راهنمای استخراج فراصوتی EPA3550
استخراج فراصوتی روشی سبز و سازگار با محیط‌زیست است که می‌توان آن را هم برای نمونه‌های کوچک آزمایشگاهی و هم برای استخراج ترکیبات ارزشمند در مقیاس تولید تجاری به کار برد. سازمان حفاظت محیط‌زیست ایالات متحده (EPA) مجموعه‌ای از روش‌های شیمی تجزیه و آزمون ویژگی‌ها، نمونه‌برداری و پایش محیطی و اقدامات تضمین کیفیت را برای پشتیبانی از قانون حفاظت و بازیابی منابع (RCRA) توصیه می‌کند. EPA برای استخراج به کمک فراصوت، راهنمای زیر را منتشر کرده است:
روش 3550C – استخراج فراصوتی
1. دامنه و کاربرد
افزون بر این، روش‌های SW-846، به‌استثنای مواردی که استفاده از روش برای تجزیه پارامترهای تعریف‌شده با روش الزامی است، ماهیت راهنما دارند و اطلاعات کلی درباره نحوه اجرای یک رویه یا تکنیک تجزیه‌ای ارائه می‌کنند. آزمایشگاه می‌تواند از این اطلاعات به‌عنوان نقطه شروعی برای تدوین دستورالعمل اجرایی استاندارد (SOP) تفصیلی خود، چه برای استفاده عمومی و چه برای کاربرد در پروژه‌ای خاص، استفاده کند. داده‌های عملکردی ارائه‌شده در این روش صرفاً برای راهنمایی هستند و برای استفاده به‌عنوان معیارهای مطلق پذیرش کنترل کیفیت (QC) در اعتباربخشی آزمایشگاه در نظر گرفته نشده‌اند و نباید به این منظور استفاده شوند.
1.1 این روش، رویه‌ای برای استخراج ترکیبات آلی غیرفرار و نیمه‌فرار از جامداتی مانند خاک، لجن و پسماند شرح می‌دهد. فرایند فراصوتی تماس نزدیک ماتریس نمونه با حلال استخراج را تضمین می‌کند.
1.2 این روش بر اساس غلظت مورد انتظار ترکیبات آلی به دو رویه تقسیم می‌شود. رویه غلظت پایین (بخش 11.3) برای اجزای آلی منفردی است که انتظار می‌رود غلظت آن‌ها کمتر یا مساوی 20 mg/kg باشد و از مقدار نمونه بیشتر و سه استخراج متوالی استفاده می‌کند (استخراج در غلظت‌های پایین‌تر دشوارتر است). رویه غلظت متوسط/بالا (بخش 11.4) برای اجزای آلی منفردی است که انتظار می‌رود غلظت آن‌ها بیشتر از 20 mg/kg باشد و از نمونه کوچک‌تر و یک استخراج استفاده می‌کند.
1.3 اکیداً توصیه می‌شود عصاره‌ها پیش از تجزیه، تحت نوعی پاک‌سازی قرار گیرند (برای مثال با استفاده از روشی از سری 3600).
1.4 برای دستیابی به بیشترین بازده استخراج، رعایت دقیق روش (از جمله دستورالعمل‌های سازنده) ضروری است. برای بررسی جنبه‌های حیاتی رویه استخراج، به بخش 11.0 مراجعه کنید. برای تنظیمات عملیاتی خاص، دستورالعمل‌های سازنده را مطالعه کنید.
1.5 این روش دست‌کم سه سامانه حلال استخراج را شرح می‌دهد که می‌توان برای گروه‌های مختلف آنالیت‌ها به کار برد (به بخش 7.4 مراجعه کنید). سامانه‌های حلال دیگر نیز قابل استفاده‌اند، مشروط بر اینکه عملکرد مناسب آن‌ها برای آنالیت‌های مورد نظر اثبات شود. انتخاب حلال استخراج به آنالیت‌های مورد نظر بستگی دارد و هیچ حلال واحدی برای تمام گروه‌های آنالیت کاربرد همگانی ندارد. به‌دلیل نگرانی درباره بازده استخراج فراصوتی، به‌ویژه در غلظت‌های نزدیک به حدود 10 μg/kg یا کمتر از آن، ضروری است تحلیلگر عملکرد سامانه حلال مشخص و شرایط عملیاتی را برای آنالیت‌ها و غلظت‌های مورد نظر اثبات کند. این اثبات برای هر سامانه حلال مورد استفاده، از جمله سامانه‌هایی که مشخصاً در این روش ذکر شده‌اند، الزامی است. چنین اثباتی باید دست‌کم شامل اثبات اولیه صلاحیت شرح‌داده‌شده در روش 3500، با استفاده از یک ماتریس مرجع پاک، باشد. روش 8000 رویه‌هایی را شرح می‌دهد که می‌توان برای تدوین معیارهای عملکرد چنین اثبات‌هایی و نیز نتایج نمونه‌های ماتریس اسپایک‌شده و نمونه‌های کنترل آزمایشگاهی به کار برد.
1.6 EPA یادآور می‌شود که داده‌های منتشرشده درباره بازده استخراج فراصوتی آفت‌کش‌های آلی فسفردار در غلظت‌های پایینِ قسمت در میلیارد (ppb) و کمتر، محدود است. ازاین‌رو، استفاده از این روش به‌ویژه برای این ترکیبات باید با داده‌های عملکردی، مانند موارد مطرح‌شده در بالا و در روش 3500، پشتیبانی شود.
1.7 به تحلیلگران توصیه می‌شود پیش از به‌کارگیری این روش، برای اطلاعات تکمیلی درباره رویه‌های کنترل کیفیت، تدوین معیارهای پذیرش QC، محاسبات و راهنمایی عمومی، به روش پایه مربوط به هر نوع رویه قابل استفاده در تجزیه کلی مراجعه کنند (برای مثال روش‌های 3500، 3600، 5000 و 8000). تحلیلگران همچنین باید بیانیه سلب مسئولیت در ابتدای راهنما و اطلاعات فصل دوم را مطالعه کنند تا درباره انعطاف‌پذیری پیش‌بینی‌شده در انتخاب روش‌ها، دستگاه‌ها، مواد، معرف‌ها و ملزومات، و نیز مسئولیت تحلیلگر در اثبات مناسب بودن تکنیک‌های مورد استفاده برای آنالیت‌های مورد نظر، در ماتریس مورد نظر و در سطوح مورد توجه، راهنمایی دریافت کنند.
