מדריך EPA3550 למיצוי אולטרסוני
מיצוי אולטרסוני הוא שיטת מיצוי ירוקה וידידותית לסביבה, שניתן ליישם הן בדגימות מעבדה קטנות והן למיצוי תרכובות בעלות ערך בקנה מידה של ייצור מסחרי. הסוכנות להגנת הסביבה של ארצות הברית (EPA) ממליצה על מגוון מתודולוגיות בכימיה אנליטית ולבדיקות אפיון, על דיגום וניטור סביבתיים ועל יישום אבטחת איכות, לתמיכה בחוק שימור המשאבים והשבתם (RCRA). עבור מיצוי בסיוע אולטרסאונד, פרסמה EPA את ההנחיות הבאות:
שיטה 3550C – מיצוי אולטרסוני
1. תחולה ויישום
בנוסף, שיטות SW-846, למעט במקרים שבהם נדרש להשתמש בשיטה לצורך אנליזה של פרמטרים המוגדרים על פי השיטה, מיועדות לשמש שיטות מנחות המכילות מידע כללי על אופן הביצוע של נוהל או טכניקה אנליטיים. מעבדה יכולה להשתמש במידע זה כנקודת מוצא בסיסית לכתיבת נוהל עבודה תקני (SOP) מפורט משלה, לשימושה הכללי או ליישום בפרויקט מסוים. נתוני הביצועים הכלולים בשיטה זו נועדו להנחיה בלבד, ואינם מיועדים לשמש, ואסור להשתמש בהם, כקריטריוני קבלה מוחלטים של בקרת איכות (QC) לצורך הסמכת מעבדות.
1.1 שיטה זו מתארת נוהל למיצוי תרכובות אורגניות בלתי נדיפות ונדיפות למחצה ממוצקים כגון קרקעות, בוצות ופסולת. התהליך האולטרסוני מבטיח מגע הדוק בין מטריצת הדגימה לבין ממס המיצוי.
1.2 שיטה זו מחולקת לשני נהלים, בהתאם לריכוז הצפוי של התרכובות האורגניות. הנוהל לריכוז נמוך (סעיף 11.3) מיועד לרכיבים אורגניים בודדים שריכוזם הצפוי נמוך מ-20 mg/kg או שווה לו, ומשתמש בדגימה הגדולה יותר ובשלושה מיצויים עוקבים (קשה יותר לבצע מיצוי בריכוזים נמוכים יותר). הנוהל לריכוז בינוני/גבוה (סעיף 11.4) מיועד לרכיבים אורגניים בודדים שריכוזם הצפוי גבוה מ-20 mg/kg, ומשתמש בדגימה הקטנה יותר ובמיצוי יחיד.
1.3 מומלץ מאוד להעביר את המיצויים תהליך ניקוי כלשהו (למשל, באמצעות שיטה מסדרת 3600) לפני האנליזה.
1.4 חיוני לפעול בדיוק לפי השיטה (לרבות הוראות היצרן) כדי להשיג את יעילות המיצוי המרבית. לדיון בהיבטים הקריטיים של נוהל המיצוי, ראו סעיף 11.0. עיינו בהוראות היצרן בנוגע להגדרות תפעול ספציפיות.
1.5 שיטה זו מתארת לפחות שלוש מערכות ממסי מיצוי שניתן להשתמש בהן עבור קבוצות שונות של אנליטים (ראו סעיף 7.4). ניתן להשתמש במערכות ממסים אחרות, בתנאי שניתן להוכיח ביצועים נאותים עבור האנליטים הנבדקים. בחירת ממס המיצוי תלויה באנליטים הנבדקים, ואין ממס יחיד המתאים באופן אוניברסלי לכל קבוצות האנליטים. בשל חששות בנוגע ליעילות המיצוי האולטרסוני, במיוחד בריכוזים הקרובים לכ-10 μg/kg או נמוכים מכך, הכרחי שהאנליטיקאי ידגים את ביצועי מערכת הממסים ותנאי ההפעלה הספציפיים עבור האנליטים הנבדקים ובריכוזים הנבדקים. דרישה זו להדגמת ביצועים חלה על כל מערכת ממסים שבה נעשה שימוש, לרבות אלו המפורטות במפורש בשיטה זו. לכל הפחות, הדגמה כזו תכלול את ההדגמה הראשונית של הכשירות המתוארת בשיטה 3500, תוך שימוש במטריצת ייחוס נקייה. שיטה 8000 מתארת נהלים שניתן להשתמש בהם לפיתוח קריטריוני ביצועים להדגמות כאלה, וכן לתוצאות של דגימות מטריצה מועשרות ושל דגימות בקרת מעבדה.
1.6 EPA מציינת כי קיימים נתונים מועטים שפורסמו על יעילות המיצוי האולטרסוני של חומרי הדברה אורגנו-זרחניים בריכוזים נמוכים של חלקים למיליארד (ppb) ומטה. לפיכך, השימוש בשיטה זו עבור תרכובות אלו בפרט צריך להיות מגובה בנתוני ביצועים כגון אלו שנדונו לעיל ובשיטה 3500.
1.7 לפני השימוש בשיטה זו, מומלץ לאנליטיקאים לעיין בשיטת הבסיס של כל סוג נוהל שעשוי לשמש באנליזה הכוללת (למשל, שיטות 3500, 3600, 5000 ו-8000), לקבלת מידע נוסף על נהלי בקרת איכות, פיתוח קריטריוני קבלה של בקרת איכות (QC), חישובים והנחיות כלליות. כמו כן, על האנליטיקאים לעיין בהצהרת הסרת האחריות שבתחילת המדריך ובמידע שבפרק השני, לקבלת הנחיות בנוגע לגמישות המיועדת בבחירת שיטות, מכשור, חומרים, ריאגנטים ואספקה, ובנוגע לאחריות האנליטיקאי להוכיח שהטכניקות שבהן נעשה שימוש מתאימות לאנליטים הנבדקים, במטריצה הנבדקת וברמות הרלוונטיות לבדיקה.
