La extracción en fase sólida (extracción en fase sólida) consiste en utilizar adsorbentes sólidos para adsorber compuestos objetivo en muestras líquidas, separarlos de la matriz de la muestra y los compuestos de interferencia, y luego eluirlos o calentarlos con eluyentes para lograr el propósito de separar y enriquecer los compuestos objetivo.

En comparación con la extracción líquido - líquido, la extracción en fase sólida tiene muchas ventajas: la extracción en fase sólida no requiere una gran cantidad de disolventes indisolubles, no produce emulsión durante el proceso de tratamiento, utiliza adsorbentes altamente selectivos (fase sólida), puede reducir significativamente la cantidad de disolvente, simplificar la muestra en el proceso de tratamiento y, al mismo tiempo, reducir los costos. En términos generales, el tiempo necesario para la extracción en fase sólida es 1 / 2 de la extracción líquido - líquido, y el costo es 1 / 5 de la extracción líquido - líquido. La desventaja es que la tasa de recuperación y precisión del compuesto objetivo es menor que la extracción líquido - líquido.

I. Modo y principio de extracción en fase sólida

La extracción en fase sólida es esencialmente una separación por cromatografía líquida, cuyo modo principal de separación es el mismo que la cromatografía líquida, que se puede dividir en fases positivas (la polar del adsorbente es mayor que la Polar del eluido), fase inversa (la polar del adsorbente es menor que la Polar del eluido), intercambio de iones y adsorción. Los adsorbentes utilizados en la extracción en fase sólida también son los mismos que las fases fijas comunes en la cromatografía líquida, pero son diferentes en tamaño de partícula.

Los adsorbentes utilizados en la extracción en fase sólida positiva son polares y se utilizan para extraer (conservar) sustancias polares. La forma en que el compuesto objetivo se mantiene en el adsorbente durante la extracción en fase positiva depende de la interacción entre el grupo funcional polar del compuesto objetivo y el grupo funcional polar en la superficie del adsorbente, que incluye el enlace de hidrógeno, la interacción del enlace Pi - pi, la interacción dipolo - dipolo y la interacción dipolo - dipolo inducido y otras interacciones polares - polares. La extracción en fase sólida de fase positiva puede absorber compuestos polares de muestras de disolventes no polares.

Los adsorbentes utilizados en la extracción en fase sólida de fase inversa suelen ser no polares o polares débiles, y los compuestos objetivo extraídos suelen ser compuestos polares moderados a no polares. La interacción entre el compuesto objetivo y el adsorbente es una interacción hidrofóbica, principalmente una interacción no polar - No polar, una fuerza de Van der Waal o una fuerza de dispersión.

El adsorbente utilizado en la extracción en fase sólida de intercambio de iones es una resina de intercambio de iones con carga eléctrica, el compuesto objetivo extraído es un compuesto con carga eléctrica, y la interacción entre el compuesto objetivo y el adsorbente es una atracción estática.

La selección de adsorbentes (fases fijas) en la extracción en fase sólida se basa principalmente en las propiedades del compuesto objetivo y las propiedades de la matriz de la muestra (es decir, el disolvente de la muestra). Cuando la Polar del compuesto objetivo es muy similar a la del adsorbente, se puede obtener una mejor retención (mejor adsorción) del compuesto objetivo. Cuanto más similares sean las polaridades de los dos, mejor será la retención (es decir, mejor adsorción), por lo que trate de elegir adsorbentes similares a las polaridades del compuesto objetivo. Por ejemplo: al extraer hidrocarburos (no polares), se utiliza la extracción en fase sólida en fase inversa (en este momento es un adsorbente no polar). Cuando la Polar del compuesto objetivo es moderada, se puede utilizar la extracción en fase sólida positiva y inversa. La selección del adsorbente también está limitada por la intensidad del disolvente de la muestra (es decir, la intensidad de elución).

