کیفیت آب برای آنالیز قابل اعتماد با LC-MS و ICP-MS
آب خالص در یک آزمایشگاه آنالیز کاربردهای فراوانی دارد، از آماده سازی معرف و بافر گرفته تا شستشوی ظروف شیشه ای، و همچنین در موفقیت بسیاری از آزمون ها نقش اساسی دارد. کیفیت آب در آنالیز بسیار موثر و ضروری است. درک تأثیر احتمالی آلاینده های آب در کروماتوگرافی مایع – طیف سنجی جرمی (LC-MS) و آنالیز طیف سنجی جرمی پلاسما به روش القایی (ICP-MS) می تواند در انتخاب روش مناسب از بین شیوه های مختلف خالص سازی آب برای آزمایشگاه کمک کند.
بیایید در مورد آب صحبت کنیم
آب در آزمایشگاه آنالیز نقشی اساسی بازی می کند. می توان از آن به عنوان نمونه شاهد، در تهیه نمونه، برای تهیه استانداردها و حتی برای شستشو و آبکشی ظروف نمونه و معرف استفاده کرد. در آزمایشگاه هایی که آنالیز LC-MS انجام می دهند، ممکن است برای تهیه فاز متحرک نیز استفاده شود، در حالی که در ICP-MS ممکن است در ترکیب با اسیدها، برای شستشوی مسیرهای عبور نمونه در دستگاه یا تمیز کردن مخروط ها یا نبولایزرها استفاده شود. در همه موارد، استفاده از آب با کیفیت بالا برای اطمینان از نتایج دقیق و قابل اعتماد مهم است زیرا هر آلودگی موجود در آب به طور بالقوه بر نتایج تأثیر می گذارد.
اثرات احتمالی آلودگی آب
آلودگی آب اثرات بالقوه بسیاری بر نتایج آنالیز دارد. می تواند منجر به ایجاد نتایج اشتباه شود، که نیاز به عیب یابی را به دنبال دارد. به عنوان مثال پیک های گمراه کننده (Ghost peak) یا خط پایه پیک شلوغ (noisy baseline) در LC-MS می تواند تفسیر داده ها را دشوار کند. علاوه بر این، ممکن است طول عمر ستون را کاهش دهد، یا در آنالیز ICP-MS، مجبور به تمیز کردن بیشتر از حد معمول نبولایزر و … می شویم. یکی دیگر از اثرات احتمالی آلودگی آب، نیاز به تکرار آزمایش ها است که باعث می شود مقدار بیشتری از نمونه و همچنین معرف استفاده شود، و این مورد زمانی که مقدار نمونه کم است، می تواند مشکل ساز شود.
استفاده از آبی که فاقد آنالیت و آلودگی هایی باشد که می تواند بر روی دستگاه آنالیز و نتایج آنالیز تأثیر بگذارد، کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که نتایج قابل اطمینان و دقیقی بدست آید.
چه چیزی در آب وجود دارد؟
وقتی شیر آب را در آزمایشگاه خود باز می کنید، خیلی بیشتر از H2O خارج می شود، بسیاری از آلاینده ها در مقادیر کم (Trace) در آب لوله کشی وجود دارد. این آلودگی ها به پنج دسته تقسیم می شوند.
اولین مورد مواد آلی است – یا مولکول های طبیعی، به عنوان مثال، مواد حاصل از تخریب برگها و درختان، یا آلودگی های ناشی از فعالیت های انسانی مانند آفت کش ها یا باقی مانده داروها.
دسته دوم یونها هستند، به عنوان مثال، کلسیم یا منیزیم، که از سنگ ها و زمینی که آب با آن در تماس بوده است می آیند.
بعدی ذراتی مانند تکه های شن یا گرد و غبار و همچنین کلوئیدها است.
ممکن است باکتری نیز وجود داشته باشد، اگرچه آب لوله کشی برای اطمینان از عدم وجود باکتری مضر تصفیه می شود.
آخرین دسته آلاینده ها گازها هستند، به عنوان مثال، گازهای محلول مانند اکسیژن یا دی اکسید کربن.
اگرچه بسیاری از این خانواده های آلاینده در سطوح کمی بوده و برای نوشیدن بی خطر هستند، اما می توانند بر روی نتایج آنالیز یا دستگاه ها، به خصوص هنگام استفاده از LC-MS یا ICP-MS برای انجام آنالیز مقادیر ناچیز (trace) و بسیار ناچیز (ultra trace) تأثیر بگذارند.
اثرات نمک های معدنی و مواد آلی محلول در بیشتر آزمایشات شناخته شده است. و از طریق اندازه گیری مقاومت ویژه و نظارت بر کربن قابل اکسید شدن کل (TOC) به صورت آنلاین در سیستم های آب آزمایشگاهی پیشرفته کنترل می شوند. در بیشتر موارد، هنگام استفاده از آب فوق العاده خالص (Ultrapure)، TOC باید ppb 5 (میکروگرم در لیتر) یا پایینتر باشد و مقاومت باید MOhm.cm 18/2 (مگا اهم در سانتی متر) در 25 درجه سانتیگراد باشد، به این معنی که هیچ یونی در آب وجود ندارد. اما هیچ یک از این ارقام به تنهایی نشان دهنده خلوص کامل آب شما نیستند، بنابراین بررسی هر دو مقدار بسیار مهم است.
