NOWE ROZWIĄZANIA ZANIA METODYCZNE W ZAKRESIE PRZYGOTOWANIA PRÓBEK DO ANALIZY CHROMATOGRAFICZNEJ

Transkrypt

1 NOWE ROZWIĄZANIA ZANIA METODYCZNE W ZAKRESIE PRZYGOTOWANIA PRÓBEK DO ANALIZY CHROMATOGRAFICZNEJ Jacek Namieśnik Katedra Chemii Analitycznej Wydział Chemiczny Politechnika Gdańsk ul. G. Narutowicza 11/ Gdańsk chemanal@pg.gda.pl Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 1

2 PROCEDURA ANALITYCZNA (METODYKA ANALITYCZNA) METODA ANALITYCZNA TECHNIKA ANALITYCZNA ANALIT MATRYCA próbka DOKŁADNIE OPISANY SPOSÓB POSTĘPOWANIA Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 2

3 PROCEDURA ANALITYCZNA JAKO ŁAŃCUCH OPERACJI I CZYNNOŚCI CI Ocena i interpretacja danych (wyników analitycznych) Określenie problemu przedstawionego przez klienta Zdefiniowanie problemu analitycznego Obróbka danych i ich przechowywanie Wybór materiału do pobierania próbek Analiza (rozdzielanie i oznaczanie) Obróbka pobranej próbki Strategia i techniki pobierania próbek NAJSŁABSZE OGNIWO SŁABE OGNIWO UWAGA NA NAJSŁABSZE ABSZE OGNIWO! Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 3

4 CELE I ZADANIA ETAPU PRZYGOTOWANIA PRÓBEK DO ANALIZY CHROMATOGRAFICZNEJ LP. ZADANIE SPOSÓB REALIZACJI 1. Zapewnienie stabilności próbki na etapie transportu i przechowywania. 2. Uzyskanie homogeniczności pobranej próbki. 3. Usunięcie składników przeszkadzających (interferentów). 4. Chemiczna konserwacja analitów (derywatyzacja) do postaci łatwej do: izolacji, rozdzielania składników mieszanin, wykrywania i oznaczania ilościowego. 5. Wymiana matrycy próbki na matrycę przyjazną w stosunku do stosowanego przyrządu pomiarowego. 6. Podniesienie stężenia analitu w próbce do analizy do poziomu umożliwiającego przeprowadzenie analizy ilościowej. 7. Zmniejszenie ilości zużywanych odczynników (w tym także rozpuszczalników). Konserwacja chemiczna. Konserwacja termiczna. Liofilizacja. Mielenie. Mieszanie. Analiza sitowa. Odpylanie (próbki gazowe). Usuwanie zawiesiny (próbki ciekłe). Osuszanie próbek. Odtlenianie próbek. Usuwanie składników reaktywnych. Derywatyzacja in situ (w trakcie pobierania próbek analitów). Derywatyzacja w kolumnie. Derywatyzacja w wycieku z kolumny. Ekstrakcja analitów z próbki przy użyciu: strumienia gazu płuczącego odpowiedniego rozpuszczalnika (w tym także płynów w stanie nadkrytycznym) urządzeń membranowych desorbera termicznego Wykorzystanie szerokiego spektrum technik wzbogacania analitów (w wielu przypadkach operacja ta jest połączona z etapem wymiany matrycy). Wykorzystanie tzw. bezrozpuszczalnikowych technik przygotowania próbek. Zmniejszenie skali oznaczeń. Wprowadzenie do praktyki analitycznej Systemów Całkowitej Analizy Chemicznej (Total Chemical Analysis System - TAS) oraz μtas Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 4

5 WYZWANIA METODYCZNE W ZAKRESIE PRZYGOTOWANIA PRÓBEK DO ANALIZY Bezrozpuszczalnikowe techniki przygotowania próbek do analizy NOWE CZYNNIKI EKSTRAKCYJNE Wykorzystanie cieczy jonowych na etapie przygotowania próbek do analizy Zastosowanie wody w stanie podkrytycznym jako dogodnego czynnika ekstrakcyjnego (Subcritical Hot Water Extraction SHWE) CZYNNIKI WSPOMAGAJĄCE OPERACJE I CZYNNOŚCI W LABORATORIUM CHEMICZNYM Zastosowanie promieniowania mikrofalowego Zastosowanie promieniowania ultradźwiękowego Zastosowanie promieniowania UV Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 5

6 KLASYFIKACJA ROZWIĄZA ZAŃ METODYCZNYCH I APARATUROWYCH W ZAKRESIE EKSTRAKCJI DO FAZY STAŁEJ (SPE) Lp. Parametr klasyfikujący Dodatkowe informacje 1. sposób otrzymywania sorbentów naturalne -węgle aktywne syntetyczne -polimery porowate 2. charakter materiału sorpcyjnego sorbenty nieorganiczne -żel krzemionkowy -tlenek glinu -Florisil sorbenty organiczne -pianki poliuretanowe (PUF) -Porapaki (P, R, S, Q) -Chromosorby ( ) -Tenax-TA -Tenax-GC 3. rozwinięcie powierzchni (wielkość powierzchni właściwej) sorbenty nieporowate sorbenty porowate Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 6

