دليل EPA3550 للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية طريقة خضراء وصديقة للبيئة يمكن تطبيقها على العينات المختبرية الصغيرة، وكذلك لاستخلاص المركبات القيّمة على نطاق الإنتاج التجاري. توصي وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) بمجموعة متنوعة من منهجيات الكيمياء التحليلية واختبار الخصائص، وأخذ العينات البيئية والرصد البيئي، وتطبيق ضمان الجودة لدعم قانون الحفاظ على الموارد واستعادتها (RCRA). وقد أصدرت EPA الإرشادات التالية للاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية:
الطريقة 3550C – الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
1. النطاق والتطبيق
بالإضافة إلى ذلك، فإن طرق SW-846، باستثناء الاستخدام الإلزامي لطرق تحليل المعلمات المحددة بالطريقة، يُقصد بها أن تكون طرقًا إرشادية تتضمن معلومات عامة عن كيفية تنفيذ إجراء أو تقنية تحليلية يمكن للمختبر استخدامها كنقطة انطلاق أساسية لوضع إجراء التشغيل القياسي (SOP) المفصل الخاص به، سواء للاستخدام العام لديه أو لتطبيق خاص بمشروع محدد. بيانات الأداء الواردة في هذه الطريقة مخصصة للأغراض الإرشادية فقط، ولا يُقصد بها أن تكون معايير قبول مطلقة لضبط الجودة لأغراض اعتماد المختبرات، ويجب عدم استخدامها على هذا النحو.
1.1 تصف هذه الطريقة إجراءً لاستخلاص المركبات العضوية غير المتطايرة وشبه المتطايرة من المواد الصلبة مثل التربة والحمأة والنفايات. وتضمن العملية بالموجات فوق الصوتية تماسًا وثيقًا بين مصفوفة العينة ومذيب الاستخلاص.
1.2 تنقسم هذه الطريقة إلى إجراءين بناءً على التركيز المتوقع للمركبات العضوية. يُستخدم إجراء التركيز المنخفض (القسم 11.3) للمكونات العضوية الفردية المتوقع وجودها بتركيز أقل من أو يساوي 20 mg/kg، ويستخدم حجم العينة الأكبر وثلاث عمليات استخلاص متتابعة (استخلاص التراكيز المنخفضة أكثر صعوبة). أما إجراء التركيز المتوسط/العالي (القسم 11.4) فيُستخدم للمكونات العضوية الفردية المتوقع وجودها بتركيز أكبر من 20 mg/kg، ويستخدم العينة الأصغر وعملية استخلاص واحدة.
1.3 يُوصى بشدة بإخضاع المستخلصات لأحد أشكال التنقية (مثل استخدام طريقة من سلسلة 3600) قبل التحليل.
1.4 من الضروري اتباع الطريقة بدقة (بما في ذلك تعليمات الشركة المصنّعة) لتحقيق أقصى كفاءة للاستخلاص. انظر القسم 11.0 للاطلاع على مناقشة الجوانب الحاسمة لإجراء الاستخلاص. راجع تعليمات الشركة المصنّعة بشأن إعدادات التشغيل المحددة.
1.5 تصف هذه الطريقة ثلاثة أنظمة لمذيبات الاستخلاص على الأقل يمكن استخدامها لمجموعات مختلفة من المواد المراد تحليلها (انظر القسم 7.4). ويمكن استخدام أنظمة مذيبات أخرى، بشرط إثبات أدائها المناسب للمواد المراد تحليلها محل الاهتمام. يعتمد اختيار مذيب الاستخلاص على المواد المراد تحليلها محل الاهتمام، ولا يوجد مذيب واحد يصلح لجميع مجموعات المواد المراد تحليلها. ونظرًا للمخاوف المتعلقة بكفاءة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، ولا سيما عند التراكيز القريبة من نحو 10 μg/kg أو الأقل منها، فمن الضروري أن يثبت المحلل أداء نظام المذيبات المحدد وظروف التشغيل للمواد المراد تحليلها والتراكيز محل الاهتمام. وينطبق هذا الإثبات على أي نظام مذيبات يُستخدم، بما في ذلك الأنظمة المذكورة تحديدًا في هذه الطريقة. ويجب أن يشمل هذا الإثبات، كحد أدنى، الإثبات الأولي للكفاءة الموضح في الطريقة 3500، باستخدام مصفوفة مرجعية نظيفة. وتصف الطريقة 8000 إجراءات يمكن استخدامها لوضع معايير الأداء لهذه الإثباتات، وكذلك لنتائج عينات المصفوفة المدعمة وعينات الضبط المختبرية.
1.6 تشير EPA إلى محدودية البيانات المنشورة عن كفاءة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية لمبيدات الآفات الفوسفورية العضوية عند التراكيز المنخفضة المقاسة بأجزاء في البليون (ppb) وما دونها. لذلك، ينبغي دعم استخدام هذه الطريقة لهذه المركبات تحديدًا ببيانات أداء مثل تلك التي نوقشت أعلاه وفي الطريقة 3500.
1.7 قبل استخدام هذه الطريقة، يُنصح المحللون بمراجعة الطريقة الأساسية لكل نوع من الإجراءات التي قد تُستخدم ضمن التحليل الكلي (مثل الطرق 3500 و3600 و5000 و8000) للحصول على معلومات إضافية عن إجراءات ضبط الجودة، ووضع معايير قبول ضبط الجودة، والحسابات، والإرشادات العامة. كما ينبغي للمحللين مراجعة بيان إخلاء المسؤولية في مقدمة الدليل والمعلومات الواردة في الفصل الثاني للحصول على إرشادات بشأن المرونة المقصودة في اختيار الطرق والأجهزة والمواد والكواشف والمستلزمات، وبشأن مسؤوليات المحلل عن إثبات ملاءمة التقنيات المستخدمة للمواد المراد تحليلها محل الاهتمام، في المصفوفة محل الاهتمام، وعند المستويات المعنية.
