Ajánlott irodalom Mintavétel, mintaelıkészítés 2010. Somenath Mitra: Sample preparation techniques in analytical chemistry (J. Wiley and Sons, 2003. Chapter 2, 3, 4) Toshimasa Toyo oka: Modern derivatization methods for separation sciences (J. Wiley and Sons, 1999.) Sample preparation in chromatography (Journal of Chromatography Library volume 65) Nigel J.K. Simpson Solid-Phase Extraction: Principles, Techniques, and Applications (Marcel Dekker, 2000) James S. Fritz: Analytical Solid-Phase Extraction (1999) Janusz Pawliszyn: Solid phase microextraction. Theory and practice (J. Wiley and Sons, 1997.)
Mintavétel, mintaelıkészítés 2010. Mintaelıkészítés: SZERVES KOMPONENSEK TEMATIKA Származékképzés kromatográfiás analízisekhez Extrakció folyadék-folyadék extrakció (LLE) félillékony komponensek extrakciója folyadékokból szilárdfázisú extrakció (SPE, MEPS) szilárdfázisú mikroextrakció (SPME) keverıbabás extrakció (SBSE) illékony komponensek kinyerése folyadékokból és szilárd anyagokból statikus gıztér analízis (SHE) dinamikus gıztér analízis (DHE, purge and trap) membrán-alapú extrakció (ME)
Mintavétel, mintaelıkészítés 2010. Mintaelıkészítés: SZERVES KOMPONENSEK félillékony komponensek extrakciója szilárd anyagokból Soxhlet extrakció mikrohulámmal segített extrakció (MAE) ultrahanggal segített extrakció nagynyomású folyadék extrakció (ASE, PFE) szuperkritikus fluid extrakció (SFE) egyéb technikák a mintaelıkészítésben: elektroforézis kromatográfia, mint mintaelıkészítési lépés
Görög Sándor: Quo vadis analitika, quo vadis analitikus Az analitikai kémia az a tudományág, amely módszereket, mőszereket és stratégiákat dolgoz ki és alkalmaz, hogy információkhoz jussunk az anyag összetételérıl és természetérıl térben és idıben, valamint az ezeket célzó mérések értékérıl, vagyis a mérések bizonytalanságáról, nyomonkövethetıségérıl, validálásáról. A jelenkori analitikai kémia interdiszciplináris tudomány, amely kölcsönhatásban van valamennyi természettudománnyal, az orvostudománnyal, a törvényszéki orvostannal, az egészségtudománnyal, valamennyi technikai és mérnöki tudománnyal, támogatást nyújt mindezeknek
Analitikai kémia a kémiai elemzés tudománya Alkalmazási területek élelmiszeripar gyógyszeripar környezetvédelem egészségügy (klinikai kémia) könnyőipar nehézipar kozmetikumok őrkutatás régészet stb. Feladatok minıségellenırzés kiindulási anyagok és termékek jellemzése biológiai rendszerek jellemzése szennyezı anyagok monitorozása kutatás stb.
NOBEL-díj: tömegspektrográfia: (1922, 1989, 2002) szerves elemanalízis (1923) elektroforézis (1948) kromatográfia (1952) polarográfia (1959) C-14-es kormeghatározás (1960) röntgenkrisztallográfia (1914, 1915, 1985) Raman-spektroszkópia (1930) NMR-spektroszkópia (1944, 1952, 1991, 2002) Mössbauer-spektroszkópia (1961) egyre növekvı fontosság adatok tömegtermelése megbízhatósággal szemben támasztott növekvı követelmények
növekvı kihívások: egyre összetettebb rendszereket kell vizsgálni szelektivitás érzékenység LOD (LOQ) növekvı mintaszám ( high throughput technikák) csökkenı mintamennyiség zöld analitika lab on a chip analitikai kémia legfontosabb pillérei: spektroszkópia elektroanalitika ELVÁLASZTÁSTUDOMÁNY
Mintaelıkészítés: SZERVES KOMPONENSEK ELVÁLASZTÁSI TECHNIKA DESZTILLÁCIÓ MEMBRÁN-ALAPÚ IONCSERE SZŐRÉS STB.
12 millió szerves vegyület!!! leggyakrabban alkalmazott elválasztástechnikai módszerek: GC HPLC CE
kémiai analízisek ~70 %: ELVÁLASZTÁSI TECHNIKA KROMATOGRÁFIA DETEKTOROK Az eluenst alkotó komponensek jelenlétében képesnek kell lennie, a minta alkotóinak mérésére. csak a mintát alkotó komponensekre ad válaszjelet csak az eluenst alkotó komponensekre ad válaszjelet (indirekt detektálás) Eluens megválasztása: minél kisebb detektorjel
Detektorok Kolonna: idıben (térben) elválasztja az egyes alkotókat Az adott komponens az eluenssel (vivıgázzal) együtt beáramlik a detektorba. mennyiségi analízis: a detektor által elıállított jel arányos az anyag koncentrációjával vagy idıegység alatt bejutott mennyiségével univerzális: minden molekulára ad jelet szelektív: bizonyos vegyülettípusokra ad jelet specifikus: csak bizonyos molekulákra ad jelet destruktív nem destruktív dinamikus tartomány: az a koncentráció tartomány amelyben a koncentráció változása detektorjel változást eredményez lineáris tartomány: T= mc (eltérés < 5 %) érzékenység: m (egységnyi koncentrációváltozás hatására bekövetkezı jelváltozás) kimutatási határ: az a koncentráció, melynek mérésénél a detektor válaszjele egyértelmően megkülönböztethetı a háttértıl (LOD) meghatározási határ: az a legkisebb koncentráció, amely megfelelı precizitással és pontossággal meghatározható (LOQ)
GC Detektorok hıvezetıképesség-mérı detektor (Thermal Conductivity D) (katarométer) ellenállás megváltozása hídkapcsolás W-szálak: 100-200 ma főtıáram nem destruktív univerzális dinamikus tartomány: 10 5 LOD: 5-50 ng Vivıgáz: H 2, He N 2
lángionizációs detektor (FID) hidrogén/levegı eleggyel táplált mikroégı, amely fölé elektródpárt helyeznek el nem ionizálható eluens: N 2, Ar, He, H 2 A kolonnát elhagyó szerves komponensek a lángba jutva többlépéses reakcióban, oxigén közremőködésével ionizálódnak. a képzıdött ionok hatására áram folyik, ami erısítés után mérhetı C-detektor: minden éghetı anyagra ad jelet destruktív dinamikus tartomány: 10 5-10 6 LOD: 0,05-0,5 ng
