固相萃取用真空泵选择及固相萃取原理

内容大纲
什么是固相萃取(SPE)?
SPE、LLE、SLE的差异
固相萃取步骤
常见固相萃取的应用
常见固相萃取之设备配置

什么是固相萃取(SPE)?

 固相萃取 (Solid Phase Extraction, SPE)是常见的样品前处理技术，其结合了液固萃取(solid liquid extraction)与色谱(chromatography)技术的优点发展而来，主要用于样品的分离、纯化、富集与浓缩。

固相萃取原理与液相层析(LC)相同，其吸附剂为固态 (称固定相, stationary phase)，而样品是液态，固态吸附剂以物理或化学方式吸附液体样品中的待测物及杂质，再藉由与不同介质间的吸附力 (adsorption) 与亲和力 (affinity) 差异 而达到快速分离、纯化的目的。
样品前处理的方式有很多种，但固相萃取由于操作方便、可降低样品的复杂性、降低干扰、提高灵敏度、延长管柱(column)和分析仪器的寿命等特点，目前为HPLC、LC、GC、MS分析中最常使用的前处理技术之一，其主要的三大优势包括：

1. 去除基质干扰 (simplification and purification)
样品的组成十分复杂，其所含的干扰物不仅会影响分析讯号的灵敏度，更因为有可能因其长年累月的积累而影响管柱及仪器的寿命。正确的SPE处理可大幅度的减少样品基质 (matrix) 对分析物的干扰，得到纯净的萃取物及准确的分析或定量结果。

2. 提高待测物浓度 (concentration and trace enrichment)
现今分析的浓度愈来愈低，低至ppb (10-9)、ppt (10-12) 等级，因此如何提高待测物浓度为一问题。SPE可利用待测物与干扰物滞留特性 (retention) 的不同，以大量样品流过吸附剂，再以少量溶剂将待测物冲堤而出，简单提高待测物浓度。

3. 分馏 (fractionation) 不同化合物
SPE可将样品的中多种化合物依其特性而个别分离，如极性、非极性等，以利选择更合适的方式进行分析。

SPE、LLE、SLE的差异

据统计，样品制备及样品前处理所耗费的时间及成本约占现今分析实验的80%左右，尔后才是量测及分析，因此更简单、方便的前处理方式为科学努力的方向。
而前处理手段百百种，包含传统液液萃取法(liquid-liquid extraction, LLE)、支持性液液萃取(supported liquid extraction, SLE)及蛋白质沈淀法(protein precipitation, PPT)等，而固相萃取因其步骤简单、安全、操作成本低等优点，已被广泛运用于医药、食品安全、环境、化工等领域。

固相萃取步骤

固相萃取的步骤大致可分为：

1. 活化(Conditioning)：使用合适的溶剂预先润湿吸附剂，此步骤可活化吸附剂表面的配位基、提高后续吸附能力 。上样前可使用与样品预处理 相同的溶剂再次平衡。
活化步骤至萃取完成前，请避免让吸附剂呈干燥状态，以确保其吸附能力。

2. 上样 (Loading)：以合适的流速将样品流过吸附剂，并选择性地将样品中的待测物(及些许杂质)保留于吸附剂上。

3. 洗涤 (Washing)：以溶剂(流动相, mobile phase) 清洗固定相，选择性地去除结合强度较低的杂质及干扰物。可依实验进行多次洗涤，并逐渐增加溶剂浓度(阶段梯度, step gradient)，而达成更完全的分离。

4. 冲堤 (Eluting)，或称洗脱：以溶剂破坏待测物与吸附剂的结合，将待测物从吸附剂上移除、回收。若需高浓度的待测物，则可用小体积的溶剂进行冲堤。

常见固相萃取的应用

固相萃取的检液几乎为液态(极少数为气相)，但其应用相当广泛，样品包括环境检测 (如废水、地下水、土壤)、食品安全 (如畜禽产品、中药材、谷物、海鲜、饮料) 乃至生物样品 (如血浆、尿液、口水) 皆可使用此技术分离、纯化待测物。惟样品上样前需先行制备为液体型态以利上样。

· 学术研究，如胜肽及蛋白质的去盐、水溶/脂溶维生素的分离

· 医学检验，如药物滥用、代谢物研究

· 制药产业，有效成份萃取、原料品管

· 环境分析，饮用水、废水的重金属、油脂污染

· 食品安全检测，如蔬果、肉类的农药、抗生素分析

常见固相萃取之设备配置

最常见的SPE做法是使用将含有吸附剂的A.萃取管柱安装于B.过滤装置上。为了使液体流过萃取管柱，通常会藉由C. 正压或负压(真空)装置适当加快流速，提升处理效率及质量。

A. 萃取装置(SPE cartridge, SPE column)
常见的有SPE萃取管柱、SPE萃取膜、96孔盘、微量吸管尖 (pipette tip) 等，吸附剂皆已填充于其中。现今SPE操作中，以萃取管及萃取膜最常使用，可依样品量的多寡选择合适的产品。

市售SPE产品的固定相(吸附剂)种类非常多种，如C18、正相、逆相、离子交换树脂等，可依样品的基质、溶解度、极性等特性进行挑选。

B. 过滤装置 (SPE manifold)
进行SPE时需要一装置固定萃取管或萃取膜，此装置一般称为过滤座或歧管 (SPE manifold)。可依萃取装置类型、样品数量及正、负压挑选合适的过滤装置。

C. 其它设备
进行固相萃取时，通常会藉由施加「正压」或「负压(真空)」使样品及流动相稳定的流经固定相(吸附剂)以利吸附、洗涤进行，不仅加快流速，同时也可尽量干燥 (air dry) 萃取管柱或萃取膜，避免影响实验结果。
以负压辅助萃取为例，其使用真空帮浦将过滤装置内的气体分子部份抽除，以压力差提高液体流速。但流速也不宜太快以避免反应不完全，因此可挑选带有调压装置的设备或帮浦，藉由真空度的调整而控制流速。另固相萃取多以溶剂进行，如甲醇(methanol)、乙腈(Acetonitrile)等，因此为减缓化学蒸气侵蚀，建议采用具耐腐蚀特性之设备。

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