Näytteen esikäsittelyn merkitys
Näytteen esikäsittely on aikaa vievä ja virhealtis vaihe instrumentaalisessa analyysissä (erityisesti kromatografisessa analyysissä). Näytteen käsittelyn laatu vaikuttaa suoraan kromatografisen analyysin lopputulokseen. Siksi analyysin ja määrityksen tehokkuuden parantamiseksi näytteen valmistusmenetelmien ja kromatografisen analyysin tekniikoiden parantaminen ja optimointi on tärkeä kysymys. Koska jotkut näytteet kuuluvat monimutkaisiin matriisijärjestelmiin, jotka sisältävät komponentteja, kuten proteiineja, öljyjä, hiilihydraatteja, pigmenttejä jne., monimutkainen matriisi tausta aiheuttaa suuria ongelmia analysoitavien kohdeyhdisteiden uuttamisessa, erottamisessa, puhdistuksessa ja määrittämisessä. Siksi näytteiden esikäsittely ei ole vain monimutkaista ja vaikeaa, vaan sillä on myös ratkaiseva rooli analyysitulosten tarkkuudessa, luotettavuudessa ja herkkyydessä.
Näytteen esikäsittelyn ajan kulutuksen prosenttiosuus
Erittäin herkkien LC/MS/MS-instrumenttien kohdalla asianmukainen näytteen esikäsittely on ratkaisevan tärkeää matriisihäiriöiden vähentämiseksi ja komponenttien rikastamiseksi.
Näytteiden esikäsittelyn periaatteet
Vältä komponenttien kemiallisia muutoksia valmistuksen aikana; ennalta määritettyjen komponenttien saastumisen ehkäiseminen ja välttäminen; minimoi epäolennaisten yhdisteiden joutuminen valmistusprosessiin; ja tehdä siitä mahdollisimman yksinkertainen ja helppo.
Näytteen esikäsittelyn tarkoitus
Poista hiukkaset; vähentää häiritseviä epäpuhtauksia; keskittyä jäljittää komponentit; parantaa havaitsemisherkkyyttä ja selektiivisyyttä; parantaa erotusvaikutusta; kromatografisten pylväiden ja instrumenttien suojaaminen; liuottimen korvaaminen.
Näytteiden esikäsittelyn kehitystrendi
▶Yleinen näytteen esikäsittely sisältää: Digestiomenetelmä: menetelmä, jossa näyte laitetaan hapon, hapettimen, katalyytin jne. kanssa palautusjäähdytyslaitteeseen tai suljettuun laitteeseen, lämmitetään ja hajotetaan ja tuhotaan orgaanista ainetta. Märkäsulatusmenetelmä
1. Typpihappohajotusmenetelmä (kirkkaammille vesiliuosnäytteille) 2. Typpihappo-perkloorihappohajotusmenetelmä (vaikeasti hapettuvaa orgaanista ainetta sisältävien näytteiden pilkkominen) 3. Typpihappo-rikkihappohajotusmenetelmä (typpihappo: rikkihappo=5:2, usein lisäämällä pieni määrä vetyperoksidia) 4. Rikkihappo-fosforihappohajotusmenetelmä (auttaa eliminoi Fe3+-ionien häiriö määrityksen aikana) 5. Rikkihappo-kaliumpermanganaattihajotusmenetelmä (käytetään yleisesti elohopean vesiliuosnäytteiden määrittämiseen) 6. Typpihappo-vetyperoksidihajotusmenetelmä: Jotkut ihmiset käyttävät tätä menetelmää hajottaa biologisia tuotteita typen, fosforin, kaliumin, boorin, arseenin, fluorin ja muiden alkuaineiden määrittämiseksi 7. Monikomponenttinen mädätysmenetelmä: vaaditaan kolmen tai useamman hapon tai hapettimen mädätysjärjestelmä. Kuivatuhkamenetelmä (korkean lämpötilan hajoamismenetelmä)
1. Tuhkamenetelmässä ei käytetä tai käytetään pieniä määriä kemiallisia reagensseja näytteiden hajottamiseen, ja se pystyy käsittelemään suurempia punnitusnäytteitä, joten on hyödyllistä parantaa hivenainemäärityksen tarkkuutta. 2. Polttolämpötila on yleensä 450-550 astetta, mikä ei sovellu haihtuvia komponentteja sisältävien näytteiden käsittelyyn, ja myös polttoaika on suhteellisen pitkä. 3. Näytteen tyypin ja mitattavien komponenttien ominaisuuksien mukaan valitaan erilaiset upokkaat ja polttolämpötilat. Yleisesti käytettyjä upokkaita ovat kvartsi, platina, hopea, nikkeli, rauta, posliini, polytetrafluorieteeni ja muut ominaisuudet. Periaate on, että upokas ei reagoi näytteen kanssa ja on stabiili käsittelylämpötilassa. 4. Polttobiologisiin näytteisiin ei yleensä lisätä muita reagensseja, mutta hajoamisen edistämiseksi ja tiettyjen alkuaineiden haihtumishäviön estämiseksi lisätään usein sopiva määrä apupolttoainetta. Kun näyte on täysin tuhkautunut, se liuotetaan laimeaan typpihappoon tai suolahappoon analysointia ja määritystä varten.
