技術概要

固相マイクロ抽出の基礎

固相マイクロ抽出（SPME）

固相マイクロ抽出（SPME）は、溶媒を使用しないサンプル前処理技術です。SPME では、吸着または吸収と脱着の原理に基づいて、コーティングされたファイバまたは Arrow を使用して、サンプルから揮発性化合物と半揮発性化合物を濃縮します。SPME では、サンプルマトリックス中、サンプル上部のヘッドスペース、およびポリマーコーティングされたフューズド相において、成分が平衡状態となります。

SPME には、ヘッドスペース（最も一般的）および直接浸漬（DI）という 2 つのカテゴリがあり、浸漬では、SPME ファイバまたは Arrow を水溶性サンプルに浸漬します（アプリケーションにより異なります）。

SPME 分析は、次の 2 つのプロセスで構成されています。
1. コーティングとサンプル間での成分の分離（図 1）

このプロセスは、サンプルマトリックスへの SPME デバイスの挿入、およびサンプルへの相の曝露で構成されています。ターゲット化合物は、サンプルから相へ吸着または吸収されます（相に依存）。平衡状態に達したら、相はニードル中に引き込まれ、サンプル容器から取り除かれます。

2. 分析機器への濃縮済み成分の脱着

SPME ファイバおよび SPME Arrow

SPME は、1990 年代初期にカナダのオンタリオ州にあるウォータールー大学の Pawliszyn 教授によって考案され、化学修飾されたフューズドシリカファイバとして導入されました。SPME は、過去数十年の間に、環境、食品、および臨床分析分野において最も広く使用されている抽出技術の1 つになりました。ただし、この技術は、機械的安定性が不十分である、相容量が小さいなど、いくつかの欠点により、大きな変化がありませんでした。2016 年、微量分析感度と機械的に高い堅牢性を兼ね備えた、マイクロ抽出用の新しい特許技術である PAL SPME Arrow が開発されました。PAL SPME Arrow の 外径 は 1.1 または 1.5 mm であるため、吸着相の表面積と容量が大きくなると同時に、矢じり状のチップにより、バイアルと注入口のセプタムをスムーズに貫通できます。

SPME ファイバの利点は、次のとおりです。
– 独自に試験したデザイン– 溶媒が不要– 自動化が容易– サンプルを非破壊で分析– ファイバは再利用可能– GC または HPLC 機器に対応

Agilent SPME ファイバはすべて標準長が 10 mm で、23 ゲージニードルを備えています。SPME ファイバには、100 µm × 10 mm、0.6 µL の吸着相が備えられています（図 2）。

開始

サンプルバイアルの ファイバの伸長とサンプルからのセプタムへの穿刺インキュベート ファイバの引き戻し

サンプルバイアルからのファイバホルダの引き戻し

図 1. SPME プロセス - 直接浸漬（DI）の例を示しています。
ハブ - 色は液相を表す

セプタム穿刺ニードル調整可能なニードルガイド / 深さゲージ

図 2. SPME ファイバの特徴（Agilent SPME ファイバ、PDMS-100/10-P3、赤、3 個、p/n 5191-5872）

2

フューズドシリカファイバ

ファイバアタッチメントチューブ

SPME Arrow の利点は、次のとおりです。

– SPME ファイバと同じ利点に加え、以下が追加されます。
– 吸着相の表面積の拡大

Agilent SPME Arrow はすべて標準長が 20 mm で、ニードルの外径は1.1 または 1.5 mm のいずれかです（図 3）。SPME Arrow は、吸着相の表面積が大きく（最大 6 倍）、容量も大きくなっています（最大 20 倍）。

– 相容量の増大– 寿命の向上ハブ - 色は液相を表す

フューズドシリカ相

セプタム穿刺ニードル

コア内径 = 0.4 mm

調整可能なニードルガイド / 深さゲージ

図 3. SPME Arrow の特徴（Agilent SPME Arrow、PDMS（ポリジメチルシロキサン）、1.10 mm、100 µm、赤、3 個、p/n 5191-5862）

