EPA3550 – Leitfaden zur Ultraschallextraktion
Die Ultraschallextraktion ist eine umweltfreundliche Extraktionsmethode, die sowohl für kleine Laborproben als auch zur Extraktion wertvoller Verbindungen im kommerziellen Produktionsmaßstab eingesetzt werden kann. Die US-amerikanische Umweltschutzbehörde Environmental Protection Agency (EPA) empfiehlt verschiedene Methoden der analytischen Chemie und zur Prüfung charakteristischer Eigenschaften, Verfahren zur Umweltprobenahme und Umweltüberwachung sowie Maßnahmen zur Qualitätssicherung, um die Umsetzung des Resource Conservation and Recovery Act (RCRA) zu unterstützen. Für die ultraschallunterstützte Extraktion hat die EPA die folgenden Leitlinien veröffentlicht:
METHODE 3550C – Ultraschallextraktion
1. Geltungsbereich und Anwendung
Darüber hinaus sind die SW-846-Methoden, mit Ausnahme der vorgeschriebenen Anwendung bestimmter Methoden zur Analyse methodendefinierter Parameter, als Leitlinien gedacht. Sie enthalten allgemeine Informationen zur Durchführung eines analytischen Verfahrens oder einer analytischen Technik, die ein Labor als Ausgangspunkt für die Erstellung einer eigenen detaillierten Standardarbeitsanweisung (SOP) nutzen kann, entweder für den allgemeinen Gebrauch oder für eine bestimmte Projektanwendung. Die in dieser Methode enthaltenen Leistungsdaten dienen ausschließlich der Orientierung und sind nicht als absolute QC-Akzeptanzkriterien für die Laborakkreditierung gedacht und dürfen nicht als solche verwendet werden.
1.1 Diese Methode beschreibt ein Verfahren zur Extraktion nichtflüchtiger und schwerflüchtiger organischer Verbindungen aus Feststoffen wie Böden, Schlämmen und Abfällen. Das Ultraschallverfahren gewährleistet einen intensiven Kontakt zwischen der Probenmatrix und dem Extraktionslösungsmittel.
1.2 Diese Methode ist anhand der erwarteten Konzentration organischer Verbindungen in zwei Verfahren unterteilt. Das Verfahren für niedrige Konzentrationen (Abschnitt 11.3) ist für einzelne organische Komponenten vorgesehen, deren erwartete Konzentration kleiner oder gleich 20 mg/kg ist, und verwendet eine größere Probenmenge sowie drei aufeinanderfolgende Extraktionen (niedrigere Konzentrationen lassen sich schwieriger extrahieren). Das Verfahren für mittlere/hohe Konzentrationen (Abschnitt 11.4) ist für einzelne organische Komponenten vorgesehen, deren erwartete Konzentration größer als 20 mg/kg ist, und verwendet eine kleinere Probe sowie eine einzige Extraktion.
1.3 Es wird dringend empfohlen, die Extrakte vor der Analyse einer geeigneten Aufreinigung zu unterziehen (e.g., mithilfe einer Methode aus der 3600-Reihe).
1.4 Für eine maximale Extraktionseffizienz ist es entscheidend, die Methode einschließlich der Herstelleranweisungen genau einzuhalten. Eine Erläuterung der entscheidenden Aspekte des Extraktionsverfahrens finden Sie in Abschnitt 11.0. Angaben zu spezifischen Betriebseinstellungen entnehmen Sie den Herstelleranweisungen.
1.5 Diese Methode beschreibt mindestens drei Extraktionslösungsmittelsysteme, die für verschiedene Analytgruppen eingesetzt werden können (siehe Abschnitt 7.4). Andere Lösungsmittelsysteme dürfen eingesetzt werden, sofern eine ausreichende Leistungsfähigkeit für die relevanten Analyten nachgewiesen werden kann. Die Wahl des Extraktionslösungsmittels hängt von den relevanten Analyten ab; kein einzelnes Lösungsmittel ist universell für alle Analytgruppen geeignet. Aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Effizienz der Ultraschallextraktion, insbesondere bei Konzentrationen nahe oder unter etwa 10 μg/kg, muss der Analytiker die Leistungsfähigkeit des jeweiligen Lösungsmittelsystems und der Betriebsbedingungen für die relevanten Analyten und Konzentrationen nachweisen. Dieser Nachweis gilt für jedes eingesetzte Lösungsmittelsystem, einschließlich der ausdrücklich in dieser Methode aufgeführten Systeme. Ein solcher Nachweis muss mindestens den in Methode 3500 beschriebenen anfänglichen Befähigungsnachweis unter Verwendung einer unbelasteten Referenzmatrix umfassen. Methode 8000 beschreibt Verfahren, mit denen Leistungskriterien für solche Nachweise sowie für die Ergebnisse aufgestockter Matrixproben und Laborkontrollproben entwickelt werden können.
1.6 Die EPA weist darauf hin, dass nur begrenzte veröffentlichte Daten zur Effizienz der Ultraschallextraktion von Organophosphor-Pestiziden bei niedrigen Konzentrationen im Bereich von parts per billion (ppb) und darunter vorliegen. Daher sollte die Anwendung dieser Methode insbesondere für diese Verbindungen durch Leistungsdaten gestützt werden, wie sie oben und in Methode 3500 erläutert werden.
1.7 Vor der Anwendung dieser Methode wird Analytikern empfohlen, für jede Art von Verfahren, das im Rahmen der Gesamtanalyse eingesetzt werden kann, die jeweilige Basismethode zu konsultieren (e.g., Methoden 3500, 3600, 5000 und 8000). Dort finden sich zusätzliche Informationen zu Qualitätskontrollverfahren, zur Entwicklung von QC-Akzeptanzkriterien, zu Berechnungen und allgemeine Hinweise. Analytiker sollten auch den Haftungsausschluss am Anfang des Handbuchs und die Informationen in Kapitel Zwei konsultieren. Diese erläutern die vorgesehene Flexibilität bei der Wahl von Methoden, Apparaturen, Materialien, Reagenzien und Verbrauchsmaterialien sowie die Verantwortung des Analytikers, nachzuweisen, dass die eingesetzten Techniken für die relevanten Analyten in der jeweiligen Matrix und bei den maßgeblichen Konzentrationen geeignet sind.
