L'extraction en phase solide (solidphaseextractionspe) consiste à utiliser un adsorbant solide pour adsorber le composé cible dans un échantillon liquide, le séparer de la matrice de l'échantillon et du composé perturbateur, puis l'éluer ou le déssorber par chauffage pour atteindre le but de séparer et d'enrichir le composé cible.

L'extraction en phase solide présente de nombreux avantages par rapport à l'extraction liquide - liquide: l'extraction en phase solide ne nécessite pas de grandes quantités de solvants mutuellement insolubles, le processus de traitement ne produit pas de phénomène d'émulsification, il utilise un adsorbant hautement sélectif (phase solide), peut réduire considérablement la quantité de solvant utilisée, simplifier l'échantillon dans le processus de traitement, tout en réduisant les coûts. En général, l'extraction en phase solide prend 1 / 2 du temps d'extraction liquide - liquide et coûte 1 / 5 de l'extraction liquide - liquide. Ses inconvénients: le taux de récupération et la précision du composé cible sont inférieurs à ceux de l'extraction liquide - liquide.

Un. Modes et principes de l'extraction en phase solide

L'extraction en phase solide est essentiellement une séparation par chromatographie liquide dont le mode principal de séparation est également identique à celui de la chromatographie liquide et qui peut être divisée en phase positive (la polarité de l'adsorbant est supérieure à celle de l'éluant), phase inverse (la polarité de l'adsorbant est inférieure à celle de l'éluant), échange d'ions et adsorption. L'adsorbant utilisé pour l'extraction en phase solide est également identique à la phase stationnaire couramment utilisée pour la chromatographie liquide, sauf qu'il se distingue par la taille des particules.

Les adsorbants utilisés pour l'extraction en phase solide normale sont tous polaires et sont utilisés pour extraire (retenir) les substances polaires. La façon dont le composé d'intérêt reste sur l'adsorbant lors de l'extraction en phase positive dépend de l'interaction entre les fonctions polaires du composé d'intérêt et les fonctions polaires à la surface de l'adsorbant, qui comprennent des liaisons hydrogène, des interactions de Liaison π - π, des interactions dipôle - dipôle, des interactions dipôle - induction et d'autres interactions polarité - polarité. L'extraction en phase solide normale permet d'adsorber les composés polaires à partir d'échantillons de solvant apolaire.

Les adsorbants utilisés pour l'extraction en phase solide inverse sont généralement apolaires ou faiblement polaires, et les composés cibles extraits sont généralement des composés moyennement polaires à apolaires. L'action entre le composé cible et l'adsorbant est une interaction hydrophobe, principalement une interaction apolaire - apolaire, une force de Van der Waals ou une force dispersive.

L'adsorbant utilisé pour l'extraction en phase solide échangeuse d'ions est une résine échangeuse d'ions chargée, le composé cible extrait est un composé chargé et l'interaction entre le composé cible et l'adsorbant est une attraction électrostatique.

Le choix de l'adsorbant (phase stationnaire) dans l'extraction en phase solide est principalement fonction de la nature du composé cible et de la nature de la matrice de l'échantillon (c'est - à - dire du solvant de l'échantillon). Une meilleure rétention du composé cible (meilleure Adsorption) peut être obtenue lorsque la polarité du composé cible est très similaire à celle de l'adsorbant. Plus les deux polarités sont similaires, meilleure est la rétention (c'est - à - dire, meilleure est l'adsorption), alors essayez de choisir un adsorbant qui a une polarité similaire à celle du composé cible. Par exemple: lors de l'extraction d'hydrocarbures (non polaires), on utilise une extraction en phase solide inverse (adsorbant non polaire à ce stade). Lorsque le composé cible est de polarité modérée, l'extraction en phase solide positive et inverse peut être utilisée. Le choix de l'adsorbant est également conditionné par la force du solvant de l'échantillon (c'est - à - dire la force d'élution).