افزون بر این، به تحلیلگران و کاربران داده‌ها یادآوری می‌شود که جز در مواردی که مقررات صراحتاً تعیین کرده‌اند، استفاده از روش‌های SW-846 برای پاسخ‌گویی به الزامات آزمون فدرال اجباری نیست. EPA اطلاعات این روش را به‌عنوان راهنما ارائه می‌کند تا تحلیلگر و اشخاص و نهادهای مشمول مقررات، در تصمیم‌گیری‌های لازم برای تولید نتایجی که اهداف کیفیت داده را برای کاربرد مورد نظر برآورده می‌کنند، از آن استفاده کنند.
1.8 استفاده از این روش صرفاً به تحلیلگران دارای آموزش و تجربه مناسب یا افراد تحت نظارت آن‌ها محدود است. هر تحلیلگر باید توانایی تولید نتایج قابل قبول با این روش را اثبات کند. همان‌طور که در بالا اشاره شد، این اثبات‌ها مختص آنالیت‌های مورد نظر و سامانه حلال مورد استفاده و نیز رویه‌های مربوط به نمونه‌های با غلظت پایین و متوسط/بالا هستند.
سونیکاتور چندنمونه‌ای «VialTweeter» برای آماده‌سازی هم‌زمان نمونه‌ها در چندین ویال و لوله آزمایش دربسته
2. خلاصه روش
2.1 رویه غلظت پایین – نمونه با سولفات سدیم بی‌آب مخلوط می‌شود تا پودری روان تشکیل شود. مخلوط با استفاده از استخراج فراصوتی، سه بار با حلال استخراج می‌شود. عصاره با فیلتراسیون تحت خلأ یا سانتریفیوژ از نمونه جدا می‌شود. عصاره برای تغلیظ نهایی، پاک‌سازی و/یا تجزیه آماده است.
2.2 رویه غلظت متوسط / بالا – نمونه با سولفات سدیم بی‌آب مخلوط می‌شود تا پودری روان تشکیل شود. این مخلوط با استفاده از استخراج فراصوتی، یک بار با حلال استخراج می‌شود. بخشی از عصاره برای پاک‌سازی و/یا تجزیه جمع‌آوری می‌شود.
3. تعاریف
برای تعاریفی که ممکن است به این روش مربوط باشند، به فصل اول و دستورالعمل‌های سازنده مراجعه کنید.
4. تداخل‌ها
4.1 حلال‌ها، معرف‌ها، ظروف شیشه‌ای و سایر تجهیزات پردازش نمونه ممکن است در تجزیه نمونه سیگنال‌های کاذب و/یا تداخل ایجاد کنند. با تجزیه بلانک‌های روش باید اثبات شود که تمام این مواد در شرایط تجزیه، عاری از تداخل هستند.
ممکن است انتخاب دقیق معرف‌ها و خالص‌سازی حلال‌ها با تقطیر در سامانه‌های تمام‌شیشه‌ای ضروری باشد. برای راهنمایی اختصاصی درباره رویه‌های کنترل کیفیت، به هر یک از روش‌های مورد استفاده و برای راهنمایی عمومی درباره تمیزکردن ظروف شیشه‌ای، به فصل چهارم مراجعه کنید.
4.2 تداخل‌ها معمولاً مختص آنالیت‌های مورد نظر هستند. بنابراین، برای راهنمایی اختصاصی درباره تداخل‌های استخراج، به روش 3500 و روش‌های مناسب اندازه‌گیری مراجعه کنید.
5. ایمنی
این روش تمام مسائل ایمنی مرتبط با استفاده از آن را پوشش نمی‌دهد. آزمایشگاه مسئول حفظ محیط کاری ایمن و نگهداری پرونده‌ای به‌روز از مقررات OSHA درباره کار ایمن با مواد شیمیایی فهرست‌شده در این روش است. یک پرونده مرجع از برگه‌های اطلاعات ایمنی مواد (MSDSs) باید در دسترس تمام کارکنان دخیل در این تجزیه‌ها باشد.
6. تجهیزات و ملزومات
ذکر نام‌های تجاری یا محصولات تجاری در این راهنما صرفاً برای ارائه مثال است و به معنای تأیید EPA یا توصیه انحصاری به استفاده از آن‌ها نیست. محصولات و تنظیمات دستگاه ذکرشده در روش‌های SW-846 همان محصولات و تنظیماتی هستند که هنگام توسعه روش استفاده شده‌اند یا بعداً توسط این سازمان ارزیابی شده‌اند. استفاده از ظروف شیشه‌ای، معرف‌ها، ملزومات، تجهیزات و تنظیماتی غیر از موارد فهرست‌شده در این راهنما مجاز است، مشروط بر اینکه عملکرد مناسب روش برای کاربرد مورد نظر اثبات و مستند شده باشد.
ظروف شیشه‌ای معمول آزمایشگاهی (مانند بشر و بالن) در این بخش فهرست نشده‌اند.
6.2 آماده‌سازی فراصوتی – باید از دستگاهی از نوع هورن مجهز به نوک تیتانیومی یا دستگاهی با عملکرد مناسب استفاده شود. (برای مثال UP200Ht یا UP200St)
6.2.1 تخریب‌کننده فراصوتی – تخریب‌کننده باید حداقل توان 300 وات و قابلیت کار پالسی داشته باشد. استفاده از دستگاهی که برای کاهش صدای کاویتاسیون طراحی شده است توصیه می‌شود. برای آماده‌سازی تخریب‌کننده جهت استخراج نمونه‌های با غلظت پایین و متوسط/بالا، دستورالعمل‌های سازنده را دنبال کنید. (برای مثال UP400S)
6.2.2 برای رویه غلظت پایین از هورن 3/4 اینچی و برای رویه غلظت متوسط/بالا از میکروتیپ مخروطی 1/8 اینچی متصل به هورن 1/2 اینچی استفاده کنید.