Darüber hinaus werden Analytiker und Datennutzer darauf hingewiesen, dass die Anwendung von SW-846-Methoden zur Erfüllung bundesrechtlicher Prüfanforderungen nicht verpflichtend ist, sofern dies nicht ausdrücklich in einer Vorschrift festgelegt ist. Die in dieser Methode enthaltenen Informationen werden von der EPA als Orientierungshilfe für Analytiker und die von den Vorschriften betroffenen Akteure bereitgestellt. Sie sollen die Entscheidungen unterstützen, die erforderlich sind, um Ergebnisse zu erzeugen, welche die Datenqualitätsziele der vorgesehenen Anwendung erfüllen.
1.8 Diese Methode darf ausschließlich von entsprechend erfahrenen und geschulten Analytikern oder unter deren Aufsicht angewendet werden. Jeder Analytiker muss nachweisen, dass er mit dieser Methode akzeptable Ergebnisse erzielen kann. Wie oben erwähnt, beziehen sich solche Nachweise auf die relevanten Analyten und das verwendete Lösungsmittelsystem sowie auf die Verfahren für Proben mit niedrigen und mittleren/hohen Konzentrationen.
Mehrproben-Ultraschallgerät „VialTweeter“ zur gleichzeitigen Probenvorbereitung in mehreren verschlossenen Probenfläschchen und Reagenzgläsern
2. Zusammenfassung der Methode
2.1 Verfahren für niedrige Konzentrationen – Die Probe wird mit wasserfreiem Natriumsulfat gemischt, sodass ein rieselfähiges Pulver entsteht. Die Mischung wird dreimal mit Lösungsmittel mittels Ultraschallextraktion extrahiert. Der Extrakt wird durch Vakuumfiltration oder Zentrifugation von der Probe getrennt. Anschließend ist der Extrakt für die abschließende Einengung, Aufreinigung und/oder Analyse bereit.
2.2 Verfahren für mittlere/hohe Konzentrationen – Die Probe wird mit wasserfreiem Natriumsulfat gemischt, sodass ein rieselfähiges Pulver entsteht. Dieses wird einmal mit Lösungsmittel mittels Ultraschallextraktion extrahiert. Ein Teil des Extrakts wird zur Aufreinigung und/oder Analyse aufgefangen.
3. Definitionen
Definitionen, die für diese Methode relevant sein können, finden Sie in Kapitel Eins und in den Herstelleranweisungen.
4. Interferenzen
4.1 Lösungsmittel, Reagenzien, Glasgeräte und andere Geräte zur Probenverarbeitung können bei der Probenanalyse Artefakte und/oder Interferenzen verursachen. Durch die Analyse von Verfahrensblindproben muss nachgewiesen werden, dass all diese Materialien unter den Analysebedingungen frei von Interferenzen sind.
Eine gezielte Auswahl der Reagenzien und eine Reinigung der Lösungsmittel durch Destillation in Vollglasapparaturen können erforderlich sein. Spezifische Hinweise zu Qualitätskontrollverfahren finden Sie in der jeweils anzuwendenden Methode; allgemeine Hinweise zur Reinigung von Glasgeräten finden Sie in Kapitel Vier.
4.2 Interferenzen sind in der Regel spezifisch für die relevanten Analyten. Spezifische Hinweise zu Interferenzen bei der Extraktion finden Sie daher in Methode 3500 und in den entsprechenden Bestimmungsmethoden.
5. Sicherheit
Diese Methode behandelt nicht alle Sicherheitsfragen, die mit ihrer Anwendung verbunden sind. Das Labor ist dafür verantwortlich, eine sichere Arbeitsumgebung zu gewährleisten und eine aktuelle Informationssammlung der OSHA-Vorschriften zum sicheren Umgang mit den in dieser Methode aufgeführten Chemikalien zu führen. Eine Sammlung von Sicherheitsdatenblättern (MSDS) sollte allen an diesen Analysen beteiligten Mitarbeitern zur Verfügung stehen.
6. Geräte und Verbrauchsmaterialien
Die Erwähnung von Handelsnamen oder kommerziellen Produkten in diesem Handbuch dient ausschließlich der Veranschaulichung und stellt weder eine Befürwortung durch die EPA noch eine ausschließliche Anwendungsempfehlung dar. Die in den SW-846-Methoden genannten Produkte und Geräteeinstellungen entsprechen denjenigen, die bei der Methodenentwicklung verwendet oder anschließend von der Behörde bewertet wurden. Andere als die in diesem Handbuch aufgeführten Glasgeräte, Reagenzien, Verbrauchsmaterialien, Geräte und Einstellungen dürfen verwendet werden, sofern eine für die vorgesehene Anwendung angemessene Leistungsfähigkeit der Methode nachgewiesen und dokumentiert wurde.
In diesem Abschnitt werden übliche Laborglasgeräte (e.g., Bechergläser und Kolben) nicht aufgeführt.
6.2 Ultraschall-Probenvorbereitung – Es muss ein Gerät mit Sonotrode und Titanspitze oder ein Gerät mit geeigneter Leistungsfähigkeit verwendet werden. (e.g. UP200Ht oder UP200St)
6.2.1 Ultraschall-Desintegrator – Der Desintegrator muss eine Mindestleistung von 300 Watt aufweisen und einen Pulsbetrieb ermöglichen. Ein Gerät zur Reduzierung der Kavitationsgeräusche wird empfohlen. Befolgen Sie die Herstelleranweisungen zur Vorbereitung des Desintegrators für die Extraktion von Proben mit niedrigen und mittleren/hohen Konzentrationen. (e.g. UP400S)
6.2.2 Verwenden Sie für das Verfahren für niedrige Konzentrationen eine 3/4-inch-Sonotrode und für das Verfahren für mittlere/hohe Konzentrationen eine konische 1/8-inch-Mikrospitze, die an einer 1/2-inch-Sonotrode befestigt ist.