La force du solvant de l'échantillon doit être faible par rapport à cet adsorbant, un solvant faible renforçant la rétention (Adsorption) du composé cible sur l'adsorbant. L'ordre de la force du solvant dans l'extraction en phase solide positive et inverse est différent (voir figures 3 à 13). Si la force du solvant de l'échantillon est trop forte, le composé cible n'obtiendra pas de rétention (Adsorption) ou une rétention faible. Par exemple: l'extraction en phase solide inverse lorsque le solvant de l'échantillon est le n - hexane ne convient pas, car le n - hexane est un solvant puissant pour l'extraction en phase solide inverse (voir figure 3 - 13) et le composé cible ne sera pas adsorbé sur l'adsorbant; L'extraction en phase solide inverse est possible lorsque le solvant de l'échantillon est de l'eau, car l'extraction en phase solide inverse par l'eau est un solvant faible qui n'affecte pas l'adsorption du composé cible sur l'adsorbant.

L'extraction en phase solide prend également en compte les points suivants lors du choix du mode de séparation et de l'adsorbant:

1. Solubilité du composé cible dans un solvant polaire ou apolaire, ce qui concerne principalement le choix du liquide de douche.

2. Le composé cible a - t - il la possibilité d'être ionisé (le pH peut être ajusté pour l'ionisation), ce qui permet de décider si l'extraction en phase solide échangeuse d'ions doit être utilisée.

3. Est - il possible que le composé cible forme des liaisons covalentes avec l'adsorbant, telles que la formation de liaisons covalentes, qui peuvent être gênantes lors de l'élution.

4. Degré de concurrence entre le composé non cible et le composé cible sur le point d'adsorption sur l'adsorbant, ce qui concerne la question de savoir si le composé cible peut être bien séparé du composé perturbateur.

II. Extraction en phase solide adsorbants couramment utilisés (phase stationnaire)

Étant donné que l'extraction en phase solide est essentiellement une séparation par chromatographie liquide, en principe, les matériaux qui peuvent être utilisés comme charges pour les colonnes de chromatographie liquide peuvent être utilisés pour l'extraction en phase solide. Cependant, parce que la pression de colonne de la chromatographie liquide peut être plus élevée, l'efficacité de la colonne requise est plus élevée, les exigences de granulométrie de sa charge sont plus strictes, dans le passé, une charge de taille de particules de 10 µm était couramment utilisée, maintenant la colonne utilise plus de 5 µm de charge, même 3 µm de charge (avec l'augmentation de la pression de la pompe HPLC, la taille des particules de la charge diminue progressivement). Les exigences de distribution granulométrique pour les charges sont également étroites. La pression sur la colonne d'extraction en phase solide n'est généralement pas grande, le but de la séparation est simplement de séparer le composé cible du composé perturbateur et de la matrice, les exigences d'efficacité de la colonne ne sont généralement pas élevées, de sorte que la charge comme adsorbant d'extraction en phase solide est plus grossière, généralement à 40 μm est disponible, les exigences de distribution granulométrique ne sont pas strictes, ce qui peut réduire considérablement le coût de la colonne d'extraction en phase solide. Les types d'adsorbants couramment utilisés pour l'extraction en phase solide et leurs utilisations figurent dans les tableaux 3 à 4.

Trois. Dispositifs et procédures opératoires pour l'extraction en phase solide

Le dispositif d'extraction en phase solide le plus simple est une petite colonne de plusieurs millimètres de diamètre (figures 3 à 14), qui peut être en verre ou en plastique polypropylène, polyéthylène, polytétrafluoroéthylène, etc., ou en acier inoxydable. L'extrémité inférieure de la colonne est munie d'une plaque de tamis fritté de 20 µm de diamètre de pore pour supporter l'adsorbant. Si la colonne d'extraction en phase solide maison n'a pas de plaque d'écran frittée appropriée, vous pouvez également remplacer la plaque d'écran par un remplissage de laine de verre, qui peut à la fois soutenir l'adsorbant solide et permettre au liquide de s'écouler. Remplissez la plaque de tamis avec une certaine quantité d'adsorbant (100 ㎎ ~ 1000 ㎎, selon les besoins), puis ajoutez une autre plaque de tamis à l'adsorbant pour éviter la destruction du lit de colonne lors de l'ajout d'échantillons (il peut également être remplacé par de la laine de verre sans plaque de tamis). Il existe actuellement diverses spécifications de colonnes d'extraction en phase solide contenant divers adsorbants qui sont vendues et sont très faciles à utiliser (figures 3 à 15).

