瑞士步琦
快速溶劑萃取儀的方法開發(fā)如何進(jìn)行
萃取應(yīng)用
”
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簡介
使用步琦快速溶劑萃取儀進(jìn)行萃取時(shí)，存在許多不同的參數(shù)和方法。本文在開發(fā)新方法時(shí)特別有用，并有助于參數(shù)調(diào)整設(shè)置，對(duì)方法進(jìn)行優(yōu)化。
由于快速溶劑萃取的應(yīng)用范圍非常廣泛，可應(yīng)用于各種不同的樣品，因此通常需要優(yōu)化這些應(yīng)用說明或針對(duì)每個(gè)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化。本文通過對(duì)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，對(duì)開發(fā)新方法特別有幫助。但本文檔應(yīng)視為對(duì)方法的指導(dǎo)參考，并非強(qiáng)制要求設(shè)置，通過對(duì)方法的優(yōu)化有助于縮短萃取過程，提高萃取效率。
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設(shè)備
快速溶劑萃取儀 E-914
快速溶劑萃取儀 E-916
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分析類型分類
分析類型——定性和/或定量——決定了需要多少樣品以及需要獲得多少的萃取物。
表 1：用于定性回收或定量分析的分析類型
a) 定性回收 | b) 定量分析 |
從基質(zhì)中回收脂肪（加工產(chǎn)品） | 土壤、污泥、廢物、空氣等中的持久性有機(jī)污染物（POPs） |
從聚合物、廢物中萃取成分 | 從聚合物、廢物中萃取成分 |
從天然產(chǎn)品中萃取成分 | 從天然產(chǎn)品中萃取成分 |
從消費(fèi)品中萃取成分 | 從消費(fèi)品中萃取成分 |
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樣品重量確定
樣品重量對(duì)最終結(jié)果至關(guān)重要。例如，對(duì)于痕量或超痕量分析，會(huì)增加樣品重量/體積以達(dá)到所需的分析物檢測(cè)限。
表 2：決定樣品重量的重要因素
樣品重量取決于 | b) 定量分析 | b) 定量分析 |
檢測(cè)限（POPs） | 計(jì)算最佳樣品重量；參見表 5 | 痕量和超痕量分析 |
盡可能高的回收率 | 使用 E-914 或?qū)悠贩值蕉鄠€(gè)萃取池 | 脂肪中的二噁英 |
加工產(chǎn)品；脂肪↓；其他↑ | 堵塞風(fēng)險(xiǎn) → 從小樣品重量開始；1-2g 并使用更多溶劑 | 魚飼料中的脂肪 |
樣品可用性 | 殘留物百分比或最大可用樣品量決定樣品重量；考慮堵塞并從小樣品重量開始
必須根據(jù)樣品的大致脂肪含量選擇樣品重量 80-100%: 0.7-1g | 從聚合物、廢聚合物中萃取成分 |
原始產(chǎn)品中的脂肪含量（萃取后水解） | 50-80%: 1-1.5g 20-50%: 1.5-3.5g 10-20%: 3.5-7g 10%: 7-10g 考慮堵塞并從小樣品重量開始 | 食品和飼料產(chǎn)品中的總脂肪測(cè)定 |
原始產(chǎn)品中的脂肪含量（萃取不水解） | 最小可稱量量（殘留物）>50 mg；考慮堵塞并從小樣品重量開始（1-2 g） | 食品和飼料產(chǎn)品中粗脂肪的測(cè)定 |
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分散和干燥劑
加入分散劑來干燥樣品，以避免樣品顆粒聚集，幾乎適用于所有應(yīng)用。
干燥樣品效果好。如果是潮濕或濕潤樣品，強(qiáng)烈建議在萃取前對(duì)樣品進(jìn)行冷凍干燥（步琦凍干機(jī) L-200）。理想情況下，樣品干燥后應(yīng)能自由流動(dòng)，以獲得最佳結(jié)果。
注意： 如果使用硅藻土（Celite），必須在萃取池中加入石英砂以防止金屬濾板堵塞。
表 3：適用于不同樣品的分散和干燥劑
分散和干燥劑 | |
