Важливість попередньої обробки зразка
Попередня обробка зразка є трудомістким і схильним до помилок етапом інструментального аналізу (особливо хроматографічного аналізу). Якість обробки зразка безпосередньо впливає на кінцевий результат хроматографічного аналізу. Таким чином, для підвищення ефективності аналізу та визначення важливим питанням є вдосконалення та оптимізація методів підготовки зразків і технік для хроматографічного аналізу. Оскільки деякі зразки належать до складних матричних систем, що містять такі компоненти, як білки, олії, вуглеводи, пігменти тощо, фон складної матриці створюватиме великі труднощі для екстракції, розділення, очищення та визначення цільових сполук, які підлягають аналізу. Таким чином, попередня обробка зразків є не тільки складною і складною, але також відіграє вирішальну роль у точності, надійності та чутливості результатів аналізу.
Відсоток витрати часу на попередню обробку зразка
Для високочутливих приладів РХ/МС/МС правильна попередня обробка зразка є надзвичайно важливою для зменшення інтерференції матриці та збагачення компонентів.
Принципи попередньої обробки зразків
Уникайте хімічних змін компонентів під час приготування; запобігати та уникати забруднення заздалегідь визначених компонентів; звести до мінімуму введення невідповідних сполук у процес приготування; і зробити це максимально простим і легким.
Мета попередньої обробки зразка
Видаліть частинки; зменшити кількість заважаючих домішок; концентрат мікрокомпонентів; покращити чутливість і вибірковість виявлення; покращити роздільний ефект; захистити хроматографічні колонки та прилади; заміна розчинника.
Тенденція розвитку попередньої обробки зразків
▶Звичайна попередня обробка зразка включає: Метод зброджування: метод розміщення зразка з кислотою, окислювачем, каталізатором тощо в дефлегматор або закритий пристрій, нагрівання, розкладання та руйнування органічних речовин. Метод мокрого зброджування
1. Метод розщеплення азотною кислотою (для більш прозорих зразків водного розчину) 2. Метод розщеплення азотною кислотою та хлорною кислотою (розщеплення зразків, що містять органічні речовини, які важко окиснюються) 3. Метод розщеплення азотною кислотою та сірчаною кислотою (азотна кислота: сірчана кислота=5:2, часто додаючи невелику кількість перекису водню) 4. Метод сірчано-фосфорної кислоти (допомагає щоб усунути вплив іонів Fe3+ під час визначення) 5. Метод розщеплення сірчаною кислотою з перманганатом калію (зазвичай використовується для визначення зразків водних розчинів ртуті) 6. Метод розщеплення азотною кислотою і перекисом водню: деякі люди використовують цей метод для перетравлення біопрепаратів для визначення азоту, фосфору, калію, бору, миш'яку, фтору та інших елементів 7. Багатокомпонентний метод розщеплення: потрібна система розщеплення з трьома або більше кислотами або окисниками. Метод сухої золи (метод високотемпературного розкладання)
1. Зольний метод не використовує або використовує невелику кількість хімічних реагентів для розкладання зразків і може обробляти більші зразки зважування, тому це корисно для підвищення точності визначення мікроелементів. 2. Температура озолення, як правило, становить 450-550 градусів, що не підходить для обробки зразків з леткими компонентами, і час озолення також відносно тривалий. 3. Відповідно до типу проби та властивостей вимірюваних компонентів вибираються різні тиглі та температури озолення. Зазвичай використовуються тиглі з кварцу, платини, срібла, нікелю, заліза, порцеляни, політетрафторетилену та інших властивостей. Принцип полягає в тому, що тигель не реагує зі зразком і стабільний при температурі обробки. 4. Зазвичай жодні інші реагенти не додаються до озолювальних біологічних зразків, але для того, щоб сприяти розкладанню та гальмувати втрату випаровування певних елементів, часто додають відповідну кількість допоміжного озолювального агента. Після того, як зразок повністю озолить, його розчиняють у розведеній азотній або соляній кислоті для аналізу та визначення.