β-sugárzó radioaktív forrás (pl. 63 Ni) elektronbefogási detektor (ECD) Az elektron áramlás kicsiny (10-12 A) állandó elektromos áramot hoz létre a megfelelı feszültségre kapcsolt elektródok között nagy elektronegativitású elemet tartalmazó komponensek az elektromos térben az elektronokat befogják és így jelentısen csökkentik az áramot vegyületcsoport szénhidrogének relatív válaszjel 0 F, O, Cl, Br öblítıgáz bevezetés öblítıgáz kivezetés anód (+) 63 Ni fólia (-): 1-10 V polarizációs feszültség éterek, észterek alkoholok, ketonok, aminok monobromidok, dikloridok trikloridok poliklórozott vegyületek (peszticidek) 10 100 1000 10000 100000 Vivıgáz: He (nagytisztaságú) make up gáz dinamikus tartomány: <10 3 LOD: 0,1-10 pg kolonna
Törésmutató mérésen alapuló detektor univerzális detektor a minta és az eluens törésmutatója közti különbséget méri HPLC Diffrakciós detektor: fényelhajlás mérésen alapul rés fényforrás mérı ág referencia ág detektor tükör lencse Univerzális Kicsiny linearitás LOD 10 ng
fényforrás Lambeert-Beer: A λ = ε λ c l UV-Vis spektrofotométer Alkalmazható: UV-Vis tartományban elnyel az adott komponens fényosztó mérı ág (splitter) cella (küvetta) rés Fényforrás: monokromátor UV: deutérium lámpa Vis: volfrám lámpa c = A / (ε λ l) l = 1 cm A = 0,01 I 0 I 0 I 0 Cella: referencia ág kvarc küvetta l=5-10 mm ε λ [dm 3 mol -1 cm -1 ] 1000 10000 100000 I c D E T E K T O R [mol dm -3 ] 10-5 10-6 10-7 A = 0,001 --- 10-8 mol dm -3 Detektor: fotodióda
Fluoreszcencia mérésen alapuló detektor fluoreszkáló anyagok detektálása rés monokromátor cella (küvetta) fényforrás monokromátor Detektor: a kibocsátott fényt méri Szelektív (specifikus): nincsenek zavaró komponensek (koelúció nem annyira zavaró) nagy érzékenység kis kimutatási határ LOD: ~nm
Analitikai információ: minıségi: retenciós (migrációs) idı retenciós (migrációs) idı függ: alkalmazott körülmények: mozgófázis anyagi minıség áramlási sebesség állófázis minıség hossz hımérséklet ph, ionerısség stb. minıségi információ: UV-Vis: spektrum Növekvı igények: új detektorok alkalmazása, fejlesztése r x, r = t t ' R ' R TÖMEGSPEKTROMÉTER x r
Kapcsolt technikák MS, mint kromatográfiás detektor valós minták: komplex, sokkomponenső rendszerek A pontos és megbízható minıségi és mennyiségi analízis elképzelhetetlen a mintát alkotó komponensek elválasztása nélkül. elválasztástechnikai eljárás alkalmazása szükséges A hagyományos kromatográfiás technikák azonban még tökéletes szeparáció esetén sem kínálnak abszolút biztonságos minıségi azonosítást. minıségi információ: csak az adott komponens retenciós viselkedése a manapság megkövetelt megbízható és reprodukálható meghatározások indokolják a tömegspektrometria és az elválasztástechnikai módszerek kombinálását
Tömegspektrometria (MS) Nobel-díj: 1922, 1989, 2002 Alapelve: a gázállapotú ionizált molekulákat, ezek töredékeit (un. fragmenseit) vagy bizonyos esetekben az atomokból képzıdött ionokat tömegük alapján szétválasztja, majd mennyiségileg meghatározza 1. mintabevitel és a minta gázállapotba hozása 2. ionizáció és bizonyos esetekben fragmentáció 3. a keletkezett ionok töltésegységre jutó tömegük szerinti elválasztása 4. a szétválasztott, különbözı tömegő ionok mennyiségének meghatározása A készülék felépítése: vezérlı- és adatfeldolgozó rendszer mintabevitel ionforrás analizátor detektor vákuumrendszer
(foto)elektronsokszorozó
HPLC-MS Atmoszférikus nyomású ionizációs technikák ESI (ElectroSpray Ionization)
APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) nem szükséges ionok jelenléte az oldatban elektromos kisülés: szekunder ionizáció
Származékképzés (derivatizálás( derivatizálás) ) a kromatográfiában MS: csak az utóbbi évtizedben vált megfizethetıvé korlátai: ionizáció drága Kedvezıbb tulajdonságok kialakítása: Detektálhatóság Kromatográfiás viselkedés kémiai reakció segítségével megváltoztatjuk a kiindulási anyag valamely tulajdonságát derivatizálószer megválasztása: molekula szerkezete (funkciós csoportok) detektálás El kell-e (el lehet-e) választani a mátrixtól? Specifikus reakciók: egyszerősíthetik a mintaelıkészítést, ill. az elválasztást
A gázkromatográfia bomlás nélkül gızzé, ill. gázzá alakítható vegyületek elválasztására és analízisére szolgáló módszer. Elválasztás alapja: 1. illékonyság (forráspont) 2. szerkezet ~12 millió szerves vegyület: jelentıs részük hıérzékeny nagyobb jelentıséggel ~ 50 ezer bír: jelentıs része gázkromatografálható Illékonyság hıstabilitás Származékképzés (derivatizálás( derivatizálás) ) a kromatográfiában Gázkromatogáfiában: A mintakomponensek illékonyságának növelése Az anyagok termikus stabilitásának növelése Csúcsátfedések csökkentése (retenciós idı) Detektálhatóság növelése
Származékképzés (derivatizálás( derivatizálás) ) a kromatográfiában Folyadékkromatográfiában: korlát: OLDHATÓSÁG A detektálás (detektálhatóság) javítása kromofórok beépítése (UV-elnyelés növelése) fluoreszcens csoportok beépítése kromatográfiás viselkedés befolyásolása
A származékképzés lehet: kromatografálás elıtti (prekolumn) elválasztás utáni (posztkolumn) nem kell gyorsnak lenni nehezen automatizálható a reagens könnyen elválasztható legyen teljesen végbemenjen reprodukálható gyors legyen reagens ne zavarjon teljesen végbemenjen
