VialTweeter – Sonoreaktor til ekstraktion af spormineraler fra jord

For at overvåge jordens sundhed og forurening skal forurenende stoffer såsom spormineraler ekstraheres og måles. VialTweeter letter i betydelig grad den præanalytiske ekstraktion i laboratoriets arbejdsgange. Ekstraktion af spormineraler fra jordprøver er et godt eksempel på VialTweeters effektivitet og pålidelighed, som giver forbedrede ekstraktionsresultater.

Ekstraktion af spormineraler fra jordprøver

Ekstraktion af spormineraler fra jord er et afgørende analytisk trin i miljøovervågning, geokemiske undersøgelser og landbrugsmæssige vurderinger. Traditionelle metoder, herunder syreoplukning, mikroekstraktion og mikrobølgeassisteret ekstraktion, er ofte tidskrævende, reagenskrævende og/eller miljøfarlige.
VialTweeter, en sonoreaktor med ultralyd med høj effekt, er et overlegent alternativ, der giver forbedret ekstraktionseffektivitet, kortere behandlingstid og minimalt reagensforbrug. Denne nye tilgang forbedrer udbyttet af sporstoffer fra jordmatricer betydeligt og sikrer mere nøjagtige og reproducerbare resultater, samtidig med at principperne for grøn analytisk kemi overholdes.

Ekstraktion af spormineraler fra jord med sonikatoren til flere rør VialTweeter

Carretero-Peña et al. (2021) gennemførte en undersøgelse, der viste, at VialTweeter er et yderst effektivt værktøj til ekstraktion af spormineraler fra jord. De vigtigste detaljer og resultater fra deres forskning er beskrevet nedenfor.

Ultralydsekstraktion med VialTweeter:
4,0–7,5 mg jord afvejes i 1,5 mL Eppendorf-rør. Et bestemt volumen HNO₃-opløsning (0,60–1,5 mL) tilsættes, og rørene forsegles, inden de placeres i en sonoreaktor af typen VialTweeter. Prøverne gennemgår ultralydsekstraktion ved stuetemperatur i 450 sec. Efter sonikering centrifugeres de ved 3500 rpm i 10 minutter. En del af supernatanten overføres med en mikropipette til en 10 mL kolbe, hvor den fortyndes med 5,0% HNO₃. En intern germaniumstandard (Ge IV) tilsættes for at opnå en slutkoncentration på 10 ng/mL før analysen.
Varighed med VialTweeter: 450 sekunder
 

Syreoplukning af jordprøver:
50 mg jord behandles med 2,5 mL HNO₃ og 5,0 mL HF i lukkede Teflon-oplukningsbeholdere ved 90°C i 8 timer. Beholderne åbnes derefter, og 2,5 mL HClO₄ tilsættes, inden blandingen inddampes til tørhed ved 200°C på en varmeplade. Derefter tilsættes 1,0 mL HNO₃, og der inddampes igen. Det sidste trin omfatter opløsning af resten i 2,5 mL HNO₃, overførsel af opløsningen til en 50 mL målekolbe og opfyldning til volumen med ultrarent vand. Interne standarder af indium (In III) og yttrium (Y III) (50 μL af en 10 mg/L opløsning) tilsættes for at sikre nøjagtigheden i den efterfølgende grundstofanalyse.
Varighed af syreoplukning: 8 timer
 

Optimering af ekstraktionsbetingelser

Forskerne testede forskellige ekstraktionsbetingelser for at opnå den maksimale mængde spormineraler fra jordprøverne. Disse betingelser maksimerer udbyttet af sporstoffer, samtidig med at brugen af syrer minimeres, og den samlede ekstraktionstid reduceres sammenlignet med traditionelle oplukningsmetoder.

Sammenligning af ekstraktionseffektivitet: VialTweeter versus syreoplukning

Den sammenlignende vurdering af mineralekstraktionsudbytter i forhold til referenceprøver ekstraheret ved syreoplukning fremhæver den fremragende effektivitet og pålidelighed af sonikatoren til flere rør VialTweeter.