6.3 محفظه عایق صدا – برای جلوگیری از آسیب شنوایی، استفاده از محفظه عایق صدا (برای مثال محفظه عایق صدای SPB-L) توصیه می‌شود. به این ترتیب، صدای ناشی از کاویتاسیون در فرایند فراصوت‌دهی را می‌توان به‌میزان چشمگیری کاهش داد.
تجهیزات تکمیلی
6.4.1 آون خشک‌کن – با قابلیت حفظ دمای 105 degC.
6.4.2 دسیکاتور.
6.4.3 بوته‌ها – چینی یا آلومینیومی یک‌بارمصرف.
6.5 پیپت‌های پاستور – 1-mL، شیشه‌ای، یک‌بارمصرف.
6.7 دستگاه فیلتراسیون تحت خلأ یا فشار
6.7.1 قیف بوخنر
6.7.2 کاغذ صافی
6.8 دستگاه Kuderna-Danish (K-D)
6.8.1 لوله تغلیظ – 10-mL، مدرج. برای جلوگیری از تبخیر عصاره‌ها از درپوش شیشه‌ای سنباده‌خورده استفاده می‌شود.
6.8.2 بالن تبخیر – 500-mL. بالن را با فنر، گیره یا وسیله‌ای معادل به لوله تغلیظ متصل کنید.
6.8.3 ستون Snyder – ماکرو سه‌گلوله‌ای.
6.8.4 ستون Snyder – میکرو دوگلوله‌ای.
6.8.5 فنرها – 1/2 اینچی.
6.9 سامانه بازیابی بخار حلال.
توجه: این تجهیزات شیشه‌ای برای بازیابی حلال در رویه‌های تغلیظی که به تغلیظ‌کننده‌های تبخیری Kuderna-Danish نیاز دارند توصیه می‌شوند. ممکن است استفاده از این دستگاه طبق مقررات فدرال، ایالتی یا شهرداری محلی درباره انتشار ترکیبات آلی فرار در هوا الزامی باشد. EPA استفاده از این نوع سامانه بازیابی را به‌عنوان روشی برای اجرای برنامه کاهش انتشار توصیه می‌کند. بازیابی حلال راهی برای همسویی با طرح‌های کمینه‌سازی پسماند و پیشگیری از آلودگی است.
6.10 سنگ جوش – استخراج‌شده با حلال، تقریباً 10/40 mesh (کاربید سیلیسیم یا معادل آن).
6.11 حمام آب – گرم‌شونده، با درپوش حلقه‌های هم‌مرکز و قابلیت کنترل دما تا ± 5 degC. حمام باید در هود استفاده شود.
6.12 ترازو – با کفه فوقانی و قابلیت توزین دقیق تا نزدیک‌ترین 0٫01 g.
6.13 ویال‌ها – 2-mL، برای نمونه‌بردار خودکار GC، مجهز به درپوش‌های پیچی یا پرسی با آستر پلی‌تترافلوئورواتیلن (PTFE).
6.14 ویال‌های شیشه‌ای سوسوزنی – 20-mL، مجهز به درپوش‌های پیچی با آستر PTFE.
6.15 اسپاتول – از فولاد زنگ‌نزن یا PTFE.
6.16 ستون خشک‌کن – ستون کروماتوگرافی از شیشه بوروسیلیکات با قطر داخلی 20-mm و پشم شیشه در پایین آن.
توجه: آلودگی‌زدایی ستون‌های دارای دیسک شیشه‌ای متخلخل، پس از استفاده برای خشک‌کردن عصاره‌های بسیار آلوده، دشوار است. می‌توان ستون‌های بدون دیسک متخلخل تهیه کرد.
برای نگه‌داشتن جاذب از یک لایه کوچک پشم شیشه استفاده کنید. پیش از پرکردن ستون با جاذب، لایه پشم شیشه را ابتدا با 50 mL استون و سپس با 50 mL حلال شویش بشویید.
6.17 دستگاه تبخیر با نیتروژن (اختیاری) – N-Evap، با 12 یا 24 جایگاه (Organomation Model 112 یا معادل آن).
7. معرف‌ها و استانداردها
7.2 آب معرف عاری از مواد آلی. تمام اشاره‌ها به آب در این روش، به آب معرف عاری از مواد آلی مطابق تعریف فصل اول مربوط است.
7.3 سولفات سدیم (دانه‌ای، بی‌آب)، Na2SO4. آن را با گرم‌کردن در دمای 400 degC به‌مدت 4 hrs در سینی کم‌عمق، یا با پاک‌سازی اولیه سولفات سدیم با متیلن کلراید، خالص کنید. اگر سولفات سدیم با متیلن کلراید پیش‌پاک‌سازی شود، باید یک بلانک روش تجزیه شود تا نشان دهد سولفات سدیم هیچ تداخلی ایجاد نمی‌کند.
7.4 حلال‌های استخراج
نمونه‌ها باید با سامانه حلالی استخراج شوند که بازیابی بهینه و تکرارپذیر آنالیت‌های مورد نظر از ماتریس نمونه را در غلظت‌های مورد نظر فراهم کند. انتخاب حلال استخراج به آنالیت‌های مورد نظر بستگی دارد و هیچ حلال واحدی برای تمام گروه‌های آنالیت کاربرد همگانی ندارد. هر سامانه حلالی که استفاده شود، از جمله سامانه‌هایی که مشخصاً در این روش ذکر شده‌اند، تحلیلگر باید عملکرد مناسب آن را برای آنالیت‌های مورد نظر در سطوح مورد نظر اثبات کند. چنین اثباتی باید دست‌کم شامل اثبات اولیه صلاحیت شرح‌داده‌شده در روش 3500، با استفاده از یک ماتریس مرجع پاک، باشد. روش 8000 رویه‌هایی را شرح می‌دهد که می‌توان برای تدوین معیارهای عملکرد چنین اثبات‌هایی و نیز نتایج نمونه‌های ماتریس اسپایک‌شده و نمونه‌های کنترل آزمایشگاهی به کار برد.
