VialTweeter – Sonoreactor voor de extractie van sporenelementen uit bodem

Om de gezondheid en verontreiniging van de bodem te monitoren, moeten verontreinigende stoffen zoals sporenelementen worden geëxtraheerd en gemeten. De VialTweeter vergemakkelijkt de preanalytische extractie in laboratoriumwerkprocessen aanzienlijk. De extractie van sporenelementen uit bodemmonsters is een uitstekend voorbeeld dat de efficiëntie en betrouwbaarheid van de VialTweeter voor verbeterde extractieresultaten aantoont.

Extractie van sporenelementen uit bodemmonsters

De extractie van sporenelementen uit bodem is een cruciale analytische stap bij milieumonitoring, geochemische studies en landbouwkundige beoordelingen. Traditionele methoden, waaronder zuurontsluiting, micro-extractie en microgolfondersteunde extractie, zijn vaak tijdrovend, vergen veel reagentia en/of zijn schadelijk voor het milieu.
De VialTweeter, een ultrasone sonoreactor met hoog vermogen, is een superieur alternatief dat een verbeterde extractie-efficiëntie, een kortere verwerkingstijd en een minimaal reagensverbruik biedt. Deze nieuwe aanpak verbetert de terugwinning van sporenelementen uit bodemmatrices aanzienlijk en waarborgt nauwkeurigere en reproduceerbare resultaten, terwijl de principes van groene analytische chemie worden gevolgd.

Extractie van sporenelementen uit bodem met de sonicator voor meerdere buizen VialTweeter

Carretero-Peña et al. (2021) voerden een onderzoek uit waaruit blijkt dat de VialTweeter een zeer efficiënt hulpmiddel is voor de extractie van sporenelementen uit bodem. De belangrijkste details en bevindingen van hun onderzoek worden hieronder uiteengezet.

Ultrasone extractie met de VialTweeter:
4,0–7,5 mg bodem wordt afgewogen in buizen van Eppendorf van 1,5 mL. Er wordt een bepaald volume oplossing van HNO₃ (0,60–1,5 mL) toegevoegd en de buizen worden afgesloten voordat ze in een sonoreactor van VialTweeter worden geplaatst. De monsters ondergaan gedurende 450 sec ultrasone extractie bij kamertemperatuur. Na sonicatie worden ze gedurende 10 minuten gecentrifugeerd bij 3500 rpm. Een deel van het supernatant wordt met een micropipet overgebracht naar een kolf van 10 mL, waar het wordt verdund met 5,0% HNO₃. Vóór de analyse wordt een interne standaard van germanium (Ge IV) toegevoegd om een eindconcentratie van 10 ng/mL te bereiken.
Duur met VialTweeter: 450 seconden
 

Zuurontsluiting van bodemmonsters:
50 mg bodem wordt gedurende 8 uur bij 90°C behandeld met 2,5 mL HNO₃ en 5,0 mL HF in gesloten ontsluitingsvaten van Teflon. Vervolgens worden de vaten geopend en wordt 2,5 mL HClO₄ toegevoegd voordat het mengsel op een verwarmingsplaat bij 200°C tot droogte wordt ingedampt. Daarna wordt 1,0 mL HNO₃ toegevoegd en wordt opnieuw ingedampt. De laatste stap bestaat uit het oplossen van het residu in 2,5 mL HNO₃, het overbrengen van de oplossing naar een maatkolf van 50 mL en het aanvullen tot het vereiste volume met ultrapuur water. Interne standaarden van indium (In III) en yttrium (Y III) (50 μL van een oplossing van 10 mg/L) worden toegevoegd om de nauwkeurigheid van de daaropvolgende elementanalyse te waarborgen.
Duur van de zuurontsluiting: 8 uur
 

Optimalisatie van de extractieomstandigheden

De onderzoekers testten verschillende extractieomstandigheden om de maximale hoeveelheid sporenelementen uit de bodemmonsters te verkrijgen. Deze omstandigheden maximaliseren de terugwinning van sporenelementen, minimaliseren het gebruik van zuren en verkorten de totale extractietijd ten opzichte van traditionele ontsluitingsmethoden.

Vergelijking van de extractie-efficiëntie: VialTweeter versus zuurontsluiting

De vergelijkende beoordeling van de extractieopbrengsten van mineralen ten opzichte van referentiemonsters die via zuurontsluiting zijn geëxtraheerd, benadrukt de uitstekende efficiëntie en betrouwbaarheid van de sonicator voor meerdere buizen VialTweeter.

