一種可提高樣品制備水平的強(qiáng)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(shí)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(diǎn)事項(xiàng)，它關(guān)乎到您的分析結(jié)果成功與否。

理想情況下，如果無(wú)需進(jìn)行任何樣品制備，那么您將會(huì)很高興。然而事實(shí)上，樣品制備通常是必不可少的程序。對(duì)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(bào)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(bào)告更低濃度化合物檢測(cè)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(qiáng)大的樣品制備工具：固相萃取（SPE）技術(shù)。您將領(lǐng)會(huì)這項(xiàng)技術(shù)如何通過(guò)使用包含色譜填充材料的裝置來(lái)幫助您應(yīng)對(duì)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(duì)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(xiàng)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(guò)色譜分析實(shí)現(xiàn)分離。

 

圖1：SPE方法示例

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

從技術(shù)角度對(duì)此項(xiàng)技術(shù)給出的準(zhǔn)確命名應(yīng)該是“液相-固相萃取”；這是因?yàn)樯V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(cè)試之前對(duì)其進(jìn)行較好的制備。

在樣品制備方面，樣品的來(lái)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(yíng)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(shí)，SPE是理想的樣品制備方法（沃特世應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)，1983年）。

使用SPE的四種主要優(yōu)勢(shì)

使用SPE可帶來(lái)許多優(yōu)勢(shì)，但有四種主要優(yōu)勢(shì)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(huì)使得分析操作舉步維艱。

需要解決的首要問(wèn)題是：為了對(duì)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(lái)，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(xiàng)測(cè)定可能存在穩(wěn)定性差的問(wèn)題，這是因?yàn)槿魏挝⑿〉母淖兌伎赡軙?huì)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(shí)可能會(huì)蓄積導(dǎo)致儀器停機(jī)。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(jiǎn)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(lái)的一個(gè)額外的優(yōu)勢(shì)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(lái)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(duì)比時(shí)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(guò)采用一種適當(dāng)?shù)腟PE試驗(yàn)方案而得出，表明同樣的化合物不存在干擾問(wèn)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(gè)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(qǐng)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(duì)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(qiáng)現(xiàn)象

復(fù)雜樣品基質(zhì)帶來(lái)的第二種問(wèn)題在我們觀察質(zhì)譜輸出圖譜（LC/MS或LC/MS/MS）時(shí)可以看到。為了獲得適當(dāng)?shù)馁|(zhì)譜響應(yīng)信號(hào)（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(hào)強(qiáng)度也會(huì)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(shí)所獲得的信號(hào)。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(shí)引起信號(hào)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(gè)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(hào)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(gè)較好示例。在質(zhì)譜圖的靠上圖譜中（血漿樣品僅經(jīng)過(guò)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(hào)。

 

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(huì)增加某種化合物的信號(hào)，這叫做離子增強(qiáng)，可導(dǎo)致響應(yīng)值偏高。適當(dāng)?shù)腟PE方法可通過(guò)將干擾物與該化合物分離開來(lái)而減弱這種效應(yīng)，從而使響應(yīng)值更準(zhǔn)確。

 

3. 能夠通過(guò)樣品基質(zhì)分餾而對(duì)化合物進(jìn)行分類分析

分析人員可能會(huì)面對(duì)一種包含多種化合物的樣品，這時(shí)需要對(duì)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(shí)可以開發(fā)出一種SPE方法，以對(duì)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(qiáng)的化合物中收集得到。然后，可通過(guò)一種更加高效的方式分別對(duì)這兩種餾分進(jìn)行分析，因?yàn)樗鼈兊幕衔锔鼮橄嗨啤?

圖8給出了關(guān)于SPE分餾效力的一個(gè)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(qiáng)大。

 

圖8：通過(guò)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(qǐng)參見第125頁(yè)的“方法開發(fā)”部分。

 

4. 對(duì)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(bào)告具有更低濃度的化合物，濃度低至萬(wàn)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(shí)間的變化情況就是一個(gè)可以說(shuō)明這一點(diǎn)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(shí)，目標(biāo)化合物的信號(hào)響應(yīng)差。通過(guò)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(hào)強(qiáng)度顯著提高。根據(jù)這一結(jié)果，我們可以準(zhǔn)確計(jì)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(méi)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(duì)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(qiáng)大功能