Руководство по ультразвуковой экстракции EPA3550
Ультразвуковая экстракция – это экологичный, безопасный для окружающей среды метод экстракции, который может применяться как для небольших лабораторных образцов, так и для извлечения ценных соединений в масштабах промышленного производства. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) рекомендует различные методики аналитической химии и испытаний для определения характеристик, отбора проб и мониторинга окружающей среды, а также обеспечения качества для поддержки выполнения Закона о сохранении и восстановлении ресурсов (RCRA). Для экстракции с применением ультразвука EPA выпустило следующие рекомендации:
МЕТОД 3550C – Ультразвуковая экстракция
1. Область применения
Кроме того, методы SW-846, за исключением случаев обязательного применения метода для анализа параметров, определяемых этим методом, предназначены для использования в качестве рекомендательных методов. Они содержат общую информацию о выполнении аналитической процедуры или применении аналитической методики, которую лаборатория может использовать как базовую отправную точку для разработки собственной подробной стандартной операционной процедуры (SOP), предназначенной либо для общего использования, либо для конкретного проекта. Данные о рабочих характеристиках, приведённые в этом методе, носят исключительно рекомендательный характер; они не предназначены и не должны использоваться в качестве абсолютных критериев приемлемости контроля качества (QC) для аккредитации лаборатории.
1.1 Этот метод описывает процедуру экстракции нелетучих и полулетучих органических соединений из твёрдых материалов, таких как почвы, шламы и отходы. Ультразвуковой процесс обеспечивает тесный контакт матрицы образца с экстракционным растворителем.
1.2 Этот метод разделён на две процедуры в зависимости от ожидаемой концентрации органических соединений. Процедура для низких концентраций (раздел 11.3) предназначена для отдельных органических компонентов, ожидаемая концентрация которых составляет не более 20 mg/kg; при этом используются большая навеска образца и три последовательные экстракции (при более низких концентрациях экстракция затруднена). Процедура для средних/высоких концентраций (раздел 11.4) предназначена для отдельных органических компонентов, ожидаемая концентрация которых превышает 20 mg/kg; при этом используются меньшая навеска образца и однократная экстракция.
1.3 Настоятельно рекомендуется перед анализом подвергать экстракты той или иной очистке (например, с использованием метода из серии 3600).
1.4 Для достижения максимальной эффективности экстракции крайне важно точно соблюдать методику (включая инструкции производителя). Обсуждение критически важных аспектов процедуры экстракции приведено в разделе 11.0. Конкретные рабочие настройки следует выбирать согласно инструкциям производителя.
1.5 Этот метод описывает как минимум три системы экстракционных растворителей, которые могут применяться для различных групп аналитов (см. раздел 7.4). Допускается использование других систем растворителей при условии, что для целевых аналитов могут быть продемонстрированы надлежащие рабочие характеристики. Выбор экстракционного растворителя зависит от целевых аналитов; ни один растворитель не является универсально применимым ко всем группам аналитов. В связи с опасениями относительно эффективности ультразвуковой экстракции, особенно при концентрациях, близких к приблизительно 10 μg/kg или ниже этого уровня, аналитик обязан продемонстрировать рабочие характеристики конкретной системы растворителей и условий работы для целевых аналитов при рассматриваемых концентрациях. Это требование распространяется на любую используемую систему растворителей, включая системы, специально перечисленные в этом методе. Как минимум такая демонстрация должна включать первоначальное подтверждение компетентности, описанное в методе 3500, с использованием чистой эталонной матрицы. Метод 8000 описывает процедуры, которые могут использоваться для разработки критериев рабочих характеристик для таких демонстраций, а также для результатов анализа матричных образцов с добавкой и лабораторных контрольных образцов.
1.6 EPA отмечает ограниченность опубликованных данных об эффективности ультразвуковой экстракции фосфорорганических пестицидов при низких концентрациях порядка частей на миллиард (ppb) и ниже. Поэтому применение этого метода, особенно для указанных соединений, следует подтверждать данными о рабочих характеристиках, подобными рассмотренным выше и в методе 3500.
1.7 Перед применением этого метода аналитикам рекомендуется обратиться к базовому методу для каждого типа процедур, которые могут использоваться в ходе полного анализа (например, к методам 3500, 3600, 5000 и 8000), чтобы получить дополнительную информацию о процедурах контроля качества, разработке критериев приемлемости QC, расчётах и общих рекомендациях. Аналитикам также следует ознакомиться с заявлением об ограничении ответственности в начале руководства и информацией во второй главе, содержащими рекомендации относительно предусмотренной гибкости при выборе методов, аппаратуры, материалов, реагентов и расходных принадлежностей, а также обязанностей аналитика по подтверждению пригодности используемых методик для целевых аналитов в рассматриваемой матрице при значимых для анализа уровнях содержания.