Een extractie-efficiëntie van meer dan 100% betekent dat de hoeveelheid van een bepaald element die uit een monster wordt geëxtraheerd, de verwachte waarde of referentiewaarde overschrijdt.

Met de VialTweeter vergemakkelijkt de efficiënte extractie van stoffen uit monsters met een hoge verwerkingscapaciteit het dagelijkse werkproces in analytische laboratoria.

1. Snellere extractie – Verkort de tijd drastisch van uren tot minuten.
2. Minimale monsterverontreiniging – Het ontwerp met afgesloten monsterflesjes voorkomt verontreiniging via de lucht of kruisbesmetting.
3. Hoge reproduceerbaarheid – Een uniforme energieverdeling over de monsterflesjes elimineert variabiliteit.
4. Milieuvriendelijk – Vermindert het zuurverbruik en de hoeveelheid gevaarlijk afval.
5. Schaalbaar en met een hoge verwerkingscapaciteit – Geschikt voor snelle milieumonitoringprogramma’s.

De sonoreactor VialTweeter

Mechanisme van ultrasoonondersteunde extractie (UAE)

Het werkingsprincipe van de sonoreactor VialTweeter is krachtige ultrasone cavitatie, een fysisch verschijnsel dat lokaal hoge afschuifkrachten en drukverschillen in een vloeibaar medium genereert. Dit verschijnsel bevordert de afbraak van bodemdeeltjes en verbetert de efficiëntie waarmee metaalionen in een extractieoplosmiddel worden uitgeloogd.

Belangrijkste voordelen van ultrasone cavitatie bij extractie uit bodem:

• Verbeterde ontsluiting van de matrix: door cavitatie opgewekte microjets verbeteren de penetratie van het oplosmiddel in bodemdeeltjes.
• Kleinere deeltjesgrootte: de mechanische krachten breken aggregaten af, waardoor een groter oppervlak beschikbaar komt voor de extractie van mineralen.
• Verhoogde reactiekinetiek: versnelde desorptie en oplossing van sporenmetalen in de oplossing.
• Geminimaliseerd reagensverbruik: verlaging van de zuurconcentratie vermindert de milieubelasting zonder de extractie-efficiëntie aan te tasten.

Configuratie en ontwerp van de VialTweeter

Het VialTweeter-systeem bestaat uit een titaniumblok met 10 uitsparingen voor monsterflesjes, dat een uniforme verdeling van de ultrasone energie waarborgt. Het wordt aangedreven door een ultrasone generator met een vermogen van 200 watt bij een frequentie van 26 kHz en draagt aan elk monster evenveel energie over, waardoor consistente en reproduceerbare extracties in meerdere monsterflesjes tegelijkertijd worden gewaarborgd.

Belangrijkste kenmerken:

• Uniforme sonicatie met hoog vermogen voor batchverwerking.
• Eliminatie van kruisbesmetting doordat de monsterflesjes van elkaar geïsoleerd zijn.
• Minimaal monsterverlies in afgesloten reactievaten.
• Schaalbaarheid voor milieumonitoring met een hoge verwerkingscapaciteit.

De VialTweeter is ook verkrijgbaar als sonicatormodel voor één buis voor de betrouwbare monstervoorbereiding van Falcon-buizen. Lees meer over het op maat gemaakte model voor één buis voor de steriele sonicatie van Falcon-buizen!

Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit uit Duitsland

Sonicatoren van Hielscher staan bekend om hun hoogste kwaliteits- en ontwerpnormen. Dankzij hun robuustheid en eenvoudige bediening kunnen onze sonicatoren soepel in industriële installaties worden geïntegreerd. Sonicatoren van Hielscher kunnen zware omstandigheden en veeleisende omgevingen gemakkelijk aan.

Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt bijzondere nadruk op sonicatoren met hoge prestaties die geavanceerde technologie en gebruiksvriendelijkheid bieden. Uiteraard voldoen sonicatoren van Hielscher aan de CE-vereisten en aan de eisen van UL, CSA en RoHs.

Contactloze sonicatormodellen van Hielscher UIP400MTP voor microplaten, VialTweeter en CupHorn: monstervoorbereiding met hoge snelheid en hoge verwerkingscapaciteit