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2021JASIS 新技術説明会技術資料

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ドキュメント名 2021JASIS 新技術説明会技術資料
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卓上型 超純水装置 PURELAB Quest
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ヴェオリア・ジェネッツ株式会社

【ラボ用純水】Pure LabWater Guide
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ヴェオリア・ジェネッツ株式会社

このカタログの内容

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2021・2022年版 エルガ・ラボウォーター 技術資料 高感度分析に用いる 超純水の使用方法・ノウハウ (改訂版)
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エルガ・ラボウォーターは世界第 2 位のラボ用純水・超純水装置メーカーです エルガはおかげさまで 2022 年に創業 85 周年を 迎えます エルガ・ラボウォーター(ELGA・LabWater)は 1937年にイギリスに おいてウォルター ローチにより設立された世界で一番の老舗ともいえ る、ラボ用純水装置メーカーです。 ELGAの名前の由来は ELectric & GAs から来ており、もともと家電 製品を製造を目的として創業しましたが、スチームアイロンが硬水の 使用によりスケールに悩まされたことから、すぐに水処理ビジネスへ 転換し、 1937年にスケーリングを防止するための小型イオン交換ユ ニットを開発しました。我々は、この技術が他のアプリケーション、特 に研究室で大きな可能性を持っていることに気づき、ラボ用純水装置 のビジネスへと発展させました。 その後、1959年にはラボ用の純水装置を北米およびアジア地域にも 提供を開始しました。現在では、世界 60か国以上に直接ビジネスを展 開しており、実験室、医療及び臨床検査用純水装置の世界的リーダー となっています。 ELGAは、早くから技術開発の先進性を志向し、また製品デザイ ンの重要性を認識しており、世界中の 18の特許を保持し、ラボ用 純水装置に多くの先進テクノロジーの採用をどこよりも早く行っ てきました。その一例を下図に示しましたのでご参照ください。 またその製品デザインも数多くの産業デザインにおける国際的な賞を 授与されています。 また ELGA製品は可能な限り環境への負荷を低減するよう設計され ています。弊社社長ノーラ イケネも「私たちは、80年以上の伝統を 有する純水装置メーカーとして、環境に持続可能な技術や製品設計を 使用し、当社の業務が気候変動に与える影響を最小限にする責任があ ります。」 と述べております。 ELGAは、2000年に世界的な水道事業を展開するヴェオリア グループに買収され、その関連会社であるヴェオリア・ウォーター・テ クノロジー(UK)Ltd. の一部門としてラボ用純水・超純水装置の専門メー カーとして現在に至っています。 ELGAは長らく日本においては輸入代理店にそのほとんどの業務を委 託して、ビジネスの展開を図ってきました。しかしながら、改めて日 Quest 本市場の重要性について再認識し、2009年にエルガ・ラボウォーター として日本事務所を開設し、輸入代理店の支援業務を開始し、現在に Chorus 至っています。 flex ディスペンサーに IPx7防水機能 採用 Ultra 複数装置のセントラル制御機能 採用 装置殺菌洗浄パック 採用 採水操作のメモリ機能 採用 夜間休止機能 採用 MEDICA Pro 大型装置での管理キーシステム 採用 大型装置の一体成型タンク   採用 カートリッジのデータタグ管理(誤装着防止) 採用 MAXIMA 装置一体型タンク 採用 複数ディスぺンサー 採用 三室構造 ED(I スケーリング防止機能) 採用 2018 2014 UHQ TOCモニタリング 採用 2009 ピュアシュア方式 採用 2005 2004 銀添加活性炭 採用 2003 2002 酸化 UVランプ 採用 2001 循環ライン内に採水ディスペンサー 設置 2000 複合型タンクエアベントフィルター 採用 1995 1993 セルロースに代わる 1992 ELGAがラボ用純水装置に コンポジット RO膜 1990 採用 1988 1985 導入した先進技術
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高感度分析に用いる超純水の 使用方法・ノウハウ (2021・2022改訂版) ヴェオリア・ジェネッツ株式会社 エルガ・ラボウォーター事業部 黒木祥文 1 内容 • 超純水の製造時に注意することは何? • 超純水の採水時に注意することは何? • 超純水が汚染される要因はどんなこと? 2 1
