第382回ガスクロマトグラフィー研究懇談会講演会

SPME（固相マイクロ抽出）の概要と新製品について
メルク株式会社
シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社
ライフサイエンス
ソリューションサイエンティスト事業部
分析製品担当：佐々木豊
yutaka.sasaki@merckgroup.com

The life science business of Merck operates
as MilliporeSigma in the U.S. and Canada.

Agenda1

SPME（固相マイクロ抽出）とは？
仕組み・操作方法について

2

SPMEファイバー構造・種類・特長

3

SPMEの新しい製品について

SPME
固相マイクロ抽出とは？

SPME 固相マイクロ抽出 とは？
はじめにSPME(Solid Phase Micro Extraction)の歴史と実績
 SPMEは、カナダのウォータールー大学 J.Powlisyan教授とそのグループにより開発された手法
 1993年、特許取得と共に、Supelcoから実用製品化

 2011年、上水試験方法のカビ臭測定法として公定法に採用
 多くの分野でご利用いただき、その研究発表も豊富 品質管理の現場でも数多くご利用いただき歴史と実績がある

迅速・簡便に試料を抽出し、高感度でGC測定できる
4

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
はじめにApplications for SPME / Target Makets

シャンプー
タバコ 食品・飲料
異臭
品質管理

香料分析

農芸化学

VOC
火山 大気分析VOC
農薬 水質分析
カビ臭

長い歴史の中で、多くの分野でご活用いただている5

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テルペン
フェロモン

薬物
法医学

科学捜査

不法投棄
火災調査

SPME 固相マイクロ抽出 とは？
はじめに
日光暴露によるミルクの劣化（異臭）I.S. 4-メチル-2-ペンタノン
1

日光暴露前

1hr暴露後2

1. アセトン
2. 2-ブタノン
3. 3-メチルペンタン

36456

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4. ペンタナール
5. ジメチルスルフィド
6. ヘキサナール【測定条件】
Sample2%ミルク(希釈) 3g
IS67ppb
SPME Fiber PDMS/Carboxen
Extraction
15min at 45℃・HS
ColumnSupel-Q PLOT
INJ
Suplitless, 2min
Det.
MS-MS, 33-330m/z

SPME 固相マイクロ抽出 とは？
はじめににおい・嗅覚閾値

嗅覚を起こすために必要な匂いの最小濃度

No 物質

概要

1 アセトン

42 溶媒

2 メチルアルコール

33 溶媒

3 エチルアルコール

0.52 溶媒

4 ホルムアルデヒド

0.5 アルデヒド

5 アセトアルデヒド

0.0015 アルデヒド

6 メチルメルカプタン

0.00007 卵の腐敗臭

7 エチルメルカプタン

0.0000087 卵の腐敗臭

8 酢酸

0.006 家畜の悪臭

9 n-酪酸0.00019 家畜の悪臭

10 n-吉草酸

0.000037 家畜の悪臭

11 トリメチルアミン

0.000032 魚の腐敗臭12 アンモニア

1.5 尿・糞便臭13 インドール

0.0003 尿・糞便臭14 ジオスミン
7閾値(ppm,v/v)

0.0000065 かび臭第382回 ガスクロマトグラフィー研究懇談会 研究会| 23.06.2023

出典
公益社団法人におい・かおり環境協会
日本環境センター所報(1990),17,P.77

SPME 固相マイクロ抽出 とは？
仕組みについて
SPMEの構造

プランジャー

SPME
ホルダー

ファ
イ
バー
ア
セン
ブ
リー

ニードル

金属ワイヤー
外径110μmのフューズドシリカロッドの表面に1cm各種液相を化学結合、またはコーティングしたファイバー

膜厚7-100μmなど

SPME
ファイバー
コーテイングファイバー
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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
仕組みについて簡単操作で高感度✓密閉容器の中で抽出✓溶媒は必要なし✓GCへ全量注入で高感度

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
仕組みについて溶液サンプル

目的に応じた抽出方法

固体サンプル

気体サンプル✓試料容器は問わない✓試料形態も問わない
セプタム✓チャンバー中のリンゴでもOK

真空採取ビン
ヘッドスペース法10

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浸漬法

ヘッドスペース法

SPME 固相マイクロ抽出 とは？
操作方法 抽出・濃縮

バイアルにニードルを挿入

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
操作方法 抽出・濃縮

ニードルアジャスターで調整

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
操作方法 抽出・濃縮

ファイバーを露出

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
操作方法 抽出・濃縮

時間とともに、ファイバーへ抽出・濃縮される

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
操作方法 抽出・濃縮

ファイバーの液相、気相、試料濃度が平衡に達したら抽出終了

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
操作方法 脱離・分析

ファイバーを収納

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
操作方法 脱離・分析

バイアルからニードルを引き抜いて

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
操作方法 脱離・分析

GCへ導入

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
操作方法 脱離・分析

GCへニードルを挿入

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
操作方法 脱離・分析

ファイバーを露出

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
操作方法 脱離・分析

SPMEで濃縮した試料はGC注入口の温度で全量が加熱脱離される

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
操作方法 脱離・分析

SPMEで濃縮した試料のGC注入が終了

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
P&T、HS法との比較

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SPME 固相マイクロ抽出 とは？
P&T、HS法との比較

