La preparación de la muestra se refiere a la serie de acciones tomadas para transformar una muestra desde su estado original a una forma que es adecuada para el análisis en un entorno de laboratorio. El proceso exacto puede variar ampliamente dependiendo del tipo de muestra y del análisis a realizar, pero el objetivo principal de la preparación de la muestra es aislar los analitos deseados (los componentes de interés) de la matriz de la muestra (la mayor parte del material), eliminar cualquier contaminante o sustancia interferente y convertir los analitos en una forma compatible con la técnica analítica a utilizar.
Generalmente, están implicadas diferentes etapas en una preparación de la muestra:
- Muestreo / división de muestras: El primer paso consiste en recoger una parte representativa del material o sustancia que se va a analizar, lo que es crucial para garantizar que los resultados reflejen toda la muestra.
- Secado / fragilización: La reducción de tamaño y la homogeneización de muestras pegajosas, húmedas, elásticas o resistentes pueden ser un reto. El secado hace que la muestra sea más frágil y facilita el proceso de Lijado. Las muestras elásticas o resistentes frágiles, que no se pueden pulverizar a temperatura ambiente, tienen el mismo efecto.
- Limpieza / tamizado: Este paso es necesario para eliminar cualquier sustancia que pueda interferir con el análisis, y para purificar la muestra se pueden emplear técnicas como la cromatografía o el uso de adsorbentes selectivos.
- Reducción de tamaño / homogeneización: Para las muestras sólidas, esto podría implicar Lijado o trituración para reducir el tamaño de partícula, haciendo que los analitos sean más accesibles para su posterior procesamiento.
- Extracción: En esta etapa se separan los analitos de la matriz de la muestra y se pueden utilizar diversos métodos de extracción, como la extracción con disolvente, la extracción en fase sólida (SPE) y la microextracción en fase sólida (SPME), según la naturaleza de la muestra y los analitos.
- Concentración / compactación: A menudo, los analitos necesitan concentrarse para ser detectables por el instrumento analítico, lo que puede implicar evaporar disolventes, centrifugar o filtrar para reducir el volumen de la muestra y aumentar la concentración de los analitos.
- Derivatización: En algunos casos, especialmente para la cromatografía de gases (CG) o ciertos tipos de espectroscopia, los analitos pueden necesitar ser modificados químicamente para hacerlos más volátiles, detectables o analíticamente estables.
- Transferencia al recipiente de análisis: Finalmente, la muestra preparada se transfiere a un recipiente o recipiente adecuado para el instrumento analítico, como un vial de cromatografía, un recipiente de muestreo automático o una copa de especímenes para análisis espectroscópico.
Las técnicas y equipos específicos utilizados en la preparación de la muestra dependen del tipo de muestra (p. ej., sólida, líquida, gaseosa), la complejidad de la matriz, los analitos de interés y la técnica de análisis (p. ej., cromatografía, espectroscopia, espectrometría de masas). La preparación adecuada de la muestra es crítica para obtener resultados analíticos precisos, confiables y reproducibles. Retsch ofrece instrumentos para diferentes pasos del proceso de preparación de la muestra:
Muestreo y división de la muestra, secado o fragilización, limpieza y tamizado, reducción de tamaño y homogeneización, extracción así como concentración y compactación.
1.Muestreo y división de muestras
Para asegurar la reproducibilidad en la preparación de la muestra, es esencial extraer una submuestra que represente realmente el material a granel, lo que significa que la submuestra debe compartir las mismas propiedades que el volumen. Dado que la mayoría de las muestras son mezclas no homogéneas, se debe tener cuidado de evitar la segregación debido a los diferentes tamaños de partícula, especialmente durante el transporte. Si no se procesa toda la muestra, se debe tomar una porción representativa. La cantidad de la muestra es crucial; debe ser suficiente para el análisis y proporcionada al tamaño total de la muestra y al tamaño de grano. Estos factores dictan la cantidad mínima necesaria para que la submuestra refleje con precisión el volumen.
Algunas preguntas importantes deben aclararse de antemano:
a. ¿Qué cantidad se requiere para garantizar la representatividad de la muestra original?
b. ¿De qué parte del material original debe tomarse la muestra?
A. 1. ¿Qué cantidad se requiere?
Algunas normas específicas de la industria proporcionan directrices e indicaciones sobre el proceso de muestreo correcto, por ejemplo DIN 51701-2:1985 en la industria del carbón. Contiene, por ejemplo, la fórmula
G [kg] = 0,07 [kg/mm] x z [mm]
que indica cuánta muestra “G” debe extraerse de una muestra a granel con tamaño máximo de partícula “z” para obtener una cantidad representativa. Tomando como ejemplo una muestra carbón con un tamaño máximo de partícula de 5 cm, se aplica el siguiente cálculo:
G [kg] = 0,07 kg/mm x 50 mm
G = 3,5 kg
En consecuencia, la cantidad de muestra extraída para una muestra con partículas de máx. 50 mm debe ser al menos de 3,5 kg para asegurarse de que es representativa. Para otros materiales que no sean carbón debe tenerse en cuenta una densidad diferente.
