시료 전처리의 중요성
시료 전처리는 기기 분석(특히 크로마토그래피 분석)에서 시간이 많이 걸리고 오류가 발생하기 쉬운 단계입니다. 시료 처리 품질은 크로마토그래피 분석의 최종 결과에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 분석 및 측정의 효율성을 높이기 위해서는 크로마토그래피 분석을 위한 시료 준비 방법 및 기술을 개선하고 최적화하는 것이 중요한 문제입니다. 일부 시료는 단백질, 오일, 탄수화물, 색소 등의 성분을 포함하는 복잡한 매트릭스 시스템에 속하기 때문에 복잡한 매트릭스 배경은 분석 대상 화합물의 추출, 분리, 정제 및 결정에 큰 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서 시료 전처리는 복잡하고 어려울 뿐만 아니라 분석 결과의 정확성, 신뢰성, 민감도에 결정적인 역할을 합니다.
시료 전처리 시간 소비 비율
LC/MS/MS 고감도 기기의 경우 매트릭스 간섭을 줄이고 구성 요소를 강화하려면 적절한 시료 전처리가 중요합니다.
시료 전처리 원리
준비 중에 구성 요소의 화학적 변화를 피하십시오. 미리 결정된 구성 요소의 오염을 방지하고 방지합니다. 준비 과정에 관련 없는 화합물의 도입을 최소화합니다. 그리고 최대한 간단하고 쉽게 만드세요.
시료 전처리 목적
입자를 제거하십시오. 간섭하는 불순물을 줄입니다. 미량 성분을 농축하고; 검출 감도 및 선택성을 향상시킵니다. 분리 효과를 향상시키고; 크로마토그래피 컬럼과 기기를 보호합니다. 용매 교체.
시료 전처리 개발 동향
▶일반적인 시료 전처리에는 다음이 포함됩니다. 분해법: 시료를 산, 산화제, 촉매 등과 함께 환류 장치 또는 밀폐 장치에 넣어 가열하여 유기물을 분해, 파괴하는 방법입니다. 습식 소화 방법
1. 질산 분해법(보다 투명한 수용액 시료용) 2. 질산-과염소산 분해법(산화하기 어려운 유기물을 함유한 시료의 분해) 3. 질산-황산 분해법(질산:황산=5:2, 종종 소량의 과산화수소를 첨가함) 4. 황산-인산 분해 방법(처리 중 Fe3+ 이온의 간섭을 제거하는 데 도움이 됨) 5. 황산-과망간산칼륨 소화법(수은의 수용액 샘플을 결정하는 데 일반적으로 사용됨) 6. 질산-과산화수소 소화 방법: 어떤 사람들은 생물학적 생성물을 소화하여 질소, 인, 칼륨, 붕소를 결정하는 데 이 방법을 사용합니다. , 비소, 불소 및 기타 원소 7. 다성분 소화 방법: 3개 이상의 산 또는 산화제 소화 시스템이 필요합니다. 건식재법(고온분해법)
1. 회분법은 시료를 분해하기 위해 소량의 화학 시약을 사용하지 않거나 사용하며 더 큰 계량 시료를 처리할 수 있으므로 미량 원소 측정의 정확성을 높이는 데 유리합니다. 2. 회화 온도는 일반적으로 450-550 도이며 이는 휘발성 성분이 있는 시료를 처리하는 데 적합하지 않으며 회회 시간도 상대적으로 길다. 3. 샘플 유형과 측정할 구성 요소의 특성에 따라 다양한 도가니와 회화 온도가 선택됩니다. 일반적으로 사용되는 도가니는 석영, 백금, 은, 니켈, 철, 도자기, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 기타 특성입니다. 원리는 도가니가 시료와 반응하지 않고 처리 온도에서 안정적이라는 것입니다. 4. 일반적으로 회회 생물학적 시료에는 다른 시약이 첨가되지 않지만 분해를 촉진하고 특정 원소의 휘발 손실을 억제하기 위해 적절한 양의 보조 회회제가 종종 첨가됩니다. 시료를 완전히 회화시킨 후 묽은 질산이나 염산에 녹여 분석, 정량한다.
