The Effect of Sorbent Particles in a Binder on the Mass Transfer Kinetics in Separation Media: In Silico Study and Experimental Verification

吸附剂 萃取(化学) 化学 传质 涂层 扩散 复合数 色谱法 膜 固相萃取 相(物质) 动力学 化学工程 复合材料 材料科学 有机化学 热力学 吸附 生物化学 物理 量子力学 工程类
作者
Emir Nazdrajić,Khaled Murtada,Janusz Pawliszyn
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:93 (44): 14764-14772 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.1c03373
摘要

Selecting the optimal binder and the sorbent affinity for selected compounds can cause the composite to behave either as an efficient extraction coating, as a permeable membrane, or as an impermeable barrier. If the compound partitions onto the sorbent with high preference, it becomes stationary and the composite behaves as an impermeable barrier, while appropriately optimized affinity will result in effective permeation. To understand this phenomenon, we utilize solid-phase microextraction to characterize the mass transfer attributes of different separation composites. Our results indicate that for strong sorbents, the extraction rate is primarily controlled by the diffusion in the extraction phase rather than the sample matrix, even if it is relatively thin. Low analyte diffusion is caused by the retarding force generated by the partitioning of analytes into the sorbent, as migration through the composite is driven by the unbound form of the compound in the binder. One of the main contributions of this work is that an understanding of the extraction composite parameters that control mass transfer during extraction enables better optimization of binder/sorbent extraction phase composition for a given application. Another contribution of this work shows how a heterogeneous coating model can be simplified into a homogeneous coating model. The developed models enable an enhanced understanding of mass transfer kinetics, and they provide insight into how to optimize the extraction phase parameters for a given method involving sorbent particles in polymeric media, including membranes and paints, in addition to extraction coatings.
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