بسیاری از سامانه‌های حلال شرح‌داده‌شده در زیر، ترکیبی از یک حلال امتزاج‌پذیر با آب، مانند استون، و یک حلال امتزاج‌ناپذیر با آب، مانند متیلن کلراید یا هگزان، هستند. هدف از حلال امتزاج‌پذیر با آب، تسهیل استخراج جامدات مرطوب است؛ این حلال به مخلوط حلال اجازه می‌دهد به لایه آب روی سطح ذرات جامد نفوذ کند. حلال امتزاج‌ناپذیر با آب، ترکیبات آلی با قطبیت مشابه را استخراج می‌کند. بنابراین، یک حلال غیرقطبی مانند هگزان اغلب برای آنالیت‌های غیرقطبی مانند PCBs استفاده می‌شود، درحالی‌که حلالی قطبی مانند متیلن کلراید را می‌توان برای آنالیت‌های قطبی به کار برد. قطبیت استون نیز ممکن است به استخراج آنالیت‌های قطبی در سامانه‌های حلال مخلوط کمک کند.
جدول 1 نمونه‌هایی از داده‌های بازیابی ترکیبات آلی نیمه‌فرار منتخب را ارائه می‌کند که با سامانه‌های مختلف حلال استخراج، از یک ماده مرجع استاندارد NIST SRM استخراج شده‌اند. بخش‌های بعدی درباره انتخاب حلال برای رده‌های مختلف آنالیت‌ها راهنمایی می‌کنند.
تمام حلال‌ها باید دارای گرید مناسب تجزیه آفت‌کش‌ها یا معادل آن باشند. حلال‌ها را می‌توان پیش از استفاده گاززدایی کرد.
7.4.1 مواد آلی نیمه‌فرار را می‌توان با استون/هگزان (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14) یا استون/متیلن کلراید (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2) استخراج کرد.
7.4.2 آفت‌کش‌های آلی کلردار را می‌توان با استون/هگزان (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14) یا استون/متیلن کلراید (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2) استخراج کرد.
7.4.3 PCBs را می‌توان با استون/هگزان (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14)، استون/متیلن کلراید (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2) یا هگزان (C6H14) استخراج کرد.
7.4.4 سامانه‌های حلال دیگر نیز قابل استفاده‌اند، مشروط بر اینکه تحلیلگر بتواند عملکرد مناسب آن‌ها را برای آنالیت‌های مورد نظر، در غلظت‌های مورد نظر و در ماتریس نمونه اثبات کند (به روش 3500 مراجعه کنید).
7.5 حلال‌های جایگزین – هنگام استفاده از برخی روش‌های اندازه‌گیری، لازم است حلال استخراج با حلالی سازگار با تجهیزات مورد استفاده در آن روش اندازه‌گیری تعویض شود. برای انتخاب حلال جایگزین مناسب، به روش اندازه‌گیری مورد استفاده مراجعه کنید. تمام حلال‌ها باید دارای گرید مناسب تجزیه آفت‌کش‌ها یا معادل آن باشند. نمونه‌هایی از حلال‌های جایگزین در زیر آمده است.
7.5.1 هگزان، C6H14
7.5.2 2-پروپانول، (CH3)2CHOH
7.5.3 سیکلوهگزان، C6H12
7.5.4 استونیتریل، CH3CN
7.5.5 متانول، CH3OH
محفظه عایق صدای SPB-L صدای ناشی از کاویتاسیون در فراصوت‌دهی را به‌میزان چشمگیری کاهش می‌دهد.
8. جمع‌آوری، حفاظت و نگهداری نمونه
8.1 به مطالب مقدماتی فصل چهارم، «آنالیت‌های آلی»، روش 3500 و روش‌های اختصاصی اندازه‌گیری که قرار است استفاده شوند مراجعه کنید.
8.2 نمونه‌های جامدی که قرار است با این رویه استخراج شوند، باید مانند سایر نمونه‌های جامد حاوی مواد آلی نیمه‌فرار جمع‌آوری و نگهداری شوند.
9. کنترل کیفیت
9.2 اثبات اولیه صلاحیت
هر آزمایشگاه باید با تولید داده‌هایی دارای صحت و دقت قابل قبول برای آنالیت‌های هدف در یک ماتریس پاک، صلاحیت اولیه خود را برای هر ترکیب از روش آماده‌سازی نمونه و روش اندازه‌گیری مورد استفاده اثبات کند. آزمایشگاه همچنین باید هر بار که کارکنان جدید آموزش می‌بینند یا تغییرات قابل‌توجهی در تجهیزات ایجاد می‌شود، اثبات صلاحیت را تکرار کند. برای اطلاعات درباره نحوه انجام اثبات صلاحیت، به روش 8000 مراجعه کنید.
9.3 در ابتدا، پیش از پردازش هر نمونه، تحلیلگر باید اثبات کند که تمام بخش‌های تجهیزات در تماس با نمونه و معرف‌ها عاری از تداخل هستند. این کار از طریق تجزیه یک بلانک روش انجام می‌شود. به‌عنوان کنترل مستمر، هر بار که نمونه‌ها استخراج، پاک‌سازی و تجزیه می‌شوند و هنگام تغییر معرف‌ها، باید یک بلانک روش برای ترکیبات مورد نظر استخراج و تجزیه شود تا از آلودگی مزمن آزمایشگاه جلوگیری شود.
9.4 تمام بلانک‌های روش، نمونه‌های ماتریس اسپایک‌شده یا نمونه‌های تکراری باید تحت همان رویه‌های تجزیه‌ای مورد استفاده برای نمونه‌های واقعی قرار گیرند (بخش 11.0).