Кроме того, аналитикам и пользователям данных следует учитывать, что, за исключением случаев, прямо предусмотренных нормативными актами, применение методов SW-846 не является обязательным для выполнения федеральных требований к испытаниям. Информация, содержащаяся в этом методе, предоставляется EPA в качестве рекомендаций для аналитиков и субъектов, на которых распространяются нормативные требования, при принятии решений, необходимых для получения результатов, соответствующих целям качества данных для предполагаемого применения.
1.8 Применение этого метода допускается только аналитиками, имеющими соответствующий опыт и подготовку, либо под их руководством. Каждый аналитик должен продемонстрировать способность получать приемлемые результаты с помощью этого метода. Как отмечено выше, такие демонстрации относятся к конкретным целевым аналитам и используемой системе растворителей, а также к процедурам для образцов с низкими и средними/высокими концентрациями.
Ультразвуковой аппарат для обработки нескольких образцов «VialTweeter» для одновременной пробоподготовки нескольких герметично закрытых флаконов и пробирок
2. Краткое описание метода
2.1 Процедура для низких концентраций – Образец смешивают с безводным сульфатом натрия до образования сыпучего порошка. Смесь трижды экстрагируют растворителем с применением ультразвуковой экстракции. Экстракт отделяют от образца вакуумной фильтрацией или центрифугированием. Экстракт готов к окончательному концентрированию, очистке и/или анализу.
2.2 Процедура для средних / высоких концентраций – Образец смешивают с безводным сульфатом натрия до образования сыпучего порошка. Полученную смесь однократно экстрагируют растворителем с применением ультразвуковой экстракции. Часть экстракта отбирают для очистки и/или анализа.
3. Определения
Определения, которые могут относиться к этому методу, приведены в первой главе и инструкциях производителя.
4. Мешающие влияния
4.1 Растворители, реагенты, стеклянная посуда и другое оборудование для обработки образцов могут приводить к появлению артефактов и/или мешающих влияний при анализе образцов. Для всех этих материалов необходимо подтвердить отсутствие мешающих влияний в условиях анализа путём анализа процедурных холостых проб.
Может потребоваться специальный подбор реагентов и очистка растворителей перегонкой в полностью стеклянных системах. Конкретные рекомендации по процедурам контроля качества приведены в каждом из применяемых методов, а общие рекомендации по очистке стеклянной посуды – в четвёртой главе.
4.2 Мешающие влияния обычно специфичны для целевых аналитов. Поэтому конкретные рекомендации относительно мешающих влияний при экстракции следует искать в методе 3500 и соответствующих методах определения.
5. Безопасность
Этот метод не охватывает все вопросы безопасности, связанные с его применением. Лаборатория отвечает за поддержание безопасной рабочей среды и актуальной подборки нормативных документов OSHA, касающихся безопасного обращения с химическими веществами, перечисленными в этом методе. Справочная подборка паспортов безопасности материалов (MSDS) должна быть доступна всему персоналу, участвующему в этих анализах.
6. Оборудование и расходные принадлежности
Упоминание торговых наименований или коммерческих продуктов в этом руководстве носит исключительно иллюстративный характер и не означает одобрения EPA или исключительной рекомендации к применению. Продукты и настройки приборов, указанные в методах SW-846, соответствуют продуктам и настройкам, использованным при разработке методов или впоследствии оценённым Агентством. Допускается использование стеклянной посуды, реагентов, расходных принадлежностей, оборудования и настроек, отличных от перечисленных в этом руководстве, при условии, что рабочие характеристики метода, соответствующие предполагаемому применению, продемонстрированы и документально подтверждены.
В этом разделе не перечисляется обычная лабораторная стеклянная посуда (например, стаканы и колбы).
6.2 Ультразвуковая подготовка – Необходимо использовать устройство с рупорным излучателем, оснащённым титановым наконечником, либо устройство, обеспечивающее надлежащие рабочие характеристики. (например, UP200Ht или UP200St)
6.2.1 Ультразвуковой разрушитель – Разрушитель должен иметь мощность не менее 300 ватт и возможность работы в импульсном режиме. Рекомендуется устройство, предназначенное для снижения кавитационного шума. При подготовке разрушителя к экстракции образцов с низкими и средними/высокими концентрациями следуйте инструкциям производителя. (например, UP400S)
6.2.2 Для процедуры метода, предназначенной для низких концентраций, используйте рупорный излучатель диаметром 3/4 дюйма, а для процедуры, предназначенной для средних/высоких концентраций, – конический микронаконечник диаметром 1/8 дюйма, прикреплённый к рупорному излучателю диаметром 1/2 дюйма.
