pemisah magnetik spektrometer massa untuk pemisahan butiran

Ketika Anda mendengar tentangpemisah magnetik spektrometer massa untuk pemisahan butiran, pemikiran pertama adalah semacam peregangan atau hal yang sangat terspesialisasi. Padahal, jika digali lebih dalam, ini tentang prinsip dasar pemurnian dan pemisahan, yang bermigrasi dari industri pertambangan ke peralatan analitik. Banyak orang yang masih menganggap pemisahan magnetik hanya pada bijih besi atau besi tua. Tapi prinsip operasi fisiknya samapemisah magnetikmendasari isolasi fraksi target - “butiran” tersebut – dari matriks kompleks untuk analisis spektrometri massa selanjutnya. Ini tentang hubungan ini, tentang masalah-masalah praktis dan mengapa kadang-kadang hal-hal sederhana dari satu industri menyelamatkan situasi di industri lain, dan saya ingin berspekulasi.

Dari bijih menjadi ion: kesamaan tugas yang tidak jelas

Saya bekerja dengan berbagai peralatan penghancuran, penyaringan dan pemrosesan, dan selalupemisah magnetikmerupakan kunci dalam meningkatkan kemurnian konsentrat. Idenya adalah untuk memisahkan mineral magnetik dari gangue non-magnetik. Tampaknya, apa hubungannya spektrometer massa dengan itu? Dan terlepas dari kenyataan bahwa sebelum memasukkan sampel ke sumber ion, seringkali sampel tersebut perlu “dibersihkan?” dari komponen matriks yang akan mengganggu analisis. Dan di sinilah metode prakonsentrasi bisa membantu, termasuk pemisahan magnetik, terutama jika kita berbicara tentang nanopartikel atau objek biologis yang diberi label magnetik.

Dalam praktik laboratorium, Anda sering menemukan sampel tanah, sampel geologi, atau bahkan produk makanan (biji-bijian yang sama), yang memerlukan penentuan jumlah jejak unsur atau senyawa. Matriksnya buruk, spektrumnya kelebihan beban. Persiapan klasik - penguraian asam, ekstraksi - membutuhkan waktu lama dan tidak selalu selektif. Bagaimana jika kita mencoba menggunakan pembawa magnet dengan ligan spesifik yang tidak dapat bergerak? Mereka hanya akan menangkap ion-ion yang diperlukan dari larutan, seperti drum magnet yang menangkap potongan magnetit dari aliran batu yang hancur. Kemudian pembawa tersebut dapat dengan mudah dipisahkan menggunakan laboratorium yang samapemisah magnetik, cuci dan elusi analit target ke dalam larutan bersih untuk dimasukkan ke dalam spektrometer massa. Efisiensi persiapan sampel meningkat dengan urutan besarnya.

Di sinilah Anda mengingat pengalaman dari yang “besar”. industri. Katakanlah, di pabrik pengayaan terdapat pemisah berdasarkan magnet neodymium yang kuatPerusahaan LONGI. Alat berat yang andal dan tahan lama yang telah menggerakkan ribuan ton selama bertahun-tahun. Dan ketika di laboratorium Anda mulai berkerumun dengan batang magnet tipis untuk pengambilan sampel mikro, Anda mendapati diri Anda berpikir: tetapi Anda dapat menskalakan ke dua arah. Hanya ada satu prinsip. Di situs web merekahttps://www.ljmagnet.ruTerlihat jelas bahwa perusahaan yang didirikan pada tahun 1993 ini telah berkembang menjadi produsen besar peralatan pertambangan. Dan ketika Anda membaca bahwa perusahaan mereka di Fushun memproduksi hingga 4.000 unit peralatan per tahun, Anda memahami bahwa mereka tahu banyak tentang pemisahan. Keahlian teknik mereka dalam menciptakan sistem magnetik yang stabil dan efisien memberikan landasan yang siap untuk pengembangan solusi khusus untuk laboratorium analitik.

Jika tipis, maka akan rusak: kesulitan praktis dalam transfer teknologi

Tapi tidak semuanya mulus. Mentransfer prinsip dari pabrik ke meja ahli kimia analitik adalah keseluruhan cerita. Masalah utamanya adalah skala dan kemurnian proses. Di industripemisah biji-bijian(dalam arti butiran bijih) yang utama adalah produktivitas dan ketahanan terhadap bahan abrasif. Di laboratorium, terdapat kemurnian mutlak dari bahan yang bersentuhan dengan sampel, agar tidak menimbulkan kontaminasi, dan kontrol presisi medan magnet untuk bekerja dengan mikrogram zat.

Saya ingat kami mencoba mengadaptasi salah satu metode immunoassay magnetik untuk menentukan mikotoksin dalam biji gandum. Kompleks antibodi harus dipisahkan dengan label magnetik. Kami mengambil pemisah magnetik laboratorium standar untuk tabung reaksi. Dan kami dihadapkan pada kenyataan bahwa efisiensi pemisahan turun secara signifikan dengan suspensi kental - butiran yang dihancurkan menyediakan media seperti itu. Saya harus bereksperimen dengan waktu pemaparan, kekuatan magnet, dan hampir mengguncang sampel selama pemisahan. Inilah saatnya ketika kesederhanaan teoretis bertemu dengan “non-idealitas” praktis? mencicipi.

Nuansa lainnya adalah partikel magnet itu sendiri. Untuk spektrometri massa, khususnya ICP-MS (plasma berpasangan induktif), sangat penting bahwa pembawa benar-benar larut dalam larutan elusi atau tidak masuk ke sumbernya, jika tidak maka obor atau kerucut plasma yang mahal dijamin akan gagal. Oleh karena itu, label magnet atau sorben sering kali dibuat berdasarkan polimer dengan inti magnet, yang harus bersifat biokompatibel dan inert secara kimia. Penciptaan partikel "pintar" seperti itu sudah berada di persimpangan antara kimia, ilmu material, dan analitik, dan di sini, sayangnya, pengalaman produsen magnet industri tidak selalu dapat diterapkan secara langsung.