SPME 相の選択

矢じり状セプタム穿刺チップ– 化合物の濃度（図 5）

SPME 相 を選択する際 には、考慮すべき基準 がいくつか 存在します。

これらの基準には、ターゲット化合物の分子量と極性、濃度、そしてマトリックスの複雑度があります。

– 化合物の分子量（MW）

化合物の MW により、相コーティングの内外およびサンプル中を化合物が移動できる速度が決まります。低分子量の化合物の場合、より高速に拡散するため、平衡化に要する時間は短くなります。高分子量の化合物の場合、コーティングおよびサンプル中を移動する速度が遅くなるため、平衡化に達するまでの時間が長くなります。

– 化合物の極性（図 4）– 吸収性のある相の場合、抽出される化合物の量は相容量に直接的に比例します。コーティングのフィルムが厚くなるにつれて、サンプルから抽出できる化合物が多くなります。

– 吸着タイプのファイバの場合、低濃度で存在する化合物をより適切に抽出でき、多数の化合物の検出下限がより低くなります。

– マトリックスの複雑度

PDMS コーティングは、複雑なマトリックスを直接分析する際の最も堅牢なオプションであり、対象分析物に対するこのコーティングの感度に関係なく、優先されるオプションです。1

コーティングに極性がある場合、フェノールやエステルのような極性化合物に対する選択性 がより高くなり、非極性化合物に対する選択性がより低くなることがあります。

非極性高 MW 化合物

7 μm PDMS

非極性半揮発性化合物

30 μm PDMS

揮発性化合物

100 μm PDMS

極性半揮発性化合物

85 µm ポリアクリレート

ガスと揮発性化合物

95/10 μm CAR-WR/PDMS

極性揮発性化合物
臭気物質と香気物質

65 μm DVB/PDMS

非極性極性多層型

80/10 μm DVB/CAR-WR/PDMS

図 4. Agilent SPME ファイバ相およびその関連極性

3100 μm PDMS

100 µm ポリアクリレート

吸収性

120 μm CAR WR/PDMS

120 μm DVB/PDMS

吸着性

吸収吸着

120 μm DVB/CAR WR/PDMS

250 μm PDMS

吸収性

図 5. Agilent SPME Arrow 相およびその関連物質特性相に関する一般的な推奨事項– 非極性および揮発性化合物では通常、100 µm PDMS 相が必要になります。

– CWR/PDMS により、低分子量の化合物が効果的に濃縮されます。

– アルコールやアミンのような揮発性極性化合物は 65 µm PDMS/DVB
相によりより効果的に吸着され、短時間で脱着されます。

– 微量の揮発性化合物の分析では、75 µm PDMS/CWR 相を推奨します。

– 高分子量または半揮発性化合物は、30 または 7 µm PDMS 相によ– 対象化合物の範囲 が広い場合（C3 ～ C20）は、50/30 µm DVB/

– 極性サンプルから極性化合物を抽出するには、85 µm PA でコーティ– HPLC 分析向けの汎用の相は、60 µm PDMS/DVB 相です。

り効果的に抽出されます。

ングされた相を使用します。

4

CWR/PDMS 相が最適です。

SPME サンプル回収率

平衡化時間を延長する、抽出前にサンプルに塩を追加するなど、サンプル抽出メソッドを変更すると、サンプル回収率に影響を与えます。条件ごとに受 ける影響（図 6）は、アプリケーションに依存します。そのため、SPME アプリケーションにとってメソッド開発は重要な要素です。

平衡化条件- 充填剤- 温度- 時間

強度

運動による影響-撹拌 / かき混ぜ
塩析
pH 値
温度

定量には時間制御が重要であるため、自動化を強く推奨します

図 6. SPME によるサンプル回収率に影響を与える物理的要因

メソッドの感度を最適化する際には、適切なコーティングとその厚さを選択することに加えて、サンプル温度も重要なパラメータになります。一般

的に、サンプル温度が上昇すると、沸点が高い成分の感度は向上します
が、沸点が低い成分の感度は低下します。また、抽出時には、温度も平衡化に影響を与え、温度が上昇すると平衡化時間が短くなります。

