Udostępnij artykuł
Chromatografia jonowa i filtracja próbek idą w parze, ponieważ ten etap obróbki wstępnej jest zalecany dla większości matryc próbek. Istotne jest unikanie wstrzykiwania cząstek, glonów lub bakterii do układu IC, ponieważ mogą one stanowić zagrożenie zarówno dla urządzenia, jak i dla kolumny separacyjnej. Próbki są często przygotowywane ręcznie, na przykład poprzez filtrację lub wirowanie aby usunąć zanieczyszczenia i przeszkadzające składniki matrycy. Bardziej wydajnym sposobem przygotowania próbek do analizy IC jest zastosowanie technik Metrohm Inline Sample Preparation (MISP) pozwalające na automatyzację procesu. Ultrafiltracja lub dializa firmy Metrohm mogą być stosowane do ochrony systemu IC przed szkodliwymi składnikami matrycy, przy jednoczesnym ograniczeniu pracy ręcznej i zwiększeniu przepustowości próbek.
Kliknij poniżej, aby dowiedzieć się więcej na każdy temat.
Dlaczego próbki należy filtrować przed analizą metodą chromatografii jonowej?
Różne rodzaje wody (np. woda procesowa, woda powierzchniowa, ścieki), jak również napoje, ekstrakty i roztwory fermentacyjne mogą uszkodzić układ IC. Cząsteczki, muł lub pozostałości roślinne w próbce nie tylko zanieczyszczają układ IC, ale mogą również gromadzić się w materiale kolumny separacyjnej. W wyniku gromadzenia się cząstek, pojemność wymiany kolumny (wymagana do odpowiedniej separacji pików) maleje w połączeniu z szybkim wzrostem ciśnienia w układzie. W związku z tym cierpi na tym rozdzielczość pików, a całkowity czas życia kolumny ochronnej, jak również kolumny separacyjnej, jest znacznie zmniejszony.
Ultrafiltracja Metrohm
Ręczna filtracja jest dobrze znanym etapem przygotowania próbki. Próbka jest najpierw zasysana do strzykawki, a następnie przepuszczana przez odpowiedni filtr, gdy jest wstrzykiwana do pojemnika na próbkę. Jest to pracochłonne, często powtarzalne zadanie, wymagające zarówno czasu, jak i kosztownych materiałów eksploatacyjnych. W wyniku tego powstaje znaczna ilość odpadów.
Technika Ultrafiltracji Metrohm jest w pełni zautomatyzowanym rozwiązaniem tych wad. Ultrafiltracja jest najczęściej stosowaną techniką MISP. To rozwiązanie pozwala użytkownikom analizować ponad 100 próbek za pomocą tylko jednej membrany ultrafiltracyjnej. W zależności od matrycy, jedna membrana ultrafiltracyjna może posłużyć nawet do przefiltrowania do 500 lub 600 próbek.
W powiązanym wpisie na blogu poniżej można znaleźć nasze zalecenia dotyczące tego, kiedy należy wymienić membranę ultrafiltracyjną.
Kiedy należy wymienić membranę filtracyjną?
Technicznie rzecz biorąc, systemy ultrafiltracji można dodać, aby ulepszyć dowolny system chromatograficzny Metrohm. Jedynym wymaganiem jest wyposażenie autosamplera w pompę perystaltyczną. Poniższy schemat blokowy przedstawia zasadę podłączenia systemu ultrafiltracyjnego (Animacja 1).
Animacja 1. Animacja pt Konfiguracja Anionów ProfIC Vario 2 z komorą ultrafiltracyjną, jak opisano w następnej sekcji.
Po umieszczeniu niefiltrowanych próbek w podajniku próbek i wprowadzeniu ich na listę próbek MagIC Net użytkownik nie musi już nic więcej robić. Autosampler zasysa próbkę z fiolki, doprowadzając roztwór do komory ultrafiltracyjnej (Animacja 1).
