Твердофазная экстракция: разделение соединений по свойствам.
Solid-phase extraction
Твердофазная экстракция (SPE): разделение и очистка веществ по физико-химическим свойствам. Концентрация аналитов для лабораторного анализа. Подробно о методе!
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Процесс разделения соединений по свойствам
Process to separate compounds by properties
Экстракция в твердой фазе (SPE) – это твердожидкостная экстракционная техника, посредством которой соединения, растворенные или взвешенные в жидкой смеси, отделяются, изолируются или очищаются от других соединений в этой смеси в соответствии с их физическими и химическими свойствами. Аналитические лаборатории используют экстракцию в твердой фазе для концентрирования и очистки образцов перед анализом. SPE может применяться для выделения целевых аналитов из широкого спектра матриц, включая мочу, кровь, воду, напитки, почву и ткани животных. SPE использует сродство растворенных или взвешенных в жидкости (известной как подвижная фаза) соединений к твердому сорбенту внутри небольшой колонки, через которую пропускается образец (известной как стационарная фаза), для разделения смеси на желаемые и нежелательные компоненты. В результате либо целевые аналиты, либо нежелательные примеси в образце задерживаются на стационарной фазе. Фракция, проходящая через стационарную фазу, собирается или отбрасывается в зависимости от того, содержит ли она целевые аналиты или нежелательные примеси. Если целевые аналиты задерживаются на стационарной фазе, их затем можно удалить со стационарной фазы для сбора на дополнительном этапе, при котором стационарная фаза промывается соответствующим элюентом. Неполное извлечение или элюирование может привести к неполному восстановлению аналитов при использовании SPE. В случае неполного извлечения аналиты обладают недостаточным сродством к стационарной фазе, и часть из них остается в фильтрате. При неполном элюировании часть аналитов остается в сорбенте, поскольку используемый элюент обладает недостаточным сродством. Многие сорбенты/материалы аналогичны используемым в хроматографических методах, однако SPE имеет отличительные особенности и цели, отличные от хроматографии, что определяет его уникальную нишу в современной химической науке.
Solid phase extraction (SPE) is a solid liquid extractive technique, by which compounds that are dissolved or suspended in a liquid mixture are separated, isolated or purified, from other compounds in this mixture, according to their physical and chemical properties. Analytical laboratories use solid phase extraction to concentrate and purify samples for analysis. Solid phase extraction can be used to isolate analytes of interest from a wide variety of matrices, including urine, blood, water, beverages, soil, and animal tissue. SPE uses the affinity of solutes, dissolved or suspended in a liquid (known as the mobile phase), to a solid packing inside a small column, through which the sample is passed (known as the stationary phase), to separate a mixture into desired and undesired components. The result is that either the desired analytes of interest or undesired impurities in the sample are retained on the stationary phase. The portion that passes through the stationary phase is collected or discarded, depending on whether it contains the desired analytes or undesired impurities. If the portion retained on the stationary phase includes the desired analytes, they can then be removed from the stationary phase for collection in an additional step, in which the stationary phase is rinsed with an appropriate eluent. It is possible to have an incomplete recovery of the analytes by SPE caused by incomplete extraction or elution. In the case of an incomplete extraction, the analytes do not have enough affinity for the stationary phase and part of them will remain in the permeate. In an incomplete elution, part of the analytes remain in the sorbent because the eluent used does not have a strong enough affinity. Many of the adsorbents/materials are the same as in chromatographic methods, but SPE is distinctive, with aims separate from chromatography, and so has a unique niche in modern chemical science.
SPE и хроматография
SPE фактически является методом хроматографии, поскольку включает подвижную фазу, переносящую смеси через стационарную фазу, упакованную в колонку. Хроматографический процесс используется для создания твердофазной экстракции, позволяющей разделять компоненты смеси, используя значительные различия в константах равновесия (Keq) между твердой и жидкой фазами для каждого компонента смеси. Химические аспекты выбора стационарной и подвижной фаз аналогичны таковым для жидкостной колонной хроматографии, и многие используемые адсорбенты и материалы совпадают. Однако теория, методики и цели отличаются, и как экстракционный метод SPE занимает уникальное место в современной химии.
