Inovace bakalářského a navazujícího magisterského studijního programu v oboru Bezpečnost a kvalita potravin (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.

Transkript

1 Inovace bakalářského a navazujícího magisterského studijního programu v oboru Bezpečnost a kvalita potravin (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/ ) EXTRAKČNÍ METODY Mgr. Romana Kostrhounová, Ph. D. RNDr. Ivana Borkovcová, Ph.D.

2 EXTRAKČNÍ METODY Úvod, obecná charakteristika extrakce, extrakce kapalina kapalina, LLE, alkalická hydrolýza, extrakce dle Soxhleta, extrakce za zvýšení teploty a tlaku, PLE, ASE, PSE, extrakce na pevné fázi, SPE, přehled dalších druhů extrakcí, čištění extraktu.

3 EXTRAKČNÍ METODY odběr vzorku extrakce stanovení Extrakční krok hlavní zdroj chyb Časová a ekonomická náročnost Příprava vzorku pro extrakci Homogenizace Příprava alikvotu (poměrné části vzorku) pro kvantitativní extrakci zájmových sloučenin, analytů Vzorek se musí učinit extrahovatelným, forma vhodná pro extrakci, přístupným extrakčnímu činidlu

4 EXTRAKČNÍ METODY Úvod, obecná charakteristika extrakce, extrakce kapalina kapalina, LLE, alkalická hydrolýza, extrakce dle Soxhleta, extrakce za zvýšené teploty a tlaku, PLE, ASE, PSE, extrakce na pevné fázi, SPE, přehled dalších druhů extrakcí, čištění extraktu.

5 EXTRAKCE separační proces v kontaktu jsou dvě navzájem nemísitelní fáze analyty se dělí mezi fáze na základě rozdílné rozpustnosti (rozdílných rozdělovacích koeficientů) v použitých fázích. čím větší rozdíl mezi rozdělovacím koeficienty látek tím dokonalejší je jejich oddělení. Cíl extrakce : selektivní až specifické oddělení analytu od ostatních složek vzorku nebo naopak oddělení rušících složek od analytu.

6 Rozdělení extrakcí a) podle zúčastněných frakcí 1. kapalina - plyn headspace metoda extrakce těkavých látek plynem z kapaliny, použití např. v plynové chromatografii 2. kapalina kapalina - LLE liquid liquid extrakce 3. tuhá fáze kapalina selektivní rozpouštění, loužení

7 b) podle způsobu provedení 1. jednostupňová dochází k ustavení jedné rovnováhy mezi fázemi, např. třepání v dělící nálevce 2. mnohostupňová proces ustavení rovnováhy se mnohokrát opakuje v oddělených krocích. 3. kontinuální fáze jsou při protiproudem pohybu v neustálém styku, např. extrakce v Soxhletově extraktoru c) podle charakteru extrahovaných látek 1.extrakce organických látek 2.extrakce kovových chelátů 3.extrakce iontových asociátů

8 Organické látky extrahujeme do vhodného rozpouštědla Polarita rozpouštědla musí přibližně odpovídat polaritě extrahované látky Nepolární látky extrakce nepolárními rozpouštědly Polární látky extrakce polárními rozpouštědly, vesměs dobře mísitelné s vodou

9 ELUOTROPNÍ ŘADA rozpouštědla seřazená podle rostoucí polarity 1. rozpouštědla umístěná v eluotropní řadě blízko sebe dobře mísitelná 2. rozpouštědla z protilehlých konců - nemísitelná

10

11 POLARITA MOLEKUL rozhoduje o tom, jak se molekula bude chovat na polárních a nepolárních rozhranních 2 hlavní média látky, které je preferují - voda (vodné roztoky) hydrofilní - tuky (lipidy) lipofilní

12 POLARITA MOLEKUL Pro praktické testování polarity látek se požívá: rozdělovací koeficient oktanol voda (KOW) = poměr rovnovážných koncentrací látky v oktanolu a ve vodě koncentrace látky v oktanolu KOW = koncentrace látky ve vodě - vysoké KOW nízká polarita lipofilní látky - nízké KOW vysoká polarita hydrofilní látky

14 EXTRAKCE KAPALINA/KAPALINA LLE liquid liquid extraction Umožňuje oddělit velké množství rušivých látek Umožňuje izolovat stopové množství analytu Velmi jednoduché provedení dělící baňky Lze dosáhnout vysoké selektivity použitím modifikátorů (ph, vysolování, iontově párující reagenty).

15 EXTRAKCE KAPALINA/KAPALINA Nevýhody: o používání velkého množství rozpouštědel o tvorba emulzí (odstranění přídavkem solí, zahříváním a zchlazením nálevky, filtrací, odstředěním, přídavkem malého množství jiného rozpouštědla) o obtížnější automatizace

16 Princip: založena na přechodu rozpuštěné látky z jedné kapalné fáze do druhé, vzájemně nemísitelné jedním rozpouštědlem voda (nebo vodný roztok), zatímco druhé rozpouštědlo je organické, s vodou nemísitelné (např. hexan, ether, chloroform, cyklohexan) látka rozpuštěná v jedné fázi přechází při protřepávání obou kapalin do fáze druhé. Po ustavení rovnováhy je poměr koncentrací rozpuštěné látky v obou fázích konstantní.