Conventional pretreatment methods Extraction and enrichment 1. Extraction method 1. Oscillation extraction method (vegetables, fruits, grains) 2. Tissue crushing extraction (extracting organic pollutants from animal and plant tissues) 3. Soxhlet extraction (commonly used to extract organic pollutants such as pesticides, petroleum, phenylhydrazine and pyrene from biological and soil samples) 2. Volatilization and evaporation concentration The volatile separation method uses the high volatility of certain components or converts the components to be measured into volatile substances, and then uses inert gas to take them out to achieve the purpose of separation. Evaporation concentration refers to heating the water sample on a hot plate or in a water bath to slowly evaporate the water, so as to reduce the volume of the water sample and concentrate the components to be measured. 3. Distillation method uses the different boiling points of the components of the water sample to separate them from each other; when determining volatile phenols, cyanides, and fluorides in water samples, they must first be pre-distilled and separated in an acidic medium; distillation has three functions: digestion, enrichment, and separation. 4. Ion exchange method uses ion exchangers to exchange reactions with ions in the solution for separation. Ion exchangers can be divided into inorganic ion exchangers and organic ion exchangers (ion exchange resins). ㈤ Coprecipitation method: The phenomenon that a poorly soluble compound in a solution carries out certain coexisting trace components in the process of forming a precipitate. The principle of coprecipitation is based on surface adsorption, the formation of mixed crystals, the interaction and inclusion of heteroelectron nuclei colloidal substances, etc. 1. Coprecipitation separation using adsorption: Common carriers include Fe (OH) 3, Al (OH) 3, Mn (OH) 2 and sulfides, etc. 2. Coprecipitation separation using the formation of mixed crystals 3. Coprecipitation separation using organic coprecipitants ㈥ Adsorption method: Use porous solid adsorbents to adsorb one or several components in the water sample on the surface to achieve the purpose of separation. Commonly used adsorbents include activated carbon, alumina, molecular sieves, large mesh resins, etc. The polluted components adsorbed and enriched on the surface of the adsorbent