6.3 Schallschutzbox – Zur Vermeidung von Gehörschäden wird die Verwendung einer Schallschutzumhausung empfohlen (e.g. Schallschutzbox SPB-L). Dadurch können die Kavitationsgeräusche der Ultraschallbehandlung erheblich reduziert werden.
Weitere Geräte
6.4.1 Trockenschrank – Muss 105 degC konstant halten können.
6.4.2 Exsikkator.
6.4.3 Tiegel – Aus Porzellan oder Einwegtiegel aus Aluminium.
6.5 Pasteurpipetten – 1-mL, Glas, Einweg.
6.7 Vakuum- oder Druckfiltrationsapparatur
6.7.1 Büchnertrichter
6.7.2 Filterpapier
6.8 Kuderna-Danish-Apparatur (K-D)
6.8.1 Einengungsrohr – 10-mL, graduiert. Ein Glasschliffstopfen wird verwendet, um das Verdampfen der Extrakte zu verhindern.
6.8.2 Verdampfungskolben – 500-mL. Befestigen Sie den Kolben mit Federn, Klammern oder gleichwertigen Befestigungen am Einengungsrohr.
6.8.3 Snyder-Kolonne – Makroausführung mit drei Kugeln.
6.8.4 Snyder-Kolonne – Mikroausführung mit zwei Kugeln.
6.8.5 Federn – 1/2-inch.
6.9 System zur Rückgewinnung von Lösungsmitteldämpfen.
HINWEIS: Diese Glasapparatur wird zur Lösungsmittelrückgewinnung bei Einengungsverfahren empfohlen, die Kuderna-Danish-Verdampfungskonzentratoren erfordern. Der Einbau dieser Apparatur kann aufgrund bundesrechtlicher, einzelstaatlicher oder kommunaler Vorschriften zu Luftemissionen flüchtiger organischer Verbindungen erforderlich sein. Die EPA empfiehlt den Einbau eines solchen Rückgewinnungssystems als Maßnahme zur Umsetzung eines Emissionsminderungsprogramms. Die Lösungsmittelrückgewinnung ist ein Mittel zur Erfüllung von Initiativen zur Abfallminimierung und Vermeidung von Umweltverschmutzung.
6.10 Siedesteinchen – Mit Lösungsmittel extrahiert, etwa 10/40 mesh (Siliciumcarbid oder gleichwertiges Material).
6.11 Wasserbad – Beheizt, mit konzentrischer Ringabdeckung und einer Temperaturregelung auf ± 5 degC. Das Bad sollte in einem Abzug verwendet werden.
6.12 Waage – Oberschalig, mit der Möglichkeit, auf 0,01 g genau zu wiegen.
6.13 Probenfläschchen – 2-mL, für GC-Autosampler, mit Schraub- oder Bördelverschlüssen mit Polytetrafluorethylen-Auskleidung (PTFE).
6.14 Glas-Szintillationsfläschchen – 20-mL, mit PTFE-ausgekleideten Schraubverschlüssen.
6.15 Spatel – Edelstahl oder PTFE.
6.16 Trocknungssäule – Chromatographiesäule aus Borosilikatglas mit 20 mm Innendurchmesser und Glaswolle am Boden.
HINWEIS: Säulen mit Glasfrittenscheiben lassen sich nach dem Einsatz zur Trocknung stark kontaminierter Extrakte nur schwer dekontaminieren. Säulen ohne Fritten sind erhältlich.
Verwenden Sie einen kleinen Glaswollepfropfen, um das Adsorbens zurückzuhalten. Waschen Sie den Glaswollepfropfen zunächst mit 50 mL Aceton und anschließend mit 50 mL des Elutionslösungsmittels vor, bevor Sie die Säule mit Adsorbens füllen.
6.17 Stickstoff-Eindampfapparatur (optional) – N-Evap mit 12 oder 24 Positionen (Organomation Modell 112 oder gleichwertig).
7. Reagenzien und Standards
7.2 Reagenzwasser ohne organische Verunreinigungen. Alle Verweise auf Wasser in dieser Methode beziehen sich auf Reagenzwasser ohne organische Verunreinigungen gemäß der Definition in Kapitel Eins.
7.3 Natriumsulfat (granuliert, wasserfrei), Na2SO4. Reinigen Sie es durch Erhitzen bei 400 degC für 4 hrs in einer flachen Schale oder durch Vorreinigung des Natriumsulfats mit Methylenchlorid. Wird das Natriumsulfat mit Methylenchlorid vorgereinigt, sollte eine Verfahrensblindprobe analysiert werden, um nachzuweisen, dass das Natriumsulfat keine Interferenzen verursacht.
7.4 Extraktionslösungsmittel
Proben sollten mit einem Lösungsmittelsystem extrahiert werden, das eine optimale, reproduzierbare Wiederfindung der relevanten Analyten aus der Probenmatrix bei den relevanten Konzentrationen ermöglicht. Die Wahl des Extraktionslösungsmittels hängt von den relevanten Analyten ab; kein einzelnes Lösungsmittel ist universell für alle Analytgruppen geeignet. Unabhängig vom verwendeten Lösungsmittelsystem, einschließlich der ausdrücklich in dieser Methode aufgeführten Systeme, muss der Analytiker eine ausreichende Leistungsfähigkeit für die relevanten Analyten bei den relevanten Konzentrationen nachweisen. Ein solcher Nachweis muss mindestens den in Methode 3500 beschriebenen anfänglichen Befähigungsnachweis unter Verwendung einer unbelasteten Referenzmatrix umfassen. Methode 8000 beschreibt Verfahren, mit denen Leistungskriterien für solche Nachweise sowie für die Ergebnisse aufgestockter Matrixproben und Laborkontrollproben entwickelt werden können.
