Pentingnya pretreatment sampel
Perlakuan awal sampel merupakan langkah yang memakan waktu dan rawan kesalahan dalam analisis instrumental (terutama analisis kromatografi). Kualitas perlakuan sampel secara langsung mempengaruhi hasil akhir analisis kromatografi. Oleh karena itu, untuk meningkatkan efisiensi analisis dan penentuan, meningkatkan dan mengoptimalkan metode dan teknik preparasi sampel untuk analisis kromatografi merupakan isu penting. Karena beberapa sampel termasuk dalam sistem matriks yang kompleks, mengandung komponen seperti protein, minyak, karbohidrat, pigmen, dll., latar belakang matriks yang kompleks akan menyebabkan masalah besar pada ekstraksi, pemisahan, pemurnian, dan penentuan senyawa target yang akan dianalisis. Oleh karena itu, perlakuan awal sampel tidak hanya rumit dan sulit, namun juga memiliki peran yang menentukan dalam keakuratan, keandalan, dan sensitivitas hasil analisis.
Persentase konsumsi waktu pretreatment sampel
Untuk instrumen LC/MS/MS yang sangat sensitif, perlakuan awal sampel yang tepat sangat penting untuk mengurangi gangguan matriks dan memperkaya komponen.
Prinsip pretreatment sampel
Hindari perubahan kimia pada komponen selama persiapan; mencegah dan menghindari kontaminasi terhadap komponen yang telah ditentukan; meminimalkan masuknya senyawa yang tidak relevan ke dalam proses persiapan; dan buatlah sesederhana dan semudah mungkin.
Tujuan perlakuan awal sampel
Hapus partikel; mengurangi kotoran yang mengganggu; konsentrat komponen jejak; meningkatkan sensitivitas dan selektivitas deteksi; meningkatkan efek pemisahan; melindungi kolom dan instrumen kromatografi; penggantian pelarut.
Tren perkembangan pretreatment sampel
▶Perlakuan awal sampel yang umum meliputi: Metode pencernaan: metode menempatkan sampel dengan asam, oksidan, katalis, dll. dalam perangkat refluks atau perangkat tertutup, memanaskan dan menguraikan serta menghancurkan bahan organik. Metode pencernaan basah
1. Metode pencernaan asam nitrat (untuk sampel larutan berair yang lebih jernih) 2. Metode pencernaan asam nitrat-asam perklorat (pencernaan sampel yang mengandung bahan organik yang sulit teroksidasi) 3. Metode pencernaan asam nitrat-asam sulfat (asam nitrat: asam sulfat=5:2, sering menambahkan sedikit hidrogen peroksida) 4. Metode pencernaan asam sulfat-asam fosfat (membantu menghilangkan gangguan ion Fe3+ selama penentuan) 5. Metode pencernaan asam sulfat-kalium permanganat (umumnya digunakan untuk menentukan sampel larutan air raksa) 6. Metode pencernaan asam nitrat-hidrogen peroksida: Beberapa orang menggunakan metode ini untuk mencerna produk biologis untuk menentukan nitrogen, fosfor, kalium, boron , arsenik, fluor dan unsur lainnya 7. Metode pencernaan multi-komponen: Diperlukan sistem pencernaan tiga atau lebih asam atau oksidan. Metode abu kering (metode dekomposisi suhu tinggi)
1. Metode abu tidak menggunakan atau menggunakan sedikit reagen kimia untuk menguraikan sampel, dan dapat menangani sampel dengan berat lebih besar, sehingga bermanfaat untuk meningkatkan keakuratan penentuan unsur jejak. 2. Suhu pengabuan umumnya 450-550 derajat, yang tidak cocok untuk memproses sampel dengan komponen yang mudah menguap, dan waktu pengabuan juga relatif lama. 3. Sesuai dengan jenis sampel dan sifat komponen yang akan diukur, dipilih cawan lebur dan suhu pengabuan yang berbeda. Cawan lebur yang umum digunakan adalah kuarsa, platina, perak, nikel, besi, porselen, politetrafluoroetilen dan sifat lainnya. Prinsipnya adalah wadah tidak bereaksi dengan sampel dan stabil pada suhu pemrosesan. 4. Biasanya, tidak ada reagen lain yang ditambahkan ke sampel biologis pengabuan, tetapi untuk mendorong dekomposisi dan menghambat hilangnya penguapan unsur-unsur tertentu, sering kali ditambahkan zat pengabu tambahan dalam jumlah yang sesuai. Setelah sampel benar-benar menjadi abu, sampel dilarutkan dalam asam nitrat encer atau asam klorida untuk analisis dan penentuan.