can be desorbed by organic solvents or heated for determination. ㈦ Chromatography Chromatography is divided into column chromatography, thin layer chromatography, paper chromatography, etc., and adsorbents are divided into inorganic adsorbents and organic adsorbents. ㈧ Sulfonation and saponification Sulfonation: The interfering substances such as fats and waxes in the extract can undergo sulfonation reaction with concentrated sulfuric acid to generate highly polar sulfonic acid compounds, which are separated from the pesticides in the extract as the sulfuric acid layer separates. The sulfonation method uses the saponification reaction of oils and fats with strong alkali to generate fatty acid salts and separate them. ㈨ Low-temperature freezing method is based on the principle that the solubility of different substances in the same solvent varies with temperature to separate them from each other. ㈩ Principle of extraction: The distribution coefficient of substances in different solvent phases is different, so as to achieve the separation and enrichment of components. Types of conventional liquid-liquid extraction Extraction of organic substances: Organic substances separated in the aqueous phase are easily extracted by organic solvents Extraction of inorganic substances: First, a reagent is added to combine with the ionic components in the aqueous phase to generate a substance that is uncharged and easily soluble in organic solvents. The reagent, organic phase, and aqueous phase together form an extraction system. According to the different types of extractables generated, it can be divided into chelate extraction system, ion-association complex extraction system, ternary complex extraction system, and synergistic extraction system. Overview of solid phase extraction (SPE) It is developed by combining liquid-solid extraction and column liquid chromatography technology. SPE is a column chromatography separation process, which has many similarities with high performance liquid chromatography (HLPC) in terms of separation mechanism, stationary phase and solvent selection. The particle size of SPE filler (>40μm)은 HLPC(3-10μm)보다 큽니다. 따라서 SPE는 머무름 특성이 매우 다른 화합물을 분리하는 데에만 사용할 수 있습니다. 분리 효율이 낮은 SPE 기술은 주로 시료 처리에 사용됩니다. SPE의 목적은 샘플에서 후속 분석을 방해하는 물질을 제거하는 것입니다. 미량 성분을 풍부하게 하고 분석 감도를 향상시킵니다. 분석 방법에 맞게 샘플 용매를 변경합니다. 현장 유도체화; 샘플 탈염; 시료의 보관 및 운송을 용이하게 합니다. 