9. SPOSOBY BADANIA EFEKTYWNOŚCI UKŁADÓW EKSTRAKCYJNYCH
9.4. Dobór eluentu do etapu desorpcji
Wykonanie szeregu ekstrakcji z wykorzystaniem różnych rozpuszczalników miało na celu wytypowanie jednego rozpuszczalnika służącego jako eluent w dalszej części pracy.
Warunki analizy:
warunki analizy chromatograficznej przedstawiono w punkcie 9.13.2,
prędkość przepływu próbki wynosiła 1ml/min.,
stężenie przeprowadzanej próbki wynosiło 0,1 mg/ml,
objętość próbki wynosiła 3 ml,
objętość rozpuszczalnika (eluentu) wynosiła 1 ml.
55 9.5. Wyznaczenie objętości przebicia złoża ekstrakcyjnego
Ważnym parametrem opisującym układ ekstrakcyjny jest objętość przebicia, definiowana jako maksymalna objętość próbki, która może być przeprowadzona przez złoże sorpcyjne bez strat analitów (nie dopuszczając do wymycia ekstrahowanych związków przez matryce próbki).
Oznaczenie objętości przebicia prowadzono w następujących warunkach:
warunki analizy chromatograficznej przedstawiono w punkcie 9.13.2,
prędkość przepływu próbki wynosiła 1ml/min.,
objętość rozpuszczalnika (eluentu) wynosiła 1 ml,
stała masa analitów równa 10µg została przepuszczona przez igły ekstrakcyjne w różnych objętościach próbki,
0,5-60 ml dla igieł wypełnionych komercyjnym materiałem,
1-100 ml dla igieł wypełnionych monolitycznym materiałem.
9.6. Ocena wpływu prędkości przepływu próbki przez złoże na odzysk
Próbkę o objętości 5 ml (stężenie 0,02 mg/ml) przeprowadzano przez złoże z różną prędkością przepływu: od 0,1 do 6 ml/min w celu wyznaczenia tempa dla którego procent odzysku analitów będzie najwyższy.
Warunki pomiaru:
warunki analizy chromatograficznej przedstawiono w punkcie 9.13.2,
prędkość przepływu próbki wynosiła 1ml/min.,
objętość rozpuszczalnika (eluentu) wynosiła 1 ml.
9.7. Wyznaczenie minimalnej ilości eluentu potrzebnej do całkowitej elucji analitów
Anality zatrzymane w igle wymywano pięcioma porcjami eluentu o objętości 200µl każda (całkowita objętość 1 ml). Celem tej analizy było ustalenie minimalnej objętości rozpuszczalnika potrzebnej do elucji analitów ze złoża.
Warunki analizy:
warunki analizy chromatograficznej przedstawiono w punkcie 9.13.2,
56
prędkość przepływu próbki wynosiła 1ml/min.,
analizowana próbka zawierała 0,1 mg analitu w 5ml wody.
9.8. Ekstrakcja z próbek wodnych o różnym stężeniu
Zbadano wpływ stężenia próbki na wielkość odzysku analizowanego związku.
Warunki analizy:
warunki analizy chromatograficznej przedstawiono w punkcie 9.13.2,
prędkość przepływu próbki wynosiła 1ml/min.,
objętość rozpuszczalnika (eluentu) wynosiła 1 ml,
stężenie próbki 0,1-4 mg/ml.
9.9. Uzupełniające badania efektywności układów ekstrakcyjnych opartych o komercyjne materiały
9.9.1. Oszacowanie zużywalności przygotowanych igieł
Na przestrzeni kilkunastu miesięcy pracy, przy zastosowaniu jednej konkretnej igły, wykonano kilkadziesiąt analiz. Uzyskane procenty odzysku porównano w celu określenia czasu po jakim, dla danej igły wypełnionej sorbentem, obniżone zostaną właściwości sorpcyjne.
9.9.2. Oszacowanie powtarzalności przeprowadzanych ekstrakcji
Na przestrzeni kilku miesięcy pracy, przy zastosowaniu dwóch identycznych igieł, wykonano kilkadziesiąt analiz. Uzyskane wyniki zestawiono w celu porównania właściwości sorpcyjnych dwóch identycznych igieł.
9.10. Charakterystyka monolitycznego materiału sorpcyjnego
Ocenę struktury przygotowanych materiałów dokonano na podstawie wykonanych widm FTIR, a także zdjęć SEM.
