Покращення аналізу ВЕРХ завдяки надійній підготовці зразків
Високоефективна рідкісна хроматографія (ВЕРХ) залишається одним із найважливіших аналітичних методів для ідентифікації та кількісного визначення сполук у складних матрицях. Від контролю якості фармацевтичної продукції до моніторингу навколишнього середовища та аналізу харчових продуктів, методи ВЕРХ цінуються за їхню чутливість, селективність та відтворюваність. Однак надійність хроматографічних даних значною мірою залежить від одного важливого етапу: підготовки зразків для ВЕРХ.
Дослідження та процедури підготовки зразків демонструють, що ультразвукова обробка для екстракції та підготовки зразків суттєво покращує ефективність, точність та швидкість аналізу ВЕРХ. Використовуючи ультразвукову енергію для руйнування матриць та покращення перенесення аналітів у розчинники, лабораторії можуть досягти вищих виходів, скоротити час екстракції та отримати більш відтворювані аналітичні результати.
Чому підготовка зразків важлива у ВЕРХ
У багатьох аналітичних процесах матриця зразка – така як рослинний матеріал, біологічна тканина, ґрунт або вода – містить складні суміші сполук, які можуть заважати хроматографічному розділенню. Тому ефективна підготовка зразків необхідна для ізоляції аналітів, видалення інтерферуючих речовин та концентрування цільових сполук перед ін’єкцією у систему ВЕРХ.
Традиційні техніки екстракції часто включають тривалі процедури, великі об’єми органічних розчинників та кілька етапів очищення. Ці методи можуть вносити варіабельність, збільшувати експлуатаційні витрати та подовжувати загальний час аналізу.
Ультразвукова підготовка зразків пропонує ефективну альтернативу. Ультразвукова обробка вносить високочастотну акустичну енергію у рідке середовище, створюючи мікроскопічні кавітаційні бульбашки. Коли ці бульбашки колапсують, вони генерують локальні зсувні сили та ефекти мікросумішування, які руйнують тверді матриці та прискорюють масоперенесення. Цей процес суттєво підвищує ефективність екстракції.
Ультразвуковий гомогенізатор UIP400MTP з високою пропускною здатністю з тримачем для автопробовідбірних флаконів
Наукові докази: ультразвукова обробка покращує аналітичні показники
Кілька рецензованих досліджень продемонстрували переваги ультразвукової екстракції у процесах ВЕРХ.
Наприклад, метод, розроблений для моніторингу залишків пестицидів у зразках води, використовував ультразвукову обробку в поєднанні з аналізом LC–MS/MS для визначення концентрацій пестициду карбарилу. У цьому підході зразки води екстрагували ацетонітрилом під дією ультразвуку перед хроматографічним аналізом. Метод досяг високих аналітичних показників, включаючи виходи від 89,53% до 101,72%, що підтверджує точність та надійність процедури ультразвукової підготовки зразків.
Етап ультразвукової екстракції забезпечив ефективне перенесення аналітів з водної матриці в органічний розчинник, зменшуючи споживання розчинника та усуваючи потребу у розширених процедурах очищення. Валідований аналітичний метод продемонстрував чудову лінійність, точність та межі кількісного визначення, підкреслюючи ефективність ультразвукової обробки у сучасних хроматографічних процесах. (пор. Roudani et al., 2018)
Інше дослідження запровадило ультразвукову матричну твердофазну дисперсію (UA-MSPD) для визначення олеуропеїну в листі оливи за допомогою аналізу ВЕРХ. У цій техніці рослинний порошок та сорбентний матеріал змішували, а потім піддавали дії ультразвукових хвиль під час етапу елюювання. Ультразвук посилював десорбцію аналітів з поверхні сорбенту, одночасно покращуючи екстракцію з матриці зразка. (пор. Rashidipour and Heydari, 2018)
Оптимізована ультразвукова процедура дала значні аналітичні покращення, включаючи:
- Лінійні калібрувальні криві з R² = 0,9979
- Межі виявлення аж до 0,03 µg mL⁻¹
- Виходи від 90,2% до 96,7%
Ці результати підтверджують, що ультразвукова екстракція не лише прискорює підготовку зразків, але й збільшує вихід екстракції порівняно з класичними техніками матричної твердофазної дисперсії.