설치 SPE 컬럼: HLPC 컬럼 필러와 필러 입자 크기가 다르며 나머지는 동일합니다. 가장 많이 사용되는 것은 C18 단계입니다. 이러한 유형의 필러는 소수성이 매우 높으며 수성상에서 대부분의 유기물에 대한 보유력을 보여줍니다. 선택성과 유지 특성이 다른 다른 재료도 사용됩니다. 활성 그룹이 있거나 활성 화합물로 코팅된 SPE 상을 사용하여 유도체화 반응을 분석할 수 있습니다. SPE 디스크: 멤브레인 필터와 매우 유사합니다. 디스크 추출기는 필러가 들어 있는 PTFE 디스크 또는 필러가 들어 있는 유리 섬유 시트입니다. 필러는 전체 SPE 디스크의 약 60~90%를 차지하며 디스크의 두께는 약 1mm입니다. 전자와의 차이점은 베드 두께/직경(L/d) 비율입니다. 물에서 미량 오염물질을 농축하는 데 적합합니다. SPME(고상 미세 추출) 오프라인 및 온라인 SPE 오프라인 SPE 1. SPE와 분석은 독립적으로 수행되며 SPE는 후속 분석에 적합한 샘플만 제공합니다. 2. 시료 용액과 충전제 사이의 충분한 접촉을 보장하기 위해 용매 흐름이 너무 높으면 안 됩니다. 3. 자동화된 기기로 완료할 수 있습니다. 자동 SPE 기기는 컬럼 랙, 플런저 펌프, 액체 저장소, 파이프라인 및 시료 프로세서로 구성됩니다. 온라인 SPE는 온라인 정제 및 농축 기술로도 알려져 있으며 주로 HLPC 분석 SPE 방법 확립에 사용됩니다. 컬럼 전처리 목적: 1. 필러에 존재할 수 있는 불순물을 제거합니다. 2. 필러를 용매화하고 고체상 추출의 재현성을 향상시킵니다. 샘플 추가 1. 분석물질의 손실을 방지하려면 샘플 용매 농도가 너무 높아서는 안 됩니다. 2. 역상역학 추출시 물 또는 완충액을 용매로 사용하며, 유기용매의 양은 10%(V/V)를 초과하지 않는다. 3. 시료 첨가 중 분석물질의 손실을 극복하기 위해 약한 용매를 사용하여 시료를 희석하고, 시료량을 줄이고, SPE 컬럼의 필러 양을 늘리고, 분석물질의 머무름이 강한 흡착제를 선택할 수 있습니다. 분석물의 용출 및 수집(또 다른 경우는 분석물이 컬럼을 통과하는 동안 불순물이 잔류하는 경우) (고체 분산 매체를 이용한 고체상 추출) 1. 역상 추출 컬럼의 경우 세척 용매는 물 또는 적절한 농도의 유기물을 함유한 완충액입니다. 용제; 2. 최적의 세척용매 농도 및 부피를 결정하기 위해 SPE 컬럼에 시료를 넣고 SPE 컬럼 베드 부피의 5~10배로 세척한 후 유출액을 차례로 수집 분석하여 용출 프로파일을 구합니다. 분석물에 대한 세척 용매. 차례로 세척 용매의 강도를 높이고, 다양한 강도에서 분석물의 용리 프로파일에 따라 세척 용매의 적절한 강도와 부피를 결정합니다. 3. 용출 및 수집의 목적: SPE 컬럼에 분석물질보다 더 강하게 잔류하는 불순물을 최대한 많이 유지하면서 분석물질을 완전히 용출하여 가장 작은 부피 분율로 수집하는 것입니다. 4. 분석물질의 농도를 높이거나 후속 분석을 위해 용매 특성을 조정하려면 수집된 분석물질 분획을 질소로 건조시킨 후 소량의 용매에 용해시킬 수 있습니다. SPE 환경 분석의 응용 1. 지표수 등 환경 시료 중 분석물질의 농도는 매우 낮으므로 분석 전에 분석물질을 농축해야 합니다. 2. 체액의 구성은 복잡하고 다량의 단백질을 함유하고 있습니다. 분석하기 전에 샘플을 전처리하여 단백질을 제거해야 합니다. 약물 분석 임상 분석 식품 및 음료 분석 고상 미세 추출(SPME) 고상 미세 추출은 "샘플링, 추출, 농축 및 주입"을 통합하며 시료 전처리 기술을 위해 가스 크로마토그래피 또는 고성능 액체 크로마토그래피와 함께 사용할 수 있습니다. 고체상 미세추출 이론 평형 이론: 흡착 공정 중에 고체와 액체 또는 기체상 사이에 흡착 평형이 확립됩니다. 일정 시간 내에 느린 물질 전달 과정으로 인해 평형에 완전히 도달하지 못합니다. 코팅 물질 추출의 선택성은 주로 코팅 물질의 성능에 따라 달라집니다. 극성이 유사한 고체상에서 분석물이 쉽게 추출된다는 원리에 따라 적합한 SPE 코팅이 선택됩니다. 고체상 코팅에 가장 일반적으로 사용되는 물질은 폴리메틸실록산(PDMS)과 폴리아크릴레이트(PA)이며, 둘 다 가스 크로마토그래피와 액체 크로마토그래피에 사용할 수 있습니다. 전자는 휘발성 화합물, 다환방향족탄화수소, 방향족탄화수소 등 비극성 화합물에 주로 사용되며, 후자는 트리아진, 페놀계 화합물 등 극성 화합물에 주로 사용된다. 고상 층은 비결합, 결합 또는 부분 가교 형태로 석영 섬유에 코팅될 수 있습니다. 코팅에 일부 폴리머를 추가하면 코팅의 표면적을 늘리고 SPME의 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 1. 방향족 탄화수소 및 휘발성 화합물에 사용되는 폴리디메틸실록산-디비닐벤젠(PDMS-DVB). 2. 알코올과 같은 극성 화합물에 사용되는 폴리에틸렌 글리콜-디비닐벤젠(CW-DVB). 3. 