固相萃取裝置的選擇及主要應(yīng)用領(lǐng)域

內(nèi)容大綱
什么是固相萃取(SPE)?
SPE、LLE、SLE的差異
固相萃取步驟
常見固相萃取的應(yīng)用
常見固相萃取之設(shè)備配置
 
什么是固相萃取(SPE)?
固相萃取 (Solid Phase Extraction, SPE)是常見的樣品前處理技術(shù)，其結(jié)合了液固萃取(solid liquid extraction)與色譜(chromatography)技術(shù)的優(yōu)點發(fā)展而來，主要用于樣品的分離、純化、富集與濃縮。

固相萃取原理與液相層析(LC)相同，其吸附劑為固態(tài) (稱固定相, stationary phase)，而樣品是液態(tài)，固態(tài)吸附劑以物理或化學(xué)方式吸附液體樣品中的待測物及雜質(zhì)，再藉由與不同介質(zhì)間的吸附力 (adsorption) 與親和力 (affinity) 差異 而達到快速分離、純化的目的。

樣品前處理的方式有很多種，但固相萃取由于操作方便、可降低樣品的復(fù)雜性、降低干擾、提高靈敏度、延長管柱(column)和分析儀器的壽命等特點，目前為HPLC、LC、GC、MS分析中最常使用的前處理技術(shù)之一，其主要的三大優(yōu)勢包括：
1. 去除基質(zhì)干擾 (simplification and purification)
樣品的組成十分復(fù)雜，其所含的干擾物不僅會影響分析訊號的靈敏度，更因為有可能因其長年累月的積累而影響管柱及儀器的壽命。正確的SPE處理可大幅度的減少樣品基質(zhì) (matrix) 對分析物的干擾，得到純凈的萃取物及準(zhǔn)確的分析或定量結(jié)果。
2. 提高待測物濃度 (concentration and trace enrichment)
現(xiàn)今分析的濃度愈來愈低，低至ppb (10-9)、ppt (10-12) 等級，因此如何提高待測物濃度為一問題。SPE可利用待測物與干擾物滯留特性 (retention) 的不同，以大量樣品流過吸附劑，再以少量溶劑將待測物沖堤而出，簡單提高待測物濃度。
3. 分餾 (fractionation) 不同化合物

SPE可將樣品的中多種化合物依其特性而個別分離，如極性、非極性等，以利選擇更合適的方式進行分析。

SPE、LLE、SLE的差異
 
據(jù)統(tǒng)計，樣品制備及樣品前處理所耗費的時間及成本約占現(xiàn)今分析實驗的80%左右，爾后才是量測及分析，因此更簡單、方便的前處理方式為科學(xué)努力的方向。

而前處理手段百百種，包含傳統(tǒng)液液萃取法(liquid-liquid extraction, LLE)、支持性液液萃取(supported liquid extraction, SLE)及蛋白質(zhì)沈淀法(protein precipitation, PPT)等，而固相萃取因其步驟簡單、安全、操作成本低等優(yōu)點，已被廣泛運用于醫(yī)藥、食品安全、環(huán)境、化工等領(lǐng)域。
 

	固相萃取 (SPE)	液液萃取 (LLE)	支持性液液萃取 (SLE)
方法開發(fā) (method development)	需要	需要	需要
環(huán)境污染因素	產(chǎn)生少量溶劑與廢棄塑料	產(chǎn)生大量溶劑廢液	產(chǎn)生中量溶劑與廢棄塑料
操作安全性	少量溶劑曝露	大量溶劑曝露、爆炸隱憂	少量溶劑曝露
主要發(fā)生成本	萃取管	溶劑、粉劑	萃取管
樣品需求	少	多	中
乳化現(xiàn)象 (emulsion)	否	是，故回收率差	否
靈敏度 (sensitivity)	高	低	中
加熱濃縮樣品	可使用其他濃縮方法	是，無其他濃縮方法	可使用其他濃縮方法
自動化	可	否，勞動密集 (搖動)	可
速度	中	慢	快
高通量(high throughput)	高	中	高
降低基質(zhì)影響	是	是	是
限制	無特別限制	不適用于非常極性(very polar)分析物	無特別限制

