A extração de fase sólida (SolidPhaseExtractionSPE) é a utilização de adsorbentes sólidos para adsorber o composto alvo em amostras líquidas, separando-o do matriz e do composto interferente da amostra e, em seguida, lavando ou aquecendo o composto alvo com uma solução de lavagem para alcançar o objetivo de separação e enriquecimento.

A extração de fase sólida tem muitas vantagens em comparação com a extração líquida-líquida: a extração de fase sólida não requer uma grande quantidade de solventes insolúveis, o processo de tratamento não produz emulsão, o uso de adsorentes altamente seletivos (fase fixa) pode reduzir significativamente a quantidade de solventes, simplificar o processo de tratamento de amostras e reduzir os custos necessários. Geralmente, o tempo necessário para a extração de fase sólida é 1/2 da extração líquido-líquido e o custo é 1/5 da extração líquido-líquido. Sua desvantagem é que a taxa de recuperação e a precisão dos compostos alvo são menores do que a extração líquido-líquido.

Um. Padrões e princípios da extração de fase sólida

A extração de fase sólida é essencialmente uma separação de cromatografia líquida, cujo principal padrão de separação também é o mesmo que a cromatografia líquida, que pode ser dividida em fase positiva (a polaridade do adsorbente é maior do que a polaridade da lavagem), fase inversa (a polaridade do adsorbente é menor do que a polaridade da lavagem), troca iónica e adsorção. O adsorbente usado para a extração de fase sólida também é o mesmo que a fixação comumente usada em cromatografia líquida, com diferenças apenas no tamanho das partículas.

Os adsorbentes usados ​​na extração de fase sólida são polares e são usados ​​para extrair (reter) substâncias polares. A forma como o composto alvo permanece no adsorente durante a extração em fase positiva depende da interação entre o grupo de função polar do composto alvo e o grupo de função polar na superfície do adsorente, incluindo ligações de hidrogênio, interações ligações π-π, interações dipolo-dipolo e dipolo-induzido e outras interações polar-polar. A extração de fase sólida ortofásica permite a adsorção de compostos polares a partir de amostras de solventes não polares.

Os adsorbentes usados ​​para extração de fase sólida antifásica são geralmente não polares ou fracos, e os compostos alvo extraídos são geralmente compostos de polaridade média a não polar. O efeito entre o composto alvo e o adsorbente é uma interação hidrofóbica, principalmente uma interação não polar-não polar, a força de Van der Waal ou a força de dispersão.

O adsorente usado para a extração de fase sólida de troca iônica é uma resina de troca iônica com carga elétrica, o composto alvo extraído é um composto com carga elétrica e a interação entre o composto alvo e o adsorente é a atração eletrostática.

A escolha do adsorbente (fase fixa) na extração de fase sólida é baseada principalmente nas propriedades do composto alvo e das propriedades do matriz da amostra (ou seja, o solvente da amostra). Quando a polaridade do composto alvo é muito semelhante à polaridade do adsorbente, uma melhor retenção (melhor adsorção) do composto alvo pode ser obtida. Quanto mais semelhantes forem as polaridades, melhor será a retenção (ou seja, melhor a adsorção), então tente escolher um adsorente que seja semelhante à polaridade do composto alvo. Por exemplo, na extração de hidrocarbonetos (não polares), a extração de fase sólida inversa é usada (neste caso, um adsorbente não polar). Quando a polaridade do composto alvo é moderada, a extração de fase sólida positiva e inversa pode ser usada. A escolha do adsorbente também é limitada pela força do solvente da amostra (ou seja, a força de lavagem).

A força do solvente da amostra deve ser fraca em relação ao adsorbente, e o solvente fraco aumentará a retenção (adsorção) do composto alvo no adsorbente. A ordem de intensidade do solvente na extração de fase sólida positiva e anti é diferente (ver Figuras 3-13). Se a força do solvente da amostra for muito forte, o composto alvo não será retido (adsorvido) ou será retido fracamente. Por exemplo, quando o solvente da amostra é o hexano, a extração com a fase sólida inversa não é adequada, porque o hexano é um solvente forte para a extração com a fase sólida inversa (ver Figuras 3-13), o composto alvo não será adsorvido ao adsorbente; Quando o solvente da amostra é água, pode ser extraído com uma fase sólida inversa, porque a água é um solvente fraco para a extração de fase sólida inversa e não afeta a adsorção do composto alvo no adsorbente.

Os seguintes pontos também devem ser considerados ao escolher o modo de separação e o adsorbente da extração de fase sólida:

Solubilidade do composto alvo em solventes polares ou não polares, o que envolve principalmente a escolha do líquido de gonorrhea.

Existe a possibilidade de ionização do composto alvo (o pH pode ser ajustado para a ionização), determinando assim se a extração de fase sólida de troca iónica é usada.

É possível que o composto alvo forme ligações covalentes com o adsorbente, como a formação de ligações covalentes, que podem ter problemas durante a lavagem.

