تعتمد الحصول على نتائج معملية موثوقة بشكل كبير على توزيع الجسيمات بالتساوي في العينات، وهو ما يحدث عندما نقوم بمزجها بشكل صحيح. عندما يطحن العلماء المواد يدويًا باستخدام المدقات والأهراس الخزفية التقليدية، فإنهم يستطيعون بالفعل الشعور بدرجة نعومة أو خشونة الجسيمات الناتجة. هذا الأسلوب اليدوي يُحدث فرقًا كبيرًا في التعامل مع المواد التي قد تذوب أو تتغير إذا عُرضت لحرارة زائدة، ولهذا السبب لا يزال العديد من الباحثين يفضلون هذه الطريقة رغم توفر معدات حديثة. وقد كتب باحثون من مجلة كيمياء الاستدامة التابعة لجمعية الكيمياء الأمريكية (ACS Sustainable Chemistry) حول هذا الموضوع في عام 2022، مشيرين إلى أن المطاحن الميكانيكية يمكن أن تسخّن العينة بدلًا من تكسيرها فقط.
الطبيعة الناعمة وغير المسامية للبورسلين تساعد في منع حدوث التلوث بين العينات المختلفة، وهو أمر بالغ الأهمية في المختبرات التي يجب أن تلتزم بمعايير ISO 17025. كما أن البورسلين المزجج لا يتفاعل كيميائيًا مع الأحماض أو القواعد أثناء المعالجة، على عكس الجبس والفولاذ المقاوم للصدأ. ونتيجةً لهذه الأداء الموثوق، تميل معظم مختبرات الصناعات الدوائية إلى استخدام البورسلين في تحضير مساحيق المواد الفعالة (API). وتؤكّد بعض الاختبارات الحديثة على المواد هذا الأمر، مما يوضح سبب قيام أكثر من أربعة من كل خمسة مختبرات في القطاع بالتحول إلى استخدام معدات البورسلين.
عند التعامل مع مواد حساسة مثل مستخلصات النباتات أو البلورات التي تحتوي على الماء، فإن الطحن اليدوي يُعدّ أكثر فعالية في الحفاظ على سلامة العينات. تكمن المشكلة في المطاحن الميكانيكية في أنها تولد حرارة نتيجة الاحتكاك. تُظهر الدراسات أن هذه الحرارة غالبًا ما تتجاوز 40 درجة مئوية في نحو ثلثي الحالات، وهذه الحرارة تؤدي إلى تغيير التفاعلات الكيميائية داخل العينة. أما الخزف فهو مختلف لأنه لا يوصل الحرارة بشكل جيد، وبالتالي لا ترتفع درجات الحرارة كثيرًا أثناء المعالجة. أجرى باحثون في عام 2023 اختبارات مقارنة بين الطرق المختلفة، ووجدوا أنه عند إعداد العينات للتحليل بالأشعة السينية، فإن الطحن اليدوي يعطي نتائج أعلى بحوالي 22 بالمئة من حيث النقاء. وهذا يُحدث فرقًا حقيقيًا بالنسبة لأولئك الذين يعملون في الأبحاث الجيولوجية، حيث تكون جودة العينة أمرًا بالغ الأهمية.
يتكون الخزف من الدرجة المختبرية من الكاولين (40–50%)، والفلدسبار (25–35%)، والكوارتز (20–30%). وعند حرق هذه الخلطة عند درجات حرارة تتراوح بين 1,300 و1,400°م، تحدث عملية التزجاج، مشكلةً بنية كثيفة تشبه الزجاج مع أقل من 0.5% مسامية. وفقًا لتقرير تحليل المواد لعام 2023، فإن هذه المسامية القريبة من الصفر تمنع امتصاص العينة، مما يحافظ على النقاء أثناء الطحن.
بصلابة مقدارها 7–8 على مقياس موهس، يقاوم الخزف التآكل بشكل أفضل من الزجاج البوروسيليكاتي (5.5) أو الأكريليك (2–3). وتكون مصفوفته الألومينا-سليكات خاملة كيميائيًا عبر مدى الحموضة pH 1–14، كما تقاوم المذيبات العضوية، ما يجعله مثاليًا للحفاظ على سلامة العينة في تطبيقات الكروماتوغرافيا والتحليل الطيفي.
معامل التمدد الحراري المنخفض للبورسلين (4.5 × 10⁻⁶/°م) يقلل من مخاطر التشقق أثناء التفاعلات الطاردة للحرارة. وبما أنه قادر على تحمل درجات حرارة تصل إلى 1,000°م، فإنه يتفوق على الأدوات البوليمرية التي تشوه عند تجاوز 80°م. ويُمكّن هذا الثبات من العمليات اللاحقة مثل التحلل بالحرارة أو الحرق دون فشل الأداة.
