Твердофазная экстракция
Твердофазная экстракция ( ТФЭ ) [1] представляет собой метод твердожидкостной экстракции, при котором соединения, растворенные или суспендированные в жидкой смеси, отделяются, выделяются или очищаются от других соединений в этой смеси в соответствии с их физическими и химическими свойствами. Аналитические лаборатории используют твердофазную экстракцию для концентрирования и очистки проб для анализа. Твердофазную экстракцию можно использовать для выделения интересующих аналитов из широкого спектра матриц, включая мочу, кровь, воду, напитки, почву и ткани животных. [2] [3] [4]
ТФЭ использует сродство растворенных веществ, растворенных или суспендированных в жидкости (известных как подвижная фаза ), к твердой насадке внутри небольшой колонки, через которую проходит образец (известной как неподвижная фаза ), для разделения смеси на желаемые и нежелательные компоненты. В результате либо нужные интересующие аналиты, либо нежелательные примеси в образце остаются в неподвижной фазе. Та часть, которая проходит через неподвижную фазу, собирается или выбрасывается в зависимости от того, содержит ли она нужные аналиты или нежелательные примеси. Если часть, оставшаяся на неподвижной фазе, включает нужные аналиты, их можно затем удалить из неподвижной фазы для сбора на дополнительном этапе, на котором неподвижную фазу промывают соответствующим элюентом . [5]
Возможно неполное извлечение аналитов методом ТФЭ, вызванное неполной экстракцией или элюированием. В случае неполной экстракции аналиты не обладают достаточным сродством к стационарной фазе и часть их останется в пермеате. При неполном элюировании часть аналитов остается в сорбенте, поскольку используемый элюент не обладает достаточно сильным сродством. [6]
Многие из адсорбентов/материалов такие же, как и в хроматографических методах, но ТФЭ отличается от хроматографии, и поэтому занимает уникальную нишу в современной химической науке.
ТФЭ и хроматография
[ редактировать ]ТФЭ на самом деле является методом хроматографии в том смысле, что подвижная фаза проводит смеси через неподвижную фазу, упакованную внутри колонки. Хроматографический процесс используется для создания метода твердожидкостной экстракции, позволяющего разделить смесь компонентов, используя большие различия между твердой и жидкой фазой K eq или константой равновесия для каждого компонента в смеси. Химические соображения по выбору неподвижной и подвижной фаз аналогичны таковым для жидкостной колоночной хроматографии, и многие используемые адсорбенты/материалы такие же. Однако теория, процедуры и цели различны, и как метод добычи он занимает уникальную нишу в современной химической науке.
Нормальная фаза процедуры ТФЭ
[ редактировать ]
Типичная твердофазная экстракция включает пять основных этапов. Сначала картридж уравновешивают неполярным или слабополярным растворителем, который смачивает поверхность и проникает в связанную фазу. Затем воду или буфер того же состава, что и образец, обычно промывают через колонку для смачивания поверхности диоксида кремния. Затем образец добавляется в картридж. Когда образец проходит через неподвижную фазу, полярные аналиты в образце будут взаимодействовать и удерживаться на полярном сорбенте, в то время как растворитель и другие неполярные примеси проходят через картридж. После загрузки образца картридж промывают неполярным растворителем для удаления дальнейших примесей. Затем аналит элюируют полярным растворителем или буфером с соответствующим pH.