7 KLASYFIKACJA ROZWIĄZA ZAŃ METODYCZNYCH I APARATUROWYCH W ZAKRESIE EKSTRAKCJI DO FAZY STAŁEJ (SPE) Lp. Parametr klasyfikujący Dodatkowe informacje 4. średnica porów wąskoporowate szerokoporowate 5. wielkość ziaren sorbentu makroziarna 6. sposób prowadzenia procesu ekstrakcji 7. forma geometryczna złoża sorpcyjnego mikroziarna nanoziarna ekstrakcji dynamiczna ekstrakcja pasywna (dozymetry pasywne) denudacja rurka ze złożem sorbenta krążek ekstrakcyjny pułapka denudacyjna włókna ekstrakcyjne (SPME) ruchomy element sorpcyjny (SBSE) dodatek sorbenta do badanego medium (ekstrakcja dyspersyjna) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 7

8 KLASYFIKACJA ROZWIĄZA ZAŃ METODYCZNYCH I APARATUROWYCH W ZAKRESIE EKSTRAKCJI DO FAZY STAŁEJ (SPE) Lp. Parametr klasyfikujący Dodatkowe informacje 8. połączenie układu sorpcyjnego z przyrządem pomiarowym off-line on-line 9. objętość badanego medium przepuszczona przez sorbent 10. sposób uwalniania zatrzymanych analitów 11. wykorzystanie etapu ekstrakcji w procedurach analitycznych 12. zjawiska wykorzystywane na etapie zatrzymywania analitów próbniki wielkoobjętościowe (HVS) próbniki nikskoobjętościowe (LVS) elucja za pomocą rozpuszczalnika desorpcja termiczna elucja za pomocą płynu w stanie nadkrytycznym pobieranie próbek analitów z badanego medium oczyszczanie ekstraktów rozpuszczalnikowych oczyszczanie mediów laboratoryjnych (woda, gazy) adsorpcja podział międzyfazowy wykluczanie immunopodobieństwo Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 8

9 NOWE ROZWIĄZANIA ZANIA W ZAKRESIE EKSTRAKCJI DO FAZY STAŁEJ Akronim Termin anglojęzyczny Termin polskojęzyczny MISPE ISPE SPME SBSS RAM s Molecularly Imprinted Solid Phase Extraction Immunoaffinity Solid Phase Extraction Solid Phase Microextraction Stir Bar Sorptive Extraction Restricted Area Materials Ekstrakcja do fazy stałej z wykorzystaniem sorbentu z nadrukiem molekularnym Ekstrakcja do fazy stałej z wykorzystaniem immunosorbentów Mikroekstrakcja do fazy stacjonarnej Ekstrakcja z wykorzystaniem wirującego elementu sorpcyjnego Sorbenty do chromatografii żelowej (wykluczenia) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 9

10 SCHEMAT PRZYGOTOWANIA POLIMERU Z ODWZOROWANIEM CZĄSTECZKOWYM (nadrukiem molekularnym) monomery z grupami funkcyjnymi polimeryzacja cząsteczka matrycy (wzorca) samoorganizacja (dopasowanie grup funkcyjnych i matrycy) ekstrakcja cząsteczek matrycy (wzorca) odczynnik sieciujący oznaczanie cząsteczek matrycy (wzorca) M. Lasakova, P. Jandera, J.Sep. Sci., 32, 799 (2009) selektywna kawitacja Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 10

11 SORBENTY Z ODWZOROWANIEM JONOWYM (IIP( IIP s) Sorbent do izolacji i wzbogacania rtęci Hg (II) Polymeryzacja Elucja Kwas metakrylowy (MAA) - monomer Trimetyloakrylan trimetylopropylu (TMPTM) czynnik sieciujący 1-(2-tiazoliloazo)-2-naftol (TAN) specyficzny ligand dla Hg (II) I. Dakova, I. Karadjova, V. Georgieieva, G. Georgiev, Talanta, 78, 523 (2009) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 11

12 MEZOPOROWATY ŻEL KRZEMIONKOWY O WŁAŚCIWOW CIWOŚCIACH CIACH MAGNETYCZNYCH blokada porów (polimeryzacja metakrylanu metylu) depozycja nanocząstek kobaltu (na zewnętrznej powierzchni) mezoporowaty żel krzemionkowy ochrona (pokrycie) nanocząstek kobaltu (przez cienki film węglowy) usunięcie polimeru - polimetakrylanu metylu z wnętrza porów (mineralizacja) A.-H. Lu, W.-C. Li, A. Kiefer, W. Schmidt, E. Bill, G. Fink, F. Schuth, J. Am. Chem. Soc., 126, 8616 (2004) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 12