抽出時間

SPME アプリケーションにおいて影響を与える最も一般的な処理の 1 つは、「塩析」です。2これには、 サンプルに 対して 飽和量 の 塩（通常 はNaCl）を加えて、ターゲット化合物の分配係数（K）を低下させることにより、 ヘッドスペース中での濃度を高くするという処理も伴います。次に実施する塩析により、特に極性化合物や有機揮発性化合物など、多数の化合物の抽出効率が向上します。ただし、塩析がすべてのアプリケーションで役に立つとは限らないことに注意してください。

5

直接浸漬（DI）3

複雑または汚れたサンプル （食品および土壌サンプル）では多くの場合、ヘッドスペース SPME を選択します。ただし、親水性が高く揮発性が低い化合物、つまり溶液中での運動速度が比較的遅い化合物の場合、ヘッドスペースへの搬送に対する抵抗性が高くなります。このため、半揮発性および極性化合物に関係するヘッドスペースサンプリングは、必ずしも効率的であるとは 限りません。極性および半揮発性化合物の抽出効率 は、

DI-SPME の実施時に大幅に向上します。DI-SPME では、抽出モードの物質移動特性を規定するマトリックスを通しての拡散係数が、システム内に存在する低分子物質すべてにおいて類似しています（図 7）。クリーンなマトリックス由来の非揮発性極性化合物を分析する際に最も広く使用されているのは、ポリアクリレート（PA）相です4（図 8）。

図 8. Agilent SPME Arrow、アクリレート（ポリアクリレート）、1.10 mm、100 µm、グレー、3 個（p/n 5191-5858）

多孔質固相は、抽出効率の面で利点が存在するにもかかわらず、長時間にわたり複雑 なマトリックスに直接曝露されるため、相表面の劣化に関連する特定の欠点も存在します。また、高濃度のターゲット化合物または干渉物質が含まれるマトリックスからの吸着が原因で、多孔質固相の表面が飽和する可能性もあります。DI-SPME は、特に複雑なマトリックスを処理する際に面倒な作業になる場合があります。ただし、正しく洗浄して適切にコンディショニングすることにより、相の寿命を延長できます。

SPME 相はすべて、特定の溶媒に曝露されると膨張する場合があります（特に、塩素化溶媒の場合）。例えば、非極性溶媒（炭化水素、トルエン、ジクロロメタンなど）と接触すると、PDMS は膨張します。

ヘッドスペース
サンプリング

直接浸漬（DI）

図 7. ヘッドスペースサンプリングおよび直接浸漬ファイバの位置決め

膨張 という点 を考慮すると、CWR/PDMS 相 は、PDMS/DVB およびDVB/CWR/PDMS 相と比較して（同じ動作条件下で）、コーティングの飽和 に 関連する不自然 な 結果 が 生じにくいことに 注意する必要 があります。その理由は、CWR 粒子は DVB と比較して表面積が大きいため、CWR/PDMS は PDMS/DVB よりも全体 の 相容量 が 大きくなるためです。5また CWR/PDMS 相は、低分子量の化合物を吸収するのに十分な程度に小さく、狭い微小孔も備えているため、PDMS/DVB 相と比較して、低分子量および極性化合物に対する親和性が高くなる傾向があります。5CWR/PDMS SPME Arrow は、大きな吸着相を備えており容量も外径も大きい（1.5 mm）ため、DI-SPME 分析用の最適なソリューションです（図 9）。

図 9. Agilent Smart SPME Arrow、カーボン WR/PDMS（カーボンワイドレンジ、ポリジメチルシロキサン）、1.50 mm、120 µm、ライトブルー、3 個（p/n 5610-5863）

