的な方法です。サンプルは2つの溶媒と混合され、分析対象物はより溶解しやすい溶媒に分配され、妨害物質は残されます。
ろ過
ろ過は、液体または気体から固体粒子を除去するために使用される基本的な物理的分離プロセスです。研究室では、これは通常、HPLCのような敏感な機器の詰まりを防ぐために、シリンジフィルターで行われます。
遠心分離
この技術は、遠心力を使用して、混合物の成分をそのサイズ、密度、および形状に基づいて分離します。細胞をペレット化したり、DNAを沈殿させたり、抽出ステップ後に混和しない液体を分離したりするためによく使用されます。
均質化と溶解
分析対象物が細胞内または組織内にある場合、最初のステップはそれらを破壊することです。均質化は組織を機械的に破壊することを伴い、溶解は、多くの場合、化学洗剤または超音波処理（高周波音波）のような物理的方法を使用して、細胞膜の破壊を指します。
誘導体化
分析対象物が特定の分析にあまり適していない場合があります（例：GCには十分に揮発性ではない）。誘導体化は、揮発性の増加や、より容易に検出される構造など、より好ましい特性を与えるために分析対象物を修飾する化学反応です。
トレードオフの理解
すべての状況に完璧な単一の方法はありません。適切な方法を選択するには、いくつかの主要な要素のバランスを取る必要があります。
速度 vs. 選択性
多段階SPEのような高選択性方法は、非常にクリーンなサンプルを提供しますが、時間がかかり、複雑になる可能性があります。対照的に、単純な「希釈して注入」アプローチは非常に高速ですが、妨害物質や濃度が大きな問題ではない比較的クリーンなサンプルにのみ機能します。
コストと複雑さ
単純なろ過は安価で、最小限のトレーニングしか必要としません。逆に、自動SPEシステムはかなりの設備投資を意味し、メソッドの開発と検証にはより多くの専門知識が必要ですが、はるかに高いスループットと再現性を提供します。
サンプル量と分析対象物濃度
手元にあるサンプルの量と分析対象物の予想濃度は重要な要素です。固相マイクロ抽出（SPME）のような技術は、少量からの微量レベル分析に優れていますが、LLEは、より大量のサンプルからのバルク抽出により適していることがよくあります。
分析対象物損失のリスク
液体を移したり、溶媒を蒸発させたりするなど、すべての操作ステップは、ターゲット分析対象物の一部を失うリスクを伴います。より多くのステップを含む複雑な手順は、分析対象物損失の可能性が高く、最終的な定量化の精度と精密さに悪影響を与える可能性があります。
分析に適した方法の選択
サンプル前処理の選択は、サンプルマトリックスと分析目的に直接導かれるべきです。
- 複雑なマトリックス（血液、土壌、食品）の分析が主な焦点である場合：強力なクリーンアップ機能を備えた方法が必要であり、固相抽出（SPE）が優れた出発点となります。
- 非常に低い濃度の検出が主な焦点である場合：SPEや抽出後の溶媒蒸発など、濃縮ステップを含む技術を優先してください。
- 比較的クリーンなサンプルで速度が主な焦点である場合：直接注入または「希釈して注入」プロトコルに続く単純なろ過で十分な場合があります。
- ガスクロマトグラフィーによる非揮発性化合物の分析が主な焦点である場合：分析対象物を機器に適したものにするために、化学誘導体化を検討する必要があります。
サンプル前処理をマスターすることは、信頼できるデータを生成するための最初で最も重要なステップです。
要約表：
| 方法 | 主な目的 | 一般的な用途 |
|---|---|---|
| 固相抽出（SPE） | クリーンアップ＆濃縮 | 環境、製薬、臨床 |
| 液液抽出（LLE） | 溶解度による分離 | バルクサンプル抽出 |
| ろ過 | 粒子状物質の除去 | HPLCの保護、一般的な清澄化 |
| 遠心分離 | 密度による分離 | 細胞のペレット化、液体の分離 |
| 均質化/溶解 | 細胞内分析対象物の放出 | 組織、細胞分析 |
| 誘導体化 | 機器適合性のための修飾 | 非揮発性物質のGC分析 |
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