בנוסף, מובא לידיעת האנליטיקאים ומשתמשי הנתונים כי, למעט במקרים שבהם הדבר נקבע במפורש בתקנה, השימוש בשיטות SW-846 אינו חובה לצורך עמידה בדרישות בדיקה פדרליות. המידע הכלול בשיטה זו מסופק על ידי EPA כהנחיה לשימוש האנליטיקאי והגורמים הכפופים לאסדרה בקבלת ההחלטות הנחוצות להפקת תוצאות העומדות ביעדי איכות הנתונים עבור היישום המיועד.
1.8 השימוש בשיטה זו מוגבל לאנליטיקאים בעלי ניסיון והכשרה מתאימים, או למי שעובדים בפיקוחם. כל אנליטיקאי חייב להוכיח את יכולתו להפיק תוצאות קבילות באמצעות שיטה זו. כאמור לעיל, הוכחות אלו הן ייעודיות לאנליטים הנבדקים ולמערכת הממסים המשמשת, וכן לנהלים עבור דגימות בריכוז נמוך ובריכוז בינוני/גבוה.
מכשיר סוניקציה לריבוי דגימות "VialTweeter" להכנה בו־זמנית של דגימות בבקבוקונים ובמבחנות אטומים מרובים
2. תקציר השיטה
2.1 נוהל לריכוז נמוך – מערבבים את הדגימה עם נתרן גופרתי אל־מימי ליצירת אבקה הזורמת בחופשיות. מבצעים מיצוי של התערובת בממס שלוש פעמים באמצעות מיצוי אולטרסוני. מפרידים את התמצית מהדגימה באמצעות סינון בוואקום או צנטריפוגה. התמצית מוכנה לריכוז סופי, לניקוי ו/או לאנליזה.
2.2 נוהל לריכוז בינוני / גבוה – מערבבים את הדגימה עם נתרן גופרתי אל־מימי ליצירת אבקה הזורמת בחופשיות. מבצעים מיצוי שלה בממס פעם אחת באמצעות מיצוי אולטרסוני. אוספים חלק מהתמצית לצורך ניקוי ו/או אנליזה.
3. הגדרות
להגדרות שעשויות להיות רלוונטיות לשיטה זו, עיינו בפרק הראשון ובהוראות היצרן.
4. הפרעות
4.1 ממסים, ריאגנטים, כלי זכוכית וציוד אחר לעיבוד דגימות עלולים ליצור ממצאים מלאכותיים ו/או הפרעות באנליזה של הדגימה. יש להוכיח שכל החומרים הללו נקיים מהפרעות בתנאי האנליזה באמצעות אנליזה של דגימות בלנק של השיטה.
ייתכן שתידרש בחירה קפדנית של ריאגנטים וטיהור ממסים באמצעות זיקוק במערכות העשויות כולן מזכוכית. להנחיות פרטניות בנוגע לנוהלי בקרת איכות, עיינו בכל אחת מהשיטות שבהן ייעשה שימוש, ולהנחיות כלליות בנוגע לניקוי כלי זכוכית, עיינו בפרק הרביעי.
4.2 ההפרעות בדרך כלל ייחודיות לאנליטים הנבדקים. לכן, להנחיות פרטניות בנוגע להפרעות במיצוי, עיינו בשיטה 3500 ובשיטות הקביעה המתאימות.
5. בטיחות
שיטה זו אינה מתייחסת לכל סוגיות הבטיחות הכרוכות בשימוש בה. המעבדה אחראית לשמירה על סביבת עבודה בטוחה ועל תיק מידע מעודכן של תקנות OSHA בנוגע לטיפול בטוח בכימיקלים המפורטים בשיטה זו. תיק עיון של גיליונות בטיחות חומרים (MSDSs) צריך להיות זמין לכל אנשי הצוות המעורבים באנליזות אלו.
6. ציוד ואספקה
אזכור שמות מסחריים או מוצרים מסחריים במדריך זה נועד להמחשה בלבד, ואינו מהווה אישור מטעם EPA או המלצה בלעדית לשימוש. המוצרים והגדרות המכשור המצוינים בשיטות SW-846 מייצגים את המוצרים וההגדרות ששימשו במהלך פיתוח השיטה או שנבדקו לאחר מכן על ידי הסוכנות. ניתן להשתמש בכלי זכוכית, בריאגנטים, באספקה, בציוד ובהגדרות אחרים מאלו המפורטים במדריך זה, בתנאי שהוכחו ותועדו ביצועי שיטה המתאימים ליישום המיועד.
סעיף זה אינו מפרט כלי זכוכית מעבדתיים נפוצים (כגון כוסות כימיות ובקבוקים).
6.2 הכנה אולטרסונית – יש להשתמש בהתקן מסוג קרן המצויד בקצה מטיטניום, או בהתקן שיספק ביצועים מתאימים. (למשל UP200Ht או UP200St)
6.2.1 מכשיר פירוק אולטרסוני – למכשיר הפירוק חייב להיות הספק של 300 ואט לפחות, עם יכולת פעולה בפולסים. מומלץ להשתמש במכשיר שתוכנן להפחית את רעש הקוויטציה. יש לפעול בהתאם להוראות היצרן להכנת מכשיר הפירוק למיצוי דגימות בריכוזים נמוכים ובינוניים/גבוהים. (למשל UP400S)
6.2.2 יש להשתמש בסונוטרודה בגודל 3/4 אינץ׳ להליך השיטה לריכוז נמוך, ובמיקרוטיפ מתחדד בגודל 1/8 אינץ׳ המחובר לסונוטרודה בגודל 1/2 אינץ׳ להליך השיטה לריכוז בינוני/גבוה.
