Важность предварительной обработки проб
Предварительная обработка проб — трудоемкий и чреватый ошибками этап инструментального анализа (особенно хроматографического). Качество обработки проб напрямую влияет на конечный результат хроматографического анализа. Поэтому для повышения эффективности анализа и определения важным вопросом является совершенствование и оптимизация методов и приемов пробоподготовки для хроматографического анализа. Поскольку некоторые образцы принадлежат к сложным матричным системам, содержащим такие компоненты, как белки, масла, углеводы, пигменты и т. д., фон сложной матрицы создаст большие трудности при экстракции, разделении, очистке и определении целевых соединений, подлежащих анализу. Поэтому предварительная обработка проб не только сложна и трудна, но и играет решающую роль в точности, надежности и чувствительности результатов анализа.
Процент затрат времени на предварительную обработку образца
Для высокочувствительных приборов ЖХ/МС/МС правильная предварительная обработка проб имеет решающее значение для уменьшения влияния матрицы и обогащения компонентов.
Принципы предварительной обработки проб
Избегайте химических изменений компонентов во время приготовления; предотвращать и избегать загрязнения заранее определенных компонентов; свести к минимуму введение в процесс приготовления ненужных соединений; и сделать это как можно проще и легче.
Цель предварительной обработки проб
Удалить частицы; уменьшить мешающие примеси; концентрат микроэлементов; улучшить чувствительность и избирательность обнаружения; улучшить эффект разделения; беречь хроматографические колонки и инструменты; замена растворителя.
Тенденции развития предварительной обработки проб
▶Обычная предварительная обработка проб включает в себя: Метод разложения: метод помещения пробы с кислотой, окислителем, катализатором и т. д. в обратное устройство или закрытое устройство, нагревание, разложение и разрушение органических веществ. Метод влажного разложения
1. Метод азотнокислого разложения (для более прозрачных образцов водных растворов) 2. Метод азотнокислотного-перхлорнокислого разложения (разложение проб, содержащих трудноокисляемые органические вещества) 3. Азотно-сернокислотный метод разложения (азотная кислота:серная кислота)=5:2, часто добавляя небольшое количество перекиси водорода) 4. Метод серно-фосфорнокислотного разложения (способствует устранению помех Ионы Fe3+ во время определения) 5. Метод разложения серной кислоты с перманганатом калия (обычно используется для определения проб ртути в водных растворах) 6. Метод разложения азотной кислоты с перекисью водорода: некоторые люди используют этот метод для переваривания биологических продуктов для определить азот, фосфор, калий, бор, мышьяк, фтор и другие элементы. 7. Многокомпонентный метод разложения: Требуется трех- и более кислотная или окислительная система разложения. Метод сухой золы (метод высокотемпературного разложения)
1. Метод золы не использует или использует небольшое количество химических реагентов для разложения образцов и может обрабатывать более крупные образцы, поэтому полезно повысить точность определения микроэлементов. 2. Температура озоления обычно составляет 450-550 градусов, что не подходит для обработки образцов с летучими компонентами, а время озоления также относительно велико. 3. В зависимости от типа образца и свойств измеряемых компонентов выбираются различные тигли и температуры озоления. Обычно используются тигли из кварца, платины, серебра, никеля, железа, фарфора, политетрафторэтилена и других материалов. Принцип заключается в том, что тигель не вступает в реакцию с образцом и стабилен при температуре обработки. 4. Обычно к озоляющим биологическим образцам не добавляются никакие другие реагенты, но для того, чтобы ускорить разложение и предотвратить потерю некоторых элементов при испарении, часто добавляют соответствующее количество вспомогательного озоляющего агента. После полного озоления пробы ее растворяют в разбавленной азотной или соляной кислоте для анализа и определения.
