Ekstrakcija čvrstom fazom (SPE) - nastavak

Transcript

1 Ekstrakcija čvrstom fazom (SPE) - nastavak - Primena SPE u analizi neorganskih jona - Prečišćavanje uzoraka (povećanje selektivnosti) Koncentrisanje (povećanje osetljivosti radi analize tragova i ultra-tragova) Promena matriksa uzorka radi dalje analize (HPLC, LC-MS, AAS, GC, GC-MS,...) 1 Primer 1: Selektivno odvajanje Zn(II) i Mg(II) od Ca(II) jona primenom SPE U osnovi razdvajanja komponenti smeše je različit afinitet vezivanja jona za čvrstu fazu, čemu sledi sukcesivno eluiranje i razdvajanje. Čvrsta faza: modifikovana slika = eriohromcrno T - silikagel Mehanizam: formiranje kompleksa metala sa indikatorom vezanim za površinu čvrste faze Osnovni hemijski princip: različita stabilnost kompleksa Mg 2+, Zn 2+ i Ca 2+ sa modifikovanom silikom 2 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 1

2 Metodologija 1. Priprema čvrste faze modifikovane silike 2. Unošenje uzorka (retencija) 3. Eluiranje 4. Detekcija Optimizacija SPE: a. ispitivanje stabilnosti pojedinačnih kompleksa metala sa sorbentom pri različitim ph vrednostima (puferi!) b. određivanje kapaciteta sorbenta u funkciji ph c. ispitivanje selektivnosti 3 1. Priprema čvrste faze - modifikovane silike i. aktiviranje silikagela sa c.hcl Silika-Cl ii. rastvaranje eriohromcrno T (ERT) u vrelom dioksanu iii. mešanje rastvora ERT sa suvom Silika-Cl Silika-Cl + ERT-Na Silika-ERT + Na + + Cl - iv. filtriranje i ispiranje taloga dioksanom i alkoholom do gubitka boje indikatora 4 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 2

3 Eriohromcrno T (ERT) M 2+ : Zn 2+, Mg 2+ i Ca 2+ ph 6-7 ph 7-11 ph H 2 In - HIn 2- In 3- crven plav narandžast M 2+ + HIn 2- MIn - + H + bezbojan plav crven 5 2. Unošenje uzorka (retencija) i. modifikovana silika reaguje sa jonima metala Silika-ERT + M 2+ Silika-ERT-M M+2H + M 2+ ii. formiraju se kompleksi (MIn - ) različite stabilnosti 6 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 3

4 Konstante stabilnosti kompleksa na ph 7 logk CaIn - logk MgIn - logk ZnIn - 0,8 2,4 8,4 logk CaIn - < logk MgIn - < logk ZnIn - 7 Optimizacija SPE a. Ispitivanje stabilnosti pojedinačnih kompleksa metala sa sorbentom pri različitim ph vred. Silika-ERT + pufer (serija, ph 1-10) + 1 ml rastvora Zn 2+ ili Mg ml 1M NaOAc Određuje se stepen 30 min hidrolize kompleksa merenjem konc. slobodnih jona metala (AAS) Hidroliza je zanemarljiva ako je < 2% ph 4-7 tada je modifikovana silika (Silika-ERT) najstabilnija! 8 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 4

5 b. Određivanje kapaciteta vezivanja metala za sorbent u funkciji ph k' KAPACITET SORBENTA ukupna količina supstance, koja je adsorbovana na poznatoj količini sorbenta pod optimalnim uslovima Silika-ERT + pufer (serija, ph 1-10) + 1mLrast rastvora orazn 2+ ili Mg ml 1M NaOAc Posle filtriranja i ispiranja 30 min vodom meri se konc. slobodnog neekstrahovanog metala (AAS) 9 c. Ispitivanje selektivnosti izvodi se analizom dvokomponentnih smeša (jednakih konc. jona) i. Zn/Ca ii. Mg/Ca iii. Zn/Mg na istoj ph vrednosti Rastvor dva metala se pomeša sa modifikovanom silikom. Sadržaj metala u filtratu se određuje merenjem primenom AAS 10 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 5

