超音波支援曇点抽出
Cloud point extraction (CPE) は、分析対象物を分離し、予備濃縮するための分析前処理です。超音波処理と組み合わせることで、曇点抽出を強化し、プロセスをより効率的で迅速、かつ環境に優しいものにすることができます。超音波支援曇点抽出は、溶媒消費量と抽出時間を削減するとともに、分析対象物の濃縮倍率を大幅に高めます。
曇点抽出はどのように機能するのでしょうか？
Cloud point extraction (CPE) は、試料マトリックスから分析対象物を抽出し、予備濃縮するために用いられる分離技術です。この方法では、曇点と呼ばれる特定の温度で、試料マトリックス中にミセルまたは液晶凝集体の雲が形成されます。分析対象物はミセル相に可溶化され、この相は遠心分離またはろ過によって試料マトリックスから分離できます。
CPE技術は、水、体液、環境試料など、さまざまな試料マトリックスに適用できます。一般に、複雑なマトリックスからフェノール類、多環芳香族炭化水素（PAHs）、農薬などの有機化合物を抽出するために使用されます。
曇点抽出とは何でしょうか？
Cloud point extraction は、特定の温度で液体が白濁する物理的変化を利用します。液体の曇点とは、透明な溶液が、その温度より低い温度で液液相分離を起こしてエマルションを形成するか、液固相転移を起こして安定なゾルまたは沈殿が沈降する懸濁液を形成する温度です。
曇点抽出の動作原理： Cloud point extraction (CPE) は、水溶液中の非イオン性界面活性剤に特有の相挙動を利用します。この水溶液は、特定の温度 – いわゆる曇点 – に達した後、および／またはキレート剤の添加後に相分離を示します。曇点抽出における分離の主な駆動力は、分析対象物と界面活性剤の間の疎水性相互作用に由来し、これにより分析対象物をさまざまな金属錯体の形で非イオン性界面活性剤に富む相に捕捉できます。
CPEには、固相抽出や液液抽出などの従来の抽出方法と比べて、いくつかの利点があります。少量の有機溶媒しか必要としない、簡便で費用対効果の高い技術です。また、特定の分析対象物の選択的抽出にも使用でき、分析対象物の定量分析のために、クロマトグラフィーや分光法などの他の分析技術と容易に組み合わせることができます。
一方、CPEには、温度を慎重に制御する必要があることや、他のマトリックス成分による干渉の可能性など、いくつかの制約もあります。こうした制約はあるものの、CPEは有望な技術であり、超音波処理と組み合わせることで、さらに効率を高めることができます。
超音波CupHorn は、同じ条件で複数のバイアルの試料を同時に前処理できるため、曇点抽出を容易にします
超音波処理はどのように曇点抽出の効率を高めるのでしょうか？
超音波処理は、 cloud point extraction (CPE) をいくつかの方法で支援し、改善するために使用できます。超音波処理では、高周波の音波を用いて液体媒体中にキャビテーション気泡を発生させます。これらの気泡が崩壊すると、局所的に高い温度と圧力が生じ、試料マトリックスを破壊し、CPE中のミセル相への分析対象物の可溶化を促進することができます。
超音波処理がCPEを支援し、改善する方法には、次のようなものがあります。
- ミセル形成の促進： 超音波処理は、界面活性剤分子と試料マトリックスの接触を増やすことで、ミセルの形成を促進できます。これにより、ミセル相への分析対象物の可溶化がより迅速かつ効率的に進み、抽出収率が高まる可能性があります。
- 抽出時間の短縮： 超音波処理は、試料マトリックスからミセル相への分析対象物の物質移動を加速することで、CPEに必要な抽出時間を短縮できます。これは、試料マトリックスに対する超音波処理の機械的作用によるもので、マトリックス中に分析対象物を保持している分子間力を崩すことができます。
- 抽出効率の向上： 超音波処理は、界面活性剤分子と分析対象物の接触を促進することで、CPEの抽出効率を向上させることができます。これにより、ミセル相への分析対象物の可溶化がより完全に進み、抽出効率が高まる可能性があります。
- 感度の向上： 超音波処理は、ミセル相中での分析対象物の予備濃縮を改善することで、CPEの感度を高めることができます。これにより、予備濃縮を行わない場合に検出可能な濃度よりも低い濃度で、分析対象物を検出できる可能性があります。
総じて、超音波処理は、ミセル形成の促進、抽出時間の短縮、抽出効率の向上、感度の向上を通じて、CPEの性能を改善するための有用な手段となり得ます。
曇点抽出に適した超音波処理装置をお選びください
Hielscher Ultrasonicsは、曇点抽出および分析前処理のために、効率的で時間を節約でき、使いやすい試料前処理を実現するさまざまな高度な超音波ソリューションを提供しています。曇点抽出のために単一の試料、複数の試料、またはマイクロタイタープレート／マルチウェルプレートを超音波処理する場合のいずれにも、お客様の抽出手順に最適な超音波処理装置をご用意しています。
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| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 最大10本のバイアルまたはチューブ | 該当なし | VialTweeter |
| マルチウェルプレート／マイクロタイタープレート | 該当なし | UIP400MTP |
| 複数のチューブ／容器 | 該当なし | CupHorn |
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–1000mL | 20–200mL/min | UP200Ht, UP200St |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP400St |
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VialTweeter は、10本の試験管を同時に超音波処理するための、複数試料用の超音波前処理ユニットです。
文献／参考文献
- Yoong Kit Leong, John Chi-Wei Lan, Hwei-San Loh, Tau Chuan Ling, Chien Wei Ooi, Pau Loke Show (2017): Cloud-point extraction of green-polymers from Cupriavidus necator lysate using thermoseparating-based aqueous two-phase extraction. Journal of Bioscience and Bioengineering, Volume 123, Issue 3, 2017. 370-375.
- Trindade, A. S., Dantas, A. F., Lima, D. C., Ferreira, S. L., & Teixeira, L. S. (2015): Multivariate optimization of ultrasound-assisted extraction for determination of Cu, Fe, Ni and Zn in vegetable oils by high-resolution continuum source atomic absorption spectrometry. Food chemistry, 185, 2015. 145–150.
Hielscher Ultrasonicsは、 実験室規模 から 産業規模までの高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。