現代の分析方法の基礎としてのサンプル分割

粒子サイズを測定するために使用される機器は、数年前には考えられなかったレベルの精度を達成しています。許容範囲は常に縮小されており、市場に出回っている最新バージョンは、以前のものよりも高速かつ正確に動作します。マルチタスクオペレーティングシステムと組み合わせたソフトウェアグラフィックスの導入と、ますます高性能になるコンピューターにより、信頼性と再現性がかつてないほど高まりました。このようにして得られた結果は信頼できます。
それが理論です。しかし、実際には状況は時々もう少し複雑になります。分析は正確さと精度を約束しますが、説明のつかない異常な結果が発生し、非常に多くのことを約束する高く評価されている機器に疑問が生じます。しかし、異常な結果の本当の理由は、浮動小数点によるテストプロセスやオペレーターのエラーではなく、単にサンプルを測定システムに渡す前の準備プロトコルによるものです。
高精度の全自動分析装置の市場が絶えず成長している一方で、信頼できる結果を得るためには、サンプルの準備と収集は同等かそれ以上に重要な要素であるにもかかわらず、誰も関心を寄せていないというのは驚くべき事実です。粒子サイズの側面に関する理解は、より高いレベルの精度が達成されるにつれて向上しました^[1]。 現在、重点は測定プロセスのサンプル準備の側面に移っています。

高価で高品質の分析装置の実際の使用は、分析に供されるサンプルに直接関係しています。分析誤差には常にサンプリング誤差と測定誤差の両方が含まれます。誤差伝播の法則に基づくと、結果の値の確定された合計誤差は^[2]
S_tot =√s² 測定+ s²サンプルです。
分析対象物質に関する結果値の標準偏差は、サンプル調製の分散が分析者の分散よりも著しく小さい場合にのみ、分析者によって有意に決定されます。したがって、分析対象サンプルが試験対象物質を完全に代表している場合にのみ、結果が再現可能です。 この文脈では、「代表的」とは、採取したサンプルが事前にバッチ全体と同等であることを意味すると一般に理解されています。元のサンプルの混合状態が特性関数によって記述される場合、測定された値がその場所に分布して特性関数3を適切に近似している場合、サンプリングは代表的です。十分に 混合された全体から多数の個別のサンプルが採取された場合、その構成は特定の特徴に関する限り統計的に変動します。サンプルは分離された基本量から採取されるため、誤差が生じる可能性があり、混合物は決して理想的ではないため、この場合は常に誤差が発生します。したがって、エラーを最小限に抑えるには、基本全体のランダムな場所からできるだけ多くの小さなサンプルを採取し、それを組み合わせる必要があります。

通常、研究室で使用できるサンプルは 2000 g ですが、分析に使用される量は 200 mg 未満です。したがって、分析に使用される試行 200 mg が元のサンプルを完全に代表するように、研究室のサンプルを正確に分割する必要があります。これは理想的な状況であり、正確なサンプル分割器を使用してのみ実現できます。分割が 1 段階か複数段階かは、エラーの準備とは関係なく、追加の洗浄プロセスのコストにのみ関係します。したがって、フリッチュ社製 試料分割器 LABORETTE 27 は、分割比 1:30 で使用できます。これにより、最大 300 ml の合計サンプルを 1 段階で 30 個の個別サンプルに分割できます。また、比率 1:8 または 1:10 の分割コーンは、さまざまな素材で使用できるため、さまざまなタイプのサンプルに合わせることができます。
特許取得済みの設計は、1 つの機器内で 3 つの分割方法を組み合わせたものです。サンプルはホッパーを介して分割コーンに供給されます。分割コーンは、サンプル分割の最も正確な技術として認められている「コーニング＆クォータリング」のプロセスをエミュレートするように設計されています。システム全体が回転し、サンプル材料が外側に加速されてガイド チャネルに転送され、最大 30 個の個別サンプルが収集されます。分割コーンの回転により、分割数が 1 分あたり最大 2,600 に増加します。そのため、最終的なサンプルは非常に多数の個別サンプルで構成されます。

約800g の石英砂からなる混合物を作成して、分割しました。図 1 は、フリッチュ社製 試料分割器 LABORETTE 27と、一般的な試料分割器を比較したものです。同じ比率を達成するために、8 つの 500 ml サンプル コンテナ用の分割コーンを使用しました。サンプルをサンプル コンテナに均等に分割するチェックでは、LABORETTE 27 が従来のサンプル ディバイダーよりも明らかに優れていることがわかりました。

図1: 8つのサンプル容器によるサンプル分割

下の図 2 は、各レシーバーの粒子サイズ分布に大きな違いがないことを示しています。サンプルごとの偏差は非常に小さいです。分析は、フリッチュ社製粒度測定装置 ANALYSETTE 22を使用して実施しました。

図2: 粒子サイズ分布

d50 値の表示 (図 3) は、すべてのサンプル容器内の分布の中央値が非常によく表されていることを示しています。

図3: コンテナあたりの中央値

下の図 4 は、シリーズ 1 の個々のサンプル容器内の粒度分布の中央値を示していますが、シリーズ 2 には、機器パラメータを変更せずに同じ材料の 8 つの再現性測定値がプロットされています。

図4: サンプル分割による複数測定の比較

分割精度は、特徴分析の精度に決定的な影響を及ぼします。これは設計対策によって最小限に抑えることができます。当社は LABORETTE 27 でこれに成功しました。この回転円錐型 試料分割器により、最新の分析装置の能力をフルに活用できます。LABORETTE 27 は、あらゆる最新の分析装置と肩を並べる存在となるはずです。