6

Agilent SPME のポートフォリオアジレントでは、固相マイクロ抽出（SPME）サンプル前処理用の高品質の製品を提供しています。また、SPME Arrow とファイバを 3 パックで提供しており、この中にはファイバホルダや注入口ガイドなどの関連アクセサリも含まれています。

表 1. Agilent SPME 製品ポートフォリオ内の SPME ファイバおよび Arrow、Smart: PAL3 対応
部品番号ファイバ/Arrow

Smart

G7371-67001

両方

いいえ

ファイバ

いいえ

5191-5877、5191-5876
5610-5876

ファイバ

5191-5858

Arrow

5610-5858

Arrow

5191-5875

ファイバ

5610-5875

ファイバ

5191-5859

Arrow

5191-5863

Arrow

5610-5859

Arrow

5610-5863

Arrow

5191-5874

ファイバ

5610-5874

ファイバ

5191-5861

Arrow

5191-5864

Arrow

5610-5861

Arrow

5610-5864

Arrow

5191-5870

ファイバ

5610-5870
5191-5871
5610-5871
5191-5872

ファイバ
ファイバ
ファイバ
ファイバ

5610-5872

ファイバ

5191-5862

Arrow

5191-5866

Arrow

5610-5862

Arrow

5610-5866

Arrow

5191-5867

Arrow

5610-5867

Arrow

5191-5873

ファイバ

5610-5873

ファイバ

5191-5860

Arrow

5191-5865

Arrow

5610-5860

Arrow

5610-5865

Arrow

はいいいえ

製品概要

SPME ファイバおよび SPME Arrow 用マニュアル注入キット

アクリレート（ポリアクリレート）

はい

いいえ
はい

いいえ
いいえ
はい

カーボン WR/PDMS（カーボンワイドレンジ/PDMS）

はい

いいえ
はい

いいえ
いいえ

DVB/カーボン WR/PDMS

はい
はいいいえ
はい

いいえ
はい

いいえ
はいいいえ

PDMS（ポリジメチルシロキサン）

いいえはいはいいいえ
はいいいえ
はい

いいえ
いいえ
はい
はい

PDMS/DVB（PDMS/ジビニルベンゼン）

ファイバゲージ/

Arrow 外径相の長さ相の厚さ

色

パック

NANANANA各1個

2310 mm

85 µm

グレー

3 パック

2310 mm

86 µm

グレー

3 パック

1.1 mm

20 mm

100 µm1.10 mm

20 mm

100 µm2310 mm

95 µm

2310 mm

95 µm

1.1 mm

20 mm

120 µm

1.5 mm

20 mm

120 µm1.10 mm

20 mm

120 µm1.50 mm

20 mm

120 µm2310 mm

80 µm

2310 mm

80 µm

1.1 mm

20 mm

120 µm

1.5 mm

20 mm

120 µm1.10 mm

20 mm

120 µm1.50 mm

20 mm

120 µm2310 mm

7 µm

2310 mm

7 µm

2310 mm

30 µm

2310 mm

30 µm

2310 mm

100 µm2310 mm

100 µm

1.1 mm

20 mm

100 µm

1.5 mm

20 mm

100 µm1.10 mm

20 mm

100 µm1.50 mm

20 mm

100 µm

1.5 mm

20 mm

250 µm1.50 mm

20 mm

250 µm2310 mm

65 µm

2310 mm

65 µm

1.1 mm

20 mm

120 µm

1.5 mm

20 mm

120 µm1.10 mm

20 mm

120 µm1.50 mm

20 mm

120 µmグレー
グレー

ダークブルー
ダークブルーライトブルーライトブルーライトブルーライトブルー

ダークグレー
ダークグレー
ダークグレー
ダークグレー
ダークグレー
ダークグレー

緑
緑
黄黄
赤
赤
赤
赤
赤
赤
黒
黒
紫
紫
紫紫
紫
紫

3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック
3 パック

7

表 2. Agilent SPME ファイバおよび Arrow バラエティキット
部品番号

ファイバ/Arrow Smart

製品概要

SPME ファイバセレクションセット 2 – PDMS（7 µm、30 µm、および 100 µm）、
DVB/CWR/PDMS（80 µm）、DVB/PDMS（65 µm）