B. 2. ¿De qué parte se toma la muestra?
La submuestra tomada de la muestra original debe representar con precisión todo el volumen, lo que requiere una cuidadosa consideración del lugar de muestreo (parte media, superior, inferior, interior o exterior del montón). Factores como el contenido de humedad pueden variar dentro del montón, lo que podría afectar a los resultados analíticos. Por ejemplo, las partes interiores pueden estar más húmedas que las exteriores. Además, la composición de las partículas puede diferir entre la parte superior y la inferior debido a la segregación. El muestreo de grandes volúmenes, como cargas de barcos o trenes, plantea dificultades. Para lograr una submuestra representativa, es necesario recoger muestras de múltiples lugares y combinarlas. Alternativamente, las muestras pueden extraerse directamente del flujo de material en una unidad de producción.
1.1. Divisores de muestras
Una vez que la muestra se encuentra en el laboratorio, la cantidad de muestra puede ser demasiado grande para las etapas posteriores del proceso de preparación de la muestra. Por lo tanto, puede ser necesaria una mayor división de la muestra. La selección del método de división y del instrumento depende del material y la cantidad de la muestra. Las muestras secas y de flujo libre pueden alimentarse a través de alimentadores vibratorios a divisores de tubos rotatorios y divisores de muestras con un cabezal divisor rotatorio.
1.2. Divisores acanalados
Los separadores de muestras se utilizan para materiales con una baja fluidez. El muestreo aleatorio manual solo es aceptable si la muestra es homogénea con respecto al material y el tamaño de grano. Sin embargo, sin un examen preliminar, esto es difícil de determinar.
La importancia del muestreo se demuestra en la figura: Aunque el análisis se realice correctamente, el muestreo aleatorio (por ejemplo, con una cuchara) da lugar a resultados variables que no son reproducibles aunque las muestras procedan del mismo material inicial. Como se muestra, tres muestras diferentes tomadas del mismo material inicial muestran variaciones de hasta el 20 % para la fracción inferior a 2 mm. Por lo tanto, es esencial que el muestreo se realice con el máximo cuidado.
Para la extracción de submuestras representativas se deben utilizar divisores de muestras profesionales con una desviación estándar marginal. La figura muestra los errores cualitativos de muestreo de los diferentes métodos. Se puede observar claramente que los divisores de muestras de tubos rotatorios producen la menor variación cualitativa (A). Consiguen el mayor grado de reproducibilidad y son claramente superiores a todos los demás métodos.
2. ¿Por qué ayuda el secado o la fragilidad en la preparación de la muestra?
Los materiales de muestra húmedos o Lijados pueden producir efectos secundarios indeseables. Estos materiales son propensos a obstruir los tamices anulares e inferiores del Molino, lo que puede causar un bloqueo de la máquina. Esto da como resultado la pérdida de material durante el proceso de preparación de la muestra y requiere un tiempo y esfuerzo significativos para su limpieza. Sin embargo, hay excepciones, como la molienda coloidal en Molinos de bolas que requieren la adición de un líquido. Las frutas y verduras frescas pueden procesarse en Molinos de cuchillas sin perder material. Típicamente, las muestras húmedas deben secarse (como hojas) antes de la reducción de tamaño. El método de secado y la temperatura elegidos no deben alterar las propiedades de la muestra, particularmente los componentes volátiles. Estas muestras generalmente se secan al aire a temperatura ambiente. El TG 200 de Retsch está diseñado para un secado rápido y suave, empleando un secado en lecho fluidizado, similar a los secadores industriales, y puede secar muchos productos en solo 5 a 20 minutos.
Hornos de secado de Carbolite Gero
La solución ideal para eliminar la humedad del material.
La fragilidad (con nitrógeno líquido o hielo seco) ayuda a mejorar el comportamiento de rotura de la muestra, lo que es beneficioso para la preparación de la muestra. Por lo tanto, los materiales sensibles a la temperatura, como algunos tipos de plásticos, deben enfriarse directamente antes de que puedan someterse a una reducción preliminar o de tamaño fino. Una manera es fragilizar la muestra en nitrógeno líquido antes del Lijado. A una temperatura de -196 °C, incluso el caucho blando se vuelve tan duro y frágil que puede molerse sin problemas. Otra posibilidad es mezclar la muestra con hielo seco. Sin embargo, los materiales que no deben humedecerse no deben tratarse directamente con agentes refrigerantes. La razón de esto es que el vapor en el aire se congela y precipita como agua cuando se descongela. Los agentes refrigerantes no deben usarse en herramientas de Lijado cerradas, ya que la evaporación causa sobrepresión.