بالإضافة إلى ذلك، يُنصح المحللون ومستخدمو البيانات بأن استخدام طرق SW-846 ليس إلزاميًا لتلبية متطلبات الاختبارات الفيدرالية، إلا حيث تنص اللوائح صراحةً على ذلك. تقدم EPA المعلومات الواردة في هذه الطريقة بوصفها إرشادات يستخدمها المحلل والجهات الخاضعة للوائح لاتخاذ القرارات اللازمة لإنتاج نتائج تلبي أهداف جودة البيانات للتطبيق المقصود.
1.8 يقتصر استخدام هذه الطريقة على المحللين الذين يتمتعون بالخبرة والتدريب المناسبين، أو على العمل تحت إشرافهم. ويجب أن يثبت كل محلل قدرته على إنتاج نتائج مقبولة باستخدام هذه الطريقة. وكما ذُكر أعلاه، فإن هذه الإثباتات تخص المواد المراد تحليلها محل الاهتمام ونظام المذيبات المستخدم، وكذلك إجراءات العينات ذات التركيز المنخفض والمتوسط/العالي.
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية متعدد العينات “VialTweeter” لتحضير العينات في عدة قوارير وأنابيب اختبار محكمة الإغلاق في وقت واحد
2. ملخص الطريقة
2.1 إجراء التركيز المنخفض – تُخلط العينة بكبريتات الصوديوم اللامائية لتكوين مسحوق حر الانسياب. ويُستخلص المزيج بالمذيب ثلاث مرات باستخدام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية. ويُفصل المستخلص عن العينة بالترشيح تحت التفريغ أو بالطرد المركزي. ويكون المستخلص جاهزًا للتركيز النهائي والتنقية و/أو التحليل.
2.2 إجراء التركيز المتوسط / العالي – تُخلط العينة بكبريتات الصوديوم اللامائية لتكوين مسحوق حر الانسياب. ويُستخلص هذا المسحوق بالمذيب مرة واحدة باستخدام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية. ويُجمع جزء من المستخلص للتنقية و/أو التحليل.
3. التعريفات
راجع الفصل الأول وتعليمات الشركة المصنّعة للاطلاع على التعريفات التي قد تكون ذات صلة بهذه الطريقة.
4. التداخلات
4.1 قد تؤدي المذيبات والكواشف والأدوات الزجاجية وغيرها من معدات معالجة العينات إلى نتائج زائفة و/أو تداخلات في تحليل العينات. ويجب إثبات خلو جميع هذه المواد من التداخلات في ظروف التحليل، من خلال تحليل عينات شاهد الطريقة.
قد يكون من الضروري اختيار الكواشف بعناية وتنقية المذيبات بالتقطير في أنظمة مصنوعة بالكامل من الزجاج. راجع كل طريقة ستُستخدم للحصول على إرشادات محددة بشأن إجراءات ضبط الجودة، وراجع الفصل الرابع للحصول على إرشادات عامة بشأن تنظيف الأدوات الزجاجية.
4.2 عادةً ما تكون التداخلات خاصة بالمواد المراد تحليلها محل الاهتمام. لذلك، راجع الطريقة 3500 وطرق التقدير المناسبة للحصول على إرشادات محددة بشأن تداخلات الاستخلاص.
5. السلامة
لا تتناول هذه الطريقة جميع مسائل السلامة المرتبطة باستخدامها. ويقع على عاتق المختبر الحفاظ على بيئة عمل آمنة وملف معلومات محدّث عن لوائح OSHA المتعلقة بالتعامل الآمن مع المواد الكيميائية المدرجة في هذه الطريقة. وينبغي إتاحة ملف مرجعي لنشرات بيانات سلامة المواد (MSDSs) لجميع العاملين المشاركين في هذه التحليلات.
6. المعدات والمستلزمات
إن ذكر الأسماء التجارية أو المنتجات التجارية في هذا الدليل هو لأغراض توضيحية فقط، ولا يشكل تأييدًا من EPA أو توصية حصرية بالاستخدام. وتمثل المنتجات وإعدادات الأجهزة المذكورة في طرق SW-846 المنتجات والإعدادات المستخدمة أثناء تطوير الطريقة أو التي قيّمتها الوكالة لاحقًا. ويمكن استخدام أدوات زجاجية وكواشف ومستلزمات ومعدات وإعدادات غير تلك المدرجة في هذا الدليل، بشرط إثبات وتوثيق أداء الطريقة بما يلائم التطبيق المقصود.
لا يسرد هذا القسم الأدوات الزجاجية المختبرية الشائعة (مثل الكؤوس والدوارق).
6.2 التحضير بالموجات فوق الصوتية – يجب استخدام جهاز من النوع البوقي مزود بطرف من التيتانيوم، أو جهاز يقدم أداءً مناسبًا. (مثل UP200Ht أو UP200St)
6.2.1 جهاز تفكيك بالموجات فوق الصوتية – يجب أن تكون قدرة جهاز التفكيك 300 watts على الأقل، مع إمكانية التشغيل النبضي. ويُوصى باستخدام جهاز مصمم لتقليل صوت التجويف. اتبع تعليمات الشركة المصنّعة لإعداد جهاز التفكيك لاستخلاص العينات ذات التراكيز المنخفضة والمتوسطة/العالية. (مثل UP400S)
6.2.2 استخدم بوقًا بقياس 3/4 بوصة لإجراء الطريقة الخاص بالتركيز المنخفض، وطرفًا دقيقًا مستدقًا بقياس 1/8 بوصة مثبتًا على بوق بقياس 1/2 بوصة لإجراء الطريقة الخاص بالتركيز المتوسط/العالي.
6.3 صندوق الحماية من الضوضاء – لتجنب تضرر السمع، يُوصى باستخدام حاوية للحماية من الضوضاء (مثل صندوق الحماية من الضوضاء SPB-L). وبذلك يمكن خفض الضوضاء الناجمة عن التجويف في عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية بدرجة كبيرة.
معدات إضافية
6.4.1 فرن تجفيف – قادر على الحفاظ على 105 degC.