9.5 همراه با این روش باید از شیوه‌های استاندارد تضمین کیفیت، مطابق اسناد مناسب برنامه‌ریزی نظام‌مند و SOPهای آزمایشگاه، استفاده شود. تمام شرایط عملیاتی دستگاه باید ثبت شوند.
9.6 همچنین برای رویه‌های کنترل کیفیت استخراج و آماده‌سازی نمونه، به روش 3500 و برای رویه‌های QC اندازه‌گیری، به روش‌های اندازه‌گیری مورد استفاده مراجعه کنید.
9.7 هرگاه در روش اندازه‌گیری مربوط ذکر شده باشد، استانداردهای جانشین باید پیش از استخراج به تمام نمونه‌ها افزوده شوند. برای اطلاعات بیشتر به روش‌های 3500 و 8000 و روش‌های مناسب اندازه‌گیری مراجعه کنید.
9.8 همان‌طور که پیش‌تر ذکر شد، استفاده از هر تکنیک استخراج، از جمله استخراج فراصوتی، باید با داده‌هایی پشتیبانی شود که عملکرد سامانه حلال مشخص و شرایط عملیاتی را برای آنالیت‌های مورد نظر، در سطوح مورد نظر و در ماتریس نمونه نشان دهند.
10. کالیبراسیون و استانداردسازی
هیچ مرحله کالیبراسیون یا استانداردسازی مستقیماً با این رویه استخراج نمونه مرتبط نیست.
11. رویه اجرا
همان‌طور که در بخش 1.4 اشاره شد، استخراج فراصوتی ممکن است برای خاک‌ها/جامدات به‌اندازه سایر روش‌های استخراج، کامل و مؤثر نباشد. بنابراین، برای دستیابی به بیشترین بازده استخراج، رعایت دقیق این روش (از جمله دستورالعمل‌های سازنده) ضروری است. برای استفاده موفق از این تکنیک، دست‌کم موارد زیر لازم است:
11.1 کار با نمونه
11.1.2 نمونه‌های پسماند – نمونه‌های متشکل از چند فاز باید پیش از استخراج، با رویه جداسازی فاز شرح‌داده‌شده در فصل دوم آماده شوند. این رویه استخراج صرفاً برای جامدات است.
11.1.3 نمونه‌های خشک پسماند قابل آسیاب‌کردن – پسماند را آسیاب کنید یا به روش دیگری خرد کنید تا از الک 1-mm عبور کند یا بتوان آن را از سوراخ 1-mm با فشار عبور داد. مقدار کافی نمونه وارد دستگاه آسیاب کنید تا پس از آسیاب‌کردن، دست‌کم 10 g به دست آید.
احتیاط: خشک‌کردن و آسیاب‌کردن باید در هود انجام شوند تا از آلودگی آزمایشگاه جلوگیری شود.
11.1.4 مواد چسبناک، الیافی یا روغنی غیرقابل آسیاب‌کردن – این مواد را ببرید، ریزریز کنید یا به روش دیگری اندازه آن‌ها را کاهش دهید تا اختلاط و بیشترین تماس سطح نمونه‌ها برای استخراج امکان‌پذیر شود.
11.2 تعیین درصد وزن خشک – هنگامی که قرار است نتایج نمونه بر مبنای وزن خشک محاسبه شوند، باید بخش جداگانه‌ای از نمونه هم‌زمان با بخش مورد استفاده برای اندازه‌گیری تجزیه‌ای توزین شود.
احتیاط: آون خشک‌کن باید درون هود قرار گیرد یا خروجی تهویه داشته باشد. یک نمونه پسماند خطرناک با آلودگی زیاد ممکن است موجب آلودگی قابل‌توجه آزمایشگاه شود.
بلافاصله پس از توزین بخش نمونه‌ای که قرار است استخراج شود، بخش دیگری به مقدار 5 تا 10 g از نمونه را در بوته‌ای با وزن خالی مشخص توزین کنید. این بخش را در طول شب در دمای 105 degC خشک کنید. پیش از توزین، اجازه دهید در دسیکاتور خنک شود.
درصد وزن خشک را به‌صورت زیر محاسبه کنید:
% وزن خشک = (g نمونه خشک / g نمونه) x 100
این بخش خشک‌شده در آون برای استخراج استفاده نمی‌شود و پس از تعیین وزن خشک باید به‌شیوه مناسب دفع شود.
11.3 رویه استخراج در غلظت پایین
این رویه برای نمونه‌های جامدی کاربرد دارد که انتظار می‌رود حاوی آنالیت‌های آلی با غلظت کمتر یا مساوی 20 mg/kg باشند.
مراحل پیش از فراصوت‌دهی
11.3.1 مراحل زیر باید به‌سرعت انجام شوند تا از اتلاف ترکیبات قابل استخراجِ فرارتر جلوگیری شود.
11.3.1.1 تقریباً 30 g نمونه را در یک بشر 400-mL توزین کنید. وزن را تا نزدیک‌ترین 0٫1 g ثبت کنید.
11.3.1.2 به نمونه‌ای که در هر سری برای اسپایک‌کردن انتخاب شده است، 1٫0 mL محلول اسپایک ماتریس اضافه کنید. برای راهنمایی درباره انتخاب مناسب ترکیبات و غلظت‌های اسپایک ماتریس به روش 3500 مراجعه کنید. یادداشت بخش 11.3 را نیز ببینید.
11.3.1.3 به تمام نمونه‌ها، نمونه‌های اسپایک‌شده، نمونه‌های QC و بلانک‌ها، 1٫0 mL محلول استاندارد جانشین اضافه کنید. برای راهنمایی درباره انتخاب مناسب ترکیبات جانشین و غلظت‌های آن‌ها به روش 3500 مراجعه کنید. یادداشت بخش 11.3 را نیز ببینید.