O grau de concorrência entre os compostos não alvo e os compostos alvo no ponto de adsorção no adsorente, que depende se os compostos alvo e os compostos interferentes podem ser bem separados.

Dois. Adsorbentes comuns para extração de fase sólida (fase fixa)

Dado que a extração de fase sólida é essencialmente uma separação de cromatografia líquida, em princípio, os materiais que podem ser usados como preenchimento de coluna de cromatografia líquida podem ser usados ​​para extração de fase sólida. No entanto, uma vez que a pressão da coluna da cromatografia líquida pode ser alta e exigir maior eficiência da coluna, os requisitos de tamanho de partículas do preenchimento são mais rigorosos, o preenchimento de partículas de 10 μm era comumente usado no passado, e agora a coluna usa mais preenchimento de 5 μm, até mesmo preenchimento de 3 μm (com o aumento da pressão da bomba HPLC, o tamanho das partículas do preenchimento está diminuindo gradualmente). Os requisitos de distribuição de tamanho de partículas para o enchimento também são estreitos. A pressão na coluna de extração de fase sólida é geralmente pequena, o objetivo da separação é apenas separar o composto alvo do composto de interferência e do matriz, os requisitos de efeito da coluna geralmente não são altos, portanto, o preenchimento como adsorente de extração de fase sólida é mais grosso, geralmente disponível em 40 μm, os requisitos de distribuição de tamanho de partículas também não são rigorosos, o que pode reduzir significativamente o custo da coluna de extração de fase sólida. Os tipos e usos dos adsorbentes comumente utilizados para extração de fase sólida podem ser encontrados nas Tabelas 3-4.

Três. Dispositivos de extração de fase sólida e procedimentos operacionais

O dispositivo de extração de fase sólida mais simples é uma pequena coluna de vários milímetros de diâmetro (Figura 3-14), a coluna pode ser de vidro, polipropileno, polietileno, tetrafluoroetileno e outros plásticos, ou pode ser feito de aço inoxidável. Na extremidade inferior da coluna, há uma placa sinterizada com um diâmetro de 20 μm para suportar o adsorbente. Se a pequena coluna de extração de fase sólida caseira não tiver uma placa de filtragem sinterizada adequada, também pode ser substituída pela placa de filtragem com algodão de vidro preenchido, que pode suportar o adsorente sólido e permitir que o líquido flua. Preencha uma certa quantidade de adsorente na tela (100 mg a 1000 mg, conforme necessário) e, em seguida, acrescente um pedaço adicional de tela sobre o adsorente para evitar que a camada de coluna seja danificada ao adicionar amostras (também pode ser substituída por algodão de vidro quando a tela não estiver disponível). Existem várias especificações de colunas de extração de fase sólida equipadas com vários adsorentes à venda, que são muito fáceis de usar (Figura 3-15).

Os procedimentos gerais para a extração de fase sólida são os seguintes:

1. adsorbente ativado: antes de extrair a amostra, a coluna sólida deve ser lavada com um solvente apropriado para manter o adsorbente úmido e pode adsorber o composto alvo ou o composto interferente. Diferentes padrões de extração de fase sólida de ativação de colunas diferentes com solventes:

(1) adsorbente polar ou não polar fraco usado para extração de fase sólida inversa, geralmente lavado com solvente orgânico solúvel em água, como metanol, e depois lavado com água ou solução tampão. Também pode ser lavado com um solvente forte, como hexano, antes de ser lavado com metanol para eliminar as impurezas adsorbidas no adsorbente e sua interferência com o composto alvo.

(2) O adsorbente polar usado para extração de fase sólida em fase estática, geralmente é lavado com o solvente orgânico (matriz da amostra) onde o composto alvo está localizado.

(3) adsorbente usado para extração de fase sólida de troca iónica, quando usado para amostras em solventes orgânicos não polares, pode ser lavado com solventes de amostras; Quando as amostras são usadas em solventes polares, podem ser lavadas com um solvente orgânico solúvel em água e depois lavadas com uma solução de água com o valor de pH apropriado e contendo um determinado solvente orgânico e sal.

Para que o adsorbente na coluna de extração de fase sólida permaneça úmido após a ativação até a adição da amostra, aproximadamente 1 ml de solvente para o tratamento de ativação deve ser mantido sobre o adsorbente após o tratamento de ativação.

A amostra líquida ou sólida dissolvida é derramada em uma coluna de extração de fase sólida ativada e, em seguida, a amostra é introduzida no adsorbente usando o método de bombeamento a vácuo (Figuras 3-16), pressão (Figuras 3-17) ou centrifugação (Figuras 3-18).

Lavagem e lavagem: após a amostra entrar no adsorente, o composto alvo é adsorvido, o composto de interferência de retenção fraca pode ser lavado primeiro com um solvente mais fraco e, em seguida, o composto alvo pode ser lavado com um solvente mais forte e coletado. Limpeza e desinfecção Como descrito anteriormente, a limpeza ou a desinfecção podem fluir através do adsorbente por meio de bombeamento a vácuo, pressão ou centrifugação.