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) lebih besar dari HLPC (3-10μm). Oleh karena itu, SPE hanya dapat digunakan untuk memisahkan senyawa dengan sifat retensi yang sangat berbeda. Teknologi SPE dengan efisiensi pemisahan rendah terutama digunakan untuk memproses sampel. Tujuan SPE adalah untuk menghilangkan zat yang mengganggu analisis selanjutnya dari sampel; memperkaya komponen jejak dan meningkatkan sensitivitas analitis; mengubah pelarut sampel agar sesuai dengan metode analisis; derivatisasi in-situ; sampel desalting; dan memfasilitasi penyimpanan dan pengangkutan sampel. Pemasangan kolom SPE: Ukuran partikel pengisi berbeda dengan pengisi kolom HLPC, dan selebihnya sama. Yang paling banyak digunakan adalah fase C18. Jenis pengisi ini sangat hidrofobik dan menunjukkan retensi sebagian besar bahan organik dalam fase air; bahan lain dengan selektivitas dan sifat retensi berbeda juga digunakan. Fasa SPE dengan gugus aktif atau dilapisi senyawa aktif dapat digunakan untuk menganalisis reaksi derivatisasi. Disk SPE: sangat mirip dengan filter membran. Ekstraktor disk adalah disk PTFE yang berisi bahan pengisi atau lembaran serat kaca yang diisi dengan bahan pengisi; pengisi menyumbang sekitar 60% hingga 90% dari total disk SPE, dan ketebalan disk sekitar 1mm. Perbedaan dari yang pertama adalah rasio ketebalan/diameter lapisan (L/d). Cocok untuk memperkaya jejak polutan dari air. Ekstraksi Mikro Fase Padat (SPME) Offline dan Online SPE Offline SPE 1. SPE dan analisis dilakukan secara independen, dan SPE hanya menyediakan sampel yang sesuai untuk analisis selanjutnya. 2. Untuk memastikan kontak yang cukup antara larutan sampel dan pengisi, aliran pelarut tidak boleh terlalu tinggi. 3. Dapat diselesaikan dengan instrumen otomatis. Instrumen SPE otomatis terdiri dari rak kolom, pompa pendorong, reservoir cairan, pipa dan pengolah sampel. SPE online juga dikenal sebagai teknologi pemurnian dan pengayaan online, yang terutama digunakan untuk pembentukan metode SPE analisis HLPC Tujuan pretreatment kolom: 1. Menghilangkan kotoran yang mungkin ada di pengisi; 2. Melarutkan bahan pengisi dan meningkatkan reprodusibilitas ekstraksi fasa padat Penambahan sampel 1. Untuk mencegah hilangnya analit, konsentrasi pelarut sampel tidak boleh terlalu tinggi; 2. Saat mengekstraksi dengan mekanisme fase terbalik, air atau buffer digunakan sebagai pelarut, dan jumlah pelarut organik tidak melebihi 10% (V/V); 3. Untuk mengatasi hilangnya analit selama penambahan sampel, dapat digunakan pelarut lemah untuk mengencerkan sampel, memperkecil volume sampel, menambah jumlah bahan pengisi pada kolom SPE, dan memilih adsorben yang memiliki retensi analit yang kuat. Elusi dan pengumpulan analit (kasus lain adalah pengotor tertahan saat analit melewati kolom) (Ekstraksi fase padat dengan media dispersi padat) 1. Untuk kolom ekstraksi fase terbalik, pelarut pembersihnya adalah air atau buffer yang mengandung bahan organik dengan konsentrasi yang sesuai pelarut; 2. Untuk menentukan konsentrasi dan volume pelarut pembersih yang optimal, tambahkan sampel ke kolom SPE, bersihkan dengan 5 hingga 10 kali volume alas kolom SPE, kumpulkan dan analisis efluen secara bergantian, dan dapatkan profil elusi pelarut pembersih untuk analit. Tingkatkan kekuatan pelarut pembersih secara bergantian, dan tentukan kekuatan dan volume pelarut pembersih yang sesuai sesuai dengan profil elusi analit pada kekuatan yang berbeda; 3. Tujuan elusi dan pengumpulan: untuk mengelusi analit secara menyeluruh dan mengumpulkannya dalam fraksi volume terkecil, sambil mempertahankan sebanyak mungkin pengotor yang tertahan lebih kuat daripada analit pada kolom SPE; 4. Untuk meningkatkan konsentrasi analit atau menyesuaikan sifat pelarut untuk analisis selanjutnya, fraksi analit yang dikumpulkan dapat dikeringkan dengan nitrogen dan kemudian dilarutkan dalam sejumlah kecil pelarut. Penerapan Analisis Lingkungan SPE 1. Konsentrasi analit dalam sampel lingkungan seperti air permukaan sangat rendah, dan analit harus diperkaya sebelum dianalisis. 