Protection des systèmes IC avec l'ultrafiltration et la dialyse en ligne Metrohm

6 mars 2023

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Cet article est Partie 2 d'une série.

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La chromatographie ionique et la filtration des échantillons vont de pair puisque cette étape de prétraitement est conseillée pour la majorité des matrices d'échantillons. Il est essentiel d'éviter d'injecter des particules, des algues ou des bactéries dans le système de CI, car elles peuvent compromettre à la fois l'instrument et la colonne de séparation. Les échantillons sont souvent préparés manuellement, par exemple par filtration ou centrifugation, afin d'éliminer les contaminants et les composants de la matrice qui interfèrent. Une façon plus efficace de préparer les échantillons pour l'analyse IC est d'utiliser les techniques Metrohm Inline Sample Preparation (MISP) pour automatiser le processus. L'ultrafiltration (UF) ou la dialyse en ligne Metrohm peuvent être utilisées pour protéger le système d'IC des composants matriciels nocifs tout en réduisant le travail manuel et en augmentant le débit d'échantillons.

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Pourquoi filtrer les échantillons avant de les analyser par chromatographie ionique ?
Ultrafiltration en ligne Metrohm
Dialyse en ligne Metrohm
Comparaison de la clarification Carrez et de la dialyse en ligne Metrohm sur des échantillons de lait

Pourquoi les échantillons doivent-ils être filtrés avant d'être analysés par chromatographie ionique ?

Différents types d'eau (par exemple, l'eau de traitement, l'eau de surface, les eaux usées) ainsi que les boissons, les extraits et les solutions de digestion sont susceptibles d'endommager un système d'IC. Les particules, le limon ou les résidus végétaux présents dans un échantillon ne contaminent pas seulement le système d'IC, mais peuvent également s'accumuler dans le matériau de la colonne de séparation. En raison de l'accumulation de particules, la capacité d'échange de la colonne (nécessaire pour une séparation appropriée des pics) diminue en combinaison avec une augmentation rapide de la pression du système. La résolution des pics s'en ressent et la durée de vie globale de la colonne de garde et de la colonne de séparation est considérablement réduite.

Metrohm Ultrafiltration en ligne

La filtration manuelle est une étape bien connue de la préparation des échantillons. L'échantillon est d'abord aspiré dans une seringue, puis passé à travers un filtre approprié avant d'être injecté dans un conteneur d'échantillons. Il s'agit d'une tâche laborieuse, souvent répétitive, qui nécessite du temps et des produits consommables coûteux. Les consommables utilisés produisent une quantité importante de déchets.

La technique d'ultrafiltration en ligne Metrohm est une solution entièrement en ligne et automatisée à ces inconvénients. L'ultrafiltration en ligne est la technique MISP la plus couramment utilisée. Cette solution permet aux utilisateurs d'analyser plus de 100 échantillons avec une seule membrane d'ultrafiltration. En fonction de la matrice, une membrane UF peut même être utilisée pour filtrer jusqu'à 500 ou 600 échantillons.

Vous trouverez dans l'article de blog ci-dessous nos recommandations concernant le moment où une membrane UF doit être remplacée.

Quand dois-je remplacer la membrane de filtration par l'ultrafiltration en ligne ?

Techniquement, des systèmes d'ultrafiltration peuvent être ajoutés pour améliorer n'importe quel CI Metrohm. La seule condition est que le passeur d'échantillons soit équipé d'une pompe péristaltique. L'organigramme suivant montre le principe de connexion des systèmes d'UF (Animation 1).

Une fois les échantillons non filtrés placés sur le passeur d'échantillons et entrés dans la liste d'échantillons de MagIC Net, l'utilisateur n'a plus rien à faire. Le passeur d'échantillons aspirera l'échantillon de son flacon, amenant la solution vers la cellule UF (Animation 1).