1. Alkilszilil származékok: Gázkromatográfis derivatizálás Szililezés: Illékonyság növekedés R 3 Si-X + R -H R 3 Si-R + X-H GCMS: fragmentációs profil Oldószerek: karakterisztikus ionok (nyomanalízis) Piridin, DMF, DMSO, THF, ACN A legáltalánosabban alkalmazott derivatizáló reagensek ( trimetilszililezı szerek): (CH 3 ) 3 Si N N-trimetilszililimidazol O Si(CH 3 ) 3 CH 3 C N Si(CH 3 ) 3 N,O-bisz-trimetilszililacetamid N CH 3 CH 3 CF 3 C N Si CH 3 O CH 3 N-metil-N-trimetilszilil-trifluoroacetamid (CH 3 ) 3 Si N(C 2 H 5 ) 2 N-trimetilszilildietilamin
C H 3 C H 3 Si C l C H 3 CH 3 CH 3 CH 3 Si NH Si CH 3 CH 3 CH 3 Trimetilklórszilán Hexametildiszilazán A trimetilszililezı reagensek reaktivitási sora: Trimetilszilil-imidazol > N,O-bisz(trimetilszilil)trifluoracetamid > N,O-bisz(trimetilszilil)acetamid > N metil-n-(trimetilszilil)- trifluoroacetamid > N-trimetilszilildietilamin > N-metil-N-trimetilszililacetamid > trimetilklórszilán > hexametil-diszilazán. Vizsgálandó vegyületek reaktivitási sora: R-OH > Ph-OH > RCOOH > R-NH 2 > R-CONH-R
Trimetilszilil származ rmazékot adó funkciós s csoportok Funkciós csoport Funkciós cs. neve Származék Származék neve OH Hidroxil OTMS Trimetilszilil-éter SH Tiol STMS Trimetilszilil-tioéter COOH Karboxil COOTMS Trimetilszililkarboxilát POH Foszfát POTMS Trimetilszilil-foszfát SOH Szulfát SOTMS Trimetilszilil-szulfát NOH Nitrát NOTMS Trimetilszilil-nitrát BOH Borát BOTMS Trimetilszilil-borát NH 2 Amin NHTMS; Trimetilszilil-amin, N(TMS) 2 NH Imin NTMS Trimetilszilil-imin CONH 2 Karbonsavamid CONHTMS N-Trimetilszililkarbonsavamid CH 2 -C=O Karbonil CH=COTMS Trimetilszililenoléter
Alkilezés Aktív hidrogénatom cserélıdik ki alkil- (aril-) csoportra. Vegyület képlete Vegyület neve Származék képlete Származék neve RCOOH Karbonsav RCOOR 1 Észter RSO 2 OH Szulfonsav RSO 2 OR 1 Szulfonsav észter ROH Alkohol ROR 1 Éter RSH Tioalkohol RSR 1 Tioéter RNH 2 Alkil-amin RN(R 1 ) 2 Trialkilamin R 2 NH Dialkilamin R 2 NR 1 Trialkilamin RCONH 2 Karbonsavamid RCONHR 1 N-alkil-karbonsavamid RSO 2 NH 2 Szulfonsavamid RSO 2 N(R 1 ) 2 N,N -dialkil-szulfonamid RCOCH 2 COR β-diketon RCOCH=C(OR 1 )R β-acil-o-enoléter
Alkilezés Ag 2 O + alkil-halid 1. 2. O R(Ar) X + R 1 COO - Ag 2 O R(Ar) O C R 1 NaH, BaO X = I, Br (Cl: kisebb aktivitás) R = Me, Et, Pr, Bz Diazo-alkánokkal + X - C H 3 N 2 + RC O O - RC O O C H 3 + N 2 C 2 H 5 N 2 N 2 R C O O C 2 H 5 3. Dialkil-acetálok (C H 3 ) 2 N C H(O R 1 ) 2 + RC O O H RC O O R 1 + (C H 3 ) 2 N C HO + R 1 O H R 1 = C H 3, C 2 H 5, C 3 H 7, C 4 H 9 (fenolok, am idok, tiolok) N,N-dimetil-dialkilacetál
Extraktív alkilezés Savak, fenolok, alkoholok vagy amidok alkilezése vizes közegben. RCOO - + R 4 N + RCOO - R 4 N + AQ RCOO - R 4 N + RCOO - R 4 N + AQ ORG RCOO - R 4 N + ORG + R 1 I RCOOR 1 + R 4 N + I - Pirolitikus alkilezés RCOOH + C 6 H 5 (CH 3 ) 3 N + OH - RCOO - C 6 H 5 N + (CH 3 ) 3 + H 2 O RCOO - C 6 H 5 N + (CH 3 ) 3 RCOOCH 3 + C 6 H 5 N(CH 3 ) 2
Arilezés NO 2 NO 2 NO 2 F + RNH 2 NO 2 NH R + HF RSH C 6 H 5 OH Oximképzés R 1 C O + F F F CH 2 O NH 2 H 2 O F F F CH 2 O N C R 1 R 2 F F F F R 2
Származékképzés folyadékkromatográfiához Derivatizálás az UV-látható detektorjel növelése érdekében Alkoholok (R-OH) esetében NO 2 C Cl O N O 2 C O R O NO 2 3,5-dinitrobenzoil-klorid N O 2 I SO 2 Cl I SO 2 O R p-jódbenzolszulfonil-klorid (NO 2 ) COCl (NO 2 ) COOR (p-nitro)benzoil-klorid
Derivatizálás az UV-látható detektorjel növelése érdekében Aminok (R-NH2) esetében N O 2 N O 2 C C l O NO 2 C NH O R 3,5-dinitrobenzoil-klorid O CH 3 C C O Cl NO 2 O C H 3 C C N H O R piruvoil-klorid O CH 3 O C Cl O CH 3 O C NH R p-metoxi-benzoilklorid
Derivatizálás az UV-látható detektorjel növelése érdekében Aldehidek (R-CHO), ketonok R-(CO)-R esetében NO 2 NO 2 N NH NO 2 NO 2 NH N C R (H)R 2,4-dinitrofenil-hidrazin NO 2 CH 2 O NH 2 p-nitrobenzilhidroxilamin NO 2 CH 2 O N C R (H)R
Derivatizálás az UV-látható detektorjel növelése érdekében Karbonsavak (R-COOH) esetében O C H 2 Br C H 2 O C R benzil-bromid N 2 O O C R naftildiazometán
Derivatizálószerek fluoreszcenciás detektáláshoz szulfonilkloridok R R N O SO 2 X R=CH 3, X=Cl Danzil klorid R=C 4 H 9, X=Cl Dabzil klorid R=CH 3, X=NHNH 2 Danzil hidrazin O O O Fluorescamine CH 3 O CH 3 O N N CH 3 CON 3 3,4-dihidro-6,7-dimetoxi-4-metil-3-oxoquinoxali -2-karbonilazid O Termék: fluoreszkál csak a primer aminokkal képez aktív terméket CHO CHO CH 2 Br o-ftáldialdehid CH 2 OCOCl Fluorenilmetiloxikarbonil-klorid CH 3 O O O 4-brommetil-7-metoxi-kumarin OPA: biológiailag fontos vegyületekkel (aminosavak) Karbonilkloridok: prekolumn származékképzésre is alkalmasok (tercier aminokkal is reagálnak)
Derivatizálószerrel szembeni elvárások gyors, kvantitatív reakció egy meghatározott termék képzıdjön enyhe körülmények között végbemenjen a reakció (p, T) specifikusság (csak bizonyos funkcióscsoporttal reagáljon) reagens felesleg elválasztható legyen a képzıdött terméktıl képzıdött termék kedvezı kromatográfiás tulajdonságokkal rendelkezzen érzékenység növekedés legyen elérhetı (UV/fluoreszcens/FID/MS/stb) mátrixhatás kivédhetı legyen
csökkenı jelentıség: detektálás: MS elválasztástechnika fejlıdése: egyre hatékonyabb oszlopok (N>10000(0)) új módszerek: CE mintaelıkészítési (mikro)technikák fejlıdése SFE SPE SPME SBSE MAE HEADSPACE PURGE & TRAP LEHETİ LEGKEVESEBB MANIPULÁCIÓ
EXTRAKCIÓ Az alkalmazott módszerek illékonyság ill. halmazállapot alapján csoportosíthatók: félillékony komponensek extrakciója folyadékokból SPE MEPS SPME SBSE félillékony komponensek extrakciója szilárd anyagokból SOXHLET ULTRAHANG ASE (PFE) SFE MAE illékony komponensek extrakciója folyadékokból és szilárd anyagokból SHE DHE (PURGE and TRAP) ME