6.4.2 مجفف.
6.4.3 بوتقات – من الخزف أو من الألومنيوم للاستخدام مرة واحدة.
6.5 ماصات Pasteur – بسعة 1-mL، زجاجية، للاستخدام مرة واحدة.
6.7 جهاز ترشيح تحت التفريغ أو بالضغط
6.7.1 قمع Buchner
6.7.2 ورق ترشيح
6.8 جهاز Kuderna-Danish (K-D)
6.8.1 أنبوب تركيز – بسعة 10-mL، مدرّج. تُستخدم سدادة من الزجاج المصنفر لمنع تبخر المستخلصات.
6.8.2 دورق تبخير – بسعة 500-mL. ثبّت الدورق بأنبوب التركيز باستخدام نوابض أو مشابك أو ما يعادلها.
6.8.3 عمود Snyder – كبير الحجم بثلاث كرات.
6.8.4 عمود Snyder – صغير الحجم بكرتين.
6.8.5 نوابض – بقياس 1/2 بوصة.
6.9 نظام استرداد أبخرة المذيبات.
ملاحظة: يُوصى بهذه الأدوات الزجاجية لاسترداد المذيبات أثناء إجراءات التركيز التي تتطلب استخدام أجهزة التركيز بالتبخير Kuderna-Danish. وقد تفرض اللوائح الفيدرالية أو لوائح الولايات أو البلديات المحلية التي تنظم انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة إلى الهواء إدماج هذا الجهاز. وتوصي EPA بإدماج هذا النوع من أنظمة الاسترداد كوسيلة لتنفيذ برنامج لخفض الانبعاثات. واسترداد المذيبات وسيلة للامتثال لمبادرات تقليل النفايات ومنع التلوث.
6.10 حبيبات منع الفوران – خضعت للاستخلاص بالمذيب، بقياس نحو 10/40 mesh (كربيد السيليكون أو ما يعادله).
6.11 حمام مائي – مسخّن، بغطاء ذي حلقات متحدة المركز، وقادر على ضبط درجة الحرارة بدقة ± 5 degC. ينبغي استخدام الحمام داخل خزانة شفط.
6.12 ميزان – ذو تحميل علوي، وقادر على الوزن بدقة لأقرب 0.01 g.
6.13 قوارير – بسعة 2-mL، لجهاز أخذ العينات الآلي للكروماتوغرافيا الغازية (GC)، ومزودة بأغطية لولبية مبطنة ببولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) أو بأغطية تُثبت بالكبس.
6.14 قوارير وميض زجاجية – بسعة 20-mL، ومزودة بأغطية لولبية مبطنة بـ PTFE.
6.15 ملعقة مختبرية – من الفولاذ المقاوم للصدأ أو PTFE.
6.16 عمود تجفيف – عمود كروماتوغرافي من زجاج البوروسيليكات بقطر داخلي 20-mm، مع صوف زجاجي في القاع.
ملاحظة: يصعب إزالة التلوث من الأعمدة ذات أقراص الزجاج الملبّد بعد استخدامها لتجفيف مستخلصات شديدة التلوث. ويمكن شراء أعمدة دون أقراص ملبّدة.
استخدم وسادة صغيرة من الصوف الزجاجي لاحتجاز المادة المازّة. اغسل وسادة الصوف الزجاجي مسبقًا بـ 50 mL من الأسيتون، ثم بـ 50 mL من مذيب الإزاحة، قبل تعبئة العمود بالمادة المازّة.
6.17 جهاز تبخير بالنيتروجين (اختياري) – N-Evap، ذو 12 أو 24 موضعًا (Organomation Model 112، أو ما يعادله).
7. الكواشف والمواد القياسية
7.2 ماء كواشف خالٍ من المواد العضوية. تشير جميع الإشارات إلى الماء في هذه الطريقة إلى ماء الكواشف الخالي من المواد العضوية، وفقًا لتعريفه في الفصل الأول.
7.3 كبريتات الصوديوم (حبيبية، لامائية)، Na2SO4. تُنقّى بالتسخين عند 400 degC لمدة 4 hrs في صينية ضحلة، أو بالتنظيف المسبق لكبريتات الصوديوم بكلوريد الميثيلين. وإذا نُظّفت كبريتات الصوديوم مسبقًا بكلوريد الميثيلين، فينبغي تحليل عينة شاهد الطريقة لإثبات عدم وجود تداخل ناتج عن كبريتات الصوديوم.
7.4 مذيبات الاستخلاص
ينبغي استخلاص العينات باستخدام نظام مذيبات يحقق استردادًا أمثل وقابلًا للتكرار للمواد المراد تحليلها محل الاهتمام من مصفوفة العينة، عند التراكيز محل الاهتمام. يعتمد اختيار مذيب الاستخلاص على المواد المراد تحليلها محل الاهتمام، ولا يوجد مذيب واحد يصلح لجميع مجموعات المواد المراد تحليلها. وأيًا كان نظام المذيبات المستخدم، بما في ذلك الأنظمة المذكورة تحديدًا في هذه الطريقة، يجب أن يثبت المحلل أداءه المناسب للمواد المراد تحليلها محل الاهتمام، عند المستويات محل الاهتمام. ويجب أن يشمل هذا الإثبات، كحد أدنى، الإثبات الأولي للكفاءة الموضح في الطريقة 3500، باستخدام مصفوفة مرجعية نظيفة. وتصف الطريقة 8000 إجراءات يمكن استخدامها لوضع معايير الأداء لهذه الإثباتات، وكذلك لنتائج عينات المصفوفة المدعمة وعينات الضبط المختبرية.
