Свързани термини:
- Твърдофазна микроекстракция
- Летливо органично съединение
- Бензен
- Десорбция
- Пия вода
- Микроекстракция
- Летлив агент
- Адсорбент
- Дестилация
Изтеглете като PDF
За тази страница
Приложение на твърдофазната микроекстракция при анализ на храни и аромати
Lucie Kudlejova, Sanja Risticevic, в Handbook of Solid Phase Microextraction, 2012
9.2.2.4 Казус IV: Летливи ароматни профили на три европейски сирена със ЗНП
Техниките SPME и P&T бяха сравнени и тествани за тяхната пригодност за извличане на ароматни съединения на сирене от сурови млечни сирена в Mallia et al. 30 За да се гарантира запазването на тяхната история, традиция и разнообразие и поради нарастващото търсене на традиционна храна, 147 европейски сирена получиха етикета със защитено наименование за произход (ЗНП) от органите на Европейския съюз (ЕС). Сирена, участващи в това проучване, са сред тези, обозначени като ЗНП.
За SPME на целевите аналити, 10 g фино настъргано сирене се въвеждат в 20-милилитров флакон. Предварителната инкубация на флакона за вземане на проби се извършва в продължение на 1 h при 45 ° C. Вмъкна се DVB/CAR/PDMS 50/30-μm влакно (2 см дължина) и се излага на сиренето в продължение на 1 час. Летливите съединения се десорбират в GC инжектор за 10 минути при 260 ° С. За динамичната екстракция на HS, използвайки системата P&T, 5 g настъргана проба бяха предварително инкубирани в продължение на 5 минути и след това поставени в разредителя за 15 минути (35 ° C, N2, 40 mL/min). Интересните анализи се концентрират в уловител на Tenax, държан при 36 ° С и се десорбират в продължение на 4 минути при 230 ° С, в криофокусиращата единица при -125 ° С и след това се десорбират в GC колоната при 230 ° С за 1,5 минути. Използвани са GC-qMS-пламъчно-йонизационен детектор (FID), монтиран паралелно, разделящ потока в съотношение 1: 1, и GC-MS-O (също паралелни) системи за разделяне/откриване. Идентифицирането на целевите аналити се извършва чрез спектрално съвпадение с библиотеката на Wiley, използвайки метода LTPRI.
Резултатите от сравнителното проучване са подобни на тези, получени в споменатия по-горе казус III, 128, т.е. SPME е установено, че е по-ефективен за екстракцията на средно- и висококипящи съединения, отколкото P&T екстракцията, която се представя по-добре за изолирането силно летливи компоненти. Подобно на предишното изследване на случая, тези две техники за извличане могат да се използват заедно, за да осигурят допълнителни резултати.
Резултатите от аналитични методи, използващи всяка техника на екстракция поотделно, бяха подложени на статистическа оценка на данните и дискриминантният анализ правилно разграничи всички участващи проби според техния произход на ЗНП. Анализите на сирена Gruyère (с произход от Швейцария) доведоха до високи концентрации на алкени, алдехиди, метил кетони, бутан-2,3-дион, ненаситени алкохоли, разклонени верижни киселини и 2,6-диметил пиразин. Сирената Manchego (с произход от Испания) съдържат високи концентрации на алкани, алканоли, проп-2-ен-1-ол, пропан-2-он и бутан-2-он и съответните им редукционни продукти пропан-2-ол и бутан-2 -ol, пропилови естери и ароматни съединения. Сирената Ragusano (с произход от Италия) съдържат високи концентрации на мастни киселини и етилов и бутилов естер.
Зелена аналитична химия
М. де ла Гуардия, С. Армента, в Комплексната аналитична химия, 2011
5.3.2.1 Изчистване и улавяне
Динамичното вземане на проби в главното пространство е описано за първи път от Teranishi et al, които не са използвали адсорбер, а само охладен капан, за да задържат летливите аналити [86]. Техниката за продухване и улавяне започва да се използва по-общо след въвеждането на Tenax - поли (2,6-дифенил-р-фенилен оксид) като универсален адсорбент за динамично пространство на главата от Zlatkis et al. [87] през 1973 г. Те също така демонстрираха възпроизводимостта, постигната чрез GC анализ на продухване и улавяне. Накратко, продухване и улавяне предлага предимството на директното термично изпаряване на аналитите и отделянето от матрични съединения и SPE.