Widma rejestrowano za pomocą spektrometru Vertex 70 firmy Bruker.
Pomiarów dokonano w zakresie środkowej podczerwieni (4000-400 cm-1) ze zdolnością rozdzielczą 4cm-1 w temperaturze pokojowej rejestrując 64 skany/min. Analizowane
57 próbki przygotowano w postaci sprasowanych pod próżnią (p=7MPa) pastylek poprzez wymieszanie 2mg materiału z 200mg KBr.
9.11. Parametr rozpuszczalności materiałów monolitycznych
Efektywność procesu ekstrakcji zależy od wielkości wzajemnych oddziaływań pomiędzy analitem i sorbentem, analitem i eluentem, a także sorbentem i eluentem. Do opisu tych oddziaływań zastosować można parametr rozpuszczalności,
Parametry rozpuszczalności dla materiałów monolitycznych zawierających różne proporcje monomerów (styren/DVB) obliczono na podstawie modelu Smalla:
(15)
gdzie F jest stałą oddziaływań molowych (suma udziałów energetycznych), V jest objętością molową, a x jest ułamkiem molowym monomerów, które użyto do syntezy (1-styren, 2-DVB).
Parametr rozpuszczalności analitów i eluentów obliczono według metody Hansena (14). Dla benzochinonu zastosowano model Hoya [83], ponieważ metoda Hansena nie pozwalała na obliczenie dla niego parametru rozpuszczalności.
Na podstawie obliczonych parametrów rozpuszczalności obliczone zostaną kwadraty różnic poszczególnych par składników, co pozwoli na dobór odpowiednich składników układu ekstrakcyjnego.
9.12. Analiza materiałów dentystycznych
Próbki materiałów protetycznych umieszczono w 40 ml płynu symulującego (Tab.
9). Fiolki inkubowano w 37°C przez cztery tygodnie. Płyn symulujący poddano analizie, a próbki ponownie zanurzono w kolejnej porcji SAGF i inkubowano przez kolejne cztery tygodnie.
Analizę próbek wodnych (SAGF) przeprowadzono przy zastosowaniu dwóch technik: in-needle i ekstrakcji do fazy stałej (SPE).
2
58 Warunki analizy przy zastosowaniu techniki in-needle:
średnica wewnętrzna igieł: 2,7mm,
wypełnienie igieł: SDB, 80mg,
etapy ekstrakcji przedstawiono w punkcie 9.1,
warunki analizy chromatograficznej przedstawiono w punkcie 9.13.3,
prędkość przepływu próbki wynosiła ~1ml/min.,
Objętość próbki 10ml,
objętość rozpuszczalnika (eluentu) wynosiła 400µl.
Warunki analizy przy zastosowaniu techniki SPE
kolumienki SPE: wypełnienie SDB, 200mg, J.T.Baker,
kondycjonowanie kolumienki: 5ml metanol,
warunki analizy chromatograficznej przedstawiono w punkcie 9.13.3,
prędkość przepływu próbki wynosiła ~1ml/min.,
Objętość próbki 10ml,
objętość rozpuszczalnika (eluentu) wynosiła 2ml.
9.13. Warunki analizy chromatograficznej
9.13.1. Warunki analizy wykonywanej przy zastosowaniu chromatografu cieczowego (HPLC)
Faza ruchoma: metanol (80%), woda (20%) Objętość nastrzyku: 1 µl
Temperatura kolumny: 35°C
9.13.2. Warunki analizy wykonywanej przy zastosowaniu chromatografu gazowego (GC) Temperatura dozownika: 230°C
Temperatura detektora: 230°C
Gaz nośny, przepływ: Hel, 1,5ml/min.
Objętość nastrzyku: 1µl
Program temperaturowy kolumny: temperatura początkowa 100°C, wzrost temperatury w tempie 10°C/min, temperatura końcowa 160°C.
59 9.13.3. Warunki analizy wykonywanej przy zastosowaniu chromatografu gazowego
sprzężonego z spektrometrem mas (GC/MS) Temperatura dozownika: 250°C
Temperatura linii transferowej: 250 Temperatura detektora: 180°C Gaz nośny, przepływ: Hel, 1ml/min.