13 SORBENTY O WŁAŚCIWOW CIWOŚCIACH CIACH MAGNETYCZNYCH ZASTOSOWANIE - dyspersyjny wariant techniki SPE ZALETY - możliwość łatwego oddzielenia od roztworu i przenoszenia do innego medium poprzez zastosowanie pola magnetycznego (magnesu) zamiast procesu wirowania ROZWIĄZANIA - naniesienie warstwy porowatego polimeru na magnetyczny rdzeń (Fe 3 O 4 ) - naniesienie na zewnętrzną powierzchnię porowatego sorbentu nanocząstek o właściwościach magnetycznych Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 13

14 EKSTRAKCJA CIECZ-CIECZ W OTWARTEJ KOLUMIENCE EKSTRAKCYJNEJ (Open Column Liquid-Liquid Extraction OCLLE) Można traktować jako kombinację trzech technik ekstrakcyjnych: -ekstrakcji ciecz- ciecz (LLE) -ekstrakcji do fazy stałej (SPE) -mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej (SPME) Kolumienki ekstrakcyjne (jednorazowego użytku) zawierają złoże ZIEMI OKRZEMKOWEJ o wysokiej czystości. J. Klein, L. Adler, J. AOAC Intern., 86, 1015 (2003) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 14

15 TOK POSTĘPOWANIA POWANIA Wprowadzenie próbki wody do kolumienki Adsorpcja analitów i wody na powierzchni sorbentu Elucja za pomocą rozpuszczalnika J. Klein, L. Adler, J. AOAC Intern., 86, 1015 (2003) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 15

16 ASPEKTY PRAKTYCZNE Wykorzystuje się kolumienki ekstrakcyjne (jednorazowego użytku) typu ChemElut. Zalety: brak dodatkowego oprzyrządowania nie występuje zjawisko tworzenia się emulsji (po dodaniu roztworu soli do próbki) zatrzymywanie (nieodwracalne) zanieczyszczeń nieorganicznych w złożu sorbenta Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 16

17 ROZWIĄZANIE ZANIE KONSTRUKCYJNE NACZYNKA FILTRACYJNEGO POŁĄ ŁĄCZONEGO Z KOLUMIENKĄ EKSTRAKCYJNĄ Naczynko filtracyjne własnej konstrukcji wraz z kolumienką SPE: A- wata szklana B- kulki szklane (Empore 3M, Filter Aid 400) C- filtr szklany (Whatman GF/F 0,7 µm) D- kolumienka SPE 1- nakładka z tworzywa PTFE 2- szklana rurka 3 - podkładka z tworzywa PTFE 4 - uszczelka z silikonu Wolska L., Galer K., Górecki T., Namieśnik J., Talanta, 50, 985 (1999) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 17

18 SCHEMAT PROCEDURY OZNACZANIA ANALITÓW W Z GRUPY WWA I PCB W PRÓBKACH WODY PO ETAPIE EKSTRAKCJI ANALITÓW (MATERIA ZAWIESZONA + WODA) Naftalen-d8 Benzo(a)antracen-d12 PCB 209 Próbka wody Przepuszczenie strumienia próbki przez naczynko filtracyjne i kolumienkę SPE (C18) Elucja: DCM (10 ml/min) Liofilizacja kolumienki i naczynka filtracyjnego (6h) FILTRAT ZAWIESINA Wymywanie analitów z kolumienki (DCM, 2 x 2 ml) Przeniesienie filtra do naczynka ekstrakcyjnego Odparowanie nadmiaru rozpuszczalnika w strumieniu N 2 (300 μl) Oznaczanie analitów z grupy WWA i PCB (GC MS) próbka: 2 μl Ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika wspomagana ultradźwiękami 3 ml DCM (30 min) 1 ml DCM (10 min) Odparowanie nadmiaru rozpuszczalnika w strumieniu N 2 (300 μl) Wolska L., Galer K., Górecki T., Namieśnik J.,Talanta, 50, 985 (1999) Oznaczanie analitów z grupy WWA i PCB (GC MS) próbka: 2 μl Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 18

19 EKSTRAKCJA ANALITÓW W ZA POMOCĄ RUCHOMEGO ELEMENTU SORPCYJNEGO (Stir Bar Sorptive Extraction SBSE) nakrętka pojemnik szklany badana próbka mieszadełko magnetyczne pokryte warstwą PDMS M. Kawaguchi, R. Ito, K. Saito, H. Nakazawa, J. Pharm. Biomed. Anal., 40, 500 (2006) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 19

