Chiết xuất pha rắn (SolidPhase Extraction SPE) là sử dụng chất hấp phụ rắn để hấp thụ hợp chất mục tiêu trong mẫu lỏng, tách khỏi ma trận và hợp chất gây nhiễu của mẫu, sau đó rửa sạch hoặc làm nóng để hấp thụ, đạt được mục đích tách và làm giàu hợp chất mục tiêu.

So với chiết xuất lỏng-lỏng, chiết xuất pha rắn có nhiều ưu điểm: chiết xuất pha rắn không cần nhiều dung môi không hòa tan lẫn nhau, quá trình xử lý sẽ không tạo ra hiện tượng nhũ tương, nó sử dụng, chất hấp phụ có chọn lọc cao (pha rắn), có thể giảm đáng kể lượng dung môi, đơn giản hóa mẫu trong quá trình xử lý, đồng thời chi phí cần thiết cũng giảm. Nói chung thời gian cần thiết để chiết xuất cố định là 1/2 chiết xuất dịch, chi phí là 1/5 chiết xuất dịch. Nhược điểm của nó là: các hợp chất mục tiêu có tỷ lệ thu hồi và độ chính xác thấp hơn so với chiết xuất lỏng-lỏng.

Một. Mô hình và nguyên tắc của chiết xuất pha rắn

Chiết xuất pha rắn về cơ bản là một loại tách sắc ký lỏng, chế độ tách chính của nó cũng giống như sắc ký lỏng, có thể được chia thành pha dương (phân cực của chất hấp phụ lớn hơn phân cực của chất tẩy rửa), pha ngược (phân cực của chất hấp phụ nhỏ hơn phân cực của chất tẩy rửa), trao đổi ion và hấp phụ. Chất hấp phụ được sử dụng trong chiết pha rắn cũng giống như các pha cố định thường được sử dụng trong sắc ký lỏng, ngoại trừ sự khác biệt về kích thước hạt.

Các chất hấp phụ được sử dụng trong chiết pha rắn tích cực đều là phân cực và được sử dụng để chiết xuất (giữ lại) các chất cực. Làm thế nào các hợp chất mục tiêu vẫn còn trên chất hấp phụ tại thời điểm chiết pha dương phụ thuộc vào sự tương tác giữa các nhóm chức phân cực của hợp chất mục tiêu và các nhóm phân cực trên bề mặt của chất hấp phụ, bao gồm liên kết hydro, tương tác liên kết pi-pi, tương tác lưỡng cực-lưỡng cực và tương tác lưỡng cực-cảm ứng và các tương tác phân cực-cực khác. Chiết xuất pha rắn tích cực có thể hấp thụ các hợp chất phân cực từ các mẫu dung môi không phân cực.

Các chất hấp phụ được sử dụng trong chiết pha rắn đảo ngược thường không phân cực hoặc phân cực yếu và các hợp chất mục tiêu được chiết xuất thường là các hợp chất phân cực trung bình đến không phân cực. Tác dụng giữa hợp chất mục tiêu và chất hấp phụ là tương tác kỵ nước, chủ yếu là tương tác không phân cực-không phân cực, là lực van der Waals hoặc lực phân tán.

Chất hấp phụ được sử dụng trong chiết pha rắn trao đổi ion là nhựa trao đổi ion có điện tích, hợp chất mục tiêu được chiết xuất là hợp chất có điện tích và tương tác giữa hợp chất mục tiêu và chất hấp phụ là lực hấp dẫn tĩnh điện.

Việc lựa chọn chất hấp phụ (pha cố định) trong chiết pha rắn chủ yếu dựa trên tính chất của hợp chất mục tiêu và tính chất của ma trận mẫu (tức là dung môi của mẫu). Khi phân cực của hợp chất mục tiêu rất giống với phân cực của chất hấp phụ, có thể thu được sự bảo tồn tốt hơn (hấp phụ tốt hơn) của hợp chất mục tiêu. Hai cực càng giống nhau, giữ lại càng tốt (tức là hấp phụ càng tốt), vì vậy hãy cố gắng chọn một chất hấp phụ tương tự như phân cực của hợp chất mục tiêu. Ví dụ: khi chiết xuất các hợp chất cacbon (không phân cực), phải sử dụng chiết xuất pha rắn nghịch pha (lúc này là chất hấp phụ không phân cực). Cả chiết pha rắn tích cực và phản pha đều có thể được sử dụng khi phân cực của hợp chất mục tiêu là vừa phải. Việc lựa chọn chất hấp phụ còn bị hạn chế bởi cường độ dung môi của mẫu (tức là cường độ tẩy rửa).