Objętość nastrzyku: 1µl
Program temperaturowy kolumny: temperatura początkowa 80°C (przez 1 minutę), wzrost temperatury w tempie 15°C/min, temperatura końcowa 240°C. Całkowity czas analizy 30 minut.
9.13.4. Analiza ilościowa
Analizę ilościową przeprowadzono przy zastosowaniu procedury kalibracji bezwzględnej. Dla każdego analizowanego związku wykonana została krzywa kalibracyjna. W tym celu do kolumny chromatograficznej dozowano serię wzorców o różnym stężeniu. Punkty krzywej kalibracyjnej dobrano tak, aby stężenie oznaczanych analitów mieściło się w zakresie krzywej.
9.13.5. Analiza statystyczna
Wszystkie uzyskane wyniki były poddawane analizie statystycznej. Każda procedura ekstrakcyjna była powtarzana pięciokrotnie, a otrzymane wyniki poddano testowi Q-Dixona w celu wykrycia wyniku obarczonego błędem grubym.
Przed wykonaniem testu zbiór wyników eksperymentalnych uszeregowano według wzrastających wartości. Błędem grubym może być obarczona największa lub najmniejsza wartość wyniku w zbiorze. Dla tych wyników obliczane są wartości
60 Większa z powyższych wartości parametru porównywana jest następnie z wartością krytyczną testu Dixona [88] odpowiadającą rozmiarowi próbki statystycznej i wybranemu poziomowi ufności. Wartość krytyczna testu Dixona dla pięciu uzyskanych wyników (poziom ufności 95%) wynosi 0,71. Jeśli wartość eksperymentalna była większa od wartości krytycznej, wówczas wynik obarczony błędem grubym zostawał usuwany. Pozostałe wyniki uśredniano i obliczano wartość odchylenia standardowego (przedział ufności 95%).
61
10. Igły wypełnione komercyjnym materiałem sorpcyjnym
Igły przygotowano według procedury przedstawionej w punkcie 8.1. Do wypełnienia igieł sorbentami zastosowano obie metody („na mokro” i „na sucho”).
Przynosiły podobne rezultaty, jednak w dalszej części pracy wybrano tylko metodę na sucho, ponieważ jest szybsza i umożliwia stałe kontrolowanie masy sorbentu w igle podczas wypełniania.
10.1. Prędkość przepływu
Badanie prędkości przepływu wykonano w sposób przedstawiony w punkcie 9.2.
Badaniu poddano szereg igieł wypełnionych całkowicie (długość warstwy sorbentu wynosiła około 50mm) złożem C18 o wielkości ziaren 100µm (Rys. 16) lub 40µm (Rys.
17). Uzyskane wyniki posłużyły do opisu hydrodynamiki układów ekstrakcyjnych w dalszej części pracy (pkt. 11.2).
Wykonano również szereg igieł wypełnionych złożem C18 o wielkości ziaren sorbentu równej 5µm. Opór jaki stawia takie złoże umieszczone w igle był trudny do pokonania. W związku z tym zrezygnowano z dalszej pracy przy zastosowaniu igieł wypełnionych sorbentem o średnicy 5µm.
Rys. 16 Prędkość przepływu cieczy przez sorbent krzemionkowy o średnicy ziarna100µm, względne odchylenie standardowe nieprzekraczające 5%
62 Złoże C18 o średnicy ziarna 40µm stawia co najmniej dwukrotnie większy opór przepływu niż złoże C18 o średnicy ziarna 100µm (Rys. 16 i Rys. 17). Największe prędkości przepływu uzyskano przy zastosowaniu igły o średnicy 2,7 mm wypełnionej sorbentem o średnicy ziarna 100µm. Największe opory podczas przepływu stawiała natomiast igła o średnicy 0,9 mm wypełniona sorbentem o średnicy ziarna 40µm.
Prędkość przepływu wody dla tej igły wynosiła 0,02 ml/min. (przy różnicy ciśnień 750 mbar). Oznacza to, że przepływ 1,2 ml wody zajął godzinę. Problem związany z oporem przepływu zostanie poruszony ponownie w punkcie 11.3.
Rys. 17 Prędkość przepływu przez sorbent krzemionkowy o średnicy 40µm, względne odchylenie standardowe nieprzekraczające 5%.
