Ultrazvučna obrada uzoraka tla za analizu okoliša

Sonikatori znatno olakšavaju pripremu uzoraka tla, ključni korak u analizi okoliša. S obzirom na heterogenu i često tvrdokornu prirodu matriksa tla, neophodna je učinkovita i ponovljiva tehnika. Sonikacija pomaže da se molekule ekstrahiraju na blag, a ipak vrlo učinkovit način – što omogućava pouzdane i ponovljive analitičke rezultate. Ultrazvučna obrada uzoraka tla postala je moćan alat u analizi okoliša i poljoprivrede, koji nudi značajne prednosti u odnosu na konvencionalne pristupe u pogledu prinosa ekstrakcije, brzine, smanjene upotrebe otapala i analitičkih performansi.

Ultrazvučna ekstrakcija u analizi okoliša

Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) pomoću visokoučinkovitih sonikatora sa sondom pokazala je izuzetne sposobnosti u razgradnji složenih čvrstih matriksa i oslobađanju vezanih analita. Hielscher Ultrasonics je zbog pouzdanosti, mogućnosti podešavanja i gustoće energije svojih ultrazvučnih homogenizatora postao omiljen izbor u laboratorijskim i terenskim uvjetima. Ovi sistemi su posebno pogodni za pripremu uzoraka tla prije kvantitativne analize i obuhvataju širok spektar kontaminanata, uključujući teške metale, postojane organske zagađivače (POPs) i poluhlapljiva organska jedinjenja (SVOCs).

Sonikacija – pouzdana ekstrakcija elemenata u tragovima i zagađivača iz tla

Ultrazvučna obrada je izuzetno učinkovita tehnika za oslobađanje elemenata i jedinjenja u tragovima koji su adsorbirani na mineralne i organske frakcije tla. Zbog toga se sonikacija često primjenjuje kao korak prethodne obrade za elementarnu analizu plinskom hromatografijom (GC), masenom spektrometrijom s induktivno spregnutom plazmom (ICP-MS) ili atomskom apsorpcijskom spektroskopijom (AAS), budući da ultrazvučna ekstrakcija daje homogenizirane ekstrakte bez čestica, pogodne za tačnu kvantifikaciju. Ova metoda je potpuno kompatibilna s EPA metodom 3550C, standardiziranim protokolom za ultrazvučnu ekstrakciju poluhlapljivih organskih tvari iz čvrstih materijala kao što su tla, sedimenti i muljevi.

Osim elementarne analize, ultrazvučna ekstrakcija se primjenjuje za određivanje hidrofobnih organskih zagađivača, uključujući policikličke aromatske ugljikovodike (PAH), polihlorirane bifenile (PCB), dioksine i različite klase pesticida. Tradicionalne tehnike kao što je Soxhletova ekstrakcija, iako robusne, zahtijevaju mnogo rada i vremena. Nasuprot tome, ultrazvučna ekstrakcija znatno skraćuje vrijeme obrade, sa nekoliko sati na nekoliko minuta. Istovremeno, sonikacija postiže usporedive ili bolje stope iskorištenja. Također svodi na minimum toplinsku razgradnju nestabilnih jedinjenja, što je čest problem kod metoda s visokim temperaturama.

Protokol: priprema uzoraka tla za TEM-EDX analizu

Ovaj protokol su razvili Shrivastava i sar. (2019) i on demonstrira upotrebu beskontaktnog sonikatora VialTweeter za jednostavnu i pouzdanu pripremu uzoraka tla za TEM-EDX analizu.

Materijali i reagensi

• Uzorak tla u prahu (20 mg)
• 0,2% otopina natrijum dodecil sulfata (SDS)
• Ultračista (ultravisoke kvalitete, UHQ) voda
• Ultrazvučni uređaj VialTweeter
• Bakarne TEM mrežice presvučene ugljikom i funkcionalizirane poli-L-lizinom (PLL)
  Parafilm®
• Aluminijski (Al) konusi kompatibilni s Eppendorf epruvetama od 2 mL
• Standardne Eppendorf centrifugalne epruvete od 2 mL
• Centrifuga sa zamašnim (swing-out) rotorom
• Pipete i sterilni nastavci