Conventional pretreatment methods Extraction and enrichment 1. Extraction method 1. Oscillation extraction method (vegetables, fruits, grains) 2. Tissue crushing extraction (extracting organic pollutants from animal and plant tissues) 3. Soxhlet extraction (commonly used to extract organic pollutants such as pesticides, petroleum, phenylhydrazine and pyrene from biological and soil samples) 2. Volatilization and evaporation concentration The volatile separation method uses the high volatility of certain components or converts the components to be measured into volatile substances, and then uses inert gas to take them out to achieve the purpose of separation. Evaporation concentration refers to heating the water sample on a hot plate or in a water bath to slowly evaporate the water, so as to reduce the volume of the water sample and concentrate the components to be measured. 3. Distillation method uses the different boiling points of the components of the water sample to separate them from each other; when determining volatile phenols, cyanides, and fluorides in water samples, they must first be pre-distilled and separated in an acidic medium; distillation has three functions: digestion, enrichment, and separation. 4. Ion exchange method uses ion exchangers to exchange reactions with ions in the solution for separation. Ion exchangers can be divided into inorganic ion exchangers and organic ion exchangers (ion exchange resins). ㈤ Coprecipitation method: The phenomenon that a poorly soluble compound in a solution carries out certain coexisting trace components in the process of forming a precipitate. The principle of coprecipitation is based on surface adsorption, the formation of mixed crystals, the interaction and inclusion of heteroelectron nuclei colloidal substances, etc. 1. Coprecipitation separation using adsorption: Common carriers include Fe (OH) 3, Al (OH) 3, Mn (OH) 2 and sulfides, etc. 2. Coprecipitation separation using the formation of mixed crystals 3. Coprecipitation separation using organic coprecipitants ㈥ Adsorption method: Use porous solid adsorbents to adsorb one or several components in the water sample on the surface to achieve the purpose of separation. Commonly used adsorbents include activated carbon, alumina, molecular sieves, large mesh resins, etc. The polluted components adsorbed and enriched on the surface of the adsorbent can be desorbed by organic solvents or heated for determination. ㈦ Chromatography Chromatography is divided into column chromatography, thin layer chromatography, paper chromatography, etc., and adsorbents are divided into inorganic adsorbents and organic adsorbents. ㈧ Sulfonation and saponification Sulfonation: The interfering substances such as fats and waxes in the extract can undergo sulfonation reaction with concentrated sulfuric acid to generate highly polar sulfonic acid compounds, which are separated from the pesticides in the extract as the sulfuric acid layer separates. The sulfonation method uses the saponification reaction of oils and fats with strong alkali to generate fatty acid salts and separate them. ㈨ Low-temperature freezing method is based on the principle that the solubility of different substances in the same solvent varies with temperature to separate them from each other. ㈩ Principle of extraction: The distribution coefficient of substances in different solvent phases is different, so as to achieve the separation and enrichment of components. Types of conventional liquid-liquid extraction Extraction of organic substances: Organic substances separated in the aqueous phase are easily extracted by organic solvents Extraction of inorganic substances: First, a reagent is added to combine with the ionic components in the aqueous phase to generate a substance that is uncharged and easily soluble in organic solvents. The reagent, organic phase, and aqueous phase together form an extraction system. According to the different types of extractables generated, it