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HSPiP Hansen Solubility Parameter in Practice(HSPiP)HSP統合ソフトの本家HP

ハンセン溶解度パラメータ・ソフトウエアー(HSPiP)の購入方法とインストール

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Last Update
27-May-2017

アプリケーション・ノート#67
分析バイオ・化粧品:ニオイエビネの揮発性分のハンセン溶解度パラメータ(HSP):ヘッドスペースーマイクロ固相抽出ーGC−MS法による解析とハンセン溶解度パラメータ法によるガスクロ・リテンション・インデックス・シミュレーションの比較。HSPiPを使えば分子構造だけから、このようなシミュレーションが可能となる。

2010.11.15

HSPiP Team Senior Developer, 非常勤講師 山本博志

 

匂いエビネの揮発成分の解析をGC−MS法でおこなった文献が見つかった。
得られているものはリテンション・タイムではあるが、HSPiPに搭載されているガスクロのリテンション・インデックス推算機能の検証の為、解析を行ってみた。

HSPiP(Hansen Solubility Parameters in Practice)

HSPを効率的に扱えるように、ハンセン先生とアボット先生がHSPiPというWindows用のソフトウエアー、データベース、電子書籍の統合パッケージを開発されました。これを使うと溶解性に関する様々な疑問に答えてくれます。もちろん材料設計は溶解性だけで決まるほど単純ではありません。そこで、Y-MBという分子を自動的に分割し、様々な物性を推算する機能が付け加えられました。Y-MBはver.4 からはY-Predictというパワーツールとしても提供されています。

概要についてはこちらをお読みください。(2013.1.22)
機能についてはWhat Newをお読みください。
自分が使いたい化合物が計算できるかは使用できる官能基のリストで確認ください。
HSPiPの購入とインストール方法をまとめてあります。
他の会社はどんな使い方をしているのか? 特許をまとめてみました

 

(From Wiki)

HSPiPでのガスクロの分離性能は、ある化合物の固定相への溶解のしやすさと、蒸発のしやすさの差で分離が進むと考える。

ハンセン溶解度パラメータ(HSP)

ハンセンの溶解度パラメータ(HSP)は、ある物質がある物質にどのくらい溶けるのかを示す溶解性の指標です。ヒルデブランドのSP値と異なり、溶解性を多次元のベクトルで表し、そのベクトルが似ているもの同士は溶解性が高いと判断します。”似たものは似たものを溶かす”、”似たものは似た所にいたがる”というのがHSPの基本です。このベクトルは[分散項、極性項、水素結合項]で表されます。分散項はファンデルワールスの力、極性項はダイポール・モーメントの力、水素結合項は水、アルコールなどが持つ力です。(さらに水素結合項をドナー、アクセプターに分割すると4次元になります。)


”似たものは似たものを溶かす”と言う単純な考え方で、ポリマー、医薬品などがどんな溶剤に溶けるか? 高分子の添加剤がどれだけポリマー中に居やすいか? 匂い物質が鼻の嗅覚細胞にどのくらい溶けるか? 医薬品がレセプターにどのくらい溶けるか? ガスクロやHPLCの充填剤にどのくらい溶解しやすいか? 化粧品の皮膚への溶解性は?などを理解するのに役立っています。

PirikaのHSPを計算するJAVAアプレットのデモ、HSPLightはこちらから。
最新の研究はパワーツールで紹介しています。どのような方向に進化しているのか知りたければ覗いてみてください。


そこで、化合物の固定相への溶解のしやすさをハンセンの溶解度パラメータを使って評価し、蒸発のしやすさを沸点を使って評価する。

Hcode Compounds RT Peak area %
452 2-Methyl-2-propenal 887 0.23
509 3-Buten-2-one 954 0.1
11440 β-Myrcene 1174 0.05
17885 (Z)-β-Ocimene 1247 0.55
17925 (E)-β-Ocimene 1266 62.33
unknown 1294 0.23
17051 6-Methyl-5-hepten-2-one 1353 0.25
unknown 1465 0.2
17042 Linalool 1560 25.93
unknown 1577 0.23
18829 (E)- β-Farnesene 1679 0.78
unknown 1731 0.13
(Z,E)-α-Farnesene 1739 0.28
17401 (E,E)-α-Farnesene  1764 5.55
unknown 1818 0.12
8027 Geraniol 1861 0.15
unknown 1955 0.21
unknown 2019 0.07
17322 (E)-Nerolidol 2051 1.43
unknown 2066 0.07
unknown 2133 0.17

まず、最初にする事は、論文中にある化合物をHSPiPのデータベースから探索する。
(Z,E)-α-Farnesene 以外はHCode(ハンセン・コード)が定まっており、既にDBの中に収録されている事が分かる。もしDBに無い場合は、インターネットを検索するか、分子を描いてSmilesの構造式を得て表中に書き加える。

Smilesの構造式

分子の水素は書かずに重原子の元素記号だけ線形に表記する。
有機化学用のC, N, O, P, S, F, Br, Cl, Iは角括弧は省略。他の原子には[]をつける。
枝分かれは()を使う。
2重結合は=,3重結合は#で表す。
環状構造は環の結合を一つ切りその両端に1以上の同じ数字をつける。
PirikaのSmiles構造式を得るJAVAアプレットはこちらから
分子の描画によってSmilesの構造式を得るDraw2SmilesがHSPiP Ver.4 パワーツールに搭載されました。

 

表の準備ができたら、HSPiPを立ち上げて、メニューバーからGCを選ぶ。
そしてカラムの種類を選んで、Smilesの式をペーストして、計算ボタンを押す。
そして計算結果を、テーブルに戻す。

リテンション時間とリテンションインデックスのプロットなのでオーダーは違うし、カラムの種類も違うが、構造式だけからこのような解析が可能になる。

ちなみに、HSPiPの3.1を使った沸点の推算では、構造式のみからこのくらいの精度で沸点を推算できる。GCRIの推算精度も次期バージョンではさらに改良されると思われる。
実際の匂いを解析するには、各成分ごとの相対揮発度(RER)も非常に重要になる。匂いの成分ごとのodor noteとRERの両方を考えた香りの解析にはHSPiPは重要なツールとなりうる。

ハンセンの溶解球

ある溶質を溶解する溶媒と、溶解しない溶媒のハンセンの溶解度パラメータを3次元空間(ハンセン空間、HSP空間)にプロットすると、溶解する溶媒は似たところに集まっている。そして、その集まっている溶媒はハンセンの溶解球と呼ばれる球を構成する。

その球の中心を溶質の溶解度パラメータと定める。球の半径を相互作用半径(R0)と呼び、半径が長いものは多くの溶媒に溶けやすく、半径の短いものは溶かす溶媒が少ない。溶解球が2個あるとして解析を行うDouble Spheresという拡張機能がV3.1.xから搭載された。

Pirikaの溶解球を見る、HTML5のアプレットはこちら。
このSphereを見るHTML5のプログラム、SphereViewerがHSPiP ver. 4からパワーツールとして提供されている。

Drag=回転, Drag+Shift キー=拡大、縮小, Drag+コマンドキーかAltキー=移動。

もしiPadやChrome、Safari (iPad/iPhoneのMobile Safari)、FireFox4などのHTML5対応のブラウザーをお使いなら、上にキャンバスが現れるだろう。 球をクリックすれば溶媒の名前が現れる。香り成分の沸点によって色分けしてみた。沸点が低いものを赤い球、高いものを青い球、沸点が上がるに連れ青みをふやしていった。そして球の大きさは分子体積で表してある。

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