La preparazione del campione si riferisce alla serie di azioni intraprese per trasformare un campione dal suo stato originale a una forma adatta all'analisi in laboratorio. Il processo esatto può variare notevolmente a seconda del tipo di campione e dell'analisi da eseguire. Tuttavia, l'obiettivo principale della preparazione del campione è isolare gli analiti desiderati (i componenti di interesse) dalla matrice del campione (la massa principale del materiale), rimuovere eventuali contaminanti o sostanze interferenti e convertire gli analiti in una forma compatibile con la tecnica analitica da utilizzare.
In generale, diversi passaggi sono coinvolti nella preparazione del campione:
- Campionamento / divisione del campione: Il primo passo consiste nel raccogliere una porzione rappresentativa del materiale o della sostanza da analizzare. Questo è fondamentale per garantire che i risultati riflettano l'intero campione.
- Essiccazione / indurimento: La riduzione di dimensione e l'omogeneizzazione di campioni appiccicosi, umidi, elastici o tenaci possono essere difficili. L'essiccazione rende il campione più fragile e facilita il processo di Levigatura. Rendere fragili campioni elastici o tenaci, che non possono essere polverizzati a temperatura ambiente, ha lo stesso effetto.
- Pulizia / setacciatura: Questo passaggio è necessario per rimuovere qualsiasi sostanza che possa interferire con l'analisi. Possono essere impiegate tecniche come la cromatografia o l'uso di adsorbenti selettivi per purificare il campione.
- Riduzione delle dimensioni / omogeneizzazione: Per i campioni solidi, questo potrebbe comportare la levigatura o la frantumazione per ridurre la dimensione delle particelle, rendendo gli analiti più accessibili per ulteriori elaborazioni.
- Estrazione: Questo passaggio prevede la separazione degli analiti dalla matrice del campione. Possono essere utilizzati vari metodi di estrazione, tra cui l'estrazione con solvente, l'estrazione in fase solida (SPE) e la microestrazione in fase solida (SPME), a seconda della natura del campione e degli analiti.
- Concentrazione / compattazione: Spesso, gli analiti devono essere concentrati per essere rilevabili dall'strumento analitico. Ciò può comportare l'evaporazione dei solventi, la centrifugazione o la filtrazione per ridurre il volume del campione e aumentare la concentrazione degli analiti.
- Derivatizzazione: In alcuni casi, specialmente per la cromatografia gas (GC) o certi tipi di spettroscopia, gli analiti potrebbero dover essere modificati chimicamente per renderli più volatili, rilevabili o analiticamente stabili. Questo processo è noto come derivatizzazione.
- Trasferimento alla Nave di Analisi: Infine, il campione preparato viene trasferito in un contenitore o un recipiente adatto per l'strumento analitico, come una fiala cromatografica, un contenitore per autosampler o una tazza per campioni per analisi spettroscopica.
Le tecniche e le attrezzature specifiche utilizzate per la preparazione dei campioni dipendono dal tipo di campione (ad esempio, solido, liquido, gassoso), dalla complessità della matrice, dagli analiti di interesse e dalla tecnica di analisi (ad esempio, cromatografia, spettroscopia, spettrometria di massa). Una corretta preparazione del campione è fondamentale per ottenere risultati analitici accurati, affidabili e riproducibili. Retsch offre strumenti per le diverse fasi del processo di preparazione del campione: Campionamento e divisione del campione, essiccazione o infragilimento, pulizia e setacciatura, riduzione dimensionale e omogeneizzazione, estrazione, concentrazione e compattazione. Ogni parte del processo di preparazione del campione è descritta nelle sezioni seguenti.
1.Campionamento e divisione del campione
Per garantire la riproducibilità della preparazione del campione, è essenziale estrarre un sotto-campione che rappresenti realmente il materiale originario. Ciò significa che il sotto-campione deve avere le stesse proprietà della massa. Poiché la maggior parte dei campioni è costituita da miscele disomogenee, occorre fare attenzione a evitare la segregazione dovuta alle diverse dimensioni delle particelle, soprattutto durante la movimentazione. Se non viene processato l'intero campione, è necessario prelevare una porzione rappresentativa. La quantità del campione è fondamentale: deve essere sufficiente per l'analisi e proporzionata alla dimensione totale del campione e alla granulometria. Questi fattori determinano la quantità minima necessaria affinché il sotto-campione rifletta accuratamente la massa. È necessario chiarire in anticipo alcune questioni importanti:
- Quale quantità è necessaria per garantire la rappresentatività del campione originale?