3.Separación y tamizado de metales
Las muestras tales como residuos industriales, residuos reciclables y combustibles secundarios a menudo contienen componentes metálicos que no pueden pulverizarse con molinos de laboratorio. Por el contrario, los objetos metálicos tales como clavos de acero o tornillos de hierro pueden dañar las herramientas de Lijado que pueden conducir a un deterioro considerable del rendimiento del Molino. Por lo tanto, es necesario separar los componentes metálicos antes de cambiar a la siguiente etapa en la preparación de la muestra: Lijado. Si se requiere, las fracciones tienen que evaluarse por separado. Las partículas no deseadas como las partes metálicas también pueden eliminarse por tamizado, si sus tamaños difieren de las partículas que necesitan analizarse. Aquí, las máquinas de tamizado Retsch son los dispositivos de elección. Tamizadoras analíticas y máquinas de tamizado Retsch no solo cubren un amplio intervalo de medición. Gracias a diferentes movimientos de tamizado y tamaños de tamiz, la gama de tamizadoras Retsch es adecuada para casi cualquier material a granel. Nuestras Tamizadoras analíticas y máquinas de tamizado producen resultados exactos y reproducibles y cumplen con los requisitos para la monitorización de materiales de ensayo según DIN EN ISO 9000 y siguientes.
4.Reducción de tamaño y homogeneización
Un Molino de laboratorio está diseñado para pulverizar o Lijado muestras de materiales pequeños para su composición, análisis de propiedades físicas u otros objetivos de prueba. Son capaces de preparar muestras a un tamaño o textura uniformes, asegurando la consistencia para evaluaciones precisas. Existen varios modelos de Molino de muestras, cada uno adaptado para distintos materiales y usos particulares. La selección de un Molino de muestras apropiado depende de las características del material y el resultado previsto del procesamiento de la muestra. Para técnicas analíticas como AAS, NIR, ICP o XRF, es crucial que la muestra se homogeneice completamente a un nivel adecuado de finura analítica. Solo a través de una preparación de muestras consistente se garantizan análisis confiables y precisos. Retsch proporciona una amplia selección de los molinos de muestras y trituradoras para la reducción de tamaño grueso, fino y ultrafino de prácticamente cualquier sustancia.
Molinos Lijado Retsch
Retsch ofrece una amplia gama de molinos de Lijado diseñados para adaptarse a una variedad de aplicaciones.
5.Beneficio Retsch para la etapa de extracción
La extracción química de analitos a partir de muestras molidas es una etapa fundamental de preparación de muestras en química analítica, ciencias ambientales y bioquímica, destinada a aislar compuestos específicos para su análisis detallado. Este proceso es esencial para vigilar la contaminación ambiental, por ejemplo con plaguicidas, evaluar los niveles de nutrientes en los suelos, detectar sustancias peligrosas y realizar investigaciones en diversos campos científicos.
La elección del disolvente y la técnica de extracción es crítica y se determina sobre la base de la naturaleza de los analitos de interés y la matriz de la muestra molida. Entre las técnicas comunes se incluyen la extracción en fase sólida (SPE), la extracción líquido-líquido (LLE), la microextracción en fase sólida (SPME) y la extracción de fluidos supercríticos (SFE), entre otras.
El proceso de extracción normalmente implica la solubilización de los analitos objetivo en un disolvente adecuado, separándolos de la matriz sólida y otros componentes no objetivo. Después de la extracción, los analitos pueden someterse a nuevas etapas de purificación y concentración antes del análisis utilizando técnicas como cromatografía de gases (GC), cromatografía líquida (LC) o espectrometría de masas (MS) para cuantificar e identificar los compuestos de interés.
El método QuEChERS, acrónimo de “rápido, fácil, barato, efectivo, robusto y seguro”, optimiza la preparación de muestras para el análisis de residuos de plaguicidas. Las pruebas han demostrado que los resultados del método QuEChERS son comparables a los de otros métodos. Durante la homogeneización, es importante evitar que la muestra se sobrecaliente, ya que algunos plaguicidas son volátiles. Enfriar la muestra no solo evita esto, sino que también mejora el comportamiento de rotura del material, lo que conduce a una mejor finura y homogeneidad. El proceso de extracción implica tomar 10 g de la muestra de alimentos o suelo y extraerla con 10 ml de acetonitrilo. Para eliminar los picos fantasma en los cromatogramas, la extracción se realiza con una mezcla de sal, típicamente cloruro de sodio y sulfato de magnesio en una relación 1:2. Para transferir los plaguicidas a la fase orgánica, la muestra se agita con el acetonitrilo y la sal durante 1 a 3 minutos. Un Molino de laboratorio, como el Molino mezclador MM 400 de Retsch, puede usarse para agitar la mezcla en un tubo Falcon de 50 ml a hasta 30 Hz, asegurando una mezcla completa y reproducible, lo que es beneficioso para el proceso de extracción.