6.3 Звукоизолирующий бокс – Для предотвращения повреждения слуха рекомендуется использовать звукоизолирующий кожух (например, звукоизолирующий бокс SPB-L). Это позволяет существенно снизить кавитационный шум, возникающий при обработке ультразвуком.
Дополнительное оборудование
6.4.1 Сушильный шкаф – Способный поддерживать температуру 105 degC.
6.4.2 Эксикатор.
6.4.3 Тигли – Фарфоровые или одноразовые алюминиевые.
6.5 Пипетки Пастера – 1 mL, стеклянные, одноразовые.
6.7 Аппаратура для фильтрации под вакуумом или давлением
6.7.1 Воронка Бюхнера
6.7.2 Фильтровальная бумага
6.8 Аппарат Кудерна–Даниша (K-D)
6.8.1 Пробирка для концентрирования – 10 mL, градуированная. Для предотвращения испарения экстрактов используется притёртая стеклянная пробка.
6.8.2 Колба для выпаривания – 500 mL. Соедините колбу с пробиркой для концентрирования с помощью пружин, зажимов или аналогичных приспособлений.
6.8.3 Колонка Снайдера – Макроколонка с тремя шариками.
6.8.4 Колонка Снайдера – Микроколонка с двумя шариками.
6.8.5 Пружины – 1/2 дюйма.
6.9 Система улавливания паров растворителя.
ПРИМЕЧАНИЕ: Эта стеклянная аппаратура рекомендуется для регенерации растворителя в ходе процедур концентрирования, требующих применения выпарных концентраторов Кудерна–Даниша. Включение этой аппаратуры в установку может требоваться федеральными нормативными актами, нормативными актами штатов или местных муниципалитетов, регулирующими выбросы летучих органических веществ в атмосферу. EPA рекомендует включать такую систему регенерации как способ реализации программы сокращения выбросов. Регенерация растворителя позволяет выполнять инициативы по минимизации отходов и предотвращению загрязнения.
6.10 Кипелки – Предварительно экстрагированные растворителем, приблизительно 10/40 mesh (карбид кремния или аналогичный материал).
6.11 Водяная баня – С подогревом, крышкой с концентрическими кольцами и возможностью регулирования температуры с точностью ± 5 degC. Баню следует использовать в вытяжном шкафу.
6.12 Весы – С верхним расположением чашки, позволяющие точно взвешивать до ближайших 0,01 g.
6.13 Флаконы – 2 mL, для автосамплера газового хроматографа, оснащённые навинчивающимися крышками или обжимными колпачками с прокладками из политетрафторэтилена (PTFE).
6.14 Стеклянные сцинтилляционные флаконы – 20 mL, оснащённые навинчивающимися крышками с прокладками из PTFE.
6.15 Шпатель – Из нержавеющей стали или PTFE.
6.16 Осушительная колонка – Хроматографическая колонка из боросиликатного стекла с внутренним диаметром 20 mm и стекловатой на дне.
ПРИМЕЧАНИЕ: Колонки с дисками из спечённого стекла трудно очистить от загрязнений после использования для осушения сильно загрязнённых экстрактов. Можно приобрести колонки без пористых стеклянных фильтров.
Для удержания адсорбента используйте небольшой тампон из стекловаты. Перед заполнением колонки адсорбентом предварительно промойте тампон из стекловаты 50 mL ацетона, а затем 50 mL элюирующего растворителя.
6.17 Аппарат для выпаривания в потоке азота (необязательный) – N-Evap, на 12 или 24 позиции (Organomation Model 112 или аналогичный).
7. Реактивы и стандартные образцы
7.2 Реагентная вода, не содержащая органических веществ. Все упоминания воды в этом методе относятся к реагентной воде, не содержащей органических веществ, согласно определению в первой главе.
7.3 Сульфат натрия (гранулированный, безводный), Na2SO4. Очищайте нагреванием при 400 degC в течение 4 часов в неглубоком лотке либо предварительной очисткой сульфата натрия метиленхлоридом. Если сульфат натрия предварительно очищают метиленхлоридом, следует проанализировать процедурную холостую пробу, подтверждающую отсутствие мешающих влияний со стороны сульфата натрия.
7.4 Экстракционные растворители
Образцы следует экстрагировать с использованием системы растворителей, обеспечивающей оптимальное, воспроизводимое извлечение целевых аналитов из матрицы образца при рассматриваемых концентрациях. Выбор экстракционного растворителя зависит от целевых аналитов; ни один растворитель не является универсально применимым ко всем группам аналитов. Независимо от используемой системы растворителей, включая системы, специально перечисленные в этом методе, аналитик должен продемонстрировать надлежащие рабочие характеристики для целевых аналитов при рассматриваемых уровнях содержания. Как минимум такая демонстрация должна включать первоначальное подтверждение компетентности, описанное в методе 3500, с использованием чистой эталонной матрицы. Метод 8000 описывает процедуры, которые могут использоваться для разработки критериев рабочих характеристик для таких демонстраций, а также для результатов анализа матричных образцов с добавкой и лабораторных контрольных образцов.
