مروری بر روش های آماده سازی نمونه با تاکید بر استخراج از طریق فاز جامد

مروری بر روش های آماده سازی نمونه با تاکید بر استخراج از طریق فاز جامد

فرمت: PPT  تعداد صفحات: 51
فرمت: Word  تعداد صفحات: 47

تهیه و تنظیم: دکتر علیرضا کوهپایی

تاریخچه استفاده از استخراج فاز جامد (SPE)

سابقه تاریخی استخراج فاز جامد، حداقل به اوایل دهه 1970 برمی‌گردد که در آن زمان ستون‌های انباشته شده با ذرات رزین XD روهم و هاس (1) به منظور تغلیظ غلظت‌های بسیار کمی از آلاینده‌های آلی موجود در آب مورد استفاده قرار گرفتند. اما کربن فعال چندین سال قبل از سال 1970 به منظور تغلیظ مواد آلی حل شده پیش از انجام آنالیز مورد استفاده قرار گرفته بود. در طی اواخر دهه‌های 1980 و 1990 پیشرفت و کاربرد استخراج فاز جامد به میزان زیادی توسعه پیدا کرده بود. در این زمینه، چندین کمپانی که فروشنده و تهیه کننده دستگاه‌های SPE هستند، کتابچه‌هایی در مورد نحوه استفاده از آنها همراه با فهرستی از کتاب های وابسته به این موضوع ارائه نموده‌اند. تعدادی از این کمپانی‌ها عبارتند از: فیلیپس برگ، واریان و واترز.

اصول کار با SPE

در استخراج فاز جامد چهار مرحله به طور عمده وجود دارد:

الف) مرحله شرایط سازی و یا آماده‌سازی فاز جامد

قبل از استخراج آنالیت، بستر جاذب باید شرایط‌سازی و آماده‌سازی بشود، به طوری که تماس مؤثر و کاملی با محلول نمونه مایع ایجاد شود. رایج‌ترین روش شرایط سازی بستر جاذب، عبور دادن حجم کمی متانول و یا استونیتریل از لوله استخراج SPE می‌باشد. برخی از این حلال‌های آلی بر روی سطوح ذرات جاذب، جذب می‌شوند و باعث هیدروفیلیک (آب دوستی) شدن سطوح ذرات شده و در نتیجه سازگار با محلول نمونه می‌شوند. حتی اگر سطوح ذرات جاذب هیدروفیلیک باشد، بدون استفاده از محلول فوق، سطوح ذرات، رطوبت لازم برای جذب محلول نمونه را نخواهد داشت.

مایع قطبی در کانالهای کوچک فاز جامد بدون آنکه نیازی به تماس سطح نزدیکی باشد، جریان پیدا می‌کند. همچنین مرحلة شرایط‌سازی هرگونه ناپاکی و عوامل آلی را از بستر SPE حل کرده و جدا می‌کند.

ب) مرحله جذب

نمونه مایع از میان فاز جامد فشرده شده، به وسیله خلأ و یا پمپ تولید فشار (به کار رفته در انتهای ستون) عبور می‌کند. میزان دبی باید ثابت باشد. میزان دبی و اندازه بستر جاذب به اندازة ذرات جاذب SPE بستگی دارد. ذرات خیلی کوچک (برای مثال ذرات کوچکتر از 10 میکرون) راندمان بیشتری نسبت به ستون پرشده از ذرات بزرگتر (برای مثال 100-50 میکرونی) دارند. بنابراین یک بستر جاذب کوتاه تر از ذرات کوچکتر ممکن است استفاده شود.

