وبلاگ

۲-۱۶ مقدمه ای بر استخراج فاز جامد
استخراج یک گونه ی شیمیایی از نمونه های طبیعی یا آزمایشگاهی به منظورآنالیز یا کاربرد دارویی، خوراکی و صنعتی آن ها مستلزم حذف سایر گونه های شیمیایی همراه در داخل نمونه است. به بیان دیگر همواره لازم است که گونه های شیمیایی مورد نیاز خالص سازی شده سپس برای اهداف نامبرده مورد استفاده قرار می گیرد. کلیه اعمال و فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی که در این راستا به کار می روند، به نام روش های جداسازی نامیده می شود. استخراج فاز جامد روشی نوین برای جداسازی و پیش تغلیظ آنالیت در نمونه ها برای ترکیبات آلی و معدنی استفاده می شود.

در آماده سازی، حد جداسازی، تخلیص وتغلیظ آنالیت با توجه به موارد زیر تعیین می شود:
- پیچیدگی و ترکیب مارتیکس
- غلظت آنالیت در نمونه مورد آزمایش
- گزینش پذیری و حساسیت مورد نظر در آنالیز های بعدی
- عملیات تجزیه ای از نظر کیفی و کمی بودن
استخراج با فاز جامد یکی از روش های خوب و معروف برای پیش تغلیظ نمونه است. استخراج با فاز جامد یک روش پیش تغلیظ بسیار خوب در آنالیز نمونه های محیط زیست می باشد و محدوده وسیعی از تجزیه شونده ها شامل ترکیبات قطبی، نسبتا قطبی و غیر قطبی در نمونه را می توان با بهره گرفتن از انواع فاز های جامد استخراج نمود. این روش نه تنها به منظور جداسازی و تمیزکردن آنالیت، بلکه جهت تغلیظ نمونه و جداسازی دسته ترکیبات موجود در نمونه نیز مفید است] ۷۰-۷۱[.
۲-۱۷ تاریخچه‌ استخراج فاز جامد
استخراج فاز جامد از کروماتوگرافی معمولی مشتق گردیده است که در آن از یک محیط جاذب برای جدا‌سازی نمونه‌ها بر اساس اختلاف در برقراری تعادل با محیط جاذب استفاده شده است [۷۲،۷۳].
سابقه‌ی تاریخی استخراج فاز جامد حداقل به اوایل دهه ۱۹۷۰بر می‌گردد که در آن زمان ستون‌های انباشته شده با ذرات رزین XAD روهم و هاس^[۳۹] به منظور تغلیظ غلظت‌های بسیار کمی از آلایند‌ه‌های آلی موجود در آب مورد استفاده قرار گرفتند.اما-γ آلومینا و SDS چندین سال قبل از ۱۹۷۰ به منظور تغلیظ مواد آلی حل شده پیش از انجام آنالیز مورد استفاده قرار گرفته بودند.
در سال ۱۹۳۰ سیلیکا، فلوریسیل^[۴۰] و خاک های دیاتومه (کیزلوهه^[۴۱]) به عنوان جاذب‌های جامد برای تغلیظ نمونه‌های ‌به‌کار گرفته شدند. رزین XAD که به صورت کارتریج نیز استفاده شده، شیمیدان‌های بالینی در سال ۱۹۷۲ از آنها برای استخراج داروها از سیالهای بیولوژیک استفاده کردند.
در سال ۱۹۸۰، شرکت‌های تولید‌کننده فازهای جامد، مواد پرکننده متنوع با ستون‌هایی به اشکال متفاوت را به بازار عرضه کردند. پس از این تاریخ جاذب‌های ترکیبی^[۴۲] برای آنالیز داروها معرفی شدند. تحقیقات جدید در استخراج فاز جامد به سمت استفاده از دیسک‌ها، میکروفیبرها و خودکارسازی بسیاری از محصولات استخراج فاز جامد سوق پیدا کرده است. این روند همچنین برای تولید محصولات جدید استخراج فاز جامد ادامه دارد [ ۷۴].
۲-۱۸ مقایسه‌ی استخراج فاز جامد با استخراج مایع-مایع
هدف از استخراج مایع-مایع انتقال مواد حل شده‌ی مورد نظر از فاز مایع دیگری است که غیر قابل امتزاج است و عمدتاً مواد حل شده از محلولی آبی با حجم بیشتر به درون حلالی آلی با حجم کمتر استخراج می‌شود. معمولاً استخراج مایع- مایع تجزیه‌ای در یک قیف جدا کننده انجام می‌شود، به طوری‌که پس از انجام استخراج، جدا‌سازی دو مایع امکان‌پذیر است و مایع استخراج‌کننده سنگین‌تر و یا سبک‌تر از آب است. فراینده انتقال در استخراج مایع-مایع تعادلی می‌باشد. یکی از مشکلات اصلی در استخراج مایع-مایع ایجاد محلول امولسیون است که خیلی آهسته از بین می‌رود یا اصلاً از بین نمی‌رود. اگر چه SPE را می‌توان در تعادلی ناپیوسته شبیه به آنچه که در استخراج مایع-مایع به کار می‌رود نیز انجام داد، اما روش متداول تر استفاده از یک لوله (ستون) کوچک یا کارتریجی است که از ذرات جامد انباشته است، نمونه‌ی مایع در طی عبور از ستون، با ذرات جامد کاملا در تماس قرامی‌گیرد که در اثر این عمل، تعادل سریعاً بر قرار شده، تغلیظ آنالیت روی فاز جامد امکان‌پذیر می‌گردد. بر خلاف استخراج نا پیوسته که در آن مواد حل شده دارای یک تعادل یکتایی بین دو فاز می‌باشد، هنگامی که استخراج فاز جامد با یک ستون کوچک انباشته انجام می‌شود، تعادل‌های چند‌گانه موثری وجود خواهند داشت. این پدیده بد‌این دلیل است که مواد حل شده با عبور از ستون به طور پیوسته با ذارات تازه‌ای مواجه می شوند. بنابراین انتظار می‌رود که در مقایسه با استخراج‌های ناپیوسته مایع-مایع، در ستون های SPE درصد استخراج بیشتر باشد. معمولاً برای اندازه‌گیری نهایی، انتقال آنالیت‌ها از ذرات جامد به فاز مایع ضرورت پیدا می‌کند؛ شیمی این مرحله، به نوع آنالیت‌ها و جامدات استخراج کننده مورد استفاده بستگی خواهد داشت. معمولاً ترکیبات آلی را می توان بوسیله حجم کمی (کمتر از یک میلی لیتر) از یک حلال آلی از یک ستون کوچک SPE شویش داد [۷۵].
