اهمیت پیش تصفیه نمونه
پیش درمانی نمونه یک مرحله وقت گیر و مستعد خطا در تجزیه و تحلیل ابزاری (به ویژه تجزیه و تحلیل کروماتوگرافی) است. کیفیت درمان نمونه به طور مستقیم بر نتیجه نهایی تجزیه و تحلیل کروماتوگرافی تأثیر می گذارد. بنابراین ، به منظور بهبود کارآیی تجزیه و تحلیل و تعیین ، بهبود و بهینه سازی روش ها و تکنیک های آماده سازی نمونه برای تجزیه و تحلیل کروماتوگرافی یک مسئله مهم است. از آنجا که برخی از نمونه ها به سیستم های ماتریس پیچیده تعلق دارند ، حاوی مؤلفه هایی مانند پروتئین ، روغن ، کربوهیدرات ، رنگدانه ها و غیره ، پس زمینه پیچیده ماتریس باعث ایجاد مشکلات بزرگی در استخراج ، جداسازی ، تصفیه و تعیین ترکیبات هدف خواهد شد. بنابراین ، پیش درمانی نمونه نه تنها پیچیده و دشوار است ، بلکه نقش تعیین کننده ای در دقت ، قابلیت اطمینان و حساسیت نتایج تجزیه و تحلیل نیز دارد.
درصد مصرف زمان پیش تصفیه نمونه
برای ابزارهای بسیار حساس LC/MS/MS، پیش تصفیه مناسب نمونه برای کاهش تداخل ماتریس و غنیسازی اجزا ضروری است.
اصول پیش درمانی نمونه
در هنگام آماده سازی از تغییرات شیمیایی در اجزای خودداری کنید. جلوگیری و جلوگیری از آلودگی اجزای از پیش تعیین شده. به حداقل رساندن ورود ترکیبات بی ربط به فرآیند آماده سازی. و آن را تا حد امکان ساده و آسان کنید.
هدف از پیش تیمار نمونه
ذرات را بردارید. کاهش ناخالصی های تداخل. اجزای کمیاب تمرکز ؛ حساسیت و انتخاب را بهبود بخشید. بهبود اثر جداسازی ؛ محافظت از ستون ها و ابزارهای کروماتوگرافی. جایگزینی حلال
روند توسعه پیش تیمار نمونه
▶پیش تصفیه معمول نمونه شامل: روش هضم: روش قرار دادن نمونه با اسید، اکسیدان، کاتالیزور و غیره در دستگاه رفلاکس یا دستگاه بسته، حرارت دادن و تجزیه و از بین بردن مواد آلی. روش هضم مرطوب
1. روش هضم اسید نیتریک (برای نمونههای محلول آبی شفافتر) 2. روش هضم اسید نیتریک - اسید پرکلریک (هضم نمونههای حاوی مواد آلی با اکسیداسیون سخت) 3. روش هضم اسید نیتریک - اسید سولفوریک (نیتریک اسید: اسید سولفوریک).=5:2، اغلب مقدار کمی پراکسید هیدروژن اضافه می شود) 4. اسید سولفوریک- اسید فسفریک روش هضم (کمک به حذف تداخل یونهای آهن در حین تعیین) 5. روش هضم اسید سولفوریک-پرمنگنات پتاسیم (که معمولاً برای تعیین نمونههای محلول آبی جیوه استفاده میشود) 6. روش هضم اسید نیتریک-پراکسید هیدروژن: مردم از این روش برای هضم محصولات بیولوژیکی برای تعیین نیتروژن، فسفر، پتاسیم، بور، آرسنیک استفاده می کنند. فلوئور و سایر عناصر 7. روش هضم چند جزئی: سیستم هضم سه یا بیشتر اسیدی یا اکسیدانی مورد نیاز است. روش خاکستر خشک (روش تجزیه در دمای بالا)