이온화된 계면활성제에 사용되는 폴리에틸렌 글리콜 템플릿 수지(CW-TPR) 4. 흑연 카본 블랙으로 코팅된 석영 섬유, 물과 공기 중 미량 오염 물질을 분석하는 데 사용됩니다. 5. 탄소나노튜브 및 이산화티타늄나노튜브 방법의 확립 1. 샘플링 조건의 일관성을 유지한다. 2. 샘플링에 영향을 미치는 요소에는 샘플링 시간, 온도, 섬유 깊이 등이 포함됩니다. 3. 반응 값과 분석물질의 초기 농도 사이의 선형 관계를 유지합니다. 추출이 흡착 등온선의 선형 범위 내에 있도록 샘플 농도는 너무 높을 수 없고 샘플 부피는 너무 작을 수 없습니다. 4. 시료에 전해질을 첨가하면 용액의 이온 강도가 증가하여 분석물의 용해도가 감소하고 추출 효율이 향상됩니다. 샘플의 pH를 변경하면 산성 및 알칼리성 물질의 추출 속도에 더 큰 영향을 미칩니다. 참고: 미세 추출에 소금을 첨가하는 효과는 기존의 액체-액체 추출 효과와 다를 수 있으며 실험 조건을 최적화해야 합니다. 5. 교반하면 추출시간이 단축될 수 있습니다. 마이크로파 추출(MAE) 마이크로파 추출은 추출 시간이 짧고 선택성이 좋으며 회수율이 높고 시약 사용량이 적으며 오염이 적고 물을 추출제로 사용할 수 있으며 시료 준비 조건을 자동으로 제어할 수 있습니다. 응용 분야가 적으며 현재 다환 방향족 탄화수소, 살충제 잔류물, 유기 금속 화합물, 식물의 활성 성분, 유해 물질, 광물의 금속, 혈액의 약물 및 생물학적 샘플의 농약 잔류물을 추출하는 데 사용됩니다. 마이크로파 추출 방법의 원리 및 특징 마이크로파(물, 에탄올, 산, 알칼리 및 염류)를 흡수합니다. 마이크로파 추출의 높은 효율: 1. 분리된 물질에 마이크로파가 직접 작용합니다. 2. 마이크로웨이브 추출에는 비극성 용매보다 극성 용매를 사용하는 것이 더 유리합니다. 3. 밀폐용기를 사용하면 용매의 끓는점보다 훨씬 높은 온도에서 마이크로파 추출이 가능하여 마이크로파 추출 효율이 크게 향상됩니다. 마이크로파(금속 물질)를 반사합니다. 마이크로파(비극성 물질)를 투과합니다. 장비 및 방법 (주요 구성 요소는 특수 제작된 마이크로파 가열 장치, 추출 용기 및 다양한 요구 사항에 따라 장착된 압력 및 온도 제어 장치입니다.) 멀티 캐비티 2450MHz: 한 번에 여러 샘플을 준비할 수 있으며 추출 조건 제어가 쉽습니다. , 그리고 추출 빠르다. 기존의 마이크로웨이브 추출 방법: 추출된 시료에 극성용매 또는 극성용매와 비극성용매의 혼합액을 혼합하여 마이크로웨이브 시료준비 용기에 넣고 밀폐된 상태에서 마이크로웨이브 시료전처리 시스템에서 가열합니다. 추출된 성분의 요구 사항에 따라 추출 압력이나 온도 및 시간을 제어합니다. 가열이 끝나면 샘플을 여과하고 여액을 직접 측정하거나 해당 처리 후 측정합니다. 일반적인 상황에서 전자레인지 추출 가열 시간은 약 5~10분 정도입니다. 추출 용매와 시료의 총 부피는 시료 준비 컵 부피의 1/3을 초과해서는 안 됩니다. 단일 모드 포커싱 2450MHz: 압력 및 온도 제어가 필요하지 않으며 시료 준비량이 크고 한 번에 하나의 시료만 준비할 수 있으며 추출 시간이 깁니다. 초임계 유체 추출(SCF)
초임계유체(SCF)는 온도와 압력이 모두 임계점보다 높은 유체를 말합니다. 그 자체의 특성은 다음과 같습니다. 1. 확산 계수는 가스의 확산 계수보다 작지만 액체의 확산 계수보다 한 단계 더 높습니다. 2. 점도는 가스의 점도에 가깝습니다. 3. 밀도는 액체의 밀도와 유사하며, 압력이 조금만 변해도 밀도가 크게 변할 수 있습니다. 4. 압력이나 온도의 변화로 인해 상 변화가 발생할 수 있습니다. 기본 원리 초임계 상태에서 초임계 유체는 분리 대상 물질과 접촉함으로써 극성, 끓는점, 상대 분자 질량의 성분을 차례로 선택적으로 추출할 수 있으며, 초임계 유체의 밀도와 유전율이 증가합니다. 닫힌 시스템의 압력이 증가하면 극성이 증가합니다. 프로그램 부스트를 사용하여 서로 다른 극성의 구성 요소를 단계별로 추출할 수 있습니다. 초임계 CO2의 용해도: 1. 친유성 및 저비점 성분은 저압(104kPa)에서 추출될 수 있습니다. 2. 화합물의 극성 그룹이 많을수록 추출이 더 어려워집니다. 3. 화합물의 상대적 분자량이 높을수록 추출이 더 어려워집니다. 수식어 CO2는 비극성 용매이며 일반적으로 CO2에 대한 용해도를 높이기 위해 극성 용매를 첨가하므로 수식어라고 부릅니다. 더 일반적으로 사용되는 것은 메탄올, 아세톤, 에탄올, 에틸 아세테이트 등입니다. 변형제의 효과는 제한적입니다. 초임계 유체의 용해도를 변경하는 동안 추출 시스템의 포획 효과도 약화되어 공동 추출물이 증가하여 분석 결정을 방해할 수 있습니다. 사용되는 변형제의 양은 적어야 하며 일반적으로 5%를 초과하지 않아야 합니다. 초임계 유체 추출 기술의 적용은 천연 물질 추출에 큰 이점을 가지고 있습니다. GC, IR, MS, LC 등과 결합하여 사용하면 효율적인 분석법이 됩니다.
