Een vast monstermateriaal moet altijd voldoende worden voorbereid door middel van maatverkleining en homogenisatie voordat het wordt onderworpen aan chemische of fysische analyse. Er moet voor worden gezorgd dat het analysemonster volledig het oorspronkelijke materiaal vertegenwoordigt en dat het monstervoorbereidingsproces reproduceerbaar wordt uitgevoerd. Alleen dan zijn zinvolle resultaten gegarandeerd. De meeste monstermaterialen kunnen bij kamertemperatuur worden teruggebracht tot de vereiste analytische fijnheid door een molen te kiezen met een geschikt maatverkleiningsprincipe (impact, druk, wrijving, afschuiven, Doorslijpen).
Er zijn echter grenzen voor maatverkleining bij kamertemperatuur, bijvoorbeeld wanneer zelfs een kleine temperatuurverhoging het monster negatief beïnvloedt; of wanneer het materiaal zeer elastisch is en de bovengenoemde maatverkleiningsprincipes alleen vervorming veroorzaken. De perfecte oplossing voor dit soort monsters is koud of cryogeen Slijpen. Dit omvat Slijphulpmiddelen zoals vloeibare stikstof (-196 °C) of droogijs (-78 °C) die het monster brozer maken door af te koelen en het gemakkelijker laten breken. Een ander voordeel is het behoud van vluchtige componenten van het monster. In dit whitepaper leggen we uit voor welke monstermaterialen cryogeen Slijpen toepasbaar is, welke laboratoriummolens geschikt zijn en waarmee rekening moet worden gehouden.
Voor welke materialen is cryogeen Slijpen aan te raden
Monsters met vluchtige bestanddelen
Materialen met vluchtige componenten zoals oplosmiddelen (benzeen, tolueen, PCB, PCP, enz.) zijn moeilijk goed voor te bereiden op analyse omdat een temperatuurstijging tijdens het Slijpen kan leiden tot verlies van de analyten. Het grotere deeltjesoppervlak als gevolg van het Slijpen bevordert de emissie van vluchtige stoffen verder. De lage temperatuur van vloeibare stikstof of droogijs vermindert de hoge dampdruk van de componenten aanzienlijk en broos de monstermatrix. De vluchtige componenten worden dus nauwelijks beïnvloed door de relatieve temperatuurstijging die optreedt tijdens het Slijpen.
Monsters met elastisch gedrag
Veel Polymeren (kunststoffen zoals PP, PET, PA, enz.), en andere materialen, vertonen visco-elastisch gedrag tijdens het Slijpen wat resulteert in een plastische vervorming. Dit betekent dat een scheurinitiatie - en dus een breuk - niet optreedt. Elastomeren zoals siliconen bakschalen of rubberen banden die vanwege hun flexibiliteit bij kamertemperatuur worden gebruikt, hebben een zogenaamde glasovergangstemperatuur die ver onder kamertemperatuur ligt. Als elastische plastic monsters worden ondergedompeld in vloeibare stikstof, daalt hun temperatuur onder de glasovergangstemperatuur; dit vermindert het vermogen van het materiaal om weerstand te bieden aan een hoge mechanische spanning door elastisch-plastisch gedrag of viskeuze stroming. Als dit voorgekoelde materiaal vervolgens in een molen wordt gemalen, vertoont het monster breekbaar breekgedrag. Cryogeen Slijpen is ook geschikt voor harde kunststoffen, hoewel dit materiaal breekbaar is bij kamertemperatuur. Voor een succesvol proces van groottereductie mag de temperatuur van het monster de glasovergangstemperatuur niet overtreffen.
