انواع روش‌ های استخراج فاز جامد

استخراج فاز جامد از کروماتوگرافی

بیشتر بخوانید: تفاوت XRD و XRF

استخراج فاز جامد از کروماتوگرافی معمولی مشتق شده است که در آن از یک محیط جاذب برای جدا‌سازی نمونه‌ها بر اساس اختلاف در برقراری تعادل با محیط جاذب استفاده شده است.

تاریخچه استخراج فاز جامد حداقل به اوایل دهه‌ی ۱۹۷۰بر می‌گردد که در آن زمان ستون‌های انباشته شده با ذرات رزین XAD روهم و هاسبه منظور تغلیظ غلظت‌های بسیار کمی از آلایند‌ه‌های آلی موجود در آب مورد استفاده قرار گرفتند.

اما آلومینا و SDS چندین سال قبل از ۱۹۷۰ به منظور تغلیظ مواد آلی حل شده پیش از انجام آنالیز مورد استفاده قرار گرفته بودند.

در سال ۱۹۳۰ سیلیکا، فلوریسیل و خاک های دیاتومه به عنوان جاذب‌های جامد برای تغلیظ نمونه‌های ‌به‌کار گرفته شدند.

رزین XAD که به صورت کارتریج نیز استفاده شده، شیمیدان‌ های بالینی در سال ۱۹۷۲ از آن ها برای استخراج داروها از سیال های بیولوژیک استفاده کردند.

در سال ۱۹۸۰، شرکت‌ های تولید‌کننده فازهای جامد، مواد پرکننده متنوع با ستون ‌هایی به اشکال متفاوت را به بازار عرضه کردند. پس از این تاریخ جاذب ‌های ترکیبی برای آنالیز داروها معرفی شدند. تحقیقات جدید در استخراج فاز جامد به سمت استفاده از دیسک‌ها، میکروفیبرها و خودکارسازی بسیاری از محصولات استخراج فاز جامد سوق پیدا کرده است.

بررسی استخراج فاز جامد و استخراج مایع-مایع

هدف از استخراج مایع-مایع انتقال مواد حل شده‌ی مورد نظر از فاز مایع دیگری است که غیر قابل امتزاج است و عمدتاً مواد حل شده از محلولی آبی با حجم بیشتر به درون حلالی آلی با حجم کمتر استخراج می ‌شود.

معمولاً استخراج مایع-مایع تجزیه‌ای در یک قیف جدا کننده انجام می‌شود، به طوری‌که پس از انجام استخراج، جدا‌سازی دو مایع امکان‌پذیر است و مایع استخراج‌کننده سنگین‌تر و یا سبک‌تر از آب است.

فراینده انتقال در استخراج مایع-مایع تعادلی می‌باشد. یکی از مشکلات اصلی در استخراج مایع-مایع ایجاد محلول امولسیون است که خیلی آهسته از بین می‌رود یا اصلاً از بین نمی‌رود.

اگر چه SPE را می‌توان در تعادلی ناپیوسته شبیه به آنچه که در استخراج مایع-مایع به کار می‌رود نیز انجام داد، اما روش متداول تر استفاده از یک لوله (ستون) کوچک یا کارتریجی است که از ذرات جامد انباشته است، نمونه‌ی مایع در طی عبور از ستون، با ذرات جامد کاملا در تماس قرامی‌گیرد که در اثر این عمل، تعادل سریعاً بر قرار شده، تغلیظ آنالیت روی فاز جامد امکان‌پذیر می‌گردد.

بر خلاف استخراج نا پیوسته که در آن مواد حل شده دارای یک تعادل یکتایی بین دو فاز می‌باشد، هنگامی که استخراج فاز جامد با یک ستون کوچک انباشته انجام می‌شود، تعادل‌های چند‌گانه موثری وجود خواهند داشت.

این پدیده بد‌این دلیل است که مواد حل شده با عبور از ستون به طور پیوسته با ذارات تازه‌ای مواجه می شوند. بنابراین انتظار می‌رود که در مقایسه با استخراج‌های ناپیوسته مایع-مایع، در ستون های SPE درصد استخراج بیشتر باشد.

معمولاً برای اندازه‌گیری نهایی، انتقال آنالیت‌ها از ذرات جامد به فاز مایع ضرورت پیدا می‌کند؛ شیمی این مرحله، به نوع آنالیت‌ها و جامدات استخراج کننده مورد استفاده بستگی خواهد داشت. معمولاً ترکیبات آلی را می توان بوسیله حجم کمی (کمتر از یک میلی لیتر) از یک حلال آلی از یک ستون کوچک SPE شویش داد.

بیشتر بخوانید: انواع ستون های کروماتوگرافی

مراحل استفاده از فاز جامد

آماده سازی فاز جامد

این مرحله برای آماده کردن فاز جامد برای بر همکنش‌های کامل و تکرار پذیر با نمونه صورت می گیرد. ابتدا فاز جامد با یک حلال مناسب شسته می شود تا با مرطوب شدن سطح جاذب، زنجیره های الکیلی، به وسیله ملکول‌های حلال سولواته شده، از حالت واپیچیده و جمع شده خارج شوند. سپس فاز جامد تحت تاثیر یک محلول شبیه محلول نمونه قرار می‌گیرد؛ این عمل تماس کامل بین آنالیت و سطح جاذب را در مراحل بعد، امکان پذیر می سازد. مثلا برای آماده سازی یک فاز جامد حامل ۱۸ C، ابتدا آن را با متانول و سپس با آب شسته می‌شود.