can be divided into chelate extraction system, ion-association complex extraction system, ternary complex extraction system, and synergistic extraction system. Overview of solid phase extraction (SPE) It is developed by combining liquid-solid extraction and column liquid chromatography technology. SPE is a column chromatography separation process, which has many similarities with high performance liquid chromatography (HLPC) in terms of separation mechanism, stationary phase and solvent selection. The particle size of SPE filler (>40 мкм) більше, ніж у HLPC (3-10 мкм). Таким чином, SPE можна використовувати лише для розділення сполук із дуже різними властивостями утримання. Технологія SPE з низькою ефективністю поділу в основному використовується для обробки зразків. Метою SPE є видалення із зразка речовин, які заважають подальшому аналізу; збагачують мікрокомпоненти та покращують аналітичну чутливість; змінити розчинник зразка відповідно до аналітичного методу; дериватізація на місці; знесолення проби; а також полегшити зберігання та транспортування зразків. Інсталяційна колона SPE: Розмір частинок наповнювача відрізняється від наповнювача колонки HLPC, решта однакове. Найбільш використовуваною є фаза С18. Цей тип наповнювача є високогідрофобним і демонструє утримання більшості органічних речовин у водній фазі; також використовуються інші матеріали з різною селективністю та властивостями утримання. Фази SPE з активними групами або вкриті активними сполуками можна використовувати для аналізу реакцій дериватизації. SPE диск: дуже схожий на мембранні фільтри. Дисковий екстрактор являє собою диск з PTFE, що містить наповнювач, або лист скловолокна, завантажений наповнювачем; наповнювач становить приблизно від 60% до 90% загального диска SPE, а товщина диска становить приблизно 1 мм. Відмінність від першого полягає у співвідношенні товщина шару/діаметр (L/d). Підходить для збагачення слідів забруднюючих речовин з води. Твердофазна мікроекстракція (SPME) Offline та Online SPE Offline SPE 1. SPE та аналіз виконуються незалежно, і SPE надає лише відповідні зразки для наступного аналізу. 2. Щоб забезпечити достатній контакт між розчином зразка та наповнювачем, потік розчинника не може бути занадто високим. 3. Це може бути завершено автоматизованими приладами. Автоматичний прилад для ТФЕ складається зі стійки колонки, плунжерного насоса, резервуара для рідини, трубопроводу та процесора для обробки зразків. Онлайн-ТФЕ також відомий як технологія онлайн-очищення та збагачення, яка в основному використовується для встановлення методу ТФЕ аналізу HLPC Мета попередньої обробки колони: 1. Видалити домішки, які можуть існувати в наповнювачі; 2. Розчиніть наповнювач і покращте відтворюваність екстракції твердої фази. Додавання зразка 1. Щоб запобігти втраті аналітів, концентрація розчинника зразка не повинна бути надто високою; 2. При екстракції за допомогою механіки зворотної фази як розчинник використовується вода або буфер, а кількість органічного розчинника не перевищує 10% (об./об.); 3. Щоб подолати втрату аналітів під час додавання зразка, можна використовувати слабкі розчинники для розведення зразка, зменшення об’єму зразка, збільшення кількості наповнювача в колонці SPE та вибору адсорбентів, які сильно утримують аналіт. Елюювання та збір аналітів (інший випадок полягає в тому, що домішки зберігаються під час проходження аналітів через колонку) (твердофазна екстракція за допомогою твердого дисперсійного середовища) 1. Для колонок із зворотно-фазовою екстракцією розчинником для очищення є вода або буфер, що містить відповідну концентрацію органічних розчинник; 2. Щоб визначити оптимальну концентрацію та об’єм розчинника для очищення, додайте зразок до колонки SPE, очистіть його об’ємом шару колонки SPE у 5–10 разів, зберіть та проаналізуйте стічні води по черзі та отримайте профіль елюювання розчинника для очищення аналіту. По черзі збільште силу розчинника для очищення та визначте відповідну міцність і об’єм розчинника