Biologische en medische monsters
Als biologische monsters worden voorbereid, bijvoorbeeld voor de extractie van nucleïnezuren uit gist, bacteriën, planten of menselijk/dierlijk weefsel, kunnen ze tijdens en na het proces zeer temperatuurgevoelig reageren en zelfs worden vernietigd. In dergelijke gevallen helpt cryogeen Slijpen het proces te verbeteren door groepen cellen en celwanden in te bedden, waardoor ze gemakkelijker worden verstoord en de daaropvolgende afbraak van de celfragmenten wordt vertraagd. Ongewenste celreacties worden praktisch 'bevroren' door het monster in LN2 onder te dompelen, zodat celactiviteiten op een later tijdstip kunnen worden waargenom.
Kleverige of taaie voedsel monsters
Kleverige of taaie monstermaterialen zoals kaas, rozijnen, wijngom of marsepein klonteren gewoon samen wanneer ze op kamertemperatuur worden gemalen en zijn niet voldoende gehomogeniseerd. De lage temperatuur van het cryogene proces voorkomt dat het monster klontert, zodat het grondig wordt gehomogeniseerd en geschikt is voor analyse.
Overview applications
| Sample | Mill | Toebehoren | Toevoer hoeveelheid | Grinding time | Speed | Final fineness (d90) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| gummy beren | MM 400 |
|
10 Pieces | 1 min | 30 Hz | < 300 µm |
| caoutchouc | CryoMill |
|
4 g | 2 min | 30 Hz | < 500 µm |
| E. coli bacteriën | CryoMill |
|
10 ml frozen cell pellets | 2 min | 30 Hz | complete cell disruption |
| kunstofgranulaten | ZM 300 |
|
40 g | 20 s | 18,000 min-1 | < 500 µm |
| secundaire brandstoffen | ZM 300 |
|
150 g | 30 s | 18,000 min-1 | < 0.75 mm |
| wijn-gom | GM 300 |
|
500 g | 40 s + 20 s | 18,000 min-1 + 4000 min-1 | < 0.8 mm |
| rubber duck | SM 300 |
|
5 Pieces | 40 s | 3,000 min-1 | < 2 mm |
| Pillen met vloeibare vulling | RM 200 |
|
40 Pieces | 3 min | 100 min-1 | < 250 µm |
| gummy beren | MM 500 control |
|
28 Pieces | 30 s | 30 Hz | < 100 µm |
| gedroogde appels met kruiden | MM 500 control |
|
30 g | 2 min | 30 Hz | < 150 µm |
| caramel snoepgoed | GM 200 |
|
15 g | 2 min | 4000 min-1 | < 300 µm |
| chocolade met hazelnoten | GM 200 |
|
100 g | 4 min | 10000 min-1 | < 1 mm |
Geschikte labmolens voor cryogeen Slijpen
Bij het kiezen van een geschikte laboratoriummolen voor cryogeen malen moeten verschillende aspecten in overweging worden genomen. Enerzijds is het monstervolume cruciaal voor de beslissing, anderzijds zijn de voergrootte en gewenste uiteindelijke fijnheid ook belangrijke factoren. De mixermolens MM 400 en CryoMill zijn ontworpen voor het verwerken van kleine monstervolumes. Deze molens bereiken vaak fijnere maalgroottes, zelfs met moeilijke plastic monsters, dan bijvoorbeeld rotormolens omdat het monster gedurende een langere periode in de gesloten maalpot blijft in vergelijking met de open maalkamer van de rotormolens. Het monster wordt continu gekoeld tijdens het gehele maalproces, in de CryoMill zelfs met een constante temperatuur van -196 °C. De MM 500-besturing is in staat om een geselecteerde temperatuur van -100 °C tot 0 °C te handhaven. Het biedt de optie om ook een groter monstervolume pf tot 80 ml per batch te malen.
Het gebruik van potten gemaakt van zirkoniumoxide of wolfraamcarbide is toegestaan voor deze temperaturen. Voor zeer harde monsters zoals de meeste kunststoffen is verpulverisatie alleen mogelijk bij de koudste optie - de CryoMill. Rotormolens, vijzelmolens, messenmolens of snijmolens verwerken aanzienlijk grotere volumes en voergroottes dan mixergroottes. De principes van deze molens produceren echter meestal grotere volumes en voergroottes, vooral bij het malen van plastics. De principes van deze molens produceren grotere maalgroottes, vooral bij het malen van droogijsmonsters, zonder restrictie en dat de molen alleen kan worden gebruikt als de vloeistofijsmolen niet als lage temperatuur kan worden ontworpen voor lage temperaturen.
