VialTweeter – sonoreaktor för extraktion av spårmineraler ur jord

För att övervaka markens hälsa och föroreningsgrad måste föroreningar som spårmineraler extraheras och mätas. VialTweeter underlättar avsevärt extraktionen före analys i laboratoriets arbetsflöden. Extraktion av spårmineraler ur jordprover är ett utmärkt exempel som visar hur effektiv och tillförlitlig VialTweeter är när det gäller att förbättra extraktionsresultaten.

Extraktion av spårmineraler ur jordprover

Extraktion av spårmineraler ur jord är ett avgörande analyssteg inom miljöövervakning, geokemiska studier och jordbruksbedömningar. Traditionella metoder, däribland syrauppslutning, mikroextraktion och mikrovågsassisterad extraktion, är ofta tidskrävande, reagenskrävande och/eller miljöfarliga.
VialTweeter, en sonoreaktor med högeffektultraljud, är ett överlägset alternativ som ger effektivare extraktion, kortare bearbetningstid och minimal reagensförbrukning. Denna nya metod förbättrar avsevärt utbytet av spårämnen ur jordmatriser och säkerställer mer exakta och reproducerbara resultat samtidigt som principerna för grön analytisk kemi följs.

Extraktion av spårmineraler ur jord med ultraljudsbehandlaren VialTweeter för flera provrör

Carretero-Peña et al. (2021) genomförde en studie som visar att VialTweeter är ett mycket effektivt verktyg för att extrahera spårmineraler ur jord. De viktigaste detaljerna och resultaten från deras forskning beskrivs nedan.

Ultraljudsextraktion med VialTweeter:
4,0–7,5 mg jord vägs upp i 1,5 mL Eppendorf-rör. En bestämd volym HNO₃-lösning (0,60–1,5 mL) tillsätts och rören försluts innan de placeras i en VialTweeter-sonoreaktor. Proverna genomgår ultraljudsextraktion vid rumstemperatur i 450 sek. Efter ultraljudsbehandlingen centrifugeras de vid 3500 rpm i 10 minuter. En del av supernatanten överförs med mikropipett till en 10 mL-kolv, där den späds med 5,0% HNO₃. En internstandard av germanium (Ge IV) tillsätts för att uppnå en slutkoncentration på 10 ng/mL före analysen.
Tidsåtgång med VialTweeter: 450 sekunder
 

Syrauppslutning av jordprover:
50 mg jord behandlas med 2,5 mL HNO₃ och 5,0 mL HF i slutna uppslutningskärl av Teflon vid 90°C i 8 timmar. Kärlen öppnas sedan och 2,5 mL HClO₄ tillsätts innan blandningen indunstas till torrhet vid 200°C på en värmeplatta. Därefter tillsätts 1,0 mL HNO₃ och indunstningen upprepas. Det sista steget innebär att återstoden löses i 2,5 mL HNO₃, lösningen överförs till en 50 mL-mätkolv och volymen fylls upp med ultrarent vatten. Internstandarder av indium (In III) och yttrium (Y III) (50 μL av en 10 mg/L-lösning) tillsätts för att säkerställa noggrannheten i den efterföljande grundämnesanalysen.
Tidsåtgång för syrauppslutning: 8 timmar
 

Optimering av extraktionsförhållanden

Forskarna testade olika extraktionsförhållanden för att få ut största möjliga mängd spårmineraler ur jordproverna. Dessa förhållanden maximerar utbytet av spårämnen samtidigt som syraanvändningen minimeras och den totala extraktionstiden minskas jämfört med traditionella uppslutningsmetoder.

Jämförelse av extraktionseffektivitet: VialTweeter jämfört med syrauppslutning

Den jämförande utvärderingen av mineralutbytet vid extraktion mot referensprover som extraherats genom syrauppslutning framhäver den utmärkta effektiviteten och tillförlitligheten hos ultraljudsbehandlaren VialTweeter för flera provrör.

En extraktionseffektivitet över 100% innebär att mängden av ett visst grundämne som extraheras ur ett prov överstiger det förväntade värdet eller referensvärdet.

Med VialTweeter underlättar effektiv extraktion av ämnen ur prover med hög provgenomströmning det dagliga arbetsflödet i analyslaboratorier.

1. Snabbare extraktion – Minskar tidsåtgången drastiskt från timmar till minuter.
2. Minimal provkontaminering – Konstruktionen med förslutna provflaskor förhindrar luftburen kontaminering eller korskontaminering.
3. Hög reproducerbarhet – Jämn energifördelning mellan provflaskorna eliminerar variationer.
4. Miljövänlig – Minskar syraförbrukningen och mängden farligt avfall.
5. Skalbar och med hög provgenomströmning – Lämplig för snabba miljöövervakningsprogram.

Sonoreaktorn VialTweeter

Mekanism för ultraljudsassisterad extraktion (UAE)

Funktionsprincipen för sonoreaktorn VialTweeter är kraftfull ultraljudskavitation, ett fysikaliskt fenomen som skapar lokalt höga skjuvkrafter och tryckskillnader i ett vätskemedium. Detta fenomen underlättar nedbrytningen av jordpartiklar och förbättrar effektiviteten vid urlakning av metalljoner till ett extraktionslösningsmedel.

Viktiga fördelar med ultraljudskavitation vid extraktion ur jord:

• Förbättrad sönderdelning av matrisen: Mikrojets som uppstår genom kavitation förbättrar lösningsmedlets inträngning i jordpartiklarna.
• Minskad partikelstorlek: De mekaniska krafterna bryter ned aggregat och frilägger en större yta för mineralextraktion.
• Ökad reaktionskinetik: Snabbare desorption och upplösning av spårmetaller i lösningen.
• Minimerad reagensanvändning: En lägre syrakoncentration minskar miljöpåverkan utan att försämra extraktionseffektiviteten.

VialTweeters konfiguration och konstruktion

VialTweeter-systemet består av ett titanblock med 10 platser för provflaskor, vilket säkerställer en jämn fördelning av ultraljudsenergin. Det drivs av en ultraljudsgenerator på 200 watt vid en frekvens på 26 kHz och överför lika mycket energi till varje prov, vilket säkerställer enhetliga och reproducerbara extraktioner i flera provflaskor samtidigt.

Viktiga egenskaper:

• Jämn ultraljudsbehandling med hög effekt för satsvis bearbetning.
• Eliminering av korskontaminering genom att provflaskorna är isolerade från varandra.
• Minimal provförlust i förslutna reaktionskärl.
• Skalbarhet för miljöövervakning med hög provgenomströmning.

VialTweeter finns även som en ultraljudsbehandlarmodell för ett enda provrör för tillförlitlig provberedning i Falcon-rör. Läs mer om den specialanpassade modellen för ett enda provrör för steril ultraljudsbehandling av Falcon-rör!

Konstruktion, tillverkning och rådgivning – kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielschers ultraljudsbehandlare är välkända för sina högsta kvalitets- och konstruktionsstandarder. Robusthet och enkel användning möjliggör en smidig integrering av våra ultraljudsbehandlare i industrianläggningar. Hielschers ultraljudsbehandlare klarar enkelt tuffa förhållanden och krävande miljöer.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsbehandlare med den senaste tekniken och hög användarvänlighet. Självklart är Hielschers ultraljudsbehandlare CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

Hielschers modeller av beröringsfria ultraljudsbehandlare UIP400MTP för mikroplattor, VialTweeter och CupHorn: snabb provberedning med hög provgenomströmning