Sức mạnh của dung môi mẫu tương đối yếu so với chất hấp phụ này, dung môi yếu sẽ tăng cường giữ lại hợp chất mục tiêu trên chất hấp phụ (hấp phụ). Trình tự cường độ dung môi trong chiết pha dương và phản cố định là khác nhau (xem Hình 3 - 13). Nếu dung môi mẫu quá mạnh, hợp chất mục tiêu sẽ không được giữ lại (hấp phụ) hoặc giữ lại yếu. Ví dụ: khi dung môi mẫu là n-hexane thì không thích hợp để chiết pha rắn nghịch pha, bởi vì n-hexane là dung môi mạnh đối với chiết pha rắn nghịch pha (xem Hình 3-13), hợp chất mục tiêu sẽ không hấp phụ trên chất hấp phụ; Khi dung môi mẫu là nước, nó có thể được chiết xuất bằng pha rắn nghịch pha, vì nước là dung môi yếu để chiết pha rắn nghịch pha và sẽ không ảnh hưởng đến sự hấp phụ của hợp chất mục tiêu trên chất hấp phụ.

Khi chọn chế độ tách và chất hấp phụ cho chiết pha rắn, bạn cũng nên xem xét những điểm sau:

1. Độ hòa tan của hợp chất mục tiêu trong dung môi phân cực hoặc không phân cực, chủ yếu liên quan đến việc lựa chọn kem dưỡng da.

2. Có khả năng ion hóa các hợp chất mục tiêu (ion hóa có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh giá trị pH), do đó quyết định có sử dụng chiết pha rắn trao đổi ion hay không.

3. Có thể hợp chất mục tiêu hình thành liên kết cộng hóa trị với chất hấp phụ, chẳng hạn như hình thành liên kết cộng hóa trị, có thể gặp rắc rối khi rửa.

4. Mức độ cạnh tranh giữa các hợp chất không mục tiêu và các hợp chất mục tiêu trên các điểm hấp thụ trên chất hấp phụ, liên quan đến việc liệu các hợp chất mục tiêu có thể tách biệt tốt với các hợp chất gây nhiễu hay không.

Hai. Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (

Cho rằng chiết pha rắn về cơ bản là một loại tách sắc ký lỏng, vì vậy về nguyên tắc, các vật liệu có thể được sử dụng làm chất độn cột sắc ký lỏng đều có thể được sử dụng để chiết pha rắn. Tuy nhiên, vì áp suất cột của sắc ký lỏng có thể cao hơn, yêu cầu hiệu quả cột cao hơn, do đó, kích thước hạt của chất độn yêu cầu nghiêm ngặt hơn, trước đây thường được sử dụng để đóng gói kích thước hạt 10μm, bây giờ cột được sử dụng nhiều hơn 5μm m đóng gói, thậm chí sử dụng 3μm đóng gói (với việc tăng áp suất bơm HPLC, kích thước hạt của chất độn đang giảm dần). Yêu cầu phân phối kích thước hạt cho chất độn cũng rất hẹp. Áp lực trên cột chiết xuất pha rắn thường không lớn, mục đích tách chỉ đơn giản là tách hợp chất mục tiêu khỏi hợp chất gây nhiễu và ma trận, yêu cầu hiệu quả cột nói chung không cao, do đó, chất làm đầy của chất hấp phụ chiết xuất pha rắn là thô, thường có sẵn trong 40μm, yêu cầu phân phối kích thước hạt cũng không nghiêm ngặt, như vậy có thể làm giảm đáng kể chi phí của cột chiết xuất pha rắn. Xem Bảng 3 - 4 về các loại chất hấp phụ và cách sử dụng thường được sử dụng để chiết pha rắn.

Ba. Thiết bị và quy trình vận hành cho chiết pha rắn

Thiết bị chiết xuất pha rắn đơn giản là một cột nhỏ có đường kính vài mm (Hình 3-14), cột nhỏ có thể là thủy tinh, cũng có thể là polypropylene, polyethylene, teflon và nhựa khác, cũng có thể được làm bằng thép không gỉ. Ở đầu dưới của cột có một tấm sàng thiêu kết với khẩu độ 20 μm để hỗ trợ chất hấp phụ. Chẳng hạn như khi không có tấm sàng thiêu kết thích hợp để chiết xuất pha rắn tự chế, bạn cũng có thể sử dụng bông thủy tinh để thay thế tấm sàng, có tác dụng vừa hỗ trợ chất hấp phụ rắn, vừa cho phép chất lỏng chảy qua. Điền vào tấm sàng với một lượng chất hấp phụ nhất định (100~1000 nếu cần), sau đó thêm một tấm sàng vào chất hấp phụ để ngăn chặn sự phá hủy của giường cột khi thêm mẫu (cũng có thể được thay thế bằng len thủy tinh khi không có tấm sàng). Hiện nay đã có các loại cột nhỏ chiết xuất cố định với các loại chất hấp phụ, sử dụng rất thuận tiện (hình 3 - 15).