для очищення відповідно до профілю елюції аналіту при різних концентраціях; 3. Мета елюювання та збору: повністю елюювати аналіт і зібрати його в найменшій об’ємній частці, утримуючи при цьому якомога більше домішок, які сильніше утримуються, ніж аналіт на колонці SPE; 4. Щоб підвищити концентрацію аналіту або налаштувати властивості розчинника для наступного аналізу, зібрану фракцію аналіту можна продути азотом, а потім розчинити в невеликому об’ємі розчинника. Застосування аналізу навколишнього середовища SPE 1. Концентрація аналітів у зразках навколишнього середовища, таких як поверхнева вода, дуже низька, і перед аналізом аналіт необхідно збагатити. 2. Склад біологічних рідин складний і містить велику кількість білка. Перед аналізом зразок необхідно попередньо обробити для видалення білка. Аналіз ліків Клінічний аналіз Аналіз харчових продуктів і напоїв Твердофазна мікроекстракція (SPME) Твердофазна мікроекстракція об’єднує «відбір проб, екстракцію, концентрацію та ін’єкцію» і може використовуватися разом із газовою хроматографією або високоефективною рідинною хроматографією для технології попередньої обробки зразків. Теорія мікроекстракції твердої фази. Теорія рівноваги: під час процесу адсорбції встановлюється адсорбційна рівновага між твердою та рідкою або газовою фазами. Протягом певного періоду часу через повільний процес масообміну рівновага не досягається повністю. Селективність вилучення матеріалу покриття в основному залежить від продуктивності матеріалу покриття. Відповідно до принципу, згідно з яким аналіт легко екстрагується твердою фазою з подібною полярністю, вибирається відповідне покриття SPE. Найпоширенішими речовинами для твердофазних покриттів є поліметилсилоксан (PDMS) і поліакрилат (PA), обидва з яких можна використовувати для газової та рідинної хроматографії. Перший здебільшого використовується для неполярних сполук, таких як леткі сполуки, поліциклічні ароматичні вуглеводні та ароматичні вуглеводні, а останній здебільшого використовується для полярних сполук, таких як триазини та фенольні сполуки. Твердофазний шар може бути нанесений на кварцове волокно у незв’язаній, пов’язаній або частково зшитій формі. Додавання деяких полімерів до покриття може збільшити площу поверхні покриття та підвищити ефективність SPME. 1. Полідиметилсилоксан-дивінілбензол (PDMS-DVB), використовується для ароматичних вуглеводнів і летких сполук. 2. Поліетиленгліколь-дивінілбензол (CW-DVB), використовується для полярних сполук, таких як спирти. 3. Поліетиленгліколева шаблонна смола (CW-TPR), яка використовується для іонізованих поверхнево-активних речовин. 4. Кварцове волокно, покрите графітовою сажею, використовується для аналізу слідів забруднюючих речовин у воді та повітрі. 5. Встановлення методів вуглецевих нанотрубок і нанотрубок із діоксиду титану 1. Підтримуйте постійність умов відбору проб. 2. Фактори, що впливають на відбір проб, включають час відбору, температуру, глибину волокна тощо. 3. Підтримуйте лінійну залежність між значенням відповіді та початковою концентрацією аналіту. Концентрація зразка не може бути занадто високою, а об’єм зразка не може бути занадто малим, щоб екстракція була в межах лінійного діапазону ізотерми адсорбції. 4. Додавання електролітів до зразка може збільшити іонну силу розчину, тим самим зменшуючи розчинність аналіту та покращуючи ефективність екстракції; зміна рН зразка більше впливає на швидкість вилучення кислих і лужних речовин. Примітка. Ефект додавання солі під час мікроекстракції іноді відрізняється від ефекту звичайної рідинно-рідинної екстракції, тому умови експерименту необхідно оптимізувати. 