Dôležitosť predúpravy vzorky
Predúprava vzorky je v inštrumentálnej analýze (najmä pri chromatografickej analýze) časovo náročným krokom náchylným na chyby. Kvalita spracovania vzorky priamo ovplyvňuje konečný výsledok chromatografickej analýzy. Preto, aby sa zlepšila účinnosť analýzy a stanovenia, je dôležitou otázkou zlepšenie a optimalizácia metód prípravy vzoriek a techník chromatografickej analýzy. Pretože niektoré vzorky patria do komplexných matricových systémov obsahujúcich zložky, ako sú proteíny, oleje, uhľohydráty, pigmenty atď., pozadie komplexnej matrice spôsobí veľké problémy pri extrakcii, separácii, čistení a stanovení cieľových zlúčenín, ktoré sa majú analyzovať. Preto je predúprava vzorky nielen zložitá a náročná, ale má aj rozhodujúcu úlohu v presnosti, spoľahlivosti a citlivosti výsledkov analýzy.
Percento spotreby času predúpravy vzorky
Pre vysoko citlivé prístroje LC/MS/MS je rozhodujúca správna predúprava vzorky na zníženie interferencie matrice a obohatenie zložiek.
Zásady predúpravy vzoriek
Vyhnite sa chemickým zmenám komponentov počas prípravy; predchádzať a vyhýbať sa kontaminácii vopred určených komponentov; minimalizovať zavádzanie irelevantných zlúčenín do procesu prípravy; a urobiť to čo najjednoduchšie a najjednoduchšie.
Účel predbežnej úpravy vzorky
Odstráňte častice; znížiť rušivé nečistoty; koncentrát stopových zložiek; zlepšiť citlivosť a selektivitu detekcie; zlepšiť separačný efekt; chrániť chromatografické kolóny a prístroje; výmena rozpúšťadla.
Vývojový trend predúpravy vzoriek
▶Bežná predúprava vzorky zahŕňa: Digesčnú metódu: spôsob uloženia vzorky s kyselinou, oxidantom, katalyzátorom atď. do refluxného zariadenia alebo uzavretého zariadenia, zahriatie a rozklad a zničenie organickej hmoty. Metóda mokrého trávenia
1. Metóda digescie kyselinou dusičnou (pre čistejšie vzorky vodného roztoku) 2. Metóda digescie kyselina dusičná – kyselina chloristá (trávenie vzoriek obsahujúcich ťažko oxidovateľné organické látky) 3. Metóda digescie kyselina dusičná – kyselina sírová (kyselina dusičná: kyselina sírová=5:2, často pridaním malého množstva peroxidu vodíka) 4. Metóda štiepenia kyseliny sírovej a kyseliny fosforečnej (pomáha eliminovať interferenciu Fe3+ ióny počas stanovenia) 5. Metóda digescie kyseliny sírovej a manganistanu draselného (bežne používaná na stanovenie vzoriek ortuti vo vodnom roztoku) 6. Metóda digescie kyseliny dusičnej a peroxidu vodíka: Niektorí ľudia používajú túto metódu na trávenie biologických produktov na určiť dusík, fosfor, draslík, bór, arzén, fluór a ďalšie prvky systém. Metóda suchého popola (metóda rozkladu pri vysokej teplote)
1. Metóda popola nepoužíva alebo používa malé množstvo chemických činidiel na rozklad vzoriek a dokáže zvládnuť väčšie vážiace vzorky, takže je výhodné zlepšiť presnosť stanovenia stopových prvkov. 2. Teplota spopolňovania je vo všeobecnosti 450-550 stupňov, čo nie je vhodné na spracovanie vzoriek s prchavými zložkami a čas spopolňovania je tiež relatívne dlhý. 3. Podľa typu vzorky a vlastností meraných komponentov sa vyberú rôzne tégliky a teploty spopolňovania. Bežne používané tégliky sú kremeň, platina, striebro, nikel, železo, porcelán, polytetrafluóretylén a iné vlastnosti. Princíp spočíva v tom, že téglik nereaguje so vzorkou a je stabilný pri teplote spracovania. 4. Zvyčajne sa k biologickým vzorkám spopolňujúcim nepridávajú žiadne ďalšie činidlá, ale aby sa podporil rozklad a inhibovala strata určitých prvkov prchavosťou, často sa pridáva vhodné množstvo pomocného spopolňovacieho činidla. Keď sa vzorka úplne spopolní, rozpustí sa v zriedenej kyseline dusičnej alebo kyseline chlorovodíkovej na analýzu a stanovenie.