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純水・超純水の水質管理項目 • 一般的に使用される項目 – 比抵抗値(MΩ・cm):(主に無機)イオン残存量 – 全有機炭素量(ug/l):有機物残存量 • 主にバイオ分野で使用される項目 – 生菌数(cfu/mL) – エンドトキシン(EU/ml) 高感度分析用の超純水には BやSiなどを管理項目 に加えたり分析阻害物質の管理が必要となる 3 純水・超純水の水質 比抵抗 TOC (MΩ・cm) (ug/l ppb) 純水 0.01-0.05 50-100 蒸留水 純水 1-17 10-1000 イオン交換水 純水 0.05-0.1 20-50 逆浸透(RO)水 超純水 18.2 1-20 4 2
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純水・超純水の水質管理項目 陰イオン交換樹脂によるイオン交換のモデル • 一般的に使用される項目 – MΩ cm RNOH+ BO 3- 3 RNBO3 + OH- 比抵抗値( ・ ):(主に無機)イオン残存量 – 全有機炭素量(ug/l):有機物残存量 • RNBO3 + HSiO - 3- 主にバイオ分野で使用される項目 3 RNSiO3+ BO3 – 生菌数(cfu/mL) – EU/ml RNSiO3 + Cl- RNCl + HSiO - エンドトキシン( ) 3 B Si 除去したはずのイオンが放出される 高感度分析用の超純水には や などを管理項目 比抵抗では検知が難しい に加えたり分析阻害物質の管理が必要となる 水質変動に留意が必要 3 5 純水・超純水の水質 参考:イオン交換樹脂透過水の水質変化 比抵抗 TOC Resistivity (Mohm/cm) Boron (ppb as B) Silica (ppb as SiO2) 50 (MΩ・cm) (ug/l ppb) 45 純水 0.01-0.05 50-100 40 蒸留水 超純35水の比抵抗値での管理には限界がある 純水 1-17 10-1000 30 イオン交換水 25 20 純水 0.05-0.1 20-50 15 逆浸透(RO)水 10 超純水 18.2 1-20 5 0 0.7 1.7 2.7 3.7 4.7 5.7 Gallons of Water (Millions) Malhotra et al., Ultrapure Water, 1996, 13(4): p.22 測定方法:Sievers UPW Boron Analyzerにてオンライン測定 4 6 3 Units
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比抵抗による水質モニタリング 水質劣化 中間ポイントでの水質管理 7 紫外線(水銀ランプ) • 殺菌 →波長254nm • 有機物酸化分解 →波長185nm 8 4
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比抵抗による水質モニタリング 185nmUVによる有機物分解1 <ヒドロキシラジカルの生成> 水分子由来 H2O UV 185 nm OH・+H・ 溶存酸素由来 3 O2 UV 185 nm O3 2 水質劣化 O UV 254nm 3 O2+O・ 中間ポイントでの水質管理 O +O +H O UV 254nm 2 ・ 2 2OH・+O2 7 9 紫外線(水銀ランプ) 185nmUVによる有機物分解2 <ヒドロキシラジカルによる炭化水素の分解> • 殺菌 →波長254nm CH3OH + 2 OH. HCHO + 2 H2O (メタノール) (ホルムアルデヒド) • 有機物酸化分解 →波長185nm HCHO + 2 OH. HCOOH + H2O (ギ酸) HCOOH + 2OH. CO2(aq) + 2 H2O 8 10 5
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185nmUVによる有機物分解効果 ORGANO, “Chojunsui (Ultrapure2 water, in JapanUeseV)”, ed. ORGANO committee, 超純水の残存有199機1, OR物GANO低, Toky減o, 39に0. 波長 が不可欠 11 純水と超純水での残存VOC比較例 (GC/MS) 12 6