Многие из описанных ниже систем растворителей включают сочетание смешивающегося с водой растворителя, например ацетона, и не смешивающегося с водой растворителя, например метиленхлорида или гексана. Назначение смешивающегося с водой растворителя состоит в облегчении экстракции влажных твёрдых материалов за счёт проникновения смеси растворителей через слой воды на поверхности твёрдых частиц. Не смешивающийся с водой растворитель экстрагирует органические соединения с близкой полярностью. Поэтому неполярный растворитель, например гексан, часто используется для неполярных аналитов, таких как полихлорированные бифенилы (ПХБ), тогда как полярный растворитель, например метиленхлорид, может использоваться для полярных аналитов. Полярность ацетона также может способствовать экстракции полярных аналитов в смешанных системах растворителей.
В таблице 1 приведены примеры данных о степени извлечения отдельных полулетучих органических соединений из стандартного образца NIST (SRM) с использованием различных систем экстракционных растворителей. В следующих разделах приведены рекомендации по выбору растворителей для различных классов аналитов.
Все растворители должны иметь степень чистоты, пригодную для анализа пестицидов, или равноценную. Перед использованием растворители могут быть дегазированы.
7.4.1 Полулетучие органические соединения могут экстрагироваться смесью ацетон/гексан (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14) или ацетон/метиленхлорид (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2).
7.4.2 Хлорорганические пестициды могут экстрагироваться смесью ацетон/гексан (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14) или ацетон/метиленхлорид (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2).
7.4.3 ПХБ могут экстрагироваться смесью ацетон/гексан (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14), ацетон/метиленхлорид (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2) или гексаном (C6H14).
7.4.4 Допускается использование других систем растворителей при условии, что аналитик может продемонстрировать надлежащие рабочие характеристики для целевых аналитов при рассматриваемых концентрациях в матрице образца (см. метод 3500).
7.5 Растворители для замены – При использовании некоторых методов определения экстракционный растворитель потребуется заменить растворителем, совместимым с аппаратурой, используемой в соответствующем методе определения. Для выбора подходящего растворителя для замены обратитесь к применяемому методу определения. Все растворители должны иметь степень чистоты, пригодную для анализа пестицидов, или равноценную. Примеры растворителей для замены приведены ниже.
7.5.1 Гексан, C6H14
7.5.2 2-Propanol, (CH3)2CHOH
7.5.3 Циклогексан, C6H12
7.5.4 Ацетонитрил, CH3CN
7.5.5 Метанол, CH3OH
Звукоизолирующий бокс SPB-L существенно снижает кавитационный шум при обработке ультразвуком.
8. Отбор, консервация и хранение образцов
8.1 См. вводные материалы к четвёртой главе «Органические аналиты», метод 3500 и конкретные методы определения, которые будут применяться.
8.2 Твёрдые образцы, подлежащие экстракции по этой процедуре, следует отбирать и хранить так же, как любые другие твёрдые образцы, содержащие полулетучие органические соединения.
9. Контроль качества
9.2 Первоначальное подтверждение компетентности
Каждая лаборатория должна первоначально подтвердить компетентность для каждого используемого сочетания метода пробоподготовки и метода определения, получив данные с приемлемыми правильностью и прецизионностью для целевых аналитов в чистой матрице. Лаборатория также должна повторять подтверждение компетентности при обучении новых сотрудников или внесении существенных изменений в приборное оснащение. Информация о проведении подтверждения компетентности приведена в методе 8000.
9.3 Вначале, до обработки каких-либо образцов, аналитик должен подтвердить отсутствие мешающих влияний со стороны всех частей оборудования, контактирующих с образцом и реагентами. Это достигается анализом процедурной холостой пробы. В качестве постоянной проверки при каждом проведении экстракции, очистки и анализа образцов, а также при смене реагентов следует экстрагировать и анализировать процедурную холостую пробу на целевые соединения для защиты от постоянного лабораторного загрязнения.
9.4 Любые процедурные холостые пробы, матричные образцы с добавкой или параллельные образцы следует подвергать тем же аналитическим процедурам (раздел 11.0), что и реальные образцы.
9.5 При применении этого метода следует использовать стандартные практики обеспечения качества, предусмотренные соответствующими документами систематического планирования и лабораторными SOP. Все рабочие условия приборов следует регистрировать.
9.6 Процедуры контроля качества экстракции и пробоподготовки также приведены в методе 3500, а процедуры QC при определении – в применяемых методах определения.
9.7 Если это предусмотрено соответствующим методом определения, перед экстракцией во все образцы следует добавлять суррогатные стандарты. Дополнительная информация приведена в методах 3500 и 8000 и соответствующих методах определения.