FOLYADÉK-FOLYADÉK EXTRAKCIÓ meghatározó fontosságú: extrahálandó komponens közeg extrahálószer tulajdonságai lényeges tulajdonságok: illékonyság, gıznyomás oldhatóság molekulatömeg hidrofóbicitás sav-bázis tulajdonságok meghatározóak az anyagtranszport folyamatokban
FOLYADÉK-FOLYADÉK EXTRAKCIÓ 2 fázis közötti megoszlás megoszlási hányados X A X B B D [ X ] A K [ X ] = K D : minél nagyobb annál hatékonyabb az extrakció Illékonyság: hajlam a gázfázisba történı kilépésre Henry állandó: oldat H ' = K D [ X ] = [ X ] G L közelítı összefüggés az illékonyság és a gıznyomás között: Gıznyomás: adott hımérsékleten a tiszta folyadék (vagy szilárd) fázissal egyensúlyban levı gız nyomása A molekulák között kialakuló kölcsönhatások erısségétıl függ. H = p S vp
FOLYADÉK-FOLYADÉK EXTRAKCIÓ Oldhatóság: telített oldat koncentrációja H = p S vp H ismeretében eldönthetı, hogy melyik extrakciós módszer alkalmazható H X < H oldószer : az oldószer elpárologtatásával növekedni fog az analát oldatbeli koncentrációja H X > H oldószer : az analit oldatbeli koncentrációja csökkeni fog (de gıztérben feldúsul)
FOLYADÉK-FOLYADÉK EXTRAKCIÓ nem illékony (nonvolatile): H < 3*10-7 atm m 3 mol -1 közepes illékonyság (semivolatile) : 3*10-7 < H < 10-5 illékony (volatile): 10-5 < H < 10-3 nagyon illékony (highly volatile): H > 10-3 atm m 3 mol -1 Molekulatömeg: növekvı molekulatömeggel (mérettel) általában csökken mind az oldhatóság, mind a gıznyomás Hidrofobicitás: hidrofób kölcsönhatás: vizes oldatokban apoláris csoportok között vízmolekulákkal kialakuló kölcsönhatás csökkenése (az oldott anyag megzavarja a víz szabályos szerkezetét) Jellemzése: [ X ] o n-oktanol/víz rendszer közötti megoszlás: Kow = K D = K ow (P ow, P oct, P) [ X ] w nı a növekvı molekulatömeggel
FOLYADÉK-FOLYADÉK EXTRAKCIÓ nagyobb hidrofobicitás: vizes fázis hatékonyabb extrakciója (extrahálószerbıl nehezebb lesz eltávolítani) hidrofobicitás vízoldhatóság: fordított viszony hidrofil: log K ow < 1 hidrofób: log K ow > 3 nem homológok: jelentısebb eltérés
FOLYADÉK-FOLYADÉK EXTRAKCIÓ Sav-bázis egyensúlyi folyamatok HA H + + A - HA ] K s + [ H ][ A ] = [ Ionos, ill. nem ionizált forma: eltérı megoszlás ph=pk s : 50/50 ökölszabály: pk b +2 < ph < pk s -2
FOLYADÉK-FOLYADÉK EXTRAKCIÓ Elegyedés Sőrőség Oldhatóság: egymással telítıdnek a fázisok (analízis, megsemmisítés)
vizes fázis: 1 l FOLYADÉK-FOLYADÉK EXTRAKCIÓ Kisebb térfogattal, többször: hatékonyabb extrakció extrahált anyag mennyisége függ: K D 2 fázis térfogatának aránya
FOLYADÉK-FOLYADÉK EXTRAKCIÓ
FOLYADÉK-FOLYADÉK EXTRAKCIÓ
FOLYADÉK-FOLYADÉK EXTRAKCIÓ
FOLYADÉK-FOLYADÉK EXTRAKCIÓ LLE Oldószer felhasználás Idıigény Automatizálhatóság Szelektivitás Fellépı problémák eszközigény Gazdaságosság NAGY (30-300 ml) NAGY NEHÉZKES KICSI SOK emulzióképzıdés, habzás, fázisok elválasztása NAGY KICSI LLE: mikrofluidika fejlıdése: automatizálhatóság: gazdaságosság (solid-supported LLE: robotizált folyadékkezelés) Liquid Phase MicroExtraction (LPME) Single Drop MicroExtraction (SDME)
FOLYADÉK-SZILÁRD EXTRAKCIÓ félillékony komponensek extrakciója folyadékokból LSE: folyadék fázisból szilárd fázisba történı anyagtranszport lépései: 2 fázis érintkeztetése megoszlás (egyensúly beállta) szeparáció (dekantálás, szőrés) K D = [ [ X X ] ] B A utóbbi kb. 25 év fejlesztései: SPE MEPS SPME SBSE
FOLYADÉK-SZILÁRD EXTRAKCIÓ ABSZORPCIÓ ADSZORPCIÓ 3D mátrix behatol a fázis belsejébe mindkettı bekövetkezhet egyidejőleg nem mindig tudjuk eldönteni, hogy melyik dominál 2D mátrix szilárd fázis felületén történı megkötıdés SZORPCIÓ
FOLYADÉK-SZILÁRD EXTRAKCIÓ szorbens: szilárd (extraháló) fázis analát és szorbens kölcsönhatása: abszorpció: fázis belsejébe történı behatolás (3D) szorbens: szilárd hordozón rögzített folyadék fázis nincs verseny nagy kapacitás adszorpció: felületi (2D) jelenség pórusos szorbens a felületen kötött víz (oldószer) kicserélıdik az analát molekuláira van der Waals, dipól-dipól kölcsönhatások verseny az adszorpciós helyekért limitált kapacitás elektrosztatikus kölcsönhatás: ionos (ionizálható) komponens és a szorbens töltött felületi csoportjai között szorbens: ioncserélı kémiai reakción (kovalens kötés kialakulásán) alapuló kölcsönhatás: szennyezık eltávolítása
FOLYADÉK-SZILÁRD EXTRAKCIÓ
FOLYADÉK-SZILÁRD EXTRAKCIÓ Pórusos szorbens: nagy felület: pórusok: belsı felület mikropórus: < 2 nm mezopórus: 2-50 nm makropórus: > 50 nm jellemzés: szemcseméret szemcseméret-eloszlás pórusméret pórusméret-eloszlás pórustérfogat felület
FOLYADÉK-SZILÁRD EXTRAKCIÓ szorbens: szilárd hordozón rögzített folyadék fázis: adszorpcióval: valódi 3D folyadékként viselkedik nemkívánatos jelenségek: bleeding kovalens kötéssel rögzített film: stabil 2D szerkezet korlátozott transzlációs és rotációs mozgások visszatartás: nem írható le csak abszorpcióval
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) Szorbens technológia fejlıdése: 1977: Waters Co.: szilikagél alapú eldobható töltetek SPE: 1982: J.T. Baker Oldószer felhasználás Idıigény Automatizálhatóság Szelektivitás Fellépı problémák Gazdaságosság Dúsítás LLE NAGY (30-300 ml) NAGY NEM KICSI SOK emulzióképzıdés, habzás, fázisok elválasztása - + SPE KICSI (1-20 ml) KICSI IGEN NAGY KEVÉS +++ +++
extrém HPLC technika: K D : : akkumuláció K D : 0: elúció SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) Probléma: töltet eldugulása: szőrés szükséges: (fecskendı, centrifuga)