6 Unošenje uzorka (retencija) Zn 2+ i Ca 2+ (u 1M NaOAc) Pakovanje kolone Eluiranje Puferski gradijent ph 7 4 Ca i Zn Zn 2+ Ca 2+ Zn 2+ ph 7-6 I eluat ph 6-4 II eluat 1 ml Ca 2+ Zn 2+ c.hno 3 11 Unošenje uzorka (retencija) Ca 2+ i Mg 2+ (u 1M NaOAc) Pakovanje kolone Eluiranje Puferski gradijent ph 7 5 Ca i Mg Mg 2+ Ca 2+ Mg 2+ ph 7-6 I eluat ph 6-5 II eluat 1 ml Ca 2+ Mg 2+ c.hno 3 12 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 6

7 logk CaIn - logk MgIn - logk ZnIn - 0,8 2,4 8,4 više ph niža c M 2+ niže ph većac M 2+ Smeša Zn i Ca Puferski gradijent i eluiranje: ph 7-6 eluiranje Ca ph 6-4 eluiranje Zn Smeša Mg i Ca Puferski gradijent i eluiranje: ph 7-6 eluiranje Ca ph 6-5 eluiranje Mg Određivanje AAS 13 logk CaIn - < logk MgIn - < logk ZnIn - 1. Ca prolazi skoro bez zadržavanja zbog male stabilnosti kompleksa CaIn- 2. Veća stabilnost ZnIn - (MgIn - ) kompleksa 3. Jača sorpcija na Silika-ERT fazi 4. Prvi se eluira Ca pa Zn (Mg) Napomena: Mogu se analizirati i smeše Zn i Mg! 14 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 7

8 Ca i Zn Ca i Mg Alternativno prekoncentracija! Za određivanje tragova (niskih koncentracija) metala ili analize velikih količina uzoraka... Održavanje ph vred. const posle eluiranja Ca 2+ i unošenje novih količina uzorka koncentrisanje Zn (ili Mg) na modifikovanoj siliki snižavanje ph eluiranje određivanje Zn ili Mg (AAS) 15 Zaključak: 1. Selektivna ekstrakcija Mg i Zn u prisustvu Ca 2. Jačina vezivanja za modifikovanu siliku: Zn >Mg >Ca 3. Stabilnost kompleksa: logk InZn - > logk InMg - > logk InCa - 4. Redosled eluiranja: Ca >Mg >Zn 5. Mogućnost ć prekoncentrisanja uzorka za analizu tragova i velikih količina uzoraka Napomena: Silika se može modifikovati i drugim ligandima u zavisnosti od zahteva analize! 16 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 8

9 Mogućnosti oslobađanja metala iz kompleksa: regulisanjem ph primenom puferskog gradijenta za odvajanje analita iz smeše katjona eluiranjem sa rastvorom koji sadrži židrugi iligand sa kojim ciljani katjon gradi stabilniji kompleks 17 Primer 2: Primena SPE u određivanju tragova Cu u uzorcima voda Selektivna ekstrakcija, prekoncentracija i određivanje Cu u uzorcima voda Primena membranskih diskova sa oktadecilsilikom (Silika-C 18) ) kao čvrstom fazom 18 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 9

10 Upotreba membranskih diskova umesto klasičnih kolona omogućava veće brzine protoka, što skraćuje vreme pripreme velikih količina uzoraka. Eluiranje sa manjim zapreminama rastvarača. Analit prisutan u tragovima se koncetriše. 19 i. Ekstrakciji čvrstom fazom prethodi redukcija Cu(II) hidroksilamin-hidrohloridom (NH 2 OH HCl) ii. Formiranje kompleksa Cu(I)-neokuproin iii. Na čvrstoj fazi Silke-C 18 (membrana diska) sorbuje se Cu(I)-neokuproin iv. Čvrste faza ne pokazuje afinitet prema Cu(II) jonima Efikasna ekstrakcija kompleksa Cu(I)-neokuproina 20 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 10

11 Eluiranje kompleksa na određenoj ph vrednosti (ph 5) pogodnim org. rast. (izopentanol) optimalno ph 4 8,5 ph > 8,5 Cu(NH 3 ) 2+ 4 Spektrofotometrijsko određivanje Cu(I)-neokuproina u eluatu, merenjem apsorbancije na λ = 454 nm 21 Optimizacija SPE postupka Ispitivanje uticaja brzine protoka, ph, koncentracije liganda (neokuproina), reducensa (hidroksilamin-hidrohlorida) i količine eluenta za eluiranje Cu(I)-neokuproin kompleksa... na efikasnost ekstrakcije Ispitivanje uticaja drugih katjona, kao interferencija, na ekstrakciju bakra (selektivnost!) 22 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 11