9.8 Как отмечено ранее, применение любой техники экстракции, включая ультразвуковую экстракцию, следует подтверждать данными, демонстрирующими рабочие характеристики конкретной системы растворителей и условий работы для целевых аналитов при рассматриваемых уровнях содержания в матрице образца.
10. Калибровка и стандартизация
Этапы калибровки или стандартизации, непосредственно связанные с этой процедурой экстракции образцов, отсутствуют.
11. Процедура
Как отмечено в разделе 1.4, ультразвуковая экстракция может быть менее эффективной по полноте извлечения, чем другие методы экстракции для почв/твёрдых материалов. Поэтому для достижения максимальной эффективности экстракции крайне важно точно соблюдать этот метод (включая инструкции производителя). Для успешного применения этой техники необходимо как минимум следующее:
11.1 Обращение с пробами
11.1.2 Образцы отходов – Образцы, состоящие из нескольких фаз, необходимо подготовить перед экстракцией с помощью процедуры разделения фаз, описанной во второй главе. Эта процедура экстракции предназначена только для твёрдых материалов.
11.1.3 Сухие образцы отходов, поддающиеся измельчению – Измельчите или иным способом раздробите отходы так, чтобы они проходили через сито с отверстиями 1 mm или могли быть продавлены через отверстие диаметром 1 mm. Загрузите в измельчающий аппарат достаточное количество образца, чтобы после измельчения получить не менее 10 g.
ВНИМАНИЕ: Сушку и измельчение следует проводить в вытяжном шкафу во избежание загрязнения лаборатории.
11.1.4 Клейкие, волокнистые или маслянистые материалы, не поддающиеся измельчению – Разрежьте, нашинкуйте или иным способом уменьшите размер этих материалов, чтобы обеспечить смешивание и максимальную доступность поверхностей образца для экстракции.
11.2 Определение процентного содержания сухого вещества – Если результаты анализа образца будут рассчитываться на сухую массу, отдельную порцию образца следует отвесить одновременно с порцией, используемой для аналитического определения.
ВНИМАНИЕ: Сушильный шкаф следует размещать в вытяжном шкафу или оборудовать вытяжной вентиляцией. Сильно загрязнённый образец опасных отходов может вызвать значительное загрязнение лаборатории.
Сразу после взвешивания аликвоты образца для экстракции отвесьте дополнительную аликвоту образца массой от 5 до 10 g в тарированный тигель. Высушивайте эту аликвоту в течение ночи при 105 degC. Перед взвешиванием дайте ей остыть в эксикаторе.
Рассчитайте процентное содержание сухого вещества следующим образом:
% сухого вещества = (g сухого образца / g образца) x 100
Эта высушенная в сушильном шкафу аликвота не используется для экстракции и должна быть надлежащим образом утилизирована после определения сухой массы.
11.3 Процедура экстракции для низких концентраций
Эта процедура применяется к твёрдым образцам, ожидаемое содержание органических аналитов в которых составляет не более 20 mg/kg.
Этапы до ультразвуковой обработки
11.3.1 Следующие действия следует выполнять быстро во избежание потери более летучих экстрагируемых веществ.
11.3.1.1 Отвесьте приблизительно 30 g образца в стакан объёмом 400 mL. Запишите массу с точностью до ближайших 0,1 g.
11.3.1.2 К образцу из каждой партии, выбранному для внесения добавок, добавьте 1,0 mL раствора для внесения добавок в матрицу. Рекомендации по надлежащему выбору соединений для внесения добавок в матрицу и их концентраций приведены в методе 3500. См. также примечание в разделе 11.3.
11.3.1.3 Добавьте 1,0 mL раствора суррогатных стандартов ко всем образцам, образцам с добавками, образцам QC и холостым пробам. Рекомендации по надлежащему выбору суррогатных соединений и их концентраций приведены в методе 3500. См. также примечание в разделе 11.3.
11.3.1.4 Если предполагается очистка методом гель-проникающей хроматографии (см. метод 3640), аналитик должен либо добавить удвоенный объём раствора суррогатных добавок (и раствора для внесения добавок в матрицу, если применимо), либо сконцентрировать конечный экстракт до половины обычного объёма, чтобы компенсировать потерю половины экстракта при загрузке колонки GPC. См. также примечание в разделе 11.3.
11.3.1.5 Непористые или влажные образцы (клейкого или глинистого типа), не имеющие сыпучей песчаной структуры, необходимо смешать с 60 g безводного сульфата натрия с помощью шпателя. При необходимости можно добавить больше сульфата натрия. После добавления сульфата натрия образец должен быть сыпучим. См. также примечание в разделе 11.3.