Газова хроматография
Динамично пространство на главата (продухване и улавяне)
Терминът „headspace GC“ обикновено се използва за описване на статично пространство на head (описано по-горе), но понякога се използва за обозначаване на динамично пространство на head или това, което е известно още като „продухване и улавяне“.
При техниката за продухване и улавяне (Фигура 2.22), инертен газ се пропуска през пробата и летливите аналити се прехвърлят в адсорбиращ уловител [22–24]. Адсорбционният материал обикновено е Tenax ®, синтетичен полимер, който не реагира с аналитите, но ефективно ги свързва при околни условия и ги освобождава при повишена температура без химическа модификация; други адсорбционни материали включват силикагел, активен въглен и въглеродно молекулно сито. Капанът се нагрява и летливите вещества се освобождават или десорбират и се прехвърлят в газовия хроматограф. И накрая, уловителят се загрява до по-висока температура, отколкото е била използвана по време на етапа на десорбция за отстраняване на остатъчните аналити и влага, и системата е готова за друго вземане на проби. Специално опакованите капани за различни системи за продухване и улавяне се предлагат на пазара.
Фигура 2.22. Пречистете газовете, които бълбукат през проба, съдържаща летливи аналити, които се насочват към улавящ материал. В долната част на схемата потокът на газ се обръща с помощта на клапан (не е показан) и се насочва към GC колоната. Капанът се нагрява и освобождава аналитите.
Прочистването и улавянето обикновено позволяват по-ниски граници на откриване, отколкото статичното пространство на главата, тъй като първата техника теоретично трябва да отстрани целия аналит от матрицата, докато втората е ограничена до отстраняване на единична аликвотна част от газовата фаза. С новата способност за улавяне на много пробни проби за пространство, разликата в границите на откриване между двете техники е намалена.
Системите за продухване и улавяне изискват повече поддръжка, отколкото системите за главно пространство и са обект на проблеми като разпенване на пробата. В Съединените щати продухването и улавянето е стандартният метод за определяне на летливи органични съединения във вода [23], докато в много европейски страни за това приложение се използва статично пространство над главата. Други приложения на техниката за продухване и улавяне включват аромати в храната [25,26] и токсични съединения в биологичните течности [27,28] .
Екстракционни техники и приложения: Храна и напитки
4.02.2.3.1 Прочистване и улавяне на главното пространство
В допълнение към времето за продухване (и по този начин обема), работната температура също трябва да се контролира. По принцип по-високите температури позволяват по-високо съдържание на летливи съединения, адсорбирани в капана, въпреки че по-ниските температури (40–60 ° C) дават по-надеждни екстракти в сравнение с оригиналната проба. Термичното разграждане също трябва да се има предвид, ако се използват високи температури.
Материалът, използван като адсорбент (естество и размери на частиците), както и дължината и диаметърът на тръбата, в която е опакован, също влияят върху процеса на P&T. Твърдите адсорбенти са най-използваните материали. 73 Адсорбенти на основата на въглерод са били използвани първи, тъй като те притежават висока повърхност и следователно високи адсорбентни способности, като 75 адсорбират едновременно широк спектър от химични съединения, обикновено при алкохолни напитки. Независимо от това, те могат да произведат необратими адсорбции, правейки неефективно използването на термична десорбция; ретроекстракцията с подходящ разтворител е решението за получаване на екстракт, готов за хроматографски анализ. Следователно от метода на екстракция могат да възникнат артефакти и първоначалното предимство на метод без разтворител се губи. От друга страна, активен въглен има висок афинитет към водата, което изисква допълнителна стъпка на сушене преди анализ.
