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掌握這些固相萃取知識(shí),你就能成為實(shí)驗(yàn)室更靚的仔

2020-05-14

近年來(lái)分析檢測(cè)技術(shù)有了很大的飛躍,但樣品前處理依然是科研工作者必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。

固相萃?。⊿olid Phase Extraction,簡(jiǎn)稱SPE)是一種從二十世紀(jì)七十年代中期開(kāi)始發(fā)展起來(lái),用途廣泛而且越來(lái)越受歡迎的樣品前處理技術(shù)。根據(jù)吸附劑填料及吸附機(jī)理的不同,主要分為正相、反相、離子交換和混合型固相萃取小柱,正相、反相固相萃取小柱主要是用來(lái)萃取分離極性和非極性化合物,但對(duì)一些帶電物質(zhì)(離子化合物)的萃取回收率并不高,如C18填料固相萃取小柱,當(dāng)目標(biāo)化合物呈離子狀態(tài)時(shí),C18對(duì)于該化合物的容量因子就會(huì)大大降低。為了解決這一問(wèn)題,月旭推出了硅膠基質(zhì)和聚合物基質(zhì)的離子交換固相萃取小柱。

下面就由小編為大家介紹離子交換固相萃取小柱方法開(kāi)發(fā)中需要注意的問(wèn)題。

離子交換固相萃取適用于可解離成帶電離子的化合物,其機(jī)理是利用帶電荷的目標(biāo)化合物離子與帶相反電荷的吸附劑之間的靜電吸引力。樣品基質(zhì)可以是極性的,如水溶液,也可以是非極性的有機(jī)溶液,但在實(shí)際應(yīng)用中以水溶液較多,包括生物體液、江河湖海等自然水、廢水等。

方法開(kāi)發(fā)

di一步

我們要分析的目標(biāo)化合物必須具備下列任意一種或以上的官能團(tuán)才能通過(guò)離子作用力將其從樣品溶液中分離出來(lái):

(1)可生成陽(yáng)離子的官能團(tuán)(帶正電荷)

(2)可生成陰離子的官能團(tuán)(帶負(fù)電荷)

而且待分析的目標(biāo)化合物必須在一定的pH環(huán)境下才能呈離子化或中性化。

第二步

要有效地利用離子交換機(jī)理將目標(biāo)化合物吸附在SPE柱上,必須滿足以下兩個(gè)條件:

(1)目標(biāo)化合物離子與吸附劑官能團(tuán)的離子態(tài)帶相反電荷;

(2)萃取環(huán)境的pH必須同時(shí)使目標(biāo)化合物和吸附劑上的官能團(tuán)帶電荷;

(3)萃取環(huán)境不能含有高濃度的帶有和目標(biāo)化合物相同電荷的競(jìng)爭(zhēng)化合物。

在實(shí)際操作中,為了滿足前兩個(gè)條件,確保99%以上的目標(biāo)化合物及固相萃取吸附劑上的官能團(tuán)能夠呈離子態(tài)或呈中性狀態(tài),應(yīng)該根據(jù)目標(biāo)化合物及固相萃取吸附劑官能團(tuán)的pKa來(lái)調(diào)節(jié)樣品或SPE柱的pH。

那么小編為大家介紹一下pH與pKa值的關(guān)系:

對(duì)于一個(gè)可生成離子的化合物,pKa是該化合物50%呈離子狀態(tài),50%呈中性狀態(tài)時(shí)的pH。

就弱酸性化合物HA而言,其在水中的解離平衡方程式為:

1589419735886046.jpg

根據(jù)Henderson-Hasselbach方程式,上述平衡方程式可以表示為:

1589419810465613.jpg

為了方便使用,將上述公式改寫(xiě)為:

1589419842900730.jpg

從式三可以看到,當(dāng)pH與pKa相同時(shí),[A?]/[HA]為1。也就是說(shuō),這時(shí)50%的弱酸性化合物呈陰離子狀態(tài),另外50%呈中性狀態(tài)。在該pH環(huán)境下,即便這些呈陰離子狀態(tài)的化合物1OO%地被陰離子交換劑吸附,之后又1OO%地被洗脫,更高回收率也只能達(dá)到50%。因?yàn)橹挥?0%的弱酸性化合物呈離子狀態(tài),并被陰離子交換劑吸附。由此可見(jiàn)在離子交換固相萃取中,控制環(huán)境的pH十分重要。

