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元素分析 測定上の注意・合わないときは?

元素分析合わない

元素分析は古くから利用されている有機化合物の分析方法で、純度や組成を知ることができます。元素分析はNMRやマススペクトル、IRとならんでよく利用される分析方法です。

元素分析では特に「純度」の測定を行う目的で測定することが多いかもしれません。医薬品など生物に対する活性を測定するときには、試験物質の純度が低い場合、メインの物質ではなく、極微量の混入物が真の生理活性物質だったということも起こりえます。元素分析はきっちりきれいにしないと合わないので純度測定には向いていると思います。

また、想定した組成式かどうかを確認するために、どんな元素が含まれているかを調べるためにも元素分析を利用します。

元素分析とは?

元素分析は有機化合物中に含まれている炭素、窒素、水素、などの各元素成分の存在比を定量的に測定する方法です。

元素分析法は有機化合物を燃焼させて発生させたガス(CO2やH2O)をガス吸収管に吸着させて重量を測定して水素や炭素の含有量を算出するプレーグル法など様々な分析方法が構築されてきました。

いずれの方法も有機化合物を燃焼などによって単純な化合物に変換して、その量を定量するという方法をとっています。

測定した化合物は分解してしまうので有機元素分析は破壊的分析法です。

元素分析で測定できる元素は主に、炭素、水素、窒素で酸素、硫黄やハロゲンで酸素に関しては他の値を合計したものを100から引いて求めるか、直接酸素の分析を行う方法もあります。

こめやん

N2、CO2,H2Oなどのガスにして分析するのが基本ですね

元素分析の測定方法

元素分析は自分で測定することはまれかもしれません。元素分析はきちんと測定できるようになるまでは十分な経験が求められるため、測定を依頼することが多いかもしれません。

いずれにしても重要なのは「純粋な試料を準備すること」です。

元素分析に提出する化合物の注意点としては

  1. NMRやHPLC、マススペクトルなどで純度が十分なことを確認しておく。TLCも有効です。最終的な純度検定は固体の場合は融点測定(3回測定で誤差0.5℃以内)、液体はHPLCやガスクロマトグラフィーでピークを確認する
  2. サンプルが固体の場合は精製後に再結晶、液体の場合はHPLCやGPCなどで精製する。昇華精製も有効。着色も活性炭処理などをしておく。
  3. 精製したサンプルは、固体であれば乳鉢で細かく砕いて乾燥させます。加熱減圧乾燥で融点よりも数十度は低い温度で乾燥させます。昇華性のものは飛んで行かないように温度や減圧度、時間に注意します。

測定に関わる注意点としては、再結晶しいていたものがただの塩などの無機物だったりした場合に、機器を汚染する可能性があるので注意しましょう。必ず元素分析する化合物の純度や構造などを確認しましょう。

元素分析を依頼するときは依頼先の指定のフォーマットがあると思うので、それをもとに作成します。元素分析に提出する化合物は指定量ぎりぎりではなくなるべく余裕を持って提出するほうが良いでしょう。必要な情報は、

  1. 分子量・分子式
  2. 構造式
  3. 元素分析の理論値
  4. 含有元素の記載(混入可能性のあるものも含めて)
  5. 試料の性質(安定性、加水分解性、揮発性、酸化還元、毒性、爆発性、吸湿性、昇華性等々)
  6. 精製に利用した溶媒など

元素分析が合わない

元素分析はプラス・マイナス0.3%未満におさえる必要があります。しかし、元素分析の測定結果が合わないときはよくあります。こんなときは再度測定し直す必要がありますが、その際に重要なことはとにかく

精製して、減圧乾燥させること

です。自分で測定するときは秤量や機器操作などを見直しましょう。

カラム精製よりもきれいになることが多いので、固体の化合物であれば再結晶します。再結晶は一度だけでなく3回くらい繰り返すことでよりきれいになります。一回しか再結晶していない場合は2,3度繰り返しましょう。

再結晶後は不純物がないか必ずNMRで確認しましょう。溶媒によっては結晶にくっついて離れないようなものがあるので、再結晶溶媒を変えるか、入念に減圧乾燥します。

金属系の試薬を使った場合はアミンと錯体を作ったり、もしくは微粉末が混入して元素分析結果を狂わせる場合があります。

金属はセライトなどでろ過除去、数%EDTA水溶液で分液などを行って除去しましょう。

極性が高めの化合物では、精製時にカラムや分液から塩が混入する可能性があります。また、吸湿して秤量誤差を生じさせたりする原因になります。

また、分解性の化合物の場合も誤差が起こりやすいです。酸素や水だけでなく、光に不安定なものもあるので注意しましょう。

秤量の誤差は単純ですが大きいのできっちりとはかります。測定する天秤も高精度なものを使用します。

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