مقاله استخراج جذبی با میله چرخان

بخشی از مقاله

استخراج جذبی با میله چرخان

چکیده: در سالهاي اخیر روشهاي آمادهسازي نمونه بدون مـورد توجـه زیـادي قـرار گرفتـه اسـت. از جملـه ایـن روشهـا استخراج جذبی با میله چرخان (Stir bar sorptive extraction) است. در روش جذبی آنالیتها از بافت نمونه بـه درون یـک فـاز مایع غیر قابل اختلاط استخراج میشوند. جاذبهاي مختلفی براي روشهـاي اسـتخراج جـذبی در دسـترس هسـتند. در ایـن میـان جاذبی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، PDMS (پلی دي متیل سیلوکسان) است. استخراج جـذبی بـا میلـه چرخـان شـامل دو مرحله اصلی استخراج و واجذب میباشد. در طول دوره استخراج، میله همزن پوشیده شده با بسپار از طریـق غوطـهوري یـا توسـط نمونهبرداري از فضاي فوقانی، در تماس با مواد حل شونده قرار میگیرد. پس از مرحله استخراج، واجـذب آنالیـتهـا بـه صـورت حرارتی یا مایع انجام میشود. کاربردهاي اصلی این روش شامل تجزیه آفتکشها و مشتقات آنها ، هیدروکربنهاي چند حلقه-اي آروماتیک (PAHs)، ترکیبات فرار، ترکیبات عامل آروما، عوامل بدطعمی، مطالعه ترکیبات مهـاجرتکننـده از بسـتهبنـدي بـه مواد غذایی، تجزیه سورفکتانتهاي غیر یونی، آئروسول و نمونه هاي دارویـی و پزشـکی مـیباشـد. از مزایـاي اصـلی ایـن روش، استخراج و تغلیظ ترکیبات ازبافتهاي آبی بدون استفاده از حلال، حساسیت و صحت بالا در تعیین سطوح ناچیز ترکیبـات بافـت-هاي مختلف و تکرارپذیري خوب آن میباشد.

کلمات کلیدي: استخراج جذبی با میله چرخان، پلی دي متیل سیلوکسان، واجذب.

مقدمه

تعیین ترکیبات آلی در بافتهاي آبکی دارویی، غذایی و محیط زیسـتی بدون آمادهسازي مقدماتی امکانپذیر نیست. هدف اصـلی آمـادهسـازي نمونهها، جداسازي اولیه و تغلیط میباشد. در سالهاي اخیرتوجه زیـادي به تکنیکهاي آمادهسازي بدون حلال نمونـه شـده اسـت .(1) از جملـه این روشها استخراج جذبی با میله چرخـان(SBSE)1 مـیباشـد کـه بـر اساس جذب سطحی عمل میکند. در روش جـذبی آنالیـتهـا از بافـت نمونه به درون یک فاز مایع غیر قابل اختلاط استخراج میشوند. جاذب-هــاي مختلفــی بــراي روشهــاي اســتخراج جــذبی در دســترس هســتند. جاذبهاي غیر آلی، به طور قوي با ترکیبـات در دام افتـاده بـرهم کـنش میدهند و نیاز به دماهاي بسیار بالایی براي واجذب دارنـد کـه منجـر بـه وقوع واکنشهاي تجزیهاي میشوند. جاذبهاي آلی مثل تناکس دچـار تجزیه حرارتی شده و فعالیت کاتالیتیکی قابل ملاحظهاي دارند کـه مـانع استفاده از این جاذبها با ترکیباتی که از لحاظ شیمیایی ناپایدارند، می-شود. جاذبی که بیشتر مورد استفاده قرار مـی گیـرد PDMS2 (پلـی دي متیل سیلوکسان) است. PDMS مقاوم به حـرارت اسـت و در محـدوده

وســیعی از دمــا (230-220˚C) قابــل اســتفاده بــوده و ویژگــی هــاي انتشاري جالبی دارد .(2)
نحوه استخراج با SBSE
این روش سه بخش اساسی دارد:

-1 یک میله همزن مغناطیسی که براي انتقال حرکت چرخشی یک صفحه همزن به نمونه مایع ضروري است.

-2 یک روکش شیشهاي نازك که میله همزن مغناطیسی را میپوشاند. پوشش شیشهاي براي جلوگیري از تجزیه لایه PDMS ضروري است در غیر این صورت PDMS ممکن است توسط فلزات موجود در میله همزن مغناطیسی تخریب شوند.