DE, P/N 053201 (1 kg) | 濕樣品 |
石英砂, P/N 037689 (2.5 kg) | 干樣品 |
Fontainebleau砂, VWR P/N 27460.364 (5 kg) | 細(xì)小的干樣品 |
硅藻土545, P/N 11068920 (1 kg) | 非常細(xì)小的干樣品 推薦使用萃取套管以避免金屬濾板堵塞。如果不使用套管，則必須在池中制作沙床 |
表 4：BUCHI 提供的萃取套筒
萃取套筒 | P/N |
用于 40 mL 萃取池，纖維套筒，25 pcs | 11055334 |
用于 40 mL 萃取池，玻璃纖維，25 pcs | 11056633 |
用于 80 mL 萃取池，纖維素，25 pcs | 11059610 |
用于 80 mL 萃取池，玻璃纖維，25 pcs | 11059612 |
用于 120 mL 萃取池，纖維素，25 pcs | 11055358 |
用于 120 mL 萃取池，玻璃纖維，25 pcs | 11059611 |
表 5：樣品與分散或干燥劑的混合比例
樣品:DE | 1:1 |
樣品:石英沙 | 1:5 |
樣品:硅藻土 | 1:2 |
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樣品分類
可以區(qū)分不同的樣品類型。樣品的均質(zhì)性和粒徑?jīng)Q定了在萃取步驟之前是否需要樣品制備。我們建議至少進(jìn)行兩次重復(fù)萃取。
表 6：不同樣品類型的分類
樣品制備 | 混合器 |
|
|
干燥 | 是 | 試劑: | 比例: |
潮濕、濕潤、粘糊 | 是 | 試劑: | 比例: |
蓬松、柔軟 | 是 | 試劑: | 比例: |
熔融、顆粒 | 是 | 試劑: | 比例: |
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萃取池尺寸和儀器配置
考慮到第 3 至第 6 點(diǎn)，可以選擇萃取池尺寸，最終選擇儀器配置。
分散/干燥后樣品的量決定了合適的萃取池尺寸。
表 7：針對(duì)干燥和研磨樣品的推薦萃取池及儀器配置
適用于干燥和研磨樣品的推薦萃取池 | ||
1-1.5g | 10mL | E-916 |
2-3g | 20mL | E-916 |
4-6g | 40mL | E-916 或 E-914 |
8-12g | 80mL | E-914 |
12-24g | 120mL | E-914 |
以克（g）為單位的值基于推薦的混合比例，例如，1.5 g 的樣品-石英砂混合物至少需要 10 mL 的萃取池。
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裝填和關(guān)閉萃取池
8.1 裝填萃取池
有多種技術(shù)可用于裝填萃取池。有些用于減少溶劑消耗，有些用于避免池堵塞。
▲ 圖 1
標(biāo)準(zhǔn)裝填：樣品與干燥/分散劑混合。
石英砂：混合的樣品放在石英砂上，并在頂部填充空隙。
填充附件：蓬松的體積龐大樣品使用填充附件。
紙濾筒：樣品裝入紙濾筒中，頂部用玻璃棉覆蓋。
作為一種可選方案，為了簡化萃取后的清潔過程，可以在萃取池中放置額外的吸附劑。
▲ 圖 2
8.2 關(guān)閉萃取池
關(guān)閉萃取池請(qǐng)從底部開始，按照 圖 3 所示的步驟進(jìn)行。
▲ 圖 3：關(guān)閉萃取池（從底部開始，使用底濾板、金屬濾板和凹面朝向池子的堵頭螺絲。將樣品裝入池中并放置頂濾板。）
裝填樣品時(shí)使用相應(yīng)的漏斗。樣品裝填完成后（參見圖 1），使用刷子或紙巾清潔池頂表面，并將頂濾板放在池頂。使用柱塞將頂濾板置于正確位置。
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參數(shù)設(shè)置
9.1 溫度
溫度對(duì)萃取速度和回收率的影響最大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，溫度每升高 10°C，萃取速度加倍?；瘜W(xué)反應(yīng)的溫度依賴性由阿倫尼烏斯方程（k = A·exp(-EA/RT)）描述。溫度升高 10°C 使動(dòng)力學(xué)過程速度加倍是該定律的一個(gè)有用的簡化。這些設(shè)置是找到最佳溫度的指南。
