環境分析のための超音波土壌サンプル処理

ソニッケーターは、環境分析における重要なステップである土壌サンプルの調製を大幅に容易にする。土壌マトリクスが不均質で、しばしば難分解性であることを考えると、効率的で再現性の高い技術が不可欠です。ソニケーションは、穏やかでありながら非常に効果的な方法で分子を抽出するのに役立ちます。 – これにより、堅牢で再現性の高い分析結果を得ることができる。土壌サンプルの超音波処理は、環境および農業分析における強力なツールとして登場し、抽出収量、速度、溶媒使用量の削減、分析性能の面で、従来のアプローチよりも大きな利点を提供している。

環境分析における超音波抽出

高性能プローブ型ソニケーターを使用した超音波支援抽出（UAE）は、複雑な固体マトリックスを分解し、結合した分析物を放出する優れた能力を実証しています。Hielscher Ultrasonics社の超音波ホモジナイザーは、その信頼性、調整可能性、エネルギー密度により、実験室とフィールドの両方で好まれています。これらのシステムは、重金属、残留性有機汚染物質（POPs）、半揮発性有機化合物（SVOCs）を含む幅広い汚染物質に対応し、定量分析前の土壌サンプルの前処理に特に適しています。

ソニケーション – 土壌からの微量ミネラルと汚染物質の確実な抽出

超音波処理は、土壌中の鉱物や有機物に吸着した微量レベルの元素や化合物を遊離させるのに非常に効果的な技術である。超音波抽出により、正確な定量に適した均質化された微粒子のない抽出物が得られるため、ガスクロマトグラフィー（GC）、誘導結合プラズマ質量分析（ICP-MS）または原子吸光分析（AAS）による元素分析の前処理段階として超音波処理が一般的に採用されるのはこのためです。このメソッドは、土壌、堆積物、汚泥などの固体から半揮発性有機物を超音波抽出するための標準プロトコルであるEPAメソッド3550Cと完全に互換性があります。

超音波抽出は、元素分析以外にも、多環芳香族炭化水素（PAHs）、ポリ塩化ビフェニル（PCBs）、ダイオキシン、さまざまな種類の農薬など、疎水性有機汚染物質の測定に応用されている。ソックスレー抽出のような従来の技術は、堅牢ではあるが、労力と時間がかかる。対照的に、超音波抽出は処理時間を数時間から数分へと大幅に短縮する。同時に、超音波抽出は同等かそれ以上の回収率を実現する。また、高温法でよく懸念される、不安定な化合物の熱劣化も最小限に抑えることができる。

プロトコルTEM-EDX分析のための土壌試料調製

このプロトコルは、Shrivastavaら（2019）によって開発され、TEM-EDX分析用の土壌試料を容易かつ確実に調製するための非接触ソニケーターモデルVialTweeterの使用を実証している。

材料と試薬

• 粉末土壌サンプル（20 mg）
• 0.2% ドデシル硫酸ナトリウム（SDS）溶液
• 超高純度（UHQ）水
• 超音波振動子
• ポリ-L-リジン（PLL）官能基化カーボンコート銅TEMグリッド
  パラフィルム
• 2mLエッペンドルフチューブに適合するアルミニウム（Al）コーン
• 標準2mLエッペンドルフ遠心チューブ
• スイングアウトローター遠心分離機
• ピペットと滅菌チップ

手続き

1. 土壌分散
   • 粉末状の土壌20mgを秤量する。
   • 土壌を100 mLの0.2% SDS溶液に分散させる。
   • 粒子を完全に懸濁させるために十分に混合する。
2. 希釈
   • 懸濁液を超高純度（UHQ）水で1：10に希釈する。
   • 穏やかに混合し、均一な希釈サンプルを得る。
3. 超音波分散
   • 希釈した土壌懸濁液1 mLを適当なバイアル瓶に移す。
   • サンプルを超音波処理する 非接触ソニケーターVialTweeterを使用して を1分間かけて土壌粒子を分解し、均一な分散を促進する。
4. 遠心分離用グリッドの準備
   • ポリ-L-リジン官能基化カーボンコート銅TEMグリッドを専用のアルミニウムコーンに置く。
   • コーンを薄いパラフィルム®で覆い、グリッドを安定させる。
   • グリッドを取り付けたコーンを2mLエッペンドルフチューブに挿入する。
5. サンプルローディングと遠心分離
   • 超音波処理した土壌懸濁液1 mLを、用意した各エッペンドルフチューブに注意深くピペッ トし、懸濁液がTEMグリッドを完全に覆うようにする。
   • チューブをスイングアウトローター遠心機に入れる。
   • 14,000×g、室温で1時間遠心し、土壌粒子をTEMグリッドに付着させる。
6. 遠心後の取り扱い
   • 遠心後、TEMグリッドを円錐から注意深く取り除く。
   • すぐに使用しない場合は、埃のない環境でグリッドを乾燥させてください。
7. 電子顕微鏡
   • エネルギー分散型X線分光法（EDX）を装備した専用の走査型透過電子顕微鏡（STEM）を用いて、作製したTEMグリッドを分析し、元素特性を評価する。

土壌サンプル前処理用Hielscherプローブタイプおよび非接触ソニケーター

Hielscher Ultrasonics社は、研究および環境分析における土壌サンプル前処理の要件に最適化されたプローブ型および非接触型（VialTweeter、UIP400MTPなど）のソニケーターを提供しています。プローブ型ソニケーターは、高強度の音響エネルギーをサンプルに直接照射し、複雑な土壌マトリックスから微量元素、重金属、有機汚染物質を効率的に抽出します。これらのシステムは、集中的なホモジナイズや溶媒アシスト抽出を必要とするプロトコルに最適です。マルチチューブソニケーターVialTweeterやマイクロプレートソニケーターUIP400MTPのようなHielscherの非接触型モデルは、複数の密封バイアルまたはマルチウェルプレートを同時にコンタミネーションフリーで処理できるため、標準化されたワークフロー、並行分析、微量レベルの分析物を含む高感度アプリケーションに非常に適しています。
プローブ型ソニケーターと非接触型ソニケーターの両方が、迅速で再現性が高く、拡張性のあるサンプル前処理をサポートし、環境科学と地球化学における分析要求に応えます。
Hielscherソニケーターの主な利点は、その設定可能性にあります。振幅、パルスモード（サイクルモード）、および処理量を微調整できるため、多様な土壌タイプや分析物クラスでプロトコルをカスタマイズできます。プログラム可能な設定と自動データプロトコールにより、確実で再現性の高い結果を得ることができます。Hielscherソニケーターは、自動化システム、小型センサー、およびリアルタイムデータ収集プラットフォームと統合できるため、労力が軽減され、サンプルハンドリングが向上します。また、堅牢性とフローセルとの互換性により、ハイスループット研究室や工業用モニタリングアプリケーションのスケールアップも可能です。
 

下の表は、ラボ用超音波処理装置の処理能力の目安です：

Hielscher マルチサンプルソニケーターモデル マイクロプレート用UIP400MTP, バイアルツイーター そして カップホーン高速でハイスループットなサンプル前処理

デザイン、製造、コンサルティング – 品質 ドイツ製

Hielscher社の超音波装置は、その最高の品質と設計基準でよく知られています。頑丈で操作が簡単なため、産業設備にスムーズに組み込むことができます。過酷な条件や厳しい環境でも、Hielscherの超音波装置は容易に対応できます。

Hielscher Ultrasonics社は、ISO認証取得企業であり、最先端の技術と使いやすさを特徴とする高性能超音波振動子に特に重点を置いています。もちろん、Hielscherの超音波装置はCEに準拠しており、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。