11.3.1.4 اگر قرار است پاک‌سازی با تراوایی ژلی به کار رود (به روش 3640 مراجعه کنید)، تحلیلگر باید یا دو برابر حجم محلول اسپایک جانشین (و در صورت کاربرد، محلول اسپایک ماتریس) را اضافه کند، یا عصاره نهایی را تا نصف حجم معمول تغلیظ کند تا نیمی از عصاره که بر اثر بارگذاری ستون GPC از دست می‌رود جبران شود. یادداشت بخش 11.3 را نیز ببینید.
11.3.1.5 نمونه‌های غیرمتخلخل یا مرطوب (از نوع چسبناک یا رسی) که بافت شنی روان ندارند، باید با استفاده از اسپاتول با 60 g سولفات سدیم بی‌آب مخلوط شوند. در صورت نیاز می‌توان سولفات سدیم بیشتری اضافه کرد. پس از افزودن سولفات سدیم، نمونه باید روان باشد. یادداشت بخش 11.3 را نیز ببینید.
11.3.1.6 بلافاصله 100 mL حلال استخراج یا مخلوط حلال اضافه کنید (برای اطلاعات درباره انتخاب حلال‌ها به بخش 7.4 و جدول 2 مراجعه کنید).
11.3.2 سطح زیرین نوک هورن تخریب‌کننده 3/4 اینچی را حدود 1/2 اینچ زیر سطح حلال، اما بالای لایه رسوب قرار دهید.
توجه: اطمینان حاصل کنید که هورن فراصوتی / سونوتْرود مطابق دستورالعمل‌های سازنده به‌درستی نصب شده است.
11.3.3 نمونه را به‌مدت 3 min به‌صورت فراصوتی استخراج کنید؛ کنترل خروجی را روی 100% (توان کامل) یا تنظیم توان توصیه‌شده سازنده، کلید حالت را روی Pulse (انرژی پالسی به‌جای انرژی پیوسته) و درصد چرخه کاری را روی 50% تنظیم کنید (انرژی در 50% زمان وصل و در 50% زمان قطع باشد). از پروب میکروتیپ استفاده نکنید.
11.3.4 عصاره را سرریز کرده و از کاغذ صافی (برای مثال Whatman No. 41 یا معادل آن) در قیف بوخنر متصل به یک بالن فیلتراسیون تمیز 500-mL عبور دهید. به‌جای آن، می‌توانید عصاره را در بطری سانتریفیوژ سرریز کنید و برای حذف ذرات، با سرعت پایین سانتریفیوژ کنید.
11.3.5 استخراج را دو بار دیگر، هر بار با یک سهم اضافی 100-mL از حلال پاک، تکرار کنید. پس از هر استخراج فراصوتی، حلال را سرریز کنید. پس از آخرین استخراج فراصوتی، تمام نمونه را در قیف بوخنر بریزید، بشر را با حلال استخراج بشویید و محلول شست‌وشو را به قیف اضافه کنید.
مراحل پس از فراصوت‌دهی
11.3.6 در صورت لزوم، پیش از تجزیه، عصاره را مطابق رویه بخش 11.5 تغلیظ کنید. در غیر این صورت، به بخش 11.7 بروید.
UP200St با میکروتیپ برای فراصوت‌دهی نمونه
11.4 رویه استخراج در غلظت متوسط / بالا
این رویه برای نمونه‌های جامدی کاربرد دارد که انتظار می‌رود حاوی آنالیت‌های آلی با غلظت بیشتر از 20 mg/kg باشند.
مراحل پیش از فراصوت‌دهی
11.4.2 به نمونه‌ای که در هر سری برای اسپایک‌کردن انتخاب شده است، 1٫0 mL محلول اسپایک ماتریس اضافه کنید. برای راهنمایی درباره انتخاب مناسب ترکیبات و غلظت‌های اسپایک ماتریس به روش 3500 مراجعه کنید. یادداشت بخش 11.3 را نیز ببینید.
11.4.3 به تمام نمونه‌ها، نمونه‌های اسپایک‌شده، نمونه‌های QC و بلانک‌ها، 1٫0 mL محلول اسپایک جانشین اضافه کنید. برای راهنمایی درباره انتخاب مناسب ترکیبات جانشین و غلظت‌های آن‌ها به روش 3500 مراجعه کنید. یادداشت بخش 11.3 را نیز ببینید.
11.4.4 اگر قرار است پاک‌سازی با تراوایی ژلی به کار رود (به روش 3640 مراجعه کنید)، تحلیلگر باید یا دو برابر حجم محلول اسپایک جانشین (و در صورت کاربرد، محلول اسپایک ماتریس) را اضافه کند، یا عصاره نهایی را تا نصف حجم معمول تغلیظ کند تا نیمی از عصاره که بر اثر بارگذاری ستون GPC از دست می‌رود جبران شود.
11.4.5 نمونه‌های غیرمتخلخل یا مرطوب (از نوع چسبناک یا رسی) که بافت شنی روان ندارند، باید با استفاده از اسپاتول با 2 g سولفات سدیم بی‌آب مخلوط شوند. در صورت نیاز می‌توان سولفات سدیم بیشتری اضافه کرد. پس از افزودن سولفات سدیم، نمونه باید روان باشد (یادداشت بخش 11.3 را ببینید).
11.4.6 بلافاصله، با درنظرگرفتن حجم افزوده‌شده ترکیبات جانشین و اسپایک‌های ماتریس، هر مقدار حلال لازم را اضافه کنید تا حجم نهایی به 10٫0 mL برسد (برای اطلاعات درباره انتخاب حلال‌ها به بخش 7.4 و جدول 2 مراجعه کنید).
11.4.7 نمونه را با پروب فراصوتی میکروتیپ مخروطی 1/8 اینچی به‌مدت 2 min استخراج کنید؛ کنترل خروجی روی تنظیم 5، کلید حالت روی پالس و درصد چرخه کاری روی 50% باشد.