2. Komposisi cairan biologis sangat kompleks dan mengandung protein dalam jumlah besar. Sebelum dianalisis, sampel perlu diberi perlakuan awal untuk menghilangkan proteinnya. Analisis obat Analisis klinis Analisis makanan dan minuman Ekstraksi mikro fase padat (SPME) Ekstraksi mikro fase padat mengintegrasikan "pengambilan sampel, ekstraksi, konsentrasi, dan injeksi" dan dapat digunakan bersama dengan kromatografi gas atau kromatografi cair kinerja tinggi untuk teknologi perlakuan awal sampel. Teori mikroekstraksi fase padat Teori kesetimbangan: Selama proses adsorpsi, kesetimbangan adsorpsi terbentuk antara fase padat dan cair atau gas. Dalam jangka waktu tertentu, karena lambatnya proses perpindahan massa, kesetimbangan belum tercapai sepenuhnya. Selektivitas ekstraksi bahan pelapis terutama bergantung pada kinerja bahan pelapis. Berdasarkan prinsip bahwa analit mudah diekstraksi dengan fase padat dengan polaritas yang sama, lapisan SPE yang sesuai dipilih. Zat yang paling umum digunakan untuk pelapis fase padat adalah polimetilsiloksan (PDMS) dan poliakrilat (PA), keduanya dapat digunakan untuk kromatografi gas dan kromatografi cair. Yang pertama banyak digunakan untuk senyawa non-polar seperti senyawa volatil, hidrokarbon aromatik polisiklik dan hidrokarbon aromatik, dan yang terakhir banyak digunakan untuk senyawa polar seperti triazin dan senyawa fenolik. Lapisan fase padat dapat dilapisi pada serat kuarsa dalam bentuk tidak terikat, terikat atau sebagian terikat silang. Menambahkan beberapa polimer pada lapisan dapat meningkatkan luas permukaan lapisan dan meningkatkan efisiensi SPME. 1. Polydimethylsiloxane-divinylbenzene (PDMS-DVB), digunakan untuk hidrokarbon aromatik dan senyawa volatil. 2. Polietilen glikol-divinilbenzena (CW-DVB), digunakan untuk senyawa polar seperti alkohol. 3. Resin templat polietilen glikol (CW-TPR), digunakan untuk surfaktan terionisasi 4. Serat kuarsa dilapisi dengan karbon hitam grafit, digunakan untuk menganalisis jejak polutan di air dan udara. 5. Penetapan metode carbon nanotube dan titanium dioxide nanotube 1. Menjaga konsistensi kondisi pengambilan sampel. 2. Faktor-faktor yang mempengaruhi pengambilan sampel meliputi waktu pengambilan sampel, suhu, kedalaman serat, dll. 3. Pertahankan hubungan linier antara nilai respons dan konsentrasi awal analit. Konsentrasi sampel tidak boleh terlalu tinggi dan volume sampel tidak boleh terlalu kecil, sehingga ekstraksi berada dalam rentang linier isoterm adsorpsi. 4. Menambahkan elektrolit ke dalam sampel dapat meningkatkan kekuatan ion larutan, sehingga mengurangi kelarutan analit dan meningkatkan efisiensi ekstraksi; mengubah pH sampel memiliki pengaruh yang lebih besar pada laju ekstraksi zat asam dan basa. Catatan: Efek penambahan garam dalam ekstraksi mikro terkadang berbeda dengan ekstraksi cair-cair konvensional, dan kondisi eksperimen perlu dioptimalkan. 5. Pengadukan dapat mempersingkat waktu ekstraksi. Ekstraksi gelombang mikro (MAE) Ekstraksi gelombang mikro memiliki waktu ekstraksi yang singkat, selektivitas yang baik, tingkat pemulihan yang tinggi, penggunaan reagen yang rendah, polusi yang rendah, dapat menggunakan air sebagai ekstraktan, dan dapat secara otomatis mengontrol kondisi persiapan sampel; aplikasinya lebih sedikit dan saat ini digunakan dalam ekstraksi hidrokarbon aromatik polisiklik, residu pestisida, senyawa organologam, bahan aktif dalam tanaman, zat berbahaya, logam dalam mineral, obat-obatan dalam darah, dan residu pestisida dalam sampel biologis. Prinsip dan karakteristik metode ekstraksi gelombang mikro Menyerap gelombang