Le mode opératoire général de l'extraction en phase solide est le suivant:

1. Adsorbant activé: Avant d'extraire l'échantillon, la colonne d'extraction de la phase solide doit être lavée avec un solvant approprié pour maintenir l'adsorbant humide, peut adsorber le composé cible ou interférer avec le composé. Différents modes d'activation de la colonne d'extraction en phase solide diffèrent par le solvant:

(1) adsorbant faiblement polaire ou apolaire utilisé pour l'extraction en phase solide inverse, généralement avec un solvant organique soluble dans l'eau, tel que le méthanol, puis avec de l'eau ou une solution tampon. Il est également possible de rincer avec un solvant fort tel que l'hexane avant de rincer au méthanol pour éliminer les impuretés adsorbées sur l'adsorbant et leur interférence avec le composé cible.

(2) l'adsorbant polaire utilisé pour l'extraction en phase solide normale, généralement lavé avec le solvant organique (matrice d'échantillon) dans lequel se trouve le composé cible.

(3) Les adsorbants utilisés pour l'extraction en phase solide échangeuse d'ions qui, lorsqu'ils sont utilisés dans des échantillons dans des solvants organiques apolaires, peuvent être lavés avec un solvant d'échantillon; Lors de l'utilisation d'échantillons dans des solvants polaires, après lavage avec un solvant organique soluble dans l'eau, laver avec une solution aqueuse de pH approprié et contenant un solvant organique et du sel.

Pour que l'adsorbant dans la colonne d'extraction en phase solide reste humide Après activation jusqu'à l'addition de l'échantillon, environ 1 ml du solvant utilisé pour le traitement d'activation doit être maintenu sur l'adsorbant après le traitement d'activation.

Échantillon supérieur: l'échantillon liquide ou solide dissous est versé dans une colonne d'extraction en phase solide activée, puis l'échantillon est introduit dans l'adsorbant par aspiration (Figure 3 - 16), pressurisation (Figure 3 - 17) ou centrifugation (Figure 3 - 18).

3. Lavage et élution: après que l'échantillon entre dans l'adsorbant, le composé cible est adsorbé, le composé interférent faiblement retenu peut être lavé avec un solvant plus faible, puis le composé cible est élué avec un solvant plus fort et collecté. Le lavage et l'élution, comme indiqué précédemment, peuvent être effectués par aspiration, pressurisation ou centrifugation pour faire circuler la lessive ou l'éluant à travers l'adsorbant.

Si, lors du choix de l'adsorbant, vous choisissez un adsorbant qui adsorbe faiblement ou pas sur le composé cible, et un adsorbant qui a une Adsorption forte sur le composé perturbateur, vous pouvez également laisser le composé cible d'abord être lavé et recueilli, tandis que le composé perturbateur reste (adsorbé) sur l'adsorbant, les deux sont séparés. Les figures 3 à 19 illustrent schématiquement les deux approches. Dans la plupart des cas, il s'agit de laisser le composé cible sur l'adsorbant, puis d'éluer avec un solvant fort, ce qui est plus favorable à la purification de l'échantillon. Les figures 3 à 20 donnent l'extraction en phase solide

Schéma du programme général adopté.

Pour faciliter l'utilisation de l'extraction en phase solide, de nombreux fabricants, en plus de produire diverses spécifications et modèles de petites colonnes d'extraction en phase solide, ont également développé de nombreux dispositifs d'extraction en phase solide, ce qui rend l'extraction en phase solide plus pratique et plus simple à utiliser. Par exemple, la société supelco a fourni des bouchons de traitement à tube unique (figures 3 à 21) pour pressuriser des colonnes individuelles d'extraction en phase solide, qui peuvent être facilement utilisés avec des colonnes d'extraction en phase solide. Par exemple, pour permettre l'évacuation simultanée de plusieurs colonnes d'extraction en phase solide, supelco propose des unités multicollecteurs à vide de 12 et 24 pores (figures 3 à 22) qui peuvent traiter simultanément plusieurs colonnes d'extraction en phase solide. L'Institut de chimie et de physique de Dalian de l'Académie chinoise des sciences, le Centre national de recherche et d'analyse chromatographiques ont également développé un dispositif d'extraction en phase solide sous vide.