11.4.8 یک پیپت پاستور یک‌بارمصرف را با 2 تا 3 cm پشم شیشه، بدون فشردن، پر کنید. عصاره نمونه را از پشم شیشه عبور دهید و عصاره را در ظرف مناسبی جمع‌آوری کنید. تمام 10 mL حلال استخراج را نمی‌توان از نمونه بازیابی کرد. بنابراین، تحلیلگر باید حجمی متناسب با حساسیت روش اندازه‌گیری مورد استفاده جمع‌آوری کند. برای مثال، در روش‌هایی که به تغلیظ بیشتر عصاره نیاز ندارند (مثلاً روش 8081 معمولاً حجم نهایی عصاره 10 mL را به کار می‌برد)، می‌توان عصاره را در ویال سوسوزنی یا ظرف قابل‌بستن دیگری جمع‌آوری کرد. برای عصاره‌هایی که به تغلیظ بیشتر نیاز دارند، توصیه می‌شود برای تمام این نمونه‌ها حجم استاندارد یکسانی جمع‌آوری شود تا محاسبه نتایج نهایی نمونه ساده‌تر شود. برای مثال، 5٫0 mL عصاره را در یک لوله تغلیظ تمیز جمع‌آوری کنید. این حجم دقیقاً نصف حجم کل عصاره اولیه نمونه است. در صورت لزوم، «اتلاف» نیمی از عصاره را در محاسبات نهایی نمونه لحاظ کنید، یا برای جبران اتلاف، عصاره نهایی را تا نصف حجم نهایی اسمی تغلیظ کنید (برای مثال 0٫5 mL در مقابل 1٫0 mL).
11.4.9 در صورت لزوم، پیش از تجزیه، عصاره را مطابق رویه بخش 11.5 یا بخش 11.6 تغلیظ کنید. در غیر این صورت، به بخش 11.7 بروید.
روش‌های تغلیظ
هرگاه برای برآورده‌کردن معیارهای حساسیت لازم باشد، عصاره‌های نمونه حاصل از رویه استخراج در غلظت پایین یا متوسط/بالا را می‌توان با تکنیک K-D یا تبخیر با نیتروژن، تا حجم نهایی لازم برای روش اندازه‌گیری و کاربرد خاص مورد نظر تغلیظ کرد.
11.5.1 یک تغلیظ‌کننده Kuderna-Danish (K-D) را با اتصال لوله تغلیظ 10-mL به بالن تبخیر با اندازه مناسب سرهم کنید.
11.5.2 عصاره را با عبور از ستون خشک‌کن حاوی حدود 10 g سولفات سدیم بی‌آب خشک کنید. عصاره خشک‌شده را در تغلیظ‌کننده K-D جمع‌آوری کنید.
11.5.3 برای دستیابی به انتقال کمّی، لوله جمع‌آوری و ستون خشک‌کن را با یک سهم اضافی 20-mL حلال بشویید و محلول شست‌وشو را وارد بالن K-D کنید.
11.5.4 یک یا دو سنگ جوش تمیز به بالن اضافه کنید و یک ستون Snyder سه‌گلوله‌ای متصل کنید. تجهیزات شیشه‌ای بازیابی بخار حلال (چگالنده و وسیله جمع‌آوری، بخش 6.9 را ببینید) را مطابق دستورالعمل‌های سازنده به ستون Snyder دستگاه K-D متصل کنید. با افزودن حدود 1 mL متیلن کلراید (یا حلال مناسب دیگر) از بالای ستون Snyder، آن را از پیش مرطوب کنید. دستگاه K-D را روی حمام آب داغ (15 – 20 EC بالاتر از نقطه جوش حلال) قرار دهید، به‌گونه‌ای که بخشی از لوله تغلیظ در آب داغ غوطه‌ور باشد و تمام سطح گرد زیرین بالن در معرض بخار داغ قرار گیرد. موقعیت عمودی دستگاه و دمای آب را در صورت نیاز تنظیم کنید تا تغلیظ در 10 – 20 min کامل شود. در سرعت مناسب تقطیر، گلوله‌های ستون به‌طور فعال حرکت کرده و صدا می‌دهند، اما محفظه‌ها از مایع پر نمی‌شوند. هنگامی که حجم ظاهری مایع به 1 mL رسید، دستگاه K-D را از حمام آب خارج کنید و دست‌کم 10 min فرصت دهید تا مایع آن به پایین تخلیه شود و دستگاه خنک شود.
احتیاط: اجازه ندهید عصاره تا حد خشکی تبخیر شود، زیرا این کار موجب اتلاف شدید برخی آنالیت‌ها می‌شود. آفت‌کش‌های آلی فسفردار به‌ویژه مستعد چنین اتلافی هستند.
11.5.4.1 اگر تعویض حلال لازم است (مطابق جدول 2 یا روش مناسب اندازه‌گیری)، ستون Snyder را موقتاً بردارید و 50 mL حلال جایگزین و یک سنگ جوش جدید اضافه کنید.
11.5.4.2 ستون Snyder را دوباره متصل کنید. عصاره را تغلیظ کنید و در صورت لزوم، برای حفظ سرعت مناسب تقطیر، دمای حمام آب را افزایش دهید.
11.5.5 ستون Snyder را بردارید. بالن K-D و اتصالات پایینی ستون Snyder را با 1 – 2 mL حلال بشویید و محلول شست‌وشو را وارد لوله تغلیظ کنید. عصاره را می‌توان با یکی از تکنیک‌های شرح‌داده‌شده در بخش 11.6 بیشتر تغلیظ کرد، یا با استفاده از حلال مناسب به حجم نهایی 5٫0 – 10٫0 mL رساند (به جدول 2 یا روش مناسب اندازه‌گیری مراجعه کنید). اگر بلورهای گوگرد وجود دارند، برای پاک‌سازی به روش 3660 بروید.
11.6 اگر تغلیظ بیشتر لازم است، از تکنیک ستون میکرو Snyder (بخش 11.6.1 را ببینید) یا تکنیک تبخیر با نیتروژن (بخش 11.6.2 را ببینید) استفاده کنید.
