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中药分析样品前处理技术(二)

2020.3.09
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

液相微萃取(LPME)

LPME技术具有操作简便、快捷、成本低廉、易与色谱系统联用等优点。近年来,作为一种新型的样品前处理技术,已经引起药物分析领域研究人员的注意。

室温离子液体(Room Temperature Ionic Liquids),是指在室温或室温附近温度下呈液态的仅由离子组成的物质,组成离子液体的阳离子一般为有机阳离子(如烷基咪唑阳离子、烷基吡啶阳离子、烷基季铵离子等),阴离子可为无机阴离子或有机阴离子(如[PF6]-、[BF4]-、[AlCl4]-、[CF3SO3]-等)。离子液体具有以下优点:几乎没有蒸气压,不易挥发,从而在使用过程中不会给环境造成很大压力;具有较大的稳定温度范围(-100~200℃),较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口;通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性,并且其酸度可调至超酸性,因此可通过一定的阴阳离子的组合设计构筑“需求特定”或“量体裁衣”的离子液体。

应用于液相微萃取时,由于离子液体本身的不易挥发性、粘度较大等特点,可得到更大的悬挂液滴和更加持久的萃取时间,从而提高分析检测的灵敏度和可靠性。在具体的应用过程中,可以依据发展比较成熟的两种方法:基于悬挂液滴的SDME(Suspended/Single Drop Microextraction)形式的微滴液相微萃取;基于中空纤维的两相模式或三相模式的液-液微萃取或液-液-液微萃取(如图2和图3所示),进一步发展离子液体-液相微萃取技术。

离子液体-液相微萃取技术已成功地应用于环境中多环芳烃(PAHs)、壬基酚(NP)和辛基酚(OP)等污染物的富集分离和检测,并受到了包括中药分析等相关领域的关注。

加速溶剂萃取技术

加速溶剂萃取法(ASE)是一种在较高温度(50~200℃)和较大压力(10.3~20.6 MPa)条件下用溶剂萃取固体或半固体的样品前处理方法。样品前处理时间仅需12~20min,溶剂用量仅需15ml,不仅降低了成本,而且由于溶剂量的减少加快了提纯和浓缩的速度,进一步缩短了分析时间。


图4.  加速溶剂萃取仪结构示意图。

ASE已在环境、药物和食品等领域得到广泛应用,特别是在农药残留检测方面,被用于有机氯、有机磷杀虫剂、苯氧基除草剂、三嗪除草剂、二恶英、呋喃等有害物质的萃取。但由于ASE是在高温环境下进行的,因此,热降解是一个令人关注的问题。

加速溶剂萃取仪具有以下特点:

全自动提供溶剂,使用溶剂控制器,最多可以同时进行4种溶剂的混合。减少了实验室溶剂计量和溶剂混合的工作量,不仅提高了萃取的效率,而且提高了实验的安全性。

全自动萃取过程控制,溶剂控制器可以独立地控制每个样品池的温度和压力,从而提高分析检测的精度,保证实验结果的重复性。

系统地进行检测方法的开发,溶剂控制器能自动控制萃取的温度、压力、时间、次数以及各种溶剂的比例,有利于方法的开发,取得最佳的萃取效果。

微波辅助消解及微波辅助萃取

微波辅助萃取(MAE),是用微波能加热与样品相接触的溶剂,将所需化合物从样品基体中分离,进入溶剂中的过程。

微波是频率在300MHZ~300GHZ之间的电磁波,它具有波动性、高频性、热特性和非热特性四大特性。常用的微波频率为2450MHZ。微波加热是利用被加热物质的极性分子(如H2O、CH2Cl2等)在微波电磁场中快速转向及定向排列,从而产生撕裂和相互摩擦而发热。微波加热则是能量直接作用于被加热物质,其模式为:热源→样品→器皿。空气及容器对微波基本上不吸收和反射,从根本上保证了能量的快速传导和充分利用。

微波萃取技术作为一种新型的萃取技术,有其独特的特点。首先体现在微波的选择性,因其对极性分子的选择性加热从而对其选择性地溶出。其次MAE大大降低了萃取时间,提高了萃取速度,传统方法需要几小时至十几小时,超声提取法也需半小时到一小时,微波提取只需几秒到几分钟,提取速率提高了几十至几百倍,甚至几千倍。最后,微波萃取由于受溶剂亲和力的限制较小,可供选择的溶剂较多,同时减少了溶剂的用量。另外,微波提取如果用于大生产,安全可靠、无污染、生产线组成简单,并可节省投资。

当然,微波萃取也存在一定的局限性。例如,微波萃取仅适用于热稳定性物质的提取,对于热敏性物质,微波加热可能使其变性或失活。又如,微波萃取要求药材具有良好的吸水性,否则细胞难以吸收足够的微波能而将自身击破,产物也就难以释放出来。再如,微波萃取过程中细胞因受热而破裂,一些不希望得到的组分也会溶解于溶剂中,从而使微波萃取的选择性显著降低。

凝胶渗透色谱技术(GPC)