در حقیقت به منظور جلوگیری از فشار برگشتی بالا که باعث پس زدن جریان مایع درون ستون می‌شود، استفاده از یک ستون با طول کوتاهتر از 10 میلی‌متر برای ذرات 10 میکرومتری مناسب می‌باشد. عموماً برای دستیابی به انتقال جرم مناسب باید از ستون‌ها یا کارتریج‌های انباشته شده از ذرات 50 میکرومتری و نیز رزینی با بستری به اندازة بیش از 50 میلی‌متر و سرعت جریان آهسته‌تر استفاده شود. برای یک ستون SPE خاص، سرعت جریان مناسب چگونه انتخاب می‌شود؟ راه اول به کارگیری نمونة آزمایشی اولیه‌ای است که حاوی مواد حل شده رنگی می‌باشد. فشردگی و طول نوار رنگی در ستون SPE مناسب بودن سرعت جریان را مشخص می‌کند. یک نوار پهن را می‌توان با استفاده از سرعت جریان آهسته‌تری فشرده نمود. همچنین نوار رنگی در صورت استفاده از جاذبی با ذرات کوچکتر، می‌تواند باریک‌تر و پررنگ‌تر شود. باید توجه کرد که در خلال فرآیند SPE نباید هیچ نقطه‌ای از بستر جاذب خشک گردد. حضور هوا در ستون از تماس مناسب بین فازهای جامد و مایع جلوگیری می‌کند.

مراحل آنالیز شیمیایی:

1. نمونه برداری، حمل و نقل، نگهداری و ذخیره سازی نمونه
2. آماده سازی نمونه شامل:
   • استخراج
   • جداسازی
   • تغلیظ و یا رقیق سازی
3. شناسایی و تعیین مقدار
4. تفسیر نتایج

از آنجا که آماده سازی نمونه:

• بخش اعظم زمان آنالیز را به خود اختصاص می دهد (75- 50 درصد)
• مستعدترین مرحله برای ایجاد خطاست
• مراحل زیادی را شامل می شود
• نیازمند مهارت و تجربه بالایی در علم شیمی است

لذا یکی از مهمترین مراحل آنالیز است و احتمالا مراحل زیر را در برمی گیرد:

 Homogenization → Extraction →  Concentration → Clean-up

چرا آماده سازی نمونه مورد نیاز است؟

تحقیقات پویا در سم شناسی و کاهش مداوم مقادیر مجاز مواجهه از یک سو و مشکلات موجود بر سر راه دسترسی به سیستم های مجهز، دقیق، حساس و پیشرفته در هر لحظه و هر مکان، دانشمندان را به سمت  توسعه  و به  کارگیری روش های آماده سازی نمونه سوق داده است با بهره گیری از دانش آماده سازی نمونه، امکان به کارگیری سیستم های معمول و غیر پیچیده آزمایشگاهی برای تعیین مقدار آنالیت های ریز مقدار فراهم گشته و از طرفی با کاهش هزینه های سرسام آور، محققین از  بکارگیری  دستگاه های پیچیده و یا  پیشرفته بی نیاز می شوند.

تعریف آماده سازی نمونه: گستره ای از تعاملات فیزیکوشیمیایی است که بواسطه آن آنالیت مد نظر از ترکیب های مداخله کننده جدا می شود.

مهمترین اهداف آماده سازی نمونه:

• حذف عوامل مزاحم و مداخله کننده که باعث کاهش قدرت جداسازی دستگاه، انسداد راه های  ارتباطی، صافی ها، ستون و … می شود
• تغلیظ نمونه در مواردی که غلظت آنالیت ریز مقدار است
• -رقیق سازی
• انتقال ترکیب مورد نظر به یک حلال مناسب چون اغلب نمونه ها در محیط آبی قرار دارند، سعی می شود آنالیت وارد محیط آلی می شود.
• سهولت انجام آنالیز
• طولانی کردن عمر دستگاه های آنالیز

اصول اولیه آماده سازی نمونه

• به حداقل رساندن افت آنالیت
• حداکثر کردن بازیافت
• حذف مداخله گرها
• به حداقل رساندن کاربرد مواد شیمیایی خطرناک
• عدم اضافه کردن مداخله کننده های جدید