20 WYKORZYSTANIE TECHNIKI EKSTRAKCJI ANALITÓW ZA POMOCĄ KILKU RUCHOMYCH ELEMENTÓW W SORPCYJNYCH (Multi - Stir Bar Sorptive Extraction - MSBSE) V próbka ciekła derywatyzacja derywatyzacja derywatyzacja zmniejszenie procesu adsorpcji analitów na ściankach bezwodny kwas octowy tetraetyloboran sodu chloromrówczan etylu metanol 0,25 V 0,25 V 0,25 V 0,25 V ruchomy element sorpcyjny pokryty warstwą PDMS E. Van Hoeck, F. Canale, Ch. Cordero, S. Compernolle, C. Bicchi, P. Sandra, Anal. Bioanal. Chem., 393, 907 (2009) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 20

21 NOWY WARIANT TECHNIKI EKSTRAKCJI ZA POMOCĄ RUCHOMEGO ELEMENTU SORPCYJNEGO (Multi - Stir Bar Sorptive Extraction M - SBSE) Etap desorpcji analitów wełna szklana 4 elementy sorpcyjne (anality z róźnych części tej samej próbki) rurka do desorpcji termicznej GC-MS derywatyzacja alkoholi (BSTFA) derywatyzacja amin i kwasów (chloromrówczan etylu) derywatyzacja fenoli (bezwodny kwas octowy) ekstrakcja niepolarnych analitów derywatyzacja związków cynoorganicznych (tetraetyloboran sodu) E. Van Hoeck, F. Canale, Ch. Cordero, S. Compernolle, C. Bicchi, P. Sandra, Anal. Bioanal. Chem., 393, 907 (2009) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 21

22 ZASADA PRACY URZĄDZENIA DO EKSTRAKCJI ANALITÓW Z PRÓBKI STAŁEJ W ZŁOŻU Z U FLUIDALNYM (FBE) element chłodz odzący odpowietrzenie ekstrakcja filtr dolna komora ogrzewanie chłodzenie M. Gfrerer, M. Stadlober, B. M. Gawlik, T. Wenzl, E. Lankmayr, Chromatographia, 53, 442 (2001) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 22

23 EKSTRAKCJA ANALITÓW W Z PRÓBKI STAŁEJ W ZŁOŻU Z U FLUIDALNYM (Fluidized Bed Extraction - FBE) Urządzenie do ekstrakcji produkuje firma Janke & Kunkel GmbH & Co. KG, IKA-Labortechnuk Labortechnuk, Staufen,, Germany H. Siegel, GIT Fachz. Lab., 41, 486 (1997) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 23

24 DYNAMICZNA EKSTRAKCJA DO FAZY STAŁEJ (Solid - Phase Dynamic Extraction SPDE) IDEA rozwiązanie alternatywne w stosunku do SPME odpowiednim sorbentem jest pokryta wewnętrzna ścianka igły większa powierzchnia kontaktu międzyfazowego większa odporność mechaniczna elementu sorpcyjnego (w stosunku do włókna ekstrakcyjnego urządzenia do SPME) bardziej skomplikowany tok postępowania przyczyną mniejszego zainteresowania J. Lipiński, Fresenius J. Anal. Chem., 369, 57 (2001) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 24

25 DYNAMICZNA EKSTRAKCJA DO FAZY STAŁEJ (SPDE) igła urządzenia do SPDE pobieranie próbki (aspiracja) ścianka igły sorpcja PDMS zjawisko podziału strumień gazu dozowanie ścianka igły PDMS zjawisko podziału strumień gazu desorpcja (elucja) Schematyczne przedstawienie zasady pracy urządzenia do SPDE J. Van Durme, K. Demeestere, J. Dewulf, F. Ronsse, L. Braeckman, J. Pieters, H. Van Langenhove, J. Chromatogr. A., 1175, 145 (2007) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 25

26 DYNAMICZNA EKSTRAKCJA DO FAZY STAŁEJ (SPDE) Pierwsze urządzenie do SPDE (homemade) opracowano w roku (Jak do tej pory brak jest odpowiedniego urządzenia dostępnego na rynku) J. Van Durme, K. Demeestere, J. Dewulf, F. Ronsse, L. Braeckman, J. Pieters, H. Van Langenhove, J. Chromatogr. A., 1175, 145 (2007) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 26

27 MIKROEKSTRAKCJA LOTNYCH ZWIAZKÓW W ORGANICZNYCH z wykorzystaniem pułapki denudacyjnej wewnątrz igły (Inside Needle Capillary Adsorption Trap INCAT) Rozwiązanie identyczne co do idei jak w przypadku techniki dynamicznej ekstracji do fazy stałej (SPDE) M. E. McComb, R.D. Oleschuk, E. Miller, H. D. Gesser, Talanta, 44, 2137 (1997) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 27

