SPE’ nin kullanım amacı

Katı faz ekstraksiyonu, günümüzde etkili bir numune hazırlama yöntemi olarak birçok laboratuarda kullanılmaktadır. Katı faz ekstraksiyon metodu, klasik sıvı-sıvı ekstraksiyon ile karşılaştırıldığında daha hızlı, az çözücüye ihtiyaç duyan, emülsiyon oluşumun şekillenmediği, çok daha ucuz bir tekniktir. Bunun yanında katı faz ekstraksiyonu ile daha temiz ekstrakt ve yüksek geri kazanım (recovery) oranları elde edilebilmektedir.

SPE metodunda kolondan geçirilme sırasında örnek molekülleri ile tutucu madde arasında kimyasal bir etkileşim meydana gelir. Bu etkileşimden faydalanarak maddelerin ayrılma işlemi başlıca üç yolla gerçekleştirilir. Birinci yöntemde ilk aşamada, analiz edilecek bileşik tutucu maddeye bağlanarak kolon içinde tutulurken, çözelti ve istenmeyen bileşenler bu madde ile herhangi bir etkileşime girmezler. Daha sonra istenmeyen bileşenler uygun yıkama çözeltisi ile uzaklaştırılır ve analiz edilecek bileşen tutucu maddeden uygun bir çözelti yardımıyla çözdürülerek alınır (Şekil 2.15.).

Daha az tercih edilen ikinci yöntemde ise, istenmeyen bileşenlerin tutucu madde ile etkileşimi söz konusudur. Özellikle atık yağlar gibi matriksden ayrılması zor olan maddelerin analizinde kullanılan bu yöntemde, matriksteki istenmeyen bileşenler tutucu madde tarafından sıkı şekilde bağlanırlar. Asıl aranan madde ise tutucu madde ile etkileşime girmez ve uygun çözelti yardımıyla çözdürülerek toplanır. Bu yöntemde, kolon içerisindeki tutucu maddenin oluşturduğu katı faz filtre işlevi görmektedir (Şekil 2.15.). (Macherey-Nagel 2004, Shulamit 2005, Zief 2005, Haginaka 2005, Yavuz 2006). Üçüncü yöntemde ise; numune, SPE kolonuna beslenir ve numunedeki tüm türler kolonda tutulur. Daha sonra uygun bir sıyırma reaktifinin kolona beslenmesi ile sadece hedef madde sıyrılır (Gezici 2004).

Şekilde de görüldüğü üzere, her üç ayırma yönteminde de SPE kolondaki tutucu maddenin önce şartlandırılması gerekmektedir. Şartlandırma işlemi, kolondan uygun çözelti geçirilerek tutucu maddenin aktif hale getirilmesi ve matriksteki maddeler ile tekrarlanabilir etkileşim için gerekli ortamın sağlanabilmesi amacıyla yapılmaktadır.Polar olmayan tutucu maddeler, kolon hacminin 2-3 katı miktarda suyla karışabilen metanol, tetrahidrofuran, isopropanol gibi polar çözücüler ile; polar tutucu maddeler ise polar olmayan çözücülerle şartlandırılmaktadır (Macherey-Nagel 2004, Zief 2005, Yavuz 2006).

SPE ile herhangi bir türün derişimini birkaç bin kat arttırmak mümkündür. Bu, genellikle enstrümantal analizlerde başvurulan bir tekniktir. Çünkü özellikle doğal kaynaklardan elde edilen numunelerdeki madde miktarı çoğu zaman, kullanılan spektrofotometrelerin tayin sınırının altındadır. Bu amaç için uygun boy ve çapta bir kolon seçilir, bu da birkaç denemeyle tayin edilebilir. Şunu da belirtmek gerekir ki; bu tür işlemlerde numuneden katı faza geçen tür, uygun bir sıyırma reaktifi ile katı fazdan elue edilir. Deriştirme işlemlerinde çoğu zaman numune matriksi değişir.

