Cải thiện phân tích HPLC bằng quy trình chuẩn bị mẫu đáng tin cậy

Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) vẫn là một trong những kỹ thuật phân tích quan trọng nhất để định tính và định lượng các hợp chất trong nền mẫu phức tạp. Từ kiểm soát chất lượng dược phẩm đến giám sát môi trường và phân tích thực phẩm, các phương pháp HPLC được đánh giá cao nhờ độ nhạy, độ chọn lọc và độ tái lập. Tuy nhiên, độ tin cậy của dữ liệu sắc ký phụ thuộc rất lớn vào một bước then chốt: chuẩn bị mẫu HPLC.
Nghiên cứu và thực tiễn chuẩn bị mẫu cho thấy chiết và chuẩn bị mẫu có hỗ trợ siêu âm giúp cải thiện đáng kể hiệu quả, độ chính xác và tốc độ phân tích HPLC. Bằng cách sử dụng năng lượng siêu âm để phá vỡ nền mẫu và tăng cường sự chuyển chất phân tích vào dung môi, các phòng thí nghiệm có thể đạt độ thu hồi cao hơn, thời gian chiết ngắn hơn và kết quả phân tích có độ tái lập cao hơn.

Tại sao chuẩn bị mẫu lại quan trọng trong HPLC

Trong nhiều quy trình phân tích, nền mẫu – chẳng hạn như vật liệu thực vật, mô sinh học, đất hoặc nước – chứa các hỗn hợp hợp chất phức tạp có thể gây nhiễu quá trình tách sắc ký. Vì vậy, cần chuẩn bị mẫu hiệu quả để phân lập các chất phân tích, loại bỏ các chất gây nhiễu và làm giàu các hợp chất mục tiêu trước khi tiêm vào hệ thống HPLC.
Các kỹ thuật chiết truyền thống thường đòi hỏi quy trình kéo dài, lượng lớn dung môi hữu cơ và nhiều bước làm sạch mẫu. Các phương pháp này có thể gây biến thiên, làm tăng chi phí vận hành và kéo dài tổng thời gian phân tích.
Chuẩn bị mẫu bằng siêu âm mang lại một giải pháp thay thế hiệu quả. Quá trình xử lý siêu âm đưa năng lượng âm tần số cao vào môi trường lỏng, tạo ra các bọt xâm thực cực nhỏ. Khi các bọt này sụp đổ, chúng tạo ra lực cắt cục bộ và hiệu ứng trộn vi mô, phá vỡ nền mẫu rắn và đẩy nhanh quá trình truyền khối. Quá trình này nâng cao đáng kể hiệu suất chiết.

Máy siêu âm năng suất xử lý mẫu cao UIP400MTP với giá đỡ ống dành cho lọ lấy mẫu tự động

Bằng chứng khoa học: Xử lý siêu âm cải thiện hiệu năng phân tích

Một số nghiên cứu đã qua bình duyệt đã chứng minh những ưu điểm của chiết siêu âm trong các quy trình HPLC.
Ví dụ, một phương pháp được phát triển để giám sát dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong mẫu nước đã sử dụng xử lý siêu âm kết hợp với phân tích LC–MS/MS để xác định nồng độ thuốc trừ sâu carbaryl. Trong phương pháp này, mẫu nước được chiết bằng acetonitrile dưới tác động siêu âm trước khi phân tích sắc ký. Phương pháp đạt hiệu năng phân tích cao, bao gồm độ thu hồi từ 89,53% đến 101,72%, khẳng định độ chính xác và độ tin cậy của quy trình chuẩn bị mẫu bằng siêu âm.
Bước chiết siêu âm giúp chuyển hiệu quả các chất phân tích từ nền mẫu nước vào dung môi hữu cơ, giảm lượng dung môi tiêu thụ và loại bỏ nhu cầu thực hiện các quy trình làm sạch mẫu phức tạp. Phương pháp phân tích đã được thẩm định cho thấy độ tuyến tính, độ chụm và giới hạn định lượng xuất sắc, làm nổi bật hiệu quả của xử lý siêu âm trong các quy trình sắc ký hiện đại. (xem Roudani et al., 2018)
Một nghiên cứu khác đã giới thiệu kỹ thuật phân tán nền mẫu trên pha rắn có hỗ trợ siêu âm (UA-MSPD) để xác định oleuropein trong lá ô liu bằng phân tích HPLC. Trong kỹ thuật này, bột thực vật và vật liệu hấp phụ được trộn với nhau, sau đó được xử lý bằng sóng siêu âm trong bước rửa giải. Siêu âm tăng cường quá trình giải hấp chất phân tích khỏi bề mặt chất hấp phụ, đồng thời cải thiện quá trình chiết từ nền mẫu. (xem Rashidipour and Heydari, 2018)

Quy trình siêu âm đã tối ưu hóa mang lại những cải thiện đáng kể về mặt phân tích, bao gồm:

• Các đường chuẩn tuyến tính với R² = 0,9979
• Giới hạn phát hiện thấp tới 0,03 µg mL⁻¹
• Độ thu hồi từ 90,2% đến 96,7%

Những kết quả này khẳng định rằng chiết có hỗ trợ siêu âm không chỉ đẩy nhanh quá trình chuẩn bị mẫu mà còn tăng hiệu suất chiết so với các kỹ thuật phân tán nền mẫu trên pha rắn truyền thống.