La cellule d'ultrafiltration Metrohm

La cellule UF se compose de deux chambres avec une voie d'écoulement en spirale commune. Ces chambres sont reliées à deux pompes péristaltiques distinctes et sont séparées par une membrane (Animations 1 et 2). Le concept unique de l'ultrafiltration en ligne Metrohm est que seule une partie aliquote de l'échantillon est filtrée à travers la surface de la membrane (Animation 2). La majeure partie de l'échantillon est guidée du côté de l'échantillon de la membrane d'ultrafiltration vers le flux de déchets. Cela permet un flux continu du côté de l'échantillon, décourageant les particules de s'accrocher au filtre. Les particules et autres composants indésirables de la matrice sont évacués en continu, de sorte qu'aucun gâteau de filtre ne peut se former. Le filtrat "propre" est versé dans la boucle d'échantillonnage pour l'injection de l'échantillon dans le chromatographe ionique.

La membrane UF standard proposée par Metrohm (Figure 1) est composée de cellulose régénérée avec une taille de pore de 0,20 µm. La taille des pores est beaucoup plus petite que celle d'autres technologies membranaires telles que les membranes filtrantes manuelles ou les capuchons de filtration dédiés proposés par différents fabricants. Les particules de 0,5 µm et plus peuvent déjà créer des blocages dans le matériau de la colonne. En raison de la petite taille des pores de la membrane, Metrohm peut garantir qu'aucune particule de plus de 0,20 µm ne pénètre et n'affecte ou n'endommage le système analytique.

Les tests de performance des systèmes d'ultrafiltration avec le matériau membranaire cellulosique au cours des dernières années ont montré une contamination négligeable par lixiviation, ce qui donne aux utilisateurs une expérience très bonne et fiable. De plus, la configuration est flexible et peut être adaptée aux besoins du laboratoire. D'autres membranes d'ultrafiltration disponibles sur le marché peuvent également être utilisées. Cependant, elles nécessitent des tests approfondis de la part du consommateur afin d'exclure tout effet analytique ou biais avant que les analyses ne soient effectuées.

Après l'injection de l'échantillon filtré dans la colonne CI, l'ensemble du trajet de l'échantillon (y compris la cellule UF) est rincé soigneusement avec une ou plusieurs solutions de rinçage parallèlement à la détection. Le rinçage standard est effectué avec de l'eau ultrapure (UPW). Si nécessaire, des solutions de rinçage supplémentaires (par exemple, 30 % de méthanol) peuvent être utilisées avant l'eau ultrapure afin d'éviter la prolifération de bactéries dans la trajectoire de l'échantillon. Il est important de toujours utiliser la solution UPW comme solution de rinçage finale, car c'est dans ce milieu que la cellule UF sera stockée. Grâce à cette procédure de rinçage en ligne, l'ultrafiltration en ligne garantit un transfert inférieur à 0,1 % entre les échantillons.

L'ultrafiltration en ligne Metrohm peut également être combinée avec d'autres techniques MISP mentionnées dans la section partie 1 de cette série. L'ajout de la technique intelligente d'injection en boucle partielle Metrohm (MiPT) ou de la dilution en ligne au système IC permet de préparer automatiquement chaque échantillon pour qu'il se situe dans la plage de concentration calibrée. Ces techniques de préparation des échantillons sont des outils puissants qui offrent une protection supplémentaire au système, prolongent la durée de vie de la colonne de séparation, font gagner beaucoup de temps au laboratoire et réduisent au minimum les coûts de maintenance et autres.

Metrohm Dialyse en ligne

Souvent, la clarification Carrez ou la dialyse hors ligne sont utilisées pour éliminer les colloïdes, les protéines, les gouttes d'huile, etc. des matrices d'échantillons à forte charge organique. Les échantillons contenant ce type de matrice comprennent les jus de fruits et de légumes, le lait, les préparations pour nourrissons et d'autres produits laitiers. Traditionnellement, les graisses et les protéines sont précipitées de l'échantillon en ajoutant consécutivement le réactif de Carrez I (hexacyanoferrate de potassium (II)) et le réactif de Carrez II (acétate de zinc). Après précipitation, la solution est centrifugée et filtrée, et la solution claire surnageante est injectée et analysée par IC. Ce prétraitement implique plusieurs étapes manuelles et une quantité considérable de produits chimiques et d'équipement. Metrohm propose en revanche une solution automatisée en ligne pour la préparation des échantillons dans ces situations. La dialyse en ligne Metrohm est une solution alternative très économique par rapport à d'autres prétraitements d'échantillons qui demandent beaucoup de temps et ne nécessite pas l'utilisation de réactifs chimiques.