تتضمن العديد من أنظمة المذيبات الموضحة أدناه مزيجًا من مذيب ممتزج بالماء، مثل الأسيتون، ومذيب غير ممتزج بالماء، مثل كلوريد الميثيلين أو الهكسان. والغرض من المذيب الممتزج بالماء هو تسهيل استخلاص المواد الصلبة الرطبة، عبر السماح للمذيب المختلط باختراق طبقة الماء الموجودة على سطح الجسيمات الصلبة. ويستخلص المذيب غير الممتزج بالماء المركبات العضوية ذات القطبية المماثلة. لذلك، غالبًا ما يُستخدم مذيب غير قطبي مثل الهكسان للمواد غير القطبية المراد تحليلها مثل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCBs)، بينما يمكن استخدام مذيب قطبي مثل كلوريد الميثيلين للمواد القطبية المراد تحليلها. وقد تساعد قطبية الأسيتون أيضًا في استخلاص المواد القطبية المراد تحليلها في أنظمة المذيبات المختلطة.
يقدم الجدول 1 أمثلة لبيانات استرداد مركبات عضوية شبه متطايرة مختارة استُخلصت من مادة مرجعية قياسية من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST SRM)، باستخدام أنظمة مختلفة لمذيبات الاستخلاص. وتقدم الأقسام التالية إرشادات بشأن اختيار المذيبات لفئات مختلفة من المواد المراد تحليلها.
ينبغي أن تكون جميع المذيبات بدرجة نقاء مناسبة لتحليل مبيدات الآفات أو ما يعادلها. ويمكن إزالة الغازات من المذيبات قبل استخدامها.
7.4.1 يمكن استخلاص المركبات العضوية شبه المتطايرة باستخدام الأسيتون/الهكسان (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14)، أو الأسيتون/كلوريد الميثيلين (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2).
7.4.2 يمكن استخلاص مبيدات الآفات الكلورية العضوية باستخدام الأسيتون/الهكسان (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14)، أو الأسيتون/كلوريد الميثيلين (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2).
7.4.3 يمكن استخلاص مركبات PCBs باستخدام الأسيتون/الهكسان (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14)، أو الأسيتون/كلوريد الميثيلين (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2)، أو الهكسان (C6H14).
7.4.4 يمكن استخدام أنظمة مذيبات أخرى، بشرط أن يتمكن المحلل من إثبات أدائها المناسب للمواد المراد تحليلها محل الاهتمام، عند التراكيز محل الاهتمام، في مصفوفة العينة (انظر الطريقة 3500).
7.5 مذيبات الاستبدال – عند استخدام بعض طرق التقدير، يلزم استبدال مذيب الاستخلاص بمذيب متوافق مع الأجهزة المستخدمة في طريقة التقدير تلك. راجع طريقة التقدير التي ستُستخدم لاختيار مذيب الاستبدال المناسب. ويجب أن تكون جميع المذيبات بدرجة نقاء مناسبة لتحليل مبيدات الآفات أو ما يعادلها. ترد أدناه أمثلة لمذيبات الاستبدال.
7.5.1 الهكسان، C6H14
7.5.2 2-Propanol، (CH3)2CHOH
7.5.3 الهكسان الحلقي، C6H12
7.5.4 الأسيتونتريل، CH3CN
7.5.5 الميثانول، CH3OH
يخفض صندوق الحماية من الضوضاء SPB-L الضوضاء الناجمة عن التجويف أثناء المعالجة بالموجات فوق الصوتية بدرجة كبيرة.
8. جمع العينات وحفظها وتخزينها
8.1 انظر المادة التمهيدية للفصل الرابع، والطريقة 3500 «المواد العضوية المراد تحليلها»، وطرق التقدير المحددة التي ستُستخدم.
8.2 ينبغي جمع العينات الصلبة التي ستُستخلص بهذا الإجراء وتخزينها مثل أي عينات صلبة أخرى تحتوي على مركبات عضوية شبه متطايرة.
9. ضبط الجودة
9.2 الإثبات الأولي للكفاءة
يجب أن يثبت كل مختبر كفاءته الأولية لكل مجموعة من طريقة تحضير العينات وطريقة التقدير يستخدمها، وذلك بإنتاج بيانات ذات صحة وإحكام مقبولين للمواد المستهدفة المراد تحليلها في مصفوفة نظيفة. ويجب على المختبر أيضًا تكرار إثبات الكفاءة كلما دُرّب موظفون جدد أو أُجريت تغييرات كبيرة في الأجهزة. انظر الطريقة 8000 للحصول على معلومات عن كيفية إجراء إثبات الكفاءة.
9.3 في البداية، وقبل معالجة أي عينات، ينبغي أن يثبت المحلل خلو جميع أجزاء المعدات التي تلامس العينة والكواشف من التداخلات. ويُنجز ذلك بتحليل عينة شاهد الطريقة. وكفحص مستمر، ينبغي في كل مرة تُستخلص فيها العينات وتُنقّى وتُحلّل، وعند تغيير الكواشف، استخلاص عينة شاهد الطريقة وتحليلها للكشف عن المركبات محل الاهتمام، كإجراء وقائي ضد التلوث المختبري المزمن.
9.4 ينبغي إخضاع أي عينات شاهد الطريقة أو عينات المصفوفة المدعمة أو العينات المكررة للإجراءات التحليلية نفسها (القسم 11.0) المستخدمة مع العينات الفعلية.
9.5 ينبغي استخدام الممارسات القياسية لضمان الجودة مع هذه الطريقة، وفقًا لما يرد في وثائق التخطيط المنهجي المناسبة وإجراءات التشغيل القياسية للمختبر. وينبغي تسجيل جميع ظروف تشغيل الأجهزة.
9.6 راجع أيضًا الطريقة 3500 للاطلاع على إجراءات ضبط الجودة للاستخلاص وتحضير العينات، وطرق التقدير التي ستُستخدم للاطلاع على إجراءات ضبط الجودة الخاصة بالتقدير.
9.7 عندما تنص طريقة التقدير المناسبة على ذلك، ينبغي إضافة المعايير البديلة إلى جميع العينات قبل الاستخلاص. انظر الطريقتين 3500 و8000 وطرق التقدير المناسبة للحصول على مزيد من المعلومات.