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185nmUVによる有機物分解効果 超純水中のPFOA、PFOSの濃度 測定結果B PFOS PFOA (ng/L) (ng/L) 超純水 < 0.1 < 0.1 タンク水 3.6 4.5 (付加した水) T. Shimada, O. Kawaguchi, T. Iwamori, and Y. Kuroki, ORGANO, “Chojunsui (Ultrapure2 water, in JapanUeseV)”, ed. ORGANO committee, in Proceedings of the 16th Symposium on Environmental Chemistry Kita-Kyushu, 超純水の残存有199機1, OR物GANO低, Toky減o, 39に0. 波長 が不可欠 2007, Fukuoka, Japan, 93. 11 13 純水と超純水での残存VOC比較例 超純水カートリッジの性能低下による水質変動 (GC/MS) 超純水装置 超純水 水質センサー 水質センサー 水質センサー P ポンプ 有機物 超純水カートリッジ 酸化UVランプ 超純水カートリッジ UMFモジュール 循環ライン中の超純水は非常に純度が高い 但し、 3L~4L 程度しか循環していない 12 14 7
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超純水カートリッジの性能低下による水質変動 純水タンク エアーベント フィルター 超純水装置 超純水 水質センサー 水質センサー 水質センサー P ポンプ 有機物 超純水カートリッジ UMFモジュール 酸化UVランプ 超純水カートリッジ 15 残存有機物の変動に注意が必要 タンク水の劣化が超純水中のTOC上昇を招く場合も 16 8
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超純水カートリッジの性能低下による水質変動 超純水システムのフロー例 純水タンク エアーベント フィルター 純水装置 純水タンク エアーベント フィルター 水質センサー 水質センサー 水道水 P P 加圧ポンプ プレフィルタ- ROモジュール 殺菌UVランプ DIカートリッジ 超純水装置 循環ポンプ 循環ライン 純水システム全体の管理が不可欠 超純水装置 -タンク水循環システム 超純水 水質センサー 水質センサー 水質センサー P -リアルタイムTOCモニタリング 水質センサー 水質センサー 水質センサー 超純水 ポンプ 有機物 超純水カートリッジ 超純水カートリッジ UMFモジュール P 酸化UVランプ ポンプ DIカートリッジ 酸化UVランプ DIカートリッジ UFモジュール 15 17 残存有機物の変動に注意が必要 内容 • 超純水の製造時に注意することは何? • 超純水の採水時に注意することは何? • 超純水が汚染される要因はどんなこと? タンク水の劣化が超純水中のTOC上昇を招く場合も 16 18 9
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超純水装置の採水口での汚染 超純水装置 水質センサー 水質センサー 水質センサー P ポンプ 有機物 超純水カートリッジ 酸化UVランプ 超純水カートリッジ UMFモジュール 循環ライン外の滞留水が存在する 超純水 ? ↓ 初流排水が重要 19 採水口フィルター装着により生じる水質劣化 -通常使用時の水質比較- 20 10
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超純水装置の採水口での汚染 採水口フィルター装着直後に生じる水質劣化 -各種フィルター交換後のTOC変動例- 超純水装置 水質センサー 水質センサー 水質センサー P ポンプ 有機物 超純水カートリッジ UMFモジュール 酸化UVランプ 超純水カートリッジ 循環ライン外の滞留水が存在する 超純水 ? ↓ 初流排水が重要 洗浄水量(L) 19 21 採水口フィルター装着により生じる水質劣化 採水口フィルター装着直後に生じる水質劣化 -通常使用時の水質比較- -各種フィルター交換後の比抵抗値変動例- 洗浄水量(L) 20 22 11 比抵抗値(MΩ・cm)
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採水口フィルターの汚染による水質劣化 -活性炭フィルター使用による水質低下例- 23 採水口フィルター使用時の注意点 超純水装置 採水口フィルタ水質ーセンサーは水使質センサーP 用しない方水質がセンサー良い ポンプ 有機物 超純水カートリッジ 超純水カートリッジ UMFモジュール 酸化UVランプ 循環ライン外のフィルター ↓ フィルターでの水質劣化が ? 水質表示に反映されない 24 12
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採水口フィルターの汚染による水質劣化 -活性炭フィルター使用による水質低下例- 採水時の雰囲気からの汚染例 Cl- NO - 2 Y. Kuroki, Chromatography, 2006, 27, 127. 23 25 採水口フィルター使用時の注意点 採水方法の違いによる超純水の水質比較:TOC 超純水装置 超純水の採水方法 TOC(ppb) 採水口フィルタ水質ーセンサーは水使質センサP 用ー しない方水質がセンサー良い 静かに採水した超純水 1.9 ポンプ 有機物 超純水カートリッジ 超純水カートリッジ UMFモジュール 酸化UVランプ 泡立たせて採水した超純水 4.9 循環ライン外のフィルター ↓ フィルターでの水質劣化が ? 水質表示に反映されない 神原ら, ニチアス技術時報, 2015, No.2, 24 26 13
