VialTweeter – sonoreaktor do ekstrakcji śladowych składników mineralnych z gleby

Aby monitorować stan i zanieczyszczenie gleby, należy ekstrahować i oznaczać zanieczyszczenia, takie jak śladowe składniki mineralne. VialTweeter znacznie ułatwia ekstrakcję na etapie przedanalitycznym w procedurach laboratoryjnych. Ekstrakcja śladowych składników mineralnych z próbek gleby jest doskonałym przykładem pokazującym wydajność i niezawodność urządzenia VialTweeter w uzyskiwaniu lepszych wyników ekstrakcji.

Ekstrakcja śladowych składników mineralnych z próbek gleby

Ekstrakcja śladowych składników mineralnych z gleby jest kluczowym etapem analitycznym w monitoringu środowiska, badaniach geochemicznych i ocenach rolniczych. Tradycyjne metody, w tym mineralizacja kwasowa, mikroekstrakcja i ekstrakcja wspomagana mikrofalami, są często czasochłonne, wymagają dużych ilości odczynników i/lub stanowią zagrożenie dla środowiska.
VialTweeter, ultradźwiękowy sonoreaktor dużej mocy, stanowi lepszą alternatywę, zapewniając większą wydajność ekstrakcji, krótszy czas przetwarzania i minimalne zużycie odczynników. To nowatorskie podejście znacznie poprawia odzysk pierwiastków śladowych z matryc glebowych, zapewniając dokładniejsze i bardziej powtarzalne wyniki przy jednoczesnym przestrzeganiu zasad zielonej chemii analitycznej.

Ekstrakcja śladowych składników mineralnych z gleby za pomocą sonikatora do wielu probówek VialTweeter

Carretero-Peña i wsp. (2021) przeprowadzili badanie wykazujące, że VialTweeter jest wysoce wydajnym narzędziem do ekstrakcji śladowych składników mineralnych z gleby. Poniżej przedstawiono najważniejsze szczegóły i wyniki ich badań.

Ekstrakcja ultradźwiękowa za pomocą VialTweeter:
Do probówek Eppendorf o pojemności 1,5 mL odważa się 4,0–7,5 mg gleby. Dodaje się określoną objętość roztworu HNO₃ (0,60–1,5 mL), a probówki zamyka się przed umieszczeniem ich w sonoreaktorze VialTweeter. Próbki poddaje się ekstrakcji ultradźwiękowej w temperaturze pokojowej przez 450 sec. Po sonikacji wiruje się je przy 3500 rpm przez 10 minut. Część supernatantu przenosi się mikropipetą do kolby o pojemności 10 mL, gdzie rozcieńcza się ją roztworem HNO₃ o stężeniu 5,0%. Przed analizą dodaje się wzorzec wewnętrzny germanu (Ge IV), aby uzyskać końcowe stężenie 10 ng/mL.
Czas trwania z użyciem VialTweeter: 450 sekund
 

Mineralizacja kwasowa próbek gleby:
50 mg gleby poddaje się działaniu 2,5 mL HNO₃ i 5,0 mL HF w zamkniętych teflonowych naczyniach do mineralizacji w temperaturze 90°C przez 8 godzin. Następnie naczynia otwiera się i dodaje 2,5 mL HClO₄, po czym mieszaninę odparowuje się do sucha w temperaturze 200°C na płycie grzejnej. Następnie dodaje się 1,0 mL HNO₃ i ponownie odparowuje. Ostatni etap polega na rozpuszczeniu pozostałości w 2,5 mL HNO₃, przeniesieniu roztworu do kolby miarowej o pojemności 50 mL i uzupełnieniu do objętości wodą ultraczystą. Dodaje się wzorce wewnętrzne indu (In III) i itru (Y III) (50 μL roztworu o stężeniu 10 mg/L), aby zapewnić dokładność późniejszej analizy pierwiastkowej.
Czas trwania mineralizacji kwasowej: 8 godzin
 

Optymalizacja warunków ekstrakcji

Badacze testowali różne warunki ekstrakcji, aby uzyskać maksymalną ilość śladowych składników mineralnych z próbek gleby. Warunki te maksymalizują odzysk pierwiastków śladowych, jednocześnie minimalizując zużycie kwasów i skracając całkowity czas ekstrakcji w porównaniu z tradycyjnymi metodami mineralizacji.