انواع آب خالص
معیارهای مختلفی کیفیت آب مورد نیاز برای کاربردهای خاص آزمایشگاهی را تعریف می کند. در جداول 1 و 2 به عنوان نمونه ویژگی های آب خالص بر اساس درجه آن مطابق ISO و ASTM آورده شده است. تولید کنندگان سیستم تصفیه آب سه نوع مختلف از آب تصفیه شده را تعریف کرده اند. نوع آبی که برای تکنیک های آزمایشگاهی خاص انتخاب می شود به حساسیت آنها به آلاینده های آب بستگی دارد.
| Parameter | Type I | Type II | Type III | Type IV |
| Electrical Conductivity Max. (µS/cm @ 25ºC) | 0.056 | 1.0 | 4.0 | 5.0 |
| Electrical Resistivity (MΩ-cm @ 25ºC) | 18.2 | 1.0 | 0.25 | 0.2 |
| pH at 25ºC | – | – | – | 5.0 – 8.0 |
| TOC máx. (µg/L) | 10 | 50 | 200 | n/a |
| Sodium máx. (µg/L) | 1 | 5 | 10 | 50 |
| Total Silica max. (µg/L) | 3 | 3 | 500 | n/a |
| Chlorides max. (µg/L) | 1 | 5 | 10 | 50 |
| Endotoxins IU/ml | < 0.03 | < 0.25 | – | – |
جدول 1 ویژگی های آب مطابق ASTM- D1193
آب نوع 3 کمترین میزان خلوص را دارد، که اغلب با اسمز معکوس انجام می شود و برای شستشوی منظم، گرمایش حمام ها و هر فعالیت اساسی دیگری استفاده می شود. نوع 2 آب خالص نام دارد و از نوع 3 خلوص بالاتری دارد و می تواند برای همه برنامه های آزمایشگاهی عمومی مانند تهیه بافر یا معرف و برای شستشوی نهایی در ماشین ظرفشویی ظروف شیشه ای آزمایشگاه مورد استفاده قرار گیرد. آب نوع 1 آب فوق خالص (Ultrapure یا reagent grade) است. این درجه خالص ترین درجه آب است و همان چیزی است که برای کاربردهای حیاتی مانند LC-MS ، ICP-MS و زیست شناسی سلولی و مولکولی توصیه می شود.
| Parameter | Degree 1 | Degree 2 | Degree 3 |
| pH at 25ºC | N/A | N/A | 5.0 – 7.5 |
| Electrical conductivity (µS/cm 25ºC, máx). | 0.1 | 1.0 | 5.0 |
| Oxidizable matter. Oxigen (O) (content mg/L. máx) | N/A | 0.08 | 0.4 |
| Absorbance at 254 nm and 1 cm optical path lenght. Absorbance units, máx. | 0.001 | 0.01 | Not specified |
| Residue after evaporation at 110ºC mg/kg, máx | N/A | 1 | 2 |
| Silica content (SiO2) (mg/L., máx ) | 0.01 | 0.02 | Not specified |
جدول 2 ویژگی های آب مورد استفاده در آزمایشگاه آنالیز مطابق ISO – 3696
چگونه آب تصفیه می شود؟
هر فناوری تصفیه آب دارای مزایا و محدودیت هایی است. بنابراین سیستم های تصفیه آب چندین فناوری را برای از بین بردن آلاینده های مختلف و تأمین کیفیت مناسب آب برای کاربردهای ویژه ترکیب می کنند.
آب به طور معمول در دو مرحله تصفیه می شود. اولین مرحله پیش تصفیه نام دارد که آب لوله کشی را به آب خالص تبدیل می کند. این مرحله بیش از 95٪ از تمام آلاینده ها را از آب پاک می کند. آب شیر معمولاً حاوی یونها و مواد آلی در حد ppm (میلی گرم در لیتر) می باشد. پس از مرحله پیش تصفیه، یون آب در حد ppb (میکروگرم در لیتر) و مواد آلی حدود ppb 50 می باشد.
گام دوم که پرداخت (polishing) نام دارد، منجر به تولید آب فوق العاده خالص می شود. پس از مرحله پرداخت، سطح یونها در محدوده ppt و مواد آلی زیر ppb 5 قرار دارند.