1. روش خاکستر برای تجزیه نمونه ها از مقدار کمی از معرفهای شیمیایی استفاده نمی کند و از آن استفاده نمی کند ، و می تواند نمونه های وزنه برداری بزرگتر را کنترل کند ، بنابراین بهبود صحت تعیین عناصر کمیاب مفید است. 2. دمای ashing به طور کلی 450-550 درجه است ، که برای پردازش نمونه هایی با اجزای فرار مناسب نیست و زمان Ashing نیز نسبتاً طولانی است. 3. با توجه به نوع نمونه و خصوصیات اجزای مورد اندازه گیری ، صلیب های مختلف و دمای آسشی انتخاب می شوند. صلیب های معمولاً مورد استفاده کوارتز ، پلاتین ، نقره ، نیکل ، آهن ، چینی ، پلی تترا فلورو اتیلن و سایر خصوصیات هستند. اصل این است که Crucible با نمونه واکنش نشان نمی دهد و در دمای پردازش پایدار است. 4. معمولاً ، هیچ معرف دیگری به نمونه های بیولوژیکی Ashing اضافه نمی شود ، اما به منظور ترویج تجزیه و مهار از دست دادن فرار عناصر خاص ، مقدار مناسبی از ماده Ashing کمکی اغلب اضافه می شود. بعد از اینکه نمونه کاملاً خاکستر شد ، برای تجزیه و تحلیل و تعیین در اسید نیتریک رقیق یا اسید هیدروکلریک حل می شود.
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 (>40μm) بزرگتر از HLPC است (3-10μm). بنابراین، SPE را فقط می توان برای جداسازی ترکیباتی با خواص نگهداری بسیار متفاوت استفاده کرد. فناوری SPE با راندمان جداسازی پایین عمدتاً برای پردازش نمونه ها استفاده می شود. هدف SPE حذف موادی است که در تجزیه و تحلیل بعدی از نمونه تداخل دارند. غنی سازی اجزای ردیابی و بهبود حساسیت تحلیلی. حلال نمونه را تغییر دهید تا با روش تحلیلی مطابقت داشته باشد. مشتق سازی درجا. نمک زدایی نمونه؛ و تسهیل نگهداری و حمل و نقل نمونه ها. ستون SPE نصب: اندازه ذرات پرکننده با پرکننده ستون HLPC متفاوت است و بقیه یکسان است. پرکاربردترین فاز C18 است. این نوع پرکننده به شدت آبگریز است و برای اکثر مواد آلی در فاز آبی باقی می ماند. مواد دیگری با خواص گزینش پذیری و نگهداری متفاوت نیز استفاده می شود. فازهای SPE با گروه های فعال یا پوشش داده شده با ترکیبات فعال می توانند برای تجزیه و تحلیل واکنش های مشتق سازی استفاده شوند. دیسک SPE: بسیار شبیه به فیلترهای غشایی. دیسک استخراج یک دیسک PTFE حاوی پرکننده یا یک ورق فیبر شیشه ای است که با پرکننده بارگذاری شده است. فیلر حدود 60 تا 90 درصد کل دیسک SPE را تشکیل می دهد و ضخامت دیسک حدود 1 میلی متر است. تفاوت با اولی نسبت ضخامت/قطر بستر (L/d) است. مناسب برای غنی سازی آلاینده های کمیاب از آب. میکرو استخراج فاز جامد (SPME) آفلاین و آنلاین SPE آفلاین SPE 1. SPE و تجزیه و تحلیل به طور مستقل انجام می شوند و SPE فقط نمونه های مناسبی را برای تجزیه و تحلیل بعدی ارائه می دهد. 2. به منظور اطمینان از تماس کافی بین محلول نمونه و پرکننده، جریان حلال نمی تواند خیلی زیاد باشد. 3. می توان آن را با ابزار خودکار تکمیل کرد. ابزار خودکار SPE شامل یک قفسه ستونی، یک پمپ پیستونی، یک مخزن مایع، یک خط لوله و یک پردازنده نمونه است. SPE آنلاین به عنوان فناوری تصفیه و غنیسازی آنلاین نیز شناخته میشود، که عمدتاً برای ایجاد روش تجزیه و تحلیل HLPC استفاده میشود. 2. پرکننده را حلال کنید و تکرارپذیری استخراج فاز جامد را بهبود بخشید. 