SPE 입문자 가이드

SPE(고체상 추출법) 개요

SPE(고체상 추출법)라는 용어를 헷갈리지 마십시오. 일반적인 SPE 장치는 단순한 단일 액체-액체 추출보다 50배 높은 분리능을 가지고 있습니다. SPE는 사실상 컬럼 액체-고체 크로마토그래피입니다. SPE는 액체 크로마토그래피[LC] 방식이기 때문에, 실제 사용 시에는 LC 원칙의 적용을 받습니다. 크로마토그래피 충전제[고정상]의 적절한 입자 또는 다른 형태의 베드를 포함하는 컬럼 또는 카트리지 장치에 샘플이 주입됩니다. 용매[이동상]가 베드를 통해 흐릅니다. 이동상 및 고정상의 적절한 조합을 선택하면 샘플 성분이 컬럼 베드를 직접 통과하거나 선택적으로 머무르게 할 수 있습니다

샘플의 개별 화합물은 일반적으로 장치를 통해 각기 다른 속도로 이동하는 것으로 나타납니다. 약한 용매를 사용하면 용매가 천천히 움직이거나 강하게 머무릅니다. 더 강한 용매는 베드를 통과하는 속도를 높이고 더 농축된 부피로 분석물을 용리시킵니다. SPE 장치로부터의 용리는 일반적으로 선택된 분석물이나 간섭이 완전히 유지되거나 계단식(step) 그래디언트라고 불리는 그래디언트 용리의 변형이 빠르게 용리되는 연속이 아닌 일련의 이산적인 단계에서 이동상의 세기를 증가시킴으로써 수행됩니다.

가장 일반적으로 SPE는 초소형 컬럼 또는 카트리지 장치를 사용하여 실행됩니다. 여기에서 예시를 볼 수 있습니다. 3가지 염료의 혼합물이 약한 용매로 카트리지에 로드되어, 좁은 띠에 강한 샘플 머무름이 발생하며, 이는 컬럼 inlet에서 검은색으로 나타납니다. 연속적으로 더 강한 용매를 사용하는 그 후의 그래디언트 단계는 염료를 개별적으로[노란색, 빨간색, 파란색] 용리시키는 데 사용됩니다.

일반적인 SPE 카트리지는 용매 저항성 플라스틱으로 구성되거나 직경이 30μm 이상인 입자로 채워진 유리로 구성된 저압 장치입니다. 적절한 유량은 중력이나 진공 또는 낮은 양압을 통해 얻을 수 있습니다. [후자의 경우 컬럼의 열린 inlet 부분에 캡을 씌우거나 inlet 및 outlet 피팅이 있는 밀폐 장치를 사용해야 합니다.]

샘플 전처리의 중요성

지난 20년 동안, 분석 기기와 실험실 정보 관리 시스템의 극적인 발전으로 분석 전문가의 주요 업무는 분석 측정에서 샘플 전처리 및 데이터 프로세싱로 바뀌었습니다. 더 높은 감도, 선택성, 정확도, 정밀도, 처리할 샘플 수에 대한 요구사항이 더욱 엄격해짐에 따라, 분석 및 데이터의 수집 속도와 정확성의 정도는 기존 샘플 수집 및 전처리 기술의 개선 사항을 능가하는 수준으로 높아지고 있습니다. 일부 추정에 따르면, 근래 분석 실험실의 작업 활동 및 운영비의 75~80%는 분석 분리 및/또는 측정 장치에 도입 또는 주입하기 위한 샘플을 처리하고 준비하는 데 사용됩니다. 따라서 샘플 전처리 프로토콜을 간소화하기 위한 노력과 제품이 분석 과학의 향후 발전에 필수적인 요소라는 것은 자명한 사실입니다.

샘플 전처리의 목표

대부분의 분석 기술[HPLC, GC, 분광광도법, RIA 등]에서 샘플 전처리의 3가지 목표는 다음과 같습니다.즉, 검출 또는 측정에

• 적합한 농도의
• 간섭 매트릭스 요소가 없는 용액에
• 원하는 샘플 성분을 제공하는 것입니다.

