Příprava vzorku se týká řady opatření přijatých k přeměně vzorku z původního stavu do formy, která je vhodná pro analýzu v laboratorním prostředí. Přesný proces se může značně lišit v závislosti na typu vzorku a analýze, která má být provedena.Hlavním cílem přípravy vzorku je však izolovat požadované analyty (sledované složky) z matrice vzorku (převážná část materiálu), odstranit veškeré kontaminující nebo rušivé látky a převést analyty do formy, která je kompatibilní s použitou analytickou technikou.
Obecně se příprava vzorku provádí různými kroky:
- Odběr vzorků / rozdělení vzorků: Prvním krokem je odběr reprezentativní části analyzovaného materiálu nebo látky, což je rozhodující pro zajištění toho, aby výsledky odrážely celý vzorek.
- Sušení / křehkost: Zmenšení velikosti a homogenizace lepkavých, vlhkých, elastických nebo houževnatých vzorků může být náročné. Sušení činí vzorek křehčím a usnadňuje proces mletí. Stejný účinek má i křehnutí elastických nebo houževnatých vzorků, které nelze rozdrtit při pokojové teplotě.
- Čištění / prosévání: Tento krok je nezbytný k odstranění všech látek, které by mohly narušit analýzu.K čištění vzorku lze použít techniky jako chromatografie nebo použití selektivních adsorbentů.
- Snížení velikosti / homogenizace: U pevných vzorků to může zahrnovat mletí nebo drcení, aby se zmenšila velikost částic, čímž se analyty stanou přístupnějšími pro další zpracování.
- Extrakce: Tento krok zahrnuje oddělení analytů od matrice vzorku.Mohou být použity různé metody extrakce, včetně extrakce rozpouštědlem, extrakce tuhou fází (SPE) a mikroextrakce tuhou fází (SPME), v závislosti na povaze vzorku a analytů.
- Koncentrace / zhutnění: Analyty musí být často koncentrovány, aby byly detekovány analytickým přístrojem, což může zahrnovat odpařování rozpouštědel, odstřeďování nebo filtraci, aby se snížil objem vzorku a zvýšila koncentrace analytů.
- Derivatizace: V některých případech, zejména pro plynovou chromatografii (GC) nebo některé typy spektroskopie, může být nutné analyty chemicky upravit, aby byly těkavější, detekovatelnější nebo analyticky stabilnější.
- Převod do analytické nádoby: Nakonec se připravený vzorek přenese do nádoby nebo nádoby vhodné pro analytický přístroj, jako je chromatografická lahvička, nádoba na autosampler nebo nádobka na vzorky pro spektroskopickou analýzu.
Konkrétní techniky a zařízení používané při přípravě vzorků závisí na typu vzorku (např. pevné, kapalné, plynné), složitosti matrice, sledovaných analytech a technice analýzy (např. chromatografie, spektroskopie, hmotnostní spektrometrie). Správná příprava vzorků je rozhodující pro získání přesných, spolehlivých a reprodukovatelných analytických výsledků. Retsch nabízí přístroje pro různé kroky procesu přípravy vzorků:
Odběr vzorků a jejich dělení, sušení nebo křehnutí, čištění a prosévání, zmenšení velikosti a homogenizace, extrakce, jakož i koncentrace a zhutnění. Každá část procesu přípravy vzorků je popsána v následujících částech.
1.Odběr vzorků a rozdělení vzorků
Aby byla zajištěna reprodukovatelnost při přípravě vzorku, je nezbytné extrahovat dílčí vzorek, který skutečně představuje sypký materiál. To znamená, že dílčí vzorek musí mít stejné vlastnosti jako sypký materiál. Vzhledem k tomu, že většina vzorků jsou nehomogenní směsi, je třeba dbát na to, aby se zabránilo segregaci kvůli různým velikostem částic, zejména během přepravy. Pokud není celý vzorek zpracován, musí být odebrána reprezentativní část. Množství vzorku je rozhodující; musí být dostatečné pro analýzu a úměrné celkové velikosti vzorku a velikosti zrna. Tyto faktory určují minimální množství potřebné pro dílčí vzorek, aby přesně odrážel objem.