Se, ao escolher o adsorente, escolher a adsorção do composto alvo é fraca ou não, e o adsorente com forte adsorção do composto interferente, também pode permitir que o composto alvo seja lavado primeiro para coletá-lo, e que o composto interferente seja mantido (adsorção) no adsorente, os dois são separados. As Figuras 3-19 apresentam um esquema de dois métodos. Na maioria dos casos, o composto alvo é mantido no adsorbente e depois lavado com um solvente forte, o que é mais favorável à purificação da amostra. Figura 3-20 mostra a extração de fase sólida

Esboço do procedimento geral utilizado.

Para facilitar o uso da extração de fase sólida, muitos fabricantes, além de produzir várias especificações e modelos de colunas de extração de fase sólida, também desenvolveram muitos dispositivos de extração de fase sólida para tornar a extração de fase sólida mais fácil de usar. Por exemplo, a Supelco fornece uma tampa de tratamento de tubo único pressionada para uma única coluna de extração de fase sólida (Figuras 3-21), que pode ser usada facilmente com uma coluna de extração de fase sólida. Por exemplo, para que várias colunas de extração de fase sólida possam ser aspiradas simultaneamente, a Supelco fornece dispositivos multitubulares de vácuo de 12 e 24 orifícios (Figuras 3-22) para processar várias colunas de extração de fase sólida simultaneamente. O Instituto de Física Química de Dalian da Academia Chinesa de Ciências e o Centro Nacional de Pesquisa e Análise de Cromatografia também desenvolveram um dispositivo de extração de fase sólida a vácuo.

As Figuras 3-23 apresentam um diagrama de fluxo de como escolher um padrão de extração de fase sólida com base nas propriedades do matriz (solvente), do composto alvo e do composto interferente da amostra.

Quatro. Microextração em fase sólida (SPME)

A microextração de fase sólida é uma nova tecnologia de separação de extração desenvolvida com base na extração de fase sólida, em comparação com a extração líquida-líquida e extração de fase sólida, com um curto tempo de operação, pequeno volume de amostra, sem necessidade de extrair solventes, adequado para analisar substâncias voláteis e não voláteis, boa reprodutividade e outras vantagens. Muitos resultados sugerem que a reprodutividade e a precisão das amostras são muito boas quando os marcadores internos adequados são adicionados para análise quantitativa. A aparência do dispositivo de microextração de fase sólida é como um microamostrador, composto por duas partes de alça (suporte) e cabeça de extração ou cabeça de fibra (fibra), a cabeça de extração é uma fibra fundida de 1 cm de comprimento, revestida com diferentes adsorentes, ligada ao fio de aço inoxidável, o tubo de aço inoxidável fino do casaco (para proteger a fibra de quartzo de não ser quebrada), a cabeça de fibra pode ser esticada ou saída dentro do tubo de aço, o tubo de aço inoxidável fino pode penetrar a junta de borracha ou plástico para amostragem ou amostragem. Peças para instalação ou fixação de cabeças de extração, sempre disponíveis (Figuras 3-24)

A chave da microextração de fase sólida é a escolha de um revestimento (adsorbente) que não é de fibra de quartzo, para que o composto alvo possa ser adsorvido ao revestimento, enquanto o composto interferente e o solvente não são adsorvidos, geralmente: o composto alvo é não polar quando o revestimento não polar é escolhido; Escolha o revestimento polar quando o composto alvo é polar.

O método de amostragem de microextração de fase sólida é inserir uma agulha de microextração de fase sólida (caixa de aço inoxidável) através da almofada de vedação da garrafa de amostra na garrafa de amostra. Em seguida, empurre a cabeça de extração e mergulhe-a na amostra (modo de mergulho) ou coloque-a no espaço superior da amostra (modo de vazio superior) para a extração. O tempo de extração é de aproximadamente 2 a 30 minutos para atingir o equilíbrio de adsorção do composto alvo. Depois, recue a cabeça de extração e retire a agulha (Figuras 3-25).

A microextração de fase sólida pode ser usada em cromatografia a gás ou em cromatografia líquida (Figuras 3-25). Para GC, é a inserção de uma agulha de microextração de fase sólida (caixa de aço inoxidável) na entrada de amostra GC, empurrar a barra de alça, estender a cabeça de fibra, usar a alta temperatura da entrada de amostra para desaspirar o composto alvo, depois de desaspirar o gás é levado para a coluna cromatográfica. Para uso em HPLC, uma agulha de microextração de fase sólida (caixa de aço inoxidável) é inserida na piscina de desabsorção de interface de microextração de fase sólida / HPLC e, em seguida, a fase de fluxo de HPLC é usada para lavar o composto alvo através da piscina de desabsorção e trazer o composto alvo para a coluna cromatográfica.