עיבוד דגימות קרקע באמצעות אולטרסאונד לצורך ניתוח סביבתי
סוניקטורים מקלים באופן משמעותי על הכנת דגימות קרקע, שלב קריטי בניתוח סביבתי. לאור האופי ההטרוגני והעקשן של מטריצות קרקע, יש חשיבות רבה לטכניקה יעילה וניתנת לשחזור. סוניקציה מסייעת לחלץ מולקולות בצורה עדינה אך יעילה ביותר. – מה שמאפשר תוצאות אנליטיות אמינות וניתנות לשחזור. עיבוד אולטראסוני של דגימות קרקע התגלה ככלי רב עוצמה בניתוח סביבתי וחקלאי, ומציע יתרונות משמעותיים על פני גישות קונבנציונליות מבחינת תפוקת החילוץ, המהירות, הפחתת השימוש בממסים וביצועי הניתוח.
מיצוי אולטראסוני בניתוח סביבתי
מיצוי בסיוע אולטרסוני (UAE) באמצעות סונקטים מסוג בדיקה בעלי ביצועים גבוהים הוכיח יכולות יוצאות דופן בפירוק מטריצות מוצקות מורכבות ושחרור חומרים אנליטיים קשורים. Hielscher Ultrasonics ביססה את עצמה כבחירה המועדפת הן במעבדות והן בשטח הודות לאמינות, לכוונון ולצפיפות האנרגיה של המכשירים להומוגניזציה אולטרסונית שלה. מערכות אלה מתאימות במיוחד להכנת דגימות קרקע לפני ניתוח כמותי, ומטפלות במגוון רחב של מזהמים, כולל מתכות כבדות, מזהמים אורגניים עמידים (POP) ותרכובות אורגניות חצי נדיפות (SVOC).
סוניק מסוג בדיקה UP100H עם microtip להכנת דגימות קרקע
סוניקציה – הפקת מינרלים קורט ומזהמים מהקרקע באופן אמין
אולטראסוניקציה היא טכניקה יעילה במיוחד לשחרור יסודות ותרכובות ברמות עקבות הנספחים לחלקיקים מינרליים ואורגניים בקרקע. זו הסיבה שבגללה סוניקציה משמשת בדרך כלל כשלב מקדים לניתוח יסודות באמצעות כרומטוגרפיה גזית (GC), ספקטרומטריית מסות פלזמה עם צימוד אינדוקטיבי (ICP-MS) או ספקטרוסקופיית ספיגה אטומית (AAS), שכן מיצוי אולטראסוני מספק תמציות הומוגניות נטולות חלקיקים המתאימות לכימות מדויק. שיטה זו תואמת לחלוטין את שיטת EPA 3550C, פרוטוקול סטנדרטי לחילוץ אולטראסוני של חומרים אורגניים חצי נדיפים ממוצקים כגון קרקעות, משקעים ובוצה.
מעבר לניתוח יסודות, מיצוי קולי משמש לקביעת מזהמים אורגניים הידרופוביים, כולל פחמימנים ארומטיים רב-טבעתיים (PAH), ביפנילים רב-כלוריים (PCB), דיוקסינים וסוגים שונים של חומרי הדברה. טכניקות מסורתיות כגון מיצוי סוקסלט, אמנם יעילות, אך הן עתירות עבודה ודורשות זמן רב. לעומת זאת, מיצוי קולי מקצר משמעותית את זמן העיבוד מכמה שעות לכמה דקות. במקביל, סוניקציה מספקת שיעורי התאוששות דומים או עדיפים. היא גם ממזערת את השפעת החום על תרכובות לא יציבות, בעיה נפוצה בשיטות בטמפרטורות גבוהות.
הכנת דגימות קרקע: סוניקציה מקלה על מיצוי מתכות כבדות, מזהמים וחומרים אחרים מהקרקע.
פרוטוקול: הכנת דגימת קרקע לניתוח TEM-EDX
פרוטוקול זה פותח על ידי Shrivastava et al. (2019) ומדגים את השימוש במכשיר VialTweeter, מכשיר סוניקציה ללא מגע, להכנה קלה ואמינה של דגימות קרקע לניתוח TEM-EDX.