mikro (air, etanol, asam, alkali dan garam) Efisiensi ekstraksi gelombang mikro yang tinggi: 1. Aksi langsung gelombang mikro pada zat yang dipisahkan; 2. Lebih menguntungkan menggunakan pelarut polar daripada pelarut non-polar untuk ekstraksi gelombang mikro; 3. Penggunaan wadah tertutup memungkinkan ekstraksi gelombang mikro dilakukan pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada titik didih pelarut, sehingga secara signifikan meningkatkan efisiensi ekstraksi gelombang mikro. Pantulkan gelombang mikro (zat logam) Transmisi gelombang mikro (zat non-polar) Ekstraksi gelombang mikro peralatan dan metode (komponen utama adalah perangkat pemanas gelombang mikro yang diproduksi secara khusus, wadah ekstraksi, dan perangkat kontrol tekanan dan suhu yang dilengkapi sesuai dengan kebutuhan yang berbeda) Multi-rongga 2450MHz: Beberapa sampel dapat disiapkan sekaligus, mudah untuk mengontrol kondisi ekstraksi , dan ekstraksi cepat. Metode ekstraksi gelombang mikro konvensional: Campurkan pelarut polar atau campuran pelarut polar dan pelarut non-polar dengan sampel yang diekstraksi, masukkan ke dalam wadah preparasi sampel microwave, dan panaskan dalam sistem preparasi sampel microwave dalam keadaan tertutup. Kontrol tekanan atau suhu dan waktu ekstraksi sesuai dengan persyaratan komponen yang diekstraksi; pada akhir pemanasan, saring sampel, dan filtrat diukur secara langsung, atau diukur setelah perlakuan yang sesuai. Dalam keadaan normal, waktu pemanasan ekstraksi gelombang mikro adalah sekitar 5 hingga 10 menit. Total volume pelarut ekstraksi dan sampel tidak boleh melebihi 1/3 volume cangkir persiapan sampel. Pemfokusan mode tunggal 2450MHz: Tidak diperlukan kontrol tekanan dan suhu, volume persiapan sampel besar, hanya satu sampel yang dapat disiapkan dalam satu waktu, dan waktu ekstraksi lama. Ekstraksi cairan superkritis (SCF)
Fluida superkritis (SCF) adalah fluida yang suhu dan tekanannya lebih tinggi dari titik kritis. Ciri-cirinya sendiri adalah: 1. Koefisien difusinya lebih kecil dari pada gas, tetapi satu tingkat lebih tinggi dari pada cairan; 2. Viskositasnya mendekati gas; 3. Massa jenisnya mirip dengan massa jenis zat cair, dan sedikit perubahan tekanan dapat menyebabkan perubahan massa jenis yang signifikan; 4. Perubahan tekanan atau suhu dapat menyebabkan perubahan fasa. Prinsip dasar Dalam keadaan superkritis, fluida superkritis dikontakkan dengan zat yang akan dipisahkan, sehingga secara selektif dapat mengekstrak komponen polaritas, titik didih dan massa molekul relatif secara bergantian, serta densitas dan konstanta dielektrik dari fluida superkritis meningkat. dengan peningkatan tekanan sistem tertutup, dan polaritas meningkat. Komponen polaritas yang berbeda dapat diekstraksi langkah demi langkah dengan menggunakan program boost. Kelarutan CO2 superkritis: 1. Komponen lipofilik dan titik didih rendah dapat diekstraksi pada tekanan rendah (104kPa); 2. Semakin banyak gugus polar yang dimiliki suatu senyawa, semakin sulit untuk mengekstraksinya; 3. Semakin tinggi massa molekul relatif suatu senyawa, semakin sulit untuk mengekstraknya. Pengubah CO2 merupakan pelarut non polar, dan umumnya pelarut polar ditambahkan untuk meningkatkan kelarutannya dalam CO2, sehingga disebut pengubah. Yang lebih umum digunakan adalah metanol, aseton, etanol, etil asetat, dll. Efek pengubah terbatas. Selain mengubah kelarutan fluida superkritis, hal ini juga akan melemahkan efek penangkapan sistem ekstraksi, yang mengakibatkan peningkatan ko-ekstrak, yang dapat mengganggu penentuan analitis. Jumlah pengubah yang digunakan harus sedikit, umumnya tidak melebihi 5%. Penerapan teknologi ekstraksi fluida superkritis memiliki keuntungan besar dalam ekstraksi bahan alami; ini dapat digunakan bersama dengan GC, IR, MS, LC, dll. untuk menjadi metode analisis yang efisien.