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 μm) je väčší ako HLPC (3-10 μm). Preto sa SPE môže použiť len na separáciu zlúčenín s veľmi odlišnými retenčnými vlastnosťami. Na spracovanie vzoriek sa používa hlavne technológia SPE s nízkou separačnou účinnosťou. Účelom SPE je odstrániť zo vzorky látky, ktoré interferujú s následnou analýzou; obohatenie stopových zložiek a zlepšenie analytickej citlivosti; zmeniť rozpúšťadlo vzorky tak, aby zodpovedalo analytickej metóde; in-situ derivatizácia; odsoľovanie vzoriek; a uľahčiť skladovanie a prepravu vzoriek. Inštalačná SPE kolóna: Veľkosť častíc výplne sa líši od výplne kolóny HLPC a zvyšok je rovnaký. Najpoužívanejšia je fáza C18. Tento typ plniva je vysoko hydrofóbny a vykazuje retenciu väčšiny organických látok vo vodnej fáze; používajú sa aj iné materiály s rôznou selektivitou a retenčnými vlastnosťami. Na analýzu derivatizačných reakcií možno použiť SPE fázy s aktívnymi skupinami alebo potiahnuté aktívnymi zlúčeninami. SPE disk: veľmi podobný membránovým filtrom. Diskový extraktor je PTFE disk obsahujúci plnivo alebo dosku zo sklenených vlákien naplnenú plnivom; výplň tvorí približne 60 % až 90 % celkového disku SPE a hrúbka disku je približne 1 mm. Rozdiel od prvého je pomer hrúbky lôžka/priemeru (L/d). Vhodné na obohatenie stopových škodlivín z vody. Mikroextrakcia na pevnej fáze (SPME) offline a online SPE offline SPE 1. SPE a analýza sa vykonávajú nezávisle a SPE poskytuje iba vhodné vzorky na následnú analýzu. 2. Aby sa zabezpečil dostatočný kontakt medzi roztokom vzorky a náplňou, prietok rozpúšťadla nemôže byť príliš vysoký. 3. Môže byť dokončený pomocou automatizovaných prístrojov. Automatický prístroj SPE pozostáva zo stojana na kolónu, piestového čerpadla, zásobníka kvapaliny, potrubia a procesora vzoriek. Online SPE je tiež známa ako online technológia čistenia a obohacovania, ktorá sa používa hlavne na vytvorenie analýzy HLPC Metóda SPE Účel predúpravy kolóny: 1. Odstráňte nečistoty, ktoré môžu existovať vo výplni; 2. Rozpustite plnivo a zlepšite reprodukovateľnosť extrakcie tuhou fázou Pridanie vzorky 1. Aby sa zabránilo strate analytov, koncentrácia rozpúšťadla vzorky by nemala byť príliš vysoká; 2. Pri extrakcii pomocou mechaniky reverznej fázy sa ako rozpúšťadlo používa voda alebo pufor a množstvo organického rozpúšťadla nepresahuje 10 % (V/V); 3. Na prekonanie straty analytov počas pridávania vzorky je možné použiť slabé rozpúšťadlá na zriedenie vzorky, zníženie objemu vzorky, zvýšenie množstva plniva v kolóne SPE a výber adsorbentov, ktoré majú silnú retenciu analytu. Elúcia a zber analytov (ďalším prípadom je, že nečistoty sa zadržia, kým analyty prechádzajú kolónou) (extrakcia na pevnej fáze s pevným disperzným médiom) 1. Pre kolóny na extrakciu s reverznou fázou je čistiacim rozpúšťadlom voda alebo pufor obsahujúci vhodnú koncentráciu organických látok rozpúšťadlo; 2. Na určenie optimálnej koncentrácie a objemu čistiaceho rozpúšťadla pridajte vzorku do kolóny SPE, vyčistite ju 5 až 10-násobkom objemu lôžka kolóny SPE, postupne zbierajte a analyzujte výtok a získajte elučný profil čistiaceho rozpúšťadla pre analyt. Postupne zvýšte silu čistiaceho rozpúšťadla a určte vhodnú silu a objem čistiaceho rozpúšťadla podľa elučného profilu analytu pri rôznych koncentráciách; 3. Účel elúcie a zberu: úplne eluovať analyt a zhromaždiť ho v najmenšej objemovej frakcii, pričom sa zadrží čo najviac nečistôt, ktoré sú silnejšie zadržané ako analyt na kolóne SPE; 4. Na zvýšenie koncentrácie analytu alebo úpravu vlastností rozpúšťadla pre následnú analýzu možno zozbieranú frakciu analytu vysušiť dusíkom a potom rozpustiť v malom objeme rozpúšťadla. Aplikácia environmentálnej analýzy SPE 1. Koncentrácia analytov vo vzorkách životného prostredia, ako je povrchová voda, je veľmi nízka a analyt musí byť pred analýzou obohatený. 