Твердая экстракция (SolidPhaseExtractionSPE) - это использование твердого адсорбента для адсорбции целевого соединения в образце жидкости, отделяющего его от матрицы образца и мешающего соединения, а затем смывающего или нагревающего адсорбции с целью разделения и обогащения целевого соединения.

По сравнению с жидкостно - жидкостной экстракцией твердофазная экстракция имеет много преимуществ: твердофазная экстракция не требует большого количества взаимно нерастворимых растворителей, в процессе обработки не будет эмульсии, она использует высокоселективный адсорбент (твердофаза), может значительно уменьшить использование растворителя, упростить образец в процессе обработки, в то время как затраты также уменьшаются. Как правило, время, необходимое для твердофазной экстракции, составляет 1 / 2, а стоимость - 1 / 5. Недостатком является то, что скорость извлечения и точность целевого соединения ниже, чем при жидкостно - жидкостной экстракции.

I. Модели и принципы твердой экстракции

Твердая экстракция - это, по сути, разделение жидкой хроматографии, основной режим разделения также такой же, как и жидкая хроматография, может быть разделен на положительную фазу (полярность адсорбента больше, чем полярность стирающей жидкости), обратную фазу (полярность адсорбента меньше, чем полярность стирающей жидкости), ионообмен и адсорбция. Адсорбенты, используемые для твердофазной экстракции, также идентичны тем, которые обычно используются в жидкой хроматографии, но отличаются по размеру частиц.

Адсорбенты, используемые для ортофазной твердофазной экстракции, являются полярными и используются для экстракции (удержания) полярных веществ. То, как целевое соединение остается на адсорбенте при положительной экстракции, зависит от взаимодействия между полярными функциональными группами целевого соединения и полярными функциональными группами на поверхности адсорбента, включая водородные связи, взаимодействия между π - π, дипольные и дипольные - индуцированные дипольные взаимодействия, а также другие полярно - полярные эффекты. Положительная твердофазная экстракция может адсорбировать полярные соединения из образцов неполярных растворителей.

Адсорбенты, используемые для антифазной твердофазной экстракции, обычно неполярны или менее полярны, а целевые соединения обычно представляют собой соединения со средней полярностью. Взаимодействие между целевым соединением и адсорбентом является гидрофобным взаимодействием, главным образом неполярно - неполярным взаимодействием, силой Вандерваара или дисперсионной силой.

Адсорбентом, используемым для ионообменной твердофазной экстракции, является ионообменная смола с зарядом, а целевым соединением является заряженное соединение, а взаимодействие между целевым соединением и адсорбентом является электростатическим притяжением.

Выбор адсорбента (фиксированной фазы) в твердофазной экстракции основан главным образом на свойствах целевого соединения и свойствах матрицы образца (т.е. растворителя образца). Когда полярность целевого соединения очень похожа на полярность адсорбента, можно получить лучшее удержание целевого соединения (лучшая адсорбция). Чем больше полярность между ними похожа, тем лучше удерживается (т. е. чем лучше адсорбция), поэтому постарайтесь выбрать адсорбент, похожий на полярность целевого соединения. Например, при экстракции углеводородов (неполярных) применяется антифазная твердофазная экстракция (в это время неполярный адсорбент). Когда полярность целевого соединения умеренная, можно использовать как положительную, так и обратную твердофазную экстракцию. Выбор адсорбента также зависит от прочности растворителя образца (т.е. интенсивности стирки).

Интенсивность растворителя образца относительно адсорбента должна быть слабой, а слабый растворитель усиливает удержание (адсорбцию) целевого соединения на адсорбенте. Интенсивность растворителя в положительной и обратной твердой фазе экстракции различна (см. рис. 3 - 13). Если растворитель образца слишком силен, целевое соединение не будет сохранено (адсорбция) или слабо удерживается. Например, когда растворитель образца является положительным гексаном, экстракция из антифазной твердой фазы нецелесообразна, поскольку положительный гексан является сильным растворителем для антифазной твердофазной экстракции (см. рисунок 3 - 13), а целевое соединение не будет адсорбироваться на адсорбент; Когда растворитель образца является водой, его можно экстрагировать с помощью антифазной твердой фазы, поскольку вода является слабым растворителем для антифазной твердой фазы и не влияет на адсорбцию целевого соединения на адсорбенте.

При выборе режима разделения и адсорбента твердофазной экстракции необходимо учитывать следующие моменты:

Растворимость целевого соединения в полярных или неполярных растворителях, которые в основном связаны с выбором раствора.

Возможность ионизации целевого соединения (ионизация может быть достигнута путем регулировки pH), что определяет, следует ли использовать ионообменную твердофазную экстракцию.

Существует ли вероятность того, что целевое соединение сформирует ковалентную связь с адсорбентом, например, при стирке могут возникнуть проблемы.