تأثیر کیفیت آب در آنالیز با LC-MS
آب در LC-MS نقش اساسی دارد و آلودگی آلی به طور مستقیم بر کیفیت داده ها، به دلیل تأثیر بر خط زمینه (base line) یا ایجاد پیک های اضافی تأثیر می گذارد. در یک سیستم خالص سازی آب در مرحله پرداخت (polishing)، با استفاده از یک فیلتر 22/0 میکرومتر برای حذف ذرات و میکروارگانیسم های بزرگتر از 22/0 میکرون و یا یک فیلتر نهایی حاوی C18 پیوند شده به سیلیکا برای از بین بردن مواد آلی باقی مانده در آب، کیفیت آب برای آنالیز مقادیر بسیار ناچیز (Ultra trace) مناسب می شود. پولیش های قابل استفاده دیگری، مانند پولیشی که به طور خاص برای حذف ترکیباتی مانند فتالات های بیس فنول A یا برای حذف آلاینده های آلی فرار (VOC) نیز موجود می باشد.
همچنین باید به ذرات و باکتری ها توجه داشت، آنها می توانند در ابتدای ستون جمع شده و باعث بالا رفتن فشار برگشتی شوند. باکتری ها همچنین می توانند تکثیر شده و آلودگی ناشی از آنها وارد ستون شوند. سرانجام، آب حتی با تعداد کمی یون می تواند باعث پیچیده تر شدن طیف های جرمی شود، زیرا یون سدیم یا پتاسیم با قطعات ترکیب شده و باعث پیک های ترکیبی اضافی می شود و یا باعث محو شدن پیک یون شود.
بنابراین برای تهیه فاز متحرک، نمونه ها، استانداردها و شاهد باید از آبی استفاده شود که کمترین مقدار ممکن مواد آلی، باکتری، ذرات و یون را داشته باشد.
برای آب فوق خالص ذخیره شده چه اتفاقی می افتد؟
متاسفانه، آب فوق خالص ذخیره شده به صورت فوق خالص باقی نمی ماند. به محض خارج شدن آب از سیستم تصفیه، در معرض آلودگی قرار می گیرد. می تواند توسط ظرفی که در آن قرار دارد، محیط یا هوای آزمایشگاه یا حتی حلال های آلی مورد استفاده در آزمایشگاه آلوده شود، که می تواند به آب فوق العاده خالص جذب شده و آلودگی ایجاد کند.
به عنوان یک قانون کلی، برای دستیابی به نتایج مطلوب تا حد ممکن باید از آب تازه خالص سازی شده استفاده شود. و برای انجام آنالیز های حساس به مواد آلی مانند آنالیز LC-MS، باید از نگهداری آب در ظرف پلاستیکی خودداری کرد زیرا نگهداری در این ظروف آزاد سازی نرم کننده ها (plasticizer) را در آب به همراه دارد. برای این منظور ظروف بوروسیلیکات ترجیح داده می شوند.
تأثیر کیفیت آب در آنالیز با ICP-MS
ICP-MS حساس ترین نوع روش آنالیز عنصری است و البته جالب ترین آن، به دلیل آن که می توان طیف وسیعی از عناصر و سطوح غلظتی را اندازه گیری کرد. با این حال، هرچه تکنیک حساس تر باشد، شرایط آزمایشگاهی از اهمیت بیشتری برخوردار می شود. به همین ترتیب، هرچه میزان حساسیت آنالیز بیشتر باشد، اهمیت کیفیت آب نیز بیشتر می شود.
محیط آزمایشگاه خطر قابل توجهی برای کیفیت آب ایجاد می کند، زیرا یون های موجود در هوا به راحتی توسط آب فوق خالص جذب می شوند. آلودگی یونی آب می تواند باعث اندازه گیری نادرست آنالیت، خط زمینه شلوغ، کاهش حساسیت و اثرات حافظه شود. بنابراین لازم است آلودگی در آزمایشگاه کنترل شود و ترجیحاً در شرایط اتاق تمیز کار شود.
برای انجام آنالیز عنصری کم مقدار (trace) یا بسیار کم مقدار (ultra trace)، یک مرحله خالص سازی اضافی برای آب توصیه می شود. این مرحله اضافی در خالص سازی شامل دو بخش می باشد. اولین مورد یک کارتریج تبادل یونی است که ترکیبی از تبادل گر های یونی با خلوص بالا است تا یون ها را تا سطح کم مقدار (trace) حذف کند. دومین بخش فیلتر نهایی فوق تمیز 0/1 میکرونی است که برای اطمینان از حذف مقادیر کم ذرات و کلوئیدها از آب به کار می رود.
کلام آخر
آب یک حلال مهم است. از آنجا که تکنیک های آنالیزی به طور فزاینده ای حساس تر می شوند، نمی توان از تأثیر بالقوه کیفیت آب بر نتایج آنالیز چشم پوشی کرد. آگاهی از اینکه کدام یک از آلودگی ها می تواند در آزمایشات تأثیر بگذارد کمک می کند تا با هوشمندی مناسب ترین راه خالص سازی آب (سیستم خالص سازی آب) را انتخاب کرد.
در انتخاب سیستم خالص سازی آب علاوه بر تولید آب بدون آلاینده به موارد دیگری مانند ارگونومی، سهولت استفاده، نگهداری ساده، میزان مصرف آب و اندازه کلی سیستم باید توجه کرد.