6.3 תא להגנה מפני רעש – כדי למנוע נזק לשמיעה, מומלץ להשתמש במארז להגנה מפני רעש (למשל התא להגנה מפני רעש SPB-L). כך ניתן להפחית במידה ניכרת את רעש הקוויטציה של תהליך הסוניקציה.
ציוד נוסף
6.4.1 תנור ייבוש – המסוגל לשמור על טמפרטורה של 105 degC.
6.4.2 דסיקטור.
6.4.3 כוריות – מחרסינה או מאלומיניום חד־פעמי.
6.5 פיפטות פסטר – בנפח 1-mL, מזכוכית, חד־פעמיות.
6.7 מערכת סינון בוואקום או בלחץ
6.7.1 משפך ביכנר
6.7.2 נייר סינון
6.8 מערכת Kuderna-Danish (K-D)
6.8.1 מבחנת ריכוז – בנפח 10-mL, מדורגת. פקק זכוכית מושחזת משמש למניעת התאדות התמציות.
6.8.2 בקבוק אידוי – בנפח 500-mL. יש לחבר את הבקבוק למבחנת הריכוז באמצעות קפיצים, מהדקים או אמצעי מקביל.
6.8.3 עמודת Snyder – מסוג מאקרו, בעלת שלושה כדורים.
6.8.4 עמודת Snyder – מסוג מיקרו, בעלת שני כדורים.
6.8.5 קפיצים – בגודל 1/2 אינץ׳.
6.9 מערכת להשבת אדי ממס.
הערה: כלי זכוכית אלה מומלצים לצורך השבת ממס במהלך הליכי הריכוז המחייבים שימוש במרכזי אידוי מסוג Kuderna-Danish. שילוב מערכת זו עשוי להידרש לפי תקנות פדרליות, מדינתיות או עירוניות מקומיות המסדירות פליטות של חומרים אורגניים נדיפים לאוויר. EPA ממליצה לשלב מערכת השבה מסוג זה כאמצעי ליישום תוכנית להפחתת פליטות. השבת ממס היא אמצעי לעמידה בדרישות של יוזמות לצמצום פסולת ולמניעת זיהום.
6.10 אבני רתיחה – שעברו מיצוי בממס, בגודל של כ־10/40 mesh (סיליקון קרביד או חומר מקביל).
6.11 אמבט מים – מחומם, עם מכסה בעל טבעות קונצנטריות, המסוגל לבקר את הטמפרטורה בדיוק של ± 5 degC. יש להשתמש באמבט בתוך מנדף.
6.12 מאזניים – בעלי משטח שקילה עליון, המסוגלים לשקול במדויק עד ל־0.01 g הקרובים ביותר.
6.13 בקבוקונים – בנפח 2-mL, לדוגם אוטומטי של GC, המצוידים במכסי הברגה או במכסי לחיצה עם ציפוי פנימי של פוליטטראפלואורואתילן (PTFE).
6.14 בקבוקוני סינטילציה מזכוכית – בנפח 20-mL, המצוידים במכסי הברגה עם ציפוי פנימי של PTFE.
6.15 ספטולה – מפלדת אל־חלד או מ־PTFE.
6.16 עמודת ייבוש – עמודה כרומטוגרפית מזכוכית בורוסיליקט, בקוטר פנימי של 20-mm, עם צמר זכוכית בתחתיתה.
הערה: קשה להסיר זיהומים מעמודות בעלות דיסקיות זכוכית מסונטרת לאחר ששימשו לייבוש תמציות מזוהמות מאוד. ניתן לרכוש עמודות ללא דיסקיות מסונטרות.
יש להשתמש בכרית קטנה של צמר זכוכית כדי להחזיק את החומר הסופח במקומו. לפני מילוי העמודה בחומר הסופח, יש לשטוף מראש את כרית צמר הזכוכית ב־50 mL אצטון ולאחר מכן ב־50 mL של ממס האלוציה.
6.17 מערכת אידוי בחנקן (אופציונלית) – N-Evap, בעלת 12 או 24 עמדות (Organomation Model 112, או מערכת מקבילה).
7. ריאגנטים וחומרי ייחוס
7.2 מי ריאגנט נטולי חומרים אורגניים. כל ההתייחסויות למים בשיטה זו מתייחסות למי ריאגנט נטולי חומרים אורגניים, כהגדרתם בפרק הראשון.
7.3 נתרן גופרתי (גרגירי, נטול מים), Na2SO4. יש לטהר באמצעות חימום ב-400 degC למשך 4 hrs במגש רדוד, או באמצעות ניקוי מקדים של הנתרן הגופרתי במתילן כלוריד. אם הנתרן הגופרתי עובר ניקוי מקדים במתילן כלוריד, יש לבצע אנליזה של דגימת בלנק של השיטה, המוכיחה שאין הפרעה מהנתרן הגופרתי.