Viele der nachstehend beschriebenen Lösungsmittelsysteme kombinieren ein mit Wasser mischbares Lösungsmittel, wie Aceton, mit einem nicht mit Wasser mischbaren Lösungsmittel, wie Methylenchlorid oder Hexan. Das mit Wasser mischbare Lösungsmittel soll die Extraktion feuchter Feststoffe erleichtern, indem es dem Lösungsmittelgemisch ermöglicht, die Wasserschicht auf der Oberfläche der Feststoffpartikel zu durchdringen. Das nicht mit Wasser mischbare Lösungsmittel extrahiert organische Verbindungen ähnlicher Polarität. Daher wird ein unpolares Lösungsmittel wie Hexan häufig für unpolare Analyten wie PCB verwendet, während ein polares Lösungsmittel wie Methylenchlorid für polare Analyten eingesetzt werden kann. Die Polarität von Aceton kann auch die Extraktion polarer Analyten in Lösungsmittelgemischen unterstützen.
Tabelle 1 enthält beispielhafte Wiederfindungsdaten für ausgewählte schwerflüchtige organische Verbindungen, die mit verschiedenen Extraktionslösungsmittelsystemen aus einem NIST-Standardreferenzmaterial (SRM) extrahiert wurden. Die folgenden Abschnitte geben Hinweise zur Auswahl von Lösungsmitteln für verschiedene Analytklassen.
Alle Lösungsmittel sollten für die Pestizidanalytik geeignet sein oder eine gleichwertige Qualität aufweisen. Lösungsmittel können vor der Verwendung entgast werden.
7.4.1 Schwerflüchtige organische Verbindungen können mit Aceton/Hexan (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14) oder Aceton/Methylenchlorid (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2) extrahiert werden.
7.4.2 Organochlor-Pestizide können mit Aceton/Hexan (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14) oder Aceton/Methylenchlorid (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2) extrahiert werden.
7.4.3 PCB können mit Aceton/Hexan (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14), Aceton/Methylenchlorid (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2) oder Hexan (C6H14) extrahiert werden.
7.4.4 Andere Lösungsmittelsysteme dürfen eingesetzt werden, sofern der Analytiker eine ausreichende Leistungsfähigkeit für die relevanten Analyten bei den relevanten Konzentrationen in der Probenmatrix nachweisen kann (siehe Methode 3500).
7.5 Austauschlösungsmittel – Bei einigen Bestimmungsmethoden muss das Extraktionslösungsmittel durch ein Lösungsmittel ersetzt werden, das mit den in der jeweiligen Bestimmungsmethode verwendeten Geräten kompatibel ist. Hinweise zur Auswahl des geeigneten Austauschlösungsmittels finden Sie in der anzuwendenden Bestimmungsmethode. Alle Lösungsmittel müssen für die Pestizidanalytik geeignet sein oder eine gleichwertige Qualität aufweisen. Beispiele für Austauschlösungsmittel sind nachstehend aufgeführt.
7.5.1 Hexan, C6H14
7.5.2 2-Propanol, (CH3)2CHOH
7.5.3 Cyclohexan, C6H12
7.5.4 Acetonitril, CH3CN
7.5.5 Methanol, CH3OH
Die Schallschutzbox SPB-L reduziert die Kavitationsgeräusche der Ultraschallbehandlung erheblich.
8. Probenahme, Konservierung und Lagerung
8.1 Siehe die einleitenden Informationen zu Kapitel Vier, „Organische Analyten“, Methode 3500 und die jeweils anzuwendenden Bestimmungsmethoden.
8.2 Feststoffproben, die nach diesem Verfahren extrahiert werden sollen, sollten wie andere Feststoffproben mit schwerflüchtigen organischen Verbindungen entnommen und gelagert werden.
9. Qualitätskontrolle
9.2 Anfänglicher Befähigungsnachweis
Jedes Labor muss seine anfängliche Befähigung für jede verwendete Kombination aus Probenvorbereitungs- und Bestimmungsmethode nachweisen, indem es Daten mit akzeptabler Richtigkeit und Präzision für die Zielanalyten in einer unbelasteten Matrix erzeugt. Das Labor muss den Befähigungsnachweis außerdem wiederholen, wenn neue Mitarbeiter geschult werden oder wesentliche Änderungen an der Geräteausstattung vorgenommen werden. Informationen zur Durchführung eines Befähigungsnachweises finden Sie in Methode 8000.
9.3 Zu Beginn, vor der Verarbeitung von Proben, sollte der Analytiker nachweisen, dass alle Geräteteile, die mit der Probe und den Reagenzien in Kontakt kommen, frei von Interferenzen sind. Dies erfolgt durch die Analyse einer Verfahrensblindprobe. Als fortlaufende Kontrolle sollte bei jeder Extraktion, Aufreinigung und Analyse von Proben sowie bei einem Wechsel der Reagenzien eine Verfahrensblindprobe extrahiert und auf die relevanten Verbindungen analysiert werden, um vor dauerhafter Laborkontamination zu schützen.
9.4 Alle Verfahrensblindproben, aufgestockten Matrixproben und Wiederholungsproben sollten denselben analytischen Verfahren (Abschnitt 11.0) unterzogen werden wie die tatsächlichen Proben.
9.5 Bei dieser Methode sollten die üblichen Qualitätssicherungsmaßnahmen angewendet werden, die in den entsprechenden systematischen Planungsdokumenten und Labor-SOPs enthalten sind. Alle Gerätebetriebsbedingungen sollten dokumentiert werden.