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内容 • 超純水の製造時に注意することは何? • 超純水の採水時に注意することは何? • 超純水が汚染される要因はどんなこと? 27 超純水の様々な汚染要因 • 分析者自身 • サンプリング容器 • 洗ビンの使用 • 容器の洗浄 • 超純水の貯留 28 14
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内容 超純水に指が触れたときの汚染例 • 超純水の製造時に注意することは何? 1.0 • 超純水の採水時に注意することは何? 0.8 • 超純水が汚染される要因はどんなこと? 0.6 0.4 0.2 0.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 retention time / min 27 29 超純水の様々な汚染要因 超純水に指が触れたときの汚染例 60 • 55 分析者自身 50 • サンプリング容器 45 40 • 洗ビンの使用 35 Mr. S • 30 容器の洗浄 25 Mr. T • 超純水の貯留 20 15 Mr. Y 10 5 STD 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 retention time / min 28 30 15 conductivity / µS/cm conductivity / µS/cm F unkown acetate unknown [formate ?] unknown Cl unknown NO 8.126 10.888 21.525 2 0.069 NO2 0.001 mg/L Cl 0.722 mg/L Br mg/L NO3 0.194 0.315 0.192 0.006 NO3 0.026 mg/L mg/L PO4 0.026 0.053 0.213 PO4 0.004 mg/L SO4 0.309 0.373 0.497 0.005 SO4 0.013 mg/L mg/L
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超純水にラテックス手袋が触れたときの汚染例 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0 5 10 15 20 25 30 35 retention time / min 31 超純水に呼気を吹きかけた時の汚染例 3.0 2.8 2.6 NH4 2.4 29.7µg/L 2.2 Na 喫煙者 N 2.0 Ca ? 1.8 1.6 19.6µg/L 1.4 喫煙者 S 1.2 1.0 0.8 8.7µg/L 非喫煙者 T 100mLビーカーに 0.6 50mLの純水を入れ, 0.4 約10cm離れた所から, 0.2 3.2µg/L 非喫煙者 Y 直接呼気を約30秒間 0.0 吹き付けて採取 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 retention time / min 32 16 conductivity / µS/cm conductivity / µS/cm F 0.001 mg/L Acetate 0.181 mg/L Formate 0.013 mg/L Cl 0.181 mg/L NO3 0.395 mg/L PO4 0.029 mg/L SO4 0.065 mg/L
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サンプリング時の実験者喫煙の影響 超純水にラテックス手袋が触れたときの汚染例 RT: 0.00 - 19.99 SM: 15B RT: 0.00 - 19.99 SM: 15B 0.62 1.17 NL: NL: 200000000 2.00E8 200000000 2.00E8 190000000 TIC MS 190000000 TIC MS ACNPNS2 ACNPNS2 180000000 5_0301161 180000000 TIC 5_0301161 04657 00644 170000000 170000000 160000000 TIC 160000000 150000000 1.59 150000000 140000000 1.70 140000000 0.30 130000000 1.93 130000000 2.06 120000000 2.41 3.39 9.15 9.28 9.34 120000000 110000000 4.00 110000000 4.66 4.88 9.57 100000000 8.12 5.46 6.59 6.75 9.81 100000000 90000000 90000000 80000000 80000000 70000000 0.25 70000000 60000000 60000000 50000000 50000000 40000000 40000000 30000000 