Nguyên lý, cấu tạo của bộ chiết pha rắn (Solid-phase extraction)

Chủ nhật - 20/12/2020 00:56

Chiết pha rắn (SPE) là một kỹ thuật chiết xuất trong đó các hợp chất bị hòa tan hoặc lơ lửng trong một hỗn hợp lỏng được tách ra khỏi các hợp chất khác trong hỗn hợp theo các tính chất vật lý và hóa học của chúng. Các phòng thí nghiệm phân tích sử dụng phương pháp chiết pha rắn để cô đặc và làm sạch mẫu để phân tích. Chiết pha rắn có thể được sử dụng để tách các chất phân tích quan tâm từ nhiều loại chất nền, bao gồm nước tiểu, máu, nước, đồ uống, đất và mô động vật

Bộ chiết pha rắng SPE 220px SPE Manifold
Bộ chiết pha rắng SPE 220px SPE Manifold

Giới thiệu

  • SPE sử dụng ái lực của các chất hòa tan hoặc lơ lửng trong chất lỏng (được gọi là pha động) đối với chất rắn mà qua đó mẫu được đi qua (được gọi là pha tĩnh) để tách hỗn hợp thành các thành phần mong muốn và không mong muốn. Kết quả là các chất phân tích mong muốn được quan tâm hoặc các tạp chất không mong muốn trong mẫu được giữ lại trên pha tĩnh. Phần đi qua pha tĩnh được thu lại hoặc loại bỏ, tùy thuộc vào việc nó có chứa chất phân tích mong muốn hay tạp chất không mong muốn. Nếu phần được giữ lại trên pha tĩnh bao gồm các chất phân tích mong muốn, thì chúng có thể được loại bỏ khỏi pha tĩnh để thu gom trong một bước bổ sung, trong đó pha tĩnh được rửa bằng chất rửa giải thích hợp.
  • Có thể có sự thu hồi không hoàn toàn các chất phân tích do SPE gây ra do chiết hoặc rửa giải không hoàn toàn. Trong trường hợp chiết không hoàn toàn, các chất phân tích không có đủ ái lực với pha tĩnh và một phần của chúng sẽ ở lại trong dịch thấm. Trong quá trình rửa giải không hoàn toàn, một phần chất phân tích vẫn còn trong chất hấp thụ vì chất rửa giải được sử dụng không có ái lực đủ mạnh. [5]
  • Nhiều chất hấp phụ / vật liệu giống như trong các phương pháp sắc ký, nhưng SPE là đặc biệt, có mục đích tách biệt với sắc ký, và do đó có một vị trí thích hợp duy nhất trong khoa học hóa học hiện đại.

Nội dung

SPE và sắc ký

Quy trình SPE pha bình thường

SPE pha đảo ngược

SPE trao đổi ion

Cartridges

Solid-phase microextraction

Tài liệu tham khảo

Đọc thêm

SPE và sắc ký

SPE là một phương pháp sắc ký, ngoại trừ theo nghĩa rộng nhất, đơn giản nhất. Nó là một kỹ thuật chiết xuất, một kỹ thuật chiết xuất rắn-lỏng — tận dụng sự khác biệt lớn trong Keq, hoặc hằng số cân bằng, của các thành phần hỗn hợp giữa pha rắn và pha động, tạo ra sự phân tách được thiết kế và thực hiện tốt, trong một tách khối lượng lớn một hoặc nhiều thành phần hỗn hợp để nó được làm giàu đáng kể nhờ quy trình chiết xuất nhanh. Được cấp nhiều chất hấp phụ / vật liệu giống như trong các phương pháp sắc ký, và khi các vật liệu này được đóng gói thành các cột dài - do đó số đĩa lý thuyết tăng theo bậc của độ lớn - các vật liệu giống nhau dẫn đến sự phân tách sắc ký của các thành phần với sự khác biệt thậm chí nhỏ là Keq của họ giữa các giai đoạn. Ngay cả như vậy, đường màu xám mà nó có thể là phân chia SPE và chrom, sự phân biệt đủ rõ ràng để nói rằng SPE là một kỹ thuật chiết xuất, với lý thuyết, quy trình và mục đích tách biệt với sắc ký, và do đó, với một ngách duy nhất trong khoa học hóa học hiện đại .