28 MINIATUROWE URZĄDZENIE DO EKSTRAKCJI ANALITÓW (złoże e włókien w ekstrakcyjnych w igle) Y. Saito, I. Ueta, M. Ogawa, A. Able, K. Yogo, S. Shirai, K. Jinno, Anal. Bioanal. Chem., 393, 861 (2009) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 28

29 MINIATUROWE URZĄDZENIE DO EKSTRAKCJI ANALITÓW (złoże e granulowanego sorbenta wewnątrz igły) I. Ueta, Y. Saito, M. Hosoe, M. Okamoto, H. Ohkita, S.Shirai, H. Tamura, K. Jinno, J. Chromatogr. B., 877, 255, (2009) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 29

30 WARSTWA SORBENTU W NACZYNKU EKSTRAKCYJNYM (Sorbent Layer in Extraction Vial SLiVE) masa analitu w próbce, Przykład Odzysk [%] H. Frank, Separation Science: Application of polymer chemistry, 5th Conference on Separation and Related Techniques, NoSSS2009, Tallin, 2009 Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 30

31 URZĄDZENIE DO TERMODESRPCJI ogrzewanie połączone z dozownikiem GC gaz nośny pokrywa naczynka ekstrakcyjnego uszczelnienie grzejnik gaz nośny H. Frank, Separation Science: Application of polymer chemistry, 5th Conference on Separation and Related Techniques, NoSSS2009, Tallin, 2009 Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 31

32 NANOEKSTRAKCJA DO FAZY STAŁEJ (Soild - Phase Nanoextraction - SPNE) ZASADA: Wykorzystanie silnego powinowactwa pomiędzy związkami z grupy WWA i nanocząstkami złota SPOSÓB REALIZACJI: Próbki ciekłe (woda) o objętości rzędu 500 μl (!!!) miesza się z roztworem koloidalnym złota. Następuje ilościowe wiązanie analitów z grupy WWA z powierzchnią nanocząstek złota, które następnie odwirowywuje się z wykorzystaniem ultrawirówki. Na etapie oznaczeń końcowych wykorzystuje się technikę HPLC-FD (detektor fluorescencyjny). Możliwość oznaczania analitów z grupy WWA w wodzie na poziomie ppb ppt H. Wang, A. D. Campiglia, Anal. Chem., 80, 8202 (2008) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 32

33 NANOEKSTRAKCJA DO FAZY STAŁEJ SPNE (Oznaczanie zawartości wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w wodzie pitnej na poziomie ppt) próbka wody 500 μl roztwór koloidalny złota (20 nm) (950 μl, stężenie 7, cząstek złota/ml) wytrząsanie (5 min) wirowanie (10 min) zebranie osadu dodatek pentatiolu (2 μl) n-oktanu (48 μl) ~ 40 min wytrząsanie (5 min) wirowanie (10 min) zebranie roztworu znad osadu HPLC i / lub LETRSS H. Wang, S. Yu, A. D. Campiglia, Anal. Biochem., 385, 249 (2009) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 33

34 METODYKA JEDNOCZESNEGO OZNACZANIA SZEROKIEGO SPEKTRUM PESTYCYDÓW W W PRÓBKACH ŻYWNOŚCI QuECHERS Quick - szybkość Easy - łatwość Cheap - mały koszt Effective - skuteczność Rugged - elastyczność Safe bezpieczeństwo M. Anastussides, S. J. Lehetay, D. Stajnbaher, F. J. Schenck, J.AOAC Intern., 86, 412 (2003) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 34

35 METODYKA QuECHERS Próbka (owoce, warzywa) Dodatek acetonitrylu (10 ml) Wymieszanie (1 min) Wymieszanie (30 s) Odwirowanie (1 min) Pobieranie próbki z fazy acetonitrylowej (1 ml) do próbówki Dodatek MgSO 4 (4 g) NaCl (1 g) OCZYSZCZANIE EKSTRAKTU Wymieszanie (1 min) Dodanie roztworu (5%) kwasu mrówkowego Dodatek roztworu wzorcowego Analiza próbek ekstraktu (GC-MS) M. Anastussides, S. J. Lehotay, D. Stajnbaher, F. J. Schenck, J.AOAC Intern., 86, 412 (2003) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 35

36 KLUCZOWY ETAP PROCEDURY - OCZYSZCZANIE EKSTRAKTU Dodatek odpowiedniego sorbentu bezpośrednio do próbki ekstraktu Wytrząsanie Odwirowanie Regulacja ph ANALIZA PRÓBEK EKSTRAKTU GC-MS, LC-MS Ta technika ekstrakcyjna jest opisana w katalogu firmy RESTEK jako d - SPE Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 36

37 METODYKA OZNACZANIA POZOSTAŁOŚCI QuECHERS Termin w języku angielskim Multi Residure Method -MRM opisano możliwość oznaczenia 237 pestycydów w przypadku zastosowania różnych kolumienek ekstrakcyjnych (PSA, GCB, SAX, ODS, Alumina-N, ) i technik GC-MS i LC-MS-MS Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 37