Неподвижная фаза полярных функционально связанных кремнеземов с короткими углеродными цепочками часто составляет твердую фазу. Эта неподвижная фаза будет адсорбировать полярные молекулы, которые можно собрать более полярным растворителем. [4]
Обратная фаза SPE
[ редактировать ]ТФЭ с обращенной фазой разделяет аналиты в зависимости от их полярности. Неподвижная фаза картриджа для ТФЭ с обращенной фазой образована углеводородными цепями, которые удерживают соединения средней и низкой полярности благодаря гидрофобному эффекту. Аналит можно элюировать промывкой картриджа неполярным растворителем, что нарушает взаимодействие аналита и неподвижной фазы. [4]
Обычно используется стационарная фаза кремния с углеродными цепочками. Опираясь преимущественно на неполярные гидрофобные взаимодействия, на поверхности адсорбируются только неполярные или очень слабополярные соединения. [4]
Ионообменный ТФЭ
[ редактировать ]Ионообменные сорбенты разделяют аналиты на основе электростатических взаимодействий между интересующим аналитом и положительно или отрицательно заряженными группами на неподвижной фазе. Чтобы произошел ионный обмен, как неподвижная фаза, так и образец должны иметь такой уровень pH, при котором оба заряжены.
Анионный обмен
[ редактировать ]Анионообменные сорбенты представляют собой производные положительно заряженных функциональных групп, которые взаимодействуют и удерживают отрицательно заряженные анионы, например кислоты. Сильные анионообменные сорбенты содержат четвертичные аммониевые группы, которые имеют постоянный положительный заряд в водных растворах, а слабые анионообменные сорбенты используют аминные группы, которые заряжаются, когда pH ниже примерно 9. Сильные анионообменные сорбенты полезны, поскольку любые сильнокислотные примеси в проба связывается с сорбентом и обычно не элюируется интересующим аналитом; для восстановления сильной кислоты следует использовать слабый анионообменный картридж. Для элюирования аналита из сильного или слабого сорбента неподвижную фазу промывают растворителем, который нейтрализует заряд аналита, неподвижной фазы или того и другого. Как только заряд нейтрализуется, электростатическое взаимодействие между аналитом и неподвижной фазой больше не существует, и аналит элюируется из картриджа. [4]
Катионный обмен
[ редактировать ]Катионообменные сорбенты представляют собой производные функциональных групп, которые взаимодействуют и удерживают положительно заряженные катионы, например основания. Сильные катионообменные сорбенты содержат группы алифатических сульфокислот, которые в водном растворе всегда заряжены отрицательно, а слабые катионообменные сорбенты содержат алифатические карбоновые кислоты, которые заряжаются при pH выше примерно 5. Сильные катионообменные сорбенты полезны, поскольку любые сильноосновные примеси в образце связывается с сорбентом и обычно не элюируется интересующим аналитом; для восстановления сильного основания следует использовать картридж со слабым катионообменником. Для элюирования аналита как из сильного, так и из слабого сорбента неподвижную фазу промывают растворителем, нейтрализующим ионное взаимодействие между аналитом и неподвижной фазой. [4]
Картриджи
[ редактировать ]Неподвижная фаза поставляется в форме упакованного картриджа в форме шприца, 96-луночного планшета , плоского диска диаметром 47 или 90 мм или микроэкстракции с помощью устройства с насадочным сорбентом ( MEPS ), метода ТФЭ, в котором используется упакованный сорбент. в шприце для манипуляций с жидкостью . [7] [8] Их можно установить на вытяжном коллекторе конкретного типа. Коллектор позволяет обрабатывать несколько образцов, удерживая на месте несколько сред ТФЭ и обеспечивая одновременное прохождение через них одинакового количества образцов. В стандартном картриджном коллекторе SPE можно установить до 24 картриджей параллельно, тогда как в типовом дисковом коллекторе SPE можно разместить 6 дисков. Большинство коллекторов ТФЭ оснащены вакуумным портом, через который можно применить вакуум для ускорения процесса экстракции путем протягивания жидкой пробы через неподвижную фазу. Аналиты собираются в пробирки для проб внутри или под коллектором после прохождения стационарной фазы.
Картриджи и диски для твердофазной экстракции можно приобрести с несколькими неподвижными фазами, каждая из которых разделяет аналиты в зависимости от различных химических свойств. Основой большинства стационарных фаз является кремнезем, связанный с определенной функциональной группой. Некоторые из этих функциональных групп включают гидрофобные алкильные или арильные цепи переменной длины (для обращенной фазы), четвертичные аммониевые или аминогруппы (для анионного обмена) и группы алифатической сульфоновой кислоты или карбоксильные группы (для катионного обмена). [4]
Твердофазная микроэкстракция
[ редактировать ]Твердофазная микроэкстракция (ТФМЭ) — это метод твердофазной экстракции, который предполагает использование волокна, покрытого экстрагирующей фазой, которая может быть жидкой ( полимер ) или твердой ( сорбент ), которая экстрагирует различные виды аналитов (в том числе как летучие , так и нелетучие) из различных сред, которые могут находиться в жидкой или газовой фазе. [9] Количество аналита, экстрагируемого волокном, пропорционально его концентрации в образце до тех пор, пока достигается равновесие или, в случае кратковременного предварительного равновесия, с помощью конвекции или перемешивания.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бушевский, Богуслав; Шултка, Малгожата (2012). «Прошлое, настоящее и будущее твердофазной экстракции: обзор» . Критические обзоры по аналитической химии . 42 (3): 198–213. дои : 10.1080/07373937.2011.645413 . ISSN 1040-8347 .
- ^ Хеннион, Мари-Клер (1999). «Твердофазная экстракция: разработка метода, сорбентов и сочетание с жидкостной хроматографией». Журнал хроматографии А. 856 (1–2): 3–54. дои : 10.1016/S0021-9673(99)00832-8 . ISSN 0021-9673 . ПМИД 10526783 .
- ^ Аугусто, Фабио; Хантао, Леандро В.; Могольон, Нороска Г.С.; Брага, Сорайя CGN (2013). «Новые материалы и тенденции в области сорбентов для твердофазной экстракции». TrAC Тенденции в аналитической химии . 43 : 14–23. дои : 10.1016/j.trac.2012.08.012 . ISSN 0165-9936 . S2CID 96825406 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Supelco (1998), Руководство по твердофазной экстракции (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 13 января 2012 г.
- ^ Бушевский, Богуслав; Шультка, Малгожата (июль 2012 г.). «Прошлое, настоящее и будущее твердофазной экстракции: обзор» . Критические обзоры по аналитической химии . 42 (3): 198–213. дои : 10.1080/07373937.2011.645413 . ISSN 1040-8347 . S2CID 98381163 .
- ^ Раек, Джулия; Лехтенфельд, Оливер Дж.; Вагнер, Мартин; Герцспрунг, Питер; Реемтсма, Торстен (2016). «Селективность твердофазной экстракции растворенного в пресной воде органического вещества и ее влияние на масс-спектры сверхвысокого разрешения» . Наука об окружающей среде: процессы и воздействия . 18 (7): 918–927. дои : 10.1039/C6EM00200E . ISSN 2050-7887 . ПМИД 27363664 .
- ^ Абдель-Рехим, Мохамед (2011). «Микроэкстракция насадочным сорбентом (MEPS): Учебное пособие». Аналитика Химика Акта . 701 (2): 119–128. дои : 10.1016/j.aca.2011.05.037 . ISSN 0003-2670 . ПМИД 21801877 .
- ^ М. Абдель-Рехим, Приложение AstraZeneca «Шприц для твердофазной микроэкстракции», Текущий патентный вестник, неделя 0310, WO 03019149, стр. 77, (2003).
- ^ Митра, Соменат, изд. (2003). Методы пробоподготовки в аналитической химии . Уайли-Интерсайенс. п. 113 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Э.М. Турман, М.С. Миллс, Твердофазная экстракция: принципы и практика, Wiley-Interscience, 1998, ISBN 978-0-471-61422-7
- Найджел Дж. К. Симпсон, Твердофазная экстракция: принципы, методы и применение, CRC, 2000, ISBN 978-0-8247-0021-8
- Джеймс С. Фриц, Аналитическая твердофазная экстракция, Wiley-VCH, 1999, ISBN 978-0-471-24667-1
