VialTweeter – Sonoreactor voor extractie van sporenelementen uit de bodem

Voor het monitoren van de gezondheid en vervuiling van de bodem moeten verontreinigende stoffen zoals sporenmineralen worden geëxtraheerd en gemeten. De VialTweeter vergemakkelijkt pre-analytische extractie in laboratoriumworkflows aanzienlijk. De extractie van sporenmineralen uit bodemmonsters is een goed voorbeeld van de efficiëntie en betrouwbaarheid van de VialTweeter voor verbeterde extractieresultaten.

Extractie van sporenelementen uit bodemmonsters

De extractie van sporenelementen uit de bodem is een cruciale analytische stap bij milieumonitoring, geochemisch onderzoek en landbouwkundige beoordelingen. Traditionele methoden, waaronder zuurdestructie, microextractie en microgolfextractie, zijn vaak tijdrovend, arbeidsintensief en/of milieugevaarlijk.
De VialTweeter, een ultrasone sonoreactor met een 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 zorgt voor nauwkeurigere en reproduceerbaardere resultaten, terwijl de principes van groene analytische chemie worden nageleefd.

Winning van sporenelementen uit de bodem met de Multi-Tube Sonicator VialTweeter

Carretero-Peña et al. (2021) voerden een onderzoek uit waarin ze aantoonden dat de VialTweeter een zeer efficiënt hulpmiddel is voor het extraheren van sporenmineralen uit de bodem. De belangrijkste details en bevindingen van hun onderzoek worden hieronder beschreven.

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

Zure vergisting van bodemmonsters:
50 mg grond wordt behandeld met 2,5 mL HNO₃ en 5,0 mL HF in gesloten Teflon ontsluitingsvaten bij 90°C gedurende 8 uur. De vaten worden dan geopend en er wordt 2,5 mL HClO₄ toegevoegd voordat het mengsel bij 200°C op een hete plaat wordt ingedampt tot het droog is. Hierna wordt 1,0 mL HNO₃ toegevoegd en weer ingedampt. De laatste stap bestaat uit het oplossen van het residu in 2,5 mL HNO₃, het overbrengen van de oplossing in een maatkolf van 50 mL en het aanvullen van het volume met ultrazuiver water. Indium (In III) en yttrium (Y III) interne standaarden (50 μL van een 10 mg/L oplossing) worden toegevoegd om de nauwkeurigheid van de daaropvolgende elementaire analyse te garanderen.
Duur voor Zure Spijsvertering: 8 uur
 

Optimalisatie van extractieomstandigheden

Het onderzoek testte verschillende extractiecondities om de maximale hoeveelheid sporenelementen uit de bodemmonsters te verkrijgen. Deze omstandigheden maximaliseren de terugwinning van sporenelementen terwijl het gebruik van zuren wordt geminimaliseerd en de totale extractietijd wordt verkort in vergelijking met traditionele ontsluitingsmethoden.

Vergelijking extractie-efficiëntie: VialTweeter vs Zure Digestie

De vergelijkende evaluatie van het extractierendement van mineralen ten opzichte van referentiemonsters geëxtraheerd door middel van zure digestie benadrukt de uitstekende efficiëntie en betrouwbaarheid van de multi-tube sonicator VialTweeter.

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

Met de VialTweeter vergemakkelijkt efficiënte high-throughput extractie van stoffen uit monsters de dagelijkse workflow in analytische laboratoria.

1. Snellere extractie - Verkort de tijd drastisch van uren naar minuten.
2. Minimale monstervervuiling - Afgedichte flacon voorkomt besmetting via de lucht of kruisbesmetting.
3. Hoge reproduceerbaarheid - Uniforme energiedistributie over de flacons elimineert variabiliteit.
4. milieuvriendelijk - Vermindert zuurverbruik en gevaarlijk afval.
5. Schaalbaar en hoge doorvoer - Geschikt voor snelle milieubewakingsprogramma's.

De VialTweeter Sonoreactor

Mechanisme van ultrasone extractie (UAE)

Het werkingsprincipe van de VialTweeter sonoreactor is krachtige ultrasone cavitatie, een fysisch verschijnsel dat lokale hoge schuifkrachten en drukverschillen genereert binnen een vloeibaar medium. Dit fenomeen vergemakkelijkt de afbraak van bodemdeeltjes en verbetert de uitlogingsefficiëntie van metaalionen in een extractiemiddel.

Belangrijkste voordelen van ultrasone cavitatie bij het extraheren van de bodem:

• Verbeterde verstoring van de matrix: Door cavitatie veroorzaakte microjets verbeteren de penetratie van oplosmiddelen in bodemdeeltjes.
• Kleinere deeltjesgrootte: De mechanische krachten breken aggregaten af, waardoor er meer oppervlakte vrijkomt voor de extractie van mineralen.
• Verhoogde reactiekinetiek: Versnelde desorptie en oplossen van sporenmetalen in de oplossing.
• Minimaal gebruik van reagentia: Vermindering van de zuurconcentratie verlaagt de impact op het milieu zonder de extractie-efficiëntie aan te tasten.

Configuratie en ontwerp van VialTweeter

Het VialTweeter-systeem bestaat uit een titanium blok met 10 sleuven voor injectieflacons, waardoor een gelijkmatige verdeling van de ultrasone energie wordt gegarandeerd. Het wordt aangedreven door een ultrasone generator van 200 watt met een frequentie van 26 kHz en zendt gelijke energie naar elk monster, waardoor consistente en reproduceerbare extracties over meerdere flacons tegelijk worden gegarandeerd.

Belangrijkste kenmerken:

• Krachtige uniforme sonicatie voor batchverwerking.
• Eliminatie van kruisbesmetting door isolatie van flacons.
• Minimaal monsterverlies in afgesloten reactievaten.
• Schaalbaarheid voor high-throughput milieumonitoring.

De VialTweeter is ook verkrijgbaar als sonicatormodel voor één buisje, voor het betrouwbaar prepareren van monsters uit Falcon-buisjes. Lees meer over het op maat gemaakte single-tube model voor de steriele sonicatie van Falcon buisjes!

Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit Made in Germany

Hielscher ultrasone machines staan bekend om hun hoge kwaliteit en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening zorgen voor een soepele integratie van onze ultrasoonapparatuur in industriële faciliteiten. Ruwe omstandigheden en veeleisende omgevingen worden gemakkelijk door Hielscher ultrasoontoestellen aangepakt.

Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt speciale nadruk op hoogwaardige ultrasone apparaten met state-of-the-art technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn de Hielscher ultrasoonapparaten CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.

Hielscher contactloze sonicatormodellen UIP400MTP voor microtiterplaten, VialTweeter en CupHorn: monstervoorbereiding met hoge snelheid en hoge doorvoer