7.4 ממסי מיצוי
יש למצות דגימות באמצעות מערכת ממסים המאפשרת השבה מיטבית והדירה של האנליטים הנבדקים ממטריצת הדגימה, בריכוזים הנבדקים. בחירת ממס המיצוי תלויה באנליטים הנבדקים, ואין ממס יחיד המתאים באופן אוניברסלי לכל קבוצות האנליטים. בכל מערכת ממסים שבה משתמשים, לרבות אלה המפורטות במפורש בשיטה זו, על האנליטיקאי להוכיח ביצועים נאותים עבור האנליטים הנבדקים, ברמות הנבדקות. לכל הפחות, הוכחה כזו תכלול את ההוכחה הראשונית למיומנות המתוארת בשיטה 3500, באמצעות מטריצת ייחוס נקייה. שיטה 8000 מתארת נהלים שניתן להשתמש בהם לפיתוח קריטריונים לביצועים עבור הוכחות כאלה, וכן עבור תוצאות של דגימות מטריצה עם תוספת תקן ושל דגימות בקרת מעבדה.
רבות ממערכות הממסים המתוארות להלן כוללות שילוב של ממס המתערבב במים, כגון אצטון, וממס שאינו מתערבב במים, כגון מתילן כלוריד או הקסאן. מטרת הממס המתערבב במים היא להקל על מיצוי מוצקים רטובים, בכך שהוא מאפשר לתערובת הממסים לחדור לשכבת המים שעל פני חלקיקי המוצק. הממס שאינו מתערבב במים ממצה תרכובות אורגניות בעלות קוטביות דומה לשלו. לפיכך, ממס לא קוטבי כגון הקסאן משמש לעיתים קרובות למיצוי אנליטים לא קוטביים כגון PCBs, ואילו ממס קוטבי כגון מתילן כלוריד עשוי לשמש למיצוי אנליטים קוטביים. הקוטביות של אצטון עשויה גם לסייע במיצוי אנליטים קוטביים במערכות של תערובות ממסים.
טבלה 1 מציגה נתוני השבה לדוגמה עבור תרכובות אורגניות נדיפות למחצה נבחרות, שמוצו מחומר ייחוס תקני של NIST (NIST SRM) באמצעות מערכות שונות של ממסי מיצוי. הסעיפים הבאים מספקים הנחיות לבחירת ממסים עבור קבוצות שונות של אנליטים.
כל הממסים צריכים להיות בדרגת איכות לניתוח חומרי הדברה או בדרגה שוות ערך. ניתן לסלק גזים מהממסים לפני השימוש.
7.4.1 ניתן למצות חומרים אורגניים נדיפים למחצה באמצעות אצטון/הקסאן (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14), או אצטון/מתילן כלוריד (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2).
7.4.2 ניתן למצות חומרי הדברה אורגנוכלוריים באמצעות אצטון/הקסאן (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14), או אצטון/מתילן כלוריד (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2).
7.4.3 ניתן למצות PCBs באמצעות אצטון/הקסאן (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14), או אצטון/מתילן כלוריד (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2), או הקסאן (C6H14).
7.4.4 ניתן להשתמש במערכות ממסים אחרות, בתנאי שהאנליטיקאי יכול להוכיח ביצועים נאותים עבור האנליטים הנבדקים, בריכוזים הנבדקים, במטריצת הדגימה (ראו שיטה 3500).
7.5 ממסים להחלפת ממס – בעת השימוש בחלק משיטות הקביעה האנליטית, יהיה צורך להחליף את ממס המיצוי בממס התואם למכשור המשמש באותה שיטת קביעה. לבחירת הממס המתאים להחלפה, יש לעיין בשיטת הקביעה שבה ייעשה שימוש. כל הממסים חייבים להיות בדרגת איכות לניתוח חומרי הדברה או בדרגה שוות ערך. להלן דוגמאות לממסים להחלפת ממס.
7.5.1 הקסאן, C6H14
7.5.2 2-Propanol, (CH3)2CHOH
7.5.3 ציקלוהקסאן, C6H12
7.5.4 אצטוניטריל, CH3CN
7.5.5 מתנול, CH3OH
תיבת ההגנה האקוסטית SPB-L מפחיתה במידה ניכרת את רעש הקוויטציה הנוצר במהלך הסוניקציה.
8. איסוף, שימור ואחסון דגימות
8.1 עיינו בחומר המבוא לפרק הרביעי, "אנליטים אורגניים", בשיטה 3500 ובשיטות הקביעה הספציפיות שבהן ייעשה שימוש.
8.2 יש לאסוף ולאחסן דגימות מוצקות המיועדות למיצוי בהליך זה כמו כל דגימה מוצקה אחרת המכילה תרכובות אורגניות נדיפות למחצה.
9. בקרת איכות
9.2 הוכחה ראשונית של כשירות
כל מעבדה חייבת להוכיח כשירות ראשונית בכל שילוב של הכנת דגימות ושיטת קביעה שבו היא משתמשת, באמצעות הפקת נתונים בעלי נכונות ודיוק קבילים עבור אנליטי המטרה במטריצה נקייה. המעבדה חייבת גם לחזור על הוכחת הכשירות בכל פעם שמוכשרים אנשי צוות חדשים או שנערכים שינויים משמעותיים במכשור. עיינו בשיטה 8000 לקבלת מידע על אופן ביצוע הוכחת כשירות.
9.3 בתחילה, לפני עיבוד דגימות כלשהן, על האנליטיקאי להראות שכל חלקי הציוד הבאים במגע עם הדגימה והריאגנטים נקיים מהפרעות. הדבר נעשה באמצעות אנליזה של דגימת בלנק של השיטה. כבדיקה מתמשכת, בכל פעם שמתבצעים מיצוי, ניקוי ואנליזה של דגימות, וכן כאשר חל שינוי בריאגנטים, יש לבצע מיצוי ואנליזה של דגימת בלנק של השיטה לבדיקת התרכובות הנבדקות, כאמצעי הגנה מפני זיהום מעבדתי מתמשך.
9.4 יש להעביר את כל דגימות הבלנק של השיטה, דגימות המטריצה המתוספות או דגימות החזרה באותם הליכים אנליטיים (סעיף 11.0) המשמשים לדגימות בפועל.