Doğal numunelerin bulundukları matriks, enstrümantal analiz için çoğu zaman elverişli değildir. Çünkü bu numunelerde bir dizi girişim kaynağı söz konusudur. Enstrümantal analizlerde sıkça başvurulan yöntemlerden biri de ilgilenilen türün bulunduğu matriksin değiştirilmesidir. Sulu bir numunede bulunan uçucu bileşiklerin gaz kromatografik analizlerinden önce SPE kolonunda tutturulması ve sonra sıcak inert bir gaz ile kolondan sıyırtılarak analiz için gaz kromatografisinin kolonuna gönderilmesi buna örnek olarak verilebilir (Gezici 2004).

Katı maddelerin sorpsiyon özellikleri ile ilgili birçok çalışma yapılmış ve hâlâ yapılmaktadır. Bu tür işlemler genellikle kesikli yöntemlerle yapılmakta ve oldukça zor bir dizi basamaktan oluşmaktadır. Aşağıdaki sürekli SPE yöntemlerinden yararlanarak katıların sorpsiyon özellikleri kolayca incelenebilir:

1) Numune kolona beslenir ve çeşitli zaman dilimlerinde kolonun çıkışından örnekler alınarak analize tabi tutulur.

2) Numune kolona beslenir ve kolondan akan kısım kesiksiz bir şekilde uygun bir detektörden geçirilir. Bu işlemlerin sonucunda “Breakthrough Eğrileri” denilen eğriler elde edilir ve sorpsiyonun mekanizmasında bu eğrilerden elde edilen veriler kullanılır. İleride “Breakthrough Eğrileri” ile ilgili ayrıntılı bilgi verilecektir.

Katı faz ile sıvı fazın birbiriyle etkileştirilme tarzına göre 2 tür SPE yönteminden söz edilebilir:

1) Kesikli Yöntem 2) Sürekli Yöntem 2.2.2.1. Kesikli yöntem

Bu yöntemde; katı faz sıvı numune ile aynı kap içerisinde iyice karıştırılır. Numunede bulunan maddelerin her iki faza karşı gösterdiği ilginin farklı olması, fazlar arasında madde transferini sağlayan temel etmendir. Maddelerin iki faz arasında dağılmasına (daha doğru bir ifadeyle “bulunmasına”) ilişkin denge oluşuncaya kadar sıvı fazdan katı faza madde geçişi devam eder. Denge kurulunca, birim zamanda fazlar arasında aktarılan madde miktarları eşitlenir.

2.2.2.2. Sürekli yöntem

Bu yöntemde; sıvı numune katı bir madde ile doldurulmuş bir kolondan akıtılır ve bu esnada sıvı fazdan katı faza doğru madde geçişi olur. Kolondaki katı faz ile etkileşen sıvı numune kolondan hareket ettikçe içerdiği madde miktarı giderek azalır. Bu yöntemde; sıvı fazın katı faz ile etkileşmesi genelde kısa sürdüğünden, katı faza madde transfer etmiş çözelti kısmı ile katı faz arasında madde geçişine ilişkin dengenin oluşması için yeterli süre yoktur. Sürekli yöntemdeki denge kesikli yöntemdekinden farklıdır. Çünkü kesikli yöntemde tekli bir denge söz konusu iken, sürekli yöntemdeki denge, çoklu bir dengedir. Bunun sebebi, çözünenlerin kolonda ilerlerken sürekli olarak

yeni katı parçacıklar ile ve aynı şekilde katı parçacıkların da sürekli olarak yeni çözelti kısımları ile etkileşmesidir

SPE sadece sıvı bir numuneden çözünenlerin katı bir faza ekstrakte edildiği sistemlerle sınırlandırılmamalıdır. Hava veya diğer gaz numunelerinin kolondan geçirilmesiyle organik buharlar veya numunede bulunan diğer bileşikler de ekstrakte edilebilir (Fritz 1999,Gezici 2004).