表 8：用于尋找最佳溫度的溫度設(shè)置
起始點(diǎn) | 沸點(diǎn) (Bprt) + 20°C |
環(huán)境樣品 | 通常 100°C |
天然產(chǎn)品 | ~50°C |
脂肪測(cè)定 | ≤100°C |
如果客戶打算應(yīng)用 Thermo Scientific Dionex ASE 的應(yīng)用說明，建議他們考慮加熱源的設(shè)計(jì)。ASE 更多地使用一種加熱套，這反映在其設(shè)置溫度通常高于 E-91x，因?yàn)?E-91x 是將萃取池置于加熱塊中。
表 9：SpeedExtractor 與 ASE 的溫度設(shè)置比較
ASE | SpeedExtractor |
150°C | 120°C |
120°C | 100°C |
80°C | 65°C |
50°C | 40°C |
9.2 壓力
與壓力相比，溫度對(duì)萃取效率的影響更大。大多數(shù)應(yīng)用在 100 bar 下工作。
表 10：樣品的默認(rèn)壓力設(shè)置和濕樣品的壓力設(shè)置
默認(rèn)值 | 100 bar |
濕樣品 | 150 bar |
將 Thermo Scientific Dionex ASE 的 psi 壓力設(shè)置轉(zhuǎn)換為接近的 SpeedExtractor bar 壓力設(shè)置：1 psi ≈ 0.7 bar
表 11：SpeedExtractor 與 ASE 的壓力設(shè)置比較
ASE | 1500 psi |
SpeedExtractor | 100 bar |
9.3 溶劑
以下溶劑與 SpeedExtractor E-91x 不兼容。請(qǐng)勿使用任何自燃點(diǎn)在 40 至 220°C 之間的溶劑。
表 12：SpeedExtractor E-91x 的不兼容溶劑
不兼容溶劑 |
二乙醚 |
1,4-二噁烷 |
* (THF) |
二硫化碳 |
強(qiáng)無機(jī)酸/堿或有機(jī)酸/堿 |
9.4 循環(huán)次數(shù)
萃取效率可能受到溶劑被分析物飽和的限制，或者受到溶劑滲透基質(zhì)和溶解分析物所需時(shí)間的限制。在這種情況下，必須增加額外的循環(huán)次數(shù)以引入新鮮溶劑。
如何開始？
步驟 1：
開發(fā)新方法時(shí)，建議從 5 個(gè)循環(huán)開始，對(duì)兩個(gè)樣品進(jìn)行萃取，將萃取物收集在指定的樣品瓶（萃取物 A）中。然后，用新的樣品瓶替換已裝滿的樣品瓶，并僅進(jìn)行一個(gè)循環(huán)的另一次萃?。ㄝ腿∥?B），以控制萃取的完全性。檢查萃取物 A 和 B 中分析物的濃度；計(jì)算 A+B 并檢查是否達(dá)到目標(biāo)值范圍。
步驟 2：
準(zhǔn)備兩個(gè)新樣品，進(jìn)行 3 個(gè)循環(huán)的萃?。ㄝ腿∥?C）；引入新的樣品瓶并進(jìn)行另一個(gè) 1 個(gè)循環(huán)的萃?。ㄝ腿∥?D）。檢查萃取物 C 和 D 中分析物的濃度；計(jì)算 C+D 并檢查是否達(dá)到目標(biāo)值范圍。將該值與步驟 1 進(jìn)行比較。如果 C+D 的值低于 A+B，則增加保持時(shí)間（參見 9.5）。如果相當(dāng)，則執(zhí)行步驟 3。
步驟 3：
減少循環(huán)次數(shù)，然后進(jìn)行僅一個(gè)循環(huán)的萃取。按照步驟 2 中的描述進(jìn)行。
9.5 保持時(shí)間
對(duì)于分析物與溶劑之間的接觸時(shí)間對(duì)萃取效率至關(guān)重要的樣品，例如，如果溶劑需要膨脹基質(zhì)以接觸分析物，則保持時(shí)間應(yīng)足夠長。
參考不同的分析物，我們經(jīng)驗(yàn)上建議以下起始保持時(shí)間：
表 13：不同分析物的保持時(shí)間
分析物 | 保持時(shí)間 [分鐘/循環(huán)] |
PAHs, PCBs 等 | 最大 10 |
來自天然產(chǎn)品的成分 | 最大 9 |
來自聚合物的成分 | 2-10 |
食品/飼料產(chǎn)品中的脂肪 | 最大 5 |
注意： 對(duì)于脂肪含量較高（>30%）的食品和飼料產(chǎn)品，第 1 個(gè)循環(huán)的保持時(shí)間應(yīng)為 0 分鐘，隨后循環(huán)的保持時(shí)間最大為 5 分鐘。