Powyższe wyniki prędkości przepływu uzyskano przy zastosowaniu pompy membranowej. Jednak jak wspomniano wcześniej, technika in-needle w odróżnieniu od innych technik ekstrakcyjnych (np. SPE) pozwala na zastosowanie pracy manualnej i wyeliminowanie sprzętu ssącego/tłoczącego. Badanie możliwości wykorzystania siły mięśni ludzkiej dłoni wykonano w celu oszacowania różnicy pomiędzy prędkością przepływu próbki uzyskanej przy zastosowaniu różnych trybów pracy.
63 Rys. 18 Prędkość przepływu próbki wodnej uzyskana przez siedmiu ochotników oraz pompę membranową; wewnętrzna średnica igieł wynosiła 2,7mm; względne odchylenie standardowe
nieprzekraczające 5%
Wyniki wskazują (Rys. 18), że siła ludzkich mięśni jest w stanie wygenerować (w przybliżeniu) trzykrotnie szybszą prędkość przepływu próbki wodnej przez igłę ekstrakcyjną w porównaniu z pompą membranową (750mbar). Oznacza to więc, że przepływ 1 ml próbki wodnej przez igłę o średnicy 0,9 mm wypełnioną sorbentem o średnicy ziarna 40µm zajmie około 16 minut.
64 10.2. Pojemność sorpcyjna
Skuteczność procesu ekstrakcji zależy w dużym stopniu od zdolności sorpcyjnych sorbentu. Pojemność sorpcyjna określa masę analitu jaka może być zatrzymana przez materiał sorpcyjny. Na poniższym wykresie (Rys. 19) przedstawiono pojemność sorpcyjną dla sorbentu C18 o średnicy ziarna 100µm, jego pojemność sorpcyjna waha się od 2,5 do 4mg/100mg sorbentu (wartości uzyskano na podstawie danych uzyskanych dla pięciu związków testowych).
Rys. 19 Pojemność sorpcyjna sorbentu krzemionkowego o średnicy 100µm
Pojemność sorpcyjna dla sorbentu C18 o średnicy 40µm waha się od 3 do 5,5 mg/100 mg sorbentu (Rys. 20).
Rys. 20 Pojemność sorpcyjna sorbentu krzemionkowego o średnicy 40µm
65 Znacznie wyższą pojemnością sorpcyjną charakteryzuje się złoże sorbentu polimerowego (SDB), która waha się od 20 do 28 mg/100 mg sorbentu (Rys. 21).
Rys. 21 Pojemność sorpcyjna sorbentu polimerowego
Igły ekstrakcyjne wypełniono w różnym stopniu w celu sprawdzenia pojemności sorpcyjnej materiału ulokowanego w różny sposób w igle. Pojemność sorpcyjną wyznaczono w przypadku sorbentu C18 (40µm) stosując dwie igły ekstrakcyjne o średnicy wewnętrznej 2,7mm. Pierwsza została w 2/3 wypełniona sorbentem (m=100 mg), a drugą wypełniono w 1/3 (m=50mg). Natomiast w przypadku sorbentu polimerowego, pojemność sorpcyjną wyznaczono stosując trzy igły: dwie pierwsze o średnicy 2,7mm, trzecia o średnicy 1,4mm. Pierwsza i trzecia zostały całkowicie wypełnione materiałem sorpcyjnym natomiast drugą igłę wypełniono w połowie (m=40mg). Stwierdzono, że geometria układu nie ma bezpośredniego i znaczącego wpływu na pojemność sorpcyjną (Rys. 20 i Rys. 21). Jednak, jak już wcześniej ustalono (w części teoretycznej 2.2.1.2), wpływ na nią ma prędkość przepływu. W związku z tym w dalszej części pracy określono wpływ prędkości przepływu próbki przez złoże sorpcyjne umieszczone w igle ekstrakcyjnej na właściwości sorpcyjne materiału (pkt.
10.5).
66 10.3. Wpływ eluentu na procent odzysku
Skuteczność procesu ekstrakcji zależy również od zdolności rozpuszczalnika do wymywania analizowanych związków. Badaniu poddano złoże krzemionkowe o średnicy ziarna 40µm (Rys. 22) i złoże polimerowe (Rys. 23).
