עיבוד אולטרסוני של דגימות קרקע לאנליזה סביבתית

סוניקטורים מקלים במידה ניכרת על הכנת דגימות קרקע, שלב חיוני באנליזה סביבתית. לנוכח אופיין ההטרוגני ולעיתים קרובות העמיד לפירוק של מטריצות קרקע, חיוני להשתמש בטכניקה יעילה והדירה. סוניקציה מסייעת למצות מולקולות באופן עדין אך יעיל ביותר – ומאפשרת לקבל תוצאות אנליטיות מהימנות והדירות. עיבוד אולטרסוני של דגימות קרקע התבסס ככלי רב־עוצמה באנליזה סביבתית וחקלאית, ומציע יתרונות משמעותיים לעומת גישות מקובלות מבחינת תפוקת המיצוי, המהירות, הפחתת השימוש בממסים והביצועים האנליטיים.

מיצוי אולטרסוני באנליזה סביבתית

מיצוי בסיוע אולטרסאונד (UAE) באמצעות סוניקטורים מסוג גשוש בעלי ביצועים גבוהים הוכיח יכולות יוצאות דופן בפירוק צברים במטריצות מוצקות מורכבות ובשחרור אנליטים קשורים. Hielscher Ultrasonics התבססה כבחירה מועדפת הן במעבדה והן בשטח, בזכות האמינות, אפשרויות הכוונון וצפיפות האנרגיה של ההומוגנייזרים האולטרסוניים שלה. מערכות אלה מתאימות במיוחד להכנת דגימות קרקע לפני אנליזה כמותית, ומספקות מענה למגוון רחב של מזהמים, ובהם מתכות כבדות, מזהמים אורגניים עמידים (POPs) ותרכובות אורגניות נדיפות למחצה (SVOCs).

סוניקציה – מיצוי אמין של מינרלים בריכוזי עקבות ומזהמים מקרקע

טיפול באולטרסאונד הוא טכניקה יעילה באופן יוצא דופן לשחרור יסודות ותרכובות בריכוזי עקבות הספוחים למקטעים מינרליים ואורגניים של הקרקע. מסיבה זו נעשה שימוש נפוץ בסוניקציה כשלב טיפול מקדים לאנליזה יסודית באמצעות כרומטוגרפיית גזים (GC), ספקטרומטריית מסה עם פלזמה בצימוד השראתי (ICP-MS) או ספקטרוסקופיית בליעה אטומית (AAS), שכן מיצוי אולטרסוני מספק מיצויים הומוגניים ונטולי חלקיקים המתאימים לכימות מדויק. שיטה זו תואמת באופן מלא לשיטת EPA 3550C, פרוטוקול מתוקנן למיצוי אולטרסוני של חומרים אורגניים נדיפים למחצה ממוצקים כגון קרקעות, משקעים ובוצות.

מעבר לאנליזה יסודית, מיצוי אולטרסוני משמש לקביעת מזהמים אורגניים הידרופוביים, ובהם פחמימנים ארומטיים רב־טבעתיים (PAHs), ביפנילים מוכלרים (PCBs), דיוקסינים וקבוצות שונות של חומרי הדברה. טכניקות מסורתיות כגון מיצוי סוקסלט, אף שהן מהימנות, דורשות עבודה רבה וזמן רב. לעומתן, מיצוי אולטרסוני מקצר במידה ניכרת את זמני העיבוד מכמה שעות לדקות ספורות. במקביל, סוניקציה מספקת שיעורי השבה דומים או גבוהים יותר. היא גם ממזערת פירוק תרמי של תרכובות בלתי יציבות, בעיה נפוצה בשיטות המבוססות על טמפרטורות גבוהות.

פרוטוקול: הכנת דגימות קרקע לאנליזת TEM-EDX

פרוטוקול זה פותח על ידי Shrivastava ועמיתיו (2019), ומדגים שימוש בסוניקטור ללא מגע מדגם VialTweeter להכנה קלה ואמינה של דגימות קרקע לאנליזת TEM-EDX.

חומרים וריאגנטים

• דגימת קרקע אבקתית (20 mg)
• תמיסת נתרן דודציל סולפט (SDS) בריכוז 0.2%
• מים אולטרה־טהורים (באיכות גבוהה במיוחד, UHQ)
• סוניקטור VialTweeter
• רשתות נחושת ל-TEM המצופות בפחמן ועברו פונקציונליזציה באמצעות Poly-L-lysine (PLL)
  Parafilm®
• קונוסים מאלומיניום (Al) המתאימים למבחנות Eppendorf בנפח 2 mL
• מבחנות צנטריפוגה סטנדרטיות של Eppendorf בנפח 2 mL
• צנטריפוגה בעלת רוטור עם דליים מתנדנדים
• פיפטות וטיפים סטריליים