Některé důležité otázky by měly být předem vyjasněny:
a. Jaké množství je nutné k zajištění reprezentativnosti původního vzorku?
b. Z jaké části původního materiálu by měl být vzorek odebrán?
A. 1. Jaké množství je požadováno?
Některé normy specifické pro dané odvětví poskytují pokyny a pokyny pro správný proces odběru vzorků, například DIN 51701-2:1985 v uhlí průmyslu. Obsahuje například vzorec
G [kg] = 0,07 [kg/mm] x z [mm]
, který udává, kolik vzorku „G“ musí být extrahováno ze sypkého vzorku s maximální velikostí částic „z“, aby se získalo reprezentativní množství. Vezmeme-li jako příklad vzorek uhlí s maximální velikostí částic 5 cm, použije se následující výpočet:
G [kg] = 0,07 kg/mm x 50 mm
G = 3,5 kg
V důsledku toho by mělo být množství extrahovaného vzorku pro vzorek s max. 50 mm částic alespoň 3,5 kg, aby se zajistilo, že je reprezentativní. U jiných materiálů než uhlí by měla být zohledněna jiná hustota.
B. 2. Z které části je vzorek odebrán?
Dílčí vzorek odebraný z původního vzorku musí přesně reprezentovat celý objem, což vyžaduje pečlivé zvážení místa odběru vzorků (prostřední, horní, spodní, vnitřní nebo vnější část haldy). Faktory, jako je obsah vlhkosti, se mohou v rámci haldy lišit, což může mít vliv na analytické výsledky. Například vnitřní části mohou být vlhčí než vnější části. Kromě toho se složení částic může lišit mezi horní a dolní částí kvůli segregaci. Vzorkování velkých objemů, jako je lodní nebo vlakový náklad, představuje výzvu. Pro dosažení reprezentativního dílčího vzorku je nutné shromáždit vzorky z více míst a kombinovat je. Případně mohou být vzorky odebrány přímo z toku materiálu ve výrobní jednotce.
1.1. Děliče vzorků
Jakmile je vzorek v laboratoři, může být množství vzorku příliš velké pro další kroky v procesu přípravy vzorku. Proto může být nutné další dělení vzorku. Výběr metody dělení a přístroje závisí na materiálu a množství vzorku. Suché, volně proudící vzorky mohou být přiváděny pomocí vibračních podavačů do rotačních děličů trubek a děličů vzorků s rotační dělicí hlavou.
1.2. Žlábkový dělič
Štípače vzorků se používají pro materiály s nízkou tekutostí. Ruční náhodný odběr vzorků je přípustný pouze tehdy, pokud je vzorek homogenní z hlediska materiálu a velikosti zrna. Bez předběžného vyšetření je však obtížné to zjistit.
Důležitost odběru vzorků je znázorněna na obrázku: I když je analýza provedena správně, náhodný odběr vzorků (např. s odměrkou) vede k různým výsledkům, které nejsou reprodukovatelné, přestože vzorky pocházejí ze stejného výchozího materiálu. Jak je ukázáno, tři různé vzorky odebrané ze stejného výchozího materiálu vykazují odchylky až 20 % pro frakci nižší než 2 mm. Proto je nezbytné, aby byl odběr vzorků prováděn s maximální péčí.
Pro extrakci reprezentativních dílčích vzorků by měly být použity profesionální děliče vzorků s okrajovou směrodatnou odchylkou. Obrázek ukazuje kvalitativní chyby vzorkování různých metod. Je jasně vidět, že děliče vzorků s rotačními trubicemi vytvářejí nejmenší kvalitativní odchylku (A). Dosahují nejvyššího stupně reprodukovatelnosti a jsou jasně lepší než všechny ostatní metody.