La resistencia del disolvente de la muestra debe ser débil en comparación con este adsorbente, y el disolvente débil aumentará la retención (adsorción) del compuesto objetivo en el adsorbente. El orden de la intensidad del disolvente en la extracción en fase sólida positiva y inversa es diferente (véase la figura 3 - 13). Si la intensidad del disolvente de la muestra es demasiado fuerte, el compuesto objetivo no se conservará (adsorbirá) o se conservará muy débil. Por ejemplo: la extracción en fase sólida en fase inversa no es adecuada cuando el disolvente de la muestra es N - hexano, porque la extracción en fase sólida en fase inversa es un disolvente fuerte (véase la figura 3 - 13), y el compuesto objetivo no se adsorberá al adsorbente; La extracción en fase sólida de fase inversa se puede utilizar cuando el disolvente de la muestra es agua, ya que el agua es un disolvente débil para la extracción en fase sólida de fase inversa y no afecta la adsorción del compuesto objetivo en el adsorbente.

La extracción en fase sólida también debe tener en cuenta los siguientes puntos al seleccionar el modo de separación y el adsorbente:

1. la disolución del compuesto objetivo en un disolvente polar o no polar, que implica principalmente la elección del eluido.

2. existe la posibilidad de ionizar el compuesto objetivo (se puede ajustar el pH para lograr la ionización), determinando así si se utiliza extracción en fase sólida de intercambio de iones.

¿3. ¿ es posible que el compuesto objetivo forme un enlace covalente con el adsorbente, si se forma un enlace covalente, puede tener problemas al eluir?

4. el grado de competencia entre el compuesto no objetivo y el compuesto objetivo en el punto de adsorción del adsorbente está relacionado con si el compuesto objetivo y el compuesto de interferencia pueden separarse bien.

II. Adsorbentes comúnmente utilizados en la extracción en fase sólida (fase fija)

Dado que la extracción en fase sólida es esencialmente una separación de la cromatografía líquida, en principio, los materiales que se pueden utilizar como rellenos de columnas de Cromatografía líquida se pueden utilizar para la extracción en fase sólida. Sin embargo, debido a que la presión de la columna de la Cromatografía líquida puede ser más alta y requiere una mayor eficiencia de la columna, los requisitos de tamaño de partícula de su relleno son más estrictos. en el pasado, se utilizaban rellenos de tamaño de partícula de 10 micras, pero ahora la columna utiliza más rellenos de 5 micras, e incluso rellenos de 3 micras (con el aumento de la presión de la bomba de alto rendimiento, el tamaño de partícula del relleno disminuye gradualmente). Los requisitos para la distribución del tamaño de las partículas de los rellenos también son muy estrechos. La presión en la columna de extracción en fase sólida generalmente no es grande, el propósito de la separación es separar el compuesto objetivo del compuesto de interferencia y la matriz, y los requisitos de eficiencia de la columna generalmente no son altos, por lo que el relleno como adsorbente de extracción en fase sólida es más grueso, generalmente disponible a 40 micras, y Los requisitos de distribución del tamaño de las partículas no son estrictos, lo que puede reducir en gran medida el costo de la columna de extracción en fase sólida. Los tipos y usos de los adsorbentes comúnmente utilizados en la extracción en fase sólida se refieren a la Tabla 3 - 4.

3. Dispositivo y procedimiento de operación de extracción en fase sólida

El dispositivo de extracción en fase sólida más simple es una pequeña columna de varios milímetros de diámetro (figura 3 - 14). la pequeña columna puede ser de vidrio o de plástico como polipropileno, polietileno y ptfe, o puede estar hecha de acero inoxidable. En el extremo inferior de la pequeña columna hay una placa de tamiz sinterizada con un tamaño de Poro de 20 micras para apoyar el adsorbente. Por ejemplo, cuando las columnas de extracción en fase sólida caseras no tienen una placa de tamiz sinterizada adecuada, también se puede reemplazar la placa de tamiz con algodón de vidrio, que desempeña un papel que no sólo puede apoyar el adsorbente sólido, sino también permitir que el líquido fluya. Llene la placa de tamiz con una cierta cantidad de adsorbente (100 131 a 1000 131, según sea necesario), y luego agregue una placa de tamiz al adsorbente para evitar que el lecho de la columna se rompa al agregar la muestra (también se puede reemplazar por algodón de vidrio cuando no hay placa de tamiz). En la actualidad, se han vendido pequeñas columnas de extracción en fase sólida de varias especificaciones que contienen varios adsorbentes, que son muy convenientes de usar (figura 3 - 15).

