樣品預處理之固相萃取法
固相萃取(solid phase extraction,SPE)是利用固體吸附劑將液體樣品中的目標化合物吸附,與樣品的基體和干擾化合物分離,然后再用洗脫液洗脫或加熱解吸附,達到分離和富集目標化合物的目的。
固相萃取作為樣品預處理技術,在實驗室中得到了越來越廣泛的應用。它利用分析物在不同介質中被吸附的能力差將目標物提純,有效地將目標物與干擾組分分離,大大增強了對分析物特別是痕量分析物的檢出能力,提高了被測樣品的回收率。SPE 技術自20世紀70年代后期問世以來,發展迅速,廣泛應用于環境、制藥、臨床醫學、食品等領域。目前最多見其作為樣品預處理的手段之一在藥品及保健食品非法添加檢測中的應用。
1、基本工藝與原理
固相萃取是一個包括液相和固相的物理萃取過程。在固相萃取中,固相對分離物的吸附力比溶解分離物的溶劑更大。當樣品溶液通過吸附劑床時,分離物濃縮在其表面,其他樣品成分通過吸附劑床;通過只吸附分離物而不吸附其他樣品成分的吸附劑,可以得到高純度和濃縮的分離物。
(1)保留與洗脫
在固相萃取中最常用的方法是將固體吸附劑裝在一個針筒狀柱子里,使樣品溶液通過吸附劑床,樣品中的化合物或通過吸附劑或保留在吸附劑上(依靠吸附劑對溶劑的相對吸附)。“保留”是一種存在于吸附劑和分離物分子間吸引的現象,造成當樣品溶液通過吸附劑床時,分離物在吸附劑上不移動。保留是三個因素的作用:分離物、溶劑和吸附劑。所以,一個給定的分離物的保留行為在不同溶劑和吸附劑存在下是變化的。“洗脫”是一種保留在吸附劑上的分離物從吸附劑上去除的過程,這通過加入一種對分離物的吸引比吸附劑更強的溶劑來完成。
(2)容量和選擇性
吸附劑的容量是在最優條件下,單位吸附劑的量能夠保留一個強保留分離物的總量。不同鍵合硅膠吸附劑的容量變化范圍很大。選擇性是吸附劑區別分離物和其他樣品基質化合物的能力,也就是說,保留分離物,去除其他樣品化合物。一個高選擇性吸附劑是從樣品基質中僅保留分離物的吸附劑。吸附劑的選擇性是三個參數的作用:分離物的化學結構、吸附劑的性質和樣品基質的組成。
(3)分類
①正相固相萃取所用的吸附劑都是極性的,用來萃取(保留)極性物質。在正相萃取時目標化合物如何保留在吸附劑上,取決于目標化合物的極性官能團與吸附劑表面的極性官能團之間的相互作用,其中包括了氫鍵、π-π鍵相互作用、偶極-偶極相互作用和偶極-誘導偶極相互作用以及其他的極性-極性作用。
②反相固相萃取所用的吸附劑和目標化合物通常是非極性的或極性較弱的,主要是靠非極性-非極性相互作用,是范德華力或色散力。
③離子交換固相萃取是靠目標化合物與吸附劑之間的相互作用,是靜電吸引力。
2、簡要過程(如下圖)
固相萃取的簡要過程
(1)一個樣品包括分離物和干擾物通過吸附劑;
(2)吸附劑選擇性地保留分離物和一些干擾物,其他干擾物通過吸附劑;
(3)用適當的溶劑淋洗吸附劑,使先前保留的干擾物選擇性地淋洗掉,分離物保留在吸附劑床上;
(4)純化、濃縮的分離物從吸附劑上淋洗下來。
3、固相萃取技術的方法建立
(1)選擇 SPE 小柱或濾膜
首先應根據待測物的理化性質和樣品基質,選擇對待測物有較強保留能力的固定相。若待測物帶負電荷,可用陰離子交換填料,反之則用陽離子交換填料。若為中性待測物,可用反相填料萃取。SPE 小柱或濾膜的大小與規格應視樣品中待測物的濃度大小而定。對于濃度較低的體內樣品,一般應選用盡量少的固定相填料萃取較大體積的樣品。
(2)活化
萃取前先用充滿小柱的溶劑沖洗小柱或用 5～10mL 溶劑沖洗濾膜。一般可先用甲醇等水溶性有機溶劑沖洗填料,因為甲醇能潤濕吸附劑表面,并滲透到非極性的硅膠鍵合相中,使硅膠更容易被水潤濕,之后再加入水或緩沖液沖洗。加樣前,應使 SPE 填料保持濕潤,如果填料干燥會降低樣品保留值;而各小柱的干燥程度不一,則會影響回收率的重現性。
(3)加樣
①用0.1 mol/L 酸或堿調節,使 pH<3或 pH>9,離心取上層液萃取;
②用甲醇、乙腈等沉淀蛋白質后取上清液,以水或緩沖液稀釋后萃取;
③用酸或無機鹽沉淀蛋白質后取上清液,調節 pH 值后萃取;
④超聲 15min 后加入水、緩沖液,取上清液萃取。尿液樣品中的藥物濃度較高,加樣前先用水或緩沖液稀釋,必要時可用酸、堿水解反應破壞藥物與蛋白質的結合,然后萃取。流速應控制為2～4mL/min,流速快不利于待測物與固定相結合。
(4)清洗填料
反相 SPE 的清洗溶劑多為水或緩沖液,可在清洗液中加入少量有機溶劑、無機鹽或調節 pH 值。加入小柱的清洗液應不超過一個小柱的容積,而 SPE 濾膜為5～10mL。
(5)洗脫待測物
應選用5～10mL 離子強度較弱但能洗下待測物的洗脫溶劑。若需較高靈敏度,則可先將洗脫液揮干后,再用流動相重組殘留物后進樣。體內樣品洗脫后多含有水,可選用冷凍干燥法。保留能力較弱的 SPE 填料可用小體積、較弱的洗脫液洗下待測物,再用極性較強的 HPLC 分析柱如 C18 柱分析洗脫物。若待測物可電離,可調節 pH 值,抑制樣品離子化,以增強待測物在反相 SPE 填料中的保留,洗脫時調節pH值使其離子化并用較弱的溶劑洗脫,收集洗脫液后再調節 pH 值使其在 HPLC 分析中達到最佳分離效果。在洗脫過程中應減慢流速,用兩次小體積洗脫代替一次大體積洗脫,回收率更高。