9.8 كما ذُكر سابقًا، ينبغي دعم استخدام أي تقنية استخلاص، بما في ذلك الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، ببيانات تثبت أداء نظام المذيبات المحدد وظروف التشغيل للمواد المراد تحليلها محل الاهتمام، عند المستويات محل الاهتمام، في مصفوفة العينة.
10. المعايرة والتقييس
لا توجد خطوات معايرة أو تقييس مرتبطة مباشرةً بإجراء استخلاص العينات هذا.
11. الإجراء
كما ذُكر في القسم 1.4، قد لا يكون الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية طريقةً تضاهي طرق الاستخلاص الأخرى للتربة/المواد الصلبة من حيث الشمول والفعالية. لذلك، من الضروري اتباع هذه الطريقة بدقة (بما في ذلك تعليمات الشركة المصنّعة) لتحقيق أقصى كفاءة للاستخلاص. وللاستخدام الناجح لهذه التقنية، يجب، كحد أدنى، مراعاة ما يلي:
11.1 التعامل مع العينات
11.1.2 عينات النفايات – يجب تحضير العينات المكونة من أطوار متعددة قبل الاستخلاص باستخدام إجراء فصل الأطوار الموضح في الفصل الثاني. ويخص إجراء الاستخلاص هذا المواد الصلبة فقط.
11.1.3 عينات النفايات الجافة القابلة للطحن – اطحن النفايات أو قسّمها بطريقة أخرى بحيث تمر عبر منخل بقياس 1-mm أو يمكن بثقها عبر فتحة بقياس 1-mm. أدخل كمية كافية من العينة في جهاز الطحن للحصول على 10 g على الأقل بعد الطحن.
تنبيه: ينبغي إجراء التجفيف والطحن داخل خزانة شفط لتجنب تلوث المختبر.
11.1.4 المواد الصمغية أو الليفية أو الزيتية غير القابلة للطحن – قطّع هذه المواد أو مزّقها أو قلّل حجمها بطريقة أخرى للسماح بالخلط وتعريض أسطح العينة إلى أقصى حد للاستخلاص.
11.2 تحديد النسبة المئوية للوزن الجاف – عندما تُحسب نتائج العينة على أساس الوزن الجاف، ينبغي وزن جزء منفصل من العينة في الوقت نفسه الذي يُوزن فيه الجزء المستخدم للتقدير التحليلي.
تنبيه: ينبغي وضع فرن التجفيف داخل خزانة شفط أو تزويده بتهوية تصريفية. وقد تؤدي عينة نفايات خطرة شديدة التلوث إلى تلوث كبير في المختبر.
فور وزن الجزء المقسوم من العينة الذي سيُستخلص، زن جزءًا إضافيًا من العينة مقداره 5–10 g في بوتقة معلومة الوزن الفارغ. جفف هذا الجزء طوال الليل عند 105 degC. واتركه يبرد في مجفف قبل وزنه.
احسب النسبة المئوية للوزن الجاف كما يلي:
% الوزن الجاف = (g من العينة الجافة / g من العينة) x 100
لا يُستخدم هذا الجزء المجفف في الفرن للاستخلاص، وينبغي التخلص منه بالطريقة المناسبة بمجرد تحديد الوزن الجاف.
11.3 إجراء الاستخلاص للتركيز المنخفض
ينطبق هذا الإجراء على العينات الصلبة المتوقع أن تحتوي على مواد عضوية مراد تحليلها بتركيز أقل من أو يساوي 20 mg/kg.
الخطوات قبل المعالجة بالموجات فوق الصوتية
11.3.1 ينبغي تنفيذ الخطوات التالية بسرعة لتجنب فقد المواد القابلة للاستخلاص الأكثر تطايرًا.
11.3.1.1 زن نحو 30 g من العينة في كأس بسعة 400-mL. وسجّل الوزن لأقرب 0.1 g.
11.3.1.2 بالنسبة للعينة المختارة للتدعيم في كل دفعة، أضف 1.0 mL من محلول تدعيم المصفوفة. راجع الطريقة 3500 للحصول على إرشادات بشأن الاختيار المناسب لمركبات تدعيم المصفوفة وتراكيزها. وانظر أيضًا الملاحظة الواردة في القسم 11.3.
11.3.1.3 أضف 1.0 mL من محلول المعايير البديلة إلى جميع العينات والعينات المدعمة وعينات ضبط الجودة وعينات الشاهد. راجع الطريقة 3500 للحصول على إرشادات بشأن الاختيار المناسب للمركبات البديلة وتراكيزها. وانظر أيضًا الملاحظة الواردة في القسم 11.3.
11.3.1.4 إذا كانت ستُستخدم التنقية بالنفاذ الهلامي (انظر الطريقة 3640)، فينبغي للمحلل إما إضافة ضعف حجم محلول التدعيم بالمركبات البديلة (ومحلول تدعيم المصفوفة، حيثما ينطبق ذلك)، أو تركيز المستخلص النهائي إلى نصف الحجم المعتاد، لتعويض نصف المستخلص الذي يُفقد بسبب تحميل عمود GPC. وانظر أيضًا الملاحظة الواردة في القسم 11.3.
11.3.1.5 يجب خلط العينات غير المسامية أو الرطبة (من النوع الصمغي أو الطيني) التي لا تتمتع بقوام رملي حر الانسياب بـ 60 g من كبريتات الصوديوم اللامائية، باستخدام ملعقة مختبرية. ويمكن إضافة مزيد من كبريتات الصوديوم عند الحاجة. وبعد إضافة كبريتات الصوديوم، ينبغي أن تكون العينة حرة الانسياب. وانظر أيضًا الملاحظة الواردة في القسم 11.3.
11.3.1.6 أضف فورًا 100 mL من مذيب الاستخلاص أو مزيج المذيبات (انظر القسم 7.4 والجدول 2 للحصول على معلومات بشأن اختيار المذيبات).
11.3.2 ضع السطح السفلي لطرف بوق التفكيك بقياس 3/4 بوصة على عمق نحو 1/2 بوصة أسفل سطح المذيب، ولكن فوق طبقة الرواسب.