Komora ultrafiltracyjna Metrohm
Komora ultrafiltracyjna składa się z dwóch komór ze wspólną spiralną ścieżką przepływu. Komory te są połączone z dwiema oddzielnymi pompami perystaltycznymi i są oddzielone membraną (Animacje 1 i 2). Unikalna koncepcja Metrohm Inline Ultrafiltration polega na tym, że tylko część próbki jest filtrowana przez powierzchnię membrany (Animacja 2). Większość próbki jest prowadzona po stronie próbki membrany ultrafiltracyjnej w kierunku strumienia odpadów. Pozwala to na ciągły przepływ po stronie próbki, zapobiegając przyleganiu cząstek do filtra. Cząsteczki i inne niepożądane składniki matrycy są wypłukiwane w sposób ciągły, dzięki czemu nie może powstać placek filtracyjny. „Czysty” filtrat (roztwór po filtracji) jest wprowadzany do pętli próbki w celu wstrzyknięcia próbki do chromatografu jonowego.
Animacja 2. Zasada działania ultrafiltracji jest pokazana tutaj. Na dnie próbka w sposób ciągły przepływa spiralnie zwiniętą ścieżką i trafia do strumienia odpadów. Ten ciągły przepływ pozwala uniknąć zatykania się i tworzenia się osadu filtracyjnego po stronie próbki, podczas gdy filtrat przechodzi przez membranę (w środku) i jest transportowany do pętli iniekcyjnej (na górze). Próbka i filtrat są pompowane z różnymi prędkościami, co ułatwia proces filtracji pod ciśnieniem bez uszkadzania powierzchni membrany.
Standardowa membrana filtracyjna oferowana przez firmę Metrohm (Rysunek 1) jest wykonany z regenerowanej celulozy o wielkości porów 0,20 µm. Rozmiar porów jest znacznie mniejszy niż w przypadku innych technologii membranowych, takich jak ręczne membrany filtracyjne czy dedykowane nasadki filtracyjne oferowane przez różnych producentów. Cząsteczki o wielkości 0,5 µm i większe mogą już tworzyć blokady w materiale kolumny. Ze względu na mały rozmiar porów membrany Metrohm może zagwarantować, że żadne cząstki większe niż 0,20 µm nie dostaną się i nie wpłyną na system analityczny ani go nie uszkodzą.
Testy wydajności systemu ultrafiltracji z materiałem membrany celulozowej w ciągu ostatnich kilku lat wykazały znikome zanieczyszczenie przez wypłukiwanie, co zapewnia użytkownikom bardzo dobre i niezawodne wrażenia. Ponadto konfiguracja jest elastyczna i może być dostosowana do potrzeb laboratorium. Można również zastosować inne membrany ultrafiltracyjne dostępne na rynku. Wymaga to jednak dokładnego przetestowania przez konsumenta w celu wykluczenia jakichkolwiek efektów analitycznych lub uprzedzeń przed wykonaniem analiz.
Po wstrzyknięciu przefiltrowanej próbki na kolumnę IC cała ścieżka próbki (w tym komora ultrafiltracyjna) jest dokładnie płukana jednym lub wieloma roztworami płuczącymi równolegle do detekcji. Standardowe płukanie odbywa się wodą ultraczystą. W razie potrzeby przed ultraczystą wodą można użyć dodatkowych roztworów płuczących (np. 30% metanolu), aby uniknąć rozwoju bakterii na ścieżce próbki. Ważne jest, aby zawsze używać ultraczystej wody jako końcowego roztworu do płukania, ponieważ będzie to podłoże, w którym będzie przechowywana komora ultrafiltracyjna. Dzięki tej procedurze płukania zagwarantowana jest ultrafiltracja mniej niż 0,1% przeniesienia między próbkami.
