SPE初学者指南

什么是固相萃取(SPE)？

不要被术语“固相萃取[SPE]”弄糊涂。典型SPE装置的分离能力是简单的单一液-液萃取的50倍。SPE实际上是柱液-固相色谱。SPE是一种液相色谱[LC]，因此它的应用基于LC原理。样品将上样到包含适当颗粒床或其他形式的色谱填料[固定相]的色谱柱或小柱装置中。溶剂[流动相]流经柱床。通过选择适当的流动相和固定相组合，样品组分可能会直接通过柱床，也可能选择性保留在柱中。

样品中的各个化合物通常会以不同的速度通过装置。使用较弱的溶剂，将使组分移动缓慢和/或得到强保留。更强的溶剂将加快组分通过柱床的速度，并以更浓缩的体积洗脱分析物。SPE装置的洗脱通常通过在一系列离散、不连续的步骤中增加流动相强度来完成，在这些步骤中，选定的分析物或干扰物质得到完全保留，或者快速洗脱（这种梯度洗脱的变化形式称为分级梯度）。

最常见的是使用微型柱或小柱装置进行SPE。此处给出了一个示例。在弱溶剂中将三种染料的混合物上样到小柱中，可观察到在色谱柱入口处呈黑色的样品窄谱带中样品的强保留性。随后的梯度步骤（每个步骤都包含逐渐增强的溶剂）用于单独洗脱染料[依次为黄色、红色和蓝色]。

典型的SPE小柱为低压装置，由耐溶剂塑料或玻璃制成，填充直径≥30 µm的颗粒。通过重力或借助真空或低正压来达到合适的流速。[后者需要在色谱柱的开口处上加盖或使用带有入口和出口接头的密封装置。]

样品制备的重要性

在过去二十年中，分析仪器和实验室信息管理系统的巨大进步使分析人员的主要任务从分析测定转移到样品制备和数据处理。随着分析研究对更高灵敏度、选择性、准确度、精度和样品处理数量的要求不断提升，对分析速度、分析精密度以及数据采集的要求也越来越高，已远超过了许多传统样品采集和制备技术的发展速度。据估计，现代分析实验室中75%～80%的工作活动和运营成本是用来处理和制备样品，使样品能够注入或进样到分析分离和/或测量装置中。显而易见的是，为简化样品制备方案而进行的工作和设计的产品对分析科学的未来发展至关重要。

样品制备的目标

对于大多数分析技术[HPLC、GC、分光光度法、RIA等]而言，成功的样品制备有三重目标：即，提供目标样品组分

• 溶液
• 不含干扰基质元素
• 且组分浓度适合用于检测或测量

为实现这些目标，可通过溶解、均质化、萃取[液相或固相]、过滤、浓缩、蒸发、分离、化学衍生化、标准化[内部或外部]等传统方法制备样品或其代表性部分[并不总是容易获得]。

通常会在多个步骤中组合使用这些方法，形成样品制备方案。任何给定方案中使用的步骤和方法越少，方案就越简单、越方便、越经济高效，且耗时越短。越简单的方案越容易实现自动化，也更容易提高准确度、可靠性、重现性和安全性。

样品制备方法的创新

有许多方法，结合标准工具和技术来实现样品制备的目标。但是，最好能够寻求创新的方法以简化样品制备方案：

• 如果可能，将几个步骤的功能合并到单项操作中；
• 省去不必要的样品转移和操作；
• 尽可能减小规模[节省时间、人力和成本]；
• 创造性地使用新工具。

固相萃取[SPE]小柱的优势

与其他样品制备过程相比，使用SPE小柱进行固相萃取可带来诸多优势：

通过固相萃取[SPE]实现样品制备目标

• 要去除目标分析物之后洗脱或强烈吸附的样品成分：
  • 使用与分析型HPLC柱具有相同表面化学性质的固相萃取吸附剂。
  • 为分析物制定专门的梯度步骤以选择性地洗脱分析物。
• 要去除与目标分析物共洗脱的样品组分：
  • 使用与分析柱具有不同表面化学性质的固相萃取吸附剂和/或分离模式。
  • 为分析物制定专门的梯度步骤以选择性地洗脱分析物。
• 要富集低浓度的样品组分：
  • 为分析物制定专门的梯度步骤以选择性地洗脱分析物。
  • 在促进吸附的溶剂中使用较“大”的样品体积。
  • 在促进脱附的溶剂中使用较“小”的收集体积。
  • 使用的吸附剂化学性质应专门针对分析物，与分析柱中的吸附剂化学性质无关。
  • 精心选择固相萃取色谱柱的填料，避免进一步制备样品。
• 要对样品进行脱盐：
  • 首先，将分析物吸附到反相吸附剂上，而盐穿过而未保留。
  • 然后，用水洗去残留的盐，使用可与水混溶的有机溶剂使分析物解吸。
• 要更换溶剂：
  • 将样品完全吸附到具有强保留能力的吸附剂上，并用较弱的洗脱液冲洗掉原始溶剂。
  • 用所需溶剂洗脱分析物。
• 要区分化合物类别：
  • 使用分级梯度序列将样品组分按照疏水性、极性或电荷划分到具有共同特性的分析物组中。
• 为使用固相试剂对分析物进行衍生化：
  • 将衍生化试剂吸附于吸附剂表面；然后，在有利于分析物完全吸附的条件下收集样品（通常是气体）；等待反应发生，然后选择性地洗脱衍生物。