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(xué)家，當(dāng)您在決定哪些工具能幫助您獲得所需的結(jié)果時必然面臨諸多挑戰(zhàn)。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(guān)乎到您的分析結(jié)果成功與否。
理想情況下，如果無需進(jìn)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(xiàn)有的樣品您可能需要優(yōu)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(biāo)化合物。每種新的樣品類型都可能存在不同的分析挑戰(zhàn)。此外，科學(xué)家目前正面臨著在不影響準(zhǔn)確度和精確度的情況下報告更低濃度化合物檢測值的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
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(shù)。您將領(lǐng)會這項技術(shù)如何通過使用包含色譜填充材料的裝置來幫助您應(yīng)對分析挑戰(zhàn)。
固相萃取的定義
SPE通常是一種使用裝在柱芯型裝置內(nèi)的固體顆粒和色譜填充材料對樣品中的不同組分進(jìn)行化學(xué)分離的樣品制備技術(shù)。樣品幾乎始終呈液態(tài)，但特殊應(yīng)用項目可能使用氣相中的某些樣品進(jìn)行。圖1顯示出一份樣品(圖示為黑色)正在使用SPE裝置進(jìn)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(xiàn)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(xù)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(shù)角度對此項技術(shù)給出的準(zhǔn)確命名應(yīng)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(tài)。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(jìn)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(huán)境樣品（如：水、空氣或土壤）、食品（如：谷物、肉和海鮮）、藥品、營養(yǎng)添加劑食品、飲料或工業(yè)產(chǎn)品。甚至蚊蟲的頭部也可能是樣品！當(dāng)科學(xué)家需要分析從蚊蟲腦部提取出的神經(jīng)肽時，SPE是理想的樣品制備方法（沃特世應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，1983年）。
使用SPE的四種主要優(yōu)勢
使用SPE可帶來許多優(yōu)勢，但有四種主要優(yōu)勢值得特別關(guān)注。
1.復(fù)雜樣品基質(zhì)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(biāo)化合物包含在一種復(fù)雜樣品基質(zhì)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(zhì)中的大量干擾性組分或物質(zhì)與目標(biāo)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(biāo)化合物進(jìn)行定性和定量分析，必須將其與眾多的干擾物質(zhì)分離開來，從而增加了分析本身的復(fù)雜性。參見圖2。
圖2：復(fù)雜樣品示例
此項測定可能存在穩(wěn)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(zhì)間的分辨率。
另一種考慮是存在于樣品基質(zhì)中的各種干擾物在每次進(jìn)樣時可能會蓄積導(dǎo)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(biāo)化合物就能使用一種更簡單、更穩(wěn)定的方法進(jìn)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(jīng)SPE制備后的新樣品進(jìn)行了比較。
圖3：比較樣品基質(zhì)的復(fù)雜性
凈化樣品基質(zhì)所帶來的一個額外的優(yōu)勢是定量準(zhǔn)確度得以提高。圖4頂部所示的化合物1的藍(lán)色譜圖起初看起來似乎是可以接受的。然而，當(dāng)與其正下方用紅色顯示出的空白樣品基質(zhì)譜圖對比時可以發(fā)現(xiàn)，其中的確存在源自樣品基質(zhì)中的某些污染物。靠下的譜圖通過采用一種適當(dāng)?shù)腟PE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(zhǔn)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(zhì)引起的明顯干擾。靠下的譜圖表明使用SPE進(jìn)行適當(dāng)樣品制備后可顯著提高結(jié)果質(zhì)量（基線干凈）。請注意，一條明顯更干凈的基線可提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。如果該樣品需要對化合物進(jìn)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(shù)顯著改善基線質(zhì)量
2. 減少質(zhì)譜應(yīng)用中的離子抑制或離子增強現(xiàn)象
復(fù)雜樣品基質(zhì)帶來的第二種問題在我們觀察質(zhì)譜輸出圖譜（LC/MS或LC/MS/MS）時可以看到。為了獲得適當(dāng)?shù)馁|(zhì)譜響應(yīng)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(zhì)干擾物而受阻，那么相應(yīng)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(yīng)。靠上的質(zhì)譜圖代表了目標(biāo)化合物以生理鹽水作為溶劑進(jìn)樣時所獲得的信號。靠下的圖譜表明當(dāng)相同的化合物在人血漿中進(jìn)行分析時引起信號響應(yīng)顯著降低（抑制比例>90%）。在靠下的圖譜中，只進(jìn)行了一個常見的蛋白沉淀步驟。這種技術(shù)不能清除可引起離子抑制的基質(zhì)干擾物，從而導(dǎo)致信號響應(yīng)差。
圖6：關(guān)于樣品基質(zhì)引起的離子抑制示例
圖7給出了關(guān)于這種抑制效應(yīng)的另一個較好示例。在質(zhì)譜圖的靠上圖譜中（血漿樣品僅經(jīng)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(zhì)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(dāng)?shù)腟PE可減少離子抑制
在有些情況下，源自樣品基質(zhì)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(dǎo)致響應(yīng)值偏高。適當(dāng)?shù)腟PE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(yīng)，從而使響應(yīng)值更準(zhǔn)確。
3. 能夠通過樣品基質(zhì)分餾而對化合物進(jìn)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(jìn)行分類分離以確保后續(xù)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(fā)出一種SPE方法，以對不同類別的化合物進(jìn)行分離，例如可根據(jù)其極性進(jìn)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(jìn)行分析，因為它們的化合物更為相似。
圖8給出了關(guān)于SPE分餾效力的一個示例。在這里，一種復(fù)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(lán)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(jié)看到這種功能是多么的強大。
圖8：通過SPE進(jìn)行樣品制備
關(guān)于使用SPE進(jìn)行樣品制備的更詳細(xì)討論，請參見第125頁的“方法開發(fā)”部分。
4. 對極低濃度組分進(jìn)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(huán)境樣品中的痕量污染物或者代謝物在生物液體內(nèi)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(jìn)行分析時，目標(biāo)化合物的信號響應(yīng)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(jìn)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(jù)這一結(jié)果，我們可以準(zhǔn)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(nèi)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(jìn)行痕量濃縮。
總結(jié)
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(jìn)樣品分析順利進(jìn)行的重要功能。參見圖10。
圖10：SPE的強大功能
