Protección de sistemas IC con ultrafiltración en línea y diálisis en línea de Metrohm

6 mar 2023

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Este artículo es Parte 2 de una serie.

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La cromatografía iónica y la filtración de muestras van de la mano, ya que este paso de pretratamiento se recomienda para la mayoría de las matrices de muestras. Es fundamental evitar inyectar partículas, algas o bacterias en el sistema IC, ya que pueden poner en peligro tanto el instrumento como la columna de separación. Las muestras a menudo se preparan manualmente, por ejemplo, mediante filtración o centrifugación para eliminar los contaminantes y los componentes de la matriz que interfieren. Una forma más eficiente de preparar muestras para el análisis de IC es mediante el uso de técnicas de preparación de muestras en línea (MISP) de Metrohm para automatizar el proceso. Tanto la ultrafiltración en línea (UF) como la diálisis en línea de Metrohm se pueden usar para proteger el sistema IC de los componentes de matriz dañinos y, al mismo tiempo, reducir el trabajo manual y aumentar el rendimiento de las muestras.

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¿Por qué se deben filtrar las muestras antes del análisis por cromatografía iónica?
Ultrafiltración inline de Metrohm
Diálisis inline de Metrohm
Comparación de la clarificación de Carrez y la diálisis en línea de Metrohm en muestras de leche

¿Por qué se deben filtrar las muestras antes del análisis por cromatografía iónica?

Varios tipos de agua (p. ej., agua de proceso, agua superficial, aguas residuales), así como bebidas, extractos y soluciones de digestión, pueden dañar un sistema IC. Las partículas, el sedimento o los residuos de plantas en una muestra no solo contaminarán el sistema IC, sino que también pueden acumularse dentro del material de la columna de separación. Como resultado de la acumulación de partículas, la capacidad de intercambio de la columna (requerida para la separación adecuada de picos) disminuye en combinación con un rápido aumento en la presión del sistema. Por lo tanto, la resolución máxima se resiente y la vida útil total de la precolumna y de la columna de separación se reduce sustancialmente.

Ultrafiltración inline de Metrohm

La filtración manual es un paso de preparación de muestras bien conocido. La muestra se aspira primero en una jeringa y luego se pasa a través de un filtro adecuado mientras se inyecta en un recipiente de muestra. Esta es una tarea que requiere mucha mano de obra, a menudo repetitiva, que requiere tiempo y productos consumibles costosos. Se produce una cantidad importante de residuos como consecuencia de la consumibles usados.

La técnica de ultrafiltración en línea de Metrohm es una solución completamente en línea y automatizada para estos inconvenientes. La ultrafiltración en línea es la técnica MISP más utilizada. Esta solución permite a los usuarios analizar más de 100 muestras con una sola membrana de ultrafiltración. Dependiendo de la matriz, una membrana de UF puede usarse incluso para filtrar hasta 500 o 600 muestras.

En la publicación de blog relacionada a continuación, puede encontrar nuestras recomendaciones sobre cuándo se debe cambiar una membrana UF.

¿Cuándo tengo que cambiar la membrana de filtración por Ultrafiltración Inline?

Técnicamente, se pueden agregar sistemas de ultrafiltración para actualizar cualquier CI de Metrohm. El único requisito es que el muestreador automático debe estar equipado con una bomba peristáltica. El siguiente diagrama de flujo muestra el principio de conexión para sistemas UF (Animación 1).

Una vez que las muestras sin filtrar se colocan en el cambiador de muestras y se ingresan en la lista de muestras de MagIC Net, no se requiere nada más por parte del usuario. El muestreador automático aspirará la muestra de su vial, llevando la solución hacia la celda de UF (Animación 1).