ملاحظة: تأكد من تركيب البوق فوق الصوتي / السونوترود على نحو صحيح وفقًا لتعليمات الشركة المصنّعة.
11.3.3 استخلص العينة بالموجات فوق الصوتية لمدة 3 min، مع ضبط التحكم في الخرج على 100% (القدرة الكاملة) أو على إعداد القدرة الذي توصي به الشركة المصنّعة، وضبط مفتاح النمط على النبض (طاقة نبضية بدلًا من طاقة مستمرة)، وضبط النسبة المئوية لدورة التشغيل على 50% (تشغيل الطاقة خلال 50% من الوقت وإيقافها خلال 50% من الوقت). لا تستخدم مسبار الطرف الدقيق.
11.3.4 اسكب المستخلص ورشّحه عبر ورق ترشيح (مثل Whatman No. 41 أو ما يعادله) في قمع Buchner متصل بدورق ترشيح نظيف بسعة 500-mL. وبدلًا من ذلك، اسكب المستخلص في زجاجة طرد مركزي وأجرِ الطرد المركزي بسرعة منخفضة لإزالة الجسيمات.
11.3.5 كرّر الاستخلاص مرتين إضافيتين باستخدام حصتين إضافيتين من المذيب النظيف، حجم كل منهما 100-mL. اسكب المذيب بعد كل استخلاص بالموجات فوق الصوتية. وبعد الاستخلاص الأخير بالموجات فوق الصوتية، صب العينة بأكملها في قمع Buchner، واشطف الكأس بمذيب الاستخلاص، وأضف سائل الشطف إلى القمع.
الخطوات بعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية
11.3.6 عند الضرورة، ركّز المستخلص قبل التحليل باتباع الإجراء الوارد في القسم 11.5. وإلا، فانتقل إلى القسم 11.7.
UP200St مزود بطرف دقيق لمعالجة العينات بالموجات فوق الصوتية
11.4 إجراء الاستخلاص للتركيز المتوسط / العالي
ينطبق هذا الإجراء على العينات الصلبة المتوقع أن تحتوي على مواد عضوية مراد تحليلها بتركيز يزيد على 20 mg/kg.
الخطوات قبل المعالجة بالموجات فوق الصوتية
11.4.2 بالنسبة للعينة المختارة للتدعيم في كل دفعة، أضف 1.0 mL من محلول تدعيم المصفوفة. راجع الطريقة 3500 للحصول على إرشادات بشأن الاختيار المناسب لمركبات تدعيم المصفوفة وتراكيزها. وانظر أيضًا الملاحظة الواردة في القسم 11.3.
11.4.3 أضف 1.0 mL من محلول التدعيم بالمركبات البديلة إلى جميع العينات والعينات المدعمة وعينات ضبط الجودة وعينات الشاهد. راجع الطريقة 3500 للحصول على إرشادات بشأن الاختيار المناسب للمركبات البديلة وتراكيزها. وانظر أيضًا الملاحظة الواردة في القسم 11.3.
11.4.4 إذا كانت ستُستخدم التنقية بالنفاذ الهلامي (انظر الطريقة 3640)، فينبغي للمحلل إما إضافة ضعف حجم محلول التدعيم بالمركبات البديلة (ومحلول تدعيم المصفوفة، حيثما ينطبق ذلك)، أو تركيز المستخلص النهائي إلى نصف الحجم المعتاد، لتعويض نصف المستخلص الذي يُفقد بسبب تحميل عمود GPC.
11.4.5 يجب خلط العينات غير المسامية أو الرطبة (من النوع الصمغي أو الطيني) التي لا تتمتع بقوام رملي حر الانسياب بـ 2 g من كبريتات الصوديوم اللامائية، باستخدام ملعقة مختبرية. ويمكن إضافة مزيد من كبريتات الصوديوم عند الحاجة. وبعد إضافة كبريتات الصوديوم، ينبغي أن تكون العينة حرة الانسياب (انظر الملاحظة الواردة في القسم 11.3).
11.4.6 أضف فورًا حجم المذيب اللازم للوصول بالحجم النهائي إلى 10.0 mL، مع مراعاة الحجم المضاف من المركبات البديلة ومحاليل تدعيم المصفوفة (انظر القسم 7.4 والجدول 2 للحصول على معلومات بشأن اختيار المذيبات).
11.4.7 استخلص العينة باستخدام مسبار الموجات فوق الصوتية ذي الطرف الدقيق المستدق بقياس 1/8 بوصة لمدة 2 min، مع ضبط التحكم في الخرج على الإعداد 5، وضبط مفتاح النمط على النبض والنسبة المئوية لدورة التشغيل على 50%.
11.4.8 عبّئ ماصة Pasteur للاستخدام مرة واحدة بصوف زجاجي بطول 2–3 cm دون إحكام رصّه. رشّح مستخلص العينة عبر الصوف الزجاجي واجمع المستخلص في وعاء مناسب. ولا يمكن استرداد كامل حجم مذيب الاستخلاص البالغ 10 mL من العينة. لذلك، ينبغي للمحلل جمع حجم مناسب لحساسية طريقة التقدير التي ستُستخدم. فعلى سبيل المثال، بالنسبة للطرق التي لا تتطلب مزيدًا من تركيز المستخلص (مثل الطريقة 8081 التي تستخدم عادةً حجمًا نهائيًا للمستخلص يبلغ 10 mL)، يمكن جمع المستخلص في قارورة وميض أو وعاء آخر قابل للإغلاق بإحكام. وبالنسبة للمستخلصات التي ستحتاج إلى مزيد من التركيز، يُنصح بجمع حجم موحّد لجميع هذه العينات لتبسيط حساب النتائج النهائية للعينات. فعلى سبيل المثال، اجمع 5.0 mL من المستخلص في أنبوب تركيز نظيف. ويمثل هذا الحجم نصف الحجم الكلي لمستخلص العينة الأصلي بالضبط. وعند الضرورة، خذ «فقد» نصف المستخلص في الحسبان عند إجراء الحسابات النهائية للعينة، أو ركّز المستخلص النهائي إلى نصف الحجم النهائي الاسمي (مثل 0.5 mL مقابل 1.0 mL) لتعويض الفقد.
