separatore magnetico con spettrometro di massa per la separazione dei grani

Quando ne senti parlareseparatore magnetico con spettrometro di massa per la separazione dei grani, il primo pensiero è una specie di allungamento o qualcosa di altamente specializzato. In effetti, se si scava più a fondo, si tratta del principio fondamentale di purificazione e separazione, che è migrato dall'industria mineraria alle apparecchiature analitiche. Molte persone pensano ancora che la separazione magnetica riguardi solo il minerale di ferro o i rottami metallici. Ma lo stesso principio fisico di funzionamentoseparatore magneticoè alla base dell’isolamento delle frazioni target – quegli stessi “grani” – da una matrice complessa per la successiva analisi spettrometrica di massa. Si tratta di questa connessione, di problemi pratici e del perché a volte le cose semplici di un settore salvano la situazione in un altro, e voglio speculare.

Dal minerale agli ioni: inevitabile comunanza di compiti

Ho lavorato con varie attrezzature di frantumazione, vagliatura e lavorazione, e sempreseparatore magneticoè stato un collegamento chiave nel migliorare la purezza del concentrato. L'idea è quella di separare i minerali magnetici dalla ganga non magnetica. Sembrerebbe, cosa c'entra uno spettrometro di massa? E nonostante il fatto che prima di introdurre un campione in una sorgente ionica, spesso debba essere "pulito?" da componenti della matrice che interferiranno con l'analisi. Ed è qui che vengono in soccorso i metodi di preconcentrazione, compresa la separazione magnetica, soprattutto se si parla di nanoparticelle o oggetti biologici etichettati con etichette magnetiche.

Nella pratica di laboratorio, ci si imbatte spesso in campioni di terreno, campioni geologici o persino prodotti alimentari (lo stesso grano), in cui è necessario determinare tracce di elementi o composti. La matrice è infernale, gli spettri sono sovraccarichi. La preparazione classica - decomposizione acida, estrazione - richiede molto tempo e non è sempre selettiva. Cosa succede se proviamo a utilizzare portatori magnetici con ligandi specifici immobilizzati? Cattureranno solo gli ioni necessari dalla soluzione, proprio come un tamburo magnetico cattura pezzi di magnetite da un flusso di roccia frantumata. Quindi questi portatori possono essere facilmente separati utilizzando lo stesso laboratorioseparatore magnetico, lavare ed eluire l'analita target in una soluzione pulita da alimentare nello spettrometro di massa. L'efficienza della preparazione del campione aumenta di un ordine di grandezza.

È qui che ricordi l'esperienza del "grande". industria. Diciamo che in un impianto di arricchimento è presente un separatore basato su potenti magneti al neodimioSocietà LONGI. Una macchina affidabile e durevole che ha trainato migliaia di tonnellate per anni. E quando in laboratorio inizi a maneggiare fragili barre magnetiche per il microcampionamento, ti sorprendi a pensare: ma puoi scalare in entrambe le direzioni. Esiste un solo principio. Sul loro sito webhttps://www.ljmagnet.ruÈ chiaro che l'azienda, fondata nel 1993, è diventata un grande produttore di attrezzature minerarie. E quando leggi che la loro azienda a Fushun produce fino a 4.000 unità di attrezzature all'anno, capisci che sanno molto sulla separazione. La loro esperienza ingegneristica nella creazione di sistemi magnetici stabili ed efficienti fornisce una base pronta per lo sviluppo di soluzioni specializzate per i laboratori di analisi.

Dove è sottile si rompe: difficoltà pratiche del trasferimento tecnologico

Ma non tutto è così liscio. Trasferire un principio dall'officina alla scrivania del chimico analitico è tutta una storia. Il problema principale è la portata e la purezza del processo. Nell'industrialeseparatore di cereali(nel senso dei grani di minerale) la cosa principale è la produttività e la resistenza all'abrasivo. In laboratorio c'è assoluta purezza dei materiali a contatto con il campione, per non introdurre contaminazioni, e controllo preciso del campo magnetico per lavorare con microgrammi di sostanza.

Ricordo che abbiamo provato ad adattare un metodo di immunodosaggio magnetico per determinare le micotossine nei chicchi di grano. È stato necessario separare i complessi anticorpali con etichette magnetiche. Abbiamo preso un separatore magnetico da laboratorio standard per provette. E ci siamo trovati di fronte al fatto che l'efficienza della separazione è diminuita in modo significativo con le sospensioni viscose: il grano frantumato forniva proprio un mezzo del genere. Ho dovuto sperimentare il tempo di esposizione, la forza dei magneti e quasi l'agitazione dei campioni durante la separazione. È proprio questo il momento in cui la semplicità teorica si scontra con la “non idealità” pratica? campione.

Un'altra sfumatura sono le particelle magnetiche stesse. Per la spettrometria di massa, in particolare ICP-MS (plasma accoppiato induttivamente), è fondamentale che il vettore sia completamente disciolto nella soluzione di eluizione o non entri nella sorgente, altrimenti è garantito il guasto della costosa torcia o cono al plasma. Pertanto, le etichette magnetiche o gli assorbenti sono spesso realizzati sulla base di polimeri con un nucleo magnetico, che deve essere biocompatibile e chimicamente inerte. La creazione di particelle così "intelligenti" è già all'intersezione tra chimica, scienza dei materiali e analisi, e qui l'esperienza dei produttori di magneti industriali, purtroppo, non è sempre direttamente applicabile.

