VialTweeter – Thiết bị phản ứng siêu âm để chiết khoáng vi lượng từ đất

Để theo dõi tình trạng và mức độ ô nhiễm của đất, các chất ô nhiễm như khoáng vi lượng phải được chiết và định lượng. VialTweeter giúp công đoạn chiết trước phân tích trong quy trình làm việc của phòng thí nghiệm trở nên thuận tiện hơn đáng kể. Việc chiết khoáng vi lượng từ mẫu đất là một ví dụ điển hình cho thấy hiệu quả và độ tin cậy của VialTweeter trong việc cải thiện kết quả chiết.

Chiết khoáng vi lượng từ mẫu đất

Chiết khoáng vi lượng từ đất là một bước phân tích quan trọng trong quan trắc môi trường, nghiên cứu địa hóa và đánh giá nông nghiệp. Các phương pháp truyền thống, bao gồm phân hủy bằng axit, vi chiết và chiết có hỗ trợ vi sóng, thường tốn thời gian, tiêu tốn nhiều thuốc thử và/hoặc gây nguy hại cho môi trường.
VialTweeter, một thiết bị phản ứng siêu âm công suất cao, là giải pháp thay thế vượt trội, mang lại hiệu suất chiết cao hơn, thời gian xử lý ngắn hơn và mức tiêu thụ thuốc thử tối thiểu. Phương pháp mới này cải thiện đáng kể khả năng thu hồi nguyên tố vi lượng từ nền mẫu đất, đảm bảo kết quả chính xác hơn và có độ tái lập cao hơn, đồng thời tuân thủ các nguyên tắc hóa học phân tích xanh.

Chiết khoáng vi lượng từ đất bằng thiết bị siêu âm đa ống VialTweeter

Carretero-Peña và cộng sự (2021) đã thực hiện một nghiên cứu chứng minh rằng VialTweeter là công cụ có hiệu quả cao trong việc chiết khoáng vi lượng từ đất. Các chi tiết và kết quả chính của nghiên cứu được trình bày dưới đây.

Chiết bằng siêu âm với VialTweeter:
Cân 4,0–7,5 mg đất vào các ống Eppendorf 1,5 mL. Thêm một thể tích xác định dung dịch HNO₃ (0,60–1,5 mL), rồi đậy kín các ống trước khi đặt vào thiết bị phản ứng siêu âm VialTweeter. Các mẫu được chiết bằng siêu âm ở nhiệt độ phòng trong 450 sec. Sau khi xử lý siêu âm, các mẫu được ly tâm ở 3500 rpm trong 10 phút. Dùng micropipet chuyển một phần dịch nổi vào bình 10 mL, rồi pha loãng bằng HNO₃ 5,0%. Thêm chất nội chuẩn germani (Ge IV) để đạt nồng độ cuối cùng 10 ng/mL trước khi phân tích.
Thời gian với VialTweeter: 450 giây
 

Phân hủy mẫu đất bằng axit:
Xử lý 50 mg đất bằng 2,5 mL HNO₃ và 5,0 mL HF trong các bình phân hủy Teflon đậy kín ở 90°C trong 8 giờ. Sau đó mở các bình và thêm 2,5 mL HClO₄ trước khi cô hỗn hợp đến khô ở 200°C trên bếp gia nhiệt. Tiếp theo, thêm 1,0 mL HNO₃ và cô lại. Bước cuối cùng gồm hòa tan cặn trong 2,5 mL HNO₃, chuyển dung dịch vào bình định mức 50 mL và thêm nước siêu tinh khiết đến vạch. Thêm các chất nội chuẩn indi (In III) và ytri (Y III) (50 μL dung dịch 10 mg/L) để đảm bảo độ chính xác trong quá trình phân tích nguyên tố tiếp theo.
Thời gian phân hủy bằng axit: 8 giờ
 

Tối ưu hóa điều kiện chiết

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm nhiều điều kiện chiết khác nhau để thu được lượng khoáng vi lượng tối đa từ mẫu đất. Những điều kiện này giúp tối đa hóa khả năng thu hồi nguyên tố vi lượng, đồng thời giảm thiểu lượng axit sử dụng và rút ngắn tổng thời gian chiết so với các phương pháp phân hủy truyền thống.

So sánh hiệu suất chiết: VialTweeter và phân hủy bằng axit

Việc đánh giá so sánh hiệu suất chiết khoáng với các mẫu tham chiếu được chiết bằng phương pháp phân hủy bằng axit cho thấy hiệu quả và độ tin cậy vượt trội của thiết bị siêu âm đa ống VialTweeter.