11.6.1 تکنیک ستون میکرو Snyder
11.6.1.1 یک سنگ جوش نو و تمیز به لوله تغلیظ اضافه کنید و یک ستون میکرو Snyder دوگلوله‌ای را مستقیماً به لوله تغلیظ متصل کنید. تجهیزات شیشه‌ای بازیابی بخار حلال (چگالنده و وسیله جمع‌آوری) را مطابق دستورالعمل‌های سازنده به ستون میکرو Snyder دستگاه K-D متصل کنید. با افزودن 0٫5 mL متیلن کلراید یا حلال جایگزین از بالای ستون Snyder، آن را از پیش مرطوب کنید. دستگاه میکروتغلیظ را در حمام آب داغ قرار دهید، به‌گونه‌ای که بخشی از لوله تغلیظ در آب داغ غوطه‌ور باشد. موقعیت عمودی دستگاه و دمای آب را در صورت لزوم تنظیم کنید تا تغلیظ در 5 – 10 min کامل شود. در سرعت مناسب تقطیر، گلوله‌های ستون به‌طور فعال حرکت کرده و صدا می‌دهند، اما محفظه‌ها از مایع پر نمی‌شوند.
11.6.1.2 هنگامی که حجم ظاهری مایع به 0٫5 mL رسید، دستگاه را از حمام آب خارج کنید و دست‌کم 10 min فرصت دهید تا مایع آن به پایین تخلیه شود و دستگاه خنک شود. ستون Snyder را بردارید و اتصالات پایینی آن را با 0٫2 mL حلال بشویید و محلول شست‌وشو را وارد لوله تغلیظ کنید. حجم نهایی عصاره را به 1٫0 – 2٫0 mL برسانید.
احتیاط: اجازه ندهید عصاره تا حد خشکی تبخیر شود، زیرا این کار موجب اتلاف شدید برخی آنالیت‌ها می‌شود. آفت‌کش‌های آلی فسفردار به‌ویژه مستعد چنین اتلافی هستند.
11.6.2 تکنیک تبخیر با نیتروژن
11.6.2.1 لوله تغلیظ را در یک حمام گرم (30 degC) قرار دهید و با استفاده از جریان ملایم نیتروژن پاک و خشک (فیلترشده از میان ستون کربن فعال)، حلال را تبخیر کنید تا حجم آن به 0٫5 mL برسد.
احتیاط: بین تله کربنی و نمونه نباید از لوله پلاستیکی نو استفاده شود، زیرا ممکن است موجب تداخل‌های فتالاتی شود.
11.6.2.2 در طول تغلیظ، دیواره داخلی لوله تغلیظ را چندین بار با حلال به سمت پایین بشویید. هنگام تبخیر، لوله تغلیظ را طوری قرار دهید که از ورود آبِ حاصل از میعان به عصاره جلوگیری شود. در رویه‌های معمول نباید اجازه داد عصاره خشک شود.
احتیاط: اجازه ندهید عصاره تا حد خشکی تبخیر شود، زیرا این کار موجب اتلاف شدید برخی آنالیت‌ها می‌شود. آفت‌کش‌های آلی فسفردار به‌ویژه مستعد چنین اتلافی هستند.
11.7 اکنون می‌توان عصاره را تحت رویه‌های پاک‌سازی قرار داد یا با تکنیک یا تکنیک‌های مناسب اندازه‌گیری، برای آنالیت‌های هدف تجزیه کرد. اگر پردازش بیشتر عصاره بلافاصله انجام نمی‌شود، درپوش لوله تغلیظ را ببندید و آن را در یخچال نگهداری کنید. اگر عصاره بیش از 2 روز نگهداری خواهد شد، باید به ویالی مجهز به درپوش پیچی با آستر PTFE منتقل و به‌طور مناسب برچسب‌گذاری شود.
12. تحلیل داده‌ها و محاسبات
هیچ محاسبه‌ای به‌طور صریح با این رویه استخراج مرتبط نیست. برای محاسبه نتایج نهایی نمونه، به روش مناسب اندازه‌گیری مراجعه کنید.
13. عملکرد روش
14. پیشگیری از آلودگی
14.1 پیشگیری از آلودگی شامل هر تکنیکی است که مقدار و/یا سمیت پسماند را در محل تولید کاهش دهد یا حذف کند. در فعالیت‌های آزمایشگاهی فرصت‌های متعددی برای پیشگیری از آلودگی وجود دارد. EPA سلسله‌مراتب ترجیحی تکنیک‌های مدیریت محیط‌زیست را تعیین کرده است که پیشگیری از آلودگی را نخستین گزینه مدیریتی قرار می‌دهد. هر زمان که امکان‌پذیر باشد، کارکنان آزمایشگاه باید برای مدیریت تولید پسماند خود از تکنیک‌های پیشگیری از آلودگی استفاده کنند. هنگامی که کاهش پسماند در مبدأ عملی نباشد، این سازمان بازیافت را به‌عنوان بهترین گزینه بعدی توصیه می‌کند.
14.2 برای اطلاعات درباره پیشگیری از آلودگی که ممکن است برای آزمایشگاه‌ها و مؤسسات پژوهشی کاربرد داشته باشد، به Less is Better: Laboratory Chemical Management for Waste Reduction مراجعه کنید؛ این اثر از بخش روابط دولتی و سیاست‌گذاری علمی انجمن شیمی آمریکا به نشانی 1155 16th St., N.W. Washington, D.C. 20036، https://www.acs.org در دسترس است.
15. مدیریت پسماند
منابع/مراجع
- 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.
دانستنی‌های مفید
هموژنایزرهای فراصوتی بافت اغلب با نام‌های سونیکاتور پروبی، لیزکننده صوتی، تخریب‌کننده فراصوتی، آسیاب فراصوتی، گسیخت‌کننده صوتی، سونیفایر، متلاشی‌کننده صوتی، تخریب‌کننده سلولی، پراکنده‌ساز فراصوتی یا حل‌کننده شناخته می‌شوند. این اصطلاحات گوناگون از کاربردهای متنوعی ناشی می‌شوند که با فراصوت‌دهی قابل انجام‌اند.
اندازه‌های مختلف سونوتْرود برای UP200Ht