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P&T法

SPME法

HS法

装置構成

複雑

単純

単純

装置費用

高価

安価

安価

運転コスト

高価

安価

安価

操作性

複雑

単純

個人差

時間30～120分

30～45分30分

低沸点物質

適応適応適応中・高沸点物質

適応

適応

困難

濃縮効果ありありなし

定量限界

ppbpptppm

精度

1～20%

1～12%

大きく変動

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SPMEファイバー

SPME ファイバー
ファイバーの構造

ワイヤー（外径310μm）
ノッチ

ファイバー種類✓バネ無しは、オートサンプラー用✓ハブ色と形状でファイバー種別を判別✓ノッチ形状で針ゲージを判別

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ファイバー液相

針セプタム

ハブ

SPME ファイバー
ファイバーの種類と特長
ファイバー名膜厚pH範囲7µm

参考用途例
対象例

分子量例

2~11

無極性高分子化合物

125-600

30µm

2~11

無極性半揮発性化合物

80-500

100µm

2~10

揮発性化合物

60-275

Polyacrylate

85µm

2~1180-300

DVB/PDMS

65µm

2~11

半揮発性化合物
揮発性化合物
アミン、芳香族ニトロ化合物

50-300PDMS

StableFlex DVB/PDMS

65µm

2~11

StableFlex DVB/Carboxen/PDMS 50/30µm

2~11C3-C20揮発性化合物

40-275

ガス状および低分子化合物

30-225アルコールなどの極性化合物

40-275

Carboxen/PDMS

75µm

2~11

StableFlex Carboxen/PDMS
PEG

85µm
65µm

2~112~927

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SPME ファイバー
ファイバーの種類と特長

小PDMS（7μm / 30μm / 100μm）
CAR/PDMS
DVB/CAR/PDMS
DVB/PDMS

極性

Polyacrylate
PEG
小保持力✓PDMSは高沸点化合物に有用✓CARはカーボン系担体で保持が強い✓DVBは樹脂系担体で保持が強い （極性化合物に有用）✓PEGは極性化合物に有用

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大SPME ファイバー
ファイバーの種類と特長
ファイバー種類と感度

疎水性化合物✓ 高沸点化合物は薄膜PDMSが有意

4.5✓ カーボン系は平面構造の多環芳香族の4.0

脱離が困難✓ 4成分をバランス良く捕集できたのは■PDMS/DVB

7μm PDMS

3.53.02.52.0

カラム :

PTE-5
30m x 0.5mm x 0.25µm

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1.00.50.004

抽出
脱離

0.05M リン酸バッファー: 直接浸漬法、30 min 攪拌: 3 min、at 260-310°C.

1.50.007

サンプル: 各75 ppb/25% NaCl

0.0b.p. 159
153 °C

163
b.p. 283- 284 °Cb.p. 228
448 °C

m.p.499
310 °Cn-Dibutylnitrosoamine

Dimethylphthalate

Chrysene

Decachlorobiphenyl

SPME ファイバー
ファイバーの種類と特長
ファイバー種類と感度

極性化合物

0.20.2✓ PDMSは極性化合物に低感度0.2✓5成分をバランス良く捕集できたのは0.1■ Carb/PDMS0.1■ ポリアクリレート

0.10.1

サンプル: 各75 ppb/25% NaCl
0.1

抽出:
脱離:

0.05M リン酸バッファー
直接浸漬法、30 min 攪拌
3 min、at 260-310°C.

カラム:

PTE-50.030m x 0.5mm x 0.25µm

0.00.0p-Nitroaniline 1,3,5-Trinitrobenzene
b.p. : 332 °C
315 °Clog Po/w: 1.39

1.18

p-Nitrophenol
279 °C

Phenol
182°C

Benzoic acid
249°C1.91

1.461.88

SPME ファイバー
ファイバーの種類と特長
PEGファイバーの特長✓ 高極性化合物に最適✓ アニリン✓ アルコールSPME
新しい製品について

SPMEの新しい製品についてOver Coated （表面保護処理）ファイバー PDMS/DVB
従来製品

Over Coted

従来の65um PDMS/DVBに、10um PDMSをオーバーコーティングSPMEの新しい製品についてOver Coated （表面保護処理）ファイバー PDMS/DVB✓ 分析対象物はオーバーコーティング層を通過する（高分子な化合物は通過しにくい）✓ マトリクス成分を寄せ付けない→表面が滑らかに→マトリクスの付着が少ない→より効率的な洗浄ステップが行える（糖類などの除去）

濾過されていないブドウジュースで20 回抽出後の 従来製品PDMS/DVB

ブドウ果肉全体で 130 回抽出後のOver CoatedNote！
従来製品と比較し、10umのオーバーコート PDMSの作用で、ほとんどの化合物の選択性はわずかに変化、極性化合物の選択性がわずかに低下しますSPMEの新しい製品について
Nitinol-Coreファイバー
Nitinol-Core✓ 形状記憶と超弾性を持つニッケルチタン合金コア✓ 液相コーティング技術を向上させ、再現性アップ（選択性は従来ファイバーと同等）

SPMEファイバーの進化
Fused Silica：従来のコアタイプ、他のコアに比べ壊れやすい

Stableflex：フレキシブルな溶融シリカコア、FSに比べ抽出選択性が向上

Nitinol-Core ：ファイバー耐久性・再現性の向上

SPMEの新しい製品について
Nitinol-Coreファイバー
再現性の比較：複数のファイバーとの再現性の比較
PDMS-DVB Coated Fibers

Carboxen-PDMS Coated Fibers

IsobutylAcetate

Toluenen-Butanol

o-Xylene

Nitinol

2.3%

1.7%

1.6%

1.2%

FusedSilica

2.9%

2.7%

2.7%

1.9%

IsobutylAcetate

Toluenen-Butanol

o-Xylene

Nitinol

1.0%

1.6%

1.2%

1.8%

FusedSilica

1.5%

2.1%

1.9%

2.3%

 N = 20 Fibers Nitinol Core

 N = 24 Fibers Nitinol Core

 N = 16 Fibers Fused Silica Core

 N = 20 Fibers Fused Silica Core
* 各ファイバーのRSD値の平均
カタログ番号