Ультразвуковий гомогенізатор зондового типу UP200St для підготовки зразків для ВЕРХ
Ключові переваги ультразвукової підготовки зразків для ВЕРХ
Зростаюче впровадження ультразвукової екстракції в аналітичних лабораторіях зумовлене кількома вимірюваними перевагами.
- Вища ефективність екстракції
Акустична кавітація руйнує тверді матриці та покращує проникнення розчинника. Це посилює вивільнення аналітів і збільшує ступінь відновлення, особливо для сполук на рівні слідів у складних зразках. - Скорочення часу підготовки зразків
Ультразвукова екстракція часто дозволяє завершити підготовку зразків за секунди або хвилини. Наприклад, оптимізовані параметри ультразвукової екстракції в UA-MSPD забезпечили ефективне відновлення аналітів приблизно за 30 секунд ультразвукової обробки, демонструючи, наскільки значно можна прискорити робочі процеси аналізу. - Знижене споживання розчинників
Оскільки ультразвук покращує масоперенесення, зазвичай потрібні менші об’єми розчинників. Зменшення використання розчинників покращує екологічну сталість лабораторії та знижує експлуатаційні витрати. - Покращена відтворюваність
Рівномірний розподіл ультразвукової енергії забезпечує послідовне руйнування та екстракцію зразків у повторних вимірюваннях, що призводить до кращої точності аналітичних вимірювань. - Сумісність із сучасними хроматографічними методами
Ультразвукова екстракція легко інтегрується з системами HPLC, UHPLC та LC-MS, що робить її придатною для аналітичних середовищ із високою пропускною здатністю.
Хроматограма ВЕРХ фенольних сполук з екстракту листя Annona muricata, отриманого за допомогою ультразвукового гомогенізатора UP400S.
(Дослідження та графік: ©Nolasco-González et al., 2022)
Практичні рішення для ультразвукової обробки при підготовці зразків для ВЕРХ
Для лабораторій, що впроваджують ультразвукову екстракцію, ультразвукові гомогенізатори Hielscher забезпечують точний контроль параметрів, таких як амплітуда, час та імпульсний режим. Тому лабораторні ультразвукові гомогенізатори Hielscher особливо підходять для аналітичних лабораторій.
Оберіть найбільш підходящий лабораторний ультразвуковий гомогенізатор для ваших зразків для ВЕРХ
| Модель ультразвукового гомогенізатора | Переваги для ВЕРХ | Найкраще застосування в підготовці зразків для ВЕРХ |
| Багатотрубний ультразвуковий гомогенізатор VialTweeter |
• Одночасна ультразвукова обробка до 10 герметичних флаконів з ідентичною ультразвуковою енергією • Стерильність: відсутність перехресного забруднення, оскільки зразки залишаються закритими • Висока відтворюваність умов екстракції між партіями • Ефективна кавітація для аналітичних зразків малого об’єму |
• Підготовка зразків із високою пропускною здатністю для екологічних, харчових або фармацевтичних аналізів • Екстракція слідів аналітів перед аналізом за допомогою HPLC, UHPLC або LC-MS • Стандартизовані робочі процеси, що вимагають ідентичної обробки кількох зразків |
| Ультразвуковий гомогенізатор для мікропланшетів UIP400MTP |
• Безконтактна ультразвукова обробка цілих мікропланшетів (формати 96-луночкові, 384-луночкові) • Рівномірний розподіл ультразвукової енергії по всіх лунках • Забезпечує автоматизацію та інтеграцію з роботизованими системами для аналітичних робочих процесів • Висока пропускна здатність з точним контролем амплітуди та часу ультразвукової обробки |
• Робочі процеси скринінгу УВЕРХ із високою пропускною здатністю • Бібліотеки фармацевтичних сполук та підготовка зразків для метаболоміки • Екстракція на основі планшетів для аналітичних конвеєрів LC-MS або UHPLC |
| Лабораторні ультразвукові гомогенізатори з мікротипом (пряма ультразвукова обробка) |
• Максимальна інтенсивність ультразвуку для ефективного руйнування матриці • Дуже швидка екстракція аналітів з твердих, в’язких або гетерогенних зразків • Регульовані параметри амплітуди та імпульсу для оптимізації умов екстракції • Висока енергія кавітації покращує відновлення аналітів та вихід екстракції |
• Екстракція зі складних матриць, таких як рослинна тканина, харчові зразки або полімери • Гомогенізація перед ТВЕ, фільтрацією або рідко-рідкою екстракцією • Розробка методів для ультразвукової підготовки зразків для ВЕРХ |
| CupHorn («ванна високої інтенсивності» для хімічних стаканів та пробірок) |
• Непряма ультразвукова обробка запобігає забрудненню зонда • Рівномірне ультразвукове поле для кількох пробірок одночасно • Ідеально для стерильних, небезпечних або летких зразків, які повинні залишатися герметичними • Спрощує роботу, зберігаючи сильну енергію кавітації |
• Паралельна екстракція кількох зразків для ВЕРХ у герметичних центрифужних пробірках • Підготовка біологічних, фармацевтичних або екологічних зразків • Процеси, де потрібне безконтактне ультразвукове опрацювання без забруднення |
Наукова значущість для аналітичної хімії
Оскільки аналітична хімія рухається до швидших та більш сталих лабораторних практик, ультразвукова підготовка зразків стала потужною технологією, що забезпечує їх реалізацію. Ультразвукове опрацювання сприяє розробці швидких аналітичних методів із нижчою витратою розчинників, підвищеною ефективністю екстракції та надійними параметрами валідації.
