Chia sẻ bài viết
Sắc ký ion và lọc mẫu đi đôi với nhau vì bước chuẩn bị trước này được khuyến nghị cho hầu hết các nền mẫu mẫu. Việc tránh tiêm các hạt, tảo hoặc vi khuẩn vào hệ thống IC là rất quan trọng vì chúng có thể gây hại cho cả thiết bị và cột phân tách. Mẫu thường được chuẩn bị thủ công, ví dụ như sử dụng lọc hoặc ly tâm để loại bỏ các chất ô nhiễm và thành phần nền mẫu gây cản trở. Một cách hiệu quả hơn để chuẩn bị mẫu cho phân tích IC là sử dụng các kỹ thuật Chuẩn bị Mẫu Inline của Metrohm (MISP) để tự động hóa quá trình. Cả Metrohm Inline Ultrafiltration (UF) hoặc Inline Dialysis đều có thể được sử dụng để bảo vệ hệ thống IC khỏi các thành phần nền mẫu có hại, đồng thời giảm bớt công việc thủ công và tăng tốc độ xử lý mẫu.
Nhấn dưới đây để đọc từng chủ đề.
1. Tại sao mẫu cần được lọc trước khi phân tích bằng sắc ký ion?
Các loại nước khác nhau (ví dụ: nước quy trình, nước mặt, nước thải) cũng như đồ uống, chiết xuất và dung dịch hỗ trợ tiêu hóa có thể gây hại cho hệ thống IC. Các hạt, bùn hoặc cặn thực vật trong mẫu không chỉ làm ô nhiễm hệ thống IC mà còn có thể tích tụ trong vật liệu cột phân tách. Kết quả là sự tích tụ hạt làm giảm khả năng trao đổi của cột (cần thiết cho việc phân tách peak chính xác) kết hợp với sự tăng nhanh áp suất hệ thống. Do đó, độ phân giải peak bị suy giảm, và tuổi thọ tổng thể của cột bảo vệ cũng như cột phân tách bị giảm đáng kể.
2. Metrohm Inline Ultrafiltration
Lọc mẫu thủ công là một bước chuẩn bị mẫu quen thuộc. Mẫu được hút vào ống tiêm và sau đó được đi qua một bộ lọc phù hợp khi tiêm vào một bình chứa mẫu. Đây là một công việc đòi hỏi nhiều công sức, thường xuyên lặp đi lặp lại, yêu cầu thời gian và các sản phẩm tiêu hao đắt đỏ. Một lượng lớn chất thải được tạo ra do việc sử dụng các vật liệu tiêu hao.
Kỹ thuật Metrohm Inline Ultrafiltration là một giải pháp hoàn toàn tự động và trong dây chuyền để khắc phục các nhược điểm này. Inline Ultrafiltration là kỹ thuật MISP được sử dụng phổ biến nhất. Giải pháp này cho phép người dùng phân tích hơn 100 mẫu với chỉ một màng lọc duy nhất. Tùy thuộc vào nền mẫu, một màng UF thậm chí có thể được sử dụng để lọc lên đến 500 hoặc 600 mẫu.
Trong bài đăng blog liên quan dưới đây, bạn có thể tìm thấy những khuyến nghị của chúng tôi về thời điểm cần thay thế màng UF.
When do I have to exchange the filtration membrane with Inline Ultrafiltration?
Về mặt kỹ thuật, các hệ thống ultrafiltration có thể được thêm vào để nâng cấp bất kỳ hệ thống IC Metrohm nào. Yêu cầu duy nhất là thiết bị lấy mẫu tự động cần được trang bị với một máy bơm nhu động. Biểu đồ dòng sau đây cho thấy nguyên lý kết nối cho các hệ thống UF (Hình động 1).
Hình động 1. Hình ảnh mô ta cấu hình ProfIC Vario 2 Anion với cell UF như mô tả trong phần tiếp theo.
