研究室での質量測定

General Laboratory Techniques

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Summary

化学天秤は、科学系の研究室では必須の実験器具です。この高度な精密機器を使って1万分の1グラムから、さらには10万分の1グラムまではかることが可能です。トリプルバランスビーム計(三重の竿秤)は、3本の棹 (さお) 上の釣り合いおもりと皿の上にのせたサンプルとを釣り合わせることで計量します。一方、今日使用されている化学天秤は非常に精密であり、正確な計量を妨げる原因となる風から保護するための風防も装備されています。計量には、秤量皿又は薬包紙を使用することで、計量物を保持し、計量皿を清潔に保つことができます。計量物をのせる前に、Tareキーを押して秤量皿又は薬包紙の重さを差し引き、表示を0にします。”Tare”とは、「風袋」つまり容器を意味し、Tareキーを使って容器の重さを差し引くこと(風袋引き)で、サンプルの正確な計量が可能になります。化学物質はもちろん動物や昆虫の計量、さらに超遠心分離機を用いる実験での遠心用チューブの計量などでも化学天秤が活躍します。

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JoVE Science Education Database. 実験テクニックの概要. 研究室での質量測定. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

化学天秤やはかりは科学系の研究室では欠かせない実験器具です。この精密機器を使って様々な物質の質量を正確にはかることができます。天秤にはいろいろな種類のものがありますが、その中でも化学天秤が最もよく実験で使用されています。

初期の化学天秤は単純な機械式の竿秤(さおばかり)が主流でした。

このはかりは、棹(さお)が支点で支えられており、てこの原理を応用して計量します。一方の端にある皿にサンプルをのせると、釣り合いおもりの負担が平行な3本の棹にかかり移動します。針が0を指したら釣り合った状態です。

サンプルを計量皿にのせると、針を見れば分かるようにバランスが崩れます。可動式のおもりをレバーを調整して動かし、バランスを取り直します。おもりが止まっている棹の位置で対象物の質量を決定できます。

今日の化学天秤は、電子式で電磁力補償方式を使って質量を測定します。下にかかる力がバネを利用して換算され、ロードセルから電流によって信号が送られ質量として表示されます。この方式を利用することで、化学天秤による精密な計量が可能となります。

化学天秤は非常に精密であり、そのほとんどは1万分の1グラムまではかることができ、中には10万分の1グラムを測定可能なタイプもあります。

化学天秤はいくつかの鍵となるパーツで構成されています。計量皿はサンプルをのせる台で、棹またはバネと連結しています。

風防は、扉付きのガラス製天びんカバーであり、風やほこりなど周囲の環境から計量皿を保護し、適正な測定を維持します。

Tareキーは、秤量皿や薬包紙を計量皿にのせたあとにゼロ点調整するために使用します。

秤量皿や薬包紙は天びんの上に計量サンプルを保持するために使用します。化学薬品による汚れやダメージから計量皿を保護できます。

スパチュラは計量するサンプルを取り扱うための器具です。計量物の種類や量に応じて、より少量を扱えるマイクロスパチュラやより大きい質量を扱うための薬さじと使い分けます。

計量を始めるにはまずTareキーを押して、天びんのスイッチを入れます。次に風防の扉を開けて、秤量皿又は薬包紙をのせます。扉を閉じてTareキーを再度押すと0gが表示されるはずです。

計量する試料を秤量皿又は薬包紙の上にのせます。測定量が少量のとき、また計量後小さなバイアルやマイクロチューブに移す場合は薬包紙を使用しましょう。折って使えるので使い勝手が良く便利です。

質量が大きい場合には秤量皿を使用します。

スパチュラを使って試料をこぼさずに計量皿にのせ測定します。値が安定したら質量を読み取ります。このとき、風防の扉は閉めて正確な値を読み取ってください。

また、計量中は実験台によりかからないようにして下さい。値に誤差が生じる可能性があります。

計量後は、こぼれた試料などをブラシで掃除してきれいにしておきましょう。

化学天秤を使用するときにはグローブを着用して下さい。計量皿への指紋の付着を防ぐことができます。化学天秤はとても精密な機器なので、指紋でさえ精度が損なわれる原因となります。

また、風防の扉はきちんと閉めて計量を行い、風の影響で不正確な値にならないように注意しましょう。

水分を吸収する吸湿性物質は、計量中も吸湿し続けるため、素早く測定する必要があります。化学物質の吸湿を防ぐため、冷凍又は冷蔵保存してあった試料は室温に戻してから計量して下さい。通常、冷やされた化学物質は温められた同一物質よりも重たくなります。

天びんは常に水平状態に設置しなければなりません。水準器の気泡が真ん中に位置しているか確認して下さい。調整脚(ちょうせいきゃく)を利用して、天秤の水平調整ができます。また、天秤を防振ブロックの上に設置することで、振動による影響を避けることができます。

天びんはキャリブレーション用の標準分銅を用いた定期的な点検が必要になります。標準分銅は、非常に正確な重さの分銅で、天びんの適正度の判断基準となります。キャリブレーションとは、天びん又ははかりの感度を調整することです。

実験では様々な試料の測定が求められます。化学天秤を用いて、液体を計量することもできます。この工程は遠心分離実験に不可欠となります。その場合、超遠心機用チューブの重さが等しいことをしっかりと確認し、ローターのバランスが崩れ大きな事故につながらないようにしましょう。

その他にも、動物、さらにはショウジョウバエや蚊など昆虫の体重測定にも天びんが利用されます。これにより実験中の動物の体重変化やエサの摂取量などを追跡調査できます。

ここまでJoVE質量の測定編をご覧頂きました。このビデオでは、いろいろな種類の天秤、その原理と使用方法、質量測定時のヒント、そして実際の研究でのアプリケーションを紹介しました。ご覧頂きありがとうございました。

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