Theoretical and Practical Comparison of Solid Phase Micro-extraction and Liquid-Liquid Extraction with Large Volume Injection for Analysis of Aqueous Samples by Gas Chromatography

Význam tématu

Aplikace kapilární GC k detekci stopových organických látek ve vodném prostředí je klíčová pro ochranu životního prostředí i kvalitu pitné vody. Moderní přístupy k přípravě vzorku jako SPME a velký objem injekce (LVI) umožňují snadné dosažení subppb úrovní detekce bez náročné spotřeby rozpouštědel.

Cíle a přehled studie

Studie porovnává teoretické a praktické aspekty SPME a mikroextrakce kapalina–kapalina v kombinaci s LVI (MLLE-LVI) při analýze polycyklických aromatických uhlovodíků. Cílem je vyhodnotit maximální výtěžnosti, detekční limity a linearitu metod na základě výpočtů z rovnováhy rozdělovacího koeficientu a experimentálních dat.

Použitá metodika a instrumentace

• Extrakční techniky: SPME s PDMS vláknem (100 µm) versus MLLE z 1 ml vzorku do hexanu.
• Injekce: GC inlet Optic 2 s odpařovacím ventilem (solvent vent) a retenčním gapem.
• Chromatograf: Hewlett-Packard 5890 Series II GC s detektorem ionizace plamenem a integrátorem HP 3392.
• Kolona: SPB-1 (30 m×0,32 mm×0,25 µm), nosný plyn He, program teploty 50 °C až 300 °C.
• Standarty: EPA method 610 testovací směs PAH (100–2000 mg/ml) ředěná 100× v hexanu.
• Výpočty: Excel 97 pro teoretické výpočty na základě rovnováhy rozdělení.

Hlavní výsledky a diskuse

• Teoretické výtěžnosti: MLLE dosahuje téměř kompletní extrakce při rozdělovacích koeficientech K>20, zatímco SPME vyžaduje K>10^4 pro úplné vychytání analyzátů.
• Porovnání na příkladu PAH ukazuje, že při extrakci z 1 ml 1 ng/ml roztoku jsou rozdíly minimální vzhledem k vysokým K hodnotám.
• Objem injekce: SPME umožňuje 100 % transfer extraktu, MLLE-LVI omezuje injekci na 50–100 µl (5–10 % extraktu).
• Praxe: SPME poskytuje vyšší množství analyzátu na kolonu pro K>200, u K<200 je výhodnější MLLE-LVI.
• Discriminace složek: LVI vykazuje potlačení raně elujících látek, SPME dává vyrovnanější odezvu.

Přínosy a praktické využití metody

• SPME: minimální spotřeba rozpouštědel, jednoduchá manipulace, vhodné pro ultrastopovou analýzu.
• MLLE-LVI: robustní metoda, vyšší tolerance vůči nízkým K, možnost objemových injekcí pro střední K.
• Obě metody lze automatizovat a integrovat do rutinních laboratorních procesů QA/QC.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vývoj nových sorbentů a vláken pro vyšší kapacitu a selektivitu SPME.
• Kombinace s hmotnostní spektrometrií pro nižší detekční limity a lepší identifikaci.
• Vylepšené GC inlet moduly pro redukci diskriminace při LVI.
• Modelování extrakčních procesů a integrace s umělou inteligencí pro optimalizaci metod.

Závěr

Výběr mezi SPME a MLLE-LVI závisí na rozdělovacích vlastnostech analyzátů. Pro sloučeniny s K>200 je vhodnější SPME díky vyšší efektivitě přenosu a absenci rozpouštědel. Pro látky s nižším K poskytuje MLLE-LVI větší množství analyzátu na kolonu. Obě metody přispívají k rychlé a citlivé analýze stopových organických znečišťujících látek ve vodném prostředí.

Reference

1. Arthur CL Pawliszyn J Anal Chem 1990 62 2145
2. Louch D Matlagh S Pawliszyn J Anal Chem 1992 64 1187
3. Langenfeld J Hawthorne S Miller D J Chromatogr A 1996 740 139
4. Okeyo P Snow NH LC GC 1997 15 1130
5. Potter D Pawliszyn J Chromatogr 1992 625 247
6. Potter D Pawliszyn J Environ Sci Technol 1994 28 298
7. Okeyo P Rentz SM Snow NH J High Resolut Chromatogr 1997 20 171
8. Bosboom JC Janssen HG Mol HG Cramers CA J Chromatogr A 1996 724 384
9. Mol HG Hendriks PJ Janssen HG Cramers CA Brinkman UAT J High Resolut Chromatogr 1995 18 124
10. Pavia D Lampman G Kriz R Engel R Introduction to Organic Laboratory Techniques 1990 617
11. Dean J Tomlinson W Makovskaya V Cumming R Hetheridge M Comber Anal Chem 1996 68 130