Sau khi các mẫu chưa lọc được đặt vào bộ thay mẫu và được nhập vào danh sách mẫu của MagIC Net, người dùng không cần thực hiện thêm bất kỳ thao tác nào. Máy lấy mẫu tự động sẽ hút mẫu từ lọ và đưa dung dịch vào cell UF (Hình động 1).
Cell ultrafiltration Metrohm
Cell UF bao gồm hai buồng với một đường chảy xoắn ốc chung. Các buồng này được kết nối với hai máy bơm nhu động riêng biệt và được ngăn cách bởi một màng lọc (Hình động 1 và 2). Điểm độc đáo của Metrohm Inline Ultrafiltration là chỉ một phần mẫu được lọc qua bề mặt màng lọc (Hình động 2). Phần lớn mẫu được dẫn qua phía mẫu của màng ultrafiltration vào dòng thải. Điều này cho phép dòng chảy liên tục ở phía mẫu, ngăn ngừa các hạt bám vào bộ lọc. Các hạt và các thành phần nền mẫu không mong muốn khác được rửa trôi liên tục để không hình thành bánh lọc. Dung dịch lọc «sạch» được điền vào vòng mẫu để tiêm mẫu vào sắc ký ion.
Hình động 2. Nguyên lý của Inline Ultrafiltration được mô tả ở đây. Phía dưới, mẫu chảy liên tục qua một đường xoắn ốc và ra ngoài vào dòng thải. Dòng chảy liên tục này tránh tắc nghẽn và hình thành bánh lọc ở phía mẫu, trong khi dung dịch lọc vượt qua màng (ở giữa) và được vận chuyển đến loop tiêm mẫu (ở trên). Mẫu và dung dịch lọc được bơm với tốc độ khác nhau, hỗ trợ quá trình lọc nhờ áp suất mà không làm hỏng bề mặt màng.
Màng UF tiêu chuẩn của Metrohm (Hình 1) được làm từ cellulose tái sinh với kích thước lỗ 0.20 µm. Kích thước lỗ nhỏ hơn rất nhiều so với các công nghệ màng khác như màng lọc thủ công hoặc nắp lọc chuyên dụng của các nhà sản xuất khác. Các hạt có kích thước từ 0.5 µm trở lên có thể tạo ra các tắc nghẽn trong vật liệu cột. Nhờ vào kích thước lỗ màng nhỏ, Metrohm có thể đảm bảo không có hạt nào lớn hơn 0,20 µm xâm nhập và làm ảnh hưởng hoặc hỏng hệ thống phân tích.
Các thử nghiệm hiệu suất hệ thống ultrafiltration với vật liệu màng cellulose trong vài năm qua đã cho thấy mức độ ô nhiễm do rửa trôi là không đáng kể, mang lại cho người dùng một trải nghiệm rất tốt và đáng tin cậy. Hơn nữa, cấu hình này rất linh hoạt và có thể điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu của phòng thí nghiệm. Các màng ultrafiltration khác có sẵn trên thị trường cũng có thể được sử dụng. Tuy nhiên, những màng này cần được người tiêu dùng kiểm tra kỹ lưỡng để loại trừ bất kỳ tác động phân tích hay sai lệch nào trước khi tiến hành phân tích.
Sau khi mẫu đã được lọc được tiêm vào cột IC, toàn bộ đường đi của mẫu (bao gồm cả cell UF) được rửa sạch kỹ lưỡng với một hoặc nhiều dung dịch rửa song song với quá trình phát hiện. Việc rửa chuẩn được thực hiện bằng nước siêu tinh khiết (UPW). Nếu cần, các dung dịch rửa bổ sung (ví dụ: methanol 30%) có thể được sử dụng trước khi rửa bằng UPW để giúp tránh sự phát triển của vi khuẩn trong đường mẫu. Quan trọng là luôn sử dụng UPW làm dung dịch rửa cuối cùng vì đây sẽ là môi trường mà cell UF được lưu trữ. Với quy trình rửa nội tuyến này, Inline Ultrafiltration đảm bảo độ nhiễm chéo dưới 0.1% giữa các mẫu.