9.6 循環(huán)次數(shù)與保持時(shí)間的關(guān)系
引入每個(gè)參數(shù)后，考慮循環(huán)次數(shù)和保持時(shí)間之間的關(guān)系非常重要。對(duì)于方法開發(fā)，建議從 5 個(gè)（至少 3 個(gè)）循環(huán)和較長的保持時(shí)間開始（參見 9.5）。
如果額外的一個(gè)循環(huán)萃?。ǖ诙屋腿。┎话治鑫?，則可以開始減少循環(huán)次數(shù)。
表 14：增加循環(huán)次數(shù)和縮短保持時(shí)間的正面和負(fù)面影響，更長保持時(shí)間，減少循環(huán)次數(shù)
(+) | (–) |
分析物和溶劑之間的充分交換 | 可能發(fā)生分析物飽和 |
→ 基質(zhì)隨時(shí)間膨脹 | → 對(duì)于負(fù)載量大的樣品可能導(dǎo)致堵塞（減少第 1 個(gè)循環(huán)的保持時(shí)間） |
→ 效率提高 |
|
→ 萃取時(shí)間減少 |
|
結(jié)論： 對(duì)于痕量和超痕量分析，延長保持時(shí)間是有利的，因?yàn)榛|(zhì)膨脹允許溶劑良好滲透并獲得最佳回收率。飽和效應(yīng)可能僅發(fā)生在食品/飼料產(chǎn)品中，而對(duì)于土壤、污泥和空氣樣品則不會(huì)發(fā)生。下圖顯示了通過增加保持時(shí)間同時(shí)減少一個(gè)循環(huán)來確定 BDE-209 [4] 并獲得最高回收率的示例。
▲ 圖 4：優(yōu)化過程示例，僅使用一個(gè) 10 分鐘保持時(shí)間的循環(huán)即可獲得最高回收率。
9.7 排放時(shí)間
在排放時(shí)間內(nèi)，通過壓力補(bǔ)償和重力將萃取物釋放到收集瓶中。時(shí)間必須設(shè)置得足夠長以完成溶劑交換。持續(xù)時(shí)間取決于溫度、溶劑、樣品特性、分散劑、萃取池尺寸和池裝填方式——這意味著需要考慮許多重要因素。遵循經(jīng)驗(yàn)豐富的排放時(shí)間：
表 16：排放時(shí)間設(shè)置
默認(rèn)值 | 2 min |
典型值 | 2-5 min |
濃縮樣品 | 第 1 個(gè)循環(huán)長時(shí)間排放，后續(xù)循環(huán)縮短 |
注意： 與 ASE 相比，循環(huán)之間沒有溶劑和氣體沖洗，僅在萃取結(jié)束時(shí)進(jìn)行。如果每個(gè)循環(huán)使用不同的溶劑，將執(zhí)行氣體沖洗。
9.8 溶劑沖洗
溶劑沖洗確保出口管路中殘留的分析物轉(zhuǎn)移到收集瓶中。溶劑沖洗時(shí)間可選擇 0 到 9 分鐘。確保定量轉(zhuǎn)移到收集瓶中非常重要。
表 17：針對(duì)不同萃取池尺寸的溶劑沖洗時(shí)間設(shè)置
默認(rèn)值 | 1 min | E-916 |
6x10mL | 1 min | E-916 |
6x20mL | 2 min | E-916 |
6x40mL | 3 min | E-916 |
4x40mL | 2 min | E-914 |
4x80mL | 4 min | E-914 |
4x120mL | 5 min | E-914 |
9.9 氣體沖洗
萃取過程結(jié)束時(shí)的氣體沖洗確保沒有液體殘留在萃取池或管路中。充分的氣體沖洗對(duì)于避免由殘留溶劑引起的回沖是強(qiáng)制性的。
表 18：氣體沖洗的默認(rèn)時(shí)間設(shè)置和典型值
默認(rèn)值 | 3 min |
典型值 | 2-5 min |
9.10 收集瓶
提供多種收集瓶選擇，以便為最終分析提供最佳的萃取后處理。對(duì)于中間濃縮步驟，可以選擇與平行蒸發(fā)儀SyncorePlus 連用的蒸發(fā)瓶，無需進(jìn)行轉(zhuǎn)移樣品。
表19：SpeedExtractor E-91x 的收集瓶以及 SyncorePlus 的附加選項(xiàng)
收集瓶 | BUCHI P/N | E-91x 支架架 | 平行蒸發(fā) |
平底，細(xì)頸，049535 SVL22, 60 mL | 049535 | E-916 標(biāo)準(zhǔn)支架架，帶附加擋板 | SyncorePlus EasyFill Rack R-24 Polyvap, P/N 042660 |
