دریافت نتایج قابل اعتماد آزمایشگاهی واقعاً به توزیع یکنواخت ذرات در سراسر نمونه‌ها بستگی دارد، که این زمانی اتفاق می‌افتد که نمونه‌ها را به درستی مخلوط کنیم. وقتی دانشمندان مواد را به صورت دستی با سوسبون و کُندوی سفالی قدیمی خرد می‌کنند، در واقع می‌توانند حس کنند که ذرات چقدر ریز یا درشت می‌شوند. این رویکرد دستی برای موادی که ممکن است در اثر حرارت زیاد ذوب شوند یا تغییر کنند، بسیار مهم است و همین باعث می‌شود بسیاری از پژوهشگران همچنان این روش را به تجهیزات جدیدتر ترجیح دهند. کارشناسان مجله ACS Sustainable Chemistry در سال 2022 در این باره نوشتند و اشاره کردند که گاهی دستگاه‌های خردکننده مکانیکی به جای صرفاً شکستن نمونه، آن را داغ می‌کنند.
طبیعت صاف و غیرمتخلخل چینی مانع از آلودگی بین نمونه‌های مختلف می‌شود که این موضوع در آزمایشگاه‌هایی که نیاز به رعایت استاندارد ISO 17025 دارند، اهمیت زیادی دارد. چینی روکش‌دار در حین فرآوری از نظر شیمیایی با اسیدها یا بازها واکنش نمی‌دهد، در حالی که آگات و فولاد ضدزنگ چنین ادعایی ندارند. به دلیل عملکرد قابل اعتماد آن، اکثر آزمایشگاه‌های دارویی تمایل دارند از چینی برای تولید پودرهای API استفاده کنند. برخی آزمایش‌های اخیر روی مواد این موضوع را تأیید کرده‌اند و نشان می‌دهند که چرا بیش از چهار پنجم آزمایشگاه‌های این صنعت به تجهیزات چینی روی آورده‌اند.
هنگام کار با مواد حساس مانند عصاره‌های گیاهی یا بلورهای دارای آب، خرد کردن دستی در واقع عملکرد بهتری در حفظ ساختار نمونه‌ها دارد. مشکل دستگاه‌های خردکننده مکانیکی این است که به دلیل اصطکاک، گرما تولید می‌کنند. مطالعات نشان می‌دهند که در حدود دو سوم موارد این گرما از ۴۰ درجه سانتی‌گراد فراتر می‌رود و این میزان گرمایش باعث تغییر واکنش‌های شیمیایی درون نمونه می‌شود. چینی (پرسلن) متفاوت است، زیرا هدایت حرارتی پایینی دارد و بنابراین در طول فرآوری دمای آن به اندازهٔ سایر مواد بالا نمی‌رود. محققان در سال ۲۰۲۳ آزمایش‌هایی را برای مقایسه این روش‌ها انجام دادند و کشف کردند که در آماده‌سازی نمونه‌ها برای تحلیل پرتو ایکس، خرد کردن دستی نتایجی تقریباً ۲۲ درصد خالص‌تر ارائه می‌دهد. این تفاوت برای کسانی که در تحقیقات زمین‌شناسی فعالیت می‌کنند و کیفیت نمونه برایشان اهمیت بالایی دارد، اهمیت واقعی دارد.
سیلیس آزمایشگاهی از کائولین (40–50%)، فلدسپات (25–35%) و کوارتز (20–30%) تشکیل شده است. این ترکیب در دمای 1300 تا 1400 درجه سانتی‌گراد پخته می‌شود و تحت فرآیند شیشه‌ای‌شدن قرار می‌گیرد و ساختاری متراکم شبیه شیشه با کمتر از 0.5% تخلخل ایجاد می‌کند. بر اساس گزارش تحلیل مواد سال 2023، این تخلخل نزدیک به صفر از جذب نمونه جلوگیری کرده و خلوص نمونه را در حین خرد کردن حفظ می‌کند.