ファイバゲージ/

Arrow 外径

相の長さ

相の厚さ

色

パック

2310 mm

複数

複数

5 パック

2310 mm

複数

複数

5 パック

2310 mm

複数

複数

5 パック

2310 mm

複数

複数

5 パック

5191-5879

ファイバ

いいえ5610-5879

ファイバ

はい5191-5878

ファイバ

いいえ5610-5878

ファイバ

はい5191-5869

Arrow

SPME Arrow セレクションセット 2 – PDMS（1.10 mm、100 µm）、ポリアクリレート
いいえ （1.10 mm、100 µm）、CWR/PDMS（1.10 mm, 120 µm）、DVB/PDMS（1.10 mm、120 µm）、DVB/CWR/PDMS（1.10 mm、120 µm）

1.1 mm

20 mm

複数

複数

5 パック

5610-5869

Arrow

はい

1.10 mm

20 mm

複数

複数

5 パック

5191-5868

Arrow

SPME Arrow セレクションセット 1 – PDMS（1.10 mm、100 µm）、ポリアクリレート
いいえ （1.10 mm、100 µm）、CWR/PDMS（1.10 mm, 120 µm）、DVB/PDMS（1.10 mm、120 µm）、PDMS（1.50 mm、250 µm）

複数20 mm

複数複数5 パック

5610-5868

Arrow

はい複数

20 mm

複数複数

5 パック

Smart SPME ファイバセレクションセット 2 – PDMS（7 µm、30 µm、および 100 µm）、ポリアクリレート（85 µm）、CWR/PDMS（95 µm）
SPME ファイバセレクションセット 1 – PDMS（100 µm）、ポリアクリレート（85 µm）、CWR/PDMS（95 µm）、DVB/PDMS（65 µm）、DVB/CWR/PDMS（80 µm）

Smart SPME ファイバセレクションセット 1 – PDMS（100 µm）、ポリアクリレート（85 µm）、CWR/PDMS（95 µm）、DVB/PDMS（65 µm）、DVB/CWR/PDMS（80 µm）

Smart SPME Arrow セレクションセット 2 – Smart SPME Arrow、PDMS（1.10 mm、100 µm）、Smart SPME Arrow、ポリアクリレート（1.10 mm、100 µm）、Smart SPME
Arrow、CWR/PDMS（1.10 mm, 120 µm）、Smart SPME Arrow、DVB/PDMS（1.10 mm、120 µm）、Smart SPME Arrow、DVB/CWR/PDMS（1.10 mm、120 µm）

Smart SPME Arrow セレクションセット 1 – Smart SPME Arrow、PDMS（1.10 mm、100 µm）、Smart SPME Arrow、ポリアクリレート（1.10 mm、100 µm）、SmartSPME Arrow、CWR/PDMS（1.10 mm, 120 µm）、Smart SPME Arrow、DVB/PDMS（1.10 mm、120 µm）、Smart SPME Arrow、PDMS（1.50 mm、250 µm）

表 3. 推奨 Agilent SPME 消耗品
部品番号5191-5877
392609902
5182-3442
5182-3444
5182-3445
5182-3446
5182-3447
5182-3448
5183-47575183-4759
5190-4048
5190-6168
5182-0837
5188-2753
5188-6537
5190-2239
5190-2286
5188-2759
8010-0165
8010-0420
G3450-60638
G3452-60930
G4585-60633
G7371-67001
G6500-88020
G6500-88043