Mengmolens MM 400, MM 500 nano, MM 500 vario, MM 500 control en de CryoMill
De mixermolens, zoals de MM 400, MM 500 vario en CryoMill, zijn perfect geschikt voor het homogeniseren van kleine monstervolumes met een maximale voedingsgrootte van 8 mm. Deze molens beschikken over twee, respectievelijk één of zes, maalstations waarin de maalpotten met schroefdop - gevuld met maalballen en monster - veilig zijn geklemd voor het malen. De gesloten maalpotten, en dus het monster, zijn gebroosd met vloeibare stikstof. Geschikte maalpotten van de MM 400 of de MM 500 vario zijn gemaakt van staal of PTFE; flacons of stalen buizen van 1,5, 2 en 5 ml voor eenmalig gebruik voor eenmalig gebruik zijn ook verkrijgbaar. Er moet op worden gelet dat er geen vloeibare stikstof in de maalpotten zit. De wrijvingswarmte van het maalproces zorgt ervoor dat LN2 in de gasfase komt, waardoor de druk in het monster aanzienlijk toeneemt. Met behulp van een tang wordt de gesloten maalpot 2 tot 3 minuten in een isolatiecontainer gevuld met vloeibare stikstof geplaatst en vervolgens in de MM 400 of MM 500 vario geklemd.
Vanwege de hoge energie-input en de resulterende wrijvingswarmte, mag het maalproces niet langer dan 3 minuten duren om te voorkomen dat het monster opwarmt en zijn breekeigenschappen behoudt. Als langere maaltijden nodig zijn, moeten deze worden onderbroken door tussentijdse koeling van de maalpotten. In tegenstelling tot de twee genoemde mixermolens biedt de continue koeling van de vloeibare stikstof met verlaging van de temperatuur tot 6 °C-19 °C. Zo is er geen noodzaak voor een consistente tussenliggende temperatuur van het maalcyclus zonder dat de gebruiker contact maakt met vloeibare stikstof. Bovendien zorgt de koeling voor contact met de cyclus voor een veilige werking van het maalpunt van de vloeistof en 6 °C-19 °C. Bovendien zorgt het maalproces voor een veilige werking van het maalproces voor de gebruiker voor het slijpen van het slijpen van het maalpunt, waardoor de slijpen van zware metaal niet wordt bereikt.
Grinding of small sample quantities in mixer mills
Mixer mills are designed to grind small sample volumes. With different adapters, single use tubes 1.5 ml, 2 ml or 5 ml can be used- but for cryogenic grinding those tubes have the negative aspect that they are embrittles as well and tend to break. In all Retsch Mixer Mills, 2 ml steel tubes can be used as well, which withstand the harsh conditions of cryogenic grinding. Also there are adapters for keeping 4 x 5 ml steel jars. The MM 500 nano and the MM 500 control furthermore offer the option to use 2 x 25 ml or 4 x 10 ml multi cavity jars.
Snijmolen SM 300
De bovengenoemde aspecten die de keuze van een Slijp hulpmiddel beïnvloeden zijn ook relevant bij het cryogeen Slijpen in de Snijmolen SM 300. Deze molen is bijzonder geschikt voor het verwerken van taaie materialen zoals schoenzolen of bitumen en accepteert grotere voermaten dan de ZM 300. Zelfs ruw gesneden en gebroosde autobanden kunnen met de SM 300 worden gehomogeniseerd. Het gebroosde monstermateriaal is nogal hard, daarom raden we aan om de 6-schijfs rotor te gebruiken omdat deze meer werkt als een versnipperaar. Het is ook geschikt om heterogene monsters te snijden zoals bevroren kippendelen inclusief botten. Voor het Slijpen van dunne plastic folie, dat vaak deel uitmaakt van afval-afgeleide brandstoffen, raden we droogijs aan vanwege het continue koeleffect tijdens het Slijpen.