Studi kasus: ketika pemisah magnetik menyimpan analisis

Kami mempunyai proyek untuk mengetahui jejak logam berat (timbal, kadmium) pada padi yang ditanam di dekat kawasan industri. Persiapan sampel klasik—dekomposisi gelombang mikro—memberikan hasil yang dapat diterima, namun batas deteksinya berada di ambang batas yang disyaratkan. Efek matriks (terutama dari garam kalium dan silikon) menekan sinyal. Konsentrasi awal dan pemurnian dari matriks diperlukan.

Kami memutuskan untuk mencoba metode berdasarkan nanopartikel magnetik yang dilapisi dengan gugus tiol yang secara selektif mengkelat logam lunak. Suspensi partikel ditambahkan ke dalam asam cerna, dibiarkan mengikat, dan kemudian - yang paling penting - dipisahkan menggunakan aliran buatan sendiripemisah magnetik. Sejujurnya, strukturnya dirakit hampir setinggi lutut: magnet neodymium dipasang di sekitar tabung Teflon tipis tempat sampel dipompa. Prinsipnya sama dengan separator industri, hanya seukuran telapak tangan.

Hasilnya melebihi ekspektasi. Hal ini dimungkinkan tidak hanya untuk mengurangi batas deteksi berdasarkan urutan besarnya, tetapi juga secara signifikan mengurangi waktu persiapan sampel. Partikel magnetik dicuci langsung di sel aliran dan dapat diregenerasi. Kuncinya adalah tahap pemisahan magnetik yang cepat dan lengkap. Ini adalah kasus di mana wawasan fisika suatu proses dari industri berat memberikan solusi sederhana dan elegan untuk instrumen analisis yang sangat sensitif.

Peralatan dan kenyataan: apa yang ditawarkan pasar dan apa yang benar-benar dibutuhkan

Saat ini terdapat banyak pemisah magnetik komersial di pasaran untuk laboratorium: untuk pelat mikro, untuk tabung individual, dan sistem aliran. Namun banyak di antaranya yang disesuaikan dengan biologi molekuler (bekerja dengan DNA dan sel). Untuk tugas-tugas kimia analitik, khususnya yang berkaitan dengan persiapan sampel untuk spektrometri atom, pilihannya lebih sedikit. Seringkali peralatan tersebut terlalu “biologis” atau terlalu primitif.

Di sini, menurut saya, ada ruang kosong bagi perusahaan dengan latar belakang teknik seperti ituPerusahaan LONGI. Kekuatannya terletak pada desain sistem magnetik andal yang dirancang untuk tahan terhadap pengoperasian terus-menerus di lingkungan yang keras. Jika para ahli mereka, yang memahami cara membangun medan magnet yang efektif untuk memisahkan berton-ton bijih, duduk bersama para analis, mereka dapat menciptakan sesuatu yang revolusioner: laboratorium laboratorium yang universal, kuat, namun presisi yang terbuat dari bahan yang tahan terhadap bahan kimia.pemisah magnetik. Bukan mainan untuk operasi yang jarang terjadi, tetapi pekerja keras untuk persiapan sampel rutin. Mengingat skalanya (luas 140.000 m2, lebih dari 1.200 karyawan, sebagian besar berpendidikan tinggi), mereka pasti memiliki sumber daya untuk penelitian dan pengembangan tersebut.

Idealnya, perangkat semacam itu harus bersifat modular: blok magnet yang dapat diganti dengan kekuatan dan konfigurasi berbeda, sel aliran dengan volume berbeda, kemampuan untuk bekerja dengan lingkungan agresif. Agar analis bisa ?mengatur? pemisah untuk tugas spesifik Anda: apakahpemisahan biji-bijian(dalam arti partikel) dengan label magnetik dari suspensi atau konsentrasi ion dari suatu larutan. Keandalan dan kesederhanaan desain, yang diwarisi dari nenek moyang industri, akan menjadi keunggulan utama.

Daripada mengambil kesimpulan: berpikir keras tentang konvergensi teknologi

Jadi, kembali ke kombinasi kata aslinyapemisah magnetik spektrometer massa untuk pemisahan butiran. Ini bukanlah suatu keingintahuan. Ini adalah contoh nyata bagaimana teknologi dari industri yang tampaknya berjauhan – pertambangan dan kimia analitik – mulai menyatu. Keduanya perlu memisahkan yang berharga dari yang kosong. Keduanya memerlukan efisiensi dan kemurnian pemisahan.

Pengalaman yang dikumpulkan oleh raksasa seperti LONGI sangat berharga untuk memecahkan masalah laboratorium terapan. Sebaliknya, permintaan dari analis untuk metode preparasi sampel baru yang lebih efisien dapat merangsang pengembangan peralatan kelas baru. Mungkin generasi berikutnya dari pemisah magnetik laboratorium tidak akan lahir di ruang bersih perusahaan rintisan bioteknologi, namun di papan gambar para insinyur yang terbiasa melihat pemisah drum yang kuat di pabrik pengolahan. Dan itu akan sangat logis. Bagaimanapun, tugasnya pada dasarnya tidak berubah - baik itu satu ton konsentrat bijih besi atau satu mikroliter larutan untuk ICP-MS. Anda perlu menarik apa yang Anda butuhkan ke magnet dengan andal, cepat dan bersih dan membuang semua yang tidak perlu. Yang lainnya adalah detail implementasi.