Твердофазная экстракция - Solid-phase extraction
Твердофазная экстракция ( ТФЭ ) - это метод экстракции, при котором соединения, растворенные или взвешенные в жидкой смеси, отделяются от других соединений в смеси в соответствии с их физическими и химическими свойствами. Аналитические лаборатории используют твердофазную экстракцию для концентрирования и очистки образцов для анализа. Твердофазная экстракция может использоваться для выделения представляющих интерес аналитов из широкого спектра матриц, включая мочу, кровь, воду, напитки, почву и ткани животных.
SPE использует сродство растворенных веществ, растворенных или суспендированных в жидкости (известное как подвижная фаза ), к твердому веществу, через которое проходит образец (известному как неподвижная фаза ), для разделения смеси на желательные и нежелательные компоненты. В результате на неподвижной фазе остаются либо желаемые представляющие интерес аналиты, либо нежелательные примеси в образце. Часть, которая проходит через неподвижную фазу, собирается или выбрасывается в зависимости от того, содержит ли она желаемые аналиты или нежелательные примеси. Если часть, оставшаяся на неподвижной фазе, включает желаемые аналиты, их можно затем удалить из неподвижной фазы для сбора на дополнительной стадии, на которой неподвижную фазу промывают подходящим элюентом .
Возможно неполное извлечение аналитов с помощью SPE, вызванное неполной экстракцией или элюированием. В случае неполной экстракции аналиты не обладают достаточным сродством к неподвижной фазе, и часть их останется в пермеате. При неполном элюировании часть аналитов остается в сорбенте, поскольку используемый элюент не имеет достаточно сильного сродства.
Многие из адсорбентов / материалов такие же, как и в хроматографических методах, но SPE отличается от хроматографии и имеет уникальную нишу в современной химической науке.
SPE и хроматография
SPE - это метод хроматографии , за исключением самого широкого и простого смысла. Это метод экстракции, метод экстракции твердой и жидкой фаз , использующий преимущества больших различий в Keq, или константе равновесия , компонентов смеси между твердой фазой и подвижной фазой, что приводит к хорошо спланированному и выполненному разделению в массовое разделение одного или нескольких компонентов смеси, так что она значительно обогащается в результате быстрой процедуры экстракции. Допустим, что многие из адсорбентов / материалов такие же, как и в хроматографических методах, и когда эти материалы упаковываются в длинные колонки, в результате чего количество теоретических тарелок увеличивается на порядки величины, те же материалы приводят к хроматографическому разделению компонентов. даже с небольшой разницей их Keq между фазами. Несмотря на это, серая линия, которая, возможно, разделяет ТФЭ и хроматографию, отличительные признаки достаточно ясны, чтобы сказать, что ТФЭ - это метод экстракции, с теорией, процедурами и целями, отличными от хроматографии, и, таким образом, занимает уникальную нишу в современной химической науке. .
Нормальная фаза процедуры SPE
Типичная твердофазная экстракция включает пять основных этапов. Сначала картридж уравновешивается 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 дополнительных примесей. Затем аналит элюируется полярным растворителем или буфером с подходящим pH.
Стационарная фаза полярных функционально связанных кремнеземов с короткими углеродными цепями часто составляет твердую фазу. Эта неподвижная фаза будет адсорбировать полярные молекулы, которые можно собрать с помощью более полярного растворителя.
Обращенная фаза SPE
Обращенная фаза SPE разделяет аналиты в зависимости от их полярности. Стационарная фаза картриджа SPE с обращенной фазой дериватизируется углеводородными цепями, которые сохраняют соединения средней и низкой полярности из-за гидрофобного эффекта. Аналит можно элюировать, промывая картридж неполярным растворителем, который нарушает взаимодействие аналита и неподвижной фазы.
Обычно используется неподвижная фаза кремния с углеродными цепочками. Основываясь в основном на неполярных гидрофобных взаимодействиях, только неполярные или очень слабополярные соединения будут адсорбироваться на поверхности.
Ионный обмен SPE
Ионообменные сорбенты разделяют аналиты на основе электростатических взаимодействий между представляющим интерес аналитом и положительно или отрицательно заряженными группами на неподвижной фазе. Чтобы произошел ионный обмен, как неподвижная фаза, так и образец должны иметь pH, при котором они заряжены.