Ultrafiltracja Metrohm można również łączyć z innymi technikami MISP wymienionymi w Część 1 tej serii. Dodanie inteligentnej techniki nastrzyku w częściowej pętli (MiPT) firmy Metrohm lub rozcieńczania w linii do systemu IC może automatycznie przygotować każdą próbkę tak, aby mieściła się w skalibrowanym zakresie stężeń. Te techniki przygotowania próbek są potężnymi narzędziami, które zapewniają dodatkową ochronę systemu, przedłużają żywotność kolumny separacyjnej, oszczędzają znaczną ilość czasu w laboratorium oraz ograniczają koszty konserwacji i inne koszty do minimum.
Dializa Metrohm
Często stosuje się klarowanie odczynnikami Carreza lub dializę offline w celu usunięcia koloidów, białek, kropli oleju i innych substancji z matryc próbek o dużym ładunku organicznym. Próbki z tego rodzaju matrycą to soki owocowe i warzywne, mleko, mleko modyfikowane dla niemowląt i inne produkty mleczne. Tradycyjnie tłuszcz i białka wytrąca się z próbki przez kolejne dodanie odczynnika Carreza I (heksacyjanożelazian potasu (II)) i odczynnika Carreza II (octan cynku). Po wytrąceniu roztwór odwirowuje się i filtruje, a klarowny roztwór wstrzykuje się i analizuje metodą IC. Ta wstępna obróbka obejmuje kilka ręcznych etapów oraz znaczną ilość odczynników i sprzętu analitycznego. W przeciwieństwie do tego Metrohm oferuje zautomatyzowane, wbudowane rozwiązanie do przygotowywania próbek w takich sytuacjach. Metrohm Inline Dialysis jest bardzo ekonomicznym rozwiązaniem alternatywnym do innych czasochłonnych procesów wstępnej obróbki próbek i nie wymaga stosowania odczynników chemicznych.
Celka dializacyjna Metrohm (Rysunek 2) jest sercem tej techniki, składa się z dwóch komór oddzielonych membraną z octanu celulozy, podobnie jak układ komór i membran stosowanych w ultrafiltracji Metrohm. Jednak w przeciwieństwie do zasady ultrafiltracji, w przypadku dializy stosowana jest zasada zatrzymania przepływu. Umożliwia to przechodzenie analitów przez powierzchnię membrany na drodze dyfuzji, podczas gdy szkodliwe składniki matrycy, takie jak cząsteczki, olej, tłuszcz i większe białka są wykluczone. Ponieważ matryca jest stale wypłukiwana, zanieczyszczanie membrany jest hamowane i zapobiega się tworzeniu się placka filtracyjnego, ponieważ nie jest stosowane żadne ciśnienie.
Chromatografy jonowe 930 i 940 firmy Metrohm można łatwo rozbudować o zestaw z dializą . Jednak zarówno chromatograf jonowy, jak i podajnik próbek muszą być wyposażone w pompy perystaltyczne. Standardowa konfiguracja techniczna jest pokazana na Animacji 3.
Animacja 3. Standardowa konfiguracja do dializy z Systemem anionowym ProfIC Vario 3. Roztwór próbki jest w sposób ciągły pompowany z podajnika próbek do komory próbki komory dializacyjnej przez spiralną ścieżkę przepływu. Komora próbki jest oddzielona od komory akceptora membraną z octanu celulozy. Ta ostatnia komora jest wypełniona roztworem akceptorowym. Stosując zasadę zatrzymania przepływu, tylko jony przechodzą przez membranę na drodze dyfuzji, a roztwór akceptorowy jest wzbogacany aż do osiągnięcia równowagi. Roztwór akceptorowy jest następnie pompowany do pętli próbki IC – po czym jest wtryskiwany na kolumnę w celu oddzielenia analitów i ich późniejszego wykrycia (np. stłumione przewodnictwo).
Porównanie klarowania Carreza i dializy Metrohm na próbkach mleka
Przeprowadzono dokładne badanie w celu porównania wydajności dwóch metod przygotowania próbek do analizy próbek mleka metodą chromatografii jonowej: dializy Metrohm i klarowania Carreza. Ogólnie rzecz biorąc, obie konfiguracje systemu IC dały porównywalne wyniki w okresie testowym wynoszącym sześć miesięcy, podczas którego wykonano około 2000 wstrzyknięć próbek mleka.
