固相萃取SPE的簡介、優(yōu)勢與應用場景的介紹
分析科學家在確定最好使用哪些工具來獲得所需的結果時面臨許多挑戰(zhàn)。確定樣品前處理工具和方法是可能顯著影響成敗的重要考慮因素。
如果不必進行任何樣品前處理工作，就再好不過了。但在現(xiàn)實中，樣品前處理往往是不可或缺的一環(huán)。您可能需要針對現(xiàn)有樣品優(yōu)化方法，以提高通量或降低每次分析的成本�；蛘撸赡苄枰治龈鞣N不同類型的樣品以報告新的目標化合物。每種新的樣品類型都會帶來不同的分析挑戰(zhàn)。此外，當今的科學家需要分析比以往濃度更低的物質，并且不能犧牲準確度和精密度，面臨著巨大挑戰(zhàn)。
本書旨在幫助您認識和了解樣品前處理技術領域一項非常強大的工具：固相萃取[SPE]。這項技術使用了裝有色譜填料的裝置，本書將說明這項技術如何幫助您應對分析挑戰(zhàn)。
固相萃取的定義
SPE是一項樣品前處理技術，采用固體顆粒色譜填料（通常裝于小柱型裝置中）對樣品的不同組分進行化學分離。樣品幾乎總是處于液態(tài)[盡管一些特殊應用可能會使用一些氣相樣品]。圖1所示為使用SPE裝置處理一個黑色樣品，以便對組成該樣品的各染料化合物進行色譜分離。
可以使用色譜床分離樣品中的不同化合物，提高后續(xù)分析檢測的成功率。例如，SPE常用于選擇性去除干擾物。
嚴格來講，這項技術的正確名稱是“液-固相萃取”(Liquid-Solid Phase Extraction)，因為色譜顆粒是固體，而樣品處于液態(tài)。這里使用的液相色譜基本原理也與HPLC所用相同，但形式不同，原因也不同。這里使用色譜法是為了更好地制備樣品，然后提交進行分析檢測。
在樣品前處理中，樣品來源可能很廣泛，包括生物體液，例如血漿、唾液或尿液；環(huán)境樣品，例如水、空氣或土壤；食品，例如谷物、肉和海鮮；藥物；保健品；飲料；或工業(yè)產品。甚至蚊子頭部也可以作為樣品！當科學家需要分析從蚊子腦部提取的神經(jīng)肽時，SPE是首選的樣品前處理方法[沃特世應用數(shù)據(jù)庫，1983年]。
SPE的四大優(yōu)勢
使用SPE有諸多優(yōu)勢，其中有四大優(yōu)勢值得特別關注。
1. 復雜樣品基質的簡化以及化合物純化
對于分析化學家而言，最棘手的問題之一，就是目標化合物包含在復雜的樣品基質中，例如谷物中的真菌毒素、蝦中的抗生素殘
留，或者血漿、血清或尿液中的藥物代謝物。樣品基質中的大量干擾成分或物質和目標化合物在一起，導致分析極其困難。
首先要解決的問題是分析本身的復雜性，因為存在如此之多的成分，必須分離之后才能鑒定和定量目標化合物。請參見圖2。
分析的穩(wěn)定性可能不足，因為任何細微變化都可能影響一對關鍵分析物的分離度。
另一個考慮因素是，原始樣品基質中存在的所有干擾物都有可能導致儀器停機，因為每次進樣都會積聚污染。如果在樣品前處理過程中去除了干擾物，則可以使用更簡單、更穩(wěn)定的方法來分析目標化合物。如圖3所示，圖中比較了原始樣品（上圖）與使用SPE方法制備的新樣品（下圖）。
簡化樣品基質的另一個優(yōu)勢是提高了定量準確度。圖4中化合物1的頂部藍色跡線起初看起來可以接受。但與正下方紅色的空白樣品基質跡線相比，它實際受到了來自樣品基質的一些污染。經(jīng)過適當?shù)腟PE方案處理后，下方跡線顯示了不存在干擾問題的同一化合物，使定量更加準確。