חומרים וריאגנטים
- דגימת אדמה אבקה (20 מ"ג)
- 00.2% תמיסת נתרן דודציל סולפט (SDS)
- מים אולטרה-טהורים (איכות אולטרה-גבוהה, UHQ)
- מכשיר אולטראסוניק VialTweeter
- רשתות TEM מצופות פחמן עם פולי-L-ליזין (PLL)
Parafilm® - קונוסים מאלומיניום (Al) תואמים למבחנות Eppendorf בנפח 2 מ"ל
- מבחנות צנטריפוגה סטנדרטיות של Eppendorf בנפח 2 מ"ל
- צנטריפוגה עם רוטור מסתובב
- פיפטות וקצות סטריליים
פרוצדורה
- פיזור בקרקע
- שקלו 20 מ"ג של אדמה אבקה.
- פזר את האדמה ב-100 מ"ל של תמיסת SDS 0.2%.
- מערבבים היטב כדי להבטיח פיזור מלא של החלקיקים.
- דילול
- יש לדלל את התמיסה ביחס של 1:10 במים באיכות גבוהה במיוחד (UHQ).
- מערבבים בעדינות עד לקבלת תמיסה מדוללת ואחידה.
- פיזור קולי
- העבר 1 מ"ל של תמיסת האדמה המדוללת לבקבוקון מתאים.
- השמיעו את הדגימה באמצעות מכשיר הקולי ללא מגע VialTweeter למשך דקה אחת כדי לפרק את חלקיקי האדמה ולעודד פיזור אחיד.
- הכנת רשת לצנטריפוגה
- הנח רשתות TEM נחושת מצופות פחמן עם פולי-L-ליזין על קונוסים אלומיניום ייעודיים.
- כסה את הקונוסים בשכבה דקה של Parafilm® כדי לייצב את הרשתות.
- הכנס את הקונוסים עם הרשתות המותקנות לתוך צינורות Eppendorf בנפח 2 מ"ל.
- טעינת הדגימה וצנטריפוגה
- בעזרת פיפטה, הזלף בזהירות 1 מ"ל מתערובת האדמה שעברה טיפול קולי לכל מבחנת Eppendorf שהוכנה, וודא שהתערובת מכסה את רשת ה-TEM במלואה.
- הכנס את הצינורות למערבל צנטריפוגה עם רוטור מסתובב.
- צנטריפוגה ב-14,000 × g למשך שעה בטמפרטורת החדר כדי להפקיד חלקיקי אדמה על רשת ה-TEM.
- טיפול לאחר צנטריפוגה
- לאחר הצנטריפוגה, הסר בזהירות את רשתות ה-TEM מהקוניות.
- אפשר לרשתות להתייבש בתנאי הסביבה בסביבה נקייה מאבק אם אינן בשימוש מיידי.
- מיקרוסקופ אלקטרונים
- ניתוח רשתות TEM שהוכנו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק ייעודי (STEM) המצויד בספקטרוסקופיית רנטגן מפזרת אנרגיה (EDX) לאפיון יסודות.
סוניקטורים מסוג בדיקה ובלתי מגע של Hielscher להכנת דגימות קרקע
Hielscher Ultrasonics מציעה סוניקטורים מסוג בדיקה ובלתי מגע (למשל, VialTweeter, UIP400MTP), המותאמים לדרישות הכנת דגימות קרקע במחקר ובניתוח סביבתי. סוניקטורים מסוג בדיקה מספקים אנרגיה אקוסטית בעוצמה גבוהה ישירות לדגימה, ומאפשרים מיצוי יעיל של יסודות קורט, מתכות כבדות ומזהמים אורגניים ממטריצות קרקע מורכבות. מערכות אלה אידיאליות לפרוטוקולים הדורשים הומוגניזציה אינטנסיבית או מיצוי בעזרת ממס. הדגמים ללא מגע של Hielscher, כגון הסוניקטור הרב-צינורי VialTweeter או הסוניקטור למיקרו-פלטה UIP400MTP, מספקים עיבוד סימולטני וללא זיהום של מספר בקבוקונים אטומים או צלחות רב-תאים, מה שהופך אותם למתאימים במיוחד לתהליכי עבודה סטנדרטיים, ניתוח מקביל ויישומים רגישים הכרוכים בניתוח רכיבים ברמת עקבות.