Metrohm Inline Ultrafiltration cũng có thể được kết hợp với các kỹ thuật MISP khác đã được đề cập trong phần 1 của loạt bài này. Việc thêm Kỹ thuật tiêm một phần loop thông minh Metrohm (MiPT) hoặc Inline Dilution vào hệ thống IC có thể tự động chuẩn bị mỗi mẫu nằm trong phạm vi nồng độ đã được dựng chuẩn. Các kỹ thuật chuẩn bị mẫu này là những công cụ mạnh mẽ mang lại sự bảo vệ hệ thống bổ sung, kéo dài tuổi thọ của cột phân tách, tiết kiệm thời gian đáng kể trong phòng thí nghiệm và giữ chi phí bảo trì và các chi phí khác ở mức tối thiểu.
3. Metrohm Inline Dialysis
Quá trình kết tủa Carrez thường xuyên được sử dụng để loại bỏ các hạt keo, protein, giọt dầu và nhiều thành phần khác khỏi nền mẫu mẫu có tải lượng hữu cơ cao. Các mẫu có nền mẫu như vậy bao gồm nước trái cây và rau quả, sữa, sữa bột, và các sản phẩm từ sữa khác. Truyền thống, chất béo và protein được kết tủa khỏi mẫu bằng cách thêm lần lượt thuốc thử Carrez I (hexacyanoferrat (II) kali) và thuốc thử Carrez II (acetat kẽm). Sau khi kết tủa, dung dịch được ly tâm và lọc, sau đó dung dịch trong suốt được tiêm và phân tích bằng IC. Quy trình tiền xử lý này bao gồm một số bước thủ công và một lượng lớn hóa chất và thiết bị. Ngược lại, Metrohm cung cấp một giải pháp tự động và nội tuyến cho việc chuẩn bị mẫu trong những tình huống này. Metrohm Inline Dialysis là một giải pháp thay thế rất tiết kiệm chi phí so với các phương pháp tiền xử lý mẫu mất thời gian khác và không yêu cầu sử dụng hóa chất.
Cell dialysis thể tích thấp Metrohm (Hình 2) là trung tâm của kỹ thuật này bao gồm hai buồng được ngăn cách bởi một màng cellulose acetate, tương tự như cấu hình cell và màng được sử dụng cho Inline Ultrafiltration. Tuy nhiên, khác với nguyên lý Inline Ultrafiltration, nguyên lý dừng dòng được áp dụng trong Inline Dialysis. Điều này cho phép các chất phân tích vượt qua bề mặt màng nhờ khuếch tán trong khi các thành phần nền mẫu có hại như hạt, dầu, chất béo và protein lớn bị loại trừ. Vì nền mẫu luôn được rửa trôi, việc bám bẩn màng bị ngăn cản, và việc hình thành bánh lọc bị ngừng lại do không có áp suất được áp dụng.
Các dòng IC 930 và 940 của Metrohm có thể dễ dàng nâng cấp với bộ dụng cụ để sử dụng với Inline Dialysisit. Tuy nhiên, cả IC và thiết bị lấy mẫu tự động đều phải được trang bị các bơm nhu động. Cấu hình tiêu chuẩn kỹ thuật được hiển thị trong Hình động 3.
Hình động 3. Cấu hình tiêu chuẩn Inline Dialysis với hệ thống ProfIC Vario 3 Anion. Dung dịch mẫu được bơm liên tục từ bộ thay mẫu vào buồng mẫu của cell dialysis qua một đường xoắn ốc. Buồng mẫu được ngăn cách với buồng nhận bằng một màng cellulose acetate. Buồng nhận này được lấp đầy với dung dịch nhận. Sử dụng nguyên lý dừng dòng, chỉ các ion vượt qua màng nhờ khuếch tán và dung dịch nhận sẽ được làm giàu cho đến khi đạt được sự cân bằng. Dung dịch nhận sau đó được bơm vào vòng mẫu IC – sau đó được tiêm vào cột để tách các chất phân tích và đầu dò tiếp theo đó (ví dụ: độ dẫn điện với sử khử nhiễu nền).