9.5 יש ליישם בשיטה זו נוהלי אבטחת איכות מקובלים, כמפורט במסמכי התכנון השיטתיים המתאימים ובנוהלי העבודה התקניים (SOPs) של המעבדה. יש לתעד את כל תנאי ההפעלה של המכשירים.
9.6 עיינו גם בשיטה 3500 לקבלת נהלי בקרת איכות למיצוי ולהכנת דגימות, ובשיטות הקביעה שבהן ייעשה שימוש לקבלת נהלי בקרת איכות לקביעה.
9.7 כאשר הדבר מצוין בשיטת הקביעה המתאימה, יש להוסיף תקני סרוגט לכל הדגימות לפני המיצוי. עיינו בשיטות 3500 ו-8000 ובשיטות הקביעה המתאימות לקבלת מידע נוסף.
9.8 כפי שצוין קודם לכן, השימוש בכל טכניקת מיצוי, לרבות מיצוי אולטרסוני, צריך להיות מגובה בנתונים המדגימים את ביצועי מערכת הממסים הספציפית ותנאי ההפעלה עבור האנליטים הנבדקים, ברמות הנבדקות, במטריצת הדגימה.
10. כיול ותקנון
אין שלבי כיול או תקנון הקשורים ישירות להליך זה למיצוי דגימות.
11. הליך
כפי שצוין בסעיף 1.4, מיצוי אולטרסוני עשוי להיות שיטה יסודית פחות משיטות מיצוי אחרות לקרקעות/מוצקים. לכן, חיוני להקפיד במדויק על הוראות שיטה זו (לרבות הוראות היצרן) כדי להשיג את יעילות המיצוי המרבית. לכל הפחות, לשימוש מוצלח בטכניקה זו:
11.1 טיפול בדגימות
11.1.2 דגימות פסולת – יש להכין דגימות המורכבות ממספר פאזות לפני המיצוי, באמצעות הליך הפרדת הפאזות המתואר בפרק שני. הליך מיצוי זה מיועד למוצקים בלבד.
11.1.3 דגימות פסולת יבשה הניתנות לטחינה – יש לטחון את הפסולת או לחלקה לחלקים קטנים יותר בדרך אחרת, כך שתעבור דרך נפה של 1 mm או שניתן יהיה לשחל אותה דרך פתח של 1 mm. יש להכניס למכשיר הטחינה כמות דגימה מספקת לקבלת 10 g לפחות לאחר הטחינה.
זהירות: יש לבצע את הייבוש והטחינה במנדף, כדי למנוע זיהום של המעבדה.
11.1.4 חומרים צמיגיים, סיביים או שמנוניים שאינם ניתנים לטחינה – יש לחתוך, לגרוס או להקטין בדרך אחרת את גודלם של חומרים אלה, כדי לאפשר ערבוב וחשיפה מרבית של פני הדגימה לצורך המיצוי.
11.2 קביעת אחוז המשקל היבש – כאשר יש לחשב את תוצאות הדגימה על בסיס משקל יבש, יש לשקול מנה נפרדת של הדגימה באותו זמן שבו נשקלת המנה המשמשת לקביעה האנליטית.
זהירות: תנור הייבוש צריך להיות ממוקם בתוך מנדף או להיות מחובר למערכת אוורור. דגימת פסולת מסוכנת המזוהמת ברמה גבוהה עלולה לגרום לזיהום משמעותי של המעבדה.
מיד לאחר שקילת מנת הדגימה המיועדת למיצוי, יש לשקול מנת דגימה נוספת של 5–10 g לתוך כורית שמשקלה הריק ידוע. יש לייבש מנה זו במשך הלילה בטמפרטורה של 105 degC. יש להניח לה להתקרר בדסיקטור לפני השקילה.
יש לחשב את אחוז המשקל היבש כדלקמן:
% משקל יבש = (g של דגימה יבשה / g של דגימה) x 100
מנת דגימה זו, שיובשה בתנור, אינה משמשת למיצוי ויש לסלקה באופן מתאים לאחר קביעת המשקל היבש.
11.3 הליך מיצוי לריכוז נמוך
הליך זה חל על דגימות מוצקות הצפויות להכיל אנליטים אורגניים בריכוז הנמוך מ-20 mg/kg או שווה לו.
שלבים לפני הטיפול האולטרסוני
11.3.1 יש לבצע את השלבים הבאים במהירות כדי למנוע אובדן של החומרים הנדיפים יותר הניתנים למיצוי.
11.3.1.1 שקלו כ־30 g של דגימה לתוך כוס כימית בנפח 400 mL. רשמו את המשקל בעיגול ל־0.1 g הקרובים ביותר.
11.3.1.2 לדגימה שנבחרה להעשרה בכל אצווה, הוסיפו 1.0 mL מתמיסת העשרת המטריצה. עיינו בשיטה 3500 לקבלת הנחיות לבחירה מתאימה של התרכובות להעשרת המטריצה ושל ריכוזיהן. ראו גם את ההערה בסעיף 11.3.
11.3.1.3 הוסיפו 1.0 mL מתמיסת התקן החלופי לכל הדגימות, הדגימות המועשרות, דגימות בקרת האיכות ודגימות הבלנק. עיינו בשיטה 3500 לקבלת הנחיות לבחירה מתאימה של התרכובות החלופיות ושל ריכוזיהן. ראו גם את ההערה בסעיף 11.3.