Những ưu điểm chính của việc chuẩn bị mẫu bằng siêu âm cho HPLC

Việc chiết xuất bằng siêu âm ngày càng được áp dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm phân tích nhờ một số lợi ích có thể đo lường được.

1. Hiệu suất chiết xuất cao hơn
   Hiện tượng xâm thực âm học phá vỡ các nền mẫu rắn và cải thiện khả năng thâm nhập của dung môi. Điều này tăng cường giải phóng chất phân tích và tăng tỷ lệ thu hồi, đặc biệt đối với các hợp chất ở mức vết trong các mẫu phức tạp.
2. Rút ngắn thời gian chuẩn bị mẫu
   Chiết xuất bằng siêu âm thường có thể hoàn tất việc chuẩn bị mẫu trong vài giây hoặc vài phút. Chẳng hạn, các thông số chiết xuất bằng siêu âm được tối ưu hóa trong UA-MSPD đã giúp thu hồi chất phân tích hiệu quả sau khoảng 30 giây xử lý siêu âm, cho thấy quy trình phân tích có thể được tăng tốc đáng kể đến mức nào.
3. Giảm lượng dung môi tiêu thụ
   Do siêu âm tăng cường truyền khối, thể tích dung môi cần dùng thường nhỏ hơn. Giảm sử dụng dung môi giúp nâng cao tính bền vững của phòng thí nghiệm và giảm chi phí vận hành.
4. Cải thiện độ tái lập
   Sự phân bố đồng đều của năng lượng siêu âm đảm bảo quá trình phá vỡ và chiết xuất mẫu nhất quán giữa các lần lặp, giúp cải thiện độ chụm của các phép đo phân tích.
5. Khả năng tương thích với các phương pháp sắc ký hiện đại
   Chiết xuất bằng siêu âm dễ dàng tích hợp với các hệ thống HPLC, UHPLC và LC-MS, phù hợp với các môi trường phân tích có năng suất xử lý mẫu cao.

Sắc ký đồ HPLC của các hợp chất phenolic trong dịch chiết được phân lập từ lá Annona muricata bằng siêu âm sử dụng thiết bị siêu âm UP400S.
(Nghiên cứu và đồ họa: ©Nolasco-González và cộng sự, 2022)

Ý nghĩa khoa học đối với hóa học phân tích

Khi hóa học phân tích hướng tới các phương thức thực hành trong phòng thí nghiệm nhanh hơn và bền vững hơn, chuẩn bị mẫu bằng siêu âm đã trở thành một công nghệ hỗ trợ mạnh mẽ. Xử lý siêu âm hỗ trợ phát triển các phương pháp phân tích nhanh với mức tiêu thụ dung môi thấp hơn, hiệu suất chiết được cải thiện và các thông số thẩm định đáng tin cậy.
Ngày càng nhiều tài liệu khoa học về chiết siêu âm cho thấy việc chuẩn bị mẫu HPLC có hỗ trợ siêu âm không chỉ mang lại sự thuận tiện – đây còn là một phương pháp đã được kiểm chứng khoa học, giúp nâng cao hiệu năng phân tích. Bằng cách kết hợp chiết siêu âm với các kỹ thuật sắc ký hiện đại, các phòng thí nghiệm có thể phát hiện đáng tin cậy các chất phân tích ở mức vết trong những nền mẫu ngày càng phức tạp.

Các quy trình HPLC được cải thiện nhờ xử lý siêu âm

Với những tiến bộ liên tục về thiết bị phân tích và công nghệ chuẩn bị mẫu, chiết siêu âm có khả năng sẽ đóng vai trò lớn hơn nữa trong các phòng thí nghiệm sắc ký. Khả năng tinh gọn quy trình làm việc, cải thiện chất lượng dữ liệu và giảm tác động đến môi trường của công nghệ này phù hợp với các yêu cầu đang thay đổi của khoa học phân tích hiện đại.
Đối với các nhà hóa học phân tích và phòng thí nghiệm công nghiệp đang tìm cách tối ưu hóa việc chuẩn bị mẫu HPLC, chiết siêu âm mang đến một giải pháp đã được chứng minh, có thể mở rộng quy mô và có cơ sở khoa học vững chắc. Bằng cách tích hợp xử lý siêu âm vào các quy trình chuẩn bị mẫu thường quy, các phòng thí nghiệm có thể cải thiện đáng kể cả hiệu quả lẫn độ tin cậy của phân tích sắc ký.

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng sản xuất tại Đức

Các thiết bị siêu âm Hielscher nổi tiếng với chất lượng và tiêu chuẩn thiết kế cao nhất. Độ bền và khả năng vận hành dễ dàng cho phép tích hợp thuận lợi các thiết bị siêu âm của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Các thiết bị siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng những điều kiện khắc nghiệt và môi trường có yêu cầu cao.

Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng đến các thiết bị siêu âm hiệu năng cao sử dụng công nghệ tiên tiến nhất và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, các thiết bị siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.

Tài liệu / Tài liệu tham khảo

• 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.