一種可提高樣品制備水平的強有力工具

作為一位分析科學家，當您在決定哪些工具能幫助您獲得所需的結果時必然面臨諸多挑戰。選擇使用哪些樣品制備工具和方法是需要考慮的重點事項，它關乎到您的分析結果成功與否。

理想情況下，如果無需進行任何樣品制備，那么您將會很高興。然而事實上，樣品制備通常是必不可少的程序。對于現有的樣品您可能需要優化樣品制備方法，以提高分析通量或降低每次分析所需的成本。或者，您可能需要分析種類繁多的樣品用以報告新型目標化合物。每種新的樣品類型都可能存在不同的分析挑戰。此外，科學家目前正面臨著在不影響準確度和精確度的情況下報告更低濃度化合物檢測值的嚴峻挑戰。

我們希望幫助您探索并了解一種功能極其強大的樣品制備工具：固相萃取（SPE）技術。您將領會這項技術如何通過使用包含色譜填充材料的裝置來幫助您應對分析挑戰。

固相萃取的定義

SPE通常是一種使用裝在柱芯型裝置內的固體顆粒和色譜填充材料對樣品中的不同組分進行化學分離的樣品制備技術。樣品幾乎始終呈液態，但特殊應用項目可能使用氣相中的某些樣品進行。圖1顯示出一份樣品(圖示為黑色)正在使用SPE裝置進行處理，以使組成該樣品的每種染色組分通過色譜分析實現分離。

 

圖1：SPE方法示例

色譜床可以用來分離一份樣品中的不同組分，從而使后續的分析測試更容易成功。例如，SPE常用來選擇性地除去干擾物。

從技術角度對此項技術給出的準確命名應該是“液相-固相萃取”；這是因為色譜顆粒是固體，而樣品則呈液態。此處所用液相色譜的基本色譜原理與高效液相色譜相同，只是使用形式與使用原因存在差異。此處使用色譜是為了在將樣品提交分析測試之前對其進行較好的制備。

在樣品制備方面，樣品的來源非常廣泛。它們可能是生物樣本（如：血漿、唾液或尿液）、環境樣品（如：水、空氣或土壤）、食品（如：谷物、肉和海鮮）、藥品、營養添加劑食品、飲料或工業產品。甚至蚊蟲的頭部也可能是樣品！當科學家需要分析從蚊蟲腦部提取出的神經肽時，SPE是理想的樣品制備方法（沃特世應用數據庫，1983年）。

使用SPE的四種主要優勢

使用SPE可帶來許多優勢，但有四種主要優勢值得特別關注。

 

1.復雜樣品基質的凈化及化合物純化

分析人員所面臨的棘手的難題之一就是目標化合物包含在一種復雜樣品基質中（如：谷物中的毒枝菌素，蝦中的抗生素殘留物或者血漿、血清或尿液中的藥物代謝物）的情況。樣品基質中的大量干擾性組分或物質與目標化合物混雜在一起會使得分析操作舉步維艱。

需要解決的首要問題是：為了對目標化合物進行定性和定量分析，必須將其與眾多的干擾物質分離開來，從而增加了分析本身的復雜性。參見圖2。

 

圖2：復雜樣品示例

此項測定可能存在穩定性差的問題，這是因為任何微小的改變都可能會影響難分離物質間的分辨率。

另一種考慮是存在于樣品基質中的各種干擾物在每次進樣時可能會蓄積導致儀器停機。如果這些干擾物能在樣品制備期間被除去，那么目標化合物就能使用一種更簡單、更穩定的方法進行分析（圖3）。此圖將位于靠上位置的原始樣品與位于靠下位置的經SPE制備后的新樣品進行了比較。

 

圖3：比較樣品基質的復雜性

凈化樣品基質所帶來的一個額外的優勢是定量準確度得以提高。圖4頂部所示的化合物1的藍色譜圖起初看起來似乎是可以接受的。然而，當與其正下方用紅色顯示出的空白樣品基質譜圖對比時可以發現，其中的確存在源自樣品基質中的某些污染物。靠下的譜圖通過采用一種適當的SPE試驗方案而得出，表明同樣的化合物不存在干擾問題，從而使得定量準確度顯著提高。

 