9.6 Siehe außerdem Methode 3500 für Qualitätskontrollverfahren bei der Extraktion und Probenvorbereitung sowie die anzuwendenden Bestimmungsmethoden für Qualitätskontrollverfahren bei der Bestimmung.
9.7 Sofern in der entsprechenden Bestimmungsmethode aufgeführt, sollten allen Proben vor der Extraktion Surrogatstandards zugesetzt werden. Weitere Informationen finden Sie in den Methoden 3500 und 8000 sowie in den entsprechenden Bestimmungsmethoden.
9.8 Wie bereits erwähnt, sollte die Anwendung jeder Extraktionstechnik, einschließlich der Ultraschallextraktion, durch Daten gestützt werden, die die Leistungsfähigkeit des jeweiligen Lösungsmittelsystems und der Betriebsbedingungen für die relevanten Analyten bei den relevanten Konzentrationen in der Probenmatrix nachweisen.
10. Kalibrierung und Standardisierung
Mit diesem Probenextraktionsverfahren sind keine unmittelbaren Kalibrierungs- oder Standardisierungsschritte verbunden.
11. Durchführung
Wie in Abschnitt 1.4 erwähnt, kann die Ultraschallextraktion bei Böden/Feststoffen weniger gründlich sein als andere Extraktionsmethoden. Daher ist es entscheidend, diese Methode einschließlich der Herstelleranweisungen genau einzuhalten, um eine maximale Extraktionseffizienz zu erreichen. Für die erfolgreiche Anwendung dieser Technik sind mindestens die folgenden Anforderungen zu erfüllen:
11.1 Probenhandhabung
11.1.2 Abfallproben – Proben mit mehreren Phasen müssen vor der Extraktion nach dem in Kapitel Zwei beschriebenen Phasentrennverfahren vorbereitet werden. Dieses Extraktionsverfahren ist ausschließlich für Feststoffe vorgesehen.
11.1.3 Mahlbare trockene Abfallproben – Mahlen oder zerkleinern Sie den Abfall auf andere Weise so, dass er entweder ein 1-mm-Sieb passiert oder durch eine Öffnung von 1 mm gepresst werden kann. Geben Sie ausreichend Probe in die Mahlapparatur, sodass nach dem Mahlen mindestens 10 g vorliegen.
ACHTUNG: Das Trocknen und Mahlen sollten in einem Abzug durchgeführt werden, um eine Kontamination des Labors zu vermeiden.
11.1.4 Gummiartige, faserige oder ölige Materialien, die sich nicht mahlen lassen – Schneiden, schreddern oder zerkleinern Sie diese Materialien auf andere Weise, um eine Durchmischung zu ermöglichen und die Probenoberflächen für die Extraktion möglichst vollständig zugänglich zu machen.
11.2 Bestimmung des prozentualen Trockenmasseanteils – Wenn die Probenergebnisse auf die Trockenmasse bezogen berechnet werden sollen, sollte gleichzeitig mit dem für die analytische Bestimmung verwendeten Probenanteil ein separater Probenanteil eingewogen werden.
ACHTUNG: Der Trockenschrank sollte in einem Abzug stehen oder mit einer Abluftführung versehen sein. Eine stark kontaminierte gefährliche Abfallprobe kann zu einer erheblichen Kontamination des Labors führen.
Wiegen Sie unmittelbar nach dem Einwiegen des zu extrahierenden Probenaliquots ein weiteres Probenaliquot von 5 bis 10 g in einen tarierten Tiegel ein. Trocknen Sie dieses Aliquot über Nacht bei 105 degC. Lassen Sie es vor dem Wiegen in einem Exsikkator abkühlen.
Berechnen Sie den prozentualen Trockenmasseanteil wie folgt:
Trockenmasseanteil in % = (g der trockenen Probe / g der Probe) x 100
Dieses im Trockenschrank getrocknete Aliquot wird nicht für die Extraktion verwendet und sollte nach der Bestimmung der Trockenmasse ordnungsgemäß entsorgt werden.
11.3 Extraktionsverfahren für niedrige Konzentrationen
Dieses Verfahren gilt für Feststoffproben, deren erwarteter Gehalt an organischen Analyten kleiner oder gleich 20 mg/kg ist.
Schritte vor der Beschallung
11.3.1 Die folgenden Schritte sollten zügig durchgeführt werden, um Verluste der stärker flüchtigen extrahierbaren Stoffe zu vermeiden.
11.3.1.1 Wiegen Sie etwa 30 g Probe in ein 400-mL-Becherglas ein. Dokumentieren Sie die Masse auf 0,1 g genau.
11.3.1.2 Geben Sie zu der in jeder Charge für die Aufstockung ausgewählten Probe 1,0 mL der Matrixaufstocklösung. Hinweise zur geeigneten Auswahl der Verbindungen und Konzentrationen für die Matrixaufstockung finden Sie in Methode 3500. Siehe auch den Hinweis in Abschnitt 11.3.
11.3.1.3 Geben Sie zu allen Proben, aufgestockten Proben, QC-Proben und Blindproben 1,0 mL der Surrogatstandardlösung. Hinweise zur geeigneten Auswahl der Surrogatverbindungen und Konzentrationen finden Sie in Methode 3500. Siehe auch den Hinweis in Abschnitt 11.3.
11.3.1.4 Wenn eine Aufreinigung mittels Gelpermeationschromatographie vorgesehen ist (siehe Methode 3640), sollte der Analytiker entweder das doppelte Volumen der Surrogataufstocklösung (und gegebenenfalls der Matrixaufstocklösung) zugeben oder den Endextrakt auf die Hälfte des üblichen Volumens einengen, um den Verlust der Hälfte des Extrakts durch die Beladung der GPC-Säule auszugleichen. Siehe auch den Hinweis in Abschnitt 11.3.