Porównanie wydajności ekstrakcji: VialTweeter a mineralizacja kwasowa

Porównawcza ocena uzysków ekstrakcji składników mineralnych względem próbek referencyjnych poddanych mineralizacji kwasowej podkreśla doskonałą wydajność i niezawodność sonikatora do wielu probówek VialTweeter.

Wydajność ekstrakcji większa niż 100% oznacza, że ilość danego pierwiastka wyekstrahowanego z próbki przekracza wartość oczekiwaną lub referencyjną.

Dzięki VialTweeter wydajna ekstrakcja substancji z próbek przy dużej wydajności przetwarzania próbek ułatwia codzienną pracę w laboratoriach analitycznych.

1. Szybsza ekstrakcja – Radykalnie skraca czas z godzin do minut.
2. Minimalne zanieczyszczenie próbek – Konstrukcja z zamkniętymi fiolkami zapobiega zanieczyszczeniu z powietrza lub zanieczyszczeniu krzyżowemu.
3. Wysoka powtarzalność – Równomierny rozkład energii między fiolkami eliminuje zmienność.
4. Przyjazność dla środowiska – Ogranicza zużycie kwasów i ilość odpadów niebezpiecznych.
5. Skalowalność i duża wydajność przetwarzania próbek – Nadaje się do programów szybkiego monitoringu środowiska.

Sonoreaktor VialTweeter

Mechanizm ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami (UAE)

Zasada działania sonoreaktora VialTweeter opiera się na intensywnej kawitacji ultradźwiękowej, zjawisku fizycznym, które wytwarza lokalnie duże siły ścinania i różnice ciśnienia w ośrodku ciekłym. Zjawisko to ułatwia rozpad cząstek gleby i zwiększa wydajność ługowania jonów metali do rozpuszczalnika ekstrakcyjnego.

Najważniejsze zalety kawitacji ultradźwiękowej w ekstrakcji z gleby:

• Skuteczniejszy rozpad matrycy: mikrostrumienie wywołane kawitacją zwiększają penetrację rozpuszczalnika w cząstkach gleby.
• Zmniejszenie wielkości cząstek: siły mechaniczne rozbijają agregaty, udostępniając większą powierzchnię do ekstrakcji składników mineralnych.
• Przyspieszenie kinetyki reakcji: przyspieszona desorpcja i rozpuszczanie metali śladowych w roztworze.
• Zminimalizowane zużycie odczynników: zmniejszenie stężenia kwasu ogranicza wpływ na środowisko bez pogorszenia wydajności ekstrakcji.

Konfiguracja i konstrukcja VialTweeter

System VialTweeter składa się z tytanowego bloku z 10 gniazdami na fiolki, zapewniającego równomierny rozkład energii ultradźwiękowej. Jest zasilany przez generator ultradźwiękowy o mocy 200 watów i częstotliwości 26 kHz oraz przekazuje jednakową energię do każdej próbki, zapewniając spójne i powtarzalne ekstrakcje jednocześnie w wielu fiolkach.

Najważniejsze cechy:

• Równomierna sonikacja dużej mocy do przetwarzania partiami.
• Eliminacja zanieczyszczenia krzyżowego dzięki odizolowaniu fiolek.
• Minimalna utrata próbki w zamkniętych naczyniach reakcyjnych.
• Skalowalność na potrzeby monitoringu środowiska przy dużej wydajności przetwarzania próbek.

VialTweeter jest również dostępny jako model sonikatora do pojedynczej probówki, umożliwiający niezawodne przygotowywanie próbek w probówkach Falcon. Dowiedz się więcej o dostosowanym modelu do pojedynczej probówki, przeznaczonym do sonikacji probówek Falcon w warunkach sterylnych!

Projektowanie, produkcja i doradztwo – jakość z Niemiec

Sonikatory Hielscher są znane z najwyższej jakości i najwyższych standardów konstrukcyjnych. Solidność i łatwa obsługa umożliwiają bezproblemową integrację naszych sonikatorów z instalacjami przemysłowymi. Sonikatory Hielscher z łatwością radzą sobie z trudnymi warunkami i wymagającym środowiskiem pracy.

Hielscher Ultrasonics jest firmą z certyfikacją ISO i kładzie szczególny nacisk na sonikatory o wysokiej wydajności, wyróżniające się najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście sonikatory Hielscher są zgodne z wymaganiami CE i spełniają wymagania UL, CSA oraz RoHs.

Modele bezkontaktowych sonikatorów Hielscher UIP400MTP do mikropłytek, VialTweeter i CupHorn: szybkie przygotowywanie próbek przy dużej wydajności przetwarzania próbek