VialTweeter – Sonoreaktor zur Extraktion von Spurenelementen aus dem Boden

Zur Überwachung des Gesundheitszustands und der Verschmutzung von Böden müssen Schadstoffe wie Spurenelemente extrahiert und gemessen werden. Der VialTweeter erleichtert die präanalytische Extraktion in Laborabläufen erheblich. Die Extraktion von Spurenmineralien aus Bodenproben ist ein hervorragendes Beispiel für die Effizienz und Zuverlässigkeit des VialTweeter für verbesserte Extraktionsergebnisse.

Extraktion von Spurenelementen aus Bodenproben

Die Extraktion von Spurenelementen aus dem Boden ist ein entscheidender Analyseschritt bei der Umweltüberwachung, bei geochemischen Studien und bei landwirtschaftlichen Bewertungen. Herkömmliche Methoden wie Säureaufschluss, Mikroextraktion und mikrowellenunterstützte Extraktion sind oft zeitaufwändig, reaktionsintensiv und/oder umweltschädlich.
Der VialTweeter, ein Hochleistungs-Sonoreaktor, ist eine effektive Alternative, die eine verbesserte Extraktionseffizienz, eine kürzere Verarbeitungszeit und einen minimalen Reagenzienverbrauch bietet. Dieser neuartige Ansatz verbessert die Rückgewinnung von Spurenelementen aus Bodenmatrizes erheblich und gewährleistet genauere und reproduzierbare Ergebnisse bei gleichzeitiger Einhaltung der Grundsätze der umweltfreundlichen analytischen Chemie.

Extraktion von Spurenelementen aus dem Boden mit dem Multi-Tube Sonicator VialTweeter

Carretero-Peña et al. (2021) führten eine Studie durch, in der sie nachwiesen, dass der VialTweeter ein hocheffizientes Instrument zur Extraktion von Spurenelementen aus dem Boden ist. Die wichtigsten Details und Ergebnisse ihrer Forschung sind im Folgenden aufgeführt.

Ultraschallextraktion mit dem VialTweeter:
4,0–7,5 mg Erde werden in 1,5 mL Eppendorf Röhrchen gewogen. Ein bestimmtes Volumen HNO₃-Lösung (0,60–1,5 ml) wird zugegeben, und die Röhrchen werden versiegelt, bevor sie in einen VialTweeter-Sonoreaktor gegeben werden. Die Proben werden einer Ultraschallextraktion bei Raumtemperatur für 450 Sekunden unterzogen. Nach der Beschallung werden sie 10 Minuten lang bei 3500 U/min zentrifugiert. Ein Teil des Überstands wird über eine Mikropipette in einen 10-ml-Kolben überführt, wo er mit 5,0 % HNO₃ verdünnt wird. Ein interner Standard für Germanium (Ge IV) wird hinzugefügt, um vor der Analyse eine Endkonzentration von 10 ng/ml zu erreichen.
Dauer mit dem VialTweeter: 450 Sekunden
 

Säure-basierter Aufschluss von Bodenproben:
50 mg Boden werden mit 2,5 mL HNO₃ und 5,0 mL HF in geschlossenen Teflon-Aufschlussgefäßen bei 90°C 8 Stunden lang behandelt. Anschließend werden die Gefäße geöffnet und 2,5 mL HClO₄ zugegeben, bevor das Gemisch bei 200°C auf einer Heizplatte zur Trockne verdampft wird. Danach werden 1,0 mL HNO₃ zugegeben und erneut eingedampft. Im letzten Schritt löst man den Rückstand in 2,5 mL HNO₃, überführt die Lösung in einen 50 mL Messkolben und füllt mit Reinstwasser auf. Interne Standards für Indium (In III) und Yttrium (Y III) (50 μl einer 10 mg/L-Lösung) werden hinzugefügt, um die Genauigkeit der anschließenden Elementaranalyse sicherzustellen.
Dauer der Säureaufschluss: 8 Stunden
 

Optimierung der Extraktionsbedingungen

Die Forscher testeten verschiedene Extraktionsbedingungen, um die maximale Menge an Spurenelementen aus den Bodenproben zu gewinnen. Diese Bedingungen maximieren die Rückgewinnung von Spurenelementen und minimieren gleichzeitig den Einsatz von Säuren und verkürzen die Gesamtextraktionszeit im Vergleich zu herkömmlichen Aufschlussverfahren.