Rys. 22 Odzysk analitów ekstrahowanych z sorbentu krzemionkowego przy zastosowaniu szeregu eluentów
Rys. 23 Odzysk analitów ekstrahowanych z sorbentu polimerowego przy zastosowaniu szeregu eluentów
67 W zależności od stosowanego rozpuszczalnika uzyskano różny stopień odzysku analitów. Na podstawie uzyskanych wyników wybrano jeden rozpuszczalnik. Ze względu na wysoką toksyczność dichlorometanu zdecydowano, że eluentem stosowanym w dalszym toku badań będzie etanol.
10.4. Objętość przebicia
Wyznaczono objętość przebicia zdefiniowaną jako maksymalna objętość próbki (przeprowadzona przez złoże sorpcyjne) dla której odzysk analitów wynosi 100%.
Poniższe wykresy przedstawiają zależność odzysku [%] do objętości przeprowadzanej przez złoże próbki. Taki sposób przedstawienia wyników zastosowano w wielu publikacjach [89- 92]. Na wykresie (Rys. 24) zestawiono wartości odzysku w zależności od objętości próbki uzyskane dla pięciu igieł ekstrakcyjnych (o średnicy wewnętrznej 2,7mm) wypełnionych w różnym stopniu materiałem sorpcyjnym C18 o średnicy ziarna 40µm. Igła wypełniona w pełni materiałem sorpcyjnym pozwala na przeprowadzenie 8-10ml próbki wodnej zawierającej fenol przy wysokim procencie odzysku, natomiast igła wypełniona 20mg sorbentu (C18, 40µm) pozwala na przeprowadzenie jedynie 1 ml próbki.
Rys. 24 Wpływ objętości próbki na procent odzysku dla igieł o średnicy 2,7mm wypełnionych w różnym stopniu sorbentem C18 o średnicy 40µm; analizowany związek: fenol
Zdecydowanie gorsze wyniki uzyskano dla igieł ekstrakcyjnych (o średnicy wewnętrznej 2,7mm) wypełnionych materiałem sorpcyjnym C18 o średnicy ziarna
68 100µm (Rys. 25). Przy zastosowaniu igły wypełnionej 100 mg sorbentu objętość przebicia wyniosła 2,5 ml.
Rys. 25 Wpływ objętości próbki na procent odzysku dla igieł wypełnionych całkowicie sorbentem C18 o średnicy 100µm; analizowany związek: fenol
Rys. 26 Wpływ objętości próbki na procent odzysku dla igieł o średnicy 2,7mm wypełnionych w różnym stopniu sorbentem polimerowym; analizowany związek - fenol
69 Wysokie wartości objętości przebicia, uzyskano stosując sorbent polimerowy (Rys. 26).
Igła w pełni wypełniona złożem SDB pozwoliła na ekstrakcję fenolu z próbki wodnej o objętości 45 ml (przy wysokim procencie odzysku). Natomiast objętość przebicia igły wypełnionej w połowie sorbentem polimerowym (m=40mg) wynosi 20-25ml.
Na poniższym wykresie przedstawiono wpływ objętości próbki na procent odzysku dla próbek zawierających szereg związków testowych. Analizy wykonano przy zastosowaniu igły wypełnionej złożem SDB. Uzyskano wartości objętości przebicia wahające się od 35 do 45 ml. Najniższą wartość przebicia uzyskano dla benzochinonu i tymolu, najwyższą natomiast dla kofeiny.
Rys. 27 Wpływ objętości próbki na procent odzysku dla igły o średnicy 2,7mm wypełnionej całkowicie sorbentem polimerowym
Przedstawione w tym punkcie wyniki dowodzą, jak duży wpływ na procent ekstrakcji ma objętość próbki. Sorpcja analitów z próbki o objętości przekraczającej objętość przebicia spowoduje obniżenie efektywności procesu ekstrakcji.
70 10.5. Wpływ prędkości przepływu próbki przez złoże na proces sorpcji
We wcześniejszej części pracy wspomniano już, że prędkość z jaką próbka przepływa przez igłę ekstrakcyjną również ma znaczący wpływ na efektywność ekstrakcji. Poniżej przedstawiono wpływ prędkości przepływu próbki (przez złoże polimerowe umieszczone w igle ekstrakcyjnej) na możliwości sorpcyjne materiału SDB.