11.3.1.5 Nichtporöse oder feuchte Proben (gummiartig oder tonartig), die keine rieselfähige, sandige Beschaffenheit aufweisen, müssen mit einem Spatel mit 60 g wasserfreiem Natriumsulfat gemischt werden. Bei Bedarf kann weiteres Natriumsulfat zugegeben werden. Nach der Zugabe von Natriumsulfat sollte die Probe rieselfähig sein. Siehe auch den Hinweis in Abschnitt 11.3.
11.3.1.6 Geben Sie sofort 100 mL des Extraktionslösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs hinzu (Hinweise zur Auswahl der Lösungsmittel finden Sie in Abschnitt 7.4 und Tabelle 2).
11.3.2 Positionieren Sie die untere Stirnfläche der 3/4-inch-Sonotrodenspitze etwa 1/2 inch unterhalb der Lösungsmitteloberfläche, jedoch oberhalb der Sedimentschicht.
HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Ultraschallsonotrode gemäß den Herstelleranweisungen ordnungsgemäß montiert ist.
11.3.3 Extrahieren Sie die Probe für 3 min mit Ultraschall. Stellen Sie dabei die Leistungsregelung auf 100% (volle Leistung) oder auf die vom Hersteller empfohlene Leistungseinstellung, den Betriebsartenschalter auf Pulsbetrieb (gepulste statt kontinuierlicher Energiezufuhr) und den prozentualen Tastgrad auf 50% (Energiezufuhr während 50% der Zeit eingeschaltet und während 50% der Zeit ausgeschaltet). Verwenden Sie keine Mikrospitzensonotrode.
11.3.4 Dekantieren Sie den Extrakt und filtrieren Sie ihn durch Filterpapier (e.g. Whatman Nr. 41 oder gleichwertig) in einem Büchnertrichter, der mit einer sauberen 500-mL-Saugflasche verbunden ist. Alternativ dekantieren Sie den Extrakt in eine Zentrifugenflasche und zentrifugieren Sie bei niedriger Drehzahl, um Partikel zu entfernen.
11.3.5 Wiederholen Sie die Extraktion zweimal mit jeweils einer weiteren 100-mL-Portion sauberen Lösungsmittels. Dekantieren Sie das Lösungsmittel nach jeder Ultraschallextraktion. Gießen Sie nach der letzten Ultraschallextraktion die gesamte Probe in den Büchnertrichter, spülen Sie das Becherglas mit Extraktionslösungsmittel und geben Sie die Spülflüssigkeit in den Trichter.
Schritte nach der Beschallung
11.3.6 Falls erforderlich, engen Sie den Extrakt vor der Analyse nach dem Verfahren in Abschnitt 11.5 ein. Andernfalls fahren Sie mit Abschnitt 11.7 fort.
UP200St mit Mikrospitze zur Ultraschallbehandlung von Proben
11.4 Extraktionsverfahren für mittlere/hohe Konzentrationen
Dieses Verfahren gilt für Feststoffproben, deren erwarteter Gehalt an organischen Analyten größer als 20 mg/kg ist.
Schritte vor der Beschallung
11.4.2 Geben Sie zu der in jeder Charge für die Aufstockung ausgewählten Probe 1,0 mL der Matrixaufstocklösung. Hinweise zur geeigneten Auswahl der Verbindungen und Konzentrationen für die Matrixaufstockung finden Sie in Methode 3500. Siehe auch den Hinweis in Abschnitt 11.3.
11.4.3 Geben Sie zu allen Proben, aufgestockten Proben, QC-Proben und Blindproben 1,0 mL der Surrogataufstocklösung. Hinweise zur geeigneten Auswahl der Surrogatverbindungen und Konzentrationen finden Sie in Methode 3500. Siehe auch den Hinweis in Abschnitt 11.3.
11.4.4 Wenn eine Aufreinigung mittels Gelpermeationschromatographie vorgesehen ist (siehe Methode 3640), sollte der Analytiker entweder das doppelte Volumen der Surrogataufstocklösung (und gegebenenfalls der Matrixaufstocklösung) zugeben oder den Endextrakt auf die Hälfte des üblichen Volumens einengen, um den Verlust der Hälfte des Extrakts durch die Beladung der GPC-Säule auszugleichen.
11.4.5 Nichtporöse oder feuchte Proben (gummiartig oder tonartig), die keine rieselfähige, sandige Beschaffenheit aufweisen, müssen mit einem Spatel mit 2 g wasserfreiem Natriumsulfat gemischt werden. Bei Bedarf kann weiteres Natriumsulfat zugegeben werden. Nach der Zugabe von Natriumsulfat sollte die Probe rieselfähig sein (siehe den Hinweis in Abschnitt 11.3).
11.4.6 Geben Sie sofort so viel Lösungsmittel hinzu, wie erforderlich ist, um unter Berücksichtigung der zugegebenen Volumina der Surrogat- und Matrixaufstocklösungen ein Endvolumen von 10,0 mL zu erreichen (Hinweise zur Auswahl der Lösungsmittel finden Sie in Abschnitt 7.4 und Tabelle 2).
11.4.7 Extrahieren Sie die Probe mit der konischen 1/8-inch-Ultraschall-Mikrospitzensonotrode für 2 min bei Leistungsregelungseinstellung 5, mit dem Betriebsartenschalter auf Pulsbetrieb und einem prozentualen Tastgrad von 50%.
