SPE初學者指南
提升樣品前處理成效的強大工具
分析科學家判斷該使用哪些工具才能得到理想成果時，往往會面臨許多挑戰。判斷適當的樣品前處理工具和方法是相當重要的考慮因素，可能會大幅影響分析成敗。
如果可以完全略過樣品前處理步驟，就再好不過了。然而，在現實中，樣品前處理往往是不可或缺的流程。您可能需要改善用於分析某種現有樣品的方法，以提高通量或降低每次分析的成本。或者，您可能必須分析各式各樣不同類型的樣品，以報告新的相關化合物。每種新的樣品類型都會帶來不同的分析挑戰。此外，相較於過去，現今科學家還得在不影響準確度和精密度的前提下報告更低濃度的值，任務更加艱鉅。
本書旨在協助您認識及瞭解一項在樣品前處理技術方面功能相當強大的工具：固相萃取[SPE]。SPE技術採用裝有層析填充材料的裝置，您將透過本書瞭解這項技術如何幫助您克服分析方面的挑戰。
固相萃取的定義
SPE是一項樣品前處理技術，運用固體顆粒型態的層析填充材料（通常以匣式裝置盛裝）以化學方式分離樣品的不同成分。樣品幾乎一律是液態[雖然某些特殊應用可能會使用一些氣相樣品]。圖1所示是使用一台SPE裝置處理一份黑色樣品，組成該樣品的各染料化合物以層析方式分離。
圖1.SPE方法範例
可以使用填充床分離樣品所含的不同化合物，提高後續分析檢驗的成功率。例如，SPE常用於選擇性地去除干擾物。
嚴格說起來，這項技術的正確名稱是「液固相萃取」(Liquid-Solid Phase Extraction)，因為層析分離顆粒是固態，而樣品是液態。這裡採用的液相層析基本原理與HPLC所用相同，只是格式和理由不同。這項技術運用層析方法更好地製備樣品，以利後續交出去進行分析檢驗。
在樣品前處理流程中，樣品的來源範圍可能很廣泛，包括生物流體如血漿、唾液或尿液；環境樣品如水、空氣或土壤；食品如穀物、肉類和海鮮；藥物；保健品；飲料；或是工業製品。就連蚊子的頭部也可能是樣品！某科學家在需要分析萃取自蚊子腦部的神經肽時，選擇的樣品前處理方法就是SPE [Waters應用資料庫，1983年]。
SPE的四大優點
使用SPE有許多優點，其中有四大優點特別值得注意。
1. 簡化複雜樣品基質以及化合物純化
對分析化學家而言，倘若相關化合物包含在複雜的樣品基質中（如穀物所含的黴菌毒素、小蝦所含的抗生素殘留，或是血漿、血清或尿液所含的藥物代謝物），往往會是十分棘手的問題。樣品基質含有大量會造成干擾的成分或物質，再加上相關化合物，分析起來極度困難。
首先要解決的問題在於，由於成分物質相當多，必須分離過後才能鑑定和定量相關化合物，因此這類分析本身就相當複雜。請見圖2。
圖2.複雜樣品範例。
分析的穩固性可能不夠，因為任何細微變化都有可能影響一對關鍵分析物分離的解析度。
另一個考量因素是，原始樣品基質中的所有干擾物都有可能導致儀器故障，因為每次進樣都會堆積污染物。倘若在樣品前處理過程中去除了干擾物，就能以更簡單、更穩固的方法分析相關化合物。圖3的上半部是原始樣品，下半部是用SPE方法製備的新樣品，兩者對照就能看得出來前述說明。
圖3.樣品基質複雜程度比較。
簡化樣品基質的另一個好處就是能提高定量準確度。圖4中化合物1的頂部藍色譜線起初看似在接受範圍內。但與正下方所示空白樣品基質的紅色譜線比較之下就能看出，它其實受到了來自樣品基質的一些污染。經過正確的SPE實驗步驟處理後，下半部的譜線顯示相同化合物未受干擾，使定量準確度更高。
圖4.透過更好的樣品前處理提高定量效能。
圖5顯示另一個範例。上半部譜線顯示樣品基質對化合物1和化合物2造成的嚴重干擾。下半部譜線所示的結果更好[基線清晰]，這是因為使用SPE進行了正確的樣品前處理。請注意，基線越清晰，分析結果的準確度越高。此外，倘若樣品需要分離以及純化該化合物，就能得到更純淨的萃取物。