固相萃取步驟
 
固相萃取的步驟大致可分為：
 
1. 活化(Conditioning)：使用合適的溶劑預(yù)先潤濕吸附劑，此步驟可活化吸附劑表面的配位基、提高后續(xù)吸附能力 。上樣前可使用與樣品預(yù)處理 相同的溶劑再次平衡。
活化步驟至萃取完成前，請避免讓吸附劑呈干燥狀態(tài)，以確保其吸附能力。
2. 上樣 (Loading)：以合適的流速將樣品流過吸附劑，并選擇性地將樣品中的待測物(及些許雜質(zhì))保留于吸附劑上。
3. 洗滌 (Washing)：以溶劑(流動相, mobile phase) 清洗固定相，選擇性地去除結(jié)合強度較低的雜質(zhì)及干擾物�？梢缹嶒炦M行多次洗滌，并逐漸增加溶劑濃度(階段梯度, step gradient)，而達成更完全的分離。
4. 沖堤 (Eluting)，或稱洗脫：以溶劑破壞待測物與吸附劑的結(jié)合，將待測物從吸附劑上移除、回收。若需高濃度的待測物，則可用小體積的溶劑進行沖堤。

常見固相萃取的應(yīng)用
 
固相萃取的檢液幾乎為液態(tài)(極少數(shù)為氣相)，但其應(yīng)用相當(dāng)廣泛，樣品包括環(huán)境檢測 (如廢水、地下水、土壤)、食品安全 (如畜禽產(chǎn)品、中藥材、谷物、海鮮、飲料) 乃至生物樣品 (如血漿、尿液、口水) 皆可使用此技術(shù)分離、純化待測物。惟樣品上樣前需先行制備為液體型態(tài)以利上樣。
詳細(xì)方法可參考附錄：固相萃取標(biāo)準(zhǔn)方法列表
· 學(xué)術(shù)研究，如勝肽及蛋白質(zhì)的去鹽、水溶/脂溶維生素的分離
· 醫(yī)學(xué)檢驗，如藥物濫用、代謝物研究
· 制藥產(chǎn)業(yè)，有效成份萃取、原料品管
· 環(huán)境分析，飲用水、廢水的重金屬、油脂污染
· 食品安全檢測，如蔬果、肉類的農(nóng)藥、抗生素分析

常見固相萃取之設(shè)備配置
 

最常見的SPE做法是使用將含有吸附劑的A.萃取管柱安裝于B.過濾裝置上。為了使液體流過萃取管柱，通常會藉由C. 正壓或負(fù)壓(真空)裝置適當(dāng)加快流速，提升處理效率及質(zhì)量。

A. 萃取裝置(SPE cartridge, SPE column)
常見的有SPE萃取管柱、SPE萃取膜、96孔盤、微量吸管尖 (pipette tip) 等，吸附劑皆已填充于其中�，F(xiàn)今SPE操作中，以萃取管及萃取膜最常使用，可依樣品量的多寡選擇合適的產(chǎn)品。
市售SPE產(chǎn)品的固定相(吸附劑)種類非常多種，如C18、正相、逆相、離子交換樹脂等，可依樣品的基質(zhì)、溶解度、極性等特性進行挑選。
B. 過濾裝置 (SPE manifold)
進行SPE時需要一裝置固定萃取管或萃取膜，此裝置一般稱為過濾座或歧管 (SPE manifold)�？梢垒腿⊙b置類型、樣品數(shù)量及正、負(fù)壓挑選合適的過濾裝置。
 

SPE萃取管柱過濾裝置

SPE萃取膜過濾裝置

C. 其它設(shè)備
進行固相萃取時，通常會藉由施加「正壓」或「負(fù)壓(真空)」使樣品及流動相穩(wěn)定的流經(jīng)固定相(吸附劑)以利吸附、洗滌進行，不僅加快流速，同時也可盡量干燥 (air dry) 萃取管柱或萃取膜，避免影響實驗結(jié)果。
以負(fù)壓輔助萃取為例，其使用真空幫浦將過濾裝置內(nèi)的氣體分子部份抽除，以壓力差提高液體流速。但流速也不宜太快以避免反應(yīng)不完全，因此可挑選帶有調(diào)壓裝置的設(shè)備或幫浦，藉由真空度的調(diào)整而控制流速。另固相萃取多以溶劑進行，如甲醇(methanol)、乙腈(Acetonitrile)等，因此為減緩化學(xué)蒸氣侵蝕，建議采用具耐腐蝕特性之設(shè)備。

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