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 мкм) больше, чем у HLPC (3-10 мкм). Следовательно, ТФЭ можно использовать только для разделения соединений с очень разными свойствами удерживания. Для обработки проб в основном применяется технология ТФЭ с низкой эффективностью разделения. Целью ТФЭ является удаление из пробы веществ, мешающих последующему анализу; обогатить микроэлементы и улучшить аналитическую чувствительность; замените растворитель пробы в соответствии с аналитическим методом; дериватизация in-situ; обессоливание пробы; и облегчить хранение и транспортировку образцов. Установка колонки ТФЭ: Размер частиц наполнителя отличается от размера наполнителя колонки HLPC, а остальное такое же. Наиболее используемой является фаза C18. Этот тип наполнителя обладает высокой гидрофобностью и удерживает большую часть органических веществ в водной фазе; также используются другие материалы с различными селективными и удерживающими свойствами. Фазы ТФЭ с активными группами или покрытые активными соединениями можно использовать для анализа реакций дериватизации. Диск ТФЭ: очень похож на мембранные фильтры. Дисковый экстрактор представляет собой диск из ПТФЭ с наполнителем или лист стекловолокна с наполнителем; наполнитель составляет от 60% до 90% от общего объема диска ТФЭ, а толщина диска составляет около 1 мм. Отличием от первого является соотношение толщины слоя к диаметру (L/d). Подходит для обогащения воды микропримесями. Твердофазная микроэкстракция (ТФМЭ) Автономная и онлайн-ТФЭ Автономная ТФЭ 1. ТФЭ и анализ выполняются независимо, и ТФЭ предоставляет только подходящие образцы для последующего анализа. 2. Чтобы обеспечить достаточный контакт между раствором образца и наполнителем, поток растворителя не должен быть слишком большим. 3. Это может быть выполнено с помощью автоматизированных инструментов. Автоматический прибор для ТФЭ состоит из стойки для колонок, плунжерного насоса, резервуара для жидкости, трубопровода и устройства обработки проб. Онлайн-ТФЭ также известен как онлайн-технология очистки и обогащения, которая в основном используется для создания метода ТФЭ анализа HLPC. Цель предварительной обработки колонки: 1. Удаление примесей, которые могут существовать в наполнителе; 2. Растворить наполнитель и улучшить воспроизводимость твердофазной экстракции. Добавление пробы. 1. Чтобы предотвратить потерю аналитов, концентрация растворителя пробы не должна быть слишком высокой; 2. При экстракции методом обращенной фазы в качестве растворителя используется вода или буфер, а количество органического растворителя не превышает 10% (об./об.); 3. Чтобы избежать потери аналитов при добавлении пробы, можно использовать слабые растворители для разбавления пробы, уменьшения объема пробы, увеличения количества наполнителя в колонке ТФЭ и выбора адсорбентов, которые сильно удерживают аналит. Элюирование и сбор аналитов (другой случай заключается в том, что примеси задерживаются, пока аналиты проходят через колонку) (Твердофазная экстракция с использованием твердодисперсионной среды) 1. Для колонок с обращенной фазой экстракции очищающим растворителем является вода или буфер, содержащий соответствующую концентрацию органических веществ. растворитель; 2. Чтобы определить оптимальную концентрацию и объем очищающего растворителя, добавьте образец в колонку ТФЭ, очистите его в 5–10 раз больше объема слоя колонки ТФЭ, поочередно соберите и проанализируйте сточные воды и получите профиль элюирования. очищающего растворителя для аналита. Поочередно увеличивайте концентрацию очищающего растворителя и определите подходящую концентрацию и объем очищающего растворителя в соответствии с профилем элюирования аналита при различной концентрации; 3. Цель элюирования и сбора: полностью элюировать аналит и собрать его в наименьшей объемной фракции, сохранив при этом как можно больше примесей, удерживаемых сильнее, чем аналит на колонке ТФЭ; 4. Чтобы повысить концентрацию аналита или скорректировать свойства растворителя для последующего анализа, собранную фракцию аналита можно продуть азотом, а затем растворить в небольшом объеме растворителя. Применение анализа окружающей среды SPE 1. Концентрация аналитов в пробах окружающей среды, таких как поверхностные воды, очень низка, и перед анализом аналит необходимо обогатить. 2. Состав биологических жидкостей сложен и содержит большое количество белка. Перед анализом образец необходимо предварительно обработать для удаления белка. Анализ лекарств Клинический анализ Анализ продуктов питания и напитков Твердофазная микроэкстракция (ТФМЭ) Твердофазная микроэкстракция объединяет «отбор проб, экстракцию, концентрирование и инъекцию» и может использоваться в сочетании с газовой хроматографией или высокоэффективной жидкостной хроматографией для технологии предварительной обработки проб. Теория твердофазной микроэкстракции. Теория равновесия. В процессе адсорбции между твердой и жидкой или газовой фазой устанавливается адсорбционное равновесие. В течение определенного периода времени из-за медленного процесса массообмена равновесие не достигается полностью. Селективность экстракции материала покрытия в основном зависит от характеристик материала покрытия. Подходящее ТФЭ-покрытие подбирается исходя из того, что аналит легко экстрагируется твердой фазой одинаковой полярности. Наиболее часто используемыми веществами для твердофазных покрытий являются полиметилсилоксан (ПДМС) и полиакрилат (ПА), оба из которых можно использовать для газовой и жидкостной хроматографии. Первый в основном используется для неполярных соединений, таких как летучие соединения, полициклические ароматические углеводороды и ароматические углеводороды, а второй в основном используется для полярных соединений, таких как триазины и фенольные соединения. Слой твердой фазы может быть нанесен на кварцевое волокно в несвязанной, связанной или частично сшитой форме. Добавление в покрытие некоторых полимеров позволяет увеличить площадь поверхности покрытия и повысить эффективность ТФМЭ. 1. Полидиметилсилоксан-дивинилбензол (ПДМС-ДВБ), используемый для ароматических углеводородов и летучих соединений. 