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) Mintaelıkészítés: extrakción alapul, a folyékony halmazállapotú mintát egy szorbens részecskéket tartalmazó ágyon átjuttatva az analitikum elválasztható a mintát alkotó egyéb összetevıktıl Szeparáció & Dúsítás 1. kondícionálás 2. mintafelvitel 3. mosás 4. elúció
kondícionálás MeOH aktiválás: szerves oldószer adagolása használat közben nedves maradjon az oszlop
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) hatékony extrakció: helyes szorbens választás elvárások I: Szorpció: gyors reprodukálható Elúció: könnyen teljes mértékben végbe menjen elvárások II: reverzibilis szorpció a szorbens ne tartalmazzon kioldható szennyezıket kémiailag inert (stabil) legyen jól nedvesíthetı legyen a minta mátrixa által
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) minták és mátrixok sokfélesége: nincs univerzális szorbens Csoportosítás: 1. általános felhasználás 2. vegyületcsoport specifikus 3. komponens-specifikus HPLC töltet analógiák Fordított fázisú SPE Normál fázisú SPE Ioncsserés SPE MIPs NPLC: állófázis polaritása > mozgó fázis polaritása (poláris állófázis & apoláris mozgófázis) RPLC: állófázis polaritása < mozgó fázis polaritása (apoláris állófázis & poláris mozgófázis)
poláris töltetetek: SiO 2 Al 2 O 3 MgSiO 3 Poláris töltet: poláris anyagok extrakciója Apoláris töltet: apoláris anyagok extrakciója a töltet anyaga: szilikagél SiO 2 OH OH OH OH OH szilikagél: Si & O atomok háromdimenziós rácsa legszélesebb körben alkalmazott állófázis kémiai inertség jó mechanikai ellenállóképesség ph stabilitás: 2 < ph < 7 (9) (NPLC: szilikagél & hexán) (poláris komponensek elválasztása)
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) szilikagél SPE: irreguláris töltet (kisebb nyomás, olcsóbb) HPLC: szférikus töltet jól szabályozott méret szők szemcseméret-eloszlás szabályozott pórusméret
módosított szilikagél fontosabb módosító (R) csoportok: C18: oktadecil: -C 18 H 37 (APOLÁRIS TÖLTET!) C8: oktil: -C 8 H 17 C4: butil: -C 4 H 9 aminopropil: -CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 cianopropil: -CH 2 CH 2 CH 2 CN fenil: -C 6 H 5 SPE elterjedése felület módosítása: CH 3 Si-OH + Cl Si R CH 3 endcapping : trimetil-klórszilán CH 3 Si-O Si R CH 3 + HCl
C18, C18 Light Load, C18 Polar Plus C8, C8 Polar Plus Phenyl C4 C2 Cyano (CN) Amino (NH2) Diol (COHCOH) CBx WP, PEI WP, Butyl WP, HI Propyl WP (biotechnology) Silica (SiOH) Quaternary Amine (N+) Aromatic Sulfonic Acid (C6H5-SO3H) Carboxylic Acid (COOH) narc-1, narc-2 (for drugs of abuse analysis)
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) poláris töltetek: szerves extraktumok (pl. biológiai mátrixok) tisztítása: hidrofil alkotók visszatartása fellépı fontosabb kölcsönhatások: hidrogénhíd dipól-dipól indukált dipól-dipól apoláris töltetek: módosított szilikagél (fordított fázisú HPLC) szerves polimer-alapú töltetek: sztirol-divinilbenzol kopolimer kevésbé nyomástőrı (keresztkötések számával javítható) duzzadnak: (HPLC: szerves oldószer csak kisebb koncentrációban alkalmazható) ph stabilitás: 1< ph < 14
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) Polimer-alapú oszlopok Highly Cross-linked Divinylbenzene Polymer Average Pore Diameter: 60 Å (BET, N 2 ) Average Particle Size: 25 µm (rigid particles, non-swelling) Specific Surface Area: 500 800 m 2 /g (BET, N 2 )
apoláris töltetek: hidrofób kölcsönhatások π-π kölcsönhatás SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) módosított polimer-alapú töltetek: poláris módosítók: nedvesedés javítása ioncserélı szorbensek: polimer alapúak módosított szilikagél kationcserélık anioncserélık Gyenge kationcserélı: karbonsav (ph-tól függı ionizáltság) Erıs kationcserélı: szulfonsav (ph-tól függetlenül töltött) Gyenge anioncserélı: primer, ill. szekunder aminok (ph-tól függı ionizáltság) Erıs anioncserélı: kvaterner N (ph-tól függetlenül töltött)
Hidrofil polimer ( (-CH-CH2)n N-CH3 C=O R N-metil amid funkciós csoport (-CH-CH2)n N-CH3 C=O R CH-)n- N-CH3 C=O R Divinylbenzene & N-methyl-N-vinylamide Polymer Average Pore Diameter: 60 Å (BET, N 2 ) Average Particle Size: 25 µm Specific Surface Area: 500 800 m 2 /g (BET, N 2 )
Kationcserélı HO 3 S HO 3 S HO 3 S SO 3 H Divinylbenzene with sulphonic acid functionality Average Pore Diameter: 60 Å (BET, N 2 ) Average Particle Size: 25 µm Specific Surface Area: 500 800 m 2 /g (BET, N 2 )
Anioncserélı CH 2 N + R 3 CH 2 N + R 3 R 3+ NCH 2 CH 2 N + R 3 Divinylbenzene with quaternary amine functionality Average Pore Diameter: 60 Å (BET, N 2 ) Average Particle Size: 25 µm Specific Surface Area: 500 800 m 2 /g (BET, N 2 )
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) szabályozott hozzáféréső (Controlled-Acces) töltet: méretkizárásos kromatográfia immunoaffinitás alapú töltet az elválasztandó vegyület és a ligandum közötti specifikus biológiai kölcsönhatás képezi az elválasztás alapját szelektív specifikus antigén antitest enzim inhibitor biológiai minták tisztítása
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) Molecularly Imprinted Polimeric (MIP) szorbens: A megkötendı molekula (templát) jelenlétében elvégzett polimerizáció A templát kioldását követıen visszamaradó üregek (imprints) a templát molekulára specifikusak lesznek: összetett (pl. biológiai) mátrixok esetén is jól használható.