38 OZNACZANIE ZWIĄZK ZKÓW W ESTROGENNYCH W ŚCIEKACH I SZLAMACH filtr (2,8 μm) Ścieki surowe (50 ml) oczyszczone (100 ml) dodatek wzorca odzysku (RS) przemywanie (MeOH) Szlam 2 g (m.m.)/~0,2 g (s.m.) dodatek wzorca odzysku (RS) ekstrakcja (ASE) SPE oczyszczanie filtratu (Oasis HLB, 200 mg) SPE oczyszczanie ekstraktu (Florisil) dodatek wzorca wewnętrznego (IS) elucja (5-8 ml/min) odparowanie do sucha dodatek wzorca wewnętrznego (IS) (alkilofenole) (związki steroidowe) (koniugaty) M. P. Fernandez, Analityczne T. M. Noguerol, Zastosowania S. Lacorte, Chromatografii I. Buchanan, Cieczowej, B. Pina, , Anal. Bioanal. Warszawa Chem., 393, 957 (2009) 38

39 PROCEDURA OZNACZANIA ZWIĄZK ZKÓW W ENDOKRYNNYCH W PRÓBKACH WODY próbka wody (1000 ml) ELISA ekstrakcja wzbogacanie elucja SPE (C-18) odparowanie rozpuszczalnika (w atmosferze N 2 ) oczyszczanie ekstraktu wzbogacanie analitu (SPE - NH 2 Propyl) kondycjonowanie kolumienki metanol (5 ml) woda (10 ml) ekstrakcja analitów z próbki (5 ml) osuszanie pod próżnią (1 min) przemywanie: heksan (5 ml) elucja ze złoża: dichlorometan (5 ml) rozpuszczenie suchej pozostałości (odtworzenie próbki): metanol (1 ml) kondycjonowanie kolumienki metanol (5 ml) ekstrakcja analitów z próbki (1 ml) zbieranie filtratu elucja ze złoża: metanol (5 ml) połączenie filtratu z ekstraktem M. Farre, M. Kuster, R. Brix, F. Rubio, M.J. Lopez de Alba, D. Barcelo, J. Chromatogr. A, 1160, 166 (2007) odparowanie rozpuszczalnika (w atmosferze N 2 ) rozpuszczenie suchej pozostałości (odtworzenie próbki): metanol (500 μl) UPLC-Q-TOF-MS/MS rozpuszczenie suchej pozostałości (odtworzenie próbki): metanol (1 ml) rozcieńczenie (1:10) w roztworze buforu fosforanowego (PBST) ELISA LC-MS/MS Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 39

40 PROCEDURA OZNACZANIA AMFETAMINY I ZWIĄZK ZKÓW AMFETAMINOPODOBNYCH W WODACH POWIERZCHNIOWYCH I WODACH ŚCIEKOWYCH (UHPLC-MS/MS -wykorzystanie wysokociśnieniowej chromatografii cieczowej) próbka wody (po wirowaniu) 50 ml wzorzec wewnętrzny (~100 ng/l) kwas mrówkowy (ph 2) SPE kolumienka ekstrakcyjna (150 mg) (OASIS MCX) KONDYCJONOWANIE: MeOH (6 ml) woda (Milii-Q) - 3 ml zakwaszona woda (ph 2) - 3 ml PRZEMYWANIE: 2 % roztwór amoniaku w wodzie (5 ml) WYMYWANIE: 2 % roztwór amoniaku w metanolu (8 ml) Ekstrakt ODPAROWANIE (w strumieniu azotu -35 C) ROZPUSZCZENIE roztwór wodny MeOH (10 %) - 1 ml próbka 20 μl UHPLC-MS/MS C18, średnica ziaren: 1,7 μm l. Bijlsma, J. V. Sancho, E. Pitarch, M. Ibanez, F. Hernandez, J. Chromatogr. A, 1216, 3078 (2009) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 40

41 JEDNOCZESNE OZNACZANIE WIELU PESTYCYDÓW W W PRÓBKACH ŚRODOWISKOWYCH MOŻLIWOŚC OZNACZANIA NAWET 500 PRIOPYTETOWYCH PESTYCYDÓW Jaką technikę analityczną zastosować GC-MS czy też LC-MS/MS? L.Adler, K. Greulich, G. Kempe, B. Vieth, Mass Spectrom. Rev., 25, 838 (2006) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 41