Postupak

1. Disperzija tla
   • Izvažite 20 mg tla u prahu.
   • Dispergirajte tlo u 100 mL 0,2% otopine SDS-a.
   • Temeljito promiješajte kako biste osigurali potpunu suspenziju čestica.
2. Razrjeđivanje
   • Razrijedite suspenziju u omjeru 1:10 vodom ultravisoke kvalitete (UHQ).
   • Lagano promiješajte kako biste dobili homogen razrijeđeni uzorak.
3. Ultrazvučna disperzija
   • Prenesite 1 mL razrijeđene suspenzije tla u odgovarajuću bočicu.
   • Podvrgnite uzorak ultrazvučnoj obradi pomoću beskontaktnog sonikatora VialTweeter u trajanju od 1 minute kako biste razgradili agregate čestica tla i potaknuli ujednačenu disperziju.
4. Priprema mrežica za centrifugiranje
   • Postavite TEM mrežice od bakra presvučene ugljikom i funkcionalizirane poli-L-lizinom na namjenske aluminijske konuse.
   • Prekrijte konuse tankim slojem Parafilma® kako biste stabilizirali mrežice.
   • Umetnite konuse s postavljenim mrežicama u Eppendorf epruvete od 2 mL.
5. Nanošenje uzorka i centrifugiranje
   • Pažljivo pipetirajte 1 mL ultrazvučno obrađene suspenzije tla u svaku pripremljenu Eppendorf epruvetu, pazeći da suspenzija u potpunosti prekrije TEM mrežicu.
   • Stavite epruvete u centrifugu sa zamašnim (swing-out) rotorom.
   • Centrifugirajte na 14.000 × g tokom 1 sata na sobnoj temperaturi kako bi se čestice tla taložile na TEM mrežicu.
6. Rukovanje nakon centrifugiranja
   • Nakon centrifugiranja pažljivo uklonite TEM mrežice s konusa.
   • Ako se ne koriste odmah, ostavite mrežice da se osuše pri ambijentalnim uvjetima u okruženju bez prašine.
7. Elektronska mikroskopija
   • Analizirajte pripremljene TEM mrežice pomoću namjenskog skenirajućeg transmisijskog elektronskog mikroskopa (STEM) opremljenog energijski disperzivnom rendgenskom spektroskopijom (EDX) za elementarnu karakterizaciju.

Hielscher sonikatori sa sondom i beskontaktni sonikatori za pripremu uzoraka tla

Hielscher Ultrasonics nudi sonikatore sa sondom i beskontaktne sonikatore (npr. VialTweeter, UIP400MTP), optimizirane za zahtjeve pripreme uzoraka tla u istraživanju i analizi okoliša. Sonikatori sa sondom unose akustičnu energiju visokog intenziteta direktno u uzorak, što omogućava učinkovitu ekstrakciju elemenata u tragovima, teških metala i organskih zagađivača iz složenih matriksa tla. Ovi sistemi su idealni za protokole koji zahtijevaju intenzivnu homogenizaciju ili ekstrakciju potpomognutu otapalom. Beskontaktni modeli kompanije Hielscher, kao što su sonikator za više epruveta VialTweeter ili sonikator za mikroploče UIP400MTP, omogućavaju istovremenu obradu bez kontaminacije više zatvorenih bočica ili višejažičnih ploča, zbog čega su vrlo pogodni za standardizirane tokove rada, paralelnu analizu i osjetljive primjene koje uključuju analite u tragovima.
I sonikatori sa sondom i beskontaktni sonikatori podržavaju brzu, ponovljivu i skalabilnu pripremu uzoraka, ispunjavajući analitičke zahtjeve u znanosti o okolišu i geohemiji.
Ključna prednost Hielscher sonikatora leži u mogućnosti konfiguracije. Mogućnost fino podešavanja amplitude, pulsnog režima (ciklusnog režima) i volumena obrade omogućava prilagođene protokole za različite tipove tla i klase analita. Programabilne postavke i automatsko protokolovanje podataka olakšavaju postizanje pouzdanih i ponovljivih rezultata. Mogućnost integracije Hielscher sonikatora s automatiziranim sistemima, minijaturiziranim senzorima i platformama za prikupljanje podataka u stvarnom vremenu smanjuje utrošak rada i poboljšava rukovanje uzorcima. Njihova robusnost i kompatibilnost s protočnim ćelijama također omogućavaju povećanje razmjera za laboratorije visoke propusnosti i industrijske primjene praćenja.

Tabela u nastavku daje orijentacijski prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja laboratorijske veličine:

Hielscher sonikatori za više uzoraka, modeli UIP400MTP za mikroploče, VialTweeter i CupHorn: brza priprema uzoraka visoke propusnosti

Dizajn, proizvodnja i savjetovanje – kvalitet proizveden u Njemačkoj

Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po najvišem kvalitetu i standardima dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućavaju besprijekornu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijska postrojenja. Hielscher ultrazvučni uređaji lako se nose s teškim uvjetima i zahtjevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana kompanija koja posebnu pažnju posvećuje visokoučinkovitim ultrazvučnim uređajima s najsavremenijom tehnologijom i jednostavnošću korištenja. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji su usklađeni s CE oznakom i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.