Roztočte to v laboratoři s Gerstel Twister

Úvod

Stir Bar Sorptive Extraction (dále SBSE), česky řečeno „sorpční extrakce na magnetické míchadlo“, byla uvedena v roce 1999 Erikem Baltussenem. V principu je tato technika velice podobná SPME (Solid Phase Micro Extraction), tedy extrakci organických sloučenin z vodných roztoků nebo z plynné fáze na vrstvu polydimethylsiloxanového (PDMS) sorbentu. Problém SPME techniky je v tom, že na SPME vlákně je méně než 0,5 μl PDMS, což značně limituje jeho kapacitu, zatímco na magnetickém míchadle je sorbentu mezi 25 – 300 μl.

Důsledkem je zvýšení extrakční účinnosti až o 3 řády oproti SPME. Obě extrakční techniky jsou založeny na rovnováze mezi vodnou a PDMS fází. Tato rovnováha se dá aproximovat distribučním koeficientem pro oktanol a vodu k*(o/w). Rozpuštěné organické látky s k(o/w)* > 500 se budou z vodného roztoku extrahovat kvantitativně. Látky s k(o/w) v rozmezí 10-500 lze také analyzovat, pak je zapotřebí principiálně stejné kalibrace jako se dělá v případě SPME. Firma Gerstel uvedla na trh několik variant magnetických míchadel Twister – první varianta je určena pro extrakci nepolárních látek pomocí PDMS a druhá varianta s ethylenglykol-silikonovým sorbentem je určena pro látky polárnější, tvořící vodíkové můstky.

Obrázek 1: Grafické porovnání technik SPME a SBSE – výtěžnost jako funkce distribučního koeficientu pro oktanol a vodu k(o/w).

SBSE – pracovní postup

Extrakce se provádí tak, že do vialky se vzorkem se vloží Twister, který se nechá míchat po dobu 30 – 120 minut. Po ukončení extrakce se Twister vyjme ze vzorku, opláchne se např. DEMIN vodou a následně se vloží do skleněné trubice pro termální desorpci (TD), jenž se pak zavede do jednotky termální desorpce TDU, kde se analyty termálně desorbují při teplotách v rozmezí 150 °C – 300 °C. Analyty jsou po termální desorpci kryofokusovány v CIS inletu (Cooled Injection System). Nakonec se rapidně vyhřeje CIS liner, ze kterého se analyty velmi rychle uvolní a putují na chromatografickou kolonu.

Modifikace SBSE

Když je zapotřebí extrahovat polárnější analyty, existuje několik pomocných kroků, které zvýší extrakční účinnost SBSE. Například pro extrakci fenolů a organických kyselin je vhodné upravit pH vzorku před extrakcí na hodnotu pH < 2. Dále lze rovnováhu mezi analyty a PDMS ovlivnit přídavkem polárního rozpouštědla nebo použitím zpětné extrakce. Výhodou vysoce nepolární vlastnosti PDMS je odstranění polárních interferencí, jako jsou nižší organické kyseliny, alkoholy a glykoly.

Obrázek 2: Twister magnetické míchadlo zalité ve skle a potažené vrstvou PDMS

Duální SBSE

Přídavek soli 20% - 30% NaCl pomáhá extrakci polárnějších látek z vody, avšak negativně ovlivňuje výtěžnost látek hydrofobních. V roce 2006 byla vyvinuta metoda „Dual SBSE“. Principem této metody je extrakce dvou alikvotů téhož vzorku s tím, že k jedné části vzorku se přidá 30% NaCl. Twistery z obou alikvotů se vloží najednou do TD skleněné trubice a desorbují se současně. Díky této technice lze extrahovat poměrně široké spektrum analytů, aniž by se snížila citlivost vůči nepolárním látkám v důsledku použití NaCl.

Obrázek 3: Simultánní termální desorpce dvou míchadel Twister

Sekvenční SBSE

Alternativou k duálnímu SBSE je sekvenční SBSE. Provádí se tak, že se vzorek nejprve extrahuje jedním Twister míchadlem, míchadlo se odebere a do stejné vialky se vzorkem se přidá 30% NaCl a následuje extrakce druhým Twisterem. Obě míchadla se pak simultánně desorbují v jedné TD trubici.

Výhody SBSE Twister

Použití techniky SBSE Gerstel Twister přináší hned několik výhod oproti klasické extrakci kapalina/kapalina a technice SPME:

• Významně snižuje čas analytika potřebný k přípravě vzorků díky automatizaci procesu
• Snižuje množství vzorku potřebného k analýze (menší náklady na vzorkování a dopravu)
• Eliminuje použití rozpouštědel – minimalizuje riziko na pracovišti a odpadá likvidace nebezpečného odpadu
• Zvyšuje stabilitu GC/MS systému díky absenci vody na PDMS Twister míchadle
• Díky větší kapacitě PDMS sorbentu Twister míchadla lze dosáhnout extrakční účinnosti až o 3 řády vyšší než technikou SPME

Obrázek 4: Dual Twister – pracovní schéma