با سختی موهس 7 تا 8، چینی در برابر سایش مقاوم‌تر از شیشه بروسیلیکات (5.5) یا آکریلیک (2–3) است. ماتریس آلومینا-سیلیکات آن در محدوده pH 1 تا 14 بی‌اثر شیمیایی است و در برابر حلال‌های آلی مقاومت دارد که آن را به انتخابی ایده‌آل برای حفظ یکپارچگی نمونه در کاربردهای کروماتوگرافی و طیف‌سنجی تبدیل می‌کند.
ضریب انبساط حرارتی کم فایبر سرامیک (4.5 × 10⁻⁶/°C) خطر ترک خوردن را در حین واکنش‌های گرمازا کاهش می‌دهد. این ماده قادر است دماهای تا 1,000°C را تحمل کند و عملکرد بهتری نسبت به ابزارهای پلیمری دارد که در دماهای بالای 80°C تغییر شکل می‌دهند. این پایداری امکان انجام فرآیندهای بعدی مانند کلسیناسیون یا خاکستر کردن را بدون از کار افتادن ابزار فراهم می‌کند.
سربه‌ها و کلیه‌های چینی با ترکیب فشار عمودی و حرکت‌های جانبی برای خرد کردن مواد استفاده می‌شوند. هنگامی که فردی به سر به پایین فشار می‌آورد، ساختارهای بلوری موجود در ماده مورد آسیاب قرار گرفته، شکسته می‌شوند. در عین حال، حرکت دادن سربه به جلو و عقب روی سطح، این تکه‌های شکسته شده را به قطعات کوچک‌تری برش می‌دهد. طبق تحقیقات منتشر شده در مجله پردازش مواد در سال گذشته، این روش ترکیبی حدود ۴۰ درصد ثبات بهتری نسبت به فقط فشار عمودی یا فقط حرکت جانبی ایجاد می‌کند. چیزی که چینی را به‌ویژه مؤثر می‌کند، سطح درونی زبر آن است که شامل نقاط ساینده بسیار ریزی می‌باشد. این نقاط به خرد کردن موادی که در مقیاس موهس ۶ یا کمتر ارزیابی شده‌اند کمک می‌کنند و بدون افزودن ذرات فلزی به مخلوط، خلوص مطلوب را حفظ می‌کنند؛ موضوعی که در کاربردهایی که خلوص اهمیت دارد، بسیار مهم است.
| متریال | اندازه متوسط ذرات حاصل‌شده (میکرومتر) | خطر آلودگی | آستانه پایداری حرارتی |
|---|---|---|---|
| سرامیک | 15-20 | کم | 450°C |
| آگات | 10-15 | هیچ | 300°C |
| فولاد ضد زنگ | 25-50 | بالا (یون‌های Fe، Cr) | 800°C |
در حالی که آگات به پودرهای ریزتری دست می‌یابد، سفال تعادلی بین عملکرد و دوام ایجاد می‌کند و ۸۵٪ از بازدهی آگات را با مقاومت ۵۰٪ بیشتر در برابر شکست ضربه‌ای فراهم می‌کند. برای نمونه‌های حساس به حرارت، سفال افزایش دما را در حین خرد کردن به کمتر از ۱۲ درجه سانتی‌گراد محدود می‌کند و از مشکلات حرارتی رایج در سیستم‌های فلزی جلوگیری می‌کند.