11.3.1.4 אם מתוכנן ניקוי בכרומטוגרפיית חדירות בג'ל (ראו שיטה 3640), על האנליטיקאי להוסיף נפח כפול של תמיסת ההעשרה בתרכובות חלופיות (ושל תמיסת העשרת המטריצה, לפי העניין), או לרכז את התמצית הסופית למחצית הנפח הרגיל, כדי לפצות על מחצית התמצית שאובדת עקב הטענת עמודת ה־GPC. ראו גם את ההערה בסעיף 11.3.
11.3.1.5 יש לערבב דגימות לא נקבוביות או רטובות (דביקות או מסוג חרסיתי), שאין להן מרקם חולי הזורם בחופשיות, עם 60 g של נתרן גופרתי אל־מימי, באמצעות מרית. במידת הצורך, ניתן להוסיף עוד נתרן גופרתי. לאחר הוספת הנתרן הגופרתי, הדגימה אמורה לזרום בחופשיות. ראו גם את ההערה בסעיף 11.3.
11.3.1.6 הוסיפו מיד 100 mL של ממס המיצוי או של תערובת הממסים (ראו סעיף 7.4 וטבלה 2 למידע על בחירת הממסים).
11.3.2 מקמו את המשטח התחתון של קצה קרן הפירוק בגודל 3/4 אינץ' כ־1/2 אינץ' מתחת לפני הממס, אך מעל שכבת המשקע.
הערה: ודאו שהקרן האולטרסונית / הסונוטרודה מותקנת כראוי בהתאם להוראות היצרן.
11.3.3 מצו את הדגימה באולטרסאונד במשך 3 min, כאשר בקרת התפוקה מכוונת ל־100% (הספק מלא) או להגדרת ההספק המומלצת על ידי היצרן, מתג המצב מכוון למצב פולסים (אנרגיה בפולסים במקום אנרגיה רציפה), ומחזור העבודה מוגדר ל־50% (האנרגיה מופעלת במשך 50% מהזמן וכבויה במשך 50% מהזמן). אין להשתמש בגשושית בעלת הקצה הזעיר.
11.3.4 הפרידו את התמצית במזיגה וסננו אותה דרך נייר סינון (למשל Whatman מס' 41 או שווה ערך) במשפך ביכנר המחובר לבקבוק סינון נקי בנפח 500 mL. לחלופין, מזגו את התמצית לתוך בקבוק צנטריפוגה וסרכזו במהירות נמוכה להסרת חלקיקים.
11.3.5 חזרו על המיצוי פעמיים נוספות עם שתי מנות נוספות של ממס נקי, בנפח 100 mL כל אחת. הפרידו את הממס במזיגה לאחר כל מיצוי אולטרסוני. לאחר המיצוי האולטרסוני האחרון, שפכו את כל הדגימה לתוך משפך ביכנר, שטפו את הכוס הכימית בממס מיצוי והוסיפו את נוזל השטיפה למשפך.
שלבים לאחר הטיפול האולטרסוני
11.3.6 במידת הצורך, רכזו את התמצית לפני האנליזה לפי הנוהל שבסעיף 11.5. אחרת, המשיכו לסעיף 11.7.
UP200St עם קצה זעיר לסוניקציה של דגימות
11.4 נוהל מיצוי בריכוז בינוני / גבוה
נוהל זה חל על דגימות מוצקות שצפוי כי יכילו יותר מ־20 mg/kg של אנליטים אורגניים.
שלבים לפני הטיפול האולטרסוני
11.4.2 לדגימה שנבחרה להעשרה בכל אצווה, הוסיפו 1.0 mL של תמיסת העשרת המטריצה. עיינו בשיטה 3500 לקבלת הנחיות לבחירה המתאימה של התרכובות להעשרת המטריצה וריכוזיהן. ראו גם את ההערה בסעיף 11.3.
11.4.3 הוסיפו 1.0 mL של תמיסת העשרה בתקני תחליף לכל הדגימות, הדגימות המועשרות, דגימות בקרת האיכות ודגימות הבלנק. עיינו בשיטה 3500 לקבלת הנחיות לבחירה המתאימה של התרכובות להעשרת המטריצה וריכוזיהן. ראו גם את ההערה בסעיף 11.3.
11.4.4 אם ייעשה שימוש בניקוי באמצעות חדירה לג'ל (ראו שיטה 3640), על האנליטיקאי להוסיף נפח כפול של תמיסת ההעשרה בתקני תחליף (ושל תמיסת העשרת המטריצה, כאשר הדבר רלוונטי), או לרכז את המיצוי הסופי למחצית מהנפח הרגיל, כדי לפצות על מחצית המיצוי שאובדת עקב טעינת עמודת ה־GPC.
11.4.5 יש לערבב דגימות לא נקבוביות או רטובות (דביקות או מסוג חרסיתי), שאין להן מרקם חולי הזורם בחופשיות, עם 2 g של נתרן גופרתי אל־מימי באמצעות מרית. במידת הצורך, ניתן להוסיף עוד נתרן גופרתי. לאחר הוספת הנתרן הגופרתי, הדגימה אמורה לזרום בחופשיות (ראו את ההערה בסעיף 11.3).
11.4.6 הוסיפו מיד את נפח הממס הדרוש כדי להביא את הנפח הסופי ל־10.0 mL, תוך התחשבות בנפח שנוסף עם תקני התחליף והעשרות המטריצה (ראו סעיף 7.4 וטבלה 2 למידע על בחירת הממסים).
11.4.7 בצעו מיצוי של הדגימה באמצעות גשוש אולטרסוני בעל קצה זעיר מתחדד בגודל 1/8 אינץ' במשך 2 min, כאשר בקרת התפוקה מכוונת להגדרה 5, מתג מצב הפעולה מכוון לפולסים ומחזור העבודה מוגדר ל־50%.