Messenmolen GRINDOMIX GM 200 en GM 300
Kleverige en taaie voedsel monsters zoals kaas, rozijnen, wijngom of marsepein zijn perfect gehomogeniseerd met de Messenmolen GRINDOMIX GM 200 of GM 300. Zelfs chocolade, die gewoon pasta-achtig wordt wanneer het bij kamertemperatuur wordt verwerkt, kan met succes cryogeen worden verpulverd. Het monster wordt gemengd met droogijs in een verhouding van 1:2; na een paar minuten wordt het grondig afgekoeld en het Slijp proces begint. Het droogijs houdt het monster de hele tijd koel. Let erop dat u geen plastic accessoires gebruikt bij het cryogeen Slijpen in de GM 200 of GM 300 omdat deze tijdens het proces beschadigd kunnen raken. Geschikte accessoires zijn een Slijpen container van roestvrij staal, een volledig metalen mes en een deksel met opening om het gasvormige kooldioxide te laten verdampen.
Mortelmolen RM 200
In een vijzelmolen worden monsters door druk en wrijving verpulverd en worden ze zolang aan het Slijp proces onderworpen als nodig is om de gewenste uiteindelijke fijnheid te bereiken. De vijzelmolen RM 200 is geen gesloten systeem; het is mogelijk om droogijs of vloeibare stikstof toe te voegen tijdens het Slijpen via een venster in de deksel. Voor cryogene toepassingen moeten vijzel en stamper van roestvrij staal zijn. Tabletten met vloeibare vulling kunnen bijvoorbeeld met succes worden verpulverd in een vijzelmolen.
Overview RETSCH Mills for Cryogenic Grinding
| Mill | Feed size | Toevoer hoeveelheid | Eindfijnheid | Remark |
|---|---|---|---|---|
| CryoMill | < 8 mm | 1 x 20 ml | 50 µm |
|
| MM 400 | < 8 mm | 2 x 20 ml | 100 µm |
|
| ZM 300 | < 10 mm | 4000 ml | 300 µm |
|
| GM 300 | < 40 mm | 2000 ml | 500 µm |
|
| SM 300 | < 80 mm | 4000 ml | 2000 µm |
|
| SM 300 | < 80 mm | 4000 ml | 2000 µm |
|
| RM 200 | < 8 mm | 190 ml | 10 µm |
|
| MM 500 nano | < 10 mm | 2x 40 ml | 100 µm |
|
| MM 500 vario | < 8 mm | 6x 20 ml | 100 µm |
|
| MM 500 control | < 10 mm | 2x 40 ml | 100 µm |
|
| GM 200 | < 40 mm | 300 ml | 300 µm |
|
Conclusion
Voor veel materialen is verpulveren met vloeibaar stikstof of droogijs de enige mogelijke manier om een monster te verkrijgen dat geschikt is voor latere analyse. RETSCH biedt een reeks laboratoriummolens die een zachte en efficiënte cryogene monstervoorbereiding mogelijk maken. Het gebruik ervan vermindert zowel de kosten als de arbeid die nodig zijn voor Slijpen bij lage temperaturen aanzienlijk. Een selectie van geschikte accessoires zorgt ervoor dat het Slijp proces veilig wordt uitgevoerd.
Contacteer ons voor een vrijblijvend advies
Onze eigen vestigingen, samen met een breed netwerk van zusterbedrijven en vertegenwoordigingen in meer dan 80 landen garanderen optimale en professionele ondersteuning over producten en toepassingen.
Kies uw land op de kaart, om uw lokale partner te vinden of vul simpelweg onderstaand contactformulier in.