Jednym z monitorowanych parametrów było ciśnienie w układzie chromatograficznym. Jeśli jest podniesione, może to wskazywać na obecność blokad lub degradację kolumny separacyjnej. Ciśnienie w układzie pozostawało bardzo stabilne przez całą serię testów. Standardy kontroli jakości były również wstrzykiwane w określonych odstępach czasu i monitorowane w celu sprawdzenia działania kolumny. Na spadek wydajności kolumny wskazuje rozwój słabego kształtu piku i tendencja do zmniejszania rozdzielczości, co skutkuje wartościami odzysku poniżej normy. Ten parametr można wywołać, jeśli tłuszcz, białka lub cząstki dostaną się do kolumny separacyjnej. Jednak seria testów wykazała, że odzyski standardów kontroli jakości (chlorek, azotan i azotyn) pozostały dość stabilne dla obu konfiguracji (Rysunek 3).
Nie było prawie żadnego wpływu na żywotność kolumny dla obu konfiguracji układów scalonych. Jednak obszerne porównanie tradycyjnej ręcznej metody przygotowania próbek (klarowanie metodą Carreza) z automatyczną dializą Metrohm Inline dowiodło skuteczności tego drugiego procesu membranowego w zakresie właściwej ochrony systemu analitycznego przed bakteriami, białkami, tłuszczami i innymi zanieczyszczeniami przy jednoczesnej minimalizacji całego laboratorium pracochłonność i zużycie środków chemicznych. Więcej szczegółów na temat tego badania można znaleźć w naszej białej księdze «Uproszczona analiza produktów mlecznych za pomocą Metrohm Inline Dialysis».
Jako taki, Metrohm Inline Dialysis okazał się idealnym narzędziem do przygotowywania próbek produktów mlecznych, takich jak próbki mleka. Może być stosowany do szerokiego zakresu próbek żywności, ale także do trudnych próbek w innych sektorach przemysłu, takich jak biochemia, paliwa i farmaceutyki. Na końcu tego artykułu przedstawiono kilka przykładów zastosowań dla tych branż.
Wniosek
Obie opisane w tym artykule techniki przygotowywania próbek w trybie membranowym (ultrafiltracja i dializa) są potężnymi narzędziami, które ułatwiają powtarzalną pracę w laboratorium. Nie tylko to — pomagają również zabezpieczyć system chromatograficzny, jednocześnie zmniejszając ogólne koszty analizy i ilość używanych odczynników. Niemniej jednak matryca próbki jest ostatecznym decydentem decydującym o tym, czy wybrać ultrafiltrację Metrohm czy dializę Metrohm.
Dodatkowa wiedza (dokumenty w angielskiej wersji językowej):
Wideo: Podstawy obsługi i pracy z chromatografami jonowymi
Nota aplikacyjna: Cztery aniony w preparacie białkowym przy użyciu dializy do przygotowania próbki
Dowiedz się więcej o skutecznym przygotowaniu próbek do chromatografu jonowego
Niniejsza monografia zawiera przegląd technik przygotowania próbek do chromatografii jonowej i bardziej szczegółowo opisuje ekstrakcję w fazie stałej, techniki inline, dializę, techniki ekstrakcji, konwencjonalne techniki trawienia i środki zapewnienia jakości w oznaczaniu stężenia za pomocą technik przygotowania próbek dla IC.
Uproszczona analiza produktów mlecznych za pomocą Dializy Metrohm
W niniejszej białej księdze porównano zautomatyzowaną ultrafiltrację i dializę Metrohm z tradycyjną procedurą klarowania Carreza do analizy próbek mleka metodą chromatografii jonowej (IC). Ciągłe serie testów trwające około sześciu miesięcy dowiodły, że dializa jest niezawodną i wartościową alternatywą dla obróbki produktów mlecznych przed analizą chromatografii jonowej.