۲-۱۹ مراحل استخراج با فاز جامد
روش استفاده از یک فاز جامد ، عموماً شامل مراحل آماده‌سازی^[۴۳]، استخراج^[۴۴]، شستشوی مزاحمت‌ها و شویش آنالیت^[۴۵] است که در ادامه توضیح داده می‌شوند [۷۶،۷۲] .
الف) آماده سازی یا فعال سازی ماده جاذب: این مرحله برای آماده کردن فاز جامد برای بر همکنش‌های کامل و تکرار پذیر با نمونه صورت می گیرد. ابتدا فاز جامد با یک حلال مناسب شسته می شود تا با مرطوب شدن سطح جاذب، زنجیره های الکیلی، به وسیله ملکول‌های حلال سولواته شده، از حالت واپیچیده و جمع شده خارج شوند. سپس فاز جامد تحت تاثیر یک محلول شبیه محلول نمونه قرار می‌گیرد؛ این عمل تماس کامل بین آنالیت و سطح جاذب را در مراحل بعد، امکان پذیر می سازد. مثلا برای آماده سازی یک فاز جامد حامل _۱۸ C، ابتدا آن را با متانول و سپس با آب شسته می‌شود.
ب) عبور نمونه از روی جاذب( بارگذاری جاذب،استخراج) : با عبور محلول نمونه از درون فاز جامد، آنالیت روی سطح آن جذب می‌شود. برای جذب کامل و گزینش پذیر آنالیت روی فاز جامد، باید شرایط محلول نمونه مانند pH، قطبیت و عوامل دیگر کاملاً مناسب باشد.
ج) شستشوی جاذب برای حذف ناخالصی ها: در این مرحله با عبور یک محلول مناسب از فاز جامد، مزاحمت های احتمالی که همراه آنالیت باز داده شده‌اند، از فاز جامد شسته می شوند؛ حلال یا محلول مورد نظر باید طوری انتخاب شود که هیچ اثری بر جذب آنالیت نداشته باشد.
د) جداسازی آنالیت مورد نظراز جاذب با یک حلال مناسب (شویش آنالیت): با عبور یک حلال یا محلول مناسب، آنالیت جذب شده روی فاز جامد، شسته شده، جمع‌ آوری می‌گردد. حلال یا محلول باید طوری انتخاب شود که علاوه بر بازیابی کامل آنالیت با بهره گرفتن از حداقل مقدار آن، در مرحله‌ی اندازه گیری ایجاد مزاحمت نکند و یا به سادگی از سیستم حذف شود. . شکل( ۲-۵) این مراحل را نشان می دهد ]۷۷٫[
شکل( ۲-۵ ) مراحل استخراج با فاز جامد
۲-۲۰ خصوصیات فاز جامد
۱ - پایداری شیمیایی داشته باشد.
۲- قابلیت جذب و واجذبی انتخابی داشته باشد.
۳- اندازه گیری ذرات کوچک باشد تا سطح تماس بیشتر باشد.
۴- تکرار پذیر جذب و واجذب باشد.
۵- فاز جامد جاذب خالص بوده و ناخالصی نداشته باشد.
۲-۲۱ انواع فاز های جامد
۱-سیلیکاژل
۲-جاذب پلیمری
۳- جاذب‌های معدنی(کربن فعال-آلومینای فعال)
۴-نانو جاذب ها
۲-۲۲ کاربردهای استخراج با فاز جامد [۷۸].
۱- استخراج و تغلیظ انواع کاتیون های فلزی
۲- استخراج و تغلیظ ترکیبات آلی مختلف
۳- استخراج و تغلیظ ترکیبات دارویی
۴- استخراج و تغلیظ آلاینده های محیط زیست [۸۱،۸۲،۸۰،۷۹].
۲-۲۳ عوامل مؤثر بر استخراج فاز جامد
۱pH - محلول: برای جذب کامل مزاحمت ها‌ی استخراج انتخابی آنالیت‌ها باید بهینه سازی شود.
۲- نوع حلال: بسته به نوع آنالیت برای جداسازی حلال های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۳- حجم جذب و واجذبی نمونه: هر چه مقدار جذب و واجذبی آنالیت با جاذب مساوی باشد، به عبارتی مقدار آنالیت جذبی با مقدار واجذبی آن با جاذب برابر باشد، مقدار بازده ی استخراج بیشتر می‌شود. واجذب آنالیت از فاز جاذب با حرارت یا حلال امکان پذیر است [۸۳].
۲-۲۴ خواص مطلوب ذرات جاذب در استخراج فاز جامد [۸۴].
تخلخل سطح زیاد
۲- جذب سطحی برگشت پذیر
۳- میزان خلوص
۴- پایداری شیمیایی و حرارتی مناسب
۵- بازیابی با درصد بالا
۲-۲۵ انواع قالب بندی های جاذب برای استخراج فاز جامد