[A?]/[HA]越大,代表弱酸性化合物離子化程度越大。理論上,當(dāng)[A?]/[HA]等于1OO時(shí),99%的弱酸性化合物呈陰離子狀態(tài),可以被陰離子交換劑吸附。根據(jù)式三,在進(jìn)行陰離子固相萃取吸附時(shí),要使弱酸性化合物99%離子化,樣品基質(zhì)的pH應(yīng)該高于該化合物pKa至少兩個(gè)pH單位。反之,在對(duì)該弱酸性化合物進(jìn)行洗脫時(shí),應(yīng)該將環(huán)境的pH調(diào)節(jié)至低于該化合物pKa至少兩個(gè)pH單位,此時(shí)弱酸性化合物99%呈中性狀態(tài),用適當(dāng)?shù)娜軇┚涂梢詫⑵鋸年庪x子交換柱上洗脫下來(lái)。

式三同樣可以用于可生成陽(yáng)離子官能團(tuán)的弱堿性化合物。這時(shí)我們將弱堿性化合物看作共軛酸[HA+],并將該公式改寫(xiě)為:

1589419869702843.jpg

與弱酸性化合物相反,在陽(yáng)離子交換固相萃取中,要使弱堿性化合物99%解離為陽(yáng)離子,需要將該弱堿性化合物所處的環(huán)境體系的pH應(yīng)該低于該化合物pKa至少兩個(gè)pH單位。而在洗脫時(shí),環(huán)境體系的pH應(yīng)該高于該化合物的pKa至少兩個(gè)pH單位,此時(shí)99%的該化合物呈中性狀態(tài),用適當(dāng)?shù)娜軇┚涂梢詫⑵鋸年?yáng)離子交換柱上洗脫下來(lái)。

第三步

離子交換固相萃取柱種類的選擇:為了能夠有效地將被吸附的離子化合物洗脫出來(lái),對(duì)于含有強(qiáng)離子官能團(tuán)的目標(biāo)化合物一般選用弱離子交換柱;而對(duì)于含有弱離子官能團(tuán)的化合物,則可選用強(qiáng)離子交換柱。這樣可以避免目標(biāo)化合物和吸附劑官能團(tuán)同時(shí)處于離子化狀態(tài),導(dǎo)致目標(biāo)化合物始終處于的保留狀態(tài)無(wú)法被洗脫。

下面小編為大家舉一個(gè)應(yīng)用案例:

例如,用硅膠鍵合羧基官能團(tuán)的弱陽(yáng)離子交換固相萃取小柱對(duì)豬肉或豬尿液中的鹽酸克倫特羅進(jìn)行萃取分離,SPE柱填料的羧基官能團(tuán)的pKa=4.8,鹽酸克倫特羅的pKa=9.6。根據(jù)上述兩個(gè)pH單位的原則,為保證吸附劑上羧基官能團(tuán)和目標(biāo)化合物鹽酸克倫特羅盡可能離子化,環(huán)境的pH至少應(yīng)該調(diào)節(jié)到7.6。在此pH環(huán)境下,99%的鹽酸克倫特羅呈陽(yáng)離子狀態(tài),而SPE柱的羧甲基官能團(tuán)呈陰離子狀態(tài)。因此,可以將鹽酸克倫特羅吸附。而在洗脫的時(shí)候,為了使鹽酸克倫特羅呈中性狀態(tài),可在洗脫劑中加入堿,將洗脫環(huán)境的pH調(diào)節(jié)至高于其pKa兩個(gè)單位,即pH≧11.6。在此環(huán)境下,目標(biāo)化合物鹽酸克倫特羅呈中性狀態(tài)并且與陽(yáng)離子交換劑脫離,被洗脫溶劑從SPE柱洗脫出來(lái)。

好了,今天關(guān)于離子交換固相萃取小柱方法開(kāi)發(fā)中需要注意的問(wèn)題就先講到這了。此外,月旭在固相萃取技術(shù)產(chǎn)品中,已經(jīng)推出了硅膠基質(zhì)和聚合物基質(zhì)的強(qiáng)陽(yáng)離子交換、強(qiáng)陰離子交換、弱陽(yáng)離子交換、弱陰離子交換的SPE小柱,并廣泛應(yīng)用于食品安全檢測(cè)、環(huán)境檢測(cè)、生物樣品、農(nóng)藥殘留分析等各個(gè)領(lǐng)域,具有回收率高、萃取效果好等優(yōu)點(diǎn)。

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