11.4.8 Füllen Sie eine Einweg-Pasteurpipette locker mit 2 bis 3 cm Glaswolle. Filtrieren Sie den Probenextrakt durch die Glaswolle und fangen Sie den Extrakt in einem geeigneten Behälter auf. Die gesamten 10 mL Extraktionslösungsmittel können nicht aus der Probe zurückgewonnen werden. Daher sollte der Analytiker ein Volumen auffangen, das der Empfindlichkeit der anzuwendenden Bestimmungsmethode entspricht. Bei Methoden, die keine weitere Einengung des Extrakts erfordern (e.g., Methode 8081 verwendet üblicherweise ein Endextraktvolumen von 10 mL), kann der Extrakt beispielsweise in einem Szintillationsfläschchen oder einem anderen verschließbaren Behälter aufgefangen werden. Bei Extrakten, die weiter eingeengt werden müssen, empfiehlt es sich, bei allen solchen Proben ein einheitliches Volumen aufzufangen, um die Berechnung der endgültigen Probenergebnisse zu vereinfachen. Fangen Sie beispielsweise 5,0 mL Extrakt in einem sauberen Einengungsrohr auf. Dieses Volumen entspricht genau der Hälfte des Gesamtvolumens des ursprünglichen Probenextrakts. Berücksichtigen Sie bei Bedarf den „Verlust“ der Hälfte des Extrakts bei der abschließenden Berechnung der Probenergebnisse oder engen Sie den Endextrakt auf die Hälfte des nominalen Endvolumens ein (e.g., 0,5 mL gegenüber 1,0 mL), um den Verlust auszugleichen.
11.4.9 Falls erforderlich, engen Sie den Extrakt vor der Analyse nach dem Verfahren in Abschnitt 11.5 oder Abschnitt 11.6 ein. Andernfalls fahren Sie mit Abschnitt 11.7 fort.
Aufkonzentrierungsverfahren
Sofern dies zur Erfüllung der Empfindlichkeitskriterien erforderlich ist, können Probenextrakte aus dem Extraktionsverfahren für niedrige oder mittlere/hohe Konzentrationen mittels K-D-Technik oder Eindampfen unter Stickstoff auf das Endvolumen eingeengt werden, das für die anzuwendende Bestimmungsmethode und die spezifische Anwendung erforderlich ist.
11.5.1 Bauen Sie einen Kuderna-Danish-Konzentrator (K-D) zusammen, indem Sie ein 10-mL-Einengungsrohr mit einem Verdampfungskolben geeigneter Größe verbinden.
11.5.2 Trocknen Sie den Extrakt, indem Sie ihn durch eine Trocknungssäule mit etwa 10 g wasserfreiem Natriumsulfat leiten. Fangen Sie den getrockneten Extrakt im K-D-Konzentrator auf.
11.5.3 Spülen Sie das Auffangrohr und die Trocknungssäule mit einer weiteren 20-mL-Portion Lösungsmittel in den K-D-Kolben aus, um eine quantitative Überführung zu erreichen.
11.5.4 Geben Sie ein oder zwei saubere Siedesteinchen in den Kolben und setzen Sie eine Snyder-Kolonne mit drei Kugeln auf. Verbinden Sie die Glasapparatur zur Rückgewinnung von Lösungsmitteldämpfen (Kühler und Auffangvorrichtung, siehe Abschnitt 6.9) gemäß den Herstelleranweisungen mit der Snyder-Kolonne der K-D-Apparatur. Benetzen Sie die Snyder-Kolonne vor, indem Sie etwa 1 mL Methylenchlorid (oder ein anderes geeignetes Lösungsmittel) oben in die Kolonne geben. Stellen Sie die K-D-Apparatur auf ein heißes Wasserbad (15 – 20 EC oberhalb des Siedepunkts des Lösungsmittels), sodass das Einengungsrohr teilweise in das heiße Wasser eintaucht und die gesamte untere gewölbte Kolbenfläche von heißem Dampf umgeben ist. Passen Sie die vertikale Position der Apparatur und die Wassertemperatur nach Bedarf an, um die Einengung innerhalb von 10 – 20 min abzuschließen. Bei der richtigen Destillationsrate klappern die Kugeln der Kolonne lebhaft, ohne dass die Kammern überflutet werden. Wenn das erkennbare Flüssigkeitsvolumen 1 mL erreicht, nehmen Sie die K-D-Apparatur aus dem Wasserbad und lassen Sie sie mindestens 10 min abtropfen und abkühlen.
ACHTUNG: Lassen Sie den Extrakt nicht bis zur Trockne eindampfen, da dies zu erheblichen Verlusten einiger Analyten führt. Organophosphor-Pestizide sind besonders anfällig für solche Verluste.
11.5.4.1 Wenn ein Lösungsmittelwechsel erforderlich ist (wie in Tabelle 2 oder der entsprechenden Bestimmungsmethode angegeben), nehmen Sie die Snyder-Kolonne kurzzeitig ab und geben Sie 50 mL des Austauschlösungsmittels sowie ein neues Siedesteinchen hinzu.
11.5.4.2 Setzen Sie die Snyder-Kolonne wieder auf. Engen Sie den Extrakt ein und erhöhen Sie gegebenenfalls die Temperatur des Wasserbads, um eine geeignete Destillationsrate aufrechtzuerhalten.
11.5.5 Nehmen Sie die Snyder-Kolonne ab. Spülen Sie den K-D-Kolben und die unteren Schliffverbindungen der Snyder-Kolonne mit 1 – 2 mL Lösungsmittel in das Einengungsrohr aus. Der Extrakt kann mit einer der in Abschnitt 11.6 beschriebenen Techniken weiter eingeengt oder mit einem geeigneten Lösungsmittel auf ein Endvolumen von 5,0 – 10,0 mL eingestellt werden (siehe Tabelle 2 oder die entsprechende Bestimmungsmethode). Sind Schwefelkristalle vorhanden, fahren Sie zur Aufreinigung mit Methode 3660 fort.
11.6 Wenn eine weitere Einengung erforderlich ist, verwenden Sie entweder die Mikro-Snyder-Kolonnentechnik (siehe Abschnitt 11.6.1) oder die Technik des Eindampfens unter Stickstoff (siehe Abschnitt 11.6.2).