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) kevert mód : többféle aktív hely kialakítása ugyanazon a tölteten különféle töltetek keverése
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) szorbens kiválasztása: használati útmutató adatbázisok (internet)
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) Visszanyerés ph függése: Ftálsav monoészterek: gyenge savak: pk=3-5 MMP: metil MEP: etil MPRP: n-propil MBP: n-butil MPEP: n-pentil MOP: n-oktil savi erısségben nincs nagyon jelentıs eltérés eltérı visszanyerés sztirol-divinilbenzol polimer szorbens hidrofób kölcsönhatások fontossága
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) Áttörési térfogat: c ki =0,01c be Szorbens: sztirol-divinilbenzol
Tömegfüggés SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE)
SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) Eluenserısség-függés két fázis közti megoszlás: komponens kölcsönhatása a két fázissal Molekula (adott) Kölcsönhatás erıssége függ: mozgófázis és állófázis polaritása hexán kloroform tetrahidrofurán acetonitril 2-propanol etanol metanol víz P O L A R I T Á S eluens polaritásának változtatása: anyagi minıség változtatása (HPLC: különbözı oldószerek elegyítése) oldószer erısség: szilikagélen meghatározott erısségi sorrend (eluotróp sorozat) NEDVESÍTİ KÉPESSÉG! Pufferek: ph beállítása: ionizálható komponensek analízise esetén
Eluenstérfogat-függés SZILÁRDFÁZISÚ EXTRAKCIÓ (SPE) Dúsítás: V minta /V eluens A lehetı legkevesebb eluenst érdemes használni! (elunserısség) DMP: dimetil-ftalát DEP: dietil-ftalát DNBP: di-n-butil-ftalát BBP:butil-benzil-ftalát BEHP:bis(2-etilhexil)-ftalát DNOP:di-n-oktil-ftalát
nem-egyensúlyi módszer kromatográfia: elúciós analízis SPE: minta felvitele: frontális analízis
40 µm hagyományos 10 µm nagy áramlási sebesség nagy terhelhetıség kicsi dugulási veszély
Térfogat: 1,3, 6 ml Töltet: 10, 20, 35, 50, 100, 200 mg Nagyobb minta térfogatokhoz: (környezeti analitika) Kisebb minta térfogatokhoz: (gyógyszeranalitika)
Uses gas to deliver solvents Uses vacuum to remove liquids All solvents are contained in separate bottles Separates waste solvent and waste water All sample and solvent pathways are PTFE, PEEK, and Kalrez Automatically rinses sample bottle Utilizes liquid sensors; keeps disk wet
MiocroExtraction by Packed Sorbent (MEPS)
MiocroExtraction by Packed Sorbent (MEPS) lényegesen kisebb mintamennyiség: 10-100 µl koncentrálás többszöri felszívással lehetséges (mintamennyiség növelhetı a ml-es nagyságrendig) minimális oldószerigény teljesen automatizálható: on-line mintaelıkészítést tesz lehetıvé GC és HPLC kompatíbilis Többször használható: ~100 injektálás kicsiny szorbens mennyiség: visszanyerés nagyon jó Megvásárolható fázisok: GC: C18, C8, C2, szilikagél, C8+SCX HPLC: C18, C8, C2, szilikagél, C8+SCX, CX, SAX
MEPS lépései 1. mintavétel (1-n db) 2. mosás (20-50 µl) 3. elúció 4. injektálás 5. lépés: mosás (regenerálás)
Szilárdfázisú Mikroextrakció Solid Phase MicroExtraction (SPME)
ÜVEGRÚD POLIMER BEVONAT
Extrakció SPME
injektálás SPME
SPME Egyensúlyi ( majdnem egyensúlyi ) módszer [ X X ] B K D = = K fs = [ ] A Egyensúly esetén: n = K K fs fs V V ha V s >> K fs V f f f V + s c V 0 s c c f s C f : koncentráció a fiberben C s : koncentráció a mintában n: extrahált anyagmennyiség V f : bevonat térfogata V s : minta térfogata C 0 : minta kiindulási koncentrációja n = K fs V f c 0 Független a minta térfogatától: terepi mintavételezés: Víz és levegı vizsgálat Nem kell feltétlenül megvárni az egyensúly beállását: Megfelelıen kontrollált körülmények + extrakciós idı mérése: reprodukálható analízis
SPME elınyök: oldószermentes technika csak szorpciós és deszorpciós lépés könnyen automatizálható kompatibilis a kromatográfiás rendszerekkel nagy dúsítás specifikusság nagyon kicsiny mintaigény élı rendszerek vizsgálata többszörös újrahasználhatóság SPE: extrahált mennyiség > 90 % SPME: extrahált mennyiség: 1-20 % SPE: analizált minta mennyisége: 1-2 % SPME: analizált minta mennyisége : 100 % hátrányok: egyensúlyi technika: minden olyan körülmény, ami beleszól az egyensúlyba hatással lesz az extrahált mennyiségre mátrixhatás
Szilárdfázisú mikroextrakció ADSZORPCIÓ fizikai kölcsönhatások porózus, nagy felülető adszorbensek származékképzés - felület módosítása verseny az adszorpciós helyekért meghatározott adszorpciós kapacitás ABSZORPCIÓ megoszlás a két oldószer között különbözı oldószerek nincs verseny oldhatóság
szorbens jelleg alkalmazási korlát PDMS abszorpció APOLÁRIS 4 < ph < 10 polidimetil-sziloxán PA poliakrilát abszorpció POLÁRIS szerves oldószerek PDMS-DVB adszorpció BIPOLÁRIS Carbowax-DVB adszorpció POLÁRIS Carboxen -PDMS adszorpció BIPOLÁRIS szintetikus szén Carboxen PDMS- DVB adszorpció BIPOLÁRIS
Filmvastagság: 7-100 µm vékonyabb film: gyorsabb extrakció kisebb extrahált mennyiség Szorbens kiválasztása: polaritás (hasonló a hasonlóval) mátrix-tőrés Fontosabb befolyásoló tényezık: ph Hımérséklet Sókoncentráció Mintatérfogat Extrakciós idı PDMS: R R Si O Si O R R n
Alkalmazás: L = 1 cm GC HPLC HPLC d = 0,25 mm
közvetlen extrakció gıztér analízis membrán-védett Deszorpció: GC: termikus HPLC: oldószeres
Extrakciós idı változtatása
MEPS vs SPME vs SPE
Keverıbabás Extrakció Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) Szerves szennyezık meghatározása vizes mintákból (élelmiszer, biológiai, környezeti minta) Bevonatos keverıbot: folyadék halmazállapotú mintába helyezik be gıztér analízis (HeadSpace Sorptive Extraction, HSSE) K D [ X ] B = = K PDMS / W [ X ] A [ X ] PDMS K PDMS = = [ X ] W m m W K PDMS OW V x V W PDMS Bevonat: PDMS [X] PDM, : analát koncentrációja a szorbensben m PDMS : analát tömege a szorbensben [X] W : analát koncentrációja a vizes oldatban m W : analát tömege a vizes oldatban V W : víz térfogata V PDMS : PDMS térfogata
