Tek damla mikroekstraksiyon (SDME)

Ekstraksiyon ortamının tek damla olduğu sıvı faz mikroekstraksiyon tekniğine tek damla mikroekstraksiyon denir (Dadfarnia ve Shabani, 2010). Büyük örnek hacminden çok küçük bir damla içine (ekstraktant faz) analitlerin geçişini esas alan hızlı, basit, düşük maliyetli ve neredeyse çözücüsüz (solvent free) örnek hazırlama tekniğidir. SDME, sadece analiz için ekstrakte edilecek yada önderiştirilecek analit veya analitlerin küçük fraksiyonudur (Pena-Pereira ve diğ., 2009).

SDME’nin analitlerin ekstrakte edilmesinde, doğrudan tek damla mikroekstraksiyon (DI- SDME), tepe boşluğu tek damla mikroekstraksiyon (HS-SDME), sıvı-sıvı-sıvı mikroekstraksiyon (LLLME), sürekli akış mikroekstraksiyon (CFME) olmak üzere 4 farklı uygulaması vardır (Şekil 4.1).

Direkt tek damla mikroekstraksiyon (SDME) (Şekil 4.1A), sulu faz ile mikro şırınga iğnesinin ucundaki organik çözücü (birkaç mikro litre hacimdeki mikro damla) arasında analitlerin dağılması prensibine dayanmaktadır. Analitin bulunduğu sulu çözeltiden analit, mikro damla içine ekstrakte edilir. Ekstraksiyondan sonra, mikro damla, mikro şırınga ile geri alınır ve gaz kromatografisi ya da yüksek performanslı sıvı kromatografisi kolonuna enjekte edilir (Psillakis ve Kalogerakis, 2002).

A B C

Şekil 4.1: Direkt tek damla mikroekstraksiyon (A), Tepe boşluğu mikroekstraksiyon (B) ve Sıvı-sıvı-sıvı mikroekstraksiyonun (C) şematik gösterimi. (Pena- Pereira ve diğ., 2009)

Direkt SDME’nin en büyük dezavantajı, özellikle temiz olmayan örneklerde yüksek karıştırma hızı ve sıcaklıklara bağlı olarak damlanın kararsız olmasıdır (Pena-Pereira, 2009). Özellikle 1700 rpm’den daha yüksek karıştırma hızında organik damla dayanıklı değildir (Dadfarnia ve Shabani, 2010). Ayrıca nispeten suda yüksek çözünürlük ve düşük kaynama noktasına sahip çözücüler direkt SDME için uygun değildir. Asidik parçalama sonucu elde edilen örnekler veya büyük apolar türler varlığında organik faz doygun hale gelebileceğinden bu ekstraksiyon türü sıkıntılı olabilir.

Direkt SDME, çeşitli su ve biyolojik örneklerdeki bazı metallerin tayinine başarıyla uygulanmıştır (Fan ve Zhou, 2006, Lin ve Whang, 2007, Manzoori ve diğ., 2009). Tepe boşluğu tek damla mikroekstraksiyon (HS-SDME) (Şekil 4.1B), uçucu veya yarı uçucu bileşiklerin örnek çözelti üzerindeki boşlukta tutulan mikrodamlaya ekstraksiyonunu esas alan örnek hazırlama tekniğidir. Đlk kez Theis ve diğ. (2001) tarafından uygulanmıştır (Pena-Pereira, 2009). Bu metotta analitlerin, belirli bir sıcaklıktaki örnek çözeltinin tepe boşluğundaki mikroşırınganın ucundan, susuz çözücünün askıdaki bir mikrolitresine ekstraksiyonu gerçekleşir. Damla ekstraksiyon süresince mikroşırınganın ucunda kalır ve sonra damla şırınganın içine çekilerek ekstrakte edilen analitin tayininde kullanılır. Bu yöntemde analitler sulu örnek çözelti, tepe boşluğu ve organik damla olmak üzere üç faz arasına dağılır (Dadfarnia ve Shabani, 2010). Gaz fazındaki büyük difüzyon katsayısına bağlı olarak tepe

boşluğundaki kütle aktarımı hızlı gerçekleşir. Örnek çözeltinin karıştırılması sulu fazdaki kütle aktarımını arttırır ve tepe boşluğuna geçişin başlamasına neden olur. Böylelikle sulu faz ile buhar fazı arasında termodinamik dengeye hızlıca ulaşılır. Kütle aktarım hızı, hem sulu faz karıştırma hızı hem de ekstraksiyon fazına analitlerin difüzyonu ile sınırlıdır (Theis ve diğ., 2001). Türleyici reaktif içeren asılı damlanın gaz fazına maruz bırakılmasıyla tek bir damlada mikroekstraksiyon, önderiştirme ve türleme yapılabilir (Fiamegos ve Stalikas, 2007).