Los procedimientos generales de operación de la extracción en fase sólida son los siguientes:

1. adsorbente activado: las columnas de extracción en fase sólida deben lavarse con un disolvente adecuado antes de extraer la muestra para que el adsorbente se mantenga húmedo y pueda absorber el compuesto objetivo o el compuesto de interferencia. Los diferentes modos de disolvente para la activación de columnas pequeñas de extracción en fase sólida son diferentes:

(1) adsorbentes polares débiles o no polares utilizados en la extracción en fase sólida de fase inversa, generalmente eluidos con disolventes orgánicos solubles en agua, como metanol, y luego con agua o solución tampón. También se puede lavar con un fuerte disolvente, como el hexano, antes de enjuagar con metanol para eliminar las impurezas adsorbidas en el adsorbente y su interferencia con el compuesto objetivo.

(2) el adsorbente polar utilizado en la extracción en fase sólida de fase positiva generalmente se eluye con el disolvente orgánico (matriz de muestra) donde se encuentra el compuesto objetivo.

(3) adsorbentes utilizados en la extracción en fase sólida de intercambio de iones, cuando se utilizan muestras en disolventes orgánicos no polares, se pueden lavar con disolventes de muestra; Cuando se utilizan muestras en disolventes polares, se pueden lavar con disolventes orgánicos solubles en agua y luego con una solución acuosa con un valor de pH adecuado y que contiene ciertos disolventes orgánicos y sales.

Para que el adsorbente en la columna de extracción en fase sólida pueda mantenerse húmedo después de la activación hasta que se agregue la muestra, se debe mantener alrededor de 1 ml de disolvente para el tratamiento de activación sobre el adsorbente después del tratamiento de activación.

2. muestra superior: vierte la muestra sólida líquida o disuelta en la columna de extracción en fase sólida activada y luego utiliza el método de vacío (figura 3 - 16), presión (figura 3 - 17) o centrifugación (figura 3 - 18) para que la muestra entre en el adsorbente.

3. lavado y elución: después de que la muestra entra en el adsorbente y el compuesto objetivo se adsorbe, el compuesto de interferencia de retención débil se puede lavar primero con un disolvente débil, y luego el compuesto objetivo se eluye con un disolvente fuerte y se recoge. La elución y la elución, como se mencionó anteriormente, pueden utilizar métodos de bombeo al vacío, presurización o centrifugación para que la elución o elución fluya a través del adsorbente.

Si al seleccionar el adsorbente se opta por un adsorbente con una adsorción débil o no adsorbente del compuesto objetivo, mientras que el adsorbente con una fuerte adsorción del compuesto de interferencia, también se puede dejar que el compuesto objetivo se eluya primero y se recoja, manteniendo (adsorbiendo) el compuesto de interferencia en el adsorbente, y los dos se separan. La figura 3 - 19 muestra un diagrama esquemático de los dos métodos. En la mayoría de los casos, el compuesto objetivo se mantiene en el adsorbente y se eluye más tarde con un fuerte disolvente, lo que favorece la purificación de la muestra. La figura 3 - 20 muestra la extracción en fase sólida.

Diagrama esquemático del procedimiento general adoptado.