La celda de ultrafiltración de Metrohm

La celda de UF consta de dos cámaras con una ruta de flujo en espiral compartida. Estas cámaras están conectadas a dos bombas peristálticas separadas y están separadas por una membrana (Animaciones 1 y 2). El concepto exclusivo de la ultrafiltración en línea de Metrohm es que solo se filtra una parte alícuota de la muestra a través de la superficie de la membrana (Animación 2). La mayor parte de la muestra se guía por el lado de la muestra de la membrana de ultrafiltración hacia el flujo de residuos. Esto permite un flujo continuo en el lado de la muestra, evitando que las partículas se adhieran al filtro. Las partículas y otros componentes de la matriz no deseados se eliminan continuamente para que no se forme torta de filtración. El filtrado «limpio» se llena en el bucle de muestras para la inyección de muestras en el cromatógrafo iónico.

La membrana UF estándar ofrecida por Metrohm (Figura 1) está hecho de celulosa regenerada con un tamaño de poro de 0,20 µm. El tamaño de los poros es mucho más pequeño que el de otras tecnologías de membrana, como las membranas de filtro manual o las tapas de filtración dedicadas que ofrecen diferentes fabricantes. Las partículas de 0,5 µm y más grandes ya pueden crear bloqueos dentro del material de la columna. Debido al pequeño tamaño de poro de la membrana, Metrohm puede garantizar que no entren partículas mayores de 0,20 µm que afecten o dañen el sistema analítico.

Las pruebas de rendimiento del sistema de ultrafiltración con el material de la membrana de celulosa durante los últimos años han mostrado una contaminación insignificante por lixiviación, lo que brinda a los usuarios una experiencia muy buena y confiable. Además, la configuración es flexible y se puede adaptar a las necesidades del laboratorio. También se pueden utilizar otras membranas de ultrafiltración disponibles en el mercado. Sin embargo, estos requieren pruebas exhaustivas por parte del consumidor para excluir cualquier efecto analítico o sesgo antes de realizar los análisis.

Una vez que la muestra filtrada se ha inyectado en la columna IC, la ruta completa de la muestra (incluida la celda de UF) se enjuaga minuciosamente con una o varias soluciones de lavado en paralelo a la detección. El enjuague estándar se realiza con agua ultrapura (UPW). Si es necesario, se pueden usar soluciones de enjuague adicionales (p. ej., metanol al 30 %) antes de la UPW para ayudar a evitar el crecimiento de bacterias en la ruta de la muestra. Es importante utilizar siempre UPW como solución de aclarado final, ya que este será el medio en el que se almacenará la celda de UF. Con este procedimiento de enjuague en línea, la ultrafiltración en línea garantiza menos del 0,1 % de transferencia entre muestras.

La ultrafiltración en línea Metrohm también se puede combinar con otras técnicas MISP mencionadas en parte 1 de esta serie Agregar la técnica inteligente de inyección de bucle parcial (MiPT) de Metrohm o la dilución en línea al sistema IC puede preparar automáticamente cada muestra para que se encuentre dentro del rango de concentración calibrado. Estas técnicas de preparación de muestras son herramientas poderosas que ofrecen protección adicional del sistema, prolongan la vida útil de la columna de separación, ahorran mucho tiempo en el laboratorio y reducen al mínimo el mantenimiento y otros costos.

Diálisis inline de Metrohm

A menudo, la clarificación de Carrez o la diálisis fuera de línea se utilizan para eliminar coloides, proteínas, gotas de aceite y más de matrices de muestras con altas cargas orgánicas. Las muestras con este tipo de matriz incluyen jugos de frutas y vegetales, leche, fórmula infantil y otros productos lácteos. Tradicionalmente, la grasa y las proteínas se precipitan de la muestra mediante la adición consecutiva del reactivo de Carrez I (hexacianoferrato de potasio (II)) y el reactivo de Carrez II (acetato de zinc). Después de la precipitación, la solución se centrifuga y se filtra, y la solución clara sobrenadante se inyecta y analiza por CI. Este pretratamiento implica varios pasos manuales y una cantidad considerable de productos químicos y equipos. Por el contrario, Metrohm ofrece una solución en línea automatizada para la preparación de muestras en estas situaciones. Metrohm Inline Dialysis es una solución alternativa muy económica a otros pretratamientos de muestras que requieren mucho tiempo y no requiere el uso de reactivos químicos.