이러한 목적을 달성하기 위해 용해, 균질화, 추출[액체상 또는 고체상], 여과, 농축, 증발, 분리, 화학적 유도체화, 표준화[내부 또는 외부] 등 기존의 분석법으로 샘플 또는 그 대표적인 부분[쉽게 얻을 수 있는 것은 아님]을 전처리합니다.

일반적으로 이러한 분석법에는 샘플 전처리 프로토콜을 구성하는 여러 단계를 조합하는 방식이 사용됩니다. 주어진 프로토콜에서 사용되는 단계와 분석법이 적을수록 간단하고 편리하며, 비용 효율적이고, 보다 적은 시간을 소비합니다. 간소화된 프로토콜은 자동화를 지원하며 정확성, 신뢰성, 재현성 및 안전성을 높여줍니다.

샘플 전처리 방법의 혁신성

샘플 전처리의 목표를 달성하기 위해 표준 도구와 기술을 결합하는 많은 방법이 있습니다. 그러나 다음과 같이 샘플 전처리 프로토콜을 간소화하기 위한 혁신적인 수단을 찾는 것이 가장 좋습니다.

• 가능한 경우 여러 단계의 기능을 하나의 작업으로 결합해야 합니다.
• 불필요한 샘플 전달 및 조작 과정을 제거합니다.
• 가능한 한 규모[시간, 노동, 비용 절약]를 축소합니다.
• 창조적인 방법으로 새로운 도구를 사용합니다.

SPE[고체상 추출법] 카트리지의 이점

다른 샘플 전처리 프로세스와 비교할 때 SPE 카트리지를 사용한 고체상 추출법은 다음과 같은 이점을 제공합니다.

SPE[고체상 추출법]를 통한 샘플 전처리 목표 달성

• 관심 분석물 다음에 용리되거나, 강하게 흡착된 샘플 성분을 제거하는 방법
  • 고체상 추출법에 분석 HPLC 컬럼과 동일한 흡착 표면 케미스트리를 사용합니다.
  • 분석물을 선택적으로 용리시키기 위해 그래디언트 단계를 조정합니다.
• 관심 분석물과 함께 용리되는 샘플 성분을 제거하는 방법
  • 고체상 추출법에 분석 컬럼과 동일한 흡착 표면 케미스트리 및/또는 분리 모드를 사용합니다.
  • 분석물을 선택적으로 용리시키기 위해 그래디언트 단계를 조정합니다.
• 저농도로 존재하는 샘플 성분을 농축하는 방법:
  • 분석물을 선택적으로 용리시키기 위해 그래디언트 단계를 조정합니다.
  • ‘큰’ 샘플 부피를 흡착 촉진 용매에 사용합니다.
  • ‘작은’ 수집 부피를 탈착 촉진 용매에 사용합니다.
  • 분석 컬럼과는 무관하게 분석물에 맞춘 Sorbent 케미스트리를 사용합니다.
  • 고체상 추출법 컬럼의 케미스트리를 신중하게 선택하므로 추가적인 샘플 전처리가 필요하지 않습니다.
• 샘플을 탈염하는 방법:
  • 먼저, 머무르지 않은 상태에서 염을 분해하는 동안 역상 Sorbent에 분석물을 흡착시킵니다.
  • 잔류한 염을 제거하기 위해 물을 사용한 후, 물과 섞일 수 있는 유기 용매를 사용하여 분석물을 탈착시킵니다.
• 용매를 교체하는 방법:
  • 샘플을 머무름성이 강한 Sorbent에 완전히 흡착시킨 후 원래 용매를 약한 용리액으로 씻어냅니다.
  • 원하는 용매로 분석물을 용리시킵니다.
• 화합물의 부류를 구별하는 방법
  • 계단식 그래디언트 시퀀스를 통해 소수성, 극성 또는 전하를 기준으로 샘플에 대해 공통 특성을 공유하는 분석물 그룹을 포함하는 분획으로 나눕니다.
• 고체상 시약을 사용하여 분석물을 유도체화하는 방법:
  • Sorbent 표면에 유도체화 시약을 흡착시킵니다. 그런 다음 분석물의 완전한 흡착이 이루어지는 조건에서 샘플(일반적으로 기체)을 수집하고 반응이 일어날 때까지 기다린 다음 유도체를 선택적으로 용리시킵니다.