另一個示例如圖5所示。上方跡線顯示，樣品基質對化合物1和2均存在顯著干擾。下方跡線顯示，由于使用SPE進行了適當?shù)臉悠非疤幚�，結果得到大幅改善[干凈的基線]。請注意，更干凈的基線有助于提高分析結果準確度。此外，如果樣品需要對該化合物進行分離和純化，則可以獲得更純凈的提取物。
2. 減弱MS應用中的離子抑制效應或離子增強效應
復雜樣品基質帶來的第二個問題體現(xiàn)在質譜儀輸出[LC-MS或LC/MS/MS]上。為獲得適當?shù)腗S信號響應[靈敏度]，必須形成合適的化合物離子。如果化合物離子的形成受到樣品基質中干擾物的抑制，信號強度將大幅下降。
可以在圖6中看到這種效應。上圖是注入用生理鹽水制備的目標化合物溶液的信號。下方跡線顯示，當分析人血漿中所含的這些相同化合物時，信號響應顯著下降[抑制率 > 90%]。對于下方跡線，僅執(zhí)行了常規(guī)蛋白沉淀步驟。該技術無法清除引起離子抑制的基質干擾物，導致信號響應不佳。
這種抑制效應另一個很好的示例可參見圖7。在MS輸出的上方跡線中，血漿樣品只經(jīng)過蛋白沉淀步驟處理，可以看出特非那定峰受到80%的抑制。在下方跡線中，同樣的樣品使用SPE方法進行了處理，可以看出離子抑制效應非常小。由于去除了樣品基質中的干擾物，因此能夠形成合適的化合物離子，從而獲得更出色的信號。
有時，樣品基質中的干擾物會人為增加化合物信號的報告值。這種現(xiàn)象稱為離子增強效應，會導致誤報偏高的信號值。適當?shù)腟PE方法可以清除化合物中的干擾物，盡可能減弱該效應，從而得到更準確的報告值。
3. 按類別分餾樣品基質以分析化合物的能力
分析人員要處理的樣品可能包含許多化合物，需要按不同類別分離這些化合物，以便更有效地完成進一步分析。例如，軟飲料的配方中包含多種化合物�？梢蚤_發(fā)一種SPE方法來分離不同類別的化合物，例如按極性分離。極性化合物與較為非極性的化合物可以作為分離餾分收集，然后就能以更有效的方式分別分析這兩種餾分，因為它們的化合物相似度較高。
圖8的示例說明了SPE的分餾能力。在這里，一種復雜的干粉樣品[紫葡萄飲料混合物]輕松分離成四種餾分：一個僅含極性化合物的餾分、一個純化的紅色化合物、一個純化的藍色化合物，最后一個餾分包含所有剩余的非極性極強的化合物。本書其他地方會介紹這種能力的強大之處。
4. 痕量目標物的濃縮（富集）
如今，分析人員經(jīng)常需要報告濃度水平遠低于以往的化合物，可能低至萬億分之一[ppt]甚至更低。在純樣品中，這些濃度通常低于分析儀器的靈敏度。
分析環(huán)境樣品中的痕量污染物或生物體液中隨時間推移形成的代謝物就是一個很好的例子。圖9中的上方跡線顯示，原始純樣品中目標化合物的信號響應不佳。上方跡線使用相同的分析條件，但樣品是通過痕量濃縮策略中所用的SPE方法制備的，可以看到該化合物的信號強度明顯增加。利用這個結果，即可準確計算出純樣品中的原始化合物濃度。
如果沒有SPE中色譜填料的保留能力，使用其他樣品前處理方法就算可行，也很難對特定化合物進行痕量濃縮。
總結
正如我們所看到的，帶有色譜床的SPE裝置可以執(zhí)行四項關鍵功能，從而提高樣品分析的成功率。請參見圖10