4. Степень конкуренции между нецелевыми и целевыми соединениями в точках адсорбции адсорбента зависит от того, хорошо ли отделяются целевые соединения от мешающих соединений.

II. Адсорбенты, обычно используемые для твердой экстракции (фиксированная фаза)

Поскольку твердофазная экстракция по существу представляет собой разделение жидкой хроматографии, в принципе материалы, которые могут использоваться в качестве наполнителей жидкой хроматографии, могут использоваться для твердофазной экстракции. Тем не менее, из - за того, что жидкостная хроматография может иметь более высокое давление колонны, требующее более высокого эффекта колонны, поэтому ее наполнитель имеет более строгие требования к зернистости, в прошлом обычно использовался 10 - мкм наполнитель, теперь колонна использует 5 - мкм наполнителя m и даже 3 - мкм наполнителя (по мере увеличения давления насоса HPLC размер частицы наполнителя постепенно уменьшается). Требования к распределению размеров частиц для наполнителей также очень узкие. Давление на колонне твердой экстракции, как правило, невелико, цель разделения - только отделить целевое соединение от мешающего соединения и матрицы, требования к эффекту колонны, как правило, невелики, поэтому наполнители, используемые в качестве адсорбента твердой экстракции, более толстые, как правило, в 40 мкм, то есть доступны, требования к распределению диаметра частиц не являются строгими, что может значительно снизить стоимость колонны твердой экстракции. Типы и виды применения сорбентов, обычно используемых для твердой экстракции, приведены в таблицах 3 - 4.

III. Устройства и операционные процедуры твердофазной экстракции

Более простое твердофазное экстракционное устройство - это небольшая колонна диаметром в несколько миллиметров (рис. 3 - 14), небольшая колонна может быть стеклянной или полипропиленовой, полиэтиленовой, полифторэтиленовой и других пластмасс, но также может быть изготовлена из нержавеющей стали. В нижней части колонны имеется спекающее сито с апертурой 20 мкм для поддержки адсорбента. Если самодельная колонна твердофазной экстракции не имеет подходящего спеченного сита, она также может быть заполнена стеклянным хлопком вместо сита, чтобы играть роль как поддержки твердого адсорбента, так и потока жидкости. На решетке заполняется определенное количество адсорбента (100 ~ 1000, в зависимости от необходимости), а затем на адсорбент добавляется еще один кусок сита, чтобы предотвратить повреждение столбчатой кровати при добавлении образца (при отсутствии сита его также можно заменить стекловолокном). В настоящее время имеются в продаже твердофазные колонны экстракции различной спецификации, содержащие различные адсорбенты, которые очень удобны в использовании (рис. 3 - 15).

Общие процедуры твердофазной экстракции заключаются в следующем:

Активированный адсорбент: перед экстракцией проб колонны из твердой фазы промываются соответствующим растворителем, чтобы удерживать адсорбент влажным и может адсорбировать целевое соединение или мешающее соединение. Различные режимы твердофазной экстракции колонн активируются растворителями по - разному:

(1) Слабополярные или неполярные адсорбенты, используемые для антифазной твердофазной экстракции, обычно промываются растворимыми в воде органическими растворителями, такими как метанол, а затем водой или буферным раствором. Перед промывкой метанолом его также можно промыть сильным растворителем (например, гексаном) для устранения адсорбционных примесей на адсорбенте и их помех целевому соединению.

(2) Полярный адсорбент, используемый для ортофазной твердофазной экстракции, обычно промывается органическим растворителем (матрицей образца), в котором находится целевое соединение.

3) адсорбент, используемый для ионообменной твердофазной экстракции, может быть промыт растворителем образца при использовании в образцах в неполярных органических растворителях; При использовании проб в полярных растворителях их можно промывать растворимым в воде органическим растворителем, а затем водным раствором с соответствующим pH - значением, содержащим определенный органический растворитель и соль.

Для того чтобы адсорбент в колонне твердофазной экстракции оставался влажным после активации до добавления образца, на адсорбенте после активации должно храниться около 1 мл активированного растворителя.

2. Предыдущий образец: жидкий или растворенный твердый образец заливается в активированный твердофазный экстракционный столбик, а затем образец попадает в сорбент методом вакуума (рис. 3 - 16), давления (рис. 3 - 17) или центрифугирования (рис. 3 - 18).

3. Мойка и стирка: После того, как образец попадает в сорбент и целевое соединение адсорбируется, слабое удерживаемое мешающее соединение может быть смыто слабым растворителем, а затем смыто и собрано более сильным растворителем. Как уже упоминалось выше, промывка и промывка могут осуществляться путем вакуума, давления или центрифугирования, чтобы смыть или смыть раствор через адсорбент.