SBSE Meghatározó tényezık: megoszlási hányados (K OW ) fázisarány (V w /V PDMS ) SBSE vs SPME: SBSE: nagyobb PDMS térfogat: kisebb K OW is elegendı a hatékony extrakcióhoz hosszabb extrakciós idı szükséges
Elméleti kinyerés összehasonlítása SBSE vs SPME Minta: 10 ml vizes oldat SPME: V PDMS = 0,5 µl SBSE: V PDMS = 100 µl
MEPS vs SPME vs SBSE
SBSE keverıbot: hossza: 10-40 mm PDMS vastagsága: 0,3-1 mm PDMS térfogata: 55-220 µl deszorpció GC: hıközlés kriofókuszálás pillanatszerő felfőtés deszorpció HPLC: oldószeres, ultrahangos leoldás Elıny: nagy mennyiségő analát extrahálható ki Hátrány: nem szelektív: zavaró komponensek is extrahálódnak Szorbensek fejlesztése: szélesebb körő alkalmazások
MÓDSZER SPE LLE SBSE SPME JELLEMZİ nemegyensúlyi egyensúlyi egyensúlyi egyensúlyi EXTRAKCIÓ teljes teljes részleges részleges
illékony komponensek extrakciója folyadékokból és szilárd anyagokból VOCs: Volatile Organic Compounds: p 0,1 mmhg (20 0 C) Analitika: GC Statikus gıztér analízis (Static Headspace Extraction, SHE) Dinamikus gıztér analízis (Dynamic Headspace Extration, DHE, purge and trap) SPME
Statikus gıztér analízis (Static Headspace Extraction, SHE) HEADSPACE analízis egyensúlyi módszer részleges extrakció szeptumos mintatartó edény mintatérfogat: 1-10 ml (100 ml) halmazállapot: folyadék, szilárd szabályozott hımérséklet extrakció: gıztérbıl injektálás: GC
Gıztér analízis Mintaelıkészítés folyadék halmazállapotú minta esetén: Magában a mintatartó edényben történik: könnyen automatizálható Mintaelıkészítés szilárd halmazállapotú minta esetén: aprítás, ırlés oldás: gyorsabb egyensúly beállás a gıztér és a minta között
A c g = c0 K + β A: GC területjel c 0 : kiindulási koncentráció c g : gıztér koncentrációja K: megoszlási hányados ß: fázisok térfogatának aránya K: hımérséklet függés: termosztált rendszer nagy K: T jelentısebb hatás, mint ß (az analát nagyobb hányada a folyadékfázisban van) kis K: az analát nagyobb hányada a gıztérben van (ß nagyobb hatás, mint T)
1: etanol 2: metil-etil-keton 3: toluol 4: n-hexán 5: tetraklór-etilén Vizes rendszer: poláris komponensek (nagy K): T jelentıs hatás apoláris komponensek (kis K): T nincs jelentıs hatása
A c g = K c + 0 β 1: ciklohexán (kis K) 2: 1,4-dioxán (nagy K) V minta = 1 ml ß=21,3 V minta = 5 ml ß=3,46 kisózás
Dinamikus gıztér analízis Purge and trap teljes kinyerés: az analátot folytonos gázáram átvezetéssel távolítjuk el az oldószerbıl, majd csapdázzuk
csapda: üveg vagy rozsdamentes acélcsıbe töltött szorbensek szorbens: Tenax: pórusos polimer gyanta (2,6-difenilén-oxid), hidrofób, < 200 0 C szilikagél: hidrofil, poláris anyagok megkötésére alkalmas aktív szén: hidrofób, nagyon illékony komponensek csapdázása réteges, kombinált csapda: purge time: 10-15 perc He áramlási sebesség: 40 ml/perc csapda: szobahımérséklet (vagy hőtött)
Lépések: purge: mintán keresztül megy az öblítıgáz dry purge: oldószer (víz) eltávolítása: az öblítıgáz nem megy át a mintán elıfőtés: deszorpció hımérséklete alatt 5-10 0 C-kal (gyorsítja a deszorpciót) felfőtés: 180-250 0 C deszorpció: Ellenirányú öblítés (back-flush): 1-4 perc kriogén fókuszálás: nem minden esetben szükséges szorbens regenerálása szorbens visszahőtése AUTOMATIZÁLT SPME közvetlen analízis gıztér analízis
On-line kapcsolás: Membrán-alapú extrakció
porózus nem porózus membránok (pl. PDMS) Membrán-alapú extrakció Mőködése: szerves komponensek beleoldódnak a membránba: extrahálódnak vizes mátrix visszamarad Elrendezés: kicsi érintkezési felület nagy érintkezési felület
Membrán-alapú extrakció
Membrán-alapú extrakció Befolyásoló tényezık: hımérséklet membrán felület nagysága membrán vastagsága minta térfogata (nagyobb V, nagyobb n extrahált ) minta áramlási sebessége (kisebb v, nagyobb n extrahált )
félillékony komponensek extrakciója szilárd anyagokból Soxhlet extrakció mikrohulámmal segített extrakció (MAE) ultrahanggal segített extrakció nagynyomású folyadék extrakció (ASE, PFE) szuperkritikus fluid extrakció (SFE)
Szuperkritikus folyadékextrakció Supercritical Fluid Extraction (SFE) Olyan elválasztási módszer, melynél a mozgófázisként használt folyadék kritikus hımérséklete és nyomása fölött, de annak közvetlen közelében van.
SFE 1822: Baron Cagniard de la Tour 1964-tıl szabadalmak, 1978: ipari mérető koffein eltávolítás 1981: szuperkritikius folyadékkromatográfia extrahálószer: szuperkritikus fluidum tulajdonságai: gáz - folyadék - 2 között állapot sőrőség (kg/m3 ) viszkozitás (cp) Diffúziós állandó (mm 2 /s) gáz 1 0.01 1-10 SCF 100-800 0.05-0.1 0.01-0.1 folyadék 1000 0.5-1.0 0.001 nagy diffúziós együttható, kis viszkozitás: gyorsabb, hatékonyabb elválasztás
A szén-dioxidot a következı jó tulajdonságai miatt használják szívesen a szuperkritikus extrakcióban oldószernek: nem káros az egészségre, ezért jól alkalmazható gyógyszerek, élelmiszerek és élvezeti cikkek elıállításánál, nagy a sőrősége, így viszonylag sok anyagot tud oldani, nem lép reakcióba a kezelt anyaggal, alacsony a kritikus hımérséklete (31 C) és kritikus nyomása (73 bar), ezért alacsony hımérsékleten lehet vele dolgozni, nem károsodik a kezelt anyag, nem tőzveszélyes és nem korrozív, könnyen beszerezhetı élelmiszeripari tisztaságban és nagy mennyiségben áll a rendelkezésünkre, nem szennyezi a környezetet, az extrakció után maradék nélkül eltávozik a termékbıl, a nyomás és hımérséklet megfelelı változtatásával lehetıség van a szuperkritikus állapotú oldószer oldóképességének kedvezı irányba való változtatására.