11.3.1.6 Немедленно добавьте 100 mL экстракционного растворителя или смеси растворителей (информация о выборе растворителей приведена в разделе 7.4 и таблице 2).
11.3.2 Расположите нижнюю поверхность наконечника рупорного излучателя разрушителя диаметром 3/4 дюйма приблизительно на 1/2 дюйма ниже поверхности растворителя, но выше слоя осадка.
ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что ультразвуковой рупорный излучатель / сонотрод правильно установлен согласно инструкциям производителя.
11.3.3 Экстрагируйте образец ультразвуком в течение 3 min, установив регулятор выходной мощности на 100% (полная мощность) или на значение мощности, рекомендованное производителем, переключатель режима – в положение Pulse (импульсная подача энергии вместо непрерывной), а долю времени включения в рабочем цикле – на 50% (подача энергии включена 50% времени и выключена 50% времени). Не используйте зонд с микронаконечником.
11.3.4 Слейте экстракт и профильтруйте его через фильтровальную бумагу (например, Whatman No. 41 или аналогичную) в воронке Бюхнера, соединённой с чистой колбой для фильтрации объёмом 500 mL. В качестве альтернативы слейте экстракт в центрифужную бутыль и центрифугируйте на низкой скорости для удаления частиц.
11.3.5 Повторите экстракцию ещё два раза с двумя дополнительными порциями чистого растворителя по 100 mL. После каждой ультразвуковой экстракции сливайте растворитель. После последней ультразвуковой экстракции перелейте весь образец в воронку Бюхнера, ополосните стакан экстракционным растворителем и добавьте промывную жидкость в воронку.
Этапы после ультразвуковой обработки
11.3.6 При необходимости сконцентрируйте экстракт перед анализом согласно процедуре в разделе 11.5. В противном случае перейдите к разделу 11.7.
UP200St с микронаконечником для обработки образцов ультразвуком
11.4 Процедура экстракции для средних / высоких концентраций
Эта процедура применяется к твёрдым образцам, ожидаемое содержание органических аналитов в которых превышает 20 mg/kg.
Этапы до ультразвуковой обработки
11.4.2 К образцу из каждой партии, выбранному для внесения добавок, добавьте 1,0 mL раствора для внесения добавок в матрицу. Рекомендации по надлежащему выбору соединений для внесения добавок в матрицу и их концентраций приведены в методе 3500. См. также примечание в разделе 11.3.
11.4.3 Добавьте 1,0 mL раствора суррогатных добавок ко всем образцам, образцам с добавками, образцам QC и холостым пробам. Рекомендации по надлежащему выбору соединений для внесения добавок в матрицу и их концентраций приведены в методе 3500. См. также примечание в разделе 11.3.
11.4.4 Если предполагается очистка методом гель-проникающей хроматографии (см. метод 3640), аналитик должен либо добавить удвоенный объём раствора суррогатных добавок (и раствора для внесения добавок в матрицу, если применимо), либо сконцентрировать конечный экстракт до половины обычного объёма, чтобы компенсировать потерю половины экстракта при загрузке колонки GPC.
11.4.5 Непористые или влажные образцы (клейкого или глинистого типа), не имеющие сыпучей песчаной структуры, необходимо смешать с 2 g безводного сульфата натрия с помощью шпателя. При необходимости можно добавить больше сульфата натрия. После добавления сульфата натрия образец должен быть сыпучим (см. примечание в разделе 11.3).
11.4.6 Немедленно добавьте столько растворителя, сколько необходимо для доведения конечного объёма до 10,0 mL, с учётом добавленного объёма суррогатных добавок и добавок в матрицу (информация о выборе растворителей приведена в разделе 7.4 и таблице 2).
11.4.7 Экстрагируйте образец ультразвуковым зондом с коническим микронаконечником диаметром 1/8 дюйма в течение 2 min, установив регулятор выходной мощности в положение 5, переключатель режима – в положение импульсного режима, а долю времени включения в рабочем цикле – на 50%.
11.4.8 Неплотно заполните одноразовую пипетку Пастера стекловатой на длину от 2 до 3 cm. Профильтруйте экстракт образца через стекловату и соберите экстракт в подходящую ёмкость. Все 10 mL экстракционного растворителя невозможно извлечь из образца. Поэтому аналитик должен собрать объём, соответствующий чувствительности применяемого метода определения. Например, для методов, не требующих дальнейшего концентрирования экстракта (например, в методе 8081 обычно используется конечный объём экстракта 10 mL), экстракт можно собирать в сцинтилляционный флакон или другую герметично закрывающуюся ёмкость. Для экстрактов, требующих дальнейшего концентрирования, рекомендуется собирать одинаковый стандартный объём для всех таких образцов, чтобы упростить расчёт окончательных результатов анализа образцов. Например, соберите 5,0 mL экстракта в чистую пробирку для концентрирования. Этот объём составляет ровно половину общего объёма исходного экстракта образца. При необходимости учитывайте «потерю» половины экстракта при расчёте окончательных результатов анализа образца либо сконцентрируйте конечный экстракт до половины номинального конечного объёма (например, 0,5 mL вместо 1,0 mL), чтобы компенсировать потерю.