El Célula de diálisis de bajo volumen Metrohm (Figura 2) en el corazón de esta técnica consta de dos cámaras separadas por una membrana de acetato de celulosa, similar a la configuración de celda y membrana utilizada para la ultrafiltración en línea. Sin embargo, a diferencia del principio de ultrafiltración en línea, el principio de flujo detenido se aplica con la diálisis en línea. Esto permite que los analitos pasen a través de la superficie de la membrana por medio de la difusión mientras se excluyen los componentes dañinos de la matriz, como partículas, aceite, grasa y proteínas más grandes. Como la matriz se lava constantemente, se inhibe el ensuciamiento de la membrana y se previene la formación de una torta de filtración ya que no se aplica presión.

Las familias de circuitos integrados 930 y 940 de Metrohm pueden actualizarse fácilmente con un kit para uso con diálisis en línea. Sin embargo, tanto el CI como el inyector automático deben estar equipados con bombas peristálticas. La configuración estándar técnica se muestra en Animación 3.

Comparación de la clarificación de Carrez y la diálisis en línea de Metrohm en muestras de leche

Se realizó una investigación exhaustiva para comparar la eficiencia de dos métodos de preparación de muestras para el análisis de muestras de leche mediante cromatografía iónica: diálisis en línea y clarificación de Carrez. En general, ambas configuraciones del sistema IC arrojaron resultados comparables durante el período de prueba de seis meses en el que se realizaron aproximadamente 2000 inyecciones de muestras de leche.

Uno de los parámetros monitoreados fue la presión del sistema. Si se eleva, esto puede indicar la presencia de obstrucciones o degradación de la columna de separación. La presión del sistema se mantuvo muy estable durante toda la serie de pruebas. También se inyectaron estándares de control de calidad a intervalos definidos y se monitorearon para verificar el rendimiento de la columna. El rendimiento decreciente de la columna está indicado por el desarrollo de una forma de pico deficiente y la tendencia a una resolución decreciente, lo que da como resultado valores de recuperación por debajo del estándar. Este parámetro se puede inducir si entran grasas, proteínas o partículas en la columna de separación. Sin embargo, la serie de pruebas mostró que las recuperaciones de los estándares de control de calidad (cloruro, nitrato y nitrito) permanecieron bastante estables para ambas configuraciones (Figura 3).

Casi no hubo ningún efecto en la vida útil de la columna para ambas configuraciones de IC. Sin embargo, la extensa comparación del método tradicional de preparación manual de muestras (clarificación de Carrez) con la diálisis en línea automatizada de Metrohm demostró la eficacia de este último proceso de membrana para proteger adecuadamente el sistema analítico contra bacterias, proteínas, grasas y otros contaminantes, al tiempo que minimiza el laboratorio general. esfuerzo de trabajo y uso de químicos. Puede encontrar más detalles sobre este estudio en nuestro White Paper «Análisis simplificado de productos lácteos con Metrohm Inline Dialysis».

Como tal, Metrohm Inline Dialysis demostró ser la herramienta de preparación de muestras ideal para productos lácteos como muestras de leche. Se puede aplicar a una amplia gama de muestras de alimentos, pero también a muestras difíciles en otros sectores industriales como la bioquímica, los combustibles y los productos farmacéuticos. Al final de este artículo se comparten varios ejemplos de aplicaciones para estas industrias.

Conclusión

Las dos técnicas de preparación de muestras en línea basadas en membranas descritas en este artículo (UF y diálisis) son herramientas poderosas que facilitan el trabajo de laboratorio repetitivo. No solo eso, también ayudan a salvaguardar el sistema IC mientras reducen los costos generales de análisis y la cantidad de productos químicos utilizados. No obstante, la matriz de la muestra es quien toma la decisión final sobre si elegir la ultrafiltración en línea o la diálisis en línea de Metrohm.