Quy trình vận hành chung cho chiết pha rắn như sau:

1. Chất hấp phụ kích hoạt: Trước khi chiết mẫu, bạn nên ngâm các cột nhỏ chiết pha rắn với dung môi thích hợp để giữ ẩm cho chất hấp phụ, có thể hấp phụ các hợp chất mục tiêu hoặc can thiệp vào các hợp chất. Các loại dung môi khác nhau để kích hoạt cột nhỏ chiết pha rắn khác nhau:

(1) Chất hấp phụ phân cực yếu hoặc không phân cực được sử dụng để chiết pha rắn ngược, thường được rửa bằng dung môi hữu cơ hòa tan trong nước, chẳng hạn như methanol, sau đó bằng nước hoặc dung dịch đệm. Nó cũng có thể được rửa bằng dung môi mạnh như hexane trước khi rửa bằng methanol để loại bỏ các tạp chất hấp phụ trên chất hấp phụ và sự can thiệp của chúng đối với các hợp chất mục tiêu.

(2) Chất hấp phụ phân cực được sử dụng để chiết pha rắn tích cực, thường được rửa bằng dung môi hữu cơ (ma trận mẫu) nơi hợp chất mục tiêu nằm.

(3) Chất hấp phụ được sử dụng trong chiết pha rắn trao đổi ion, khi được sử dụng trong các mẫu dung môi hữu cơ không phân cực, có thể sử dụng dung môi mẫu để rửa; Khi sử dụng trong các mẫu dung môi phân cực, có thể rửa bằng dung môi hữu cơ hòa tan trong nước, sau đó rửa bằng dung dịch nước có giá trị PH thích hợp và chứa dung môi hữu cơ và muối nhất định.

Để chất hấp phụ trong cột nhỏ chiết pha rắn có thể giữ ẩm sau khi kích hoạt cho đến khi mẫu được thêm vào, nên giữ khoảng 1 ml dung môi được kích hoạt để xử lý trên chất hấp phụ sau khi kích hoạt.

2. mẫu trên: chất lỏng hoặc sau khi hòa tan mẫu rắn được đổ vào cột nhỏ chiết pha rắn sau khi kích hoạt, sau đó sử dụng phương pháp hút chân không (Hình 3-16), áp lực (Hình 3-17) hoặc ly tâm (Hình 3-18) để đưa mẫu vào chất hấp phụ.

3. Rửa và rửa: Sau khi mẫu đi vào chất hấp phụ, hợp chất mục tiêu được hấp thụ, trước tiên có thể rửa sạch hợp chất gây nhiễu giữ lại yếu bằng dung môi yếu hơn, sau đó rửa sạch hợp chất mục tiêu bằng dung môi mạnh hơn để thu thập. Rửa và rửa Như đã đề cập trước đó, phương pháp hút chân không, áp lực hoặc ly tâm có thể được sử dụng để cho phép rửa hoặc rửa trôi qua chất hấp phụ.

Nếu khi chọn chất hấp phụ, chọn chất hấp phụ yếu hoặc không hấp phụ đối với hợp chất mục tiêu, và chất hấp phụ mạnh đối với hợp chất gây nhiễu, cũng có thể để hợp chất mục tiêu rửa xuống trước để thu thập, và để hợp chất gây nhiễu giữ lại (hấp phụ) trên chất hấp phụ, cả hai được tách ra. Hình 3 - 19 đưa ra sơ đồ của hai phương pháp. Trong hầu hết các trường hợp, hợp chất mục tiêu được giữ lại trên chất hấp phụ, sau đó được rửa sạch bằng dung môi mạnh, điều này có lợi hơn cho việc làm sạch mẫu. Hình 3-20 cho phép chiết xuất

Sơ đồ quy trình chung được sử dụng.

Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng chiết pha rắn, nhiều nhà sản xuất ngoài việc sản xuất các cột nhỏ chiết pha rắn với các thông số kỹ thuật và mô hình khác nhau, họ cũng đã phát triển và phát triển nhiều thiết bị chiết pha rắn, làm cho việc sử dụng chiết pha rắn thuận tiện và đơn giản hơn. Ví dụ, công ty Superco cung cấp phích cắm xử lý ống đơn (Hình 3-21) áp suất cho một cột chiết pha rắn duy nhất, có thể được sử dụng thuận tiện với cột chiết pha rắn. Ví dụ, để có thể hút chân không nhiều cột nhỏ khai thác pha rắn cùng một lúc, Superco cung cấp một thiết bị đa đa dạng chân không với 12 khẩu độ và 24 khẩu độ (Hình 3-22), có thể xử lý nhiều cột nhỏ khai thác pha rắn cùng một lúc. Viện Vật lý Hóa học Đại Liên của Viện Khoa học Trung Quốc, Trung tâm Nghiên cứu và Phân tích Sắc ký Quốc gia cũng đã phát triển và phát triển thiết bị chiết pha rắn chân không.

Hình 3-23 cho thấy một sơ đồ dòng chảy về cách chọn chế độ chiết pha rắn dựa trên các tính chất của ma trận (dung môi), hợp chất mục tiêu và hợp chất gây nhiễu của mẫu.

Bốn. Vi chiết pha rắn (SolidphaseMicro ExtractionSPME)

Vi chiết pha rắn là một công nghệ tách chiết mới được phát triển trên cơ sở chiết pha rắn. So với chiết lỏng và chiết pha rắn, nó có thời gian hoạt động ngắn, kích thước mẫu nhỏ và không cần dung môi chiết xuất. Nó phù hợp để phân tích các chất dễ bay hơi và không bay hơi, tái tạo tốt và các ưu điểm khác. Nhiều kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng khả năng tái tạo và độ chính xác của nó rất tốt khi thêm các tiêu chuẩn bên trong thích hợp vào mẫu để phân tích định lượng. Các hình thức bên ngoài của thiết bị khai thác vi pha rắn như một bộ lấy mẫu vi mô, bao gồm xử lý (holder) và đầu chiết hoặc đầu sợi (fiber) hai phần, đầu chiết là một sợi dài 1㎝ được phủ bằng các chất hấp phụ khác nhau của sợi nóng chảy, nối với dây thép không gỉ, áo khoác ống thép không gỉ tốt (bảo vệ sợi thạch anh không bị phá vỡ), đầu sợi trong ống thép có thể mở rộng hoặc ra vào, ống thép không gỉ tốt có thể xuyên qua miếng đệm cao su hoặc nhựa để lấy mẫu hoặc lấy mẫu. Tay cầm được sử dụng để lắp đặt hoặc cố định đầu chiết, có thể được sử dụng mãi mãi (Hình 3-24)

Pha rắn Micro Extraction là chìa khóa để lựa chọn không thạch anh sợi trên lớp phủ (chất hấp phụ), để làm cho các hợp chất mục tiêu có thể hấp phụ trên lớp phủ, trong khi các hợp chất gây nhiễu và dung môi không hấp phụ, nói chung: các hợp chất mục tiêu là không phân cực khi chọn lớp phủ không phân cực; Hợp chất mục tiêu là một lớp phủ phân cực được chọn khi phân cực.

Phương pháp lấy mẫu cho chiết xuất vi pha rắn là đưa kim chiết xuất vi pha rắn (ống thép không gỉ) qua miếng đệm kín chai mẫu và chèn vào chai mẫu. Đầu chiết sau đó được đẩy ra và đầu chiết được nhúng vào mẫu (cách ngâm) hoặc vào không gian phía trên của mẫu (cách trên không) để chiết. Thời gian chiết xuất khoảng 2 - 30 phút, để đạt được cân bằng hấp phụ hợp chất mục tiêu. Rút đầu ra sau đó, rút ống kim ra (hình 3 - 25).

Vi chiết pha rắn có thể được sử dụng trong sắc ký khí hoặc sắc ký lỏng (Hình 3-25). Khi được sử dụng cho GC, nó là đưa kim chiết xuất pha rắn (ống thép không gỉ) vào cổng mẫu GC, thanh tay cầm đẩy, đầu sợi nhô ra, sử dụng hợp chất mục tiêu nhiệt phân nhiệt độ cao của cổng mẫu, sau khi giải hấp được đưa vào cột sắc ký bằng khí mang. Khi được sử dụng cho HPLC, nó là một ống kim chiết xuất pha rắn (ống thép không gỉ) được đưa vào bể giải hấp giao diện vi chiết pha rắn/HPLC, sau đó sử dụng dòng chảy HPLC thông qua bể giải hấp để rửa sạch hợp chất mục tiêu và đưa hợp chất mục tiêu vào cột sắc ký.