30000000 0.61 2.39 2.66 2.83 3.37 5.40 6.25 6.41 6.99 8.11 8.69 9.75 20000000 20000000 10.45 10000000 10.91 12.22 12.98 15.10 16.15 16.71 18.41 18.97 10000000 0.20 10.37 11.42 13.61 14.09 15.12 16.72 17.88 18.57 19.64 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Time (min) Time (min) ACNPNS25_030116100644 #141-317 RT: 3.84-8.66 AV: 177 NL: 6.00E5 ACNPNS25_030116104657 #147-329 RT: 3.84-8.65 AV: 183 NL: 6.00E5 T: + c ESI Full ms [ 100.00-2000.00] T: + c ESI Full ms [ 100.00-2000.00] 600000 600000 0.15 550000 550000 500000 500000 ESI+ 450000 ESI+ 450000 400000 400000 0.10 350000 350000 843.50 300000 300000 851.47 841.58 250000 250000 853.61 825.61 855.61 1029.32 200000 200000 665.64 869.61 637.55 813.67 0.05 825.60 1215.37 150000 853.61 150000 413.25 797.55 885.60 1030.32 813.63 855.62 771.53 1157.33 1216.20 1645.40 100000 549.45 797.58 100000 162.96 551.32 1401.42 1773.57 869.58 399.31 541.20 703.46 1085.29 1603.36 1292.80 577.46 785.58 1403.58 1799.75 547.42 897.48 1657.79 203.71 371.29 1930.70 50000 149.09 771.63 413.24 578.51 981.66 1603.31 1743.50 50000 174.14 313.21 1077.79 1275.06 1336.55 1826.52 1960.13 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0.00 m/z m/z 喫煙前 喫煙後 0 5 10 15 20 25 30 35 retention time / min 被験者:男性 データ:関東化学株式会社澤田様よりご提供 溶媒:アセトニトリル イオン化法:ESI+,- 31 33 超純水に呼気を吹きかけた時の汚染例 新品のコニカルチューブからの溶出例 3.0 2.8 2.6 NH4 2.4 29.7µg/L 2.2 Na 喫煙者 N 2.0 Ca ? 1.8 1.6 19.6µg/L 1.4 喫煙者 S 1.2 1.0 0.8 8.7µg/L 非喫煙者 T 100mLビーカーに 0.6 50mLの純水を入れ, 0.4 約10cm離れた所から, 0.2 3.2µg/L 非喫煙者 Y 直接呼気を約30秒間 0.0 吹き付けて採取 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 retention time / min Natascha Weißら, Aplication Note No. 264, Eppendorf, 2013 より 32 34 17 conductivity / µS/cm conductivity / µS/cm F 0.001 mg/L Acetate 0.181 mg/L Formate 0.013 mg/L Cl 0.181 mg/L NO3 0.395 mg/L PO4 0.029 mg/L SO4 0.065 mg/L Intensity Intensity Intensity Intensity
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新旧容器からの有機物溶出比較例 Flask:クロム酸洗浄 New:新品試験管 UPW20回洗浄 A,B:クリーン容器 洗浄なしで使用 A B 測定装置:Sievers 810型TOC分析計 セントラル科学 Sievers TOC分析計技術資料 2000 より 35 試料容器からの陰イオン溶出比較例 Cl 0.069mg/L F (CO3) SO PE-2 NO3 4 PE-1 0.015mg/L PP 0.0027mg/L PP (洗浄) 純水 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 retention time / min 未使用容器に純水を封入,一晩放置後測定 36 18