Quy trình SPE pha bình thường


Một loạt các hộp chiết pha rắn, có nhiều kích cỡ, hình dạng và loại pha tĩnh.
Quá trình chiết pha rắn điển hình bao gồm năm bước cơ bản. Đầu tiên, hộp mực được cân bằng với dung môi không phân cực hoặc hơi phân cực, dung môi này làm ướt bề mặt và thâm nhập vào pha ngoại quan. Sau đó, nước, hoặc dung dịch đệm có cùng thành phần với mẫu, thường được rửa qua cột để làm ướt bề mặt silica. Sau đó, mẫu được thêm vào hộp mực. Khi mẫu đi qua pha tĩnh, các chất phân tích phân cực trong mẫu sẽ tương tác và giữ lại trên chất hấp thụ phân cực trong khi dung môi và các tạp chất không phân cực khác đi qua hộp mực. Sau khi nạp mẫu, hộp mực được rửa bằng dung môi không phân cực để loại bỏ các tạp chất khác. Sau đó, chất phân tích được rửa giải bằng dung môi phân cực hoặc dung dịch đệm có pH thích hợp.

Pha tĩnh của silicas liên kết chức năng phân cực với các chuỗi cacbon ngắn thường tạo nên pha rắn. Pha tĩnh này sẽ hấp phụ các phân tử phân cực có thể được thu thập bằng dung môi phân cực hơn

SPE pha đảo ngược

Pha đảo ngược SPE phân tách các chất phân tích dựa trên độ phân cực của chúng. Pha tĩnh của hộp mực SPE pha đảo ngược được tạo dẫn xuất với các chuỗi hydrocacbon, giữ lại các hợp chất có độ phân cực từ trung bình đến thấp do hiệu ứng kỵ nước. Chất phân tích có thể được rửa giải bằng cách rửa hộp mực bằng dung môi không phân cực, dung môi này làm gián đoạn sự tương tác của chất phân tích và pha tĩnh.

Pha tĩnh của silic với các chuỗi cacbon thường được sử dụng. Dựa vào tương tác chủ yếu là không phân cực, kỵ nước, chỉ những hợp chất không phân cực hoặc phân cực rất yếu mới hấp phụ lên bề mặt.

SPE trao đổi ion

Chất hấp thụ trao đổi ion tách các chất phân tích dựa trên tương tác tĩnh điện giữa chất cần phân tích và các nhóm tích điện dương hoặc âm trên pha tĩnh. Để xảy ra trao đổi ion, cả pha tĩnh và mẫu phải ở pH nơi cả hai đều được tích điện.

Trao đổi anion

Chất hấp thụ trao đổi anion được tạo dẫn xuất với các nhóm chức tích điện dương tương tác và giữ lại các anion mang điện tích âm, chẳng hạn như axit. Chất hấp thụ trao đổi anion mạnh chứa các nhóm amoni bậc bốn có điện tích dương vĩnh viễn trong dung dịch nước và chất hấp thụ trao đổi anion yếu sử dụng các nhóm amin được tích điện khi pH dưới khoảng 9. Chất hấp thụ trao đổi anion mạnh rất hữu ích vì bất kỳ tạp chất có tính axit mạnh nào trong mẫu sẽ liên kết với chất hấp thụ và thường sẽ không được rửa giải bằng chất cần phân tích; Để thu hồi axit mạnh, nên sử dụng hộp trao đổi anion yếu. Để rửa giải chất phân tích khỏi chất hấp thụ mạnh hoặc yếu, pha tĩnh được rửa bằng dung môi trung hòa điện tích của chất phân tích, pha tĩnh hoặc cả hai. Một khi điện tích được trung hòa, tương tác tĩnh điện giữa chất phân tích và pha tĩnh không còn nữa và chất phân tích sẽ rửa giải khỏi hộp mực