En ekstraktionseffektivitet på over 100% betyder, at mængden af et givet grundstof, der ekstraheres fra en prøve, overstiger den forventede værdi eller referenceværdien.

Med VialTweeter letter effektiv ekstraktion af stoffer fra prøver med høj prøvegennemstrømning den daglige arbejdsgang i analytiske laboratorier.

1. Hurtigere ekstraktion – Reducerer tiden drastisk fra timer til minutter.
2. Minimal prøvekontaminering – Designet med forseglede hætteglas forhindrer luftbåren kontaminering eller krydskontaminering.
3. Høj reproducerbarhed – Ensartet energifordeling mellem hætteglassene eliminerer variation.
4. Miljøvenlig – Reducerer syreforbrug og farligt affald.
5. Skalerbar og med høj prøvegennemstrømning – Velegnet til hurtige miljøovervågningsprogrammer.

Sonoreaktoren VialTweeter

Mekanisme for ultralydsassisteret ekstraktion (UAE)

Funktionsprincippet for sonoreaktoren VialTweeter er kraftig ultralydskavitation, et fysisk fænomen, der genererer lokale høje forskydningskræfter og trykforskelle i et flydende medium. Dette fænomen letter nedbrydningen af jordpartikler og forbedrer effektiviteten af udvaskningen af metalioner til et ekstraktionsmiddel.

Vigtigste fordele ved ultralydskavitation ved ekstraktion fra jord:

• Forbedret opbrydning af matricen: Kavitationsinducerede mikrostråler forbedrer opløsningsmidlets indtrængning i jordpartikler.
• Reduceret partikelstørrelse: De mekaniske kræfter nedbryder aggregater og blotlægger et større overfladeareal til mineralekstraktion.
• Øget reaktionskinetik: Accelereret desorption og opløsning af spormetaller i opløsningen.
• Minimeret reagensforbrug: Reduktion af syrekoncentrationen mindsker miljøpåvirkningen uden at kompromittere ekstraktionseffektiviteten.

VialTweeters konfiguration og design

Systemet VialTweeter består af en titaniumblok med 10 pladser til hætteglas, hvilket sikrer en ensartet fordeling af ultralydsenergien. Det drives af en ultralydsgenerator med en effekt på 200 watt ved en frekvens på 26 kHz og overfører samme energimængde til hver prøve, hvilket sikrer ensartede og reproducerbare ekstraktioner i flere hætteglas samtidigt.

Vigtigste egenskaber:

• Ensartet sonikering med høj effekt til batchbehandling.
• Eliminering af krydskontaminering ved at holde hætteglassene adskilt.
• Minimalt prøvetab i forseglede reaktionsbeholdere.
• Skalerbarhed til miljøovervågning med høj prøvegennemstrømning.

VialTweeter fås også som en sonikatormodel til et enkelt rør til pålidelig prøveforberedelse i Falcon-rør. Læs mere om den specialtilpassede model til et enkelt rør til steril sonikering af Falcon-rør!

Design, fremstilling og rådgivning – Kvalitet fremstillet i Tyskland

Hielschers ultralydsapparater er kendt for deres højeste kvalitets- og designstandarder. Robusthed og nem betjening muliggør problemfri integration af vores ultralydsapparater i industrielle anlæg. Hielschers ultralydsapparater klarer nemt barske forhold og krævende miljøer.

Hielscher Ultrasonics er en ISO-certificeret virksomhed og lægger særlig vægt på ultralydsapparater med høj ydeevne, den nyeste teknologi og brugervenlighed. Hielschers ultralydsapparater er naturligvis CE-kompatible og opfylder kravene i UL, CSA og RoHs.

Hielschers kontaktfri sonikatormodeller UIP400MTP til mikroplader, VialTweeter og CupHorn: prøveforberedelse med høj hastighed og høj prøvegennemstrømning