Зростаючий масив літератури щодо ультразвукової екстракції демонструє, що підготовка зразків для ВЕРХ із ультразвуковим опрацюванням є не просто зручністю – це науково обґрунтований підхід, який підвищує аналітичну продуктивність. Поєднуючи ультразвукову екстракцію з сучасними хроматографічними техніками, лабораторії можуть досягти надійного виявлення слідів аналітів у дедалі складніших матрицях зразків.
Процеси ВЕРХ, покращені ультразвуковим опрацюванням
Завдяки постійному прогресу в аналітичному обладнанні та технологіях підготовки зразків, ультразвукова екстракція, ймовірно, відіграватиме ще більшу роль у хроматографічних лабораторіях. Її здатність оптимізувати процеси, покращувати якість даних та зменшувати вплив на довкілля добре відповідає еволюційним вимогам сучасної аналітичної науки.
Для аналітичних хіміків та промислових лабораторій, які прагнуть оптимізувати підготовку зразків для ВЕРХ, ультразвукова екстракція пропонує перевірене, масштабоване та науково надійне рішення. Інтегруючи ультразвукове опрацювання у рутинні протоколи підготовки зразків, лабораторії можуть суттєво підвищити як ефективність, так і надійність хроматографічного аналізу.
Дизайн, виробництво та консалтинг – якість, зроблена в Німеччині
Ультразвукові обробники Hielscher відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність та простота експлуатації дозволяють легко інтегрувати наші ультразвукові обробники в промислові об’єкти. Жорсткі умови та вимогливі середовища легко витримуються ультразвуковими обробниками Hielscher.
Hielscher Ultrasonics – це компанія, сертифікована за ISO, яка приділяє особливу увагу високоефективним ультразвуковим обробникам, що мають передові технології та зручний інтерфейс користувача. Звісно, ультразвукові обробники Hielscher відповідають вимогам CE та задовольняють стандарти UL, CSA та RoHs.
Література / Посилання
- M. Rashidipour and R. Heydari (2018): Ultrasonic-Assisted Matrix Solid-Phase Dispersion and High-Performance Liquid Chromatography as an Improved Methodology for Determination of Oleuropein from Olive Leaves. Analytical and Bioanalytical Chemistry Research 52, 2018. 307-316.
- Roudani, A.; Rachid, Mamouni; Nabil, Saffaj; Laknifli, A.; Gharby, Said; Noureddine, El Baraka; Bakka, Abdelhamid; Abdellah, Faouzi (2018): Method validation in the determination of Carbaryl pesticide in water samples using sonication and liquid chromatography-tandem mass spectrometry. JMES 8 (7), 2017. 2409-2420.
- Bimakr M., Ganjloo A., Zarringhalami S., Ansarian E. (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 2017 Nov 30;26(6):1481-1490.
Часто задавані питання
Що таке ВЕРХ?
Високоефективна рідкісна хроматографія (ВЕРХ) – це аналітична техніка розділення, що використовується для ідентифікації, кількісного визначення та очищення компонентів у суміші. У ВЕРХ рідка рухома фаза переносить розчинені аналіти через колонку, заповнену нерухомою фазою, під високим тиском. Відмінності у взаємодіях між аналітами, нерухомою фазою та рухомою фазою змушують сполуки розділятися під час їхнього руху через колонку. Детектори, такі як УФ-Вид, флуоресцентні або мас-спектрометричні, вимірюють розділені сполуки, дозволяючи точний якісний та кількісний аналіз.