11.4.9 عند الضرورة، ركّز المستخلص قبل التحليل باتباع الإجراء الوارد في القسم 11.5 أو القسم 11.6. وإلا، فانتقل إلى القسم 11.7.
تقنيات التركيز
عند الضرورة لاستيفاء معايير الحساسية، يمكن تركيز مستخلصات العينات الناتجة من إجراء الاستخلاص للتركيز المنخفض أو المتوسط/العالي إلى الحجم النهائي اللازم لطريقة التقدير والتطبيق المحدد اللذين سيُستخدمان، باستخدام تقنية K-D أو التبخير بالنيتروجين.
11.5.1 جمّع جهاز تركيز Kuderna-Danish (K-D) بتوصيل أنبوب تركيز بسعة 10-mL بدورق تبخير ذي حجم مناسب.
11.5.2 جفّف المستخلص بتمريره عبر عمود تجفيف يحتوي على نحو 10 g من كبريتات الصوديوم اللامائية. واجمع المستخلص المجفف في جهاز تركيز K-D.
11.5.3 اشطف أنبوب الجمع وعمود التجفيف بحصة إضافية من المذيب بحجم 20-mL، واجمع سائل الشطف في دورق K-D لتحقيق نقل كمي.
11.5.4 أضف حبيبة أو حبيبتين نظيفتين لمنع الفوران إلى الدورق، وثبّت عمود Snyder ذا ثلاث كرات. وصّل الأدوات الزجاجية لاسترداد أبخرة المذيبات (المكثف وجهاز الجمع، انظر القسم 6.9) بعمود Snyder في جهاز K-D، وفقًا لتعليمات الشركة المصنّعة. بلّل عمود Snyder مسبقًا بإضافة نحو 1 mL من كلوريد الميثيلين (أو مذيب مناسب آخر) إلى أعلى العمود. ضع جهاز K-D على حمام مائي ساخن (بدرجة حرارة أعلى من درجة غليان المذيب بمقدار 15–20 EC)، بحيث يكون أنبوب التركيز مغمورًا جزئيًا في الماء الساخن ويتعرض كامل السطح السفلي المستدير للدورق للبخار الساخن. اضبط الوضع الرأسي للجهاز ودرجة حرارة الماء حسب الحاجة لإتمام التركيز خلال 10–20 min. وعند معدل التقطير المناسب، ستتحرك كرات العمود بنشاط مُحدثةً طقطقة، ولكن لن تمتلئ الحجرات بالسائل. وعندما يصل الحجم الظاهري للسائل إلى 1 mL، أزل جهاز K-D من الحمام المائي واتركه ليُصرّف السائل ويبرد لمدة 10 min على الأقل.
تنبيه: لا تدع المستخلص يصل إلى الجفاف، لأن ذلك سيؤدي إلى فقد شديد لبعض المواد المراد تحليلها. وتكون مبيدات الآفات الفوسفورية العضوية عرضةً لهذه الخسائر على نحو خاص.
11.5.4.1 إذا كان استبدال المذيب ضروريًا (كما هو موضح في الجدول 2 أو طريقة التقدير المناسبة)، فأزل عمود Snyder مؤقتًا، وأضف 50 mL من مذيب الاستبدال وحبيبة جديدة لمنع الفوران.
11.5.4.2 أعد تثبيت عمود Snyder. ركّز المستخلص، مع رفع درجة حرارة الحمام المائي عند الضرورة للحفاظ على معدل تقطير مناسب.
11.5.5 أزل عمود Snyder. اشطف دورق K-D والوصلات السفلية لعمود Snyder بـ 1–2 mL من المذيب، واجمع سائل الشطف في أنبوب التركيز. ويمكن زيادة تركيز المستخلص باستخدام إحدى التقنيات الموضحة في القسم 11.6، أو ضبطه إلى حجم نهائي قدره 5.0–10.0 mL باستخدام مذيب مناسب (انظر الجدول 2 أو طريقة التقدير المناسبة). وإذا وُجدت بلورات كبريت، فانتقل إلى الطريقة 3660 للتنقية.
11.6 إذا كانت هناك حاجة إلى مزيد من التركيز، فاستخدم إما تقنية عمود Snyder الصغير (انظر القسم 11.6.1) أو تقنية التبخير بالنيتروجين (انظر القسم 11.6.2).
11.6.1 تقنية عمود Snyder الصغير
11.6.1.1 أضف حبيبة جديدة ونظيفة لمنع الفوران إلى أنبوب التركيز، وثبّت عمود Snyder صغيرًا ذا كرتين مباشرةً على أنبوب التركيز. وصّل الأدوات الزجاجية لاسترداد أبخرة المذيبات (المكثف وجهاز الجمع) بعمود Snyder الصغير في جهاز K-D، وفقًا لتعليمات الشركة المصنّعة. بلّل عمود Snyder مسبقًا بإضافة 0.5 mL من كلوريد الميثيلين أو مذيب الاستبدال إلى أعلى العمود. ضع جهاز التركيز المصغّر في حمام مائي ساخن بحيث يكون أنبوب التركيز مغمورًا جزئيًا في الماء الساخن. واضبط الوضع الرأسي للجهاز ودرجة حرارة الماء حسب الحاجة لإتمام التركيز خلال 5–10 min. وعند معدل التقطير المناسب، ستتحرك كرات العمود بنشاط مُحدثةً طقطقة، ولكن لن تمتلئ الحجرات بالسائل.
11.6.1.2 عندما يصل الحجم الظاهري للسائل إلى 0.5 mL، أزل الجهاز من الحمام المائي واتركه ليُصرّف السائل ويبرد لمدة 10 min على الأقل. أزل عمود Snyder واشطف وصلاته السفلية بـ 0.2 mL من المذيب، واجمع سائل الشطف في أنبوب التركيز. اضبط الحجم النهائي للمستخلص إلى 1.0–2.0 mL.