متدهای استخراج

1. متدهای فیزیکی
   • تبخیر
   • دیالیز
   • تقطیر
   • هیدرولیز
   • سانتریفوژ
   • رسوب دادن
2. متدهای فیزیکو شیمیایی
   • Solid Sample
     • Soxhlet Extraction
     • Ultrasonic Extraction
     • Supercritical Fluid Extraction
     • Microwawe Assisted Extraction
   • Liquid Sample
     • Purge and Trap
     • Liquid-Liquid Extraction
     • Solid Phase Extaction
   • Gas Sample
     • Solid Phase Traps
     • Purging Through Organic Solvent

Soxhlet Extraction

ساده ترین شکل استخراج مایع-جامد است که در سال 1879 برای اولین بار معرفی شد و در آن جامد با یک حلال فرآوری می شود. متدی است قابل اعتماد که برای دهه ها استاندارد بوده و سایر متدهای جدید در مقایسه با آن تایید شده اند.

• حلال در یک سیکل بسته مورد استفاده قرار می گیرد.
• معمولا میزان بازیافت آن بالای 97 درصد است
• در این روش نمونه جامد در یک ظرف متخلخل قرار می گیرد و این امکان فراهم می آید تا حلال چگال شده به طور مستمر عمل استخراج را انجام دهد. تنظیم و به کارگیری دستگاه ساده بوده و می تواند تا هر زمان که لازم باشد ادامه یابد.
• با گذشت زمان غلظت آنالیت در ظرف حلال افزایش می یابد و در نهایت می توان محلول را برای آنالیزهای بعدی منتقل نمود.
• در یک استخراج معکوس ممکن است موادی که باید حذف شوند در ظرف حلال جمع آوری شوند.
• از مزایای مهم استخراج سوکسلت آن است که ماده به طور ثابت با حلال تازه شسته می شود و مشکل ایجاد تعادل بین فازها برطرف می شود.
• از معایب آن هم می توان به زمانبر بودن آن و احتمال عدم انحلال آنالیت های ریز مقدار و در نتیجه استخراج ناکارآمد اشاره کرد.

دستگاه سوکسیلت

اجزای عمده دستگاه سوکسلت

الف- چگالشگر: وظیفه آن خنک کردن بخار حلال است
ب- ظرف متخلخل: وظیفه آن نگهداشتن نمونه می باشد
ج- ظرف حلال: حلال را همراه با ماده استخراج شده نگهداری می نماید

Ultrasonic Extraction

در این روش امواج ماوراء صوت حباب های میکروسکوپی تولید می کند که در نتیجه توربولانس موضعی ایجاد شده و انتقال جرم افزایش می یابد. زمان کمتری نسبت به سوکسلت لازم دارد و برای اغلب ماتریس های جامد راندمان استخراج مشابه با سوکسلت حاصل می آید.

Supercritical Fluid Extraction

در این روش از سیالات فوق بحرانی استفاده می شود. از آنجا که این سیالات حالتی بین مایع و گاز دارند بنابراین انتقال جرم سریع و نفوذ عمیق مورد انتظار است. معمولا از دی اکسید کربن استفاده می شود که غیرسمی، غیرقابل اشتعال و ارزان است و هیچ باقیمانده ای از خود بر جای نمی گذارد.

این تکنیک به سه مرحله عمده تقسیم می شود:

• منفک شدن آنالیت از ماتریس و ورود به درون سیال
• کاهش فشار و حذف سال
• جمع آوری آنالیت در سیستم به دام اندازنده و یا تزریق مستقیم

Supercritical Fluid Extraction

Microwawe Assisted Extraction

در سال های اخیر از امواج مایکروویو برای آماده سازی نمونه های کم مقدار استفاده شده است. در این روش نمونه جامد در محلول موجود در یک ظرف در باز یا بسته به حالت تعلیق در می آید و سپس ظروف در معرض امواج مایکروویو قرار می گیرند.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پاورپوینت مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ اصول آماده سازی نمونه ها در روش های استاندارد

⇐ ارتباط موجود بین تماس و غلظت عوامل خطرناک در نمونه های بیولوژیکی

⇐ آماده سازی و تجزیه آلاینده های هوای محیط کار