5. Перемішування може скоротити час екстракції. Мікрохвильова екстракція (MAE) Мікрохвильова екстракція має короткий час екстракції, хорошу селективність, високу швидкість відновлення, низьке використання реагентів, низьке забруднення, може використовувати воду як екстрагент і може автоматично контролювати умови підготовки зразка; він має менше застосувань і зараз використовується для вилучення поліциклічних ароматичних вуглеводнів, залишків пестицидів, металоорганічних сполук, активних інгредієнтів у рослинах, шкідливих речовин, металів у мінералах, ліків у крові та залишків пестицидів у біологічних зразках. Принципи та характеристики методів мікрохвильової екстракції Поглинають мікрохвилі (вода, етанол, кислоти, луги та солі) Висока ефективність мікрохвильової екстракції: 1. Пряма дія мікрохвиль на розділені речовини; 2. Для мікрохвильової екстракції вигідніше використовувати полярні розчинники, ніж неполярні; 3. Використання закритих контейнерів дозволяє проводити мікрохвильову екстракцію при температурі, значно вищій за температуру кипіння розчинника, що значно покращує ефективність мікрохвильової екстракції. Відбивають мікрохвилі (металічні речовини) Пропускають мікрохвилі (неполярні речовини) Мікрохвильову екстракцію обладнання та методи (основними компонентами є спеціально виготовлені мікрохвильові нагрівальні пристрої, екстракційні контейнери та пристрої контролю тиску та температури, обладнані відповідно до різних вимог) 2450 МГц: одночасно можна підготувати кілька зразків, легко контролювати умови екстракції, а екстракція відбувається швидко. Звичайний метод мікрохвильової екстракції: змішайте полярні розчинники або суміш полярних розчинників і неполярних розчинників з екстрагованими зразками, помістіть їх у мікрохвильові контейнери для підготовки зразків і нагрійте їх у мікрохвильовій системі підготовки зразків у закритому стані. Контролюйте тиск екстракції або температуру та час відповідно до вимог екстрагованих компонентів; наприкінці нагрівання фільтрують зразок, а фільтрат вимірюють безпосередньо або вимірюють після відповідної обробки. За звичайних умов час нагрівання мікрохвильової екстракції становить приблизно 5-10 хвилин. Загальний об’єм екстракційного розчинника та зразка не повинен перевищувати 1/3 об’єму чашки для підготовки зразка. Одномодове фокусування 2450 МГц: контроль тиску та температури не потрібний, об’єм для підготовки зразка великий, за один раз можна підготувати лише один зразок, а час екстракції тривалий. Надкритична рідинна екстракція (SCF)
Надкритична рідина (SCF) — це рідина, температура й тиск якої вищі за критичну точку. Його власні характеристики: 1. Його коефіцієнт дифузії менший, ніж у газу, але на порядок вищий, ніж у рідини; 2. Його в'язкість близька до в'язкості газу; 3. Його густина подібна до рідини, і незначна зміна тиску може призвести до значної зміни її густини; 4. Зміни тиску або температури можуть призвести до фазових змін. Основний принцип У надкритичному стані надкритична рідина контактує з речовиною, яку потрібно відокремити, щоб вона могла вибірково витягувати компоненти полярності, точки кипіння та відносної молекулярної маси по черзі, а густина та діелектрична проникність надкритичної рідини зростають. зі збільшенням тиску замкнутої системи зростає і полярність. Компоненти різної полярності можна витягувати крок за кроком за допомогою програми boost. Розчинність надкритичного CO2: 1. Ліпофільні та низькокиплячі компоненти можуть бути екстраговані при низькому тиску (104 кПа); 2. Чим більше полярних груп має сполука, тим складніше її виділити; 3. Чим вища відносна молекулярна маса сполуки, тим складніше її видобути. Модифікатор CO2 є неполярним розчинником, і зазвичай полярний розчинник додається для покращення його розчинності в CO2, тому його називають модифікатором. Найчастіше використовуються метанол, ацетон, етанол, етилацетат тощо. Дія модифікатора обмежена. Змінюючи розчинність надкритичної рідини, це також послабить ефект захоплення системи екстракції, що призведе до збільшення коекстрактів, що може заважати аналітичному визначенню. Кількість використовуваного модифікатора має бути невеликою, як правило, не більше 5%. Застосування технології екстракції надкритичної рідини має великі переваги у видобутку природних речовин; його можна використовувати в поєднанні з ГХ, ІЧ, МС, РХ тощо, щоб стати ефективним аналітичним методом.
