SPE初學者指南

何謂固相萃取(SPE)？

別因固相萃取[SPE]一詞而困惑。典型SPE裝置的分離能力是簡易型單純液液萃取裝置的50倍。SPE其實就是管柱液固層析法。由於SPE屬液相層析法[LC]，因此其實務以LC原理為準據。將樣品注入管柱或萃取匣裝置中，其中含有適當顆粒（或其他形式）層析填充材料的填充床[固定相]。溶劑[移動相]流過填充床。透過選擇適當的移動相和固定相組合，樣品成分可以直接流過柱床，或者選擇性地滯留。

樣品中各化合物通常會分別以不同的速度通過裝置。使用較弱的溶劑會使得化合物緩慢移動和/或被強烈滯留。使用較強的溶劑則會使化合物加速通過填充床，並以濃縮程度更高的體積洗脫分析物。SPE裝置中的洗脫過程通常是在一系列離散而非連續的步驟中逐漸增加移動相強度完成的，在此過程中，選定的分析物或干擾物會被完全滯留或快速洗脫，這種梯度洗脫的變化稱為階段式梯度。

最常見的SPE做法是使用微型管柱或萃取匣裝置。這裡舉例說明。將三種染料的混合物溶於弱溶劑中並裝入萃取匣上，讓管柱進樣端處呈現黑色的窄帶具有較強的樣品滯留能力。後續梯度步驟的溶劑強度依序提高，使每種染料分別洗脫[依次是黃色、紅色和藍色]。

典型SPE萃取匣是以抗溶劑塑膠或玻璃製成的低壓裝置，其中填滿直徑≥30 µm的顆粒。可以靠重力或借助真空或低正壓之力達到適當的流速。[如為後者，則需要在管柱的非封閉進樣端加蓋，或者使用有進樣端和出口接頭的密封裝置。]

樣品前處理的重要性

過去二十年間，分析儀器和實驗室資訊管理系統大幅進步，分析人員的主要工作也從分析量測轉向樣品前處理和數據處理。由於業界對靈敏度、選擇性、準確度和精密度的要求越來越嚴格，且待處理樣品的數量越來越多，分析和數據收集的速度和複雜程度也相對提高，許多傳統樣品收集和前處理技術的進步對此已力不從心。據估計，當代分析實驗室有75%-80%的工作活動和營運成本是花在樣品處理和製備上，之後才能將樣品引入或進樣至分析分離和/或量測裝置中。顯然，以簡化樣品前處理實驗步驟為宗旨的努力和產品對於分析科學的未來發展至關重要。

樣品前處理的目標

就大多數分析技術[HPLC、GC、分光光度法、RIA等]而言，成功的樣品前處理有三重目標：就是讓相關樣品成分

• 溶於溶液中
• 不含干擾基質元素
• 濃度適合用於偵測或量測

為達成這些目標，通常會利用以下傳統方法對樣品或具有代表性的部分樣品[未必容易取得]進行前處理：溶解、均質化、萃取[液相或固相]、過濾、濃縮、蒸發、分離、化學衍生、標準化[內部或外部]等。

這些方法在運用時通常會結合多個步驟，構成樣品前處理實驗步驟。對於任何指定的實驗步驟，所用步驟和方法越少，實驗步驟就越簡單、越方便、成本效益越高，而且越不花時間。實驗步驟越簡單，越容易實現自動作業，也有利於提高準確度、可靠性、再現性以及安全性。

樣品前處理方法的創新

結合標準工具和技術來達成樣品前處理的目標有許多方法。不過，最好能運用創新方式簡化樣品前處理實驗步驟：

• 盡可能將數個步驟的功能合併成一項操作；
• 避免不需要的樣品轉移和操作；
• 盡可能縮小規模[發揮時間、人力和成本效益]；
• 以創新方式使用新工具。

固相萃取[SPE]萃取匣的優勢

相較於其他樣品前處理流程，使用SPE萃取匣的固相萃取有以下優勢：

使用固相萃取[SPE]達成樣品前處理目標

• 要去除在相關分析物之後洗脫或被強力吸收的樣品成分：
  • 使用與分析級HPLC管柱採用相同吸附劑表面化學材料的固相萃取方法。
  • 特別設計梯度步驟，以選擇性洗脫分析物。
• 要去除與相關分析物共洗脫的樣品成分：
  • 使用與分析級管柱採用不同吸附劑表面化學材料和/或分離模式的固相萃取方法。
  • 特別設計梯度步驟，以選擇性洗脫分析物。
• 要富集低濃度樣品成分：
  • 特別設計梯度步驟，以選擇性洗脫分析物。
  • 在促進吸附的溶劑中使用「大」體積樣品。
  • 在促進脫附的溶劑中使用「小」體積樣品。
  • 根據分析物使用特定的吸附劑化學材料，不考慮分析級管柱所用的吸附劑化學材料。
  • 慎選固相萃取管柱的充填材料，避免需要再進行其他樣品前處理。
• 要將樣品去鹽：
  • 先以逆相吸附劑吸附分析物，讓鹽直接通過而不滯留。
  • 接著用水沖洗殘留的鹽，以能夠與水混溶的有機溶劑脫附分析物。
• 要交換溶劑：
  • 讓樣品完全吸附於滯留性強的吸附劑中，再以較弱的洗脫液沖去原溶劑。
  • 以所需的溶劑洗脫分析物。
• 要將化合物分類：
  • 使用階段式梯度序列根據疏水性、極性或電荷將樣品分組，每組分析物具有相同性質。
• 要使用固相試劑衍生分析物：
  • 使衍生試劑吸附在吸附劑表面；然後在有利於完全吸附分析物的條件下收集樣品（通常是氣體）；等待出現反應，然後選擇性地洗脫衍生物。