Para facilitar el uso de la extracción en fase sólida, muchos fabricantes, además de producir varias especificaciones y modelos de columnas de extracción en fase sólida, también han desarrollado muchos dispositivos de extracción en fase sólida, lo que hace que la extracción en fase sólida sea más conveniente y sencilla de usar. Por ejemplo, la compañía superpelco proporciona un tapón de tratamiento de un solo tubo para presurizar una sola columna de extracción en fase sólida (figura 3 - 21), que se puede utilizar fácilmente con la columna de extracción en fase sólida. Por ejemplo, para que varias columnas de extracción en fase sólida puedan ser bombeadas al vacío al mismo tiempo, superpelco proporciona un dispositivo de múltiples colectores al vacío de 12 y 24 poros (figura 3 - 22), que puede procesar varias columnas de extracción en fase sólida al mismo tiempo. El Instituto de física química de Dalian de la Academia China de Ciencias y el Centro Nacional de investigación y análisis cromatográfico también han desarrollado un dispositivo de extracción en fase sólida al vacío.

La figura 3 - 23 muestra el diagrama de flujo de cómo seleccionar el modo de extracción en fase sólida en función de las propiedades de la matriz (disolvente), el compuesto objetivo y el compuesto de interferencia de la muestra.

4. Microextracción en fase sólida (sólida fase micro - extracción spme)

La microextracción en fase sólida es una nueva tecnología de separación de extracción desarrollada sobre la base de la extracción en fase sólida. en comparación con la extracción líquido - líquido y la extracción en fase sólida, tiene ventajas como corto tiempo de operación, pequeño tamaño de muestra y sin necesidad de disolventes de extracción, y es adecuada para analizar sustancias volátiles y no volátiles, con buena reproducibilidad. Muchos resultados de la investigación muestran que la reproducibilidad y precisión son muy buenas al agregar el estándar interno adecuado a la muestra para el análisis cuantitativo. El dispositivo de microextracción en fase sólida tiene la forma de un micromuestreador, compuesto por un mango (holder) y una cabeza de extracción o una cabeza de fibra (fiber), que es una fibra fundida de 1 cm de largo recubierta con diferentes adsorbentes, conectada a un alambre de acero inoxidable, cubierta con un tubo de acero inoxidable fino (protección de la fibra de cuarzo contra la rotura), la cabeza de fibra se puede expandir o entrar y salir dentro del tubo de acero, y el tubo de acero inoxidable fino puede penetrar en juntas de caucho o plástico para tomar muestras o tomar muestras. El mango se utiliza para instalar o fijar la cabeza de extracción y se puede usar para siempre (figura 3 - 24)

La clave de la microextracción en fase sólida radica en la selección de recubrimientos (adsorbentes) en fibras no de cuarzo, para que los compuestos objetivo puedan adsorberse en los recubrimientos, mientras que los compuestos de interferencia y los disolventes no absorben, generalmente: los compuestos objetivo son recubrimientos no polares cuando no son polares; El compuesto objetivo es el recubrimiento polar seleccionado cuando es polar.

El método de muestreo de microextracción en fase sólida es insertar la aguja de microextracción en fase sólida (manga de acero inoxidable) a través de la almohadilla de sellado del frasco de muestra en el frasco de muestra. A continuación, se introduce la cabeza de extracción, que se sumerge en la muestra (método de inmersión) o se coloca en el espacio superior de la muestra (método espacio superior) para la extracción. El tiempo de extracción es de unos 2 - 30 minutos, sujeto al equilibrio de adsorción del compuesto objetivo. Retire la cabeza de extracción más tarde y retire el tubo de la aguja (figura 3 - 25).

La microextracción en fase sólida se puede utilizar en la cromatografía de gases o en la Cromatografía líquida (figura 3 - 25). Cuando se utiliza para gc, el tubo de aguja de microextracción en fase sólida (manga de acero inoxidable) se inserta en la entrada de la muestra de gc, se empuja el mango de la mano, se extiende la cabeza de la fibra, se utiliza el compuesto objetivo de pirólisis y absorción a alta temperatura de la entrada de la muestra, y después de la desorción, el gas portador se lleva a la columna de cromatografía. En el caso de la clar, el tubo de aguja de microextracción en fase sólida (manga de acero inoxidable) se inserta en el tanque de desorción de la interfaz de microextracción en fase sólida / clar, y luego se comunica con el flujo de la clar para eluir el compuesto objetivo a través del tanque de desorción y llevar el compuesto objetivo a la columna cromatográfica.