平底，細(xì)頸，SVL22, 240 mL | 052672 | E-916 標(biāo)準(zhǔn)支架架 | Multivapor P-6 P/N Adapter PETP 111056585 |
圓底，GL45, 220 mL | 053208 | E-916 標(biāo)準(zhǔn)支架架 | Multivapor P-6 P/N Adapter PETP 11056598 |
SyncorePlus Polyvap R-12, 圓底，無螺紋，150 mL | 040907 | E-916 標(biāo)準(zhǔn)支架架，帶附加擋板 | SyncorePlus EasyFill R-12 Polyvap, P/N 040900 |
SyncorePlus Polyvap, 圓底，無螺紋，250 mL | 038486 | E-914 標(biāo)準(zhǔn)支架架 | SyncorePlus Crystal Rack R-6 Polyvap, P/N 047770 |
SyncorePlus Analyst R-12, 150 mL 帶 1.0 mL 附錄, GL45 | 11056498 | E-914 或 E-916 標(biāo)準(zhǔn)支架架，帶附加擋板 | SyncorePlus EasyFill Rack R-12 Analyst, P/N 046000 |
SyncorePlus Analyst R-12, 150 mL 帶 0.3 mL 附錄, GL45 | 11056499 | E-914 或 E-916 標(biāo)準(zhǔn)支架架，帶附加擋板 | SyncorePlus EasyFill Rack R-12 Analyst, P/N 046000 |
SyncorePlus Analyst R-12, 150 mL 帶 1.0 mL 附錄, 琥珀色, GL45 | 11056910 | E-914 或 E-916 標(biāo)準(zhǔn)支架架，帶附加擋板 | SyncorePlus EasyFill Rack R-12 Analyst, P/N 046000 |
SyncorePlus Analyst R-12, 150 mL 帶 0.3 mL 附錄, 琥珀色, GL45 | 11056911 | E-914 或 E-916 標(biāo)準(zhǔn)支架架，帶附加擋板 | SyncorePlus EasyFill Rack R-12 Analyst, P/N 046000 |
SyncorePlus Analyst R-6, 250 mL 帶 0.3 mL 附錄 | 038485 | E-914 的 R-6 收集單元 | SyncorePlus Crystal Rack R-6 Analyst, P/N 047777 |
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結(jié)論
請(qǐng)使用相應(yīng)的應(yīng)用說明作為方法開發(fā)的基礎(chǔ)。根據(jù)樣品的多樣性，進(jìn)行調(diào)整參數(shù)。使用本文檔作為指導(dǎo)來縮短或延長萃取過程。
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參考文獻(xiàn)
SpeedExtractor 應(yīng)用手冊(cè)
SpeedExtractor 操作手冊(cè) E-914/916
SpeedExtractor 操作說明 (BUCHI P/N 093286)
G. Lasternas, C. Roscioli, L. Guzzella, 使用加壓溶劑萃取和自動(dòng)索氏萃取測(cè)定 PBDEs, best@buchi no. 55.
SpeedExtractor 技術(shù)數(shù)據(jù)表 E-914/916
BUCHI Labortechnik AG, 實(shí)際操作啟動(dòng)會(huì)議 (2010).
(空格分隔,最多3個(gè),單個(gè)標(biāo)簽最多10個(gè)字符)
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