Vergleich Extraktionseffizienz: VialTweeter vs. Säureaufschluss

Die vergleichende Auswertung der Mineralienextraktionsausbeute mit den Referenzproben, die mittels Säureaufschluss extrahiert wurden, unterstreicht die hervorragende Effizienz und Zuverlässigkeit des VialTweeter MultiTube-Sonicators.

Eine Extraktionseffizienz von mehr als 100 % bedeutet, dass die Menge eines bestimmten Elements, die aus einer Probe extrahiert wird, den Erwartungs- oder Referenzwert überschreitet.

Mit dem VialTweeter erleichtert die effiziente Hochdurchsatz-Extraktion von Substanzen aus Proben den täglichen Arbeitsablauf in analytischen Labors.

1. schnellere Extraktion - Reduziert den Zeitaufwand drastisch von Stunden auf Minuten.
2. Minimale Probenkontamination - Die Beschallung geschlossener Röhrchen verhindert Lufteintrag und Kreuzkontaminationen.
3. hohe Reproduzierbarkeit - Die gleichmäßige Energieverteilung über die Fläschchen eliminiert Schwankungen.
4. Umweltfreundlich - Reduziert den Säureverbrauch und gefährliche Abfälle.
5. Skalierbar und hoher Durchsatz - Geeignet für schnelle Probenvorbereitung in der Umweltüberwachung.

Der VialTweeter Sonoreaktor

Mechanismus der ultraschall-unterstützten Extraktion (UAE)

Das Funktionsprinzip des VialTweeter-Sonoreaktors ist eine leistungsstarke Ultraschallkavitation, ein physikalisches Phänomen, das lokal hohe Scherkräfte und Druckunterschiede in einem flüssigen Medium erzeugt. Dieses Phänomen erleichtert die Zersetzung von Bodenpartikeln und erhöht die Auslaugungseffizienz von Metallionen in ein Extraktionslösungsmittel.

Die wichtigsten Vorteile der Ultraschallextraktion bei Bodenproben:

• Verbesserter Aufschluss der Matrix: Durch Kavitation erzeugte Scherkräfte verbessern das Eindringen von Lösungsmitteln in Bodenpartikel.
• Geringere Partikelgröße: Die mechanischen Kräfte brechen die Aggregate auf und legen eine größere Oberfläche für die Mineralgewinnung frei.
• Erhöhte Reaktionskinetik: Beschleunigte Desorption und Auflösung von Spurenmetallen in der Lösung.
• Minimierter Reagenzienverbrauch: Die Reduzierung der Säurekonzentration verringert die Umweltbelastung, ohne die Effizienz der Extraktion zu beeinträchtigen.

VialTweeter - Konfiguration und Design

Das VialTweeter-System besteht aus einem Titanblock mit 10 Halterungen für Vials und Tubes. Dieses Design gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Ultraschallenergie. Der VialTweeter wird von einem 200-Watt-Ultraschallgenerator mit einer Frequenz von 26 kHz angetrieben und überträgt die gleiche Energie auf jede Probe, was konsistente und reproduzierbare Extraktionen über mehrere Röhrchen gleichzeitig gewährleistet.

Wesentliche Merkmale:

• Leistungsstarke, gleichmäßige Beschallung für die effiziente Probenvorbereitung.
• Eliminierung von Kreuzkontaminationen durch die geschlossenen Einzelproben.
• Minimaler Probenverlust in versiegelten Reaktionsgefäßen.
• Skalierbarkeit für die Umweltüberwachung mit hohem Durchsatz.

Der VialTweeter ist auch als Sonicator für einzelne Falcon-Tubes erhältlich. Lesen Sie mehr über das maßgefertigte Single-Tube-Modell für die sterile Beschallung von Falcon-Röhrchen!

Design, Herstellung und Beratung – Qualität Made in Germany

Hielscher Ultraschallgeräte sind bekannt für höchste Qualität und Designstandards. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die problemlose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen sind für Hielscher Ultraschallgeräte kein Problem.

Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt großen Wert darauf, Hochleistungs-Ultraschallgeräte zu entwickeln und zu produzieren, die sich durch modernste Technik und Benutzerfreundlichkeit auszeichnen. Selbstverständlich sind Hielscher Sonicators CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.

Hielscher Non-Contact Sonicators UIP400MTP für Mikrotiterplatten, VialTweeter und CupHorn für Tubes und Vials: Schnelle Probenvorbereitung im Hochdurchsatz