CO 2 : apoláris és kis polaritású komponensek extrakciója kioldás hatékonysága növelhetı: szerves adalékok (módosítók: 1-10%) segítségével
módosító beadagolása: 1. CO 2 tankba (idıvel változó összetétel) 2. extrakciós cellába (elfogy) 3. külön pumpa segítségével pumpa: reciprok cella: PEEK, saválló acél
lépései: a mintát elhelyezik a cellában a cellát behelyezik a főtött kemencébe hımérséklet, nyomás, áramlási sebesség és extrakciós idı beállítása extraktum összegyőjtése
Statikus mód: a szuperkritikus fluidumot bizonyos ideig a cellában tarják, majd a győjtıbe jut Dinamikus mód: a szuperkritikus fluidum folytonosan átáramlik a cellán elınyök: gyors kicsiny szerves oldószerfelhasználás hangolható szelektivitás (módosítók) hátrányok: technikai kivitelezés: drága kicsiny mintatömeg: < 10 g mátrix-függés
alkalmazások
Gyorsított folyadék extrakció Accelerated Solvent Extraction (ASE), Pressurized Liquid Extraction (PLE) Hagyományos oldószerek alkalmazása nagyobb nyomáson (1500-2000 psi) és magasabb hımérsékleten (100-180 0 C) magasabb hımérséklet: gyorsabb anyagtranszfer az oldószer könnyebben behatol a szilárd anyagba nagyobb oldhatóság gyengébb kölcsönhatás a szilárd mátrixszal kisebb viszkozitás Felépítése: oldószertartály pumpa extrakciós cella (T, p) kemence győjtıedény N-palack hatékonyabb extrakció jobb kinyerés Mintatérfogat: 1-100 ml
teljesen automatizált többféle (4) oldószer kezelése több mintatartó cella Hımérséklet függés
Alkalmazások elınyök: kicsiny oldószerfelhasználás automatizált gyors hátrányok: befektetési költség mátrix feloldódhat
Mikrohullám-segített extrakció (Microwave Assisted Extraction, MAE) Különbözı extrakciós technikák összehasonlítása
Elektroforézis elektroforézis: valamely vezetı közegben (általában víz) elektromos erıtér hatására a töltéssel rendelkezı részecskék elmozdulnak elektroforetikus elválasztás: az elválasztandó komponensek adott elektromos tér hatására kialakuló eltérı migrációs sebességén alapul elektroozmotikus áramlás: (electroosmotic flow, EOF) a folyadék elektromos tér hatására valamely töltéssel bíró felület mentén kialakuló elmozdulása κ = G K κ: fajlagos vezetıképesség [S cm -1 ] G: vezetıképesség [S] K: cellaállandó [cm -1 ] κ Λ = moláris fajlagos vezetıképességet (Λ m c m ) Kohlrausch elsı törvénye Λ m = λ + + λ λ+: a kation moláris fajlagos vezetıképessége [cm 2 Ω -1 mol -1 ] λ-: az anion moláris fajlagos vezetıképessége [cm 2 Ω -1 mol -1 ]
Λ m = Λ0 kc 1/ 2 Kohlrausch második törvénye: erıs elektrolitok Λ 0 : végtelen híg oldat moláris fajlagos vezetıképessége [cm 2 Ω -1 mol -1 ] c: elektrolit koncentrációja [M] k: állandó [M -1/2 ] ion vándorlását végtelen híg elektrolitoldatban F e =z i e E F e : elektromos erı z i : az i komponens töltésszáma e: az elemi töltés E: az elektromos térerısség [V cm -1 ] súrlódás miatt F s =k η v i 0 k: állandó [cm] η: az oldat viszkozitása [Pa s] v i0 : az i komponens vándorlási sebessége a végtelen híg oldatban Stokes-törvény: k=6πr F e =F s v 0 i = zie 6πηr i E r i az i ion hidrodinamikai sugara A vándorlási sebesség egyenesen arányos a térerısséggel.
µ i = µ = i µ eff i vi E zie 6πηr = i q eff 6πηR mozgékonyság híg oldat, gömb alakú részecske valóság: iont körülvevı ionok gátolják a mozgását (elektrosztatikus kölcsönhatások) µ i eff : effektív elektroforetikus mozgékonyság q eff : az ion effektív töltése R: az ion teljes sugara az elektroforetikus mozgékonyság függ: az ion töltésétıl (lehet pozitív ill. negatív töltésének elıjelétıl függıen) sugarától alakjától szolvatáltságának mértékétıl a közeg viszkozitásától ph-jától, ionerısségtıl hımérséklettıl
üveg felület & víz: szilanol csoportok ph > 2,5: deprotonált forma: pozitív töltéseket vonzanak: negatív elektród (katód) felé mozognak: folyamatos áramlás (dugószerő áramlási profil)
PC D E D K E P outlet V P inlet A kapilláris elektroforetikus készülék sematikus rajza E: elektród; K: kapilláris; D: detektor, P: puffertartó edény; PC: személyi számítógép; V: tápegység
E L E K T R O F E R O G R A M kation µ a : látszólagos mozgékonyság µ e : effektív mozgékonyság µ EOF : elektroozmotikus áramlás µ a = µ e + µ EOF semleges molekula anion Alapeset: bemenet: + kimenet: - kation: komigrál anion: kontramigrál
D katód (-) anód (+) EOF v k v a outlet V inlet
anód (+) D EOF v k v a katód (-) outlet V inlet Fordított polaritás: bemenet: - kimenet: +
Kromatográfia alkalmazása, mint mintaelıkészítési lépés frakciókra történı szétválasztás, majd kromatográfiás analízis: analitikai szemipreparatív preparatív kétdimenziós GC (2D GC, GCxGC)
HPLC: nem destruktív detektor: frakcionálást követı további elválasztás off-line és on-line kialakítás LC-GC LC-LC LC-GC
LC-LC Oszlopváltásos technika (column-switching)
Mennyiségi meghatározás minıségének javítása (pontosság, helyesség, reprodukálhatóság, stb.) A belsı standard: Alacsony extrakciós hatásfok kompenzálása; Mintaveszteségek (bepárlásnál, extrakciónál, megkötıdés az edények falán) kompenzálása; Injektálás pontatlansága; Detektorban történı viselkedés (pl. MS-ben ionizáció foka) A jó belsı standard: Kémiailag nagyon hasonló legyen a vizsgálandó vegyülethez (funkciós csoport helye, deuterált vegyület, stb.) Kromtagráfiásan jól elválasztható (MS detektor esetében nem feltétlenül szükséges); Könnyen beszerezhetı, olcsó.
Robotizált mintaelıkészítı rendszerek Elınyök: elvégzik az unalmas, ismétlıdı munkát emberi hibatényezık megszőnnek potenciálisan fertızı illetve kellemetlen minták kezelése könnyen dokumentálhatók flexibilitás Hátrányok: lassabban dolgoznak mint az emberek karbantartási igény gazdaságossági feltételek (beszerzési, mőködtetési ár)