متخصصان ماهر به یکنواختی اندازه ذرات در حدود ±۵٪ دست می‌یابند، در حالی که این مقدار در مبتدیان به ±۱۸٪ می‌رسد. تکنیک بهینه شامل موارد زیر است:
عدم تمیزکردن صحیح، عامل 72 درصد از حوادث آلودگی در محیط‌های آزمایشگاهی است. برای حفظ خلوص:
بر اساس استاندارد ASTM C242-22، تغییرات سریع دما مقاومت شکست چینی را تا 40٪ کاهش می‌دهد. روشهای مهم کار با دست شامل:
خرد کردن دستی چینی در سه سناریوی کلیدی برجسته است:
علیرغم اتوماسیون گسترده، نتایج یک نظرسنجی ۲۰۲۴ تجهیزات آزمایشگاهی نشان داد که ۸۳٪ از آزمایشگاه‌های کنترل کیفیت دارویی همچنان از چینی و موهر برای تأیید نهایی مواد فعال دارویی استفاده می‌کنند.
استفاده از ابزارهای چینی به حفظ ترکیبات دارویی در برابر آلودگی در حین فرآوری کمک می‌کند، که این موضوع زمانی اهمیت زیادی پیدا می‌کند که به کارایی داروها مربوط باشد. این ابزارها واکنش شیمیایی نشان نمی‌دهند، بنابراین برای آسیاب کردن موادی که راحت جذب رطوبت می‌کنند، مانند اسید آسکوربیک، بدون ایجاد واکنش‌های اکسیداسیون ناخواسته مناسب هستند. با توجه به تحقیقات منتشر شده در مجله نوآوری دارویی در سال ۲۰۲۲، دانشمندان چیزی جالب درباره روشهای دستی آسیاب کردن متوجه شدند. آن‌ها بهبود حدود ۱۵ درصدی در توزیع اندازه ذرات برای این دسته از ترکیبات فعال دارویی حساس که حرارت زیادی را تحمل نمی‌کنند، مشاهده کردند. این نوع یکنواختی واقعاً در پیش‌بینی‌پذیری اثرات دارو پس از ورود به بدن تفاوت قابل توجهی ایجاد می‌کند.
بسیاری از زمین‌شناسان ترجیح می‌دهند هنگام نیاز به خرد کردن نمونه‌های سنگ برای آزمون‌های XRF و XRD از چینی برقلمرو استفاده کنند. چینی دارای سختی حدود ۶٫۵ در مقیاس موهس است که این ویژگی باعث می‌شود عالی باشد، زیرا باعث آلودگی نمونه با فلزات نمی‌شود، برخلاف فولاد ضدزنگ، که به‌ویژه هنگام کار با موادی مانند کرومیت یا گرانات بسیار مهم است. برخی تحقیقات اخیر که روشهای مختلف را مقایسه کرده‌اند نشان داده‌اند که این روش دقتی در حدود ۹۸ یا ۹۹ درصد را در شناسایی مقادیر بسیار کم عناصر نادر زمینی (کمتر از ۵ قسمت در میلیون) حفظ می‌کند. این سطح از دقت برای تحلیل دقیق ژئولوژیکی بسیار مهم است.
طبیعت غیرمتخلخل چینی باعث می‌شود که این ماده برای خرد کردن ادویه‌ها و مواد گیاهی بدون حفظ روغن‌ها مناسب باشد، که مشکل بزرگی در مورد آلودگی متقابل در تجزیه و تحلیل لیپیدها را حل می‌کند. آزمایشگاه‌ها گزارش می‌دهند که اغلب بارها ذرات به اندازه زیر ۱۰۰ میکرون تولید می‌شوند، و این امر منجر به استخراج کاروتنوئیدها با سرعتی حدود ۳۴ درصد سریع‌تر نسبت به گرانیت‌های پلاستیکی می‌شود. علاوه بر این، چینی می‌تواند نمونه‌های منجمد را مستقیماً از فریزر در دمای حدود منفی ۲۰ درجه سانتی‌گراد تحمل کند، بنابراین ترکیبات آلی فرار سخت‌گیرانه‌تر برای آزمایش صحیح فیتوشیمیایی دست‌نخورده باقی می‌مانند. این موضوع واقعاً برای محققانی که به نتایج قابل اعتمادی از کارهای آماده‌سازی نمونه نیاز دارند، اهمیت دارد.
EN
