Получаването на надеждни лабораторни резултати всъщност зависи от равномерното разпределение на частиците в пробите, което се случва при правилно смесване. Когато учените смилат вещества ръчно, използвайки традиционни порцеланови стъркалки и чукове, те могат да усетят колко фини или груби стават частиците. Този директен подход има голямо значение за вещества, които биха могли да се разтопят или променят при прекалено висока температура, което е причината много изследователи все още да предпочитат този метод, въпреки наличието на по-ново оборудване. Специалистите от ACS Sustainable Chemistry са писали за това през 2022 г., като са посочили, че механичните смилатели понякога може да „сварят“ пробата вместо просто да я раздробят.
Гладката, непореста структура на порцелана предотвратява замърсяването между различни проби, което е от голямо значение за лаборатории, които трябва да отговарят на стандарта ISO 17025. Глазираният порцелан не встъпва в химични реакции с киселини или основи по време на обработката, което не може да се каже за агат и неръждаема стомана. Поради това надеждно поведение, повечето фармацевтични лаборатории предпочитат порцелан при производството на прахове за активни фармацевтични съставки (API). Някои скорошни тестове на материали потвърждават това, показвайки защо над четири от всеки пет лаборатории в индустрията са преминали към порцеланово оборудване.
Когато се работи с чувствителни вещества като растителни екстракти или кристали, съдържащи вода, ръчното смилане всъщност по-добре запазва цялостта на пробите. Проблемът с механичните смилалки е, че те генерират топлина чрез триене. Проучвания показват, че тази топлина често надхвърля 40 градуса по Целзий в около две трети от случаите, а такава температура променя химичните процеси в пробата. Порцеланът е различен, защото не провежда добре топлината и затова температурите не се повишават толкова много по време на обработката. Изследователи от 2023 година проведоха тестове за сравнение на методите и установиха, че при подготовката на проби за рентгенов анализ ръчното смилане дава резултати, които са с около 22 процента по-чисти. Това има реално значение за специалистите в геологичните изследвания, където качеството на пробите е от първостепенно значение.
Порцеланът от лабораторен клас се състои от каолин (40–50%), пълзел (25–35%) и кварц (20–30%). Стрелян при 1300–1400 °C, тази смес претърпява стъкляване, образувайки плътна, стъклоподобна структура с по-малко от 0,5% порьозност. Според доклада за анализ на материали от 2023 г., тази почти нулева порьозност предотвратява абсорбцията на пробите, запазвайки чистотата им по време на смилане.
С мосова скала на твърдост 7–8, порцеланът устоява на абразия по-добре от боросиликатно стъкло (5,5) или акрил (2–3). Неговата алумо-силикатна матрица е химически инертна в целия pH диапазон 1–14 и устойчива към органични разтворители, което го прави идеален за запазване на цялостта на пробите в хроматографски и спектроскопски приложения.
Ниският коефициент на топлинно разширение на порцелана (4,5 × 10⁻⁶/°C) намалява риска от пукнатини по време на екзотермични реакции. Порцеланът издържа температури до 1000°C и има по-добра производителност в сравнение с полимерни инструменти, които се деформират при температури над 80°C. Тази стабилност осигурява успешното провеждане на последващи процеси като калциниране или изгаряне без повреда на инструмента.
Порцелановите стъб и чинка работят, като комбинират натиск надолу с триене отстрани, за да раздробяват материали. Когато някой натисне чинката надолу, това разрушава кристалните структури в обработвания материал. Едновременно с това движението на чинката напред-назад по повърхността нарязва вече разцепените парчета на още по-малки фрагменти. Според проучване, публикувано миналата година в списание Journal of Materials Processing, този комбиниран подход осигурява около 40 процента по-добра еднородност в сравнение с просто натискане директно надолу или само странично триене. Това, което прави порцелана особено ефективен, е грубата му вътрешна повърхност, която съдържа микроскопични абразивни точки. Те помагат за измилване на материали с твърдост до 6 по скалата на Моос, без да добавят метални частици към сместа — нещо от голямо значение, когато чистотата е важна за определени приложения.
| Материал | Среден постигнат размер на частиците (µm) | Риск от замърсяване | Праг на топлинна стабилност |
|---|---|---|---|
| Порцелан | 15-20 | Ниско | 450°C |
| Агат | 10-15 | Няма | 300°C |
| Неръждаема стомана | 25-50 | Високо (йони на Fe, Cr) | 800°C |
Докато агатът постига по-фини прахове, порцеланът осигурява баланс между производителност и издръжливост – осигурява 85% от ефективността на агата с 50% по-голяма устойчивост към ударни пукнатини. За топлоустойчиви проби порцеланът ограничава температурните скокове до под 12°C по време на смилане, избягвайки термичните проблеми, чести при металните системи.
Опитните техници постигат последователност в размера на частиците ±5% в сравнение с ±18% при начинаещите. Оптималната техника включва:
Неправилното почистване е причина за 72% от случаите на замърсяване в лабораторни условия. За запазване на чистотата:
Според ASTM C242-22, бързите температурни промени намаляват якостта на порцелана срещу пукане с 40%. Основни практики при работа включват:
Ръчното смилане с порцеланова чаша превъзхожда в три ключови сценария:
Въпреки масовата автоматизация, проучване от 2024 г. за лабораторно оборудване разкрива, че 83% от фармацевтичните лаборатории за контрол на качеството продължават да използват порцеланови стъркачки за окончателна верификация на активни съставки.
Използването на порцеланови инструменти помага да се запазят лекарствените съединения свободни от замърсяване по време на обработка, което има голямо значение за ефективността на лекарствата. Тези инструменти не влизат в химични реакции, затова са отличен избор за смилане на вещества, които лесно абсорбират влага, като аскорбиновата киселина, без да предизвикват нежелани оксидационни реакции. Според проучване, публикувано в списание Journal of Pharmaceutical Innovation през 2022 г., учените направили интересно наблюдение относно ръчните методи за смилане. При активните фармацевтични съставки, чувствителни към топлина, била отбелязана подобрена дисперсия на частиците с около 15 процента. Такава еднородност всъщност прави разликата за по-предвидимото действие на лекарството в човешкото тяло.
Много геолози предпочитат да използват стъклени фаянсови стъркали, когато трябва да смелят проби от скали за тестовете XRF и XRD. Фаянсът има твърдост по Монос около 6,5, което го прави отличен, тъй като не замърсява пробата с метали, както би направила неръждаемата стомана, особено важно при работа с материали като хромит или гранат. Някои скорошни проучвания, сравняващи различни методи, установиха, че този подход запазва точност от около 98 или 99 процента при откриването на много малки количества редкоземни елементи под 5 части на милион. Такава прецизност е от голямо значение за точния геологичен анализ.
Непорестата структура на порцелана го прави отличен за смилане на подправки и растителни материали, без да задържа масла, което решава сериозен проблем с кръстосаното замърсяване по време на липиден анализ. Лабораториите докладват получаване на частици под 100 микрона в повечето случаи, което води до около 34 процента по-бързо екстрахиране на каротиноиди в сравнение с пластмасови смилатели. Освен това порцеланът може да обработва замразени проби директно от фризера при около минус 20 градуса по Целзий, така че онези трудни летливи органични съединения остават непокътнати за правилния фитохимичен анализ. Това наистина има значение за изследователи, които се нуждаят от надеждни резултати от подготовката на своите проби.
EN
