Improved Sample Pretreatment Using Offline Supercritical Fluid Extraction

Význam tématu

V oblasti analytické chemie je klíčové účinně předpřipravit vzorky před chromatografickou analýzou (HPLC, SFC, GC). Tradiční metody, jako jsou metody rozpouštědlem nebo Soxhletova extrakce, trpí omezenou univerzálností, vysokou spotřebou organického činidla, dlouhým časem extrakce a náročnou manipulací. Superkritická fluidní extrakce (SFE) využívá jedinečnou kombinaci vysoké rozpustnosti a difuzivity superkritických plynů, především CO₂, což umožňuje rychlé a selektivní vyloučení cílových sloučenin ze sypkých a pevných matric při nižších teplotách, šetrně k termolabilním látkám.

Cíle a přehled článku

Článek popisuje aplikaci přístroje Nexera UC SFE pro offline superkritickou extrakci CO₂ jako účinnou platformu pro automatizované předzpracování pevných vzorků. Cílem je ukázat principy provozu, nastavení parametrů, možnosti víceprvkové extrakce a demonstrovat kvalitu výsledků na modelech extrakce vitamínu E ze suplementu a reziduí pesticidů z rýže.

Použitá metodika a instrumentace

Analytický workflow je rozdělen do čtyř hlavních kroků:

• Doručení a temperování extrakčního pláště: extrakční nádobky (0,2 a 5 mL) jsou automaticky vybírány z pořadače až pro 48 vzorků a vyhřívány na 40–80 °C.
• Statická extrakce: zavedení superkritického CO₂ (7,38 MPa, 31,1 °C) s přídavkem modifikátorů (methanol, ethanol nebo reagencie pro iontové sloučeniny) do nádobky bez průtoku po definovanou dobu.
• Dynamická extrakce: kontinuální průtok superkritické směsi skrze vzorek, odvádění extraktu za zpětným tlakem regulátoru do adsorpční kolony (ODS) při atmosférickém tlaku.
• Eluce a sběr extraktu: po uvolnění tlakové pojistky se přes kolonu pumpuje organické eluční činidlo a do sběrných zkumavek se frakcionuje čistý extrakt.

Instrumentace:

• Nexera UC SFE pretreatment system (Shimadzu)
• CO₂ pumpa, solventní dávkovací pumpa
• Back pressure regulator, kolony Shim-pack VP-ODS
• Rack changer pro 48 extrakčních plášťů
• Frakční sběrač
• Následné analytické systémy: SFC (UV-VIS detektor), GC/MS/MS, LC/MS, NMR

Hlavní výsledky a diskuse

1. Extrakce vitamínu E (d-α-tokoferol) ze suplementu

• 5mL extrakční nádoba, CO₂, 5 mL/min, 40 °C, 15 MPa, 15 min (statická + dynamická fáze)
• Eluce hexanem, 3,5 min frakce
• Koncentrace ve vzorku ~0,74 mg/mL, průměrná obnova 104,5 %, RSD 1,55 % (n=6)

2. Extrakce reziduí pesticidů z rýže

• 1 g sušené rýže + dehydratační činidlo, CO₂/methanol, 5 mL/min, 40 °C, 15 MPa, 8 min
• Eluce směsí acetonu a hexanu, následná GC/MS/MS analýza MRM režim
• 301 pesticidů testováno, RSD <10 %, průměrné recovery 70–120 % (např. etofenprox 90 %, malathion 93 %)

Automatizace multi-sample protokolu výrazně zkracuje pracovní dobu a minimalizuje chyby.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné snížení spotřeby organických rozpouštědel a provozních nákladů
• Rychlá a šetrná extrakce citlivých sloučenin při mírných teplotách
• Vysoká propustnost, selektivita a reprodukovatelnost extrakce
• Jednoduchá integrace s chromatografickými a spektrometrickými analýzami
• Automatizované zpracování až 48 vzorků bez zásahu obsluhy

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vývoj online spojení SFE s chromatografii (SFE-LC, SFE-GC)
• Rozšíření spektra modifikátorů pro extrakci vysoce polárních a iontových analyzovaných látek
• Nasazení v oblasti potravinářské bezpečnosti, farmacie, environmentalistiky a metabolomiky
• Optimalizace vysokopropustných pracovních postupů pro rutinní QA/QC laboratoře

Závěr

Nexera UC SFE offline pretreatment system prokázal vysokou účinnost, spolehlivost a reprodukovatelnost při extrakci vitamínů a reziduí pesticidů. Díky automatizaci a nízké spotřebě rozpouštědel představuje efektivní a ekologickou alternativu ke konvenčním extrakčním technikám.

Reference

1. Technical Report C190-E199: Improved Sample Pretreatment Using Offline Supercritical Fluid Extraction, Shimadzu Corporation, 2016