4.2.Сверхкритическая экстракция (sfe)

В методе сверхкритической флюидной экстракции применяются различные вещества при температуре и давлении выше критической точки на фазовой диаграмме (см. рис. 3).

Рисунок 3. Фазовая диаграмма воды (не в масштабе)

Сверхкритическая экстракция обычными растворителями, в том числе и водой, позволяет интенсифицировать процесс за счет того, что в этом состоянии, промежуточном по свойствам между жидкостью и газом, резко увеличивается коэффициент диффузии и изменяются сольватирующие свойства.

Если использовать газы, то существенно облегчается и получение сухого экстракта. Для высушивания достаточно просто сбросить давление. Чаще всего используется сверхкритический СО₂, который отличается высокой растворяющей способностью, дешевизной, доступностью, нетоксичностью и невысокими критическими параметрами – критическая температура 32.3 °С, критическое давление 73.6 бар.

4.3.Твердофазная экстракция

Твердофазная экстракция (ТФЭ) (“Solid-Phase Extraction”-SPE) основана на выделении веществ из растворов путем сорбции на различных твердых носителях. Как правило используется дифференциальный принцип «посадка-смыв», причем сорбироваться могут как целевые вещества, так и примеси, которые могут мешать анализу или выделению нужного компонента. ТФЕ используется не только для избавления от примесей, но и для концентрирования разбавленных проб, например в случае экологического анализа.

Как правило сорбенты помещают в специальные картриджи, в качестве которых, например, могут использоваться корпуса одноразовых пластиковых шприцов снабженные пористым фильтром на выходе и входе.

Наиболее часто используется метод удерживающей ТФЭ (рис. 4).

Рисунок 4. Проведение удерживающей твердофазной экстракции.

Прежде всего сорбент приводят в равновесие с растворителем, для обеспечения его смачиваемости и улучшения сорбции (кондиционирование). Затем наносят пробу, в растворителе который обеспечивает прочное удерживание целевого вещества на сорбенте. На третьей стадии, аналогичным или более сильным растворителем смывают примеси. Последняя стадия – элюирование основного вещества. Элюирующий растворитель подбирают так, чтобы полностью снять целевое вещество и не смыть сильно удерживающиеся примеси. Как правило, объем смыва существенно меньше объема пробы.

Неудерживающая ТФЭ (рис. 5.) применяется только для удаления сильно удерживающихся

Рисунок 5. Проведение неудерживающей твердофазной экстракции.

примесей. Это особенно важно в пробоподготовке образцов для ВЭЖХ, когда эти примеси могут испортить хроматографическую колонку.

Особую важность метод ТФЭ приобрел в экологическом контроле.

Так, например, ПДК бенз(а)пирена (сильный канцероген) для питьевой воды составляет 0,005 мкг/л (0,005 ppb). Для проведения анализа 300 мл пробу воды пропускают через картридж с 500 мг сорбента С18 (сильно гидрофобный поверхностно-модифицированный силикагель). Далее, после промывки, бензпирен элюируют 5 мл гексана. При этом не только удаляются примеси, но и почти на два порядка повышается концентрация аналита.

5.Центрифугирование

5.1.Общие принципы центрифугирования

Центрифугирование (от центр и лат. fuga — бегство, бег) - разделение неоднородных систем — суспензий или эмульсий под действием центробежных сил.

В центробежном поле частицы, имеющие разную плотность, форму или размеры, осаждаются с разной скоростью. Скорость осаждения (седиментации) зависит от центробежного ускорения (G) которое вычисляется по формулам на рис. 6.

ОЦУ = G/g

Рисунок 6. Выражения для расчета центробежного ускорения.  - угловая скорость рад/с, r - расстояние между частицей и осью вращения, N число оборотов ротора в минуту, ОЦУ – относительное центробежное ускорение, g – гравитационная постоянная 9.8 м/сек2.

Центробежное ускорение обычно выражается в единицах g и называется относительным центробежным ускорением (ОЦУ). Скорость седиментации сферических частиц зависит не только от G, но и от их плотности и радиуса, а также от вязкости среды. Она определяется следующим уравнением закона Стокса, видоизмененного Сведбергом и Никольсом (рис.7)

Рисунок 7. Закон Стокса для центрифугирования. t – время в секундах, за которое частица с удельным весом d_p пройдет расстояние от точки с радиусом вращения х1 до точки с радиусом вращения х₂ в жидкости с удельным весом d_m; r – радиус частицы в сантиметрах,  - угловая скорость рад/с, η – вязкость жидкости в пуазах, K – константа формы, для шара – K=2/9.

При заданной скорости вращения ротора время, необходимое для осаждения гомогенных сферических частиц, обратно пропорционально квадрату их радиусов и разности плотностей частиц и среды и прямо пропорционально вязкости среды. Поэтому смесь гетерогенных, приблизительно сферических частиц, различающихся по плотности и (или) размерам, можно выделить либо за счет разного времени осаждения их на дно пробирки при данном ускорении, либо за счет распределения седиментирующих частиц вдоль пробирки, устанавливающегося через определенный промежуток времени. Частицы одинаковой массы, но различной формы осаждаются при разных скоростях. Эта особенность используется при исследовании конформации макромолекул.

Препаративное центрифугирование подразумевает получение каких-либо объектов в более чистом и/или сконцентрированном виде.

Аналитическое центрифугирование применяется для изучения чистых и практически чистых препаратов макромолекул или частиц, например, рибосом. При этом седиментация исследуемых частиц непрерывно регистрируется с помощью специальных оптических систем. Метод позволяет получать данные о чистоте, молекулярной массе и структуре материала, в том числе и о конформационных изменениях макромолекул.