Hiệu suất chiết lớn hơn 100% có nghĩa là lượng một nguyên tố nhất định được chiết từ mẫu vượt quá giá trị dự kiến hoặc giá trị tham chiếu.

Với VialTweeter, việc chiết các chất từ mẫu một cách hiệu quả với năng suất xử lý mẫu cao giúp quy trình làm việc hằng ngày tại các phòng thí nghiệm phân tích thuận tiện hơn.

1. Chiết nhanh hơn – Rút ngắn đáng kể thời gian từ hàng giờ xuống còn vài phút.
2. Nhiễm bẩn mẫu ở mức tối thiểu – Thiết kế lọ kín ngăn ngừa nhiễm bẩn từ không khí hoặc nhiễm chéo.
3. Độ tái lập cao – Phân bố năng lượng đồng đều giữa các lọ loại bỏ sự biến thiên.
4. Thân thiện với môi trường – Giảm lượng axit tiêu thụ và chất thải nguy hại.
5. Có thể mở rộng quy mô và có năng suất xử lý mẫu cao – Phù hợp với các chương trình quan trắc môi trường nhanh.

Thiết bị phản ứng siêu âm VialTweeter

Cơ chế chiết có hỗ trợ siêu âm (UAE)

Nguyên lý hoạt động của thiết bị phản ứng siêu âm VialTweeter dựa trên hiện tượng xâm thực siêu âm mạnh, một hiện tượng vật lý tạo ra lực cắt lớn và chênh lệch áp suất cục bộ trong môi trường lỏng. Hiện tượng này hỗ trợ phá vỡ các hạt đất và nâng cao hiệu suất chiết rửa ion kim loại vào dung môi chiết.

Những ưu điểm chính của xâm thực siêu âm trong chiết mẫu đất:

• Cải thiện khả năng phá vỡ nền mẫu: Các vi tia do xâm thực tạo ra tăng cường sự thâm nhập của dung môi vào các hạt đất.
• Giảm kích thước hạt: Các lực cơ học phá vỡ các khối kết tụ, làm lộ thêm diện tích bề mặt để chiết khoáng.
• Tăng động học phản ứng: Đẩy nhanh quá trình giải hấp và hòa tan kim loại vi lượng vào dung dịch.
• Giảm thiểu lượng thuốc thử sử dụng: Giảm nồng độ axit giúp giảm tác động đến môi trường mà không làm giảm hiệu suất chiết.

Cấu hình và thiết kế VialTweeter

Hệ thống VialTweeter gồm một khối titan có 10 vị trí đặt lọ, đảm bảo phân bố năng lượng siêu âm đồng đều. Hệ thống được cấp năng lượng bởi một bộ phát siêu âm công suất 200 oát ở tần số 26 kHz và truyền năng lượng bằng nhau đến từng mẫu, đảm bảo quá trình chiết nhất quán và có độ tái lập trên nhiều lọ cùng lúc.

Các tính năng chính:

• Xử lý siêu âm đồng đều ở công suất cao để xử lý theo mẻ.
• Loại bỏ nhiễm chéo nhờ cách ly các lọ.
• Thất thoát mẫu ở mức tối thiểu trong các bình phản ứng kín.
• Khả năng mở rộng quy mô để quan trắc môi trường với năng suất xử lý mẫu cao.

VialTweeter cũng có phiên bản thiết bị siêu âm một ống để chuẩn bị mẫu trong ống Falcon một cách đáng tin cậy. Đọc thêm về phiên bản một ống được tùy chỉnh để xử lý siêu âm ống Falcon trong điều kiện vô trùng!

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng sản xuất tại Đức

Các thiết bị siêu âm Hielscher nổi tiếng với tiêu chuẩn chất lượng và thiết kế cao nhất. Độ bền và khả năng vận hành dễ dàng giúp tích hợp thuận lợi các thiết bị siêu âm của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Các thiết bị siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng những điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi cao.

Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng các thiết bị siêu âm hiệu năng cao có công nghệ tiên tiến nhất và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, các thiết bị siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.

Các mẫu thiết bị siêu âm không tiếp xúc Hielscher UIP400MTP dành cho đĩa vi giếng, VialTweeter và CupHorn: chuẩn bị mẫu tốc độ cao với năng suất xử lý mẫu cao