アスピレータとは
図1. 水流式アスピレータのイメージ
アスピレータとは、主に流体を利用して減圧状態を作り出し、吸引を行うための器具です。
流体のベンチュリ効果を利用しており、最も手軽な部類の製品では、水道の水流を利用して安価で手軽に減圧状態を作り出しています。一方、水道の水圧では減圧が安定しないこともあります。この点を解消する目的で開発されているのが、循環式などの製品です。
図2. 乾式アスピレータのイメージ
アスピレータの使用用途
化学・生物学の研究開発分野などにおけるアスピレータの主な用途は、以下のとおりです。
- ロータリーエバポレータでの濃縮時の減圧
- 細胞培養での培地交換
- 固相抽出用の真空マニホールド
- 吸引ろ過用
また、医療用としては、以下のような用途で使用されています。
- 鼻水の吸引
- 外科手術での体液の排出
- 美容整形外科での脂肪吸引
- 歯科処置時の唾液吸引
- 子宮内容物の吸引・除去
更に特殊な用途として、医療用アスピレータを用いてトラフグの耳石を収集する研究などが挙げられます。
アスピレータの原理
図3. ベンチュリ効果の模式図
流路の中に他よりも径の細い場所を作ると、その場所を水が通過する時に、太い場所よりも圧力が低くなります。これをベンチュリ効果といいます。流体を用いて減圧するアスピレータは、この原理を使用しています。
1. 水流式アスピレータ
水道の水流を利用する最も簡単なアスピレーターは、T字管構造をしています。材質には、金属・ガラス・プラスチックなど、様々なものがあります。T字管の水平線にあたる管の内部は一部細くなっており、分岐して垂直線にあたる管が付き、垂直方向へは水が流れ込まないような構造です。
T字の水平線にあたる管の一方を水道の蛇口へ、もう一方を排水口へ接続し、T字の垂直線にあたる管が吸引口となります。水平方向に水を流すと、管内の細くなった部分で流速が増すため、ベンチュリ効果によって圧力が低下します。
この減圧になった水流に周囲の空気が流れ込み、結果として吸引口が減圧となるという仕組みです。
2. 循環式・乾式
前述の水道を利用したアスピレータでは、水温や設置状態によって水圧に差があります。このため、減圧状態が一定しない、もしくは真空度が足りない等のデメリットが考えられます。
この点を改善した製品が循環式です。循環式では、ポンプで槽内の水を循環することによる水流で減圧するため、減圧が一定となり、水道につなぐタイプよりも長時間の使用に向いています。また、槽内に氷または冷却パイプなどを用いて冷却を行うことも可能です。冷却によって、真空度をより維持しやすくなります。
乾式のものでは、ダイアフラムドライポンプなどを内蔵して吸引が行われます。特に、生化学実験などにおける、細胞培養の培地交換、上澄み除去、DNA・RNA濾液除去、廃液処理などの吸引作業に用いられる製品に多いです。
アスピレータの種類
アスピレータの種類は、主に、水道に直接つなぐ水流式・循環型水流式・乾式 (ダイヤフラムポンプ) など、に分けられます。また、用途別では、化学用途・生物学用途・医療用などにわけられます。特に化学用途の場合は、取り扱う物質が有害であることが多く、排水汚染をしないように注意が必要です。
状況に応じて、コールドトラップやフィルターを使用することが求められます。生物学用途・医療用などのアスピレータは、乾式のポンプ型であることが多く、また卓上で取り扱いやすい小型を選択するのが一般的です。
アスピレータのその他情報
排水汚染
アスピレーターでは、吸引された気体は水流とともに排出されてしまいます。そのため、沸点の低い有機溶媒の吸引ろ過に使用する場合には、排水に有機溶媒蒸気が含まれてしまいます。
排水汚染の防止には、コールドトラップを取り付けたり、水を循環して利用する装置を使用したりすることが必要です。
参考文献
https://doi.org/10.14894/faruawpsj.6.6_439
https://agriknowledge.affrc.go.jp/RN/3020060270