Твердофазная экстракция. Сущность, преимущества ТФЭ. Сорбенты, используемые в ТФЭ.

Метод твердофазной экстракции, ТФЭ, основан на извлечении целевых соединений из жидких образцов, экстрактов и газообразных образцов путем их адсорбции на малых количествах (от милиграмм до сотен миллиграмм) адсорбционных материалов.

В методе ТФЭ целевые соединения на первой стадии удаляются из образца (экстракта) адсорбцией на подходящем материале, что позволяет проводить как очистку пробы, так и ее концентрирование, а также проводить замену растворителя пробы.

Процедура ТФЭ состоит из достаточно стандартной последовательности из нескольких этапов:

1) кондиционирования адсорбента,

2) нанесения пробы,

3) промывки адсорбента,

4) сушки адсорбента,

5) смыва (элюирования) целевых соединений,

6) регенерирования адсорбента.

Если картридж используется многократно, то данная последовательность повторяется по циклу.

Далеко не всегда бывает необходимо задействовать все шесть стадий; нередко в зависимости от конкретной ситуации можно опускать шаги 3, 4 и 6, то есть не всегда адсорбент промывают, сушат и подвергают отдельной регенерации. Таким образом, основных стадий ТФЭ все-таки три: конционирование адсорбента, нанесение пробы и смыв целевых соединений.

Кондиционирование адсорбента проводят чистым растворителем, близким по свойствам растворителю пробы. Так, если проба является водной, то картридж кондиционируют водой. В случае ТФЭ из гексанового экстракта адсорбент кондиционируют гексаном.

При использовании неполярных С18 адсорбентов на основе силикагеля при проведении ТФЭ из водных образцов перед кондиционированием водой проводят т.н. «активацию» адсорбента небольшим объемом органического растворителя: ацетонитрилом или спиртом. Это замечание относится только к алкил-привитым силикагелям, то есть «активировать» современные полимерные адсорбенты перед проведением ТФЭ не требуется.

Объем растворителя для кондиционирования приблизительно равен 2-5 объемам адсорбционного картриджа.

После кондиционирования наносят пробу, то есть пропускают жидкую пробу через картридж. Важным параметром является скорость нанесения пробы; по возможности она не должна превышать 5 объемов картриджа в минуту для классического варианта ТФЭ на адсорбционном картридже. При ТФЭ на адсорбционном диске и МТФЭ, как правило, допустимы более высокие скорости.

Главное, чтобы при нанесении пробы целевые соединения не проскочили, чтобы они количественно поглотились адсорбентом.

Уже на стадии нанесения пробы происходит ее начальная очистка, поскольку только часть загрязняющих компонентов остается на адсорбенте вместе с целевыми соединениями – другая часть плохо удерживаемых компонентов матрицы проскакивает через картридж. Чтобы усилить эффект предварительной очистки, проводят промывку картриджа. Как правило, промывают тем же растворителем, который применяется для кондиционирования, то есть при ТФЭ из водных образцов картридж промывают водой. Главное при промывке – не перестараться и не начать смывать целевые соединения. По этой причине объем промывки, как правило, не превышает двух объемов картриджа.
После промывки (или после нанесения пробы, если промывка не проводилась) жидкость из картриджа необходимо удалить. Это не сушка, которая далеко не всегда нужна. Просто перед смывом целевых соединений большую часть промывочной жидкости или оставшегося образца необходимо вытеснить воздухом (как вариант – азотом). Не будет ничего хорошего, если промывочная жидкость смешается с элюирующим растворителем. Адсорбент после этой процедуры остается влажным.

Далее можно проводить, собственно, сушку картриджа. Если одной из целей ТФЭ является замена растворителя пробы, то сушка однозначно нужна.

Также сушку можно проводить в том случае, когда элюирующий растворитель не смешивается с остаточной промывочной жидкостью («влажность» адсорбента), вытесняя ее в виде капли; в результате подобной непроизвольной жидкостной экстракции часть целевых соединений может потеряться, оставшись в капле промывочной жидкости.
Сушка неприемлема, если целевые соединения летучи. Если целевые соединения подвержены окислению, сушить картридж необходимо не воздухом, а азотом.
Неудобство сушки связано в основном с тем, что это достаточно долгая процедура – для полной просушки большого картриджа с 1 мл адсорбента может потребоваться 15-20 минут.

Элюирование стараются проводить как можно меньшим объемом подходящего растворителя, который, тем не менее, должен быть достаточен для смыва целевых соединений с адсорбционного картриджа. Разумный диапазон для объема элюирующего растворителя составляет 1-10 объемов картриджа. Степень концентрирования при ТФЭ определяется отношением объема нанесенной пробы к объему смыва (элюата). Кроме того, элюат можно дополнительно сконцентрировать отгонкой растворителя в токе азота, если целевые вещества нелетучи и элюат не слишком насыщен компонентами матрицы.

Растворитель для элюирования должен по возможности удовлетворять целому ряду критериев, поэтому к его выбору надо подходить ответственно. Главное – он должен обеспечивать количественное элюирование целевых соединений. Далее, если планируется дополнительно упаривать элюат в токе азота, то требуемый растворитель должен быть как можно более летучим (например, диэтиловый эфир, ацетон, дихлорметан). Если элюат напрямую вводят в газовый хроматограф, растворитель также должен быть достаточно летучим. Подобным образом, если элюат напрямую или после разбавления вводят в жидкостной хроматограф, растворитель для смыва должен быть растворим в подвижной фазе или являться одним из ее компонентов.

Как уже было отмечено, на стадии смыва целевых соединений происходит фактическая замена растворителя пробы. Более того, на этой стадии также происходит дополнительная очистка пробы, поскольку часть компонентов матрицы остается на адсорбенте даже после элюирования целевых соединений.

Наконец, если финальный объем элюата меньше объема наносимой пробы, то после стадии смыва можно точно определить степень концентрирования пробы. В том случае, когда основной целью проведения ТФЭ является именно концентрирование, она может достигать 1000 и даже более.

Специальную регенерацию картриджа проводят в том случае, когда после смыва целевых соединений адсорбент остается очевидно загрязненным компонентами матрицы образца. Достаточно популярным растворителем для регенерации является ацетон, обладающий большой элюирующией силой по всех адсорбционных режимах и неограниченно смешивающий со всеми органическими растворителями и водой.
После регенерации проводят кондиционирование картриджа, и процесс экстракции повторяется.