11.4.9 При необходимости сконцентрируйте экстракт перед анализом согласно процедуре в разделе 11.5 или разделе 11.6. В противном случае перейдите к разделу 11.7.
Методы концентрирования
При необходимости выполнения критериев чувствительности экстракты образцов, полученные по процедуре экстракции для низких или средних/высоких концентраций, могут быть сконцентрированы до конечного объёма, необходимого для применяемого метода определения и конкретной задачи, с использованием метода K-D или выпаривания в потоке азота.
11.5.1 Соберите концентратор Кудерна–Даниша (K-D), присоединив пробирку для концентрирования объёмом 10 mL к колбе для выпаривания подходящего размера.
11.5.2 Осушите экстракт, пропустив его через осушительную колонку, содержащую около 10 g безводного сульфата натрия. Соберите осушенный экстракт в концентратор K-D.
11.5.3 Промойте приёмную пробирку и осушительную колонку дополнительной порцией растворителя объёмом 20 mL, направляя промывную жидкость в колбу K-D, чтобы обеспечить количественный перенос.
11.5.4 Добавьте в колбу одну или две чистые кипелки и присоедините колонку Снайдера с тремя шариками. Присоедините стеклянную аппаратуру для улавливания паров растворителя (холодильник и приёмное устройство, см. раздел 6.9) к колонке Снайдера аппарата K-D, следуя инструкциям производителя. Предварительно смочите колонку Снайдера, добавив около 1 mL метиленхлорида (или другого подходящего растворителя) в верхнюю часть колонки. Поместите аппарат K-D на горячую водяную баню (с температурой на 15 – 20 EC выше температуры кипения растворителя) так, чтобы пробирка для концентрирования была частично погружена в горячую воду, а вся нижняя округлая поверхность колбы омывалась горячим паром. При необходимости отрегулируйте вертикальное положение аппарата и температуру воды, чтобы завершить концентрирование за 10 – 20 min. При надлежащей скорости перегонки шарики колонки будут активно постукивать, но камеры не будут заливаться жидкостью. Когда видимый объём жидкости достигнет 1 mL, снимите аппарат K-D с водяной бани и дайте жидкости стечь, а аппарату остыть в течение не менее 10 min.
ВНИМАНИЕ: Не допускайте выпаривания экстракта досуха, поскольку это приведёт к значительной потере некоторых аналитов. Фосфорорганические пестициды особенно подвержены таким потерям.
11.5.4.1 Если необходима замена растворителя (как указано в таблице 2 или соответствующем методе определения), ненадолго снимите колонку Снайдера, добавьте 50 mL растворителя для замены и новую кипелку.
11.5.4.2 Снова присоедините колонку Снайдера. Сконцентрируйте экстракт, при необходимости повысив температуру водяной бани для поддержания надлежащей скорости перегонки.
11.5.5 Снимите колонку Снайдера. Промойте колбу K-D и нижние соединения колонки Снайдера 1 – 2 mL растворителя, направляя промывную жидкость в пробирку для концентрирования. Экстракт может быть дополнительно сконцентрирован одним из способов, описанных в разделе 11.6, либо доведён до конечного объёма 5,0 – 10,0 mL подходящим растворителем (см. таблицу 2 или соответствующий метод определения). При наличии кристаллов серы перейдите к методу 3660 для очистки.
11.6 Если необходимо дальнейшее концентрирование, используйте метод с микроколонкой Снайдера (см. раздел 11.6.1) или метод выпаривания в потоке азота (см. раздел 11.6.2).
11.6.1 Метод с микроколонкой Снайдера
11.6.1.1 Добавьте новую чистую кипелку в пробирку для концентрирования и присоедините микроколонку Снайдера с двумя шариками непосредственно к пробирке. Присоедините стеклянную аппаратуру для улавливания паров растворителя (холодильник и приёмное устройство) к микроколонке Снайдера аппарата K-D, следуя инструкциям производителя. Предварительно смочите колонку Снайдера, добавив 0,5 mL метиленхлорида или растворителя для замены в верхнюю часть колонки. Поместите аппарат для микроконцентрирования в горячую водяную баню так, чтобы пробирка для концентрирования была частично погружена в горячую воду. При необходимости отрегулируйте вертикальное положение аппарата и температуру воды, чтобы завершить концентрирование за 5 – 10 min. При надлежащей скорости перегонки шарики колонки будут активно постукивать, но камеры не будут заливаться жидкостью.