4. So sánh quá trình kết tủa Carrez và Metrohm Inline Dialysis trên mẫu sữa
Một nghiên cứu kỹ lưỡng đã được thực hiện để so sánh hiệu quả của hai phương pháp chuẩn bị mẫu cho phân tích mẫu sữa bằng sắc ký ion: Inline Dialysis và kết tủa Carrez. Tổng quan, cả hai cấu hình hệ thống IC đều cho kết quả tương đương trong suốt thời gian thử nghiệm sáu tháng với khoảng 2000 lần tiêm mẫu sữa.
Một trong những tham số được theo dõi là áp suất hệ thống. Nếu tăng, điều này có thể chỉ ra sự xuất hiện của các tắc nghẽn hoặc sự suy giảm của cột tách. Áp suất hệ thống vẫn rất ổn định trong suốt loạt thử nghiệm. Các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng cũng được tiêm vào các khoảng thời gian xác định và theo dõi để kiểm tra hiệu suất của cột. Hiệu suất cột giảm được chỉ ra bởi sự phát triển của hình dạng peak kém và xu hướng giảm độ phân giải, dẫn đến độ thu hồi không đạt chuẩn. Tham số này có thể được gây ra nếu chất béo, protein hoặc hạt đi vào cột tách. Tuy nhiên, loạt thử nghiệm cho thấy rằng độ thu hồi của các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng (chloride, nitrate, nitrite) vẫn ổn định khá lâu cho cả hai cấu hình (Hình 3).
Hầu như không có ảnh hưởng đến tuổi thọ cột đối với cả hai hệ thống IC. Tuy nhiên, việc so sánh kỹ lưỡng phương pháp chuẩn bị mẫu thủ công truyền thống (Carrez) với Metrohm Inline Dialysis tự động đã chứng minh hiệu quả của quá trình màng sau này trong việc bảo vệ hệ thống phân tích khỏi vi khuẩn, protein, chất béo và các chất ô nhiễm khác trong khi giảm thiểu nỗ lực làm việc trong phòng thí nghiệm và sử dụng hóa chất. Thêm chi tiết về nghiên cứu này có thể được tìm thấy trong tài liệu của chúng tôi «Phân tích đơn giản các sản phẩm từ sữa với Metrohm Inline Dialysis».
Như vậy, Metrohm Inline Dialysis đã được chứng minh là công cụ chuẩn bị mẫu lý tưởng cho các sản phẩm từ sữa như mẫu sữa. Nó có thể được áp dụng cho một loạt các mẫu thực phẩm, nhưng cũng có thể áp dụng cho các mẫu thách thức trong các ngành công nghiệp khác như sinh hóa học, nhiên liệu, và dược phẩm. Một số ví dụ ứng dụng cho các ngành này được chia sẻ ở cuối bài viết này.
Kết luận
Cả hai kỹ thuật chuẩn bị mẫu inline dựa trên màng được mô tả trong bài viết này (UF và dialysis) là những công cụ mạnh mẽ giúp công việc trong phòng thí nghiệm lặp đi lặp lại trở nên dễ dàng hơn. Không chỉ vậy—chúng còn giúp bảo vệ hệ thống IC trong khi giảm chi phí phân tích tổng thể và lượng hóa chất sử dụng. Tuy nhiên, nền mẫu mẫu là yếu tố quyết định cuối cùng để lựa chọn giữa Metrohm Inline Ultrafiltration và Inline Dialysis.
Your knowledge take-aways
Video: Basics of maintaining and working with ion chromatographs
Application Note: Four anions in a protein formulation using dialysis for sample preparation
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.
Simplified analysis of dairy products with Metrohm Inline Dialysis
This White Paper compares automated Inline Ultrafiltration and Inline Dialysis to the traditional Carrez clarification procedure for the analysis of milk samples by ion chromatography (IC). A continuous test series over approximately six months proved Inline Dialysis to be a reliable and valuable alternative to treat dairy products prior to IC analysis.