8

SPME ファイバまたは Arrow マニュアル注入キット

製品概要

Merlin マイクロシール SPME 交換用マイクロシール、Varian/Bruker 1079 GC 用、23 ゲージ
Merlin マイクロシールスタータキット、汎用（100 psi）、ナットとマイクロシールを含む
Merlin マイクロシール汎用（100 psi）、交換用マイクロシール
Merlin マイクロシール 100 psi ナット

SPME Arrow 用 Merlin マイクロシールナット

1.1 mm Arrow SPME プローブ用の交換用マイクロシール
1.5 mm Arrow SPME プローブ用の交換用マイクロシール

注入口セプタム、ブリード/温度最適化（BTO）、ノンスティック、11 mm
注入口セプタム、高性能グリーン、ノンスティック、11 mm

注入口ライナ、ウルトライナート、スプリットレス、ストレート、内径 0.75 mm、SPME 用
注入口ライナ、ウルトライナート、スプリットレス、ストレート、内径 2 mm

バイアル、クリンプトップ、ヘッドスペース、透明、平底、20 mL、23 × 75 mm、100 個

バイアル、スクリュートップ、ヘッドスペース、透明、20 mL、23 × 75 mm、100 個、バイアルサイズ：22.75 × 75 mm（18 mm キャップ）

バイアル、スクリュートップ、ヘッドスペース、茶色、丸底、20 mL、23 × 75 mm、100 個、バイアルサイズ：22.75 × 75 mm（18 mm キャップ）
バイアル、クリンプトップ、ヘッドスペース、茶色、丸底、認定、20 mL、23 × 75 mm、100 個

バイアル、クリンプトップ、ヘッドスペース、茶色、目盛およびラベル付き、平底、認定、20 mL、23 × 75 mm、100 個

キャップ/セプタム、スクリュー、ヘッドスペース、スチール、高温セプタム、認定、18 mm、100 個、キャップサイズ：18 mmキャップ/セプタム、クリンプ、ヘッドスペース、20 mm、銀マグネティック、茶褐色 PTFE/シリコン、100 個、キャップサイズ：20 mm

キャップ/セプタム、クリンプ、ヘッドスペース、20 mm、バイメタルマグネティック、PTFE/シリコンセプタム、100 個、キャップサイズ：20 mm

8860/8890 注入口ウェルドメント、SPME Arrow 用
7890 ターントップアセンブリ、拡張内径、イナート
9000 注入口ウェルドメント、SPME Arrow 用

PAL3 位置決めリング（グレー）、S/SL 注入口用

10/20 mL バイアル輸送用マグネット、PAL シリーズオートサンプラシステム（PAL XT システム）で使用

スプリット/スプリットレスアダプタリング、PAL シリーズオートサンプラシステム（PAL XT システム）で使用

参考文献
1.

Ridgway, K.; Lalljie, S. P. D.; Smith, R. M. Sample Preparation
Techniques for the Determination of Trace Residues andContaminants in Foods. J. Chromatog. A 2007, 1153(1–2),
36–53.

2.

Westland, J. SPME ヘッドスペースアプリケーションによる塩を用いた成分濃度の増加の評価. Agilent Technologies applicationnote, publication number 5994-3159JAJP, 2021.
3.

Lancioni, C. et al. Headspace Solid-Phase Microextraction:
Fundamentals and Recent Advances. Advances in Sample
Preparation 2022, 3, 100035.

4.

Westland, J. Analysis of Parathion-Ethyl in Water with 85 µm
Polyacrylate SPME Fibers. Agilent Technologies applicationnote, publication number 5994-1546EN, 2019.

5.

Pawliszyn, J. Handbook of Solid Phase Microextraction. 2012,61－97.

ホームページ

www.agilent.com/chem/jp

カストマコンタクトセンタ

0120-477-111

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本製品 は 一般的 な実験用途での使用を想定しており、医薬品医療機器等法に基づく登録を行っておりません。
本文書に記載の情報、説明、製品仕様等は予告なしに変更されることがあります。
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Printed in Japan, February 13, 2023
5994-5775JAJP