Les figures 3 à 23 donnent un organigramme de la façon de choisir le mode d'extraction en phase solide en fonction de la nature de la matrice (solvant), du composé cible et du composé interférant de l'échantillon.

Quatre. Microextraction en phase solide (solidphasemicro extractionspme)

La micro - extraction en phase solide est une nouvelle technique de séparation par extraction développée sur la base de l'extraction en phase solide, par rapport à l'extraction liquide - liquide et à l'extraction en phase solide, avec un temps de fonctionnement court, une petite quantité d'échantillon, aucun solvant d'extraction nécessaire, adaptée à l'Analyse des substances volatiles et non volatiles, une bonne reproductibilité et d'autres avantages. De nombreuses études ont montré que la reproductibilité et la précision sont excellentes lorsqu'une échelle interne appropriée est ajoutée à un échantillon pour une analyse quantitative. Le dispositif de micro - extraction en phase solide, de type externe tel qu'un micro - échantillonneur, est constitué en deux parties d'une poignée (Holder) et d'une tête d'extraction ou tête fibreuse (fiber), une fibre fondue de 1 longueur recouverte de différents adsorbants, fixée sur un fil d'acier inoxydable, d'Un tube extérieur en acier inoxydable fin (protégeant les fibres de quartz contre les ruptures), d'une tête fibreuse rétractable ou entrante à l'intérieur du tube d'acier et d'un tube fin en acier inoxydable pénétrant dans un joint en caoutchouc ou en plastique pour l'échantillonnage ou l'échantillonnage. Poignée pour monter ou fixer la tête d'extraction pour une utilisation permanente (figures 3 à 24)

La clé de la micro - extraction en phase solide est de choisir un revêtement (adsorbant) sur les fibres de quartz, de sorte que le composé cible peut adsorber sur le revêtement, tandis que le composé perturbateur et le solvant ne sont pas adsorbés, en général: le composé cible est non polaire lorsque le revêtement non polaire est sélectionné; Les revêtements polaires sont choisis lorsque le composé cible est polaire.

La méthode d'échantillonnage pour la micro - extraction en phase solide consiste à insérer un tube d'aiguille de micro - extraction en phase solide (manchon en acier inoxydable) à travers le joint d'étanchéité du flacon d'échantillon et dans le flacon d'échantillon. La tête d'extraction est ensuite éjectée et la tête d'extraction est immergée dans l'échantillon (mode immersion) ou placée dans l'espace supérieur de l'échantillon (mode espace supérieur) pour l'extraction. Le temps d'extraction est d'environ 2 à 30 minutes, selon l'équilibre d'adsorption du composé cible. Retirez ensuite la tête d'extraction et retirez le tube (figures 3 à 25).

La micro - extraction en phase solide peut être utilisée en chromatographie gazeuse ou en chromatographie liquide (figures 3 à 25). Lorsqu'il est utilisé pour le GC, il est l'insertion d'un tube d'aiguille de micro - extraction en phase solide (manchon en acier inoxydable) dans l'entrée de l'échantillon GC, poussant la tige de la poignée, dépassant la tête de fibre, en utilisant le composé cible de désorption thermique à haute température de l'entrée de l'échantillon, après désorption par le gaz porteur dans la colonne de chromatographie. Lorsqu'il est utilisé en HPLC, c'est l'insertion d'un tube d'aiguille de micro - extraction en phase solide (manchon en acier inoxydable) dans une cellule de désorption d'interface micro - extraction en phase solide / HPLC, puis la phase mobile de la HPLC réutilisée élutionne le composé cible à travers la cellule de désorption et amène le composé cible dans la colonne chromatographique.