Які існують типи рідкісної хроматографії?
Рідкісну хроматографію можна класифікувати залежно від механізму розділення, що використовується між аналітом, нерухомою фазою та рухомою фазою. Найпоширенішими типами є обернено-фазова хроматографія, де неполярна нерухома фаза розділяє сполуки на основі гідрофобних взаємодій; нормальна фазова хроматографія, яка використовує полярну нерухому фазу та розділяє сполуки відповідно до полярності; іонообмінна хроматографія, де заряджені нерухомі фази розділяють аналіти на основі іонних взаємодій; та хроматографія виключення за розміром, яка розділяє молекули відповідно до їхнього гідродинамічного розміру та молекулярної маси. Додаткові спеціалізовані методи включають афінну хроматографію та хроматографію гідрофільної взаємодії (HILIC), які орієнтовані на специфічні молекулярні взаємодії або полярні сполуки.
Які флакони використовуються для ВЕРХ?
Аналізи HPLC зазвичай використовують невеликі скляні або полімерні віали, призначені для зберігання підготовлених зразків перед ін’єкцією в хроматографічну систему. Найпоширенішим форматом є 2-mL віал для автоматичного дозатора, який сумісний з більшістю автоматичних дозаторів HPLC. Ці віали зазвичай виготовлені з боросилікатного скла, щоб забезпечити хімічну стійкість та мінімальну взаємодію з розчинниками та аналітами. Залежно від типу зразка, віали можуть включати вставки для зразків малого об’єму, кришки з різьбою або обтиснуті кришки, а також септуми з таких матеріалів, як PTFE/силікон, для підтримки цілісності зразка.
Що таке віали для автоматичного дозатора?
Віали для автоматичного дозатора – це спеціалізовані контейнери для зразків, розроблені для автоматизованих систем ін’єкції в приладах ВЕРХ та УВЕРХ. Вони утримують підготовлений розчин зразка і розміщуються в лотку автоматичного дозатора приладу, де система автоматично відбирає визначений об’єм для ін’єкції в хроматографічну колонку. Віали для автоматичного дозатора виготовляються з точними розмірами, щоб забезпечити сумісність з роботизованими дозаторними голками та мінімізувати випаровування, забруднення або адсорбцію зразка. Їхня конструкція забезпечує відтворюваний аналіз із високою пропускною здатністю в сучасних хроматографічних лабораторіях.
Які етапи включає ВЕРХ?
Типовий робочий процес високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ) складається з кількох послідовних етапів, які забезпечують надійне розділення та детектування аналітів.
- Спочатку виконується підготовка зразка для розчинення аналіту, видалення частинок і часто екстракції або концентрування цільових сполук із матриці зразка. Цей етап може включати фільтрацію, розведення або методи екстракції, такі як ультразвукова екстракція, твердофазна екстракція або рідина–рідина екстракція.
- Далі підготовлений зразок поміщають у віал для ВЕРХ і завантажують в автоматичний дозатор. Автоматичний дозатор ін’єктує точний об’єм зразка у поточну рухому фазу.
- Етап подачі рухомої фази потім транспортує ін’єктований зразок через систему за допомогою насоса високого тиску. Рухлива фаза переносить аналіти через хроматографічну колонку при контрольованій об’ємній витраті.
- Усередині хроматографічної колонки відбувається розділення. Колонка містить нерухому фазу, зазвичай набиті частинки з визначеними хімічними властивостями. Коли аналіти рухаються через колонку, вони взаємодіють по-різному з нерухомою та рухомою фазами, що призводить до їх елюювання в різний час.
- Після розділення сполуки проходять через детектор, такий як УФ-Видимий, флуоресцентний або мас-спектрометричний детектор. Детектор вимірює наявність і концентрацію елюючих сполук і перетворює сигнал на електронні дані.
- Нарешті, збір і аналіз даних виконуються за допомогою хроматографічного програмного забезпечення. Система генерує хроматограму, в якій піки відповідають окремим сполукам. Часи утримування піків допомагають ідентифікувати аналіти, тоді як площі або висоти піків дозволяють кількісно визначити їхню концентрацію.
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори від лабораторного до промислового розміру.