圖5.運用SPE技術大幅改善基線。
2. 降低MS應用中的離子抑制或增強
我們可以從質譜儀的輸出結果[LC-MS或LC/MS/MS]看出複雜樣品基質的第二個問題。要得到正確的MS訊號值[靈敏度]，前提是必須能夠正確形成化合物離子。倘若樣品基質中的干擾物抑制了化合物離子的形成，訊號強度就會大幅降低。
圖6示範了這種效應。上半部的輸出結果是注入用生理食鹽水溶解之相關化合物的訊號。從下半部的譜線則可看出，分析人類血漿所含相同化合物時，訊號大幅降低[抑制90%以上]。下半部譜線只進行了普通的蛋白質沉澱步驟，這項技術並不能清除引起離子抑制的基質干擾物，導致訊號值不佳。
圖6.樣品基質所致離子抑制範例。
圖7是另一個呈現這類抑制效應的好範例。MS輸出結果的上半部譜線是只以蛋白質沉澱步驟製備的血漿樣品，可以看出特芬那定訊號峰遭到80%的抑制。下半部譜線代表以SPE方法製備的相同樣品，可以看出離子抑制非常小。由於去除了樣品基質中的干擾物，能正確形成化合物離子，訊號自然會更好。
圖7.運用正確的SPE降低了離子抑制。
在某些情況下，樣品基質中的干擾物可能會造成化合物訊號增加的假象。這種現象稱為離子增強，會導致誤報偏高的訊號值。正確的SPE方法能清除化合物中的干擾物，盡可能降低這類效應，因此能夠提高報告值的準確度。
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，需要將這些化合物分門別類地分離，從而提高後續分析作業的效率。例如，非酒精飲料的配方就包含相當多化合物。可以開發一種SPE方法來分離不同類別的化合物，例如按化合物的極性分類。極性化合物與較為非極性的化合物可以作為分離的餾分收集到，之後可以運用更有效的方式分別分析這兩種餾分，因為其化合物相似度較高。
圖8舉例說明SPE分餾法的強大之處。在這裡，一種複雜乾粉樣品[紫葡萄飲料混合物]輕鬆被分離成四個餾分：一份單純的極性化合物、一份純化的紅色化合物、一份純化的藍色化合物，最後一個餾分則包含其餘所有非極性化合物。本書其他部分會介紹這種分離能力的強大之處。
圖8.SPE樣品前處理。
如需關於SPE樣品分餾的詳細探討內容，請參閱第125頁的「方法開發」一節。
4. 微量濃縮[富集]極低濃度化合物
現今，分析人員往往需要報告濃度水平遠低於過去的化合物，一般低至兆分之一[ppt]甚至更低水平。純樣品中這些水平通常會低於分析儀器的靈敏度效能。
分析環境樣品中的微量污染物或生物流體中久而久之形成的代謝物就是個很好的例子。圖9上半部的譜線顯示原始純樣品中相關化合物的訊號值不佳。下半部譜線使用相同的分析條件，但樣品是以微量濃縮策略中所用SPE方法製備的，可以看到該化合物的訊號強度大幅增加。利用這個結果，就可以準確計算出純樣品中的原始化合物濃度。
圖9.微量濃縮範例。
如果少了SPE中層析填充材料的滯留能力，使用其他樣品前處理方法會非常難以（即便並非不可能）微量濃縮特定化合物。
總結
如我們剛才所見，附填充床的SPE裝置可以執行四大關鍵功能，提高樣品分析的成功率。請見圖10。
圖10.SPE的強大功能。
在本書中，我們努力提供所有SPE基礎知識和成功運用技巧，這些基礎知識和成功運用技巧來自世界各地的科學家，他們在過去三十年中一直依賴這項技術。如今，科學家們發現SPE在難以解決的樣品前處理和分析問題方面比以往任何時候都更加有用。
希望本書能讓您瞭解和掌握SPE的能力，這樣您就可以在實驗室中運用這項技術的強大功能。