2. Proč pomáhá sušení nebo křehnutí při přípravě vzorků?
Mletí vlhkých nebo mokrých vzorkovacích materiálů může vést k nežádoucím vedlejším účinkům. Tyto materiály jsou náchylné k ucpávání prstencových a spodních sít mlýna, což může způsobit zablokování stroje, což má za následek ztrátu materiálu během procesu přípravy vzorku a vyžaduje značný čas a úsilí pro čištění. Existují však výjimky, jako je koloidní mletí v Kulových mlýnech, které vyžaduje přidání kapaliny. Čerstvé ovoce a zelenina mohou být zpracovávány v Nožových mlýnech bez ztráty materiálu. Obvykle musí být vlhké vzorky před zmenšením velikosti vysušeny (jako listy). Zvolený způsob sušení a teplota nesmí změnit vlastnosti vzorku, zejména těkavé složky. Tyto vzorky jsou obvykle sušeny vzduchem při pokojové teplotě. RETSCH TG 200 je navržen pro rychlé a šetrné sušení, využívá fluidní sušení lože, podobné průmyslovým sušičkám, a může sušit mnoho výrobků za pouhých 5 až 20 minut.
Sušárny od Carbolite Gero
Ideální řešení pro odstranění vlhkosti z materiálu.
Křehkost (kapalným dusíkem nebo suchým ledem) pomáhá zlepšit chování vzorku při lámání, což je výhodné pro přípravu vzorku. Proto musí být materiály citlivé na teplotu, jako jsou některé druhy plastů, před předběžným nebo jemným zmenšením velikosti ochlazovány přímo. Jedním ze způsobů je zkřehnutí vzorku v kapalném dusíku před mletím. Při teplotě -196 °C se i měkká pryž stává tak tvrdou a křehkou, že může být bez problémů rozemleta. Další možností je smíchání vzorku se suchým ledem. Materiály, které nesmí být vlhké, by však neměly být přímo ošetřovány chladicími prostředky. Důvodem je to, že pára ve vzduchu je zmrzlá a při rozmrznutí se vysráží jako voda. Chladicí prostředky by se neměly používat v uzavřených brusných nástrojích, protože odpařování způsobuje přetlak.
3.Separace a prosévání kovů
Vzorky, jako je průmyslový odpad, recyklovatelný odpad a druhotná paliva, často obsahují kovové součásti, které nelze rozmělnit v laboratorních mlýnech. Naopak kovové předměty, jako jsou ocelové hřebíky nebo železné šrouby, mohou poškodit brusné nástroje, což může vést k podstatnému zhoršení výkonu mlýna. Proto je nutné před přechodem na další krok přípravy vzorku: mletí oddělit kovové součásti. V případě potřeby je třeba frakce vyhodnotit odděleně. Nežádoucí částice, jako jsou kovové části, lze také odstranit prosíváním, pokud se jejich velikost liší od částic, které je třeba analyzovat. Sítovací zařízení Retsch jsou zde volbou. Sítovací zařízení a prosévací zařízení nejen pokrývají široký měřicí rozsah, ale díky různým pohybům a velikostem sít je řada sít vhodných pro téměř jakýkoli sypký materiál. Naše Sítovací zařízení a prosévací zařízení poskytují přesné a reprodukovatelné výsledky a splňují požadavky na monitorování zkušebních materiálů podle DIN EN ISO 9000 a násl.