שני סוגי הסוניקטורים, מסוג בדיקה ומבוססי קול, תומכים בהכנת דגימות מהירה, ניתנת לשחזור וניתנת להרחבה, העונה על הדרישות האנליטיות במדעי הסביבה ובגיאוכימיה.
יתרון מרכזי של מכשירי הסוניקציה של Hielscher טמון ביכולת התצורה שלהם. היכולת לכוונן במדויק את המשרעת, מצב הפולס (מצב מחזור) ונפח העיבוד מאפשרת התאמת פרוטוקולים לסוגי קרקע ולקטגוריות של חומרים נבדקים. הגדרות ניתנות לתכנות ותיעוד נתונים אוטומטי מקלים על השגת תוצאות אמינות וניתנות לשחזור. האפשרות לשלב את מכשירי הסוניקציה של Hielscher במערכות אוטומטיות, חיישנים מיניאטוריים ופלטפורמות לרכישת נתונים בזמן אמת מפחיתה את כוח העבודה ומשפרת את הטיפול בדגימות. החוסן והתאימות שלהם לתאי זרימה מאפשרים גם הרחבה למעבדות בעלות תפוקה גבוהה ויישומים לניטור תעשייתי.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה לגבי יכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד בגודל מעבדה שלנו:
| מכשירים מומלצים | נפח אצווה | קצב זרימה |
|---|---|---|
| UIP400MTP סוניק צלחת 96 בארות | צלחות מרובות באר / מיקרוטיטר | נ.א. |
| כוסית אולטראסונית | CupHorn עבור בקבוקונים או | נ.א. |
| GDmini2 | כור מיקרו-זרימה על-קולי | נ.א. |
| VialTweeter | 00.5 עד 1.5 מ"ל | נ.א. |
| UP100H | 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה |
| UP200Ht, UP200ST | 10 עד 1000 מ"ל | 20 עד 200 מ"ל/דקה |
| UP400ST | 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה |
| שייקר מסננת אולטראסוני | נ.א. | נ.א. |
דגמי סוניקטור רב-דגימות של Hielscher UIP400MTP עבור מיקרו-צלחות, VialTweeter ו קופהורן: הכנת דגימות במהירות גבוהה ובנפח גבוה
- יעילות גבוהה
- טכנולוגיה חדישה
- מהימנות & חוסן
- בקרת תהליך מתכווננת ומדויקת
- אצווה & מוטבעים
- עבור כל אמצעי אחסון
- תוכנה חכמה
- תכונות חכמות (לדוגמה, תכנות, פרוטוקול נתונים, שליטה מרחוק)
- קל ובטוח לתפעול
- תחזוקה נמוכה
- CIP (נקי במקום)
תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה
Hielscher ultrasonicators ידועים באיכות הגבוהה ביותר שלהם סטנדרטים עיצוב. חוסן ותפעול קל מאפשרים שילוב חלק של האולטרסאונד שלנו במתקנים תעשייתיים. תנאים קשים וסביבות תובעניות מטופלים בקלות על ידי אולטרסוניקטורים Hielscher.
Hielscher Ultrasonics היא חברה מוסמכת ISO לשים דגש מיוחד על ultrasonicators ביצועים גבוהים שמציעות טכנולוגיה חדישה וידידותיות למשתמש. כמובן, Hielscher ultrasonicators הם תואמי CE ולעמוד בדרישות של UL, CSA ו RoHs.
סוניקטורים מסוג בדיקה אולטראסונית הם כלי החילוץ המשמשים לחילוץ עופרת מדגימות קרקע, אבק וצבע בהתאם לתקן ASTM E1979.