Сред полимерите серията Tenax е най-използвана, особено 2,6-дифенил-р-фенилен. 76
Порестите полимери имат предимството да представят намалена способност да задържат хидроксилирани съединения, като вода и алкохоли с ниско молекулно тегло, а именно метанол и етанол, 77 което е удобно при вземане на проби от алкохолни напитки.
Има два различни начина за въвеждане на уловените съединения в аналитичната система: екстракция с разтворител и термична десорбция. Когато се използва екстракция с разтворител, изборът на разтворител отново играе основна роля за осигуряване на пълна екстракция на уловените съединения. Като цяло се използва въглероден дисулфид, тъй като той има много ниска точка на кипене и има разтворими характеристики, които насърчават добрата екстракция на аналитите от, например, активен въглен. 78 Етилов етер се използва също за ретроекстракция от Chromosorb, 79 и понякога се използва смес от етилов етер/пентан, 1: 1 v/v, тъй като пентанът изключва извличането на адсорбираната вода в сорбента. За съжаление, тази стъпка на ретроекстракция насърчава разреждането на пробата и пика на разтворителя, така че резултатите могат, по време на GC анализа, да скрият много летливи съединения. За да се реши първият проблем, се използва концентрация, използваща поток от инертен газ, но по-летливите съединения могат да бъдат загубени. Вторият проблем е нерешен, освен ако човек не избягва използването на разтворител. Това може да се направи с помощта на термична десорбционна единица, при условие че съединенията са обратимо сорбирани в сорбента и че сорбентът и съединенията са термично стабилни. 80
Криогенните капани също се използват за извършване на P&T процедури. Тук се използва капилярна тръба или колона с малък размер и се подлага на много ниски температури, обикновено с течен азот. Пречистените съединения се кондензират при циркулация през колоната и по този начин се улавят. След оптимизирано време на улавяне, колоната се промива с инертен газ-носител и чрез термична десорбция уловените съединения се промиват в аналитична колона и се разделят с GC. Понякога тези криогенни капани могат да се използват заедно с твърд адсорбент. 81
При анализа на алкохолни напитки, наличието на етанол води, в случай на сорбиращи методи за екстракция, до конкуренция за местата на свързване, като по този начин намалява реакцията, получена в крайна сметка за целевите съединения. Техниката P&T позволява заобикаляне на този проблем, тъй като обогатяването на пробите е възможно, макар и в присъствието на високо съдържание на етанол, като например във вина, ферментирала гроздова мъст или сайдер. 82,83 При някои напитки присъствието на вода също може да бъде проблем не само за екстракционните процедури, но особено за GC анализа, където въвеждането на вода трябва да се избягва. Това също се решава лесно с помощта на сорбенти с нисък афинитет или, в някои случаи, прочистване на пробната епруветка за определен период от време, за да се евакуира излишната влага. 84 Въпреки че трябва да се извършват внимателни процедури за количествено определяне, тъй като изпаренията се анализират, могат да се постигнат ниски LOD и LOQ в диапазона на ppb. 84
От наскоро публикувани рецензии 43,85 може да се види, че P&T техниките не са широко използвани като метод за приготвяне на проби за летливи съединения на алкохолни напитки. Техниката P&T обаче изглежда по-малко трудоемка процедура, като се избягва загубата на лабилните летливи вещества поради по-лесното манипулиране на пробата.
Процедурата за динамично извличане от P&T осигурява по-голямо количество летливи съединения в сравнение със статичната техника на главното пространство. Също така начинът, по който се използва пречистеният газ по време на този процес, може да имитира човешкия дъх и по този начин потенциално може да даде резултати, които могат да бъдат използвани, за да бъдат свързани със сензорни изследвания. Методът е неразрушаващ, избягва използването на разтворители, позволява изолирането на летливи съединения в естествената им форма и представя минимална подготовка на пробата. За съжаление пробата, след инжектиране в GC порта, се губи напълно, ако се използва термична адсорбция.