تنبيه: لا تدع المستخلص يصل إلى الجفاف، لأن ذلك سيؤدي إلى فقد شديد لبعض المواد المراد تحليلها. وتكون مبيدات الآفات الفوسفورية العضوية عرضةً لهذه الخسائر على نحو خاص.
11.6.2 تقنية التبخير بالنيتروجين
11.6.2.1 ضع أنبوب التركيز في حمام دافئ (30 degC)، وبخّر المذيب حتى يصل حجمه إلى 0.5 mL باستخدام تيار لطيف من النيتروجين النظيف والجاف (المُرشَّح عبر عمود من الكربون المنشّط).
تنبيه: يجب عدم استخدام أنابيب بلاستيكية جديدة بين مصيدة الكربون والعينة، لأنها قد تسبب تداخلات ناتجة عن الفثالات.
11.6.2.2 اشطف الجدار الداخلي لأنبوب التركيز بالمذيب عدة مرات أثناء التركيز، بحيث يسيل المذيب إلى الأسفل. وأثناء التبخير، ضع أنبوب التركيز في وضع يمنع تكاثف الماء داخل المستخلص. وفي الإجراءات العادية، يجب عدم السماح للمستخلص بأن يجف.
تنبيه: لا تدع المستخلص يصل إلى الجفاف، لأن ذلك سيؤدي إلى فقد شديد لبعض المواد المراد تحليلها. وتكون مبيدات الآفات الفوسفورية العضوية عرضةً لهذه الخسائر على نحو خاص.
11.7 يمكن الآن إخضاع المستخلص لإجراءات التنقية أو تحليله للكشف عن المواد المستهدفة المراد تحليلها باستخدام تقنية أو تقنيات التقدير المناسبة. وإذا لم تُجرَ معالجة إضافية للمستخلص فورًا، فأغلق أنبوب التركيز بسدادة وخزّنه في ثلاجة. وإذا كان المستخلص سيُخزّن لمدة تزيد على 2 يوم، فينبغي نقله إلى قارورة مزودة بغطاء لولبي مبطن بـ PTFE، ووضع بطاقة تعريف مناسبة عليه.
12. تحليل البيانات والحسابات
لا توجد حسابات مرتبطة صراحةً بإجراء الاستخلاص هذا. انظر طريقة التقدير المناسبة لحساب النتائج النهائية للعينات.
13. أداء الطريقة
14. منع التلوث
14.1 يشمل منع التلوث أي تقنية تقلل كمية النفايات و/أو سميتها أو تزيلها عند نقطة تولدها. وتوجد فرص عديدة لمنع التلوث في تشغيل المختبرات. وقد وضعت EPA ترتيبًا هرميًا مفضّلًا لتقنيات الإدارة البيئية يجعل منع التلوث الخيار الإداري الأول. وينبغي للعاملين في المختبرات، كلما كان ذلك ممكنًا عمليًا، استخدام تقنيات منع التلوث لمعالجة تولد النفايات لديهم. وعندما يتعذر عمليًا تقليل النفايات عند المصدر، توصي الوكالة بإعادة التدوير بوصفها الخيار الأفضل التالي.
14.2 للحصول على معلومات عن منع التلوث قد تنطبق على المختبرات والمؤسسات البحثية، راجع «الأقل أفضل: إدارة المواد الكيميائية المختبرية لتقليل النفايات»، المتاح من قسم العلاقات الحكومية وسياسة العلوم في الجمعية الكيميائية الأمريكية، 1155 16th St., N.W. Washington, D.C. 20036، https://www.acs.org.
15. إدارة النفايات
خزانات الشفط والعمليات على مناضد المختبر والتحكم فيها، والامتثال لنص وروح أي تصاريح ولوائح لتصريف المياه إلى شبكة الصرف الصحي، والامتثال لجميع لوائح النفايات الصلبة والخطرة، ولا سيما قواعد تحديد النفايات الخطرة وقيود التخلص منها على الأرض. وللحصول على مزيد من المعلومات عن إدارة النفايات، راجع «دليل إدارة النفايات للعاملين في المختبرات»، المتاح من الجمعية الكيميائية الأمريكية على العنوان الوارد في القسم 14.2.
المؤلفات/المراجع
- U.S. EPA, “Interlaboratory Comparison Study: Methods for Volatile and Semi-Volatile Compounds,” Environmental Monitoring Systems Laboratory, Office of Research and Development, Las Vegas, NV, EPA 600/4-84-027, 1984.
- C. S. Hein, P. J. Marsden, A. S. Shurtleff. Evaluation of Methods 3540 (Soxhlet) and 3550 (Sonication) for Evaluation of Appendix IX Analytes from Solid Samples. S-CUBED, Report for EPA Contract 68-03-33-75, Work Assignment No. 03, Document No. SSS-R- 88-9436, October, 1988.
- I. De La Calle, N. Cabaleiro, M. Costas, F. Pena, S. Gil, I. Lavilla, C. Bendicho (2011):
Ultrasound-assisted extraction of gold and silver from environmental samples using different extractants followed by electrothermal-atomic absorption spectrometry. Microchemical Journal, Volume 97, Issue 2, 2011. 93-100.
حقائق جديرة بالمعرفة
غالبًا ما يُشار إلى مجانسات الأنسجة بالموجات فوق الصوتية بمسميات مثل جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية مزود بمسبار، أو محلِّل صوتي، أو جهاز تفكيك بالموجات فوق الصوتية، أو مطحنة بالموجات فوق الصوتية، أو جهاز تمزيق بالموجات فوق الصوتية، أو جهاز معالجة صوتية، أو جهاز تفتيت صوتي، أو جهاز تفكيك الخلايا، أو مشتت بالموجات فوق الصوتية أو جهاز إذابة. وتنبع هذه المصطلحات المختلفة من التطبيقات المتنوعة التي يمكن تنفيذها بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية.
قياسات مختلفة للسونوترود لجهاز UP200Ht