Bu metotta düşük buhar basıncına sahip çözücüler kullanılır. Bu ekstraksiyon türü metalloidlerin, organometallerin ve ametallerin tayininde yaygın olarak kullanılmaktadır (Chamsaz ve diğ., 2003, Fraguerio ve diğ., 2004, Gil ve diğ., 2005, Fraguerio ve diğ., 2006, Gil ve diğ., 2009).

Sıvı-sıvı-sıvı mikroekstraksiyon (LLLME) (Şekil 4.1C), 1999’da Ma ve Cantwell tarafından “eşzamanlı geri ekstraksiyonlu çözücü ekstraksiyonu” olarak tanımlanan, iyonlaşabilen analitler için uygun bir mikroekstraksiyon çeşididir. Üç fazlı tek damla mikroekstraksiyon olarak da adlandırılan bu yöntem, analitlerin karıştırılan sulu örnek çözeltiden, sudan daha düşük yoğunluklu organik tabaka veya membran içerisine ekstraksiyonunu ve eşzamanlı olarak da sulu mikrodamla içerisine geri ekstraksiyonunu esas alır (Pena Pereira ve diğ., 2009). pH ayarlanması veya sulu çözelti fazına kompleksleştirici reaktif ilavesiyle analitler organik faz içerisine ekstrakte edilebilen nötral, lipofilik formlarına dönüşürler. Son olarak sulu mikrodamlanın şartlarının ayarlanmasıyla analitler bu faza geri ekstrakte edilir. Son ekstrakt sulu fazda olduğundan bu mikroekstraksiyon çeşidi türü HPLC, kapiler elektroforez ve atomik spektroskopi ile gerçekleştirilecek tayinler için uygun bir yöntemdir (Dadfarnia ve Shabani, 2010).

Chamsaz ve diğ. (2008), gümüşün grafit fırınlı atomik absorpsiyon spektrometrisi ile tayini için üç fazlı tek damla mikroekstraksiyonu kullanmış ve geliştirilen yöntemi su örneklerine uygulamışlardır.

Fan ve Liu (2008), su örneklerindeki metilciva ve fenilcivanın kapiler elektroforez ile tayini için önderiştirme yöntemi olarak LLLME’yi kullanmışlardır.

Sürekli akış mikroekstraksiyon (CFME) (Şekil 4.2A), Liu ve Lee (2000) tarafından geliştirilen sıvı-sıvı mikroekstraksiyon çeşididir. Bu yöntemde

enjekte edilir ve devamlı örnek çözelti akışının olduğu PEEK (polietereterketon) tübingin çıkış ucunda tutulur. Örnek çözelti, cam ekstraksiyon hücresinden atığa doğru akarken çözücü damla sürekli olarak örnekle etkileşir ve ekstraksiyon gerçekleşir.

Çözücü damlasının sürekli akmakta olan örnek çözeltisi ile tamamen ve sürekli olarak etkileşim halinde olması bakımından CFME diğer ekstraksiyon yöntemlerinden ayrılmaktadır. Mekanik kuvvetlerden kaynaklanan moleküler momentum ve difüzyon, ekstraksiyon veriminin artmasına katkıda bulunmaktadır. HPLC enjeksiyon valfi kullanılarak çözücü damla boyutunun hassas olarak kontrol edilmesiyle istenmeyen hava kabarcıkları önlenebilir. Yöntemin diğer bir avantajı da yüksek önderiştirme faktörünün elde edilebilmesidir (Sarafraz-Yazdi ve Amir, 2010). Xia ve diğ. (2005), CFME’de bazı değişiklikler yaparak, atığın olmadığı örnek çözeltiden ekstraksiyon hücresine sürekli akışın olduğu geri dönüşümlü akış sistemi (Şekil 4.2B) geliştirmişlerdir.

Şekil 4.2: Sürekli akış mikroekstraksiyon (A) ve geri dönüşümlü (devirli) akış mikroekstraksiyonun (B) şematik gösterimi (Pena-Pereira ve diğ., 2009) Sürekli akış mikroekstraksiyon, ICP-MS ile çevresel ve biyolojik örneklerde Cd ve Pb (Li ve diğ., 2006), ETAAS ile su örneklerinde de Pb tayininde (Cao ve diğ., 2008) önderiştirme yöntemi olarak kullanılmıştır.

Xia ve diğ. (2008), iyonik bazlı geri dönüşümlü (devirli) akış tek damla mikroekstraksiyon yöntemini ETV-ICP-MS ile birleştirerek biyolojik ve çevresel örneklerdeki eser miktardaki Co, Hg ve Pb tayini için kullanmışlardır.