- Da quale parte del materiale originale deve essere prelevato il campione?
A. 1. Quale quantità è richiesta?
Alcuni standard specifici del settore forniscono linee guida e direzioni sul processo di campionamento corretto, ad esempio DIN 51701-2:1985 nel settore del carbone. Contiene, ad esempio, la formula
G [kg] = 0.07 [kg/mm] x z [mm]
che indica quanta quantità di campione "G" deve essere estratta da un campione sfuso con dimensione massima delle particelle "z" per ottenere una quantità rappresentativa. Prendendo come esempio un campione di carbone con una dimensione massima delle particelle di 5 cm, si applica il seguente calcolo:
G [kg] = 0.07 kg/mm x 50 mm
G = 3.5 kg
Di conseguenza, la quantità di campione estratta per un campione con particelle max. 50 mm dovrebbe essere almeno 3.5 kg per assicurarsi che sia rappresentativa. Per materiali diversi dal carbone, è necessario tenere conto di una diversa Densità.
B. 2. Da quale parte è stato prelevato il campione?
Il sottocampione prelevato dal campione originale deve rappresentare accuratamente l'intero lotto, il che richiede una considerazione attenta della posizione di campionamento (parte centrale, superiore, inferiore, interna o esterna del cumulo). Fattori come il contenuto di umidità possono variare all'interno del cumulo, influenzando potenzialmente i risultati analitici. Ad esempio, le parti interne possono essere più umide delle parti esterne. Inoltre, la composizione delle particelle può differire tra la parte superiore e quella inferiore a causa della segregazione. Il campionamento di grandi volumi, come carichi di navi o treni, presenta delle sfide. Per ottenere un sottocampione rappresentativo, è necessario raccogliere campioni da più punti e combinarli. In alternativa, i campioni possono essere prelevati direttamente dal flusso di materiale in un'unità di produzione.
1.1. Ripartitori di Campione
Una volta che il campione è arrivato in laboratorio, la quantità di campione può essere troppo grande per le fasi successive del processo di preparazione del campione. Pertanto, può essere necessaria un'ulteriore divisione del campione. La scelta del metodo di divisione e dello strumento dipende dal materiale e dalla quantità del campione. I campioni secchi e scorrevoli possono essere alimentati tramite alimentatori vibranti, divisori rotanti o divisori di campioni con testa divisoria rotante.
1.2. Divisori di campione
Vengono utilizzati campionatori per materiali con bassa scorrevolezza. Il campionamento casuale manuale è accettabile solo se il campione è omogeneo per quanto riguarda il materiale e la granulometria. Tuttavia, senza un esame preliminare, è difficile accertarlo.
L'importanza del campionamento è dimostrata nella figura: anche se l'analisi viene eseguita correttamente, il campionamento casuale (ad esempio con una paletta) porta a risultati variabili che non sono riproducibili sebbene i campioni provengano dallo stesso materiale iniziale. Come mostrato, tre campioni diversi prelevati dallo stesso materiale iniziale mostrano variazioni fino al 20% per la frazione inferiore a 2 mm. Pertanto, è essenziale che il campionamento venga eseguito con la massima cura.
Devono essere utilizzati divisori di campioni professionali con una deviazione standard marginale per l'estrazione di sottocampioni rappresentativi. La figura mostra gli errori di campionamento qualitativi dei diversi metodi. Si può chiaramente vedere che i divisori di campioni a tubo rotante producono la più piccola variazione qualitativa (A). Raggiungono il più alto grado di riproducibilità e sono chiaramente superiori a tutti gli altri metodi.
