超音波で物質は分解しますか？

質問

超音波を用いて溶媒に溶質を溶かすとき、超音波のエネルギーで溶質が壊れてしまうことはあるのでしょうか。無機塩は大丈夫だと思いますが、界面活性剤やタンパク質を溶かすとき分子鎖が切れたりしないか心配しています。また、自然に放置するだけでも分解する薬品の場合は、分解が加速されたりするのでしょうか。
超音波で物質を溶かすときの注意点などもあれば教えてください。

回答No.8

caliente · ベストアンサー

確かにbuffer等を溶かすときに、ビビビとやるとすんなり溶けるので楽チンですよね。質問の内容に対するお答えは既に出ており、私も勉強させてもらいました...。

しかーし、質問者さんの本当の問題は、界面活性剤や蛋白質をさっと溶かしたいという事では無いのでは無いでしょうか？超音波装置の試験をされているのでは無いですよね？ならば...

界面活性剤
　物にもよりますが、BrijやTweenXX, SDS等の一般的なものは熱い湯に溶かす。Milli-Qをビーカーにいれ電子レンジでチンして、界面活性剤を量ったビーカーにじゃっと。比較的簡単に溶けます。あるいは、ペースト状の物は、ガラスのペトリディッシュに量り取り、湯で溶かしながら流し込む。測容は冷めてからね。
SDS等の粉物は、予め熱湯で溶かし濃い溶液にしておく。中途半端だと固まっちゃって扱いにくいが、逆に予め超濃いペースト状にしてしまってクリーム瓶に入れておくのも手かも。1Lにすり切り一杯ぺっと入れて、0.1%ってな感じで実験がすばやく出来ます。

蛋白質(凍結乾燥した粉末状？)
予め糖を含む溶液で凍結乾燥しておくと再溶解が容易ですが、超音波使うぐらいですから、試薬として市販されている物をゴッポシ溶かすという事ですよね。ならば、温度、イオン強度、入れる順番に気をつけましょう。

温度: 冷たい方が良く溶けます。ほとんどの場合氷冷下がベストと思います。
イオン強度: 真水には溶けにくいので、問題なければ薄いbufferに溶かしましょう。
入れる順番: 蛋白質の粉末に、液を加えてはダマになって超音波を出動する事になります。しかもダマの中には液が染み込んでいないので無力。指摘があったように、温度も上がって良いとこ無しです。

お勧めは、低温室か冷蔵庫中で冷たいbufferを渦が出来るか出来ない程度にそーっと攪拌している中心に秤量した粉末の蛋白を乗せて、蓋をしてovernight。時間は掛かりますが放置しておけば良いし...。不溶分は遠心して除去。結構沢山あるように見えますが、実際にはそれほどでも在りませんし、溶けない物はそもそも溶ける運命に無かった物です。どうせ秤量された蛋白量も(水分含量から)正確ではありません。焦らず放置がよろしいかと...。

要は、適材適所と言う事ですね。参考になれば...。

お礼

回答ありがとうございます。
具体的な溶かし方まで回答して頂きとても参考になりました。蛋白質は冷たい方が溶けやすいとは思いませんでした。意外です。
「適材適所」確かにその通りですね。これからは色々考えて溶かし方を決めたいと思います。

回答No.7

us123

界面活性剤やタンパク質を分解した経験があります
１００ｋＨｚ以上の超音波では分解は比較的簡単に行えました

確認は、生成・残留物の測定と化学反応の変化により確認しました

溶媒に溶質を溶かすと言うことが「乳化」を目的とするならば
低周波（５０ｋＨｚ以下）で超音波条件を工夫されると良いと思います
注：低周波でも１００％分解しないとは限りません

お礼

回答ありがとうございます。
超音波洗浄の奥の深さが伝わってきました。
ちなみに超音波洗浄器の周波数は38kHzでした。

回答No.6

c80s3xxx

#5 ですが，我々の研究については個人情報につながってしまうので勘弁してください．
研究していた当時もうちだけがやっているような話でもなかったし，うちとは違う目的で比較的近い実験をやっている例もありましたので，文献検索でひっかかると思いますが．

お礼

確かにそうですね。すいません。
自分で文献検索してみます。

回答No.5

c80s3xxx

少なくともタンパクは切れます．そういう研究をうちでもやってましたので．
おもしろいことに，だいたい半分の長さに切れました．さらに当て続けるとそのまた
半分になる感じ．理由はよく分かりません．
どの程度の速度で切れるかはタンパクの種類と超音波の出力に依存します．

お礼

回答ありがとうございます。
そんな研究があるとは・・・。論文などがあるならよろしければ紹介してください。

回答No.4

noname#160321

超音波の最大の「売り」はそのエネルギーで液相中に「真空泡」が出来、それがつぶれるときに局所的に非常に大きなエネルギー(通常熱エネルギーの形）が現れることです。

お礼

回答ありがとうございます。
溶液の何もないところから気泡みたいなものが現れて、溶液中に止まるので不思議に思っていたのですが真空の泡だったんですね。原理がよくわかりませんがおもしろいです。

回答No.3

takes87

超音波のエネルギーを利用した化学反応の領域を”ソノケミストリー”といって結構いろいろな反応が知られています。ベンゼンに高出力の超音波を当ててフラーレンをつくっている例を読んだ記憶があります。ただ非常に高出力な超音波で、普通の実験室にある洗浄用の超音波ではできないです。

　しかし低出力の超音波でも長いDNAをいくつかの断片に切断することもあります。それゆえいまの研究室ではDNAを溶解させるときには超音波の使用は基本的にやってはいけないことになっています。たんぱく質の場合も結合の弱い部分は切れる可能性があるかもしれないのでできるだけ使わないほうがいいと思います。界面活性剤は一般的に用いられているもの（SDSなど）であれば通常の実験室にある超音波の装置で結合が切れることはまず無いので、これらを溶解させる際に用いても大丈夫です。

　自然に放置していても分解する薬品の場合は、超音波によって反応エネルギーが与えられているので分解が促進されるかもしれないですね。とくに温度を上げると分解するような場合は、超音波によって温度を上げたときと同じようなエネルギーが与えられているので分解が加速されたと思います。

お礼

回答ありがとうございます。
やはり切れる可能性はあるのですね。タンパク質ではなるべく使わないようにします。
“ソノケミストリー”という反応領域があることを初めて知りました。参考になります。

回答No.2

mojitto

ありますよ。
実際に超音波で浄化を試みている研究もあったような…
もちろん出力次第ですけどね。
タンパク質だったら可能性はあるかもしれませんね。
自然放置というより、空気や光によって分解してしまうような薬品は多くあります。褐色瓶に入っているものは大体光に弱いです。また常温で分解するものもあります。詳しくはカタログ等をご参照ください。

超音波は温和な手段(攪拌やぬるま湯で温度を上げるなど)でダメなとき、用いていました。

お礼

回答ありがとうございました。
タンパク質は気長に溶けるのを待つことにします。

回答No.1

elpkc

超音波の出力によると思います。

たとえば細胞膜破壊用の超音波の発生するものなどは、かなりの出力ですが、
超音波洗浄機の場合は、出力が強くないので、溶質まで破壊することは無いと思いますが、
そのものの物質にのよるのではないでしょうか。

注意点は、長時間超音波をかけていると温度が上がる場合があるってことでしょうか。

参考にならずすみません。

お礼

回答ありがとうございました。
細胞膜破壊用の超音波もあるのですね。普段使っているのは洗浄用ですから少し安心しました。