11.6.1 Mikro-Snyder-Kolonnentechnik
11.6.1.1 Geben Sie ein neues, sauberes Siedesteinchen in das Einengungsrohr und setzen Sie eine Mikro-Snyder-Kolonne mit zwei Kugeln direkt auf das Einengungsrohr. Verbinden Sie die Glasapparatur zur Rückgewinnung von Lösungsmitteldämpfen (Kühler und Auffangvorrichtung) gemäß den Herstelleranweisungen mit der Mikro-Snyder-Kolonne der K-D-Apparatur. Benetzen Sie die Snyder-Kolonne vor, indem Sie 0,5 mL Methylenchlorid oder das Austauschlösungsmittel oben in die Kolonne geben. Stellen Sie die Mikro-Einengungsapparatur in ein heißes Wasserbad, sodass das Einengungsrohr teilweise in das heiße Wasser eintaucht. Passen Sie die vertikale Position der Apparatur und die Wassertemperatur nach Bedarf an, um die Einengung innerhalb von 5 – 10 min abzuschließen. Bei der richtigen Destillationsrate klappern die Kugeln der Kolonne lebhaft, ohne dass die Kammern überflutet werden.
11.6.1.2 Wenn das erkennbare Flüssigkeitsvolumen 0,5 mL erreicht, nehmen Sie die Apparatur aus dem Wasserbad und lassen Sie sie mindestens 10 min abtropfen und abkühlen. Nehmen Sie die Snyder-Kolonne ab und spülen Sie ihre unteren Schliffverbindungen mit 0,2 mL Lösungsmittel in das Einengungsrohr aus. Stellen Sie das Endextraktvolumen auf 1,0 – 2,0 mL ein.
ACHTUNG: Lassen Sie den Extrakt nicht bis zur Trockne eindampfen, da dies zu erheblichen Verlusten einiger Analyten führt. Organophosphor-Pestizide sind besonders anfällig für solche Verluste.
11.6.2 Technik des Eindampfens unter Stickstoff
11.6.2.1 Stellen Sie das Einengungsrohr in ein warmes Bad (30 degC) und dampfen Sie das Lösungsmittel mit einem schwachen Strom aus sauberem, trockenem Stickstoff (durch eine Aktivkohlesäule filtriert) auf ein Volumen von 0,5 mL ein.
ACHTUNG: Zwischen der Aktivkohlefalle und der Probe dürfen keine neuen Kunststoffschläuche verwendet werden, da diese Phthalatinterferenzen verursachen können.
11.6.2.2 Spülen Sie die Innenwand des Einengungsrohrs während der Einengung mehrmals mit Lösungsmittel ab. Positionieren Sie das Einengungsrohr während des Eindampfens so, dass kein Wasser in den Extrakt kondensiert. Beim regulären Verfahren darf der Extrakt nicht trocken werden.
ACHTUNG: Lassen Sie den Extrakt nicht bis zur Trockne eindampfen, da dies zu erheblichen Verlusten einiger Analyten führt. Organophosphor-Pestizide sind besonders anfällig für solche Verluste.
11.7 Der Extrakt kann nun Aufreinigungsverfahren unterzogen oder mit der geeigneten Bestimmungstechnik bzw. den geeigneten Bestimmungstechniken auf die Zielanalyten analysiert werden. Wenn der Extrakt nicht sofort weiterverarbeitet wird, verschließen Sie das Einengungsrohr mit einem Stopfen und lagern Sie es im Kühlschrank. Wenn der Extrakt länger als 2 Tage gelagert werden soll, sollte er in ein Probenfläschchen mit PTFE-ausgekleidetem Schraubverschluss überführt und entsprechend gekennzeichnet werden.
12. Datenauswertung und Berechnungen
Mit diesem Extraktionsverfahren sind keine ausdrücklichen Berechnungen verbunden. Hinweise zur Berechnung der endgültigen Probenergebnisse finden Sie in der entsprechenden Bestimmungsmethode.
13. Leistungsfähigkeit der Methode
14. Vermeidung von Umweltverschmutzung
14.1 Die Vermeidung von Umweltverschmutzung umfasst jede Technik, die die Menge und/oder Toxizität von Abfällen am Entstehungsort reduziert oder beseitigt. Im Laborbetrieb bestehen zahlreiche Möglichkeiten zur Vermeidung von Umweltverschmutzung. Die EPA hat eine bevorzugte Rangfolge von Umweltmanagementtechniken festgelegt, in der die Vermeidung von Umweltverschmutzung die erste Wahl darstellt. Wann immer dies praktikabel ist, sollte das Laborpersonal Techniken zur Vermeidung von Umweltverschmutzung einsetzen, um der Abfallentstehung entgegenzuwirken. Wenn Abfälle am Entstehungsort nicht praktikabel reduziert werden können, empfiehlt die Behörde Recycling als nächstbeste Option.
14.2 Informationen zur Vermeidung von Umweltverschmutzung, die für Labore und Forschungseinrichtungen relevant sein können, finden Sie in Less is Better: Laboratory Chemical Management for Waste Reduction. Diese Veröffentlichung ist beim Department of Government Relations and Science Policy der American Chemical Society erhältlich, 1155 16th St., N.W. Washington, D.C. 20036, https://www.acs.org.
15. Abfallmanagement
Literatur/Referenzen
- 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.
Wissenswertes
Ultraschall-Gewebehomogenisatoren werden häufig als Sonden-Ultraschallgeräte, Ultraschalllysegeräte, Ultraschall-Desintegratoren, Ultraschallmühlen, Sono-Ruptoren, Sonifier, Sonic Dismembrators, Zellaufschlussgeräte, Ultraschalldispergierer oder Ultraschall-Lösegeräte bezeichnet. Die unterschiedlichen Begriffe ergeben sich aus den vielfältigen Anwendungen, die mit einer Ultraschallbehandlung durchgeführt werden können.
Verschiedene Sonotrodengrößen für den UP200Ht