2. هنگام استخراج با مکانیک فاز معکوس، آب یا بافر به عنوان حلال استفاده می شود و مقدار حلال آلی از 10٪ (V/V) تجاوز نمی کند. 3. برای غلبه بر اتلاف آنالیت ها در طول افزودن نمونه، می توان از حلال های ضعیف برای رقیق کردن نمونه، کاهش حجم نمونه، افزایش مقدار پرکننده در ستون SPE و انتخاب جاذب هایی که دارای احتباس قوی آنالیت هستند، استفاده کرد. شستشو و جمع آوری آنالیت ها (مورد دیگر این است که هنگام عبور آنالیت ها از ستون، ناخالصی ها حفظ می شوند) (استخراج فاز جامد با محیط پخش جامد) 1. برای ستون های استخراج فاز معکوس، حلال تمیز کننده آب یا بافر حاوی غلظت مناسب آلی است. حلال؛ 2. برای تعیین غلظت و حجم بهینه حلال پاک کننده، نمونه را به ستون SPE اضافه کنید، آن را با 5 تا 10 برابر حجم بستر ستون SPE تمیز کنید، پساب را به نوبه خود جمع آوری و آنالیز کنید و مشخصات شستشو را بدست آورید. حلال تمیز کننده برای آنالیت قدرت حلال تمیز کننده را به نوبه خود افزایش دهید و قدرت و حجم مناسب حلال تمیز کننده را با توجه به مشخصات شستشوی آنالیت در قدرت های مختلف تعیین کنید. 3. هدف از شستشو و جمع آوری: شستشوی کامل آنالیت و جمع آوری آن در کوچکترین کسر حجمی، در حالی که تا حد امکان ناخالصی هایی را که قوی تر از آنالیت روی ستون SPE حفظ می شود، حفظ می کند. 4. برای افزایش غلظت آنالیت یا تنظیم خواص حلال برای تجزیه و تحلیل بعدی، کسر آنالیت جمع آوری شده را می توان با نیتروژن خشک کرد و سپس در حجم کمی از حلال حل کرد. کاربرد SPE Environmental Analysis 1. غلظت آنالیت ها در نمونه های محیطی مانند آب های سطحی بسیار کم است و آنالیت باید قبل از آنالیز غنی شود. 2. ترکیب مایعات بیولوژیکی پیچیده است و حاوی مقدار زیادی پروتئین است. قبل از تجزیه و تحلیل، نمونه باید پیش تیمار شود تا پروتئین حذف شود. تجزیه و تحلیل دارو تجزیه و تحلیل بالینی تجزیه و تحلیل مواد غذایی و آشامیدنی میکرو استخراج فاز جامد (SPME) میکرواستخراج فاز جامد "نمونه برداری، استخراج، غلظت و تزریق" را ادغام می کند و می تواند همراه با کروماتوگرافی گازی یا کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا برای فناوری پیش تصفیه نمونه استفاده شود. نظریه ریز استخراج فاز جامد نظریه تعادل: در طی فرآیند جذب، تعادل جذب بین فاز جامد و مایع یا گاز برقرار می شود. در یک بازه زمانی معین، به دلیل کندی فرآیند انتقال جرم، تعادل به طور کامل حاصل نمی شود. گزینش پذیری استخراج مواد پوشش عمدتاً به عملکرد مواد پوشش بستگی دارد. با توجه به این اصل که آنالیت به راحتی توسط یک فاز جامد با قطبیت مشابه استخراج می شود، یک پوشش SPE مناسب انتخاب می شود. رایج ترین مواد مورد استفاده برای پوشش های فاز جامد پلی متیل سیلوکسان (PDMS) و پلی آکریلات (PA) هستند که هر دو می توانند برای کروماتوگرافی گازی و کروماتوگرافی مایع استفاده شوند. اولی بیشتر برای ترکیبات غیر قطبی مانند ترکیبات