Анионный обмен
Анионообменные сорбенты представляют собой производные с положительно заряженными функциональными группами, которые взаимодействуют и удерживают отрицательно заряженные анионы, такие как кислоты. Сильные анионообменные сорбенты содержат четвертичные аммониевые группы, которые имеют постоянный положительный заряд в водных растворах, а слабые анионообменные сорбенты используют аминогруппы, которые заряжаются, когда pH ниже примерно 9. Сильные анионообменные сорбенты полезны, потому что любые сильнокислые примеси в образец связывается с сорбентом и обычно не элюируется исследуемым аналитом; для извлечения сильной кислоты следует использовать картридж со слабым анионообменником. Чтобы элюировать аналит с сильного или слабого сорбента, неподвижную фазу промывают растворителем, который нейтрализует заряд аналита, неподвижной фазы или того и другого. После нейтрализации заряда электростатическое взаимодействие между аналитом и неподвижной фазой больше не существует, и аналит вымывается из картриджа.
Катионный обмен
Катионообменные сорбенты содержат функциональные группы, которые взаимодействуют и удерживают положительно заряженные катионы, такие как основания. Сильные катионообменные сорбенты содержат группы алифатической сульфоновой кислоты, которые всегда имеют отрицательный заряд в водном растворе, а слабые катионообменные сорбенты содержат алифатические карбоновые кислоты, которые заряжаются, когда pH выше примерно 5. Сильные катионообменные сорбенты полезны, потому что любые сильноосновные примеси в образце будет связываться с сорбентом и обычно не будет элюироваться исследуемым аналитом; для восстановления сильного основания следует использовать картридж со слабым катионообменником. Чтобы элюировать аналит с сильного или слабого сорбента, неподвижную фазу промывают растворителем, который нейтрализует ионное взаимодействие между аналитом и неподвижной фазой.
Картриджи
Стационарная фаза представляет собой упакованный картридж в форме шприца, 96- луночный планшет, плоский диск диаметром 47 или 90 мм или устройство для микроэкстракции с помощью упакованного сорбента ( MEPS ), метод SPE, в котором используется упакованный сорбирующий материал. в шприце для работы с жидкостью . Их можно установить на вытяжной коллектор конкретного типа. Коллектор позволяет обрабатывать несколько образцов, удерживая несколько носителей SPE на месте и позволяя одинаковому количеству образцов проходить через них одновременно. В стандартном коллекторе SPE для картриджей можно параллельно установить до 24 картриджей, а в типовой дисковый коллектор SPE можно установить 6 дисков. Большинство коллекторов SPE оснащены вакуумным портом, через который можно создать вакуум для ускорения процесса экстракции путем протягивания жидкой пробы через неподвижную фазу. Аналиты собираются в пробирки для образцов внутри коллектора или под ним после прохождения через неподвижную фазу.
Картриджи и диски для твердофазной экстракции можно приобрести с несколькими стационарными фазами, каждая из которых разделяет аналиты в зависимости от различных химических свойств. Основа большинства неподвижных фаз - это 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 алифатические сульфокислотные или карбоксильные группы (для катионного обмена).
Твердофазная микроэкстракция
Твердофазная микроэкстракция ( ТФМЭ ) - это метод твердофазной экстракции, который включает использование волокна, покрытого экстрагирующей фазой, которая может быть жидкой ( полимер ) или твердой ( сорбент ), которая извлекает различные виды аналитов (включая как летучие, так и нелетучие) из различных видов сред, которые могут быть в жидкой или газовой фазе. Количество аналита, извлекаемого волокном, пропорционально его концентрации в образце до тех пор, пока достигается равновесие, или, в случае кратковременного предварительного равновесия, с помощью конвекции или перемешивания.
Рекомендации
дальнейшее чтение
- EM Thurman, MS Mills, Твердофазная экстракция: принципы и практика, Wiley-Interscience, 1998, ISBN 978-0-471-61422-7
- Найджел Дж. К. Симпсон, Твердофазная экстракция: принципы, методы и приложения, CRC, 2000, ISBN 978-0-8247-0021-8
- Джеймс С. Фриц, Аналитическая твердофазная экстракция, Wiley-VCH, 1999, ISBN 978-0-471-24667-1