圖4：使用更好的樣品制備方法可提高定量分析水平

圖5給出了另一個示例。靠上的譜圖表明化合物#1和#2均受到樣品基質引起的明顯干擾。靠下的譜圖表明使用SPE進行適當樣品制備后可顯著提高結果質量（基線干凈）。請注意，一條明顯更干凈的基線可提高分析結果的準確度。如果該樣品需要對化合物進行分離和純化，那么也可以獲得一種純度明顯更高的萃取物。

 

圖5：使用SPE技術顯著改善基線質量

2. 減少質譜應用中的離子抑制或離子增強現象

復雜樣品基質帶來的第二種問題在我們觀察質譜輸出圖譜（LC/MS或LC/MS/MS）時可以看到。為了獲得適當的質譜響應信號（靈敏度），必須使該化合物離子化。如果該化合物離子的形成因樣品基質干擾物而受阻，那么相應的信號強度也會大大減弱。

我們可以在圖6中看到這種效應。靠上的質譜圖代表了目標化合物以生理鹽水作為溶劑進樣時所獲得的信號。靠下的圖譜表明當相同的化合物在人血漿中進行分析時引起信號響應顯著降低（抑制比例>90%）。在靠下的圖譜中，只進行了一個常見的蛋白沉淀步驟。這種技術不能清除可引起離子抑制的基質干擾物，從而導致信號響應差。

 

圖6：關于樣品基質引起的離子抑制示例

圖7給出了關于這種抑制效應的另一個較好示例。在質譜圖的靠上圖譜中（血漿樣品僅經過蛋白沉淀處理），我們可以看到80%的特非那定峰受到抑制。在靠下的圖譜中（相同的樣品使用SPE方法處理），我們所觀察到的離子抑制極小。去除樣品基質中的干擾物有利于該化合物離子得以正確形成，從而獲得了較好的信號。

 

圖7：適當的SPE可減少離子抑制

在有些情況下，源自樣品基質的干擾物可能會增加某種化合物的信號，這叫做離子增強，可導致響應值偏高。適當的SPE方法可通過將干擾物與該化合物分離開來而減弱這種效應，從而使響應值更準確。

 

3. 能夠通過樣品基質分餾而對化合物進行分類分析

分析人員可能會面對一種包含多種化合物的樣品，這時需要對其進行分類分離以確保后續分析效果事半功倍。例如，一種軟飲料在其配方中包含種類多樣的化合物。這時可以開發出一種SPE方法，以對不同類別的化合物進行分離，例如可根據其極性進行分離。極性化合物可作為一種分離后的餾分而從非極性更強的化合物中收集得到。然后，可通過一種更加高效的方式分別對這兩種餾分進行分析，因為它們的化合物更為相似。

圖8給出了關于SPE分餾效力的一個示例。在這里，一種復雜的干粉樣品（紫葡萄混合飲品）被輕易分離成4種餾分：1種完全由極性化合物組成的餾分、1種純化型紅色化合物、1種純化型藍色化合物和1種包含所有其余非極性化合物的餾分。您將在本書的其他章節看到這種功能是多么的強大。

 

圖8：通過SPE進行樣品制備

關于使用SPE進行樣品制備的更詳細討論，請參見第125頁的“方法開發”部分。

 

4. 對極低濃度組分進行痕量濃縮（富集）

分析師如今常常需要報告具有更低濃度的化合物，濃度低至萬億分位（ppt）并且甚至更低。這些化合物在純凈樣品中的濃度通常低于分析儀器的靈敏度范圍。

分析環境樣品中的痕量污染物或者代謝物在生物液體內隨時間的變化情況就是一個可以說明這一點的較好例子。圖9中靠上的圖譜表明使用原始純樣品進行分析時，目標化合物的信號響應差。通過以SPE作為痕量濃縮策略制備樣品后再使用相同的分析條件進行分析后所獲得的靠下的圖譜表明這種化合物的信號強度顯著提高。根據這一結果，我們可以準確計算出純樣品中的原始化合物濃度。

 

圖9：痕量濃縮示例

如果沒有SPE內色譜填充材料的保留性能，那么即便是有可能采用其他樣品制備方法，也很難對特定化合物進行痕量濃縮。 

 

總結

正如我們所看到的，一根帶有色譜床的SPE柱具有四種可促進樣品分析順利進行的重要功能。參見圖10。

 

圖10：SPE的強大功能