17 EXTRAKČNÍ METODY Úvod, obecná charakteristika extrakce, extrakce kapalina kapalina, LLE, alkalická hydrolýza, extrakce dle Soxhleta, extrakce za zvýšení teploty a tlaku, PLE, ASE, PSE, extrakce na pevné fázi, SPE, přehled dalších druhů extrakcí, čištění extraktu.

18 ALKALICKÁ HYDROLÝZA saponifikace, zmýdelnění (z latinského sapon mýdlo) efektivní procedura k uvolnění neutrálních lipidů, zejména triglyceridů, z biologické matrice dochází k hydrolýze esterových vazeb a uvolnění mastných kyselin z glycerolu nebo glyceridů a fosfolipidů a z esterifikovaných sterolů a karotenoidů. přidávání silné zásady do reakční směsi nejčastěji KOH

20 EXTRAKCE DLE SOXHLETA Slouží k získání jedné nebo více látek ze směsi Izolace analytů z pevné matrice Pohodlná a dokonalá metoda Kontinuální proces fáze jsou při protiproudém pohybu v neustálém kontaktu

21 EXTRAKCE DLE SOXHLETA Princip Do střední části přístroje se vloží papírová patrona se vzorkem. Rozpouštědlo ve varné baňce se přivede do varu. Páry rozpouštědla postranní trubičkou stoupají do chladiče. Na chladiči kondenzují a kapají do patrony se vzorkem. Po naplnění přepadové trubičky přeteče roztok zpět do varné baňky, z níž se těkavé rozpouštědlo znovu destiluje.

22 Patrony skleněné a papírové Automatický extraktor

24 Zrychlená extrakce rozpouštědlem (PSE, ASE, PLE) Extrakce pevných matric organickým rozpouštědlem za zvýšeného tlaku a teploty teplota - rychlost extrakce, rozpustnost analytu tlak udržuje rozpouštědlo kapalné (teplota je vyšší než bod varu rozpouštědla) Získá se extrakt, který se dále přečišťuje Výhody : rychlejší menší spotřeby rozpouštědel srovnatelná výtěžnost jako Soxhlet lepší opakovatelnost

25 Extrakce za zvýšené teploty a tlaku (PSE, ASE, PLE)

27 EXTRAKČNÍ METODY 1903 M. S. CVET Základní pojmy: mobilní fáze stacionární fáze, sorbent chromatografická kolona

28 EXTRAKCE NA PEVNOU FÁZI SPE Metoda založena na rovnovážné distribuci analytu mezi vodnou a tuhou fázi, přičemž rovnováha je posunuta ve prospěch tuhé fáze. Roztok analytu je přiveden do kontaktu s tuhým aktivovaným sorbentem, který sorbuje analyt a pouze v minimální míře ostatní složky vzorku. Zachycený analyt je následně uvolněn elucí vhodným elučním činidlem a analyticky stanoven

29 Extrakce na pevné fázi (SPE)

30 Výhody SPE Práce s menšími objemy vzorků Jednoduché provedení Rychlejší a jednodušší, snížené objemy organických rozpouštědel Snadné skladování a transport vzorků, automatizace

31 Stacionární fáze, sorbenty polární: silikagel, alumina iontoměniče, SAX, WAX, SCX, WCX nepolární: modifikované, navázaná fáze např. C18

32 EXTRAKČNÍ METODY promytí kondicionace nanesení vzorku eluce odpaření, rozpuštění GC zakoncentrování, LC

34 Další typy extrakcí: Superkritická fluidní extrakce SFE, kapalný CO 2 + modifokátory, extrakce lipofilních látek Semipermeabilní membrány Matrix solid phase dispersion MSPD Extrakce na mikrovlákno SPME, head space, GC Stiirr bar, extrakce na polysiloxanovou vrstvou modifikované míchadélko, extrakce z roztoků Extrakce na disperzní fázi QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, Safe), následovaná disperzivní SPE, d-spe

35 Quick Easy Cheap Effective Rugged Safe QuEChERS účinná metoda pro kompletní analýzu potravin a přírodních produktů vysoká výtěžnost přesné výsledky nízká spotřeba rozpouštědel a laboratorního skla jednoduchá a přesto robustní

36 PROVEDENÍ QuEChERS 1.Rozpuštění vzorku - acetonitril (1 g vzorku = 1 ml ACN) 2.Přídavek solí a pufrů MgSO4 + NaCl nebo octan sodný vysolení 3.Extrakce centrifugace, odběr ACN vrstvy 4.Přečištění primární a sekundární amin odstranění organických kyselin a polárních pigmentů 5.Filtrace do vialky pro chromatografické stanovení (MS detekce)

37 QuEChERS vzorek do 50 ml zkumavky AcCN + ISTD, třepat 1 min + pufrovací soli, centrifuga supernatant do d-spe clean uo zkumavky třepání, centrifuga GC/ MS LC/MS/MS

39 Čištění vzorku clean up Použití uvedených extrakčních technik : SPE membrány extrakce kapalina-kapalina Gelová permeační chromatografie rozdělení podle velikosti molekul odstranění rušivých koextrahovaných složek tuky a barevné látky, stanovení stopových množství (POPs)