2. Zloženie biologických tekutín je zložité a obsahuje veľké množstvo bielkovín. Pred analýzou je potrebné vzorku vopred upraviť, aby sa odstránil proteín. Analýza liečiv Klinická analýza Analýza potravín a nápojov Mikroextrakcia na tuhej fáze (SPME) Mikroextrakcia na tuhej fáze integruje „odber vzoriek, extrakciu, koncentráciu a vstrekovanie“ a môže sa použiť v spojení s plynovou chromatografiou alebo vysokoúčinnou kvapalinovou chromatografiou pre technológiu predúpravy vzorky. Teória mikroextrakcie tuhej fázy Teória rovnováhy: Počas adsorpčného procesu sa medzi tuhou a kvapalnou alebo plynnou fázou vytvorí adsorpčná rovnováha. V určitom časovom období sa v dôsledku pomalého procesu prenosu hmoty rovnováha úplne nedosiahne. Selektivita extrakcie náterového materiálu závisí hlavne od výkonu náterového materiálu. Podľa princípu, že analyt je ľahko extrahovaný pevnou fázou s podobnou polaritou, sa zvolí vhodný SPE povlak. Najbežnejšie používanými látkami pre nátery v tuhej fáze sú polymetylsiloxán (PDMS) a polyakrylát (PA), pričom obe môžu byť použité na plynovú chromatografiu a kvapalinovú chromatografiu. Prvý sa väčšinou používa pre nepolárne zlúčeniny, ako sú prchavé zlúčeniny, polycyklické aromatické uhľovodíky a aromatické uhľovodíky, a druhý sa väčšinou používa pre polárne zlúčeniny, ako sú triazíny a fenolové zlúčeniny. Vrstva tuhej fázy môže byť nanesená na kremenné vlákno v nespojenej, viazanej alebo čiastočne zosieťovanej forme. Pridanie niektorých polymérov do povlaku môže zvýšiť povrchovú plochu povlaku a zlepšiť účinnosť SPME. 1. Polydimetylsiloxán-divinylbenzén (PDMS-DVB), používaný pre aromatické uhľovodíky a prchavé zlúčeniny. 2. Polyetylénglykol-divinylbenzén (CW-DVB), používaný pre polárne zlúčeniny, ako sú alkoholy. 3. Polyetylénglykolová živica (CW-TPR), používaná pre ionizované povrchovo aktívne látky. 4. Kremenné vlákno potiahnuté grafitovou čerňou, používané na analýzu stopových znečisťujúcich látok vo vode a vzduchu. 5. Stanovenie metód uhlíkových nanorúrok a oxidu titaničitého 1. Zachovať konzistentnosť podmienok odberu vzoriek. 2. Faktory ovplyvňujúce odber vzoriek zahŕňajú čas odberu vzoriek, teplotu, hĺbku vlákna atď. 3. Udržujte lineárny vzťah medzi hodnotou odozvy a počiatočnou koncentráciou analytu. Koncentrácia vzorky nemôže byť príliš vysoká a objem vzorky nemôže byť príliš malý, aby extrakcia bola v lineárnom rozsahu adsorpčnej izotermy. 4. Pridanie elektrolytov do vzorky môže zvýšiť iónovú silu roztoku, čím sa zníži rozpustnosť analytu a zlepší sa účinnosť extrakcie; zmena pH vzorky má väčší vplyv na rýchlosť extrakcie kyslých a zásaditých látok. Poznámka: Účinok pridania soli pri mikroextrakcii je niekedy odlišný od konvenčnej extrakcie kvapalina-kvapalina a experimentálne podmienky je potrebné optimalizovať. 5. Miešanie môže skrátiť dobu extrakcie. Extrakcia v mikrovlnnej rúre (MAE) Extrakcia v mikrovlnnej rúre má krátky čas extrakcie, dobrú selektivitu, vysokú rýchlosť regenerácie, nízke využitie činidla, nízke znečistenie, môže používať vodu ako extrakčné činidlo a môže automaticky kontrolovať podmienky prípravy vzorky; má menej aplikácií a v súčasnosti sa používa pri extrakcii polycyklických aromatických uhľovodíkov, zvyškov pesticídov, organokovových zlúčenín, účinných látok v rastlinách, škodlivých látok, kovov v mineráloch, liečiv v krvi a zvyškov pesticídov v biologických vzorkách. Princíp a charakteristika