فرار، هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای و هیدروکربن های معطر و دومی بیشتر برای ترکیبات قطبی مانند تریازین ها و ترکیبات فنلی استفاده می شود. لایه فاز جامد را می توان بر روی فیبر کوارتز به صورت غیر پیوندی، پیوندی یا تا حدی به صورت متقاطع پوشش داد. افزودن برخی پلیمرها به پوشش می تواند سطح پوشش را افزایش داده و کارایی SPME را بهبود بخشد. 1. پلی دی متیل سیلوکسان-دیوینیل بنزن (PDMS-DVB)، که برای هیدروکربن های آروماتیک و ترکیبات فرار استفاده می شود. 2. پلی اتیلن گلیکول-دیوینیل بنزن (CW-DVB)، که برای ترکیبات قطبی مانند الکل ها استفاده می شود. 3. رزین قالب پلی اتیلن گلیکول (CW-TPR)، مورد استفاده برای سورفکتانت های یونیزه شده. 5. ایجاد روشهای نانولوله کربنی و نانولوله دی اکسید تیتانیوم 1. حفظ ثبات شرایط نمونه برداری. 2. عوامل موثر بر نمونه برداری شامل زمان نمونه برداری، دما، عمق الیاف و غیره است. 3. حفظ رابطه خطی بین مقدار پاسخ و غلظت اولیه آنالیت. غلظت نمونه نمی تواند خیلی زیاد باشد و حجم نمونه نمی تواند خیلی کم باشد، به طوری که استخراج در محدوده خطی ایزوترم جذب باشد. 4. افزودن الکترولیت ها به نمونه می تواند قدرت یونی محلول را افزایش دهد و در نتیجه حلالیت آنالیت را کاهش داده و راندمان استخراج را بهبود بخشد. تغییر pH نمونه تاثیر بیشتری بر سرعت استخراج مواد اسیدی و قلیایی دارد. نکته: اثر افزودن نمک در ریز استخراج گاهی با استخراج معمولی مایع-مایع متفاوت است و شرایط آزمایشی نیاز به بهینه سازی دارد. 5. هم زدن می تواند زمان استخراج را کوتاه کند. استخراج مایکروویو (MAE) استخراج مایکروویو دارای زمان استخراج کوتاه، انتخاب خوب، نرخ بازیابی بالا، استفاده کم معرف، آلودگی کم است، می تواند از آب به عنوان استخراج کننده استفاده کند و می تواند به طور خودکار شرایط آماده سازی نمونه را کنترل کند. کاربردهای کمتری دارد و در حال حاضر در استخراج هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای، بقایای آفت کش ها، ترکیبات آلی فلزی، مواد فعال در گیاهان، مواد مضر، فلزات در مواد معدنی، داروها در خون، و باقی مانده آفت کش ها در نمونه های بیولوژیکی استفاده می شود. اصول و ویژگی های روش های استخراج مایکروویو جذب امواج مایکروویو (آب، اتانول، اسید، قلیایی و نمک) راندمان بالای استخراج مایکروویو: 1. اثر مستقیم مایکروویو بر روی مواد جدا شده. 2. استفاده از حلال های قطبی نسبت به حلال های غیر قطبی برای استخراج مایکروویو سودمندتر است. 3. استفاده از ظروف دربسته اجازه می دهد تا استخراج مایکروویو در دمایی بسیار بالاتر از نقطه جوش حلال انجام شود و به طور قابل توجهی کارایی استخراج مایکروویو را بهبود می بخشد. تجهیزات و روشها (اجزای اصلی عبارتند از دستگاههای گرمایش مایکروویو تولید شده ویژه، ظروف استخراج و کنترل فشار و دما دستگاه های مجهز به نیازهای مختلف) چند حفره 2450 مگاهرتز: چندین نمونه را می توان در یک زمان آماده کرد، کنترل شرایط