La Cellule de dialyse Metrohm à faible volume (Figure 2) est au cœur de cette technique se trouvent deux chambres séparées par une membrane d'acétate de cellulose, semblable à la cellule et à la membrane utilisées pour l'ultrafiltration en ligne. Cependant, contrairement au principe de l'ultrafiltration en ligne, le principe du flux arrêté est appliqué à la dialyse en ligne. Cela permet aux analytes de traverser la surface de la membrane par diffusion, tandis que les composants nocifs de la matrice, tels que les particules, l'huile, les graisses et les protéines plus grosses, sont exclus. La matrice étant constamment éliminée, l'encrassement de la membrane est inhibé et la formation d'un gâteau de filtration est évitée car aucune pression n'est appliquée.

Les familles de circuits intégrés 930 et 940 de Metrohm peuvent être facilement mises à niveau avec un kit à utiliser avec la dialyse en ligne. Toutefois, le CI et l'échantillonneur automatique doivent tous deux être équipés de pompes péristaltiques. La configuration technique standard est présentée dans l'animation 3.

Comparaison de la clarification Carrez et de la dialyse en ligne Metrohm sur des échantillons de lait

Une étude approfondie a été réalisée pour comparer l'efficacité de deux méthodes de préparation d'échantillons pour l'analyse d'échantillons de lait par chromatographie ionique : Dialyse en ligne et clarification Carrez. Dans l'ensemble, les deux systèmes de CI ont donné des résultats comparables au cours de la période d'essai de six mois pendant laquelle environ 2 000 injections d'échantillons de lait ont été effectuées.

L'un des paramètres surveillés est la pression du système. Si elle est élevée, elle peut indiquer la présence de blocages ou la dégradation de la colonne de séparation. La pression du système est restée très stable pendant toute la série de tests. Des étalons de contrôle de la qualité ont également été injectés à des intervalles définis et contrôlés pour vérifier les performances de la colonne. La diminution des performances de la colonne est indiquée par l'apparition d'une mauvaise forme de pic et d'une tendance à la diminution de la résolution, ce qui se traduit par des valeurs de récupération inférieures aux normes. Ce paramètre peut être induit si des graisses, des protéines ou des particules pénètrent dans la colonne de séparation. Cependant, la série de tests a montré que les récupérations des étalons de contrôle de qualité (chlorure, nitrate et nitrite) sont restées assez stables pour les deux configurations (Figure 3).

Il n'y a guère eu d'effet sur la durée de vie de la colonne pour les deux configurations d'IC. Cependant, la comparaison approfondie de la méthode traditionnelle de préparation manuelle des échantillons (clarification Carrez) avec la dialyse en ligne automatisée Metrohm a prouvé l'efficacité de ce dernier procédé membranaire pour protéger correctement le système analytique contre les bactéries, les protéines, les graisses et autres contaminants, tout en minimisant le travail global du laboratoire et l'utilisation de produits chimiques. Vous trouverez plus de détails sur cette étude dans notre livre blanc. «Analyse simplifiée des produits laitiers avec Metrohm Inline Dialysis».

Ainsi, la dialyse en ligne Metrohm s'est avérée être l'outil de préparation d'échantillons idéal pour les produits laitiers tels que les échantillons de lait. Elle peut être utilisée pour une large gamme d'échantillons alimentaires, mais aussi pour des échantillons difficiles dans d'autres secteurs industriels tels que la biochimie, les carburants et les produits pharmaceutiques. Plusieurs exemples d'application dans ces secteurs sont présentés à la fin de cet article.

Conclusion

Les deux techniques de préparation d'échantillons en ligne à base de membranes décrites dans cet article (UF et dialyse) sont des outils puissants qui facilitent le travail répétitif en laboratoire. De plus, elles permettent de protéger le système d'IC tout en réduisant les coûts globaux de l'analyse et la quantité de produits chimiques utilisés. Néanmoins, la matrice de l'échantillon est le décideur final quant au choix de l'ultrafiltration en ligne Metrohm ou de la dialyse en ligne.