2. Perché l'essiccazione o l'indurimento aiutano nella preparazione del campione?
La macinazione di campioni umidi o bagnati può provocare effetti collaterali indesiderati. Tali materiali sono inclini a intasare i setacci anulari e inferiori del mulino, causando potenzialmente un blocco della macchina. Ciò comporta una perdita di materiale durante il processo di preparazione del campione e richiede tempo e sforzi significativi per la pulizia. Esistono tuttavia delle eccezioni, come le macinazioni colloidali nei mulini a sfere che richiedono l'aggiunta di un liquido. La frutta e la verdura fresche possono essere lavorate in mulini a coltelli senza perdere materiale. In genere, i campioni umidi devono essere essiccati (come le foglie) prima della riduzione dimensionale. Il metodo e la temperatura di essiccazione scelti non devono alterare le proprietà del campione, in particolare i componenti volatili. Questi campioni vengono solitamente essiccati a temperatura ambiente. L'essiccatore TG 200 di RETSCH è progettato per un'essiccazione rapida e delicata, utilizzando l'essiccazione a letto fluido, simile agli essiccatori industriali, e può essiccare molti prodotti in soli 5-20 minuti.
Forni di essiccazione di Carbolite Gero
La soluzione ideale per rimuovere l'umidità dal materiale.
L'indurimento (con azoto liquido o anidride carbonica solida) aiuta a migliorare il comportamento di rottura del campione, il che è utile per la preparazione del campione. Pertanto, i materiali sensibili alla temperatura, come alcuni tipi di plastica, devono essere raffreddati direttamente prima di poter essere sottoposti a riduzione preliminare o fine. Un modo è indurire il campione in azoto liquido prima della Levigatura. A una temperatura di -196°C anche la gomma morbida diventa così dura e fragili da poter essere macinata senza problemi. Un'altra possibilità è mescolare il campione con anidride carbonica solida. Tuttavia, i materiali che non devono umidificarsi non devono essere trattati direttamente con agenti refrigeranti. Il motivo è che il vapore nell'aria congela e precipita come acqua quando si scongela. Gli agenti refrigeranti non devono essere utilizzati in strumenti di Levigatura chiusi poiché l'evaporazione causa sovrapressione.
3.Separazione e setacciatura dei metalli
Campioni come rifiuti industriali, rifiuti riciclabili e combustibili secondari contengono spesso componenti metallici che non possono essere polverizzati con i mulini da laboratorio. Al contrario, oggetti metallici come chiodi d'acciaio o viti di ferro possono danneggiare gli utensili di levigatura, il che può portare a un considerevole deterioramento delle prestazioni del mulino. Pertanto, è necessario separare i componenti metallici prima di passare alla fase successiva della preparazione del campione: la levigatura. Se necessario, le frazioni devono essere valutate separatamente. Particelle indesiderate come pezzi di metallo possono anche essere rimosse tramite setacciatura, se le loro dimensioni differiscono da quelle delle particelle che devono essere analizzate. Qui, le macchine per setacciatura Retsch sono i dispositivi di scelta. I vibrosetacciatori e le macchine per setacciatura Retsch coprono non solo un ampio intervallo di misurazione. Grazie a diversi movimenti di setacciatura e dimensioni dei setacci, la gamma di vibrosetacciatori Retsch è adatta a quasi ogni materiale solido. I nostri vibrosetacciatori e macchine per setacciatura producono risultati precisi e riproducibili e sono conformi ai requisiti per il monitoraggio dei materiali di prova secondo DIN EN ISO 9000 ecc.
4.Riduzione delle dimensioni e omogeneizzazione
Un mulino da laboratorio è progettato per polverizzare o macinare piccoli campioni di materiale per l'analisi della composizione, delle proprietà fisiche o per altri test. Sono in grado di preparare campioni di dimensioni o consistenza uniformi, garantendo la coerenza per valutazioni precise. Esistono diversi modelli di mulini per campioni, ognuno dei quali è adatto a materiali diversi e a usi particolari. La scelta di un mulino per campioni appropriato dipende dalle caratteristiche del materiale e dal risultato che si intende ottenere con l'elaborazione del campione. Per le tecniche analitiche come AAS, NIR, ICP o XRF, è fondamentale che il campione sia accuratamente omogeneizzato fino a raggiungere un livello adeguato di finezza analitica. Solo una preparazione coerente del campione garantisce analisi affidabili e accurate. RETSCH fornisce un'ampia selezione di mulini e frantumatori per la riduzione grossolana, fine e ultrafine di qualsiasi sostanza. L'ampia gamma di strumenti e accessori di macinazione garantisce che i nostri dispositivi facilitino una preparazione del campione affidabile e senza contaminazioni per le successive analisi di laboratorio.