42 MOŻLIWO LIWOŚCI ZASTOSOWANIA TECHNIK GC-MS I LC-MS MS/MS W ANALITYCE PESTYCYDÓW Klasa związków chemicznych Liczba związków Anality niewykrywane przez GC-MS Anality niewykrywane przez LC-MS/MS związki fosforoorganiczne karbaminiany związki chlorowcoorganiczne związki sulfonylomocznikowe triazole triazyny związki mocznikowe pyretroidy aryloksyfenoksypioniany kwasy aryloksyalkanowe inne ogółem L.Adler, K. Greulich, G. Kempe, B. Vieth, Mass Spectrom. Rev., 25, 838 (2006) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 42

43 MEMBRANOWA MIKROEKSTRAKCJA DO FAZY STACJONARNEJ (M-SPME( SPME) włókno szklane film polarnego sorbentu (PEG) membrana hydrofobowa (PDMS) Dodatkowe zadanie membrany PDMS to zapewnienie stabilności mechanicznej filmu PEG (w warunkach prowadzenia desorpcji termicznej - film PEG stanowi ciecz) A. Kloskowski, M. Pilarczyk, J. Namieśnik, Anal. Chem., 81, 7363 (2009) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 43

44 TECHNIKA M-SPME (polarne anality organiczne) stężenie analitu włókno polietylenoglikol membrana PDMS badane medium ciekłe K PEG/WODA >> K PDMS/WODA 0 75 ~175 ~200 odległość od osi włókna [μm] stan równowagi A. Kloskowski, M. Pilarczyk, J. Namieśnik, Anal. Chem., 81, 7363 (2009) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 44

45 TECHNIKA M-SPME Zalety Ograniczenia Zwiększona efektywność ekstrakcji w stosunku do włókien komercyjnych Możliwość stosowania jako medium zatrzymującego związków rozpuszczalnych w wodzie Zwiększona swoboda w doborze fazy polarnej Wykorzystanie zjawiska podziału analitów pomiędzy dwie fazy-brak występowania zjawiska adsorpcji i/lub wykluczania Skomplikowana procedura wytwarzania włókna Powłoka nie jest dostępna komercyjnie Brak odpowiednich danych fizykochemicznych umożliwiających przewidywanie efektywności ekstrakcji A. Kloskowski, M. Pilarczyk, J. Namieśnik, Anal. Chem., 81, 7363 (2009) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 45

46 BUDOWA URZĄDZENIA ESy (ekstrakcja w układzie ciecz-ciecz przez mikroporowatą membranę - MMLLE) ścieki donor (próbka wody) próbka hydrofobowa membrana porowata analit akceptor (rozpuszczalnik organiczny) wprowadzenie do kolumny GC rozpuszczalnik T. Barri, S. Bergstrom, J. Norberg, J. A. Jonsson, Anal. Chem., 76, 1928 (2004) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 46

47 DYSPERSYJNA MIKROEKSTRAKCJA W UKŁADZIE CIECZ-CIECZ (Dispersive Liquid - Liquid Microextraction - DLLME) próbka wody dodatek rozpuszczalnika rozpraszającego (aceton 1 ml) z dodatkiem rozpuszczalnika ekstrakcyjnego (C 2 Cl 4 8 μl) wytrząsanie (uzyskanie mętnego roztworu) wirowanie (uzyskanie fazy ekstraktu ~ 5 ml) ANALIZA M. Rezaee, Y. Assadi, M-R. M. Hosseini, E. Aghaee, F. Ahmadi, S. Berijani, J. Chromatogr. A., 1116, 1 (2006) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 47

48 MIKROEKSTRAKCJA POPRZEZ EMULGACJĘ WSPOMAGANA ULTRADZWIĘKAMI (Ultrasound Assisted Emulsification Microextraction - USAEME) 10 ml 100 μl emulgacja wspomagana ultradźwiękami 35 C, 5 min wirowanie próbka dodatek emulgatora (chloroform) faza organiczna 30 μl A. R. Fontana, R. G. Wuilloud, L. D. Martinez, J. C. Altamirano, J. Chromatogr. A., 1216, 147 (2009) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 48

49 NOWA TECHNIKA EKSTRAKCJI LOTNYCH ZWIAZKÓW W ORGANICZNYCH Z FAZY GAZOWEJ (Dispersive Vapor Extraction DVE) Ekstrakcja poprzez skroplenie rozpuszczalnika Próbka gazowa (do badań) Wprowadzenie do pojemnika z próbką dodatkowego rozpuszczalnika (~ 1cm 3 ) Podgrzanie pojemnika do temperatury rzędu 60 C Próbka gazowa nasycona rozpuszczalnikiem Schłodzenie pojemnika do temperatury otoczenia Kondensacja i koekstrakcja analitów z fazy gazowej Analiza próbek kondensatu (GC-MS) F. Egerton, P. Gilbert, Anal. Chem., w druku Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 49