4.Zmenšení velikosti a homogenizace
Laboratorní mlýn je určen k rozmělňování nebo mletí malých vzorků materiálu pro účely analýzy složení, fyzikálních vlastností nebo jiných testovacích cílů. Je schopen připravit vzorky na jednotnou velikost nebo strukturu, což zajišťuje konzistenci pro přesné vyhodnocení. Existují různé modely mlýnů na vzorky, každý přizpůsobený různým materiálům a konkrétním účelům. Výběr vhodného mlýnu na vzorky závisí na vlastnostech materiálu a zamýšleném výsledku zpracování vzorku. Pro analytické techniky, jako jsou AAS, NIR, ICP nebo XRF, je zásadní, aby byl vzorek důkladně homogenizován na vhodnou úroveň analytické jemnosti. Pouze konzistentní přípravou vzorku jsou zajištěny spolehlivé a přesné analýzy. RETSCH poskytuje rozsáhlý výběr mlýnů na vzorky a drtičů pro zmenšení hrubé, jemné a ultrajemné velikosti prakticky jakékoli látky. Široká škála mlecích nástrojů a příslušenství zaručuje, že naše zařízení usnadňují bezkontaminační a spolehlivou přípravu vzorku před laboratorním testováním.
Retsch Brusné mlýny
Retsch nabízí širokou škálu brusných mlýnů navržených tak, aby vyhovovaly různým aplikacím.
5.Výhoda Retsch pro krok těžby
Chemická extrakce analytů z mletých vzorků je klíčovým krokem přípravy vzorku v analytické chemii, vědě o životním prostředí a biochemii, zaměřeným na izolaci specifických sloučenin pro podrobnou analýzu. Tento proces je nezbytný pro monitorování znečištění životního prostředí, např. pesticidy, hodnocení úrovně živin v půdě, detekci nebezpečných látek a provádění výzkumu v různých vědeckých oblastech.
Volba extrakčního rozpouštědla a techniky je rozhodující a je určena na základě povahy sledovaných analytů a matrice mletého vzorku. Běžné techniky zahrnují extrakci tuhou fází (SPE), kapalinovou extrakci (LLE), mikroextrakci tuhou fází (SPME) a superkritickou extrakci tekutinou (SFE), mimo jiné.
Extrakční proces obvykle zahrnuje rozpustnost cílových analytů do vhodného rozpouštědla, oddělování je od pevné matrice a dalších necílových složek. Po extrakci mohou analyty projít dalšími kroky čištění a koncentrace před analýzou pomocí technik, jako je plynová chromatografie (GC), kapalinová chromatografie (LC) nebo hmotnostní spektrometrie (MS) ke kvantifikaci a identifikaci sledovaných sloučenin.
Metoda QuEChERS, zkratka pro „rychlé, snadné, levné, účinné, robustní a bezpečné“, zjednodušuje přípravu vzorku pro analýzu reziduí pesticidů. Testování ukázalo, že výsledky metody QuEChERS jsou srovnatelné s výsledky z jiných metod. Během homogenizace je důležité, aby se vzorek nepřehříval, protože některé pesticidy jsou těkavé. Ochlazování vzorku nejen zabraňuje tomu, ale také zvyšuje chování materiálu, což vede k lepší jemnosti a homogenitě. Proces extrakce zahrnuje odebrání 10 g vzorku potrava nebo půdy a extrakci 10 ml acetonitrilu. Pro odstranění duchů v chromatogramech se extrakce provádí směsí soli, obvykle chloridem sodným a síranem hořečnatým v poměru 1:2. Pro přenos pesticidů do organické fáze se vzorek protřepává acetonitrilem a solí po dobu 1 až 3 minut. Laboratorní mlýn, jako je Oscilační mlýn Retsch MM 400, lze použít k promíchání směsi v 50 ml Falcon zkumavce při frekvenci až 30 Hz, což zajišťuje důkladné a reprodukovatelné míchání, což je výhodné pro extrakční proces.
6.Koncentrace a zhutnění
V tomto zásadním kroku přípravy vzorku může Retsch podpořit svým Pellett Pressem PP40. Lis zhutňuje prášek na tablety s hladkým povrchem, které jsou často potřebné pro XRF analýzu. Přesnost XRF analýzy závisí na interakci rentgenových paprsků s povrchem vzorku a kvalitu získaných dat může ovlivnit několik faktorů souvisejících se stavem povrchu:
- Hladký povrch zajišťuje, že rentgenové paprsky spolupracují rovnoměrně se vzorkem. Drsné nebo nepravidelné povrchy mohou způsobit rozptyl a absorpci rentgenového záření nerovnoměrným způsobem, což vede k nepřesným nebo nekonzistentním výsledkům.