Если при выборе адсорбента выбирается адсорбент, который слабо адсорбирует или не адсорбирует целевое соединение и имеет более сильную адсорбцию к мешающему соединению, целевое соединение также может быть предварительно вымыто и собрано, в то время как мешающее соединение сохраняется (адсорбция) на адсорбенте, и они отделяются. Рисунок 3 - 19 иллюстрирует два подхода. В большинстве случаев целевое соединение удерживается на адсорбенте, а затем смывается сильным растворителем, что в большей степени способствует очистке проб. Рисунок 3 - 20 показывает твердофазную экстракцию.

Схема используемых общих процедур.

Чтобы облегчить использование твердофазной экстракции, многие производители в дополнение к производству различных спецификаций и моделей твердофазной экстракции колонн, а также разработали много твердофазной экстракции устройства, так что твердофазная экстракция более удобна и проста в использовании. Например, компания Supelco поставляет однотрубные заглушки для обработки под давлением отдельных колонн твердой экстракции (рис. 3 - 21), которые можно легко использовать в сочетании с колоннами твердой экстракции. Например, для одновременного вакуумирования нескольких колонн твердофазной экстракции компания & quot; Supelco & quot; предоставила вакуумные многоколлекторные установки с 12 и 24 отверстиями (рис. 3 - 22), которые могут одновременно обрабатывать несколько колонн твердофазной экстракции. Даляньский институт химической физики Китайской академии наук, Национальный центр хроматографических исследований и анализа также разработал вакуумное твердофазное экстракционное устройство.

На рисунке 3 - 23 показана блок - схема выбора режима твердофазной экстракции в зависимости от свойств матрицы (растворителя) образца, целевого соединения и мешающего соединения.

IV. Твердая микроэкстракция (SolidphaseMicro - ExtractionSPME)

Твердая микроэкстракция - это новая технология разделения экстракции, разработанная на основе твердофазной экстракции, по сравнению с жидкостно - жидкой экстракцией и твердофазной экстракцией, с коротким рабочим временем, небольшим количеством образцов, без экстракционного растворителя, подходит для анализа летучих и нелетучих веществ, хорошей воспроизводимости и других преимуществ. Многие исследования показывают, что воспроизводимость и точность образцов очень хороши, когда в них добавляются соответствующие внутренние метки для количественного анализа. Твердотельный микроэкстрактор имеет форму, такую как микропробоотборник, состоящий из двух частей: ручки (holder) и экстракционной головки или волокнистой головки (fiber), экстракционная головка представляет собой 1 и длину, расплавленное волокно с различными адсорбентами, прикрепленное к проволоке из нержавеющей стали, тонкая труба из нержавеющей стали в пальто (для защиты кварцевого волокна от разрушения), волокнистая головка может растягиваться или выходить из стальной трубы, тонкая труба из нержавеющей стали может проникать в резиновую или пластиковую прокладку для отбора проб или ввода в нее. Ручка для установки или закрепления головки экстракции может использоваться вечно (рисунок 3 - 24)

Ключом к твердофазной микроэкстракции является выбор покрытия (адсорбента) без кварцевого волокна, так что целевое соединение может адсорбироваться на покрытии, а мешающее соединение и растворитель не адсорбируются, как правило: целевое соединение является неполярным, когда выбор неполярного покрытия; Целевое соединение является полярным при выборе полярного покрытия.

Метод отбора проб для твердофазной микроэкстракции состоит в том, чтобы пробить твердофазную трубку микроэкстракции (обсадную колонну из нержавеющей стали) через уплотнительную прокладку бутылки образца и вставить ее в бутылку образца. Затем выдается экстракционная головка, которая погружается в образец (способ погружения) или помещается в верхнее пространство образца (способ верхнего воздуха) для экстракции. Время экстракции составляет около 2 - 30 минут, в зависимости от достижения адсорбционного баланса целевого соединения. По сравнению с задним отступом экстракторной головки, вытаскивайте иглу (рис. 3 - 25).

Твердая микроэкстракция может использоваться в газовой, а также жидкой хроматографии (рис. 3 - 25). При использовании в GC твердофазная трубка микроэкстракции (обсадная колонна из нержавеющей стали) вставляется в входное отверстие GC, рычаг толкателя, вытягивает волокнистую головку, используя высокотемпературное термодесорбционное целевое соединение входного отверстия, после десорбции загружается газом в хроматографическую колонну. При использовании в HPLC твердофазная трубка микроэкстракции (обсадная труба из нержавеющей стали) вставляется в стержневой микроэкстракционный / интерфейсный десорбционный бассейн HPLC, а затем очищается от целевого соединения с помощью потоковой фазы HPLC через десорбционный бассейн и вводит целевое соединение в хроматографическую колонну.