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 μm) on suurempi kuin HLPC (3-10 μm). Siksi SPE:tä voidaan käyttää vain sellaisten yhdisteiden erottamiseen, joilla on hyvin erilaiset retentio-ominaisuudet. SPE-tekniikkaa, jolla on alhainen erotustehokkuus, käytetään pääasiassa näytteiden käsittelyyn. SPE:n tarkoituksena on poistaa näytteestä aineet, jotka häiritsevät myöhempää analysointia; rikastaa hivenaineosia ja parantaa analyyttistä herkkyyttä; vaihda näytteen liuotin vastaamaan analyysimenetelmää; in situ -johdannainen; näyte suolanpoisto; ja helpottaa näytteiden varastointia ja kuljetusta. Asennus SPE-kolonni: Täyteaineen hiukkaskoko eroaa HLPC-kolonnin täyteaineesta, ja loput ovat samat. Eniten käytetty on C18-vaihe. Tämän tyyppinen täyteaine on erittäin hydrofobinen ja osoittaa useimpien orgaanisten aineiden pidättymistä vesifaasissa; käytetään myös muita materiaaleja, joilla on erilaiset selektiivisyys ja retentioominaisuudet. SPE-faaseja, joissa on aktiivisia ryhmiä tai päällystetty aktiivisilla yhdisteillä, voidaan käyttää derivatisointireaktioiden analysointiin. SPE-levy: hyvin samanlainen kuin kalvosuodattimet. Levyimuri on täyteainetta sisältävä PTFE-levy tai täyteaineella ladattu lasikuitulevy; täyteaine muodostaa noin 60-90 % SPE-levyn kokonaismäärästä ja levyn paksuus on noin 1 mm. Ero edelliseen on pedin paksuus/halkaisija (L/d) -suhde. Soveltuu rikastamaan hivensaasteita vedestä. Kiinteän faasin mikrouutto (SPME) Offline ja Online SPE Offline SPE 1. SPE ja analyysi suoritetaan itsenäisesti, ja SPE tarjoaa vain sopivia näytteitä myöhempää analysointia varten. 2. Jotta varmistetaan riittävä kosketus näyteliuoksen ja täyteaineen välillä, liuotinvirtaus ei saa olla liian suuri. 3. Se voidaan suorittaa automaattisilla välineillä. Automaattinen SPE-instrumentti koostuu kolonnitelineestä, mäntäpumpusta, nestesäiliöstä, putkistosta ja näyteprosessorista. Online SPE tunnetaan myös online-puhdistus- ja rikastusteknologiana, jota käytetään pääasiassa HLPC-analyysin SPE-menetelmän perustamiseen Kolonnin esikäsittelyn tarkoitus: 1. Poista täyteaineessa mahdollisesti olevat epäpuhtaudet; 2. Liuota täyteaine ja paranna kiinteän faasin uuton toistettavuutta Näytteen lisääminen 1. Analyyttien häviämisen estämiseksi näytteen liuotinpitoisuus ei saa olla liian korkea; 2. Uutettaessa käänteisfaasimekaniikalla, liuottimena käytetään vettä tai puskuria, ja orgaanisen liuottimen määrä ei ylitä 10 % (V/V); 3. Analyyttien häviämisen voittamiseksi näytteen lisäämisen aikana voidaan käyttää heikkoja liuottimia näytteen laimentamiseen, näytetilavuuden pienentämiseen, täyteaineen määrän lisäämiseen SPE-kolonnissa ja adsorbenttien valitsemiseen, joissa analyytin retentio on vahva. Eluointi ja analyyttien kerääminen (toinen tapaus on, että epäpuhtaudet säilyvät, kun analyytit kulkevat kolonnin läpi) (Kiinteän