11.6.1.2 Когда видимый объём жидкости достигнет 0,5 mL, снимите аппарат с водяной бани и дайте жидкости стечь, а аппарату остыть в течение не менее 10 min. Снимите колонку Снайдера и промойте её нижние соединения 0,2 mL растворителя, направляя промывную жидкость в пробирку для концентрирования. Доведите конечный объём экстракта до 1,0 – 2,0 mL.
ВНИМАНИЕ: Не допускайте выпаривания экстракта досуха, поскольку это приведёт к значительной потере некоторых аналитов. Фосфорорганические пестициды особенно подвержены таким потерям.
11.6.2 Метод выпаривания в потоке азота
11.6.2.1 Поместите пробирку для концентрирования в тёплую баню (30 degC) и выпаривайте растворитель до объёма 0,5 mL с помощью слабого потока чистого сухого азота (отфильтрованного через колонку с активированным углём).
ВНИМАНИЕ: Между угольной ловушкой и образцом нельзя использовать новые пластиковые трубки, поскольку они могут вносить фталаты, создающие мешающие влияния.
11.6.2.2 Во время концентрирования несколько раз обмойте внутреннюю стенку пробирки растворителем. Во время выпаривания расположите пробирку для концентрирования так, чтобы избежать попадания конденсирующейся воды в экстракт. При обычном выполнении процедуры нельзя допускать высыхания экстракта.
ВНИМАНИЕ: Не допускайте выпаривания экстракта досуха, поскольку это приведёт к значительной потере некоторых аналитов. Фосфорорганические пестициды особенно подвержены таким потерям.
11.7 Теперь экстракт может быть подвергнут процедурам очистки или проанализирован на целевые аналиты с использованием соответствующей методики или методик определения. Если дальнейшая обработка экстракта не будет проводиться немедленно, закройте пробирку для концентрирования пробкой и храните её в холодильнике. Если экстракт будет храниться более 2 дней, его следует перенести во флакон с навинчивающейся крышкой с прокладкой из PTFE и надлежащим образом промаркировать.
12. Анализ данных и расчёты
Расчёты, непосредственно связанные с этой процедурой экстракции, отсутствуют. Расчёт окончательных результатов анализа образцов приведён в соответствующем методе определения.
13. Характеристики метода
14. Предотвращение загрязнения окружающей среды
14.1 Предотвращение загрязнения охватывает любые способы, уменьшающие или исключающие количество и/или токсичность отходов в месте их образования. В лабораторной деятельности существует множество возможностей для предотвращения загрязнения. EPA установило предпочтительную иерархию методов экологического управления, в которой предотвращение загрязнения является первоочередным вариантом управления. Когда это осуществимо, персоналу лаборатории следует применять методы предотвращения загрязнения для решения вопросов образования отходов. Если уменьшение отходов у источника практически неосуществимо, Агентство рекомендует переработку как следующий по предпочтительности вариант.
14.2 Информацию о предотвращении загрязнения, которая может быть применима к лабораториям и исследовательским учреждениям, см. в публикации Less is Better: Laboratory Chemical Management for Waste Reduction, доступной в Департаменте по связям с государственными органами и научной политике Американского химического общества, 1155 16th St., N.W. Washington, D.C. 20036, https://www.acs.org.
15. Обращение с отходами
Литература/Источники
- U.S. EPA, «Interlaboratory Comparison Study: Methods for Volatile and Semi-Volatile Compounds,» Environmental Monitoring Systems Laboratory, Office of Research and Development, Las Vegas, NV, EPA 600/4-84-027, 1984.
- C. S. Hein, P. J. Marsden, A. S. Shurtleff. Evaluation of Methods 3540 (Soxhlet) and 3550 (Sonication) for Evaluation of Appendix IX Analytes from Solid Samples. S-CUBED, Report for EPA Contract 68-03-33-75, Work Assignment No. 03, Document No. SSS-R- 88-9436, October, 1988.
- I. De La Calle, N. Cabaleiro, M. Costas, F. Pena, S. Gil, I. Lavilla, C. Bendicho (2011):
Ultrasound-assisted extraction of gold and silver from environmental samples using different extractants followed by electrothermal-atomic absorption spectrometry. Microchemical Journal, Volume 97, Issue 2, 2011. 93-100.
Полезные сведения
Ультразвуковые гомогенизаторы тканей часто называют зондовыми ультразвуковыми аппаратами, ультразвуковыми лизаторами, ультразвуковыми разрушителями, ультразвуковыми измельчителями, соноразрушителями, сонификаторами, ультразвуковыми дезинтеграторами, разрушителями клеток, ультразвуковыми диспергаторами или устройствами для растворения. Различные термины обусловлены разнообразием задач, которые можно выполнять с помощью обработки ультразвуком.
Сонотроды разных размеров для UP200Ht