تقنية الاستخلاص الدقيق على الطور الصلب

 تقنية الاستخلاص الدقيق على الطور الصلب

Solid Phase Micro-Extraction

د .عبدالرحمن بن محمد الضباح

أ .سلطان بن سعيد آل جابر

تاريخ اكتشافها وآلية عملها:

تم اكتشاف هذه الطريقة على يد العالم باولسين J.Pawlisyn في بداية تسعينيات القرن الماضي، وهي إحدى الطرق المستخدمة لاستخلاص وامتزاز العينات على الطور الصلب، حيث يتم تسخين العينة المراد استخلاصها والتي تحتوي في الغالب على مركبات متطايرة Volatile، وأثناء التسخين تتطاير هذه المركبات . كما تتميز هذه التقنية بأنها مزودة بإبرة بداخلها قطعة معدنية تشتمل على ليف من البوليمر والسيليكون، يتم امتزاز (Adsorption) المواد المتطايرة على سطحها فتترسب المكونات المتطايرة على سطح الليف خلال فترة زمنية تتراوح ما بين خمس دقائق إلى خمس عشرة دقيقة، ثم تحقن يدويا في جهاز الفصل الكروماتوجرافي.

ZgfjvorHG

مميزات تقنية SPME:

١- بساطتها في الاستخلاص بعكس طرق الاستخلاص التقليدية التي تحتاج إلى إجراء العديد من الخطوات المستهلكة للوقت.

٢- طريقة الاستخلاص هذه لا تؤثر على العينة أو تغير في مكوناتها لعدم الحاجة لوجود مذيبات، حيث يقوم ليف الـ SPME بجمع وتركيز العينة مع استبعاد الشوائب بعكس طرق الاستخلاص التقليدية التي تستخدم فيها المذيبات والتي قد تؤثر على العينة ومكوناتها نتيجة للتداخلات بين كل من مكونات العينة والمذيبات الأخرى، ويمكن بسبب ذلك أن يفقد جزءا مهما من مكونات العينة محل الدراسة.

٣- عدم تلوث العينة بمواد أو مركبات غير مرغوبة بعكس طرق الاستخلاص التقليدية والتي يكون تلوث العينة ممكنا وبسهولة.

٤- حد الكشف Detection Limit للعينات المدروسة بهذه التقنية منخفض جدا عند مقارنتها بالطرق الاخرى، وبفارق كبير في القيم، وهذا يعطيها ميزة عالية عن غيرها من الطرق.

عيوب تقنية SPME:

١- التكلفة العالية لسعر الفايبر الواحد.

٢- سهولة انكسار البوليمر المكون للفايبر الذي يتم الامتزاز عليه، بالاضافة إلى أن العمر الافتراضي له قصير.

٣- احتكار شركة Supelco لهذا المنتج، مما يقلل من فرصة المنافسة بين الشركات، وبالتالي عدم انخفاض السعر.

تطبيقات تقنية الـ SPME:

يمكن استخدام هذه التقنية في العديد من التطبيقات والتي يتم من خلالها استخلاص المركبات العضوية المتطايرة أو شبه المتطايرة لتحليلها ومن أشهر تطبيقاتها استخدامها في:

• تحليل العينات الجنائية كالمتفجرات والحرائق والمخدرات

• تحليل العينات البيئية

• تحليل عينات الغذاء

• تحليل العينات البيولوجية

طريقة أخذ العينة:

يتكون ليف fiber الـ SPME من أنواع محددة من السيليكا تستخدم على حسب المركبات المطلوب استخلاصها، ويبلغ طول الليف ١سم، ويكسو رأسه بوليمر Polymer محمي بداخل إبرة مجوفة، وهو مرتبط بمكبس من الحديد المقاوم للصدأ، وعند ضغط المكبس العلوي يخرج الليف وٌينكشف الرأس المكسو بالبوليمر ثم تتجمع العينة عليه بالادمصاص أو الامتزاز اعتمادا على نوع الغطاء Coating لمدة معينة من الزمن (ثوان، دقائق، ساعات) حسب نوع العينة، ونوع التطبيق المطلوب.

ثم يعاد الليف إلى الداخل مرة أخرى، بعد ذلك يتم نقل الابرة للجهاز ليتم حقنها فيه، ويتم ضغط المكبس لاخراج الليف المحتوي على العينة الممتزة والمطلوب دراستها .وعند حقن العينة فإن حرارة الحاقن في الجهاز تقوم بتبخير المحتويات الممتزة على سطح ليف البوليمر فتنتقل من منفذ الحاقن إلى عمود الفصل، بعد ذلك يجرى لها في الجهاز تحليل كيف (نوعي) Qualitative، وتحليل كمي Quantitative.

spme_method

ويوضح الشكل طريقة جمع العينة واستخلاصها وتجهيزها للحقن في جهاز التحليل. الجدير بالذكر أنه يتم تنظيف ليف الـ SPME من الشوائب عن طريق تسخينه في منفذ الحاقن لمدة عشر دقائق تقريبا عند 250 درجة مئوية، وبذلك يعتبر جاهزا للعمل على استخلاص وحقن عينة أخرى.

خواص الليف المستخدم في SPME :

إن كمية العينات التي تتجمع على ليف SPME تعتمد على عدد من العوامل كما هو الحال مع أعمدة الفصل في جهاز كروماتوجرافيا الغاز GC، ومن هذه العوامل: يتم استخدام غطاء بوليمر قطبي ذي حساسية للمركبات القطبية المراد تحليلها، بينما لتحليل المواد غير القطبية يستخدم غطاء من البوليمر غير قطبي .ويفضل استخدام غطاء بوليمر ذي سمك عال لجميع المركبات المتطايرة . تعتبر درجة الحرارة من العوامل المهمة أثناء جمع العينة، سواء من حيث الزيادة أو النقصان؛ إذ إن لهما تأثيرا كبيرا على النتائج. تتأثر العينات السائلة بكل من الحمضية (pH) والاملاح، ومعدل سريان الهواء،حيث إن لهذه العوامل أثرا واضحا على طريقة ا ستخلاص . من المهم جدا معرفة أن امتزاز المكونات على الليف في هذه الطريقة يعتمد على درجة حرارة الحاقن وعلى معدل السريان وعمق الليف المدخل إلى منفذ العينات port في جهاز GC-MS.


المراجع: 

عبدالرحمن الضباح ,سلطان آل جابر ,الكيمياء الجنائية ,كلية الملك فهد الامنية ,الرياض (2014).

”Arthur , C , L . (1990) .” Analytical Chemistry

Supelco , (1998) . ” Solid Phase Micro Extraction Theory and Optimization of Conditions ” . [4] G. Vas, K. Vekey, (2004), Solid-phase micro extraction: a powerful sample preparation tool prior to mass spectrometric analysis. Journal of Mass Spectrometry ,39, 233–54.

Supelco (1999), Solid phase Microextraction: theory and optimization of conditions. Bulletin 923A., Bellefonte, Pa.

F. Augusto, A. Luiz Pires Valente,(2002) “Applications of solid- phase microextraction to chemical analysis of live biological samples ”