faasin uutto kiinteällä dispersioväliaineella) 1. Käänteisfaasiuuttokolonneissa puhdistusliuotin on vesi tai puskuri, joka sisältää sopivan pitoisuuden orgaanista ainetta. liuotin; 2. Määrittääksesi puhdistusliuottimen optimaalisen pitoisuuden ja tilavuuden lisäämällä näyte SPE-kolonniin, puhdistamalla se 5-10-kertaisella SPE-kolonnipedin tilavuudella, keräämällä ja analysoimalla jätevesi vuorotellen ja saamalla eluutioprofiilin. analyytin puhdistusliuottimesta. Lisää vuorotellen puhdistusliuottimen vahvuutta ja määritä sopiva puhdistusliuottimen vahvuus ja tilavuus analyytin eluointiprofiilin mukaan eri vahvuuksilla; 3. Eluoinnin ja keräämisen tarkoitus: eluoida analyytti kokonaan ja kerätä se pienimpään tilavuusfraktioon, samalla kun mahdollisimman monta epäpuhtautta säilyy SPE-kolonnissa vahvemmin kuin analyytti; 4. Analyytin pitoisuuden lisäämiseksi tai liuottimen ominaisuuksien säätämiseksi myöhempää analyysiä varten kerätty analyyttifraktio voidaan puhaltaa kuivaksi typellä ja liuottaa sitten pieneen tilavuuteen liuotinta. SPE-ympäristöanalyysin soveltaminen 1. Analyyttien pitoisuus ympäristönäytteissä, kuten pintavedessä, on erittäin alhainen, ja analyyttiä on rikastettava ennen analysointia. 2. Biologisten nesteiden koostumus on monimutkainen ja sisältää suuren määrän proteiinia. Ennen analysointia näyte on esikäsiteltävä proteiinin poistamiseksi. Lääkeanalyysi Kliininen analyysi Ruoka- ja juoma-analyysi Kiinteän faasin mikrouutto (SPME) Kiinteäfaasimikrouutto yhdistää "näytteenoton, uuton, väkevöinnin ja injektion", ja sitä voidaan käyttää kaasukromatografian tai korkean suorituskyvyn nestekromatografian yhteydessä näytteiden esikäsittelytekniikkaa varten. Kiinteän faasin mikrouuttoteoria Tasapainoteoria: Adsorptioprosessin aikana muodostuu adsorptiotasapaino kiinteän ja neste- tai kaasufaasin välille. Tietyn ajan kuluessa hitaan massansiirtoprosessin vuoksi tasapainoa ei saavuteta täysin. Päällystemateriaalin uuton selektiivisyys riippuu pääasiassa pinnoitemateriaalin suorituskyvystä. Sen periaatteen mukaan, että analyytti uutetaan helposti kiinteällä faasilla, jolla on samanlainen polaarisuus, valitaan sopiva SPE-pinnoite. Kiinteäfaasipinnoitteissa yleisimmin käytetyt aineet ovat polymetyylisiloksaani (PDMS) ja polyakrylaatti (PA), joita molempia voidaan käyttää kaasukromatografiassa ja nestekromatografiassa. Ensin mainittua käytetään enimmäkseen ei-polaarisille yhdisteille, kuten haihtuville yhdisteille, polysyklisille aromaattisille hiilivedyille ja aromaattisille hiilivedyille, ja jälkimmäistä käytetään enimmäkseen polaarisille yhdisteille, kuten triatsiineille ja fenoliyhdisteille. Kiinteäfaasikerros voidaan päällystää kvartsikuidun päälle sitoutumattomassa, sidottussa tai osittain silloitettuun muodossa. Joidenkin polymeerien lisääminen pinnoitteeseen voi kasvattaa pinnoitteen pinta-alaa ja parantaa SPME:n tehokkuutta. 