ספרות / מקורות
- Reena Amatya Shrestha, Thuy Duong Pham, Mika Sillanpää (2009): Effect of ultrasound on removal of persistent organic pollutants (POPs) from different types of soils. Journal of Hazardous Materials,
Volume 170, Issues 2–3, 2009. 871-875. - Bernalte, E., Salmanighabeshi, S., Rueda-Holgado, F. et al. (2015): Mercury pollution assessment in soils affected by industrial emissions using miniaturized ultrasonic probe extraction and ICP-MS. International Journal of Environmental Science and Technology 12, 2015. 817–826).
- Aura Daniela Radu, Alexanru Woinaroschy, Eugenia Panturu (2014): Uranium Extraction in Ultrasound Field from Contaminated Soils. Revista de Chimie Volume 65, Issue 4, 2014.
- Manoj Shrivastava, Akansha Srivastav, Sonu Gandhi, Sunita Rao, Appan Roychoudhury, Alesh Kumar, R.K. Singhal, Sandeep Kumar Jha, S.D. Singh (2019): Monitoring of engineered nanoparticles in soil-plant system: A review. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management, Volume 11, 2019. 100218.
- EPA (2024): SW-846 Test Method 3550C: Ultrasonic Extraction. November 7, 2024.
שאלות נפוצות
מהו תהליך בדיקת הקרקע?
תהליך בדיקת הקרקע כולל איסוף דגימות קרקע מאזור מוגדר, הכנת החומר על ידי ייבוש, טחינה וסינון, ולאחר מכן ניתוח כימי, פיזיקלי או ביולוגי כדי לקבוע תכונות כגון pH, תכולת חומרים מזינים, חומר אורגני, מזהמים ומרקם.
כיצד מכינים דגימות קרקע?
כדי להכין דגימות קרקע, החומר שנאסף מיובש בדרך כלל באוויר, הומוגניזציה על ידי טחינה או סינון לגודל חלקיקים אחיד, ומאוחסן במיכלים נקיים כדי למנוע זיהום לפני ניתוח במעבדה.
כיצד אוספים דגימות קרקע לצורך ניתוח קרקע?
דגימות קרקע לניתוח נאספות באמצעות מקדחים או בדיקות קרקע בעומקים ספציפיים, תוך הקפדה על כיסוי מייצג על ידי שילוב מספר דגימות משנה משטח או אתר המחקר לדגימה מורכבת.
מהם הסוגים השונים של דגימות קרקע?
הסוגים העיקריים של דגימות קרקע כוללים דגימות מופרעות לניתוח כימי או מרקמי, דגימות לא מופרעות למחקרים מבניים או הידראוליים, ודגימות ליבה לחקירות סטרטיגרפיות או פרופיל עומק.
מהי השיטה הסטנדרטית לדגימת קרקע?
השיטה הסטנדרטית לדגימת קרקע עוקבת אחר הנחיות כגון אלה שנקבעו בתקן ISO 10381 או בפרוטוקולים אזוריים כגון USDA-NRCS, הממליצים על דגימה שיטתית ברשת או בחתכים, איסוף לפי עומק, תיוג ותיעוד נאותים כדי להבטיח את עקיבות הדגימה ואת אמינות הניתוח.
מהם היתרונות של הכנת דגימות קרקע באמצעות אולטרסאונד?
בהשוואה לטכנולוגיות מיצוי אחרות – כגון Soxhlet, מיקרוגל או מיצוי נוזלי בלחץ – אולטראסוניקציה מציעה איזון ייחודי בין נגישות, פשטות תפעולית וביצועים אנליטיים. בעוד שמיקרוגלים מספקים חימום מהיר, הם לעתים קרובות דורשים כלי קיבול מיוחדים ופחות מתאימים לפריסה בשטח. לעומת זאת, מערכות אולטראסוניות הן גמישות, בעלות עלות נמוכה יחסית ומתאימות הן להתקנות אצווה והן להתקנות זרימה רציפה.
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.