تعمل المدقات والأهراس الخزفية من خلال دمج الضغط النازل مع حركات الطحن الجانبية لتفتيت المواد. عندما يضغط الشخص على الهريس، فإن ذلك يؤدي إلى تكسير التكوينات البلورية داخل المادة المطحونة. وفي الوقت نفسه، فإن تحريك الهريس ذهابًا وإيابًا على السطح يقطع هذه القطع المكسورة بالفعل إلى شظايا أصغر. وفقًا لبحث نُشر في مجلة معالجة المواد (Journal of Materials Processing) العام الماضي، فإن هذا الأسلوب التوافقي يُنتج اتساقًا أفضل بنسبة 40 بالمئة مقارنةً بالضغط المباشر فقط أو الطحن الجانبي وحده. ما يجعل الخزف فعالًا بشكل خاص هو سطحه الداخلي الخشن الذي يحتوي على بقع كاشطة صغيرة. وتساعد هذه البقع في طحن المواد التي تتراوح قيمتها بين 6 أو أقل على مقياس موهس دون إضافة جزيئات معدنية إلى الخليط، وهي نقطة مهمة جدًا عندما تكون النقاوة ضرورية في بعض التطبيقات.
| المادة | المتوسط الحسابي لحجم الجسيمات المتحقق (مايكرومتر) | خطر التلوث | حد الاستقرار الحراري |
|---|---|---|---|
| خزف | 15-20 | منخفض | 450°C |
| الأجات | 10-15 | لا شيء | 300°C |
| الفولاذ المقاوم للصدأ | 25-50 | عالي (أيونات Fe، Cr) | 800°م |
بينما تحقق العقيق مساحيق أكثر نعومة، فإن الخزف يوازن بين الأداء والمتانة — حيث يوفر 85٪ من كفاءة العقيق مع مقاومة تزيد بنسبة 50٪ ضد الكسور الناتجة عن الصدمات. بالنسبة للعينات الحساسة للحرارة، يحد الخزف من ارتفاع درجات الحرارة إلى أقل من 12°م أثناء الطحن، مما يتجنب المشكلات الحرارية الشائعة في الأنظمة المعدنية.
يحقق الفنيون المتمرسون اتساقًا في حجم الجسيمات بنسبة ±5٪ مقارنة بـ ±18٪ لدى المبتدئين. وتشمل التقنية المثلى ما يلي:
تُعد التنظيف غير السليم مسؤولة عن 72٪ من حوادث التلوث في البيئات المعملية. للحفاظ على النقاء:
وفقًا للمعيار ASTM C242-22، فإن التغيرات السريعة في درجة الحرارة تقلل مقاومة الخزف لكسره بنسبة 40٪. وتشمل ممارسات التعامل الرئيسية ما يلي:
يتفوق الطحن اليدوي للبورسلين في ثلاث حالات رئيسية:
ورغم الانتشار الواسع للأتمتة، أظهر استطلاع معدات المختبرات لعام 2024 أن 83% من مختبرات ضبط الجودة الصيدلانية لا تزال تستخدم مجارف البورسلين للتحقق النهائي من المكونات الصيدلانية الفعالة.
يساعد استخدام الأدوات الخزفية في الحفاظ على المركبات الدوائية خالية من التلوث أثناء المعالجة، وهو أمر بالغ الأهمية بالنسبة لفعالية الأدوية. هذه الأدوات لا تتفاعل كيميائيًا، وبالتالي فهي ممتازة لطحن المواد التي تمتص الرطوبة بسهولة، مثل حمض الأسكوربيك، دون التسبب في تفاعلات أكسدة غير مرغوب فيها. وفقًا لبحث نُشر في مجلة الابتكار الصيدلاني عام 2022، لاحظ العلماء شيئًا مثيرًا للاهتمام حول طرق الطحن اليدوية. حيث رصدوا تحسنًا بنسبة 15 بالمئة تقريبًا في توزيع حجم الجسيمات بالنسبة للمواد الفعالة الحساسة التي لا تتحمل درجات الحرارة العالية. إن هذا النوع من الاتساق يُحدث فرقًا حقيقيًا في مدى قابلية تنبؤ تأثير الدواء داخل الجسم.
يفضل العديد من الجيولوجيين استخدام أوعية خزفية غير مزججة لطحن عينات الصخور عند إجراء اختبارات XRF وXRD. يتمتع الخزف بصلابة مقدارها حوالي 6.5 على مقياس موهس، مما يجعله ممتازًا لأنه لا يلوث العينة بالمعادن كما تفعل الفولاذ المقاوم للصدأ، وهي نقطة مهمة بشكل خاص عند التعامل مع مواد مثل الكروماتيت أو الياقوت. وجدت بعض الأبحاث الحديثة التي قارنت بين طرق مختلفة أن هذا الأسلوب يحافظ على دقة تبلغ حوالي 98 أو 99 بالمئة عند البحث عن كميات ضئيلة جدًا من العناصر النادرة الموجودة تحت 5 أجزاء في المليون. إن هذا النوع من الدقة مهم جدًا للحصول على تحليل جيولوجي دقيق.
الطبيعة غير المسامية للبورسلين تجعله ممتازًا لطحن التوابل والمواد النباتية دون احتباس الزيوت، مما يحل مشكلة كبيرة تتعلق بالتلوث المتبادل أثناء تحليل الدهون. تُبلغ المختبرات عن حصولها على جزيئات تقل عن 100 ميكرون في معظم الأحيان، مما يؤدي إلى استخلاص الكاروتينات بأسرع بنسبة 34 بالمئة تقريبًا مقارنة بالمدقات البلاستيكية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للبورسلين التعامل مع العينات المجمدة مباشرة من الفريزر عند درجة حرارة تقارب ناقص 20 مئوية، وبالتالي تبقى المركبات العضوية المتطايرة الصعبة سليمة لإجراء اختبارات المركبات النباتية بشكل دقيق. وهذا أمر بالغ الأهمية بالنسبة للباحثين الذين يحتاجون إلى نتائج موثوقة من أعمال تحضير العينات.
EN