1. Polydimetyylisiloksaani-divinyylibentseeni (PDMS-DVB), käytetään aromaattisten hiilivetyjen ja haihtuvien yhdisteiden käsittelyyn. 2. Polyetyleeniglykoli-divinyylibentseeni (CW-DVB), jota käytetään polaarisille yhdisteille, kuten alkoholille. 3. Polyetyleeniglykoli-templaattihartsi (CW-TPR), jota käytetään ionisoituihin pinta-aktiivisiin aineisiin. 4. Grafiittihiekalla päällystetty kvartsikuitu, jota käytetään analysoimaan saasteiden jäämiä vedessä ja ilmassa. 5. Hiilinanoputki- ja titaanidioksidinanoputkimenetelmien perustaminen 1. Säilytä näytteenotto-olosuhteiden yhdenmukaisuus. 2. Näytteenottoon vaikuttavia tekijöitä ovat näytteenottoaika, lämpötila, kuidun syvyys jne. 3. Säilytä lineaarinen suhde vastearvon ja analyytin alkupitoisuuden välillä. Näytteen pitoisuus ei saa olla liian suuri eikä näytetilavuus liian pieni, jotta uutto on adsorptioisotermin lineaarisella alueella. 4. Elektrolyyttien lisääminen näytteeseen voi lisätä liuoksen ionivahvuutta, mikä vähentää analyytin liukoisuutta ja parantaa uuttotehokkuutta; näytteen pH:n muuttamisella on suurempi vaikutus happamien ja emäksisten aineiden uuttamisnopeuteen. Huomautus: Suolan lisäämisen vaikutus mikrouutossa eroaa joskus perinteisestä neste-nesteuutosta, ja koeolosuhteet on optimoitava. 5. Sekoitus voi lyhentää uuttoaikaa. Mikroaaltouutto (MAE) Mikroaaltouutolla on lyhyt uuttoaika, hyvä selektiivisyys, korkea talteenottonopeus, alhainen reagenssin käyttö, alhainen saastuminen, se voi käyttää vettä uuttoaineena ja voi automaattisesti ohjata näytteen valmistusolosuhteita; Sillä on vähemmän käyttökohteita, ja sitä käytetään tällä hetkellä polysyklisten aromaattisten hiilivetyjen, torjunta-ainejäämien, organometalliyhdisteiden, kasvien vaikuttavien aineiden, haitallisten aineiden, mineraalien metallien, veressä olevien lääkkeiden ja biologisten näytteiden torjunta-ainejäämien uuttamiseen. Mikroaaltouuttomenetelmien periaatteet ja ominaisuudet Absorboi mikroaallot (vesi, etanoli, happo, alkali ja suolat) Mikroaaltouuton korkea tehokkuus: 1. Mikroaaltojen suora vaikutus erottuviin aineisiin; 2. Mikroaaltouutossa on edullisempaa käyttää polaarisia liuottimia kuin ei-polaarisia liuottimia; 3. Suljettujen säiliöiden käyttö mahdollistaa mikroaaltouuton suorittamisen lämpötilassa, joka on paljon korkeampi kuin liuottimen kiehumispiste, mikä parantaa merkittävästi mikroaaltouuton tehokkuutta Heijastavat mikroaallot (metalliset aineet) Siirtävät mikroaaltoja (ei-polaariset aineet) Mikroaaltouutto laitteet ja menetelmät (pääkomponentit ovat erikoisvalmisteisia mikroaaltolämmityslaitteita, poistosäiliöitä sekä eri vaatimusten mukaan varusteltuja paineen ja lämpötilan säätölaitteita) Moniontelo 2450MHz: Useita näytteitä voidaan valmistaa kerralla, uuttoolosuhteita on helppo hallita ja uutto on nopeaa. Perinteinen mikroaaltouuttomenetelmä: Sekoita polaarisia liuottimia tai polaaristen liuottimien ja ei-polaaristen liuottimien seosta uutettujen näytteiden kanssa, laita ne mikroaaltonäytteiden valmistusastioihin ja lämmitä mikroaaltouunissa näytteiden valmistusjärjestelmässä suljetussa tilassa. Ohjaa uuttopainetta tai -lämpötilaa ja -aikaa uutettujen komponenttien vaatimusten mukaisesti; lämmityksen lopussa näyte suodatetaan ja suodos mitataan suoraan tai vastaavan käsittelyn jälkeen. Normaaliolosuhteissa mikroaaltouunin uuttokuumennusaika on noin 5-10 minuuttia. Uuttoliuottimen ja näytteen kokonaistilavuus ei saa ylittää 1/3 näytteenvalmistuskupin tilavuudesta. Yksimuotoinen tarkennus 2450MHz: Paineen ja lämpötilan säätöä ei tarvita, näytteen valmistustilavuus on suuri, vain yksi näyte voidaan valmistaa kerrallaan ja uuttoaika on pitkä. Ylikriittinen nesteenpoisto (SCF)
Ylikriittinen neste (SCF) on neste, jonka lämpötila ja paine ovat molemmat kriittistä pistettä korkeammat. Sen omat ominaisuudet ovat: 1. Sen diffuusiokerroin on pienempi kuin kaasun, mutta yhden suuruusluokan korkeampi kuin nesteen; 2. Sen viskositeetti on lähellä kaasun viskositeettia; 3. Sen tiheys on samanlainen kuin nesteen, ja pieni paineen muutos voi johtaa merkittävään muutokseen sen tiheydessä; 4. Paineen tai lämpötilan muutokset voivat johtaa vaiheen muutoksiin. Perusperiaate Superkriittisessä tilassa ylikriittinen neste saatetaan kosketukseen erotettavan aineen kanssa, jotta se voi selektiivisesti erottaa vuorollaan polaarisuuden, kiehumispisteen ja suhteellisen molekyylimassan komponentit ja superkriittisen nesteen tiheys ja dielektrisyysvakio kasvavat. suljetun järjestelmän paineen kasvaessa ja napaisuus kasvaa. Eri polariteettien komponentit voidaan poimia askel askeleelta käyttämällä ohjelmatehostetta. Ylikriittisen CO2:n liukoisuus: 1. Lipofiiliset ja matalalla kiehuvat komponentit voidaan uuttaa matalassa paineessa (104 kPa); 2. Mitä enemmän polaarisia ryhmiä yhdisteessä on, sitä vaikeampaa se on erottaa; 3. Mitä suurempi yhdisteen suhteellinen molekyylimassa on, sitä vaikeampi se on uuttaa. Modifiointiaine CO2 on ei-polaarinen liuotin, ja yleensä polaarista liuotinta lisätään parantamaan sen liukoisuutta CO2:een, joten sitä kutsutaan modifiointiaineeksi. Yleisimmin käytettyjä ovat metanoli, asetoni, etanoli, etyyliasetaatti jne. Modifiointiaineen vaikutus on rajallinen. Samalla kun se muuttaa ylikriittisen nesteen liukoisuutta, se heikentää myös uuttojärjestelmän sieppausvaikutusta, mikä johtaa ko-uutteiden lisääntymiseen, mikä voi häiritä analyyttistä määritystä. Käytettävän modifiointiaineen määrän tulee olla pieni, yleensä enintään 5 %. Ylikriittisen nesteen uuttoteknologian soveltamisella on suuria etuja luonnonaineiden uuttamisessa; sitä voidaan käyttää yhdessä GC:n, IR:n, MS:n, LC:n jne. kanssa, jotta siitä tulee tehokas analyyttinen menetelmä.