11.4.8 מלאו פיפטת פסטר חד־פעמית באופן רופף בצמר זכוכית לאורך 2 עד 3 cm. סננו את מיצוי הדגימה דרך צמר הזכוכית ואספו את המיצוי בכלי מתאים. לא ניתן להשיב מהדגימה את מלוא 10 mL של ממס המיצוי. לפיכך, על האנליטיקאי לאסוף נפח המתאים לרגישות של שיטת הקביעה שבה ייעשה שימוש. לדוגמה, בשיטות שבהן אין צורך בריכוז נוסף של המיצוי (למשל, בשיטה 8081 משתמשים בדרך כלל בנפח מיצוי סופי של 10 mL), ניתן לאסוף את המיצוי בבקבוקון סינטילציה או בכלי אחר הניתן לאטימה. עבור מיצויים שידרשו ריכוז נוסף, מומלץ לאסוף נפח אחיד לכל הדגימות הללו כדי לפשט את חישוב התוצאות הסופיות של הדגימות. לדוגמה, אספו 5.0 mL של מיצוי במבחנת ריכוז נקייה. נפח זה מייצג בדיוק מחצית מהנפח הכולל של מיצוי הדגימה המקורי. לפי הצורך, הביאו בחשבון את ה"אובדן" של מחצית המיצוי בחישובים הסופיים של הדגימה, או רכזו את המיצוי הסופי למחצית מהנפח הסופי הנומינלי (למשל, 0.5 mL לעומת 1.0 mL) כדי לפצות על האובדן.
11.4.9 במידת הצורך, רכזו את המיצוי לפני האנליזה בהתאם להליך שבסעיף 11.5 או בסעיף 11.6. אחרת, המשיכו לסעיף 11.7.
שיטות ריכוז
כאשר הדבר נחוץ כדי לעמוד בקריטריוני הרגישות, ניתן לרכז תמציות דגימה שהתקבלו בהליך המיצוי לריכוז נמוך או בהליך המיצוי לריכוז בינוני/גבוה עד לנפח הסופי הנדרש לשיטת הקביעה וליישום המסוים שבהם ייעשה שימוש, באמצעות טכניקת K-D או אידוי בחנקן.
11.5.1 הרכיבו מתקן ריכוז Kuderna-Danish (K-D) באמצעות חיבור מבחנת ריכוז בנפח 10 mL לבקבוק אידוי בגודל מתאים.
11.5.2 ייבשו את התמצית באמצעות העברתה דרך עמודת ייבוש המכילה כמות של כ-10 g נתרן גופרתי נטול מים. אספו את התמצית המיובשת במתקן הריכוז K-D.
11.5.3 שטפו את מבחנת האיסוף ואת עמודת הייבוש במנה נוספת של ממס בנפח 20 mL, ואספו את נוזל השטיפה בבקבוק K-D כדי להשיג העברה כמותית.
11.5.4 הוסיפו לבקבוק אבן רתיחה נקייה אחת או שתיים וחברו עמודת Snyder בעלת שלושה כדורים. חברו את כלי הזכוכית להשבת אדי הממס (מעבה והתקן איסוף, ראו סעיף 6.9) לעמודת Snyder של מתקן K-D, בהתאם להוראות היצרן. הרטיבו מראש את עמודת Snyder באמצעות הוספת כמות של כ-1 mL מתילן כלוריד (או ממס מתאים אחר) לראש העמודה. הניחו את מתקן K-D על אמבט מים חמים (15 – 20 EC מעל נקודת הרתיחה של הממס), כך שמבחנת הריכוז תהיה טבולה חלקית במים החמים וכל המשטח המעוגל התחתון של הבקבוק יהיה אפוף באדים חמים. התאימו את המיקום האנכי של המתקן ואת טמפרטורת המים לפי הצורך כדי להשלים את הריכוז בתוך 10 – 20 min. בקצב הזיקוק המתאים, כדורי העמודה ירטטו ויקשקשו במרץ, אך התאים לא יוצפו. כאשר נפח הנוזל הנראה לעין מגיע ל-1 mL, הוציאו את מתקן K-D מאמבט המים והניחו לו להתנקז ולהתקרר במשך 10 min לפחות.
זהירות: אין לאפשר לתמצית להתייבש לחלוטין, שכן הדבר יגרום לאובדן חמור של חלק מהאנליטים. חומרי הדברה אורגנו-זרחניים רגישים במיוחד לאובדן מסוג זה.
11.5.4.1 אם נדרשת החלפת ממס (כמצוין בטבלה 2 או בשיטת הקביעה המתאימה), הסירו לרגע את עמודת Snyder, והוסיפו 50 mL של הממס החלופי ואבן רתיחה חדשה.
11.5.4.2 חברו מחדש את עמודת Snyder. רכזו את התמצית, והעלו את טמפרטורת אמבט המים, במידת הצורך, כדי לשמור על קצב זיקוק מתאים.
11.5.5 הסירו את עמודת Snyder. שטפו את בקבוק K-D ואת המחברים התחתונים של עמודת Snyder באמצעות 1 – 2 mL ממס, ואספו את נוזל השטיפה במבחנת הריכוז. ניתן לרכז עוד את התמצית באמצעות אחת הטכניקות המפורטות בסעיף 11.6, או להתאים את נפחה לנפח סופי של 5.0 – 10.0 mL באמצעות ממס מתאים (ראו טבלה 2 או את שיטת הקביעה המתאימה). אם קיימים גבישי גופרית, המשיכו לשיטה 3660 לצורך ניקוי.
11.6 אם נדרש ריכוז נוסף, השתמשו בטכניקת עמודת מיקרו-Snyder (ראו סעיף 11.6.1) או בטכניקת אידוי בחנקן (ראו סעיף 11.6.2).
