ろ過によるサンプル前処理
ろ過とは、物質の物理的または化学的特性に基づき濃縮または精製するために用いる分離法です。ろ過はシンプルで、溶液から不溶性粒子を除き、分析用サンプルを調製するために多くの研究所で日常使用されている方法です。ろ過により複雑なサンプルが単純化され、粘稠性サンプルの透明性が高まり、バックグラウンドシグナルが減る結果、分析結果のシグナル対ノズル比が低減されます。
適用するろ過方法によって異なりますが、径、形、または荷電の違いで粒子・分子が分離されます。フィルターを通過する液体を「ろ液」と呼び、フィルター上に残った物質を「残留物」または「残渣」と呼びます。
- 逆浸透膜（イオン分離）は、半透膜やバリアーを使ってイオンや分子を分離します。加えた圧力が浸透圧を超えて、溶質濃度の高いところから低いところへ溶媒を移動させます。逆浸透膜は、微粒子以外の有機物を高い割合で除去し、塩分も99%超を除去します。代表的な膜の等級は、塩化ナトリウムの保持量（0.001 µm未満、100ダルトン未満）に基づきます。
- 限外ろ過（高分子分離）は、粒子の大きさに応じて液体から粒子や溶存分子を分離します。限外ろ過は、濃縮、分画、脱塩、緩衝液交換に用いられます。代表的な等級は、1～1000 kDaの範囲の公称分画分子量（NMWL）です。
- 微細孔ろ過（精密ろ過）は、粒子の大きさに基づいて粒子とバクテリアや細胞などの生物体を分離／除去するため、粒子の保持／排除や殺菌に使用されます。孔径は通常0.025～10 μmの範囲で、ノミナル（約98%を保持）またはアブソリュート（孔径の定格に等しい径を100%保持）で等級づけされます。
- 清澄ろ過は、サイズに応じて大きな粒子、凝集体、破片を保持／除去するため、予備ろ過や粒子分析に使用されます。また、精密ろ過の前の一次ろ過段階で使用することもできます。 通常、清澄ろ過は5 μmを超える孔径定格を保持します。
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ろ過の一般的利用法
- 一般的な微粒子除去
- HPLC、UHPLC、イオン・クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、溶解試験などの分析用サンプルの前処理
- 細胞培養添加物の滅菌
- タンパク質、核酸、ポリマーの濃縮
- サンプル中の生体物質の分離
- 緩衝液の調製
- 浄水
ろ過はHPLCやLC-MSなど、高感度クロマトグラフィー分析の前にサンプルを処理する必須ステップです。サンプルの粒子がカラムやカラムヘッドを詰まらせたり、クロマトグラム上で汚染物質のピーク（ゴーストピーク）を形成したりすることで、液体、ガス、およびイオンクロマトグラフィー分析の障害になる場合があります。サンプル、溶媒、および緩衝液を適切にろ過することによって、高品質でより一貫した分析結果が得られます。また、装置耐用年数やカラム寿命も延びます。
ろ過プロセス・手順の種類
特定用途向けのフィルターやろ過媒体組成が多数あります。以下の複数の要因がフィルター選択で重要です：
- 除去・入手したい粒子や分子のサイズ
- サンプルの化学組成
- ろ過媒体とサンプルまたは溶液との適合性
- サンプルの粘度
フィルターは紙、布、コットンウール、アスベスト、スラグウールまたはグラスウール、磁器、砂、その他の多孔材質など、さまざまな材料から作製できます。メンブレンフィルターは通常、合成ポリマー（例：親水性PTFE、PVDF、ナイロン、PES）でできています。
各種の力を負荷しろ過プロセスを進めることができます。フィルターおよびファネルを使った単純重力、シリンジろ過のような手動、または遠心力などでろ過を進めることができます。減圧ろ過ではバキュームポンプを使い、迅速にフィルターから液体を通過させます。