Mulini RETSCH
Retsch offre un'ampia gamma di mulini progettati per soddisfare un'ampia varietà applicativa.
5.Vantaggio di Retsch per la fase di estrazione
L'estrazione chimica degli analiti da campioni di terreno è un passaggio fondamentale di preparazione del campione in chimica analitica, scienze ambientali e biochimica, volto a isolare composti specifici per un'analisi dettagliata. Questo processo è essenziale per monitorare l'inquinamento ambientale, ad esempio con pesticidi, valutare i livelli di nutrienti nei suoli, rilevare sostanze pericolose e condurre ricerche in vari campi scientifici. La scelta del solvente e della tecnica di estrazione è critica ed è determinata in base alla natura degli analiti di interesse e alla matrice del campione di terreno. Le tecniche comuni includono l'estrazione in fase solida (SPE), l'estrazione liquido-liquido (LLE), la microestrazione in fase solida (SPME) e l'estrazione con fluidi supercritici (SFE), tra le altre. Il processo di estrazione prevede tipicamente la solubilizzazione degli analiti bersaglio in un solvente adatto, separandoli dalla matrice solida e da altri componenti non bersaglio. Dopo l'estrazione, gli analiti possono subire ulteriori passaggi di purificazione e concentrazione prima dell'analisi utilizzando tecniche come la cromatografia gas (GC), la cromatografia liquida (LC) o la spettrometria di massa (MS) per quantificare e identificare i composti di interesse.
Il metodo QuEChERS, acronimo di "quick, easy, cheap, effective, rugged and safe" (rapido, facile, economico, efficace, robusto e sicuro), semplifica la preparazione dei campioni per l'analisi dei residui di pesticidi. I test hanno dimostrato che i risultati ottenuti con il metodo QuEChERS sono paragonabili a quelli di altri metodi. Durante l'omogeneizzazione, è importante evitare che il campione si surriscaldi, poiché alcuni pesticidi sono volatili. Raffreddare il campione non solo previene ciò, ma migliora anche il comportamento di rottura del materiale, portando a una maggiore finezza e omogeneità. Il processo di estrazione prevede di prelevare 10 g del campione cibo o di terreno ed estrarlo con 10 ml di acetonitrile. Per eliminare i picchi fantasma nei cromatogrammi, l'estrazione viene eseguita con una miscela di sali, tipicamente cloruro di sodio e solfato di magnesio in rapporto 1:2. Per trasferire i pesticidi nella fase organica, il campione viene agitato con l'acetonitrile e il sale per 1-3 minuti. Un Mulino da laboratorio, come il Vibromulino MM 400 di Retsch, può essere utilizzato per agitare la miscela in un tubo Falcon da 50 ml fino a 30 Hz, garantendo una miscelazione completa e riproducibile, il che è vantaggioso per il processo di estrazione.
6.Concentrazione e compattazione
In questa fase cruciale della preparazione del campione, Retsch vi supporta con la Pressa Pastigliatrice PP40. La pressa compatta la polvere in compresse con superfici lisce, spesso necessarie per le analisi XRF. L'accuratezza dell'analisi XRF dipende dall'interazione dei raggi X con la superficie del campione e diversi fattori legati alle condizioni della superficie possono influire sulla qualità dei dati ottenuti:
- Una superficie liscia garantisce che i raggi X interagiscano uniformemente con il campione. Superfici ruvide o irregolari possono causare la diffusione e l'assorbimento dei raggi X in modo non uniforme, portando a risultati imprecisi o incoerenti.
- Le superfici lisce aiutano a ottenere risultati riproducibili su più misure o campioni. La variabilità della struttura della superficie può introdurre incongruenze nella misurazione, rendendo difficile il confronto dei risultati.