- Hladký povrch pomáhá dosáhnout reprodukovatelných výsledků při více měřeních nebo vzorcích. Variabilita struktury povrchu může způsobit nekonzistenci měření, což ztěžuje porovnání výsledků.
- Na drsném povrchu mohou vyvýšené body vytvářet stínové oblasti, které nejsou adekvátně vystaveny kolísání velikosti částic. Větší částice na drsném povrchu nemusí být rentgenovým paprskem zcela proniknuty, což vede k nedostatečnému zastoupení jejich prvkového složení v analýze.
- U pevných vzorků je klíčový dobrý kontakt s povrchem, což je důležité zejména pro prvky s nízkými emisemi rentgenového záření, protože tyto emise jsou snadno absorbovány vzduchovými mezerami nebo nekonzistencemi v povrchu.
Přístroje RETSCH jsou používány ve vědě a průmyslu pro přípravu vzorků pro širokou škálu různých analytických metod, taktéž pro měření velikosti částic při výrobním procesu a kontrole kvality. Součástí výkonného výzkumu a vývoje je vždy snaha o nalezení řešení vhodných pro zákazníky i pro příslušný segment trhu a systematická implementace nových řešení do výrobků a služeb založena na citátu Aristotela:
Kontaktujte nás pro bezplatnou konzultaci
Produkty a služby RETSCH jsou dostupné prostřednictvím globální sítě dceřiných společností a plně vyškolených distributorů. Naši zaměstnanci vám rádi pomohou s případnými dotazy.
Vzorkovny - FAQ
Co je to vzorkovač?
Vzorkovací mlýn je zařízení používané v různých průmyslových odvětvích, jako je potrava, zemědělství a hornictví, pro drcení nebo mletí vzorků malých materiálů. Připravuje vzorky na jednotnou velikost nebo strukturu pro konzistentní vyhodnocení, což je rozhodující pro analytické techniky, jako jsou AAS, NIR, ICP nebo XRF. RETSCH nabízí široký výběr vzorkovacích mlýnů a drtičů pro různé látky a účely.
Jaké typy mlýnů jsou k dispozici pro přípravu vzorků?
Pro přípravu vzorků se používá několik typů vzorkovacích mlýnů, z nichž každý je určen pro konkrétní materiály a účely.
Řezací mlýny:: Jsou vhodné pro efektivní zmenšení primární velikosti směsných heterogenních materiálů a jsou účinné pro zpracování měkkých, středně tvrdých, elastických nebo vláknitých vzorků.Zmenšení velikosti se dosahuje řeznými a střižnými silami.
Nožové mlýny:: Nožové mlýny jsou ideální pro mletí a homogenizaci potravy a krmiv, zajišťují rovnoměrné a reprodukovatelné zmenšení velikosti a umožňují reprezentativní odběr vzorků z libovolné části mlecí nádoby.
Rotorové mlýny:: Rotorové mlýny se používají k rychlému zmenšení velikosti měkkých až středně tvrdých, teplotně citlivých nebo vláknitých látek.Zmenšení velikosti se dosahuje nárazovými a střihovými silami mezi rotorem a pevným (kroužkovým) sítem.
Kulové mlýny:: Kulové mlýny jsou univerzální a účinné pro rozmělňování tvrdých, křehkých nebo vláknitých materiálů, nabízejí různé režimy mletí, nastavitelné objemy a výběr materiálů brusných nástrojů vhodných pro širokou škálu aplikací.
Kryogenní mlýny:: CryoMill je určen pro kryogenní mletí, což je technika zpracování tepelně citlivých a elastických látek jejich chlazením kapalným dusíkem.Tento mlýn je navržen tak, aby konzistentně chladil mlecí nádobu kapalným dusíkem před mletím i během něj.