2. Полиэтиленгликоль-дивинилбензол (CW-DVB), используемый для полярных соединений, таких как спирты. 3. Темплатная смола полиэтиленгликоля (CW-TPR), используемая для ионизированных поверхностно-активных веществ. 4. Кварцевое волокно, покрытое графитовой сажей, используемое для анализа микропримесей в воде и воздухе. 5. Разработка методов использования углеродных нанотрубок и нанотрубок из диоксида титана. 1. Поддерживать постоянство условий отбора проб. 2. Факторы, влияющие на отбор проб, включают время отбора проб, температуру, глубину волокон и т. д. 3. Поддержание линейной зависимости между значением отклика и начальной концентрацией аналита. Концентрация пробы не может быть слишком высокой, а объем пробы не может быть слишком маленьким, чтобы экстракция находилась в пределах линейного диапазона изотермы адсорбции. 4. Добавление электролитов в образец может увеличить ионную силу раствора, тем самым снижая растворимость аналита и повышая эффективность экстракции; изменение pH пробы оказывает большее влияние на скорость извлечения кислых и щелочных веществ. Примечание. Эффект добавления соли при микроэкстракции иногда отличается от эффекта обычной жидкостно-жидкостной экстракции, и условия эксперимента необходимо оптимизировать. 5. Перемешивание может сократить время экстракции. Микроволновая экстракция (MAE) Микроволновая экстракция имеет короткое время экстракции, хорошую селективность, высокую скорость восстановления, низкий расход реагентов, низкий уровень загрязнения, может использовать воду в качестве экстрагента и может автоматически контролировать условия подготовки проб; он имеет меньше применений и в настоящее время используется для экстракции полициклических ароматических углеводородов, остатков пестицидов, металлоорганических соединений, активных ингредиентов растений, вредных веществ, металлов в минералах, лекарств в крови и остатков пестицидов в биологических образцах. Принципы и характеристики методов микроволновой экстракции. Поглощают микроволны (вода, этанол, кислота, щелочь и соли). Высокая эффективность микроволновой экстракции: 1. Прямое воздействие микроволн на разделяемые вещества; 2. Для микроволновой экстракции более выгодно использовать полярные растворители, чем неполярные; 3. Использование закрытых емкостей позволяет проводить микроволновую экстракцию при температуре, значительно превышающей температуру кипения растворителя, что значительно повышает эффективность микроволновой экстракции. Отражать микроволны (металлические вещества) Пропускать микроволны (неполярные вещества) Микроволновая экстракция оборудование и методы (основными компонентами являются специально изготовленные устройства микроволнового нагрева, контейнеры для экстракции и устройства контроля давления и температуры, оборудованные в соответствии с различными требованиями) Многополотная частота 2450 МГц: одновременно можно приготовить несколько образцов, легко контролировать экстракцию условия, и экстракция происходит быстро. Традиционный метод микроволновой экстракции: смешайте полярные растворители или смесь полярных растворителей и неполярных растворителей с экстрагированными образцами, поместите их в контейнеры для микроволновой подготовки проб и нагрейте в системе микроволновой подготовки проб в закрытом состоянии. Контролируйте давление или температуру и время экстракции в соответствии с требованиями экстрагируемых компонентов; в конце нагрева пробу фильтруют, и фильтрат измеряют непосредственно или измеряют после соответствующей обработки. В обычных условиях время микроволнового нагрева составляет от 5 до 10 минут. Общий объем экстракционного растворителя и пробы не должен превышать 1/3 объема чашки для подготовки проб. Однорежимная фокусировка 2450 МГц: контроль давления и температуры не требуется, объем подготовки проб большой, одновременно можно готовить только один образец, а время экстракции велико. Сверхкритическая флюидная экстракция (SCF)
Сверхкритическая жидкость (SCF) — это жидкость, температура и давление которой выше критической точки. Его собственными характеристиками являются: 1. Его коэффициент диффузии меньше, чем у газа, но на порядок выше, чем у жидкости; 2. Его вязкость близка к вязкости газа; 3. Ее плотность аналогична плотности жидкости, и небольшое изменение давления может привести к значительному изменению ее плотности; 4. Изменения давления или температуры могут привести к фазовым изменениям. Основной принцип: В сверхкритическом состоянии сверхкритическая жидкость контактирует с разделяемым веществом, так что она может избирательно извлекать компоненты полярности, температуры кипения и относительной молекулярной массы поочередно, а плотность и диэлектрическая проницаемость сверхкритической жидкости увеличиваются. с ростом давления замкнутой системы полярность увеличивается. Компоненты разной полярности можно извлечь шаг за шагом с помощью программного буста. Растворимость сверхкритического CO2: 1. Липофильные и низкокипящие компоненты можно экстрагировать при низком давлении (104 кПа); 2. Чем больше полярных групп имеет соединение, тем труднее его извлечь; 3. Чем выше относительная молекулярная масса соединения, тем труднее его извлечь. Модификатор CO2 является неполярным растворителем, и обычно для улучшения его растворимости в CO2 добавляют полярный растворитель, поэтому его называют модификатором. Чаще всего используют метанол, ацетон, этанол, этилацетат и др. Действие модификатора ограничено. Изменяя растворимость сверхкритической жидкости, это также ослабит эффект захвата экстракционной системы, что приведет к увеличению количества соэкстрактов, что может помешать аналитическому определению. Количество используемого модификатора должно быть небольшим, обычно не более 5%. Применение технологии сверхкритической флюидной экстракции имеет большие преимущества при экстракции природных веществ; его можно использовать в сочетании с ГХ, ИК, МС, ЖХ и т. д., чтобы стать эффективным аналитическим методом.