-3 یک لایه جاذب PDMS که روي آن آنالیتها استخراج میشوند. در سطح تجاري از PDMS با ضخامت mm 500 μm-1 استفاده می شود .(3)

مراحل استخراج به روش SBSE

SBSE شامل دو مرحله اصلی است: استخراج و واجذب.

الف- مرحله استخراج

در طول دوره استخراج، میله همزن پوشیده شده با بسپار از طریق غوطه-وري یا توسط نمونهبرداري از فضاي فوقانی، در تماس با مواد حل شونده قرار میگیرد. در حالت غوطهوري که SBSE نامیده میشود، میله همزن پوشیده شده با بسپار، به فضاي فوقانی ظرف که حاوي نمونه مایع است، منتقل شده و نمونه تحت شرایط کنترل شده فیزیکی و شیمیایی همزده میشود. همزدن معمولاً بین 30 تا 240 دقیقه انجام می-شود. بعد از استخراج، میله همزن برداشته شده و به منظور حذف نمک-ها، قندها، پروتئینها و دیگر ترکیبات از نمونه، با آب مقطر شستشو می-شود و سپس براي حذف آب، روي دستمال کاغذي تمیز قرار داده شده و بعد به مرحله واجذب میرود.

استفاده از SBSEتقریباً به سرعت به نمونهبرداري از فاز بخار (حالت فضاي فوقانی) گسترش داده شد و این حالت به نام استخراج حلال از فضاي فوقانی یا HSSE3 معروف است. در HSSE، نمونهبرداري با معلق کردن میله همزن پوشیده شده در فضاي فوقانی شیشه نمونه انجام میشود و بسپار در تماس ثابت با فاز بخار بافت مایع یا جامد قرار دارد. نمونه معمولاً به منظور حضور ماده حل شونده در فاز بخار همزده می-شود. بعد از نمونهبرداري از فضاي فوقانی، توصیه میشود که میله همزن با آب مقطر شستشو داده شده و روي دستمال کاغذي تمیز قرار بگیرد. علی رغم انتخابگري این حالت، کمتر مورد استفاده قرار میگیرد .(2)
ب- مرحله واجذب

در روش SBSE امکان واجذب مستقیم آنالیتهاي جذب شده از روي میله همزن پوششدهی شده وجود ندارد. بنابراین مرحله استخراج قبل تشخیص آنالیتها با یک واجذبی حرارتی یا مایع دنبال میشود.

-1 واجذبی حرارتی:

اغلب کاربردهاي SBSE یا HSSE شامل استفاده از واجذبی حرارتی قبل GC4 براي بازیافت آنالیتهاي انباشته شده روي میله همزن پوششدهی شده است. واجذبی حرارتی در دماهاي 150-300˚C انجام میشود اما به دلیل حساسیت بالاي واجذبی حرارتی، نیاز به استفاده از یک واحد گران روي GC است. واحد واجذبی حرارتی دو قسمت دارد یک قسمت که با ایجاد حرارت باعث جدا شدن آنالیتها از میله همزن میشود و قسمت دوم که آنالیتهاي جدا شده تا زمان ورود به GC در دماي 40 -150˚C حفظ میکند. واجذبی حرارتی آسانترین روش واجذبی است اما به مواد حل شده نیمه فرار و فرار پایدار حرارتی و تجزیه با GC محدود میشود 2) و.(3

-2 واجذبی مایع:
واجذبی مایع در موارد زیر به جاي واجذبی حرارتی به کار میرود:

- براي تجزیه ماده حل شده ناپایدار حرارتی

- هنگامی که جداسازي با استفاده از کروماتوگرافی مایع یا الکتروفورز موئین انجام میشود.

- هنگامی که یک واحد واجذبی حرارتی براي اتصال به

GC در دسترس نباشد.

طی مرحله واجذبی مایع، میله همزن پوشیده شده با بسپار در یک حلال یا مخلوطی از حلالها براي واجذبی شیمیایی ماده حل شده استخراجی، غوطهور میشود. در این حالت، حجم حلال باید به اندازه غوطهوري کامل میله همزن بوده و در حالت استفاده از مخلوطی از حلالها، باید حلالها با بسپار سازگاري داشته باشند. استونیتریل، متانول، مخلوط این حلال ها یا مخلوط این حلالها با آب یا بافرهاي آبکی، متداولترین حلالهاي واجذبی میباشند. از آن جایی که مدتاًع در مرحله واجذبی مایع، حلالهاي قطبی استفاده میشود، این حالت واجذبی، بیشتر براي ترکیبات غیر فرار و ناپایدار حرارتی مفید است. مرحله واجذبی مایع در به حداقل رساندن آلودگی حاصل از فاز PDMS که در تجزیه برخی از مواد حل شده اختلال ایجاد میکند (یعنی استرهاي فتالات، (PES، مناسبتر از واجذبی حرارتی میباشد. از جمله مزایاي دیگر واجذبی مایع، راندمان بالا در مقایسه با هزینه مصرفی، امکان توسعه روش و تجزیه مجدد میباشند 2) و.(3