W większości przypadków prędkość przepływu próbki zawarta w przedziale 0,5-2ml/min pozwalała na uzyskanie wysokiego poziomu sorpcji. Jedynie prędkość przepływu próbki zawierającej benzochinon nie powinna przekraczać 1ml/min tak aby nie doszło do zakłócenia procesu sorpcji. Warto też zauważyć, że w przypadku kofeiny, prędkość przepływu próbki przez złoże nie miała wpływu na sorpcję tego analitu.
Rys. 28 Wpływ prędkości przepływu próbki na proces sorpcji
Na dwóch poniższych wykresach porównano wpływ prędkości przepływu próbki zawierającej fenol (Rys. 29) i kofeinę (Rys. 30) przy zastosowaniu trzech igieł wypełnionych różnymi sorbentami. Objętość próbki wynosiła 5ml z wyjątkiem analiz wykonanych przy zastosowaniu igieł wypełnionych złożem C18 o średnicy ziarna 100µm. Jak wykazano w poprzednim punkcie objętość przebicia takiego układu ekstrakcyjnego wynosi 2,5ml. Dlatego zmniejszono objętość próbki do 2 ml.
71 Rys. 29 Wpływ prędkości przepływu próbki zawierającej fenol na odzysk ekstrakcji
Dla uzyskania wysokiej efektywności sorpcji fenolu (z próbki wodnej), prędkość przepływu próbki powinna wynosić od 0,2 do 1,5 ml/min dla materiału C18 o średnicy ziarna 40µm, a dla materiału C18 o średnicy 100µm powinna wynosić od 0,2 do 1 ml/min.. W pracy z 2010 roku [52] autorzy wykazali, że optymalna prędkość przepływu próbki przez kartridż wypełniony 100 mg złoża C18 wynosi 1ml/min, co potwierdza wyniki przedstawione na powyższym wykresie (Rys. 29).
W przypadku kofeiny stwierdzić można, że prędkość przepływu próbki przez złoże nie ma znaczącego wpływu na wielkość sorpcji (Rys. 30).
Rys. 30 Wpływ prędkości przepływu próbki zawierającej kofeinę na odzysk ekstrakcji
72 W oparciu o otrzymane wyniki uznano, że najodpowiedniejszym przepływem ciekłej próbki przez złoże będzie 1ml/min.. Dla wszystkich badanych układów ekstrakcyjnych procent odzysku każdego analitu znajdował się na wysokim poziomie.
10.6. Wyznaczenie minimalnej ilości eluentu potrzebnej do całkowitej elucji analitów
Skuteczność desorpcji analitów ze złoża obniżyć może nie tylko zastosowanie nieodpowiedniego eluentu ale również użycie nieodpowiedniej objętości rozpuszczalnika.
Na poniższym wykresie (Rys. 31) przedstawiono wyniki procesu ekstrakcji dla pięciu testowych związków ze złoża C18 o średnicy ziarna 40µm. W większości przypadków pierwsza porcja eluentu (pierwsze 200µl) pozwala na uzyskanie 80%
odzysku, a kolejna porcja eluentu pozwala na niemalże całkowitą desorpcję analitu.
Rys. 31 Elucja analitów ze złoża krzemionkowego trzema porcjami etanolu
W przypadku igły wypełnionej złożem polimerowym konieczne jest zastosowanie co najmniej dwóch porcji eluentu. Do desorpcji fenolu wystarczy jedynie 600µl etanolu, natomiast pozostałe anality wymagają użycia 800µl etanolu w celu całkowitej desorpcji.
73 Rys. 32 Elucja analitów ze złoża polimerowego czterema porcjami etanolu
10.7. Ekstrakcja fenolu
Wpływ stężenia analitu na jego odzysk związany jest z objętością przebicia, a także pojemnością sorpcyjną złoża. Należy więc wziąć pod uwagę, że przedstawione w tym punkcie wyniki są wypadkową obu tych czynników. Efektywność ekstrakcji zależy dlatego od tego, który z czynników ją limitujący zostanie pierwszy przekroczony.
Na wyniki ekstrakcji przedstawione poniżej (Rys. 33) znaczący wpływ ma pojemność sorpcyjna złoża ponieważ jak wykazano we wcześniejszej części pracy 100 mg złoża C18
o średnicy 40µm jest w stanie zatrzymać 3,5 mg fenolu.