12 PROVERA ZNANJA I PITANJA ZA VEŽBU Separacione tehnike u kvalitativnoj analizi neorganskih jona - I i II deo Solvent ekstrakcija i SFE 1. Definisati koeficijent i odnos raspodele (K D i D) pri ekstrakciji supstance A iz vodene u organsku fazu. Slajd 6 2. Definisati količinski odnos raspodele (količinski distribucioni odnos), udeo neekstrahovane (q) i udeo ekstrahovane supstance A (p) pri jednostrukoj ekstrakciji. Slajdovi Definisati efikasnost ekstrakcije (E). Da li E zavisi od koncentracije analita (soluta)? Slajd 10 Solvent ekstrakcija i SFE - nastavak 4. Izračunati efikasnost ekstrakcije (%E) ukoliko je udeo neekstrahovane supstance a) 0,001; b) 0,01 Slajdovi 10, Navesti dva najvažnija principa koji se primenjuju u ekstrakciji metala. Slajd Napisati ravnoteže i definisati odgovarajuće konstante (K D(HL), K a, β n, K D(ML) ) u ekstrakciji helatnih kompleksa tipa ML n. Slajdovi Navesti tri osnovna uslova koja omogućavaju ektrakciju jonskih parova. Slajd Šta su to superkritični fluidi i u kakvim uslovima nastaju? Str. 19 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 12

13 Solvent ekstrakcija i SFE - nastavak 9. Navesti glavne prednosti SFE u odnosu na ektrakciju tipa tečno-tečno. Str Kakvi analiti se mogu efikasno ekstrahovati nepolarnim superktiričnim fluidima, kao što je npr. CO 2? Str Šta prethodi SFE u analizi metala? U kojoj hemijskoj formi je metal ekstrahovan? Str. 23 SPE - osnovi 1. Koji je osnovni teorijski princip na kome se zasniva SPE? Slajd 4 2. Naveti tri glavne mogućnosti primene SPE. Slajd 5 3. Izračunati faktor koncentrisanja kada se uzorak početne zapremine a) 300 ml ekstrahuje u 10 ml; b) 1000 ml ekstrahuje u 20 ml. Koji postupak daje bolji efekat koncentrisanja? Slajd 5 4. Navesti četiri osnovne faze SPE postupka. Slajd Definisati kapacitet sorbenta, k. Slajd Navesti dva osnovna mehanizma na kojima se zasniva ekstrakcija čvrstom fazom. Slajdovi srazic@pharmacy.bg.ac.rs 13

14 SPE - osnovi - nastavak 7. Nabrojati tri tipa interakcija tokom SPE postupka. Koja od tih interakcija mora biti najjača, a koja najslabija da bi se analit efikasno ekstrahovao. Slajd Navesti osnovne tipove molekularnih interakcija na kojima se bazira ekstrakcija čvrstom fazom. Slajd Šta je u osnovi a) polarnih i b) nepolarnih interakcija u SPE? Slajdovi 21 i Šta je u osnovi jonskih interakcija u SPE? Kakva je selektivnost jakog katjonskog izmenjivača (ponašanje sorbenta) za glavne jone, a kakva za tragove jona metala? Slajdovi 24 i 25 SPE primeri 11. Koji je osnovni hemijski princip na kome se zasniva SPE metala u smeši Ca 2+, Mg 2+ i Zn 2+? Slajd Kako kiselost rastvora utiče na koncentraciju slobodnih jona metala (c M 2+) u eluatu? Slajd Ako konstante stabilnosti slede niz logk InZn - > logk InMg - > logk InCa - napisati redosled eluiranja katjona puferskim gradijentom sa snižavanjem ph vrednosti. Slajdovi srazic@pharmacy.bg.ac.rs 14

15 SPE primeri nastavak 14. Ako jačina vezivanja katjona za modifikovanu siliku (Silika-ERT) sledi niz Zn >Mg >Ca, napisati u kom su odnosu odgovarajuće konstante stabilnosti metalnih kompleksa Ca, Mg i Zn sa indikatorom (logk InM -). Slajdovi 13 i Navesti dva hemijska principa koji se primenjuju u desorpciji metalnih jona tokom eluiranja. Slajd Šta prethodi eluiranju Cu(I)-neokuproina u SPE postupku analize tragova Cu u uzorcima voda? Šta se sorbuje na čvrstoj fazi? Slajd Da li Cu(I) i Cu(II) joni imaju isti afinitet prema čvrstoj fazi (silika-c 18 ) Slajd 20 srazic@pharmacy.bg.ac.rs 15