استخراج آسان است و استخراج سریع است. روش مرسوم استخراج با مایکروویو: حلال های قطبی یا مخلوطی از حلال های قطبی و حلال های غیر قطبی را با نمونه های استخراج شده مخلوط کنید، آنها را در ظروف آماده سازی نمونه مایکروویو قرار دهید و در یک سیستم آماده سازی نمونه مایکروویو در حالت بسته حرارت دهید. فشار یا دما و زمان استخراج را با توجه به الزامات اجزای استخراج شده کنترل کنید. در پایان حرارت دادن، نمونه را فیلتر کنید و فیلتر به طور مستقیم اندازه گیری می شود یا پس از عملیات مربوطه اندازه گیری می شود. در شرایط عادی، زمان گرمایش استخراج مایکروویو حدود 5 تا 10 دقیقه است. حجم کل حلال و نمونه استخراج نباید از 1/3 حجم فنجان آماده سازی نمونه تجاوز کند. فوکوس تک حالته 2450 مگاهرتز: نیازی به کنترل فشار و دما نیست، حجم آماده سازی نمونه زیاد است، هر بار فقط یک نمونه قابل تهیه است و زمان استخراج طولانی است. استخراج سیال فوق بحرانی (SCF)
سیال فوق بحرانی (SCF) سیالی است که دما و فشار آن هر دو بالاتر از نقطه بحرانی است. خصوصیات خود آن عبارتند از: 1. ضریب انتشار آن کوچکتر از گاز است، اما یک مرتبه بزرگتر از مایع است. 2. ویسکوزیته آن نزدیک به ویسکوزیته گاز است. 3. چگالی آن مشابه چگالی مایع است و تغییر جزئی فشار می تواند منجر به تغییر قابل توجهی در چگالی آن شود. 4. تغییر در فشار یا دما می تواند منجر به تغییر فاز شود. اصل اساسی در حالت فوق بحرانی، سیال فوق بحرانی با ماده ای که قرار است جدا شود تماس پیدا می کند، به طوری که می تواند به طور انتخابی اجزای قطبیت، نقطه جوش و جرم مولکولی نسبی را استخراج کند و چگالی و ثابت دی الکتریک سیال فوق بحرانی افزایش یابد. با افزایش فشار سیستم بسته و قطبیت افزایش می یابد. اجزای قطب های مختلف را می توان گام به گام با استفاده از تقویت برنامه استخراج کرد. حلالیت CO2 فوق بحرانی: 1. اجزای چربی دوست و کم جوش را می توان در فشار کم (104 کیلو پاسکال) استخراج کرد. 2. هر چه یک ترکیب دارای گروه های قطبی بیشتری باشد، استخراج آن دشوارتر است. 3. هر چه جرم مولکولی نسبی ترکیب بیشتر باشد، استخراج آن دشوارتر است. اصلاح کننده CO2 یک حلال غیر قطبی است و به طور کلی یک حلال قطبی برای بهبود حلالیت آن در CO2 اضافه می شود، بنابراین به آن اصلاح کننده می گویند. متانول، استون، اتانول، اتیل استات و غیره بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. اثر اصلاح کننده محدود است. در حالی که حلالیت سیال فوق بحرانی را تغییر میدهد، اثر جذب سیستم استخراج را نیز تضعیف میکند و در نتیجه باعث افزایش همعصارهها میشود که ممکن است در تعیین تحلیلی اختلال ایجاد کند. مقدار اصلاح کننده مورد استفاده باید کم باشد، معمولاً از 5٪ تجاوز نمی کند. استفاده از تکنولوژی استخراج سیال فوق بحرانی مزایای زیادی در استخراج مواد طبیعی دارد. می توان آن را همراه با GC، IR، MS، LC و غیره برای تبدیل شدن به یک روش تحلیلی کارآمد استفاده کرد.