Rys. 33 Ekstrakcja próbek fenolu przy zastosowaniu sorbentu krzemionkowego
74 10.8. Oszacowanie zużywalności przygotowanych igieł
Poniższy wykres (Rys. 34) przedstawia procent odzysku uzyskany na przestrzeni kilkunastu miesięcy przy zastosowaniu igły ekstrakcyjnej wypełnionej złożem C18
(średnica ziarna 100µm). Procent odzysku nieznacznie się zmniejszył w ostatnim miesiącu stosowania omawianej igły ekstrakcyjnej. Z zamieszczonych danych wynika, że wykonanie co najmniej 60 procesów ekstrakcyjnych nie wpłynęło na właściwości ekstrakcyjne urządzenia.
Rys. 34 Ekstrakcja fenolu- złoże C18, średnica sorbentu 100µm
Należy jednak wziąć pod uwagę, że omawiana igła wykorzystywana była do przygotowania większej ilości próbek (o różnym stężeniu). Łącznie wykonano przy jej użyciu co najmniej 200 procesów ekstrakcyjnych.
75 10.9. Oszacowanie powtarzalności przeprowadzanych ekstrakcji i
przygotowanych igieł ekstrakcyjnych
Poniżej (Rys. 35) przedstawiono procent odzysku uzyskany na przestrzeni kilku miesięcy przy zastosowaniu dwóch identycznych igieł ekstrakcyjnych wypełnionych złożem C18 (średnica ziarna 40µm). Procent odzysku dla dwóch igieł utrzymuje się na stałym poziomie. Świadczy to za równo o tym, że przygotowane igły posiadają identyczne właściwości ekstrakcyjne, jak i o tym, że powtarzalność przeprowadzanych ekstrakcji jest wysoka.
Rys. 35 Ekstrakcja fenolu przy zastosowaniu dwóch identycznych igieł- złoże C18, średnica sorbentu 40µm
76 10.10. Materiały węglowe
Porowaty węgiel grafityzowany (PGC) stosowany był również jako materiał złoża sorpcyjnego.
Rys. 36 Wartości odzysku fenolu uzyskanych przy użyciu igły ekstrakcyjnej wypełnionej węglem aktywnym
Rys. 37 Wartości prędkości przepływu wody przez igłę ekstrakcyjną wypełnioną węglem aktywnym
Z wykresu (Rys. 36) wynika, że w kolejno przeprowadzonych próbach odzysk znacznie fenolu maleje. W pierwszych próbach wyniki są zadowalające, jednak w kolejnych następuje znaczny spadek wartości odzysku.
77 Ze względu na malejące odzyski podczas kolejno wykonywanych analiz oraz wzrastające opory przepływu (Rys. 37) zaniechano dalszego stosowania tego sorbentu.
Mimo dobrych właściwości węgla aktywnego jako sorbentu, przedstawianych w różnych pracach i publikacjach, jego zastosowanie nie sprawdziło się w tym przypadku [93].
Możliwą przyczyną wyżej wymienionych problemów mogło być zjawisko interkalacji.
Zjawisko interkalacji polega na wnikaniu cząsteczek pomiędzy warstwy np. grafenowe powodując ich rozpychanie. Grafit jest bowiem materiałem warstwowym i takie wnikanie jest możliwe. Skutkiem tego mogło być blokowanie i zapychanie się igły podczas kolejnych etapów pracy, uniemożliwiające dalsze stosowanie tego sorbentu.
78
11. Hydrodynamiczny aspekt wykorzystania igieł ekstrakcyjnych
Wyniki przedstawione w poprzednim punkcie 10 dowodzą jak wiele czynników ma wpływ na proces ekstrakcji. Dodatkowym problemem związanym z techniką in-needle zastosowaną do bezpośredniej analizy próbek ciekłych jest opór przepływu podczas transportu próbki ciekłej przez złoże w igle. W związku z powyższym konieczne było zaproponowanie takiego systemu ekstrakcyjnego, który umożliwi wymuszenie
Wyniki przedstawione w poprzednim punkcie 10 dowodzą jak wiele czynników ma wpływ na proces ekstrakcji. Dodatkowym problemem związanym z techniką in-needle zastosowaną do bezpośredniej analizy próbek ciekłych jest opór przepływu podczas transportu próbki ciekłej przez złoże w igle. W związku z powyższym konieczne było zaproponowanie takiego systemu ekstrakcyjnego, który umożliwi wymuszenie