مزایاي روش SBSE

 قادر به استخراج و تغلیظ ترکیبات از بافتهاي آبی بدون استفاده از حلال میباشد.

 نسبت به روش SPME5 از نظر حساسیت و صحت در تعیین سطوح ناچیز ترکیبات بافتهاي مختلف کارائی بهتري دارد.

 مقدار آنالیت استخراج شده متناسب با حجم فاز استخراج است که در روش SPME بسیار کوچک است. بنابراین امکان بهبود محدوده-هاي تشخیص این روش از طریق افزایش حجم فاز استخراج وجود دارد
و با افزایش ضخامت فیلم قابل انجام است.

 قابلیت انجام در محیط بسیار رقیق و غلظتهاي بسیار کم نمونهها که از این نظر هم نسبت به روش SPME برتري دارد.
قابل استفاده براي محدوده وسیعی از مواد فرار و نسبتاً فرار

 امکان کنترل دقیق مقدار PDMS روي میله همزن که موجب افزایش تکرارپذیري و اطمینان و اعتبار استخراج میشود.

 در ترکیب با واجذبی مایع یا کروماتوگرافی مایع براي ترکیبات غیر فرار نیز مناسب است .(1)
کاربردهاي روش SBSE
تجزیه PAHs6

بقایاي PAHs در آب نگرانی بزرگی محسوب میشود زیرا در تولید نوشیدنیها و مواد غذایی کاربرد دارد. روشهاي تعیین PAHs در بافتهاي غذایی شامل LLE7و SPE8 پیچیده و زمانبر میباشند. به ویژه LLE که نیاز به مقادیر زیادي از حلالهاي سمی و حداقل یک مرحله تمیز سازي قبل شناسایی و مرحله تعیین کمیت دارد. یکی از روشهاي موفق در تعیین این ترکیبات SBSE میباشد. حد تشخیص PAHs در آب 0/2-2 نانوگرم در لیتر با تکرارپذیري 3-15 درصد و در آب آشامیدنی 1/5 نانوگرم در لیتر و تکرارپذیري 1/9-12/8 درصد عنوان شده است .(4)

تجزیه آفت کش ها و مشتقات آنها

حضور بقایاي آفتکشها در مواد غذایی مقوله بسیار مهمی است. یکی از مزایاي SBSE این است که قادر به تعیین مقادیر کامل یک آنالیت در نمونه میباشد.

LC-MS9 یک روش تجزیهاي غالب در شناسایی و تعیین کمیت آفتکشها است. روشهاي SBSE ترکیب با LC-MS موجب تجزیه انتخابی و با حساسیت بالاي کلرپیریفوس متیل، دیازینون، فونوفوس، فنتوات، فوسالون و پیریمیفوس اتیل در عسل با حد تشخیص 0/04-0/4 میلیگرم در کیلوگرم شد .(5)

استخراج آفتکشهاي بیترتانول، کاربوکسین، فلوتریافول، پیرامتانیل، تبوکونازول و تریادیمفون در انگورها توسط SPE و SBSE انجام شد. حد تشخیص 0/003-0/01 SPE میلی گرم در کیلوگرم و در مورد 0/01 SBSE میلی گرم در کیلوگرم بود. با اینکه حد تشخیص SPE بالاتر از SBSE بود، اما مصرف حلال در SBSE پایینتر و عصاره حاصل تمیزتر بود .(6)

تجزیه آفتکشها درآبمیوهها، میوهجات و سبزیجات (حد تشخیص 0/2 نانوگرم در گرم)، سرکه، زعفران، تنباکو هم انجام شده است. در ارتباط با تجزیه بقایاي آفتکش در بافتهاي ناهمگن، حد تشخیص 9 آفتکش از پالپ گلابی، 10-100 نانوگرم در گرم بود 1) و .(4