11.6.1 טכניקת עמודת מיקרו-Snyder
11.6.1.1 הוסיפו למבחנת הריכוז אבן רתיחה חדשה ונקייה וחברו עמודת מיקרו-Snyder בעלת שני כדורים ישירות למבחנת הריכוז. חברו את כלי הזכוכית להשבת אדי הממס (מעבה והתקן איסוף) לעמודת מיקרו-Snyder של מתקן K-D, בהתאם להוראות היצרן. הרטיבו מראש את עמודת Snyder באמצעות הוספת 0.5 mL מתילן כלוריד או הממס החלופי לראש העמודה. הניחו את מתקן המיקרו-ריכוז באמבט מים חמים, כך שמבחנת הריכוז תהיה טבולה חלקית במים החמים. התאימו את המיקום האנכי של המתקן ואת טמפרטורת המים, לפי הצורך, כדי להשלים את הריכוז בתוך 5 – 10 min. בקצב הזיקוק המתאים, כדורי העמודה ירטטו ויקשקשו במרץ, אך התאים לא יוצפו.
11.6.1.2 כאשר נפח הנוזל הנראה לעין מגיע ל-0.5 mL, הוציאו את המתקן מאמבט המים והניחו לו להתנקז ולהתקרר במשך 10 min לפחות. הסירו את עמודת Snyder ושטפו את המחברים התחתונים שלה באמצעות 0.2 mL ממס, תוך איסוף נוזל השטיפה במבחנת הריכוז. התאימו את נפח התמצית הסופי ל-1.0 – 2.0 mL.
זהירות: אין לאפשר לתמצית להתייבש לחלוטין, שכן הדבר יגרום לאובדן חמור של חלק מהאנליטים. חומרי הדברה אורגנו-זרחניים רגישים במיוחד לאובדן מסוג זה.
11.6.2 טכניקת אידוי בחנקן
11.6.2.1 הניחו את מבחנת הריכוז באמבט חמים (30 degC) ואדו את הממס עד לנפח של 0.5 mL באמצעות זרם עדין של חנקן נקי ויבש (המסונן דרך עמודת פחם פעיל).
זהירות: אין להשתמש בצנרת פלסטיק חדשה בין מלכודת הפחם לדגימה, שכן היא עלולה להכניס פתלטים הגורמים להפרעות.
11.6.2.2 במהלך הריכוז, שטפו בממס את הדופן הפנימית של מבחנת הריכוז כמה פעמים, מלמעלה כלפי מטה. במהלך האידוי, מקמו את מבחנת הריכוז כך שתימנע התעבות מים לתוך התמצית. בהליכים רגילים, אין לאפשר לתמצית להתייבש.
זהירות: אין לאפשר לתמצית להתייבש לחלוטין, שכן הדבר יגרום לאובדן חמור של חלק מהאנליטים. חומרי הדברה אורגנו-זרחניים רגישים במיוחד לאובדן מסוג זה.
11.7 כעת ניתן להעביר את התמצית להליכי ניקוי או לבצע בה אנליזה לקביעת אנליטי המטרה באמצעות טכניקת הקביעה המתאימה או טכניקות הקביעה המתאימות. אם המשך הטיפול בתמצית לא יבוצע מיד, סגרו את מבחנת הריכוז בפקק ואחסנו במקרר. אם התמצית תאוחסן למשך יותר מ-2 ימים, יש להעבירה לבקבוקון המצויד במכסה הברגה עם ציפוי פנימי של PTFE, ולסמן אותו כראוי.
12. ניתוח נתונים וחישובים
אין חישובים הקשורים במפורש להליך מיצוי זה. לחישוב התוצאות הסופיות של הדגימות, ראו את שיטת הקביעה המתאימה.
13. ביצועי השיטה
14. מניעת זיהום
14.1 מניעת זיהום כוללת כל טכניקה המצמצמת או מבטלת את כמות הפסולת ו/או את רעילותה בנקודת היווצרותה. בפעילות המעבדה קיימות הזדמנויות רבות למניעת זיהום. ה-EPA קבעה מדרג מועדף של טכניקות לניהול סביבתי, המציב את מניעת הזיהום כאפשרות הניהול המועדפת ביותר. בכל מקרה שבו הדבר ישים, על צוות המעבדה להשתמש בטכניקות למניעת זיהום כדי להתמודד עם היווצרות הפסולת. כאשר אין אפשרות מעשית לצמצם את הפסולת במקור, הסוכנות ממליצה על מיחזור כאפשרות הבאה בסדר העדיפויות.
14.2 למידע על מניעת זיהום שעשוי להיות רלוונטי למעבדות ולמוסדות מחקר, עיינו בפרסום ״פחות זה יותר: ניהול כימיקלים במעבדה לצמצום פסולת״, הזמין מהמחלקה לקשרי ממשל ולמדיניות מדע של האגודה האמריקאית לכימיה, 1155 16th St., N.W. Washington, D.C. 20036, https://www.acs.org.
15. ניהול פסולת
ספרות/מקורות
- 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.
עובדות שכדאי לדעת
הומוגנייזרים אולטרסוניים לרקמות מכונים לעיתים קרובות סוניקטור עם גשושית, מכשיר לליזיס באמצעות גלי קול, מפרק אולטרסוני, מטחנה אולטרסונית, סונו־רפטור, סוניפייר, מכשיר לפירוק באמצעות גלי קול, מפרק תאים, מפזר אולטרסוני או ממס אולטרסוני. המונחים השונים נובעים ממגוון היישומים שניתן לבצע באמצעות סוניקציה.
סונוטרודות בגדלים שונים עבור UP200Ht