Sự trao đổi cation

Chất hấp thụ trao đổi cation được tạo dẫn xuất với các nhóm chức tương tác và giữ lại các cation tích điện dương, chẳng hạn như bazơ. Chất hấp thụ trao đổi cation mạnh chứa các nhóm axit sulfonic béo luôn mang điện tích âm trong dung dịch nước và chất hấp thụ trao đổi cation yếu chứa axit cacboxylic béo, được tích điện khi độ pH trên khoảng 5. Chất hấp thụ trao đổi cation mạnh rất hữu ích vì bất kỳ tạp chất bazơ mạnh nào trong mẫu sẽ liên kết với chất hấp thụ và thường sẽ không được rửa giải với chất cần phân tích; để khôi phục một cơ sở mạnh, nên sử dụng hộp mực trao đổi cation yếu. Để rửa giải chất phân tích khỏi chất hấp thụ mạnh hoặc yếu, pha tĩnh được rửa bằng dung môi trung hòa tương tác ion giữa chất phân tích và pha tĩnh.

Cartridges

Pha tĩnh có dạng hộp mực hình ống tiêm được đóng gói, đĩa 96 giếng, đĩa phẳng 47 hoặc 90 mm, hoặc vi văn bản bằng thiết bị hấp thụ đóng gói (MEPS), một phương pháp SPE sử dụng vật liệu hấp thụ được đóng gói trong một ống tiêm xử lý chất lỏng. [6] [7] Chúng có thể được gắn trên loại ống góp chiết cụ thể của nó. Ống góp cho phép xử lý nhiều mẫu bằng cách giữ một số phương tiện SPE tại chỗ và cho phép một số lượng mẫu bằng nhau đi qua chúng đồng thời. Trong một hộp mực tiêu chuẩn, ống góp SPE có thể lắp song song 24 hộp mực, trong khi một ống góp SPE dạng đĩa điển hình có thể chứa 6 đĩa. Hầu hết các ống góp SPE đều được trang bị một cổng chân không, nơi chân không có thể được áp dụng để tăng tốc quá trình chiết bằng cách kéo mẫu lỏng qua pha tĩnh. Các chất phân tích được thu thập trong các ống mẫu bên trong hoặc bên dưới ống góp sau khi chúng đi qua pha tĩnh.

Các hộp và đĩa chiết pha rắn có sẵn với nhiều loại pha tĩnh, mỗi loại có thể tách các chất phân tích theo các tính chất hóa học khác nhau. Hầu hết các pha tĩnh dựa trên silica đã được liên kết với một nhóm chức cụ thể. Một số nhóm chức này bao gồm chuỗi hydrocacbon có độ dài thay đổi (đối với SPE pha đảo ngược), amoni bậc bốn hoặc nhóm amin (để trao đổi anion) và axit sulfonic hoặc nhóm cacboxyl (để trao đổi cation)

Solid-phase microextraction

Vi tách pha rắn (SPME), là một kỹ thuật chiết pha rắn bao gồm việc sử dụng sợi được phủ với một pha chiết, có thể là chất lỏng (polyme) hoặc chất rắn (chất hấp thụ), chiết xuất các loại chất phân tích khác nhau (bao gồm cả dễ bay hơi và không bay hơi) từ các loại môi trường khác nhau, có thể ở pha lỏng hoặc pha khí. [8] Lượng chất phân tích được chiết xuất bởi sợi tỷ lệ với nồng độ của nó trong mẫu miễn là đạt được trạng thái cân bằng hoặc trong trường hợp cân bằng trước trong thời gian ngắn, với sự trợ giúp của đối lưu hoặc kích động.

Tham khảo 

Đọc thêm

  • E. M. Thurman, M. S. Mills, Solid-Phase Extraction: Principles and Practice, Wiley-Interscience, 1998, ISBN 978-0-471-61422-7
  • Nigel J.K. Simpson, Solid-Phase Extraction: Principles, Techniques, and Applications, CRC, 2000, ISBN 978-0-8247-0021-8
  • James S. Fritz, Analytical Solid-Phase Extraction, Wiley-VCH, 1999, ISBN 978-0-471-24667-1

Tổng số điểm của bài viết là: 30 trong 6 đánh giá

Xếp hạng: 5 - 6 phiếu bầu
Click để đánh giá bài viết

  Ý kiến bạn đọc

Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây