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La cromatografia ionica e la filtrazione del campione vanno di pari passo poiché questa fase di pretrattamento è consigliata per la maggior parte delle matrici di campioni. È essenziale evitare di iniettare particelle, alghe o batteri nel sistema IC, poiché questi possono compromettere sia lo strumento che la colonna di separazione. I campioni vengono spesso preparati manualmente, ad esempio utilizzando la filtrazione o la centrifugazione per rimuovere contaminanti e componenti della matrice interferenti. Un modo più efficiente per preparare i campioni per l'analisi IC consiste nell'utilizzare le tecniche Metrohm Inline Sample Preparation (MISP) per automatizzare il processo. L'ultrafiltrazione in linea Metrohm (UF) o la dialisi in linea possono essere utilizzate per salvaguardare il sistema IC da componenti dannosi della matrice, riducendo contemporaneamente il lavoro manuale e aumentando la produttività del campione.
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Perché i campioni dovrebbero essere filtrati prima dell'analisi mediante cromatografia ionica?
Vari tipi di acqua (ad es. acqua di processo, acque di superficie, acque reflue) così come bevande, estratti e soluzioni di digestione possono danneggiare un sistema IC. Particelle, limo o residui vegetali in un campione non solo contaminano il sistema IC, ma possono anche accumularsi all'interno del materiale della colonna di separazione. Come risultato dell'accumulo di particelle, la capacità di scambio della colonna (necessaria per un'adeguata separazione dei picchi) diminuisce in combinazione con un rapido aumento della pressione del sistema. La risoluzione di picco ne risente quindi e la durata complessiva della colonna di protezione e della colonna di separazione è sostanzialmente ridotta.
Metrohm Inline Ultrafiltration
La filtrazione manuale è una ben nota fase di preparazione del campione. Il campione viene prima aspirato in una siringa e quindi fatto passare attraverso un filtro adatto mentre viene iniettato in un contenitore per campioni. Si tratta di un'attività laboriosa e spesso ripetitiva che richiede tempo e prodotti di consumo costosi. Una quantità significativa di rifiuti viene prodotta a causa dei materiali di consumo utilizzati.
La tecnica di ultrafiltrazione in linea Metrohm è una soluzione completamente in linea e automatizzata a questi inconvenienti. L'ultrafiltrazione in linea è la tecnica MISP più comunemente utilizzata. Questa soluzione consente agli utenti di analizzare oltre 100 campioni con una sola membrana di ultrafiltrazione. A seconda della matrice, una membrana UF può anche essere utilizzata per filtrare fino a 500 o 600 campioni.
Nel blog post correlato di seguito, puoi trovare i nostri consigli su quando sostituire una membrana UF.
Quando devo sostituire la membrana filtrante con l'ultrafiltrazione in linea?
Tecnicamente, i sistemi di ultrafiltrazione possono essere aggiunti per aggiornare qualsiasi circuito integrato Metrohm. L'unico requisito è che l'autocampionatore deve essere dotato di una pompa peristaltica. Il seguente diagramma di flusso mostra il principio di connessione per i sistemi UF (Animazione 1).
Animazione 1. Animazione della configurazione dell'anione ProfIC Vario 2 con la cella UF come descritto nella sezione seguente.
Una volta che i campioni non filtrati vengono posizionati sullo scambiatore di campioni e inseriti nell'elenco dei campioni MagIC Net, non è richiesto altro da parte dell'utente. L'autocampionatore aspirerà il campione dalla sua fiala, portando la soluzione verso la cella UF (Animazione 1).
La cella di ultrafiltrazione Metrohm
La cella UF è costituita da due camere con un percorso di flusso a spirale condiviso. Queste camere sono collegate a due pompe peristaltiche separate e sono separate da una membrana (Animazioni 1 e 2). Il concetto unico di Metrohm Inline Ultrafiltration è che solo un'aliquota del campione viene filtrata attraverso la superficie della membrana (Animazione 2). La maggior parte del campione viene guidata dal lato del campione della membrana di ultrafiltrazione verso il flusso dei rifiuti. Ciò consente un flusso continuo sul lato del campione, evitando che le particelle aderiscano al filtro. Le particelle e altri componenti indesiderati della matrice vengono lavati via continuamente in modo che non si possa formare un panello di filtrazione. Il filtrato «pulito» viene inserito nel loop del campione per l'iniezione del campione nel cromatografo ionico.
Animazione 2. Il principio dell'ultrafiltrazione in linea è mostrato qui. Sul fondo, il campione scorre continuamente attraverso un percorso a spirale e fuoriesce verso un flusso di rifiuti. Questo flusso continuo evita l'intasamento e la formazione di residui di filtrazione sul lato del campione, mentre il filtrato attraversa la membrana (al centro) e viene trasportato al circuito di iniezione (in alto). Il campione e il filtrato vengono pompati a velocità diverse, facilitando un processo di filtrazione guidato dalla pressione senza danneggiare la superficie della membrana.
La membrana UF standard offerta da Metrohm (Figura 1) è realizzata in cellulosa rigenerata con una dimensione dei pori di 0,20 µm. La dimensione dei pori è molto più piccola rispetto ad altre tecnologie a membrana come membrane filtranti manuali o cappucci filtranti dedicati offerti da diversi produttori. Le particelle di dimensioni pari o superiori a 0,5 µm possono già creare blocchi all'interno del materiale della colonna. A causa delle ridotte dimensioni dei pori della membrana, Metrohm può garantire che nessuna particella più grande di 0,20 µm entri e influisca o danneggi il sistema analitico.
I test delle prestazioni del sistema di ultrafiltrazione con il materiale della membrana di cellulosa negli ultimi anni hanno mostrato una contaminazione trascurabile per lisciviazione, offrendo agli utenti un'esperienza molto buona e affidabile. Inoltre, la configurazione è flessibile e può essere adattata alle esigenze del laboratorio. Possono essere utilizzate anche altre membrane per ultrafiltrazione disponibili sul mercato. Tuttavia, questi richiedono test approfonditi da parte del consumatore per escludere eventuali effetti analitici o distorsioni prima che le analisi vengano eseguite.
Dopo che il campione filtrato è stato iniettato nella colonna IC, l'intero percorso del campione (inclusa la cella UF) viene accuratamente risciacquato con una o più soluzioni di risciacquo in parallelo al rilevamento. Il risciacquo standard viene eseguito con acqua ultrapura (UPW). Se necessario, è possibile utilizzare soluzioni di risciacquo aggiuntive (ad es. metanolo al 30%) prima dell'UPW per evitare la crescita di batteri nel percorso del campione. È importante utilizzare sempre UPW come soluzione di risciacquo finale in quanto questo sarà il mezzo in cui è memorizzata la cella UF. Con questa procedura di risciacquo in linea, l'ultrafiltrazione in linea garantisce un carryover inferiore allo 0,1% tra i campioni.
L'ultrafiltrazione in linea Metrohm può anche essere combinata con altre tecniche MISP menzionate nella parte 1 di questa serie. L'aggiunta della tecnica di iniezione a ciclo parziale intelligente Metrohm (MiPT) o della diluizione in linea al sistema IC può preparare automaticamente ciascun campione in modo che rientri nell'intervallo di concentrazione calibrato. Queste tecniche di preparazione del campione sono strumenti potenti che offrono una protezione aggiuntiva del sistema, prolungano la durata della colonna di separazione, fanno risparmiare molto tempo in laboratorio e riducono al minimo i costi di manutenzione e di altro tipo.
Metrohm Inline Dialysis
Spesso, la chiarificazione di Carrez o la dialisi offline vengono utilizzate per rimuovere colloidi, proteine, gocce d'olio e altro da matrici di campioni con carichi organici elevati. I campioni con questo tipo di matrice includono succhi di frutta e verdura, latte, latte artificiale e altri prodotti lattiero-caseari. Tradizionalmente, il grasso e le proteine vengono precipitati dal campione aggiungendo consecutivamente il reagente Carrez I (esacianoferrato di potassio (II)) e il reagente Carrez II (acetato di zinco). Dopo la precipitazione, la soluzione viene centrifugata e filtrata e la soluzione surnatante limpida viene iniettata e analizzata mediante IC. Questo pretrattamento comporta diversi passaggi manuali e una notevole quantità di prodotti chimici e attrezzature. Al contrario, Metrohm offre una soluzione in linea automatizzata per la preparazione del campione in queste situazioni. Metrohm Inline Dialysis è una soluzione alternativa molto economica ad altri pretrattamenti dei campioni che richiedono molto tempo e non richiede l'uso di reagenti chimici.
La cella di dialisi Metrohm a basso volume (Figura 2) al centro di questa tecnica è costituita da due camere separate da una membrana di acetato di cellulosa, simile alla configurazione di cella e membrana utilizzata per l'ultrafiltrazione in linea. Tuttavia, a differenza del principio dell'ultrafiltrazione in linea, il principio del flusso interrotto viene applicato con la dialisi in linea. Ciò consente agli analiti di passare attraverso la superficie della membrana mediante diffusione, escludendo i componenti dannosi della matrice come particelle, olio, grasso e proteine più grandi. Poiché la matrice viene costantemente lavata via, l'incrostazione della membrana viene inibita e la formazione di un panello di filtrazione prevenuta poiché non viene applicata alcuna pressione.
Le famiglie 930 e 940 IC di Metrohm possono essere facilmente aggiornate con un kit dialisi in linea. Tuttavia, l'IC e l'autocampionatore devono essere entrambi dotati di pompe peristaltiche. La configurazione standard tecnica è mostrata nell'Animazione 3.
Animazione 3. Configurazione standard per dialisi in linea con il sistema ProfIC Vario 3 Anion. La soluzione del campione viene pompata continuamente dallo scambiatore di campioni nella camera del campione della cella di dialisi attraverso un percorso di flusso a spirale. La camera del campione è separata dalla camera accettore da una membrana di acetato di cellulosa. Quest'ultima camera è riempita con una soluzione accettore. Usando il principio del flusso d'arresto, solo gli ioni passano attraverso la membrana per diffusione e la soluzione accettore si arricchisce fino al raggiungimento di un equilibrio. La soluzione dell'accettore viene quindi pompata nel circuito del campione IC, dopodiché viene iniettata nella colonna per la separazione degli analiti e la loro successiva rilevazione (ad esempio, conducibilità soppressa).
Confronto tra chiarificazione Carrez e dialisi in linea Metrohm su campioni di latte
È stata eseguita un'indagine approfondita per confrontare l'efficienza di due metodi di preparazione del campione per l'analisi del campione di latte mediante cromatografia ionica: dialisi in linea e chiarificazione di Carrez. Complessivamente, entrambe le configurazioni del sistema IC hanno prodotto risultati comparabili nel periodo di prova di sei mesi durante i quali sono state effettuate circa 2000 iniezioni di campioni di latte.
Uno dei parametri monitorati era la pressione dell'impianto. Se sollevato, può indicare la presenza di blocchi o il degrado della colonna di separazione. La pressione del sistema è rimasta molto stabile durante l'intera serie di test. Anche gli standard di controllo della qualità sono stati iniettati a intervalli definiti e monitorati per verificare le prestazioni della colonna. Il calo delle prestazioni della colonna è indicato dallo sviluppo di una forma dei picchi scadente e dalla tendenza alla diminuzione della risoluzione, con conseguenti valori di recupero inferiori agli standard. Questo parametro può essere indotto se grasso, proteine o particelle entrano nella colonna di separazione. Tuttavia, la serie di test ha dimostrato che i recuperi degli standard di controllo qualità (cloruro, nitrato e nitrito) sono rimasti abbastanza stabili per entrambe le configurazioni (Figura 3).
Non c'è stato quasi alcun effetto sulla durata della colonna per entrambe le configurazioni IC. Tuttavia, l'ampio confronto tra il tradizionale metodo manuale di preparazione del campione (chiarificazione Carrez) e la dialisi in linea Metrohm automatizzata ha dimostrato l'efficacia di quest'ultimo processo a membrana per proteggere adeguatamente il sistema analitico da batteri, proteine, grassi e altri contaminanti, riducendo al minimo il laboratorio complessivo sforzo lavorativo e uso di prodotti chimici. Maggiori dettagli su questo studio sono disponibili nel nostro White Paper «Analisi semplificata dei prodotti lattiero-caseari con Metrohm Inline Dialysis».
In quanto tale, Metrohm Inline Dialysis si è dimostrato lo strumento ideale per la preparazione dei campioni per prodotti lattiero-caseari come i campioni di latte. Può essere applicato a un'ampia gamma di campioni alimentari, ma anche a campioni complessi in altri settori industriali come la biochimica, i carburanti e i prodotti farmaceutici. Diversi esempi di applicazione per questi settori sono condivisi alla fine di questo articolo.
Conclusione
Entrambe le tecniche di preparazione del campione in linea basate su membrana descritte in questo articolo (UF e dialisi) sono strumenti potenti che semplificano il lavoro di laboratorio ripetitivo. Non solo, aiutano anche a salvaguardare il sistema IC riducendo i costi complessivi di analisi e la quantità di sostanze chimiche utilizzate. Tuttavia, la matrice del campione è il decisore finale in merito alla scelta dell'ultrafiltrazione in linea Metrohm o della dialisi in linea.
La tua conoscenza "take-aways"
Video: Nozioni di base sulla manutenzione e sul lavoro con i cromatografi ionici
Learn more about effective sample preparation for your IC
This monograph gives an overview of sample preparation techniques for ion chromatography and outlines in more detail solid-phase extraction, inline techniques, dialysis, extraction techniques, conventional digestion techniques, and quality assurance measures in concentration determination with sample preparation techniques for IC.
Analisi semplificata dei prodotti lattiero-caseari con Metrohm Inline Dialysis
Questo white paper confronta l'ultrafiltrazione e la dialisi in linea automatizzate con la tradizionale procedura di chiarificazione Carrez per l'analisi dei campioni di latte mediante cromatografia ionica (IC). Una serie continua di test per circa sei mesi ha dimostrato che la dialisi in linea è un'alternativa affidabile e preziosa per trattare i prodotti lattiero-caseari prima dell'analisi IC.