50 ELEKTROEKSTRAKCJA (Electroextraction-EE) SIŁĄ NAPĘDOWĄ PROCESU ELEKTROEKSTRAKCJI JEST RÓŻNICA W NATĘŻENIU POLA ELEKTRTYCZNEGO POMIĘDZY FAZĄ DONOROWĄ (ORGANICZNĄ) - DUŻA I FAZĄ AKCEPTOROWĄ (WODNA) - MAŁA Możliwa jest szybka ekstrakcja analitów posiadających ładunek elektryczny z ROZPUSZCZALNIKA ORGANICZNEGO do BUFORU WODNEGO. E. van der Vlis, M. Mazereeuw, U. R. Tjaden, H. Irth, J. van der Greef, J. Chromatorgr. A., 741, 13 (1996) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 50

51 ELEKTROEKSTRAKCJA (Electroextraction-EE) r (mm) długość fazy (mm) względna konduktywność fazy względna oporność fazy spadek napięcia (V) natężenie pola elektrycznego (V/cm) donor 2, , akceptor 0, , Schemat budowy igły do elektroekstrakcji E. van der Vlis, M. Mazereeuw, U. R. Tjaden, H. Irth, J. van der Greef, J. Chromatorgr. A., 741, 13 (1996) Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 51

52 EKSTRAKCJA ZA POMOCĄ ROZPUSZCZALNIKA WSPOMAGANA PRZEZ CYKLICZNĄ ZMIANĘ CIŚNIENIA (Pressure Cycles Assisted Extraction - PCAE) zawór r ciśnieniowy zawór r spustowy zawór r ciśnieniowy zawór r spustowy celka ekstrakcyjna celka ekstrakcyjna zawór odcinający cy zawór odcinający cy Zestaw do ekstrakcji zawór odcinający cy P. K. Andy Hong, S. Nakra, Chemosphere, 74, 1360 (2009) butla ze sprzęż ężonym gazem Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 52

53 WPŁYW ZMIENNEGO CIŚNIENIA GAZU NA EFEKTYWNOŚĆ EKSTRAKCJI ZA POMOCĄ ROZPUSZCZALNIKA (PCAE) agregaty glebowe Pod wpływem ciśnienia ciecz z dużą ilością rozpuszczonego gazu wypełnia pory (np. rozpuszczalnik nasycony azotem) ziarna piasku cząstki mułu domeny gliniaste materia organiczna objętość porów implozja eksplozja kompresja dekompresja Rozpad Przemywanie: Następuje proces agregatów w glebowych: W trakcie dekompresji następuje tworzenie pęcherzyków gazu wewnątrz porów. rozpuszczania zanieczyszczeń Powtarzanie cykli kompresja w organicznym rozpuszczalniku. - dekompresja wywołuje zastępowanie cieczy przez gaz. Dodatkowe cykle W momencie spadku ciśnienia wywołują nacisk na cząstkę gleby od strony cieczy (dekompresji) zachodzi proces (w czasie szybkiej kompresji) lub nacisk ze strony gazu tworzenia się gazu wewnątrz obecnego wewnątrz porów (w czasie szybkiej porów, co powoduje dekompresji). Kiedy odporność ścianek na nacisk jest wypychanie rozpuszczalnika przekroczona zachodzi rozpad i rozbicie agregatów z rozpuszczonymi glebowych w wyniku implozji zanieczyszczeniami lub eksplozji, co prowadzi do zwiększenia powierzchni kształtu zanieczyszczeń z ekstrahentem. Analityczne P. K. Andy Zastosowania Hong, S. Nakra, Chromatografii Chemosphere, Cieczowej, 74, , (2009) Warszawa 53

54 WYZWANIA W ZAKRESIE ANALITYKI CHEMICZNEJ BADANY OBIEKT MATERIALNY Pobieranie próbek NADAL KRYTYCZNE (OBARCZONE DUŻĄ NIEPEWNOŚCIĄ) ETAPY PROCEDUR ANALITYCZNYCH Transport i przechowywanie próbek Przygotowanie próbek do analizy DOBRZE ZBADANE I SCHARAKTERYZOWANE ETAPY PROCEDUR ANALITYCZNYCH Oznaczenia końcowe Obróbka danych INFORMACJE O SKŁADZIE BADANEGO OBIEKTU MATERIALNEGO Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 54

55 ŻARGON - PRZYKŁADY referencyjny próbnik kaskada pobierników metoda ekwiwalentna współczynnik ekwiwalentności próbnik odniesienia zestaw próbników metoda równoważna (odpowiadająca) współczynnik równoważności sekwestracja CO 2 zatrzymywanie (gromadzenie) CO 2 kompartmentacja analitu objętość nastrzyku środowiskowy impakt zanieczyszczeń kalibrator wielogazowy rozmieszczenie analitu objętość dozowanej próbki oddziaływanie zanieczyszczeń na środowisko urządzenie do kalibracji analizatora gazów Analityczne Zastosowania Chromatografii Cieczowej, , Warszawa 55