SPE is in fact a method of chromatography, in the sense of having a mobile phase, carrying mixtures through a stationary phase, packed inside a column. The chromatographic process is harnessed to create a solid liquid extractive technique—allowing separation of a mixture of components by taking advantage of large differences between the solid and liquid phase Keq, or equilibrium constant, for each component in the mixture. The chemical considerations for the selection of stationary and mobile phases are similar to those for liquid column chromatography and many of the adsorbents/materials used are the same. The theory, procedures, and aims are different, however, and as an extractive technique it has a unique niche in modern chemical science.
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 вода или буфер того же состава, что и образец, обычно промывается через колонку для смачивания поверхности силикагеля. После этого образец добавляется в картридж. При прохождении образца через стационарную фазу полярные аналиты в образце взаимодействуют и задерживаются на полярном сорбенте, в то время как растворитель и другие неполярные примеси проходят сквозь картридж. После загрузки образца картридж промывается неполярным растворителем для удаления оставшихся примесей. Затем аналит элюируется полярным растворителем или буфером с подходящим pH. Стационарная фаза, состоящая из полярных функционально-связанных силикагелей с короткими углеродными цепями, часто формирует твердую фазу. Эта стационарная фаза адсорбирует полярные молекулы, которые затем могут быть собраны с помощью более полярного растворителя. Картриджи и диски могут быть установлены в специальный экстракционный манифольд. Манифольд позволяет обрабатывать несколько образцов одновременно, удерживая несколько сред для ТФЭ и обеспечивая прохождение одинакового количества образцов через них. В стандартный картриджный манифольд для ТФЭ можно установить до 24 картриджей параллельно, а типичный дисковый манифольд вмещает 6 дисков. Большинство манифольдов для ТФЭ оснащены вакуумным портом, к которому можно подключить вакуум для ускорения процесса экстракции путем проталкивания жидкого образца через стационарную фазу. Аналиты собираются в пробирки внутри или под манифольдом после прохождения через стационарную фазу. Картриджи и диски для твердофазной экстракции можно приобрести с различными стационарными фазами, каждая из которых разделяет аналиты в зависимости от различных химических свойств. Основой большинства стационарных фаз является силикагель, к которому присоединена определенная функциональная группа. Некоторые из этих функциональных групп включают гидрофобные алкильные или арильные цепи переменной длины (для обращенно-фазной экстракции), четвертичные аммониевые или аминогруппы (для анионного обмена) и алифатические сульфоновые кислотные или карбоксильные группы (для катионного обмена). Количество аналита, извлеченного, пропорционально его концентрации в образце до достижения равновесия или, в случае короткого времени предварительного равновесия, с помощью конвекции или перемешивания.
A typical solid phase extraction involves five basic steps. First, the cartridge is equilibrated with a non polar or slightly polar solvent, which wets the surface and penetrates the bonded phase. Then water, or buffer of the same composition as the sample, is typically washed through the column to wet the silica surface. The sample is then added to the cartridge. As the sample passes through the stationary phase, the polar analytes in the sample will interact and retain on the polar sorbent while the solvent, and other non polar impurities pass through the cartridge. After the sample is loaded, the cartridge is washed with a non polar solvent to remove further impurities. Then, the analyte is eluted with a polar solvent or a buffer of the appropriate pH. A stationary phase of polar functionally bonded silicas with short carbons chains frequently makes up the solid phase. This stationary phase will adsorb polar molecules which can be collected with a more polar solvent. These can be mounted on its specific type of extraction manifold. The manifold allows multiple samples to be processed by holding several SPE media in place and allowing for an equal number of samples to pass through them simultaneously. In a standard cartridge SPE manifold up to 24 cartridges can be mounted in parallel, while a typical disk SPE manifold can accommodate 6 disks. Most SPE manifolds are equipped with a vacuum port, where vacuum can be applied to speed up the extraction process by pulling the liquid sample through the stationary phase. The analytes are collected in sample tubes inside or below the manifold after they pass through the stationary phase. Solid phase extraction cartridges and disks can be purchased with several stationary phases, each of which separates analytes depending on different chemical properties. The basis of most stationary phases is silica that has been bonded to a specific functional group. Some of these functional groups include hydrophobic alkyl or aryl chains chains of variable length (for reversed phase), quaternary ammonium or amino groups (for anion exchange), and aliphatic sulfonic acid or carboxyl groups (for cation exchange). The quantity of analyte extracted by the fibre is proportional to its concentration in the sample as long as equilibrium is reached or, in case of short time pre equilibrium, with help of convection or agitation.