metód mikrovlnnej extrakcie Absorbujte mikrovlny (vodu, etanol, kyseliny, zásady a soli) Vysoká účinnosť mikrovlnnej extrakcie: 1. Priame pôsobenie mikrovĺn na separované látky; 2. Na mikrovlnnú extrakciu je výhodnejšie použiť polárne rozpúšťadlá ako nepolárne rozpúšťadlá; 3. Použitie uzavretých nádob umožňuje vykonávať mikrovlnnú extrakciu pri teplote oveľa vyššej ako je bod varu rozpúšťadla, čím sa výrazne zlepšuje účinnosť mikrovlnnej extrakcie Odrážajú mikrovlny (kovové látky) Prenášajú mikrovlny (nepolárne látky) Mikrovlnná extrakcia zariadenia a metódy (hlavnými komponentmi sú špeciálne vyrobené mikrovlnné ohrievacie zariadenia, extrakčné nádoby a zariadenia na reguláciu tlaku a teploty vybavené podľa rôznych požiadaviek) Viacdutinová 2450MHz: Je možné pripraviť viacero vzoriek naraz, je to jednoduché na kontrolu podmienok extrakcie a extrakcia je rýchla. Konvenčná metóda mikrovlnnej extrakcie: Zmiešajte polárne rozpúšťadlá alebo zmes polárnych rozpúšťadiel a nepolárnych rozpúšťadiel s extrahovanými vzorkami, vložte ich do nádob na prípravu mikrovlnných vzoriek a zohrejte ich v uzavretom systéme na prípravu mikrovlnnej vzorky. Ovládajte extrakčný tlak alebo teplotu a čas podľa požiadaviek extrahovaných komponentov; na konci zahrievania prefiltrujte vzorku a filtrát sa priamo meria alebo meria po zodpovedajúcom spracovaní. Za normálnych okolností je doba ohrevu extrakcie v mikrovlnnej rúre približne 5 až 10 minút. Celkový objem extrakčného rozpúšťadla a vzorky nesmie presiahnuť 1/3 objemu misky na prípravu vzorky. Jednorežimové zaostrovanie 2450 MHz: Nevyžaduje sa žiadna kontrola tlaku a teploty, objem prípravy vzorky je veľký, naraz je možné pripraviť iba jednu vzorku a čas extrakcie je dlhý. Extrakcia superkritickou tekutinou (SCF)
Superkritická tekutina (SCF) je tekutina, ktorej teplota a tlak sú vyššie ako kritický bod. Jeho vlastné charakteristiky sú: 1. Jeho difúzny koeficient je menší ako koeficient plynu, ale o jeden rád vyšší ako koeficient kvapaliny; 2. Jeho viskozita je blízka viskozite plynu; 3. Jeho hustota je podobná hustote kvapaliny a mierna zmena tlaku môže viesť k výraznej zmene jej hustoty; 4. Zmeny tlaku alebo teploty môžu viesť k fázovým zmenám. Základný princíp V superkritickom stave je superkritická tekutina v kontakte s látkou, ktorá sa má separovať, takže môže selektívne extrahovať zložky polarity, bodu varu a relatívnej molekulovej hmotnosti a hustota a dielektrická konštanta superkritickej tekutiny sa zvyšuje. so zvyšovaním tlaku v uzavretom systéme a polarita sa zvyšuje. Komponenty rôznych polarít je možné extrahovať krok za krokom pomocou programu boost. Rozpustnosť superkritického CO2: 1. Lipofilné a nízkovriace zložky možno extrahovať pri nízkom tlaku (104 kPa); 2. Čím viac polárnych skupín zlúčenina má, tým je ťažšie ju extrahovať; 3. Čím vyššia je relatívna molekulová hmotnosť zlúčeniny, tým je ťažšie ju extrahovať. Modifikátor CO2 je nepolárne rozpúšťadlo a vo všeobecnosti sa na zlepšenie jeho rozpustnosti v CO2 pridáva polárne rozpúšťadlo, preto sa nazýva modifikátor. Bežnejšie používané sú metanol, acetón, etanol, etylacetát atď. Účinok modifikátora je obmedzený. Zatiaľ čo sa mení rozpustnosť superkritickej tekutiny, oslabí sa aj zachytávací účinok extrakčného systému, čo vedie k zvýšeniu množstva koextraktov, čo môže interferovať s analytickým stanovením. Množstvo použitého modifikátora by malo byť malé, spravidla nepresahujúce 5 %. Použitie technológie extrakcie superkritickou tekutinou má veľké výhody pri extrakcii prírodných látok; môže sa použiť v spojení s GC, IR, MS, LC atď., aby sa stala účinnou analytickou metódou.