استخراج آنالیت

با عبور محلول نمونه از درون فاز جامد، آنالیت روی سطح آن جذب می‌شود. برای جذب کامل و گزینش پذیر آنالیت روی فاز جامد، باید شرایط محلول نمونه مانند pH، قطبیت و عوامل دیگر کاملاً مناسب باشد.

شستشوی مزاحمت ها

در این مرحله با عبور یک محلول مناسب از فاز جامد، مزاحمت های احتمالی که همراه آنالیت باز داده شده‌اند، از فاز جامد شسته می شوند؛ حلال یا محلول مورد نظر باید طوری انتخاب شود که هیچ اثری بر جذب آنالیت نداشته باشد.

شویش آنالیت

با عبور یک حلال یا محلول مناسب، آنالیت جذب شده روی فاز جامد، شسته شده، جمع‌آوری می‌گردد. حلال یا محلول باید طوری انتخاب شود که علاوه بر بازیابی کامل آنالیت با استفاده از حداقل مقدار آن، در مرحله‌ی اندازه گیری ایجاد مزاحمت نکند و یا به سادگی از سیستم حذف شود.

مکانیسم برهمنکش آنالیت – جاذب

برای طراحی یک روش استخراج فاز جامد و انتخاب یک جاذب مناسب، باید ویژگی‌های آنالیت و بافت آن و همچنین مکانیسم برهمنکش بین آنالیت، بافت و جاذب را به دقت بررسی نمود. نیروهای متفاوت بین اتم ها و مولکول‌ها، برهمنکش های متفاوتی را بین آنالیت و جاذب ایجاد می کنند که از این میان می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• بر همکنش‌های واندروالسی

• نیروهای آب گریز

• بر همکنش های قطبی

• بر همکنش های الکترواستاتیکی

• پیوندهای کووالانسی

• پیوند های کئوردیناسیون

بیشتر بخوانید: آشنایی با روش کچرز

عوامل مؤثر بر استخراج فاز جامد

pH محلول: برای جذب کامل مزاحمت ها‌ی استخراج انتخابی آنالیت‌ها باید بهینه سازی شود.

نوع حلال: بسته به نوع آنالیت برای جداسازی حلال های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.

حجم جذب و واجذبی نمونه: هر چه مقدار جذب آنالیت با جاذب مساوی باشد، به عبارتی مقدار آنالیت جذبی با مقدار واجذبی آن با جاذب برابر باشد، مقدار بازده ی استخراج بیشتر می‌شود. واجذب آنالیت از فاز جاذب با حرارت یا حلال امکان پذیر است.

جاذب‌های پلیمری

پلیمرهای آلی متخلخل دارای مزایایی نسبت به سیلیکای فاز پیوندی و کربن فعال برای استخراج فاز جامد می‌باشند، زیرا:

• ذرات پلیمری آلی را می توان در محدوده ی تمام pH ها به کار برد.

• دارای مساحت بیشتری نسبت به ذرات سیلیکای فاز پیوندی هستند.

• جذب آنالیت های آلی با آن ها کامل تر انجام می شود.

• نمونه ی جذب شده به ذرات پلیمری آلی با مقدار کمی از یک حلال آلی به راحتی شویش می شود.

نوعی از این پلیمرها که بیشتر استفاده می شود، پلی دی وینیل بنزن است. همچنین پلیمرهای قالب مولکولی در ۱۹۹۸ کشف شد.

این مولکول به شکل خاصی می باشد که آنالیت ها در داخل آن قرار می گیرند. هر کدام از پلیمرها آنالیت های خاص را جذب می کنند که اساس کار پلیمرهای قالب مولکولی می باشد.

بیشتر بخوانید: آنالیز پارامترهای گازهای خروجی از دودکش

ویژگی های پلیمرهای قالب مولکولی عبارتند از :

به آسانی تهیه می شوند

پایداری شیمیایی و دمای بالا دارند

امکان تهیه آنها در اشکال مختلف و تهیه  آنها در شرایط متفاوت وجود دارد

برای ترکیبات بیومولکولی می توان از آن‌ها استفاده کرد

امکان نگه‌ داری آنها برای مدت زمان طولانی، بدون هیچ تغییر در خواص شیمیای و فیزیکی وجود دارد

کاربردهای استخراج فاز جامد

ارزیابی واقعی هر روش تجزیه‌ای به این صورت است که آن روش برای آنالیزهای عملی با چه کیفیتی عمل می‌کند، زیرا ممکن است کنترل نمونه های مورد استفاده بسیار پیچیده‌تر و مشکل تر از نمونه های تمیز و ایده آلی باشد که ارزیابی اولیه‌ی روش تجزیه ای به کار می‌روند.

اهمیت آماده سازی نمونه در کل فرایند تجزیه ای به خوبی معلوم شده است. ضرورت انجام تعداد زیادی از آنالیز‌ها به صورت سریع و موثر در بخش هایی مثل بررسی دارو و پروژه های مربوط به ژن به چشم می‌خورد. استخراج فاز جامد غالباً یک جز اساسی در آنالیز های سریع است. عملکرد بسیار عالی SPE در نمونه‌های واقعی با تعداد زیادی از کاربرد های عملی تایید شده است که در اینجا به طور خلاصه به آنها پرداخته ‌می‌شود.

بیشتر بخوانید: اندازه گیری ذرات زیست محیطی

 مزایای روش SPE

کاهش مصرف حلال آلی

انعطاف پذیری در انتخاب فاز جامد

امکان تغلیظ نمونه ی رقیق شده

فاکتور پیش تغلیظ بالا

بازیابی بالا

تکرارپذیری خوب

زمان استخراج نمونه کوتاه است

استخراج ها با تخلیص خوبی انجام می شوند

کم هزینه است

با آنالیزهای کروماتوگرافی سازگار است