قارچ کشهاي زیادي به طور گستردهاي در مراحل مختلف کاشت و در طول دوره ذخیرهسازي پس از برداشت براي جلوگیري از فساد استفاده میشوند. تیرازینها، آنیلینها و پیریدینها مهمترین گروههاي قارچکش مورد استفاده میباشند. حد تشخیص قارچکشها در انگور کمتر از 0/01 میلیگرم در کیلوگرم و حد تشخیص و تکرار پذیري قارچ کشهاي دي کربوکسیمیدي به ترتیب 2-50 نانوگرم در لیتر و 2-5 درصد گزارش شده است 1) و .(4
تجزیه ترکیبات فرار

تجزیه ترکیبات فرار در مواد گیاهی، توتفرنگی، انگور، سالاك یا میوه مار، تمشک، قارچ خوراکی دنبلان به روش SBSE انجام می-شود. SBSE و HSSE براي ترکیبات فرار و آروما قهوه، تنباکو، آرد گندم و شراب (حد تشخیص 0/05-161 میکروگرم در لیتر و تکرار-پذیري 6-12 درصد) به کار رفته است. تجزیه ترکیبات فرار سرکه، ترکیبات فرار تولید شده توسط قارچها (مایکوتوکسینها) و ترکیبات نسبتاً فرار مثل نگهدارندهها (مثل اسید بنزوئیک، اسید سوربیک و

پارابنها) هم با SBSE صورت گرفته است. حد تشخیص نگهدارندهها در نوشیدنیها، اسید بنزوئیک در نوشیدنیهاي غیر الکلی و ترکیبات آلی فرار قهوه به ترتیب 0/02-3 میکروگرم در میلیلیتر، 0/03-8/6 میکروگرم در لیتر، 1 -1000 میلیگرم در لیتر گزارش شده است. حد تشخیص ترکیبات نیمه فرار در آب نیز 5-50 نانوگرم در لیتر با تکرار پذیري کمتر از 20 درصد عنوان شده است 1) و.(4
تجزیه ترکیبات آروما

تجزیه انتخابی نسبتهاي انانتیومرها به طور گستردهاي در تضمین کیفیت طعمدهندههاي طبیعی و اسانسها به کار برده شدهاند. کروماتوگرافی چند بعدي روشی مؤثر و انتخابی براي این هدف می-باشد. اتصال GS-MS چند بعدي- انانتیو به SBSE امکان ترکیب راندمان بالاي استخراج میله همزن با انتخابگري بالاي سیستم GS-MS را فراهم میکند. با استفاده از این روش تجزیهاي جدید، تعیین دقیق نسبتهاي انانتیومري ترکیبات جزئی علاوه بر ترکیبات اصلی در مواد طبیعی پیچیده مثل اسانسها امکانپذیر میشود. این روش براي تجزیه -α پینن، -β پینن، سابینن، -α فلاندرن، لینالول، -αترفینئول، ترفینن--4ال و بورنئول در اسانس درخت چاي، اسانس اکالیپتوس و اسانس آویشن به کار رفته است .(7)
تجزیه عوامل بدطعمی

مهمترین کاربرد در این گروه مربوط به تجزیه اسید تري کلرواستیک است. کاربرد دیگر این گروه تجزیه آلدهیدها (مثلا نوننال و دکا دي انال) است. حد تشخیص اسید تري کلرواستیک در شراب و نوشیدنیها کمتر از 1 نانوگرم در لیتر، حد تشخیص عوامل بدطعمی در آب 0/03-0/16 نانوگرم در لیتر با تکرار پذیري 0/8-3/7 و براي شراب 0/1-3/3 نانوگرم در لیتر و تکرارپذیري 0/8 -6/3 درصد گزارش شدند .(8)
مطالعه ترکیبات مهاجرتکننده از بستهبندي به مواد غذایی

مهاجرت بیس فنول A از بطري کودك به روش SBSE انجام شد. حد تشخیص این ترکیب (مشتقسازي شده با انیدرید اسید استیک) 0/12 نانوگرم در لیتر بود .(9)

مهاجرت سه آلکیل فنول، -4 ترت اکتیل فنول، -n-4 اکتیل فنول و -4 نونیل فنل و 6 استر فتالات (دي متیل فتالات، دي اتیل فتالات، دي ان اکتیل فتالات، دي ان بوتیل فتالات، ان بوتیل بنزیل فتالات و دي 2
اتیل هگزیل فتالات) در سالاد بستهبندي شده در پلاستیک، سبزیجات