מהלך העבודה

1. פיזור הקרקע
   • שקלו 20 mg של קרקע אבקתית.
   • פזרו את הקרקע ב-100 mL של תמיסת SDS בריכוז 0.2%.
   • ערבבו היטב כדי להבטיח הרחפה מלאה של החלקיקים.
2. מיהול
   • מהלו את התרחיף ביחס 1:10 במים באיכות גבוהה במיוחד (UHQ).
   • ערבבו בעדינות לקבלת דגימה מדוללת הומוגנית.
3. פיזור אולטרסוני
   • העבירו 1 mL מתרחיף הקרקע המדולל לבקבוקון מתאים.
   • בצעו סוניקציה של הדגימה באמצעות הסוניקטור ללא מגע VialTweeter למשך 1 דקה כדי לפרק צברי חלקיקי קרקע ולעודד פיזור אחיד.
4. הכנת רשתות לצנטריפוגה
   • הניחו רשתות נחושת ל-TEM המצופות בפחמן ושעברו פונקציונליזציה בפולי-L-ליזין על גבי חרוטי אלומיניום ייעודיים.
   • כסו את החרוטים בשכבה דקה של Parafilm® כדי לייצב את הרשתות.
   • הכניסו את החרוטים שעליהם מותקנות הרשתות למבחנות Eppendorf בנפח 2 mL.
5. טעינת הדגימה וצנטריפוגה
   • העבירו בזהירות באמצעות פיפטה 1 mL מתרחיף הקרקע שעבר סוניקציה לכל מבחנת Eppendorf שהוכנה, תוך הקפדה על כך שהתרחיף מכסה לחלוטין את רשת ה-TEM.
   • הניחו את המבחנות בצנטריפוגה בעלת רוטור עם דליים מתנדנדים.
   • בצעו צנטריפוגה ב-14,000 × g למשך 1 שעה בטמפרטורת החדר כדי להשקיע חלקיקי קרקע על גבי רשת ה-TEM.
6. טיפול לאחר הצנטריפוגה
   • לאחר הצנטריפוגה, הסירו בזהירות את רשתות ה-TEM מהחרוטים.
   • אם הרשתות אינן משמשות מיד, הניחו להן להתייבש בתנאי הסביבה ובסביבה נקייה מאבק.
7. מיקרוסקופיית אלקטרונים
   • נתחו את רשתות ה-TEM שהוכנו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים חודר סורק (STEM) ייעודי, המצויד במערכת ספקטרוסקופיית קרני רנטגן מפזרת אנרגיה (EDX), לצורך אפיון יסודות.

סוניקטורים של Hielscher מסוג גשוש וללא מגע להכנת דגימות קרקע

Hielscher Ultrasonics מציעה הן סוניקטורים מסוג גשוש והן סוניקטורים ללא מגע (למשל VialTweeter, UIP400MTP), המותאמים באופן מיטבי לדרישות הכנת דגימות קרקע במחקר ובאנליזה סביבתית. סוניקטורים מסוג גשוש מעבירים אנרגיה אקוסטית בעוצמה גבוהה ישירות לתוך הדגימה, ומאפשרים מיצוי יעיל של יסודות קורט, מתכות כבדות ומזהמים אורגניים ממטריצות קרקע מורכבות. מערכות אלה אידאליות לפרוטוקולים הדורשים הומוגניזציה אינטנסיבית או מיצוי בסיוע ממס. הדגמים ללא מגע של Hielscher, כגון הסוניקטור למספר מבחנות VialTweeter או הסוניקטור למיקרופלטות UIP400MTP, מאפשרים עיבוד בו-זמני וללא זיהום של בקבוקונים אטומים מרובים או של פלטות מרובות באריות, ולכן מתאימים מאוד לתהליכי עבודה מתוקננים, לאנליזה במקביל וליישומים רגישים הכוללים אנליטים ברמות קורט.
הן סוניקטורים מסוג גשוש והן סוניקטורים ללא מגע תומכים בהכנת דגימות מהירה, הדירה וניתנת להגדלת קנה המידה, ועונים על הדרישות האנליטיות במדעי הסביבה ובגאוכימיה.
יתרון מרכזי של הסוניקטורים של Hielscher הוא האפשרות להתאים את תצורתם. היכולת לכוונן במדויק את המשרעת, את מצב הפולסים (מצב המחזורים) ואת נפח העיבוד מאפשרת להתאים פרוטוקולים למגוון סוגי קרקע וקבוצות אנליטים. הגדרות ניתנות לתכנות ותיעוד נתונים אוטומטי מקלים על השגת תוצאות מהימנות והדירות. האפשרות לשלב סוניקטורים של Hielscher עם מערכות אוטומטיות, חיישנים ממוזערים ופלטפורמות לאיסוף נתונים בזמן אמת מפחיתה את העבודה הידנית ומשפרת את הטיפול בדגימות. עמידותם ותאימותם לתאי זרימה מאפשרות גם הגדלת קנה המידה עבור מעבדות בעלות תפוקה גבוהה ויישומי ניטור תעשייתיים.
 

הטבלה שלהלן נותנת מושג על כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו בגודל מעבדתי:

דגמי הסוניקטורים מרובי הדגימות של Hielscher UIP400MTP למיקרופלטות, VialTweeter וכן CupHorn: הכנת דגימות במהירות גבוהה ובתפוקה גבוהה

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

מכשירי הסוניקציה של Hielscher מוכרים בזכות תקני האיכות והתכנון הגבוהים ביותר שלהם. עמידות ותפעול קל מאפשרים לשלב את מכשירי הסוניקציה שלנו בצורה חלקה במתקנים תעשייתיים. מכשירי הסוניקציה של Hielscher מתמודדים בקלות עם תנאים קשים וסביבות תובעניות.

Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת הסמכת ISO, והיא שמה דגש מיוחד על מכשירי סוניקציה בעלי ביצועים גבוהים, המשלבים טכנולוגיה מתקדמת ביותר וידידותיות למשתמש. כמובן, מכשירי הסוניקציה של Hielscher תואמים לדרישות CE ועומדים בדרישות UL, CSA ו-RoHs.