- Nei campioni sfusi, una superficie liscia e finemente levigata riduce al minimo gli effetti della variazione delle dimensioni delle particelle. Le particelle più grandi su una superficie ruvida potrebbero non essere completamente penetrate dal fascio di raggi X, con conseguente sottorappresentazione della loro composizione elementare nell'analisi.
- Per i campioni solidi, è fondamentale un buon contatto superficiale tra il campione e la finestra del rivelatore. Una superficie liscia garantisce un contatto più ravvicinato, particolarmente importante per gli elementi leggeri che hanno emissioni di raggi X a bassa energia, in quanto tali emissioni sono facilmente assorbite da intercapedini o incongruenze nel contatto con la superficie.
- Su una superficie ruvida, i punti elevati possono creare regioni d'ombra che non sono adeguatamente esposte al fascio di raggi X, con conseguente analisi incompleta della composizione elementare del campione.
Gli strumenti RETSCH sono utilizzati nella scienza e nell'industria per la preparazione dei campioni per un'ampia gamma di metodi analitici diversi, così come per l'analisi granulometrica nel contesto del controllo della produzione e del monitoraggio della qualità.
RETSCH risponde alle sempre crescenti richieste in questi settori con una chiara filosofia di prodotto: "L'intero è maggiore della somma delle sue parti"
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Grazie alla sua fitta rete internazionale composta da filiali, agenzie locali e società satellite, RETSCH è presente in più di 80 paesi garantendo elevati standard qualitativi e di competenza tecnica. Nei nostri laboratori applicativi, utilizzatori e potenziali clienti possono processare GRATUITAMENTE i propri campioni, in modo da poter valutare l'idoneità di sistemi proposti, prima di un eventuale acquisto. Le prove effettuate saranno inoltre accompagnate da un report di macinazione, riportante tutte le informazioni inerenti la prova (setting strumentali, strumenti ed accessori utilizzati)
Mulini da laboratorio - FAQ
Cosa è un mulino da laboratorio?
Un mulino per campioni è un dispositivo utilizzato in vari settori come quello alimentare, agricolo e minerario per polverizzare o macinare piccoli campioni. Prepara i materiali a una dimensione o consistenza uniforme per valutazioni coerenti, il che è fondamentale per le tecniche analitiche come AAS, NIR, ICP o XRF. RETSCH offre un'ampia selezione di mulini e frantumatori per campioni per diverse sostanze e scopi.
Quali sono i diversi tipi di mulini disponibili per la preparazione dei campioni?
Esistono diversi tipi di mulini utilizzati per la preparazione dei campioni, ciascuno progettato per materiali e scopi specifici. Ecco una breve panoramica dei diversi tipi di mulini:
Mulini a Taglienti:: Sono adatti per un'efficiente riduzione granulometrica primaria di materiali eterogenei misti e sono efficaci per la lavorazione di campioni morbidi, mediamente duri, elastici o fibrosi. La riduzione granulometrica è ottenuta mediante forze di taglio e di frizione.
Mulini a Coltelli: I mulini a coltelli sono ideali per la macinazione e l'omogeneizzazione di alimenti e mangimi. Garantiscono una riduzione uniforme e riproducibile delle dimensioni in tempi rapidi, consentendo un campionamento rappresentativo da qualsiasi parte del contenitore di macinazione.
Mulini a Rotore: I mulini a rotore sono utilizzati per la rapida riduzione dimensionale di varie sostanze, da morbide a mediamente dure, termosensibili o fibrose. La riduzione granulometrica è ottenuta grazie alle forze di impatto e di taglio tra il rotore e il setaccio (ad anello).
Mulini a Sfere: I mulini a sfere sono versatili ed efficienti per la polverizzazione di materiali duri, fragili o fibrosi. Offrono diverse modalità di macinazione, volumi regolabili e una selezione di materiali per accessori di macinazione adatti a un'ampia gamma di applicazioni.
Mulini Criogenici: Il CryoMill è progettato per la macinazione criogenica, una tecnica di lavorazione di sostanze termosensibili ed elastiche mediante raffreddamento con azoto liquido. Questo mulino è stato progettato per raffreddare costantemente la giara di macinazione con azoto liquido sia prima che durante il processo di macinazione.