6.Concentración y compactación
En esta etapa crucial de la preparación de la muestra Retsch puede apoyar con su prensa de pellets PP40. La prensa compacta el polvo en comprimidos con superficies lisas, que a menudo se requieren para los análisis de XRF. La precisión del análisis de XRF depende de la interacción de los haces de rayos X con la superficie de la muestra, y varios factores relacionados con la condición de la superficie pueden afectar a la calidad de los datos obtenidos:
- Una superficie lisa asegura que los rayos X interactúen uniformemente con la muestra. Las superficies rugosas o irregulares pueden causar dispersión y absorción de rayos X de manera desigual, lo que conduce a resultados inexactos o inconsistentes.
- Las superficies lisas ayudan a lograr resultados reproducibles en múltiples mediciones o muestras. La variabilidad en la textura de la superficie puede introducir inconsistencias en las mediciones, lo que dificulta la comparación de los resultados.
- En muestras a granel, una superficie lisa y finamente pulida minimiza los efectos de la variación del tamaño de partícula. Las partículas más grandes en una superficie rugosa podrían no ser penetradas completamente por el haz de rayos X, lo que conduciría a una representación insuficiente de su composición elemental en el análisis.
- Para las muestras sólidas, es crucial un buen contacto superficial entre la muestra y la ventana del detector. Una superficie lisa asegura un contacto más estrecho, que es particularmente importante para los elementos de luz que tienen emisiones de rayos X de baja energía, ya que estas emisiones son absorbidas fácilmente por huecos de aire o inconsistencias de la superficie. En una superficie elevada, los puntos de contacto pueden crear regiones de sombra que no se exponen adecuadamente al análisis de rayos X de la muestra, lo que da como resultado un análisis elemental.
En todas las áreas industriales se emplean aparatos RETSCH para preparar muestras que serán sometidas a los más diversos análisis y para realizar determinaciones granulométricas en controles de producción y de calidad.
Con el fin de satisfacer las exigencias cada vez más altas del mercado, RETSCH desarrolla todos sus productos siguiendo una filosofía clara, basada en la cita de Aristóteles:
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Molinos de muestra - Preguntas frecuentes
¿Qué es un molino de muestras?
Un Molino de Muestras es un dispositivo utilizado en diversas industrias como Alimentos, Agricultura y Minería para el Pulverizado o Lijado de muestras de materiales pequeños. Prepara muestras a un tamaño o textura uniforme para evaluaciones consistentes, lo que es crucial para técnicas analíticas como AAS, NIR, ICP o XRF. Retsch ofrece una amplia selección de molinos de muestras y trituradoras para diferentes sustancias y propósitos.
¿Cuáles son los diferentes tipos de molinos disponibles para la preparación de muestras?
Hay varios tipos de Molinos de Muestras que se utilizan para la preparación de muestras, cada uno diseñado para materiales y propósitos específicos. Aquí hay una breve descripción general de los diferentes tipos de Molino:
Molinos de corte:: Estos son adecuados para la eficiente reducción del tamaño primario de materiales heterogéneos mixtos y son efectivos para el procesamiento de muestras blandas, medio-duras, elásticas o fibrosas.La reducción del tamaño se logra mediante Corte y fuerzas de cizallamiento.
Molinos de cuchillas:: Molinos de cuchillas son ideales para Lijado y homogeneización de alimentos y piensos, garantizando una reducción de tamaño uniforme y reproducible rápidamente, permitiendo un muestreo representativo de cualquier parte del recipiente de Lijado.
Molinos de rotor:: Molinos de rotor se utilizan para la reducción rápida de tamaño de sustancias blandas a media-duras, sensibles a la temperatura, o fibrosas. La reducción de tamaño se logra a través de impacto y fuerzas de cizallamiento entre el rotor y el tamiz fijo (anillo).
Molinos de bolas:: Molinos de bolas son versátiles y eficientes para pulverizar materiales duros, frágiles o fibrosos, ofrecen diversos modos de Lijado, volúmenes ajustables y una selección de materiales de herramientas de Lijado adecuados para una amplia gama de aplicaciones.
Molinos criogénicos:: El CryoMill está diseñado para Lijado criogénico, que es una técnica para procesar sustancias térmicamente sensibles y elásticas enfriándolas con nitrógeno líquido.Este Molino está diseñado para enfriar consistentemente el frasco de Lijado con nitrógeno líquido tanto antes como durante el proceso de Lijado.