凝胶渗透色谱技术是根据被分离物质分子量的不同,通过具有分子筛性质的固定相(凝胶)使物质达到分离。凝胶渗透色谱的最佳参数主要决定于载体、溶剂的选择。载体是凝胶渗透色谱具有分离作用的关键,其结构直接影响仪器性能及分离效果。因此,要求载体具有良好的化学惰性、热稳定性、一定的机械强度、不易变形、流动阻力小、不吸附待测物质、分离范围广(取决于载体的孔径分布)等性质。同时分离效果还与载体的粒度大小和填充密度有关。为了扩大分离范围和分离容量,一般选择几种不同孔径的载体混合装柱,或串联装有不同载体的色谱柱,其中载体的粒度越小、越均匀、填充得越紧密越好。良好的溶剂有利于提高待测物质的溶解度,要求溶剂的熔点在室温以下,而沸点应高于实验温度,且溶剂的粘度小,以减小流动阻力。另外溶剂还必须具备毒性低、易于纯化、化学性质稳定及不腐蚀色谱设备的特点。

凝胶渗透色谱的分离效率除了载体、溶剂的选择以外,还包括合适的温度和溶质的化学性质的影响。

与吸附柱色谱等净化技术相比,凝胶渗透色谱技术具有净化容量大、可重复使用、适用范围广、使用自动化装置后净化时间缩短、简便、准确等优点。随着适用于非水溶剂分离的凝胶类型的增加,GPC在中药分析中如中药的农药残留量净化中得到应用。

减压层析分离技术

减压层析分离技术是一种简便、快速、高效的层析分离方法,其基本原理与普通柱层析相同。与其他层析分离方法相比,减压层析分离具有设备简单、操作方便、时间短等优点,可避免样品由于长时间的吸附而变质,适用于分离不太稳定的化合物。但该法在溶剂用量上比普通柱层析大,且不能直接观察色带来进行切割洗脱。

高速逆流色谱分离技术

高效逆流色谱分离技术是应用动态液-液分配的原理,利用螺旋管的方向性与高速行星式运动相结合,使两相互不混溶的溶剂在螺旋管中实现高效接触、混合、分配和传递,从而将具有不同分配比的样品组分分离出来。样品在互不相溶的两相中分配,克服了固相载体带来的样品吸附、损失、污染、峰形拖尾等缺点,并能重复进样,应用价值比较高。高效逆流色谱分离仪器价格低廉,性能可靠,分析成本低,易于操作。尽管与高效液相色谱分离相比,有时柱效不太高,但可以避免其对样品的吸附及不可回收的弊端。

高速逆流色谱分离技术广泛应用于天然药物成分的分离制备和分析中。有报道用该技术研究生物碱、黄酮、蒽醌、香豆素等成分的分离都取得了较好的效果。高速逆流色谱分离法不仅适用于非极性化合物的分离,也适用于极性化合物的分离,还可以应用于进行中药粗提物中各组分的分离或进一步的纯化精制。该技术有望成为中药有效成分质量标准研究、分析的一种新方法,也会成为中药制剂生产的一种新型分离技术。

膜分离技术

膜分离技术是以选择性透过膜为分离介质,当膜两侧存在某种推动力(如浓度差、电位差、压力差等)时,原料侧组分选择性地透过膜,以达到分离、提纯的目的。膜分离技术具有在分离时不受热、能耗低、无二次污染、分离效率高等特点,既可用于中药提取液的澄清,又可用于中药成分的精制、分离及提纯。

分子蒸馏技术

分子蒸馏技术是利用物质挥发程度的不同,混合物各分子受热后会从液面逸出,并在离液面小于轻分子平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一个冷凝面,使轻分子不断逸出,而重分子达不到冷凝面,从而打破动态平衡而将混合物中的轻重分子分离。由于分子蒸馏是一种在高真空度(绝对压强0.133Pa)下进行分离操作的连续蒸馏过程,蒸馏过程中冷却真空系统不断抽气,使整个蒸馏系统处于高真空度,从而使待分离混合物的沸点远远低于常压沸点,并且各组分在系统中受热停留的时间短,因此,分子蒸馏技术尤其适合于分离高沸点、粘度大、热敏性的中药成分。

分子印迹分离技术

分子印迹分离技术(MIT),是以待分离的化合物为印迹分子(也称模板、底物),制备对该类分子有选择性识别功能的高分子聚合物-分子印迹聚合物,然后以这种分子印迹聚合物(MIP)为固定相来进行色谱分离的技术。其最大的特点是分子识别性强,选择性高,而且制得的MIP有高度的交联性,固定相不易变形,有良好的机械性能和较长的使用寿命。

分子印迹分离技术是一种高效的中药有效成分分离技术。

与其他色谱分离技术相比,MIT具有许多独特的优点,包括分子识别性强、固定相制备简便快速、操作简单且溶剂消耗量小、纯化步骤少、纯化和回收率高、模板和MIPs可回收再利用等。但是,作为一种新型的分离手段,MIT本身还存在许多有待解决的问题,如分子印迹和识别过程的机制和定量描述、功能单体和交联剂的选择局限性等。

结语

速度快、批量大、自动化程度高、成本低、劳动强度低、试剂消耗少、有利于健康和环境、方法准确可靠,是评价样品前处理方法的重要准则。实际分析样品时,采用何种前处理方法为最好,应根据实际测定需要和提取分离方法的特点进行优化选择。如何将这些新技术应用到实际分析工作中,还有许多问题需要解决,需要进一步研究和完善。


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