Caso di studio: quando un separatore magnetico salva l'analisi

Avevamo un progetto per determinare tracce di metalli pesanti (piombo, cadmio) nel riso coltivato vicino a una zona industriale. La classica preparazione del campione, ovvero la decomposizione nel microonde, ha fornito risultati accettabili, ma il limite di rilevamento era al limite di quello richiesto. Gli effetti della matrice (principalmente da sali di potassio e silicio) hanno soppresso il segnale. Erano necessarie la concentrazione preliminare e la purificazione dalla matrice.

Abbiamo deciso di provare un metodo basato su nanoparticelle magnetiche rivestite con gruppi tiolici che chelano selettivamente i metalli teneri. Una sospensione di particelle è stata aggiunta al digestato acido, lasciata legare e quindi, cosa più importante, separata utilizzando un flusso fatto in casaseparatore magnetico. La struttura, a dire il vero, era assemblata quasi sul ginocchio: magneti al neodimio fissati attorno a un sottile tubo di Teflon attraverso il quale veniva pompato il campione. Il principio è lo stesso di un separatore industriale, ha solo le dimensioni di un palmo.

Il risultato ha superato le aspettative. È stato possibile non solo ridurre i limiti di rilevamento di un ordine di grandezza, ma anche ridurre drasticamente il tempo di preparazione del campione. Le particelle magnetiche venivano lavate direttamente nella cella a flusso e potevano essere rigenerate. La chiave era lo stadio di separazione magnetica rapida e completa. Questo è un caso in cui la conoscenza della fisica di un processo dell'industria pesante ha fornito una soluzione semplice ed elegante per uno strumento analitico ultrasensibile.

Attrezzature e realtà: cosa offre il mercato e cosa serve davvero

Oggi sul mercato per i laboratori sono disponibili numerosi separatori magnetici commerciali: per micropiastre, per provette singole e sistemi a flusso continuo. Ma molti di essi sono adattati alla biologia molecolare (lavorando con DNA e cellule). Per le attività di chimica analitica, in particolare quelle relative alla preparazione dei campioni per la spettrometria atomica, la scelta è minore. Spesso l’attrezzatura è troppo “biologica” o troppo primitiva.

Qui, mi sembra, c'è una nicchia non occupata per le aziende con un background ingegneristico comeSocietà LONGI. La loro forza risiede nella progettazione di sistemi magnetici affidabili progettati per resistere al funzionamento continuo in ambienti difficili. Se i loro esperti, che sanno come costruire un campo magnetico efficace per separare tonnellate di minerale, si incontrassero con gli analisti, potrebbero creare una cosa rivoluzionaria: un laboratorio di laboratorio universale, potente, ma preciso, realizzato con materiali chimicamente resistenti.separatore magnetico. Non un giocattolo per operazioni rare, ma un cavallo di battaglia per la preparazione di routine dei campioni. Considerando le loro dimensioni (140.000 m2 di superficie, più di 1.200 dipendenti, la maggior parte dei quali con un titolo di studio superiore), hanno sicuramente le risorse per tale attività di ricerca e sviluppo.

Idealmente, un tale dispositivo dovrebbe essere modulare: blocchi sostituibili di magneti di diversa forza e configurazione, celle di flusso di diversi volumi, capacità di lavorare con ambienti aggressivi. In modo che l'analista possa ?impostare? separatore per il tuo compito specifico: seseparazione del grano(nel senso di particelle) con etichette magnetiche da una sospensione o concentrazione di ioni da una soluzione. L’affidabilità e la semplicità del design, ereditate dagli antenati industriali, costituirebbero un vantaggio fondamentale.

Invece di una conclusione: pensare ad alta voce alla convergenza tecnologica

Quindi, tornando alla combinazione originale di paroleseparatore magnetico con spettrometro di massa per la separazione dei grani. Questa non è una curiosità. Questo è un esempio lampante di come le tecnologie di settori apparentemente distanti - minerario e chimica analitica - stiano iniziando a convergere. Entrambi hanno bisogno di separare il prezioso dal vuoto. Entrambi richiedono efficienza e purezza di separazione.

L'esperienza accumulata da colossi come LONGI è preziosa per risolvere problemi applicativi di laboratorio. Al contrario, le richieste da parte degli analisti di metodi di preparazione dei campioni nuovi e più efficienti possono stimolare lo sviluppo di una nuova classe di apparecchiature. Forse la prossima generazione di separatori magnetici da laboratorio nascerà non nelle camere bianche delle startup biotecnologiche, ma sui tavoli da disegno di ingegneri abituati alla vista di potenti separatori a tamburo negli impianti di lavorazione. E sarà assolutamente logico. Dopotutto, il compito essenzialmente non cambia, che si tratti di una tonnellata di concentrato di minerale di ferro o di un microlitro di soluzione per ICP-MS. Devi attirare in modo affidabile, rapido e pulito ciò di cui hai bisogno sul magnete e rimuovere tutto ciò che non è necessario. Tutto il resto sono dettagli di implementazione.