化繁為簡(jiǎn)，精益求精 |萊伯泰科色譜前處理技術(shù)之柱式SPE與膜式SPE

作為樣品前處理領(lǐng)域的行業(yè)先鋒，通過(guò)20余年的技術(shù)積淀，萊伯泰科已研發(fā)生產(chǎn)出各類成熟的色譜前處理產(chǎn)品，包括快速溶劑萃取儀、吹掃捕集儀、固相萃取儀、熱裂解儀、熱脫附、凝膠凈化系統(tǒng)等，可以多方位滿足色譜分析的前處理需求，并已廣泛服務(wù)于環(huán)境檢測(cè)、食品安全、醫(yī)療衛(wèi)生、疾病控制、材料研究、生命科學(xué)等領(lǐng)域。

隨著色譜技術(shù)在各行業(yè)更加廣泛地應(yīng)用與普及，我們特開設(shè)了“色譜前處理技術(shù)專題”，展示萊伯泰科前處理產(chǎn)品的新技術(shù)和應(yīng)用，便于大家更全面地了解各類色譜前處理技術(shù)。

第二期：萊伯泰科柱式固相萃取與膜式固相萃取技術(shù)

一、固相萃取技術(shù)簡(jiǎn)介[1]

固相萃?。╯olid phase extratction，簡(jiǎn)稱SPE）是一種基于色譜分離的樣品前處理方法。固相萃取包括固相（具有一定官能團(tuán)的固體吸附劑）和液相（樣品及溶劑）。液體樣品在正壓、負(fù)壓或重力的作用下通過(guò)裝有固體吸附劑的固相萃取裝置（固相萃取柱、固相萃取膜、固相萃取吸嘴、固相萃取芯片等）。根據(jù)使用固相萃取的目的，我們可以將固相萃取劃分為兩種模式。一種是經(jīng)典的固相萃取模式，SPE柱主要是用于吸附目標(biāo)化合物，稱之為目標(biāo)化合物吸附模式固相萃取（targets adsorption mode SPE）。而另一種則是雜質(zhì)吸附模式固相萃取（impurities adsorption mode SPE），即SPE柱主要用于吸附樣品中的雜質(zhì)。

在目標(biāo)化合物吸附模式中，當(dāng)樣品通過(guò)SPE柱時(shí)，吸附劑的官能團(tuán)與目標(biāo)化合物發(fā)生作用，將目標(biāo)化合物保留在柱子上，而通過(guò)SPE柱的樣品基質(zhì)則被排棄。為了降低分析中雜質(zhì)對(duì)目標(biāo)物的干擾，在對(duì)目標(biāo)化合物洗脫之前，常常要用一定的溶劑對(duì)SPE柱進(jìn)行洗滌。在盡可能不損失目標(biāo)化合物的前提下，最大限度地除去這些干擾物。最后，用具有一定洗脫強(qiáng)度的溶劑將目標(biāo)化合物從SPE柱洗脫出來(lái)，供下一步分析。如下圖所示，這種模式通常包括五個(gè)步驟：①固相萃取柱的預(yù)處理（活化固相萃取柱）；②樣品過(guò)柱（添加樣品并使其通過(guò)固相萃取柱）；③洗滌（除去雜質(zhì)）；④干燥（除去水分）；⑤洗脫（洗脫目標(biāo)化合物）。

圖1 目標(biāo)物化合物吸附模式固相萃取

在雜質(zhì)吸附模式中，樣品通過(guò)SPE柱時(shí)，雜質(zhì)被柱填料吸附，而目標(biāo)化合物則通過(guò)SPE柱，并被收集在容器中。這種模式也稱為除雜質(zhì)模式，常見于以正相材料為填料的情況中。例如，在用有機(jī)溶劑對(duì)固相萃取進(jìn)行萃取后，用正相SPE柱來(lái)吸附有機(jī)萃取液中的雜質(zhì)。

二、萊伯泰科固相萃取產(chǎn)品發(fā)展歷史

自動(dòng)化固相萃取儀主要由控制系統(tǒng)、輸液泵、溶劑模塊、上樣系統(tǒng)、萃取模塊、收集模塊等組成，主要是將固相萃取的各個(gè)步驟：活化、上樣、淋洗、洗脫等通過(guò)自動(dòng)化的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以同時(shí)處理幾個(gè)樣品，連續(xù)處理樣品量可達(dá)數(shù)十位。

萊伯泰科自發(fā)展之初，就將固相萃取產(chǎn)品作為重中之重，大力投入人員進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)和應(yīng)用拓展，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，推出了多款固相萃取產(chǎn)品，包括Sepline系列、Sepro系列、Sepaths UP系列、SPE1000系列，以及手動(dòng)固相萃取Extrapid，為環(huán)境、食品、疾控等多個(gè)領(lǐng)域的客戶提供服務(wù)與支持。

圖片

圖2 萊伯泰科固相萃取產(chǎn)品種類

三、萊伯泰科柱式固相萃取產(chǎn)品特點(diǎn)

1.彈性膜片密封

SPE1000全自動(dòng)固相萃取系統(tǒng)采用彈性密封片技術(shù)，通用柱密封針設(shè)計(jì)，支持1mL/3mL/6mL/12mL常規(guī)萃取柱及免疫親和柱的全自動(dòng)處理，不同規(guī)格萃取柱之間無(wú)需更換固定柱插桿。密封針不接觸樣品，高位密封實(shí)現(xiàn)浸泡效果，使樣品與填料充分接觸。

2.獨(dú)立雙針設(shè)計(jì)

SPE1000全自動(dòng)固相萃取系統(tǒng)采用獨(dú)立的上樣針和柱密封針設(shè)計(jì)，儀器管路未單向流路，液體在管路內(nèi)無(wú)需往復(fù)即可進(jìn)入固相萃取柱，大大節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間。同時(shí)，雙針均采用耐腐蝕設(shè)計(jì)，處理后表面不易掛液，方便清洗以避免交叉污染。

柱密封針可適配不同規(guī)格固相萃取柱，無(wú)需更換可在同一個(gè)序列批表中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)處理1mL/3mL/6mL等規(guī)格固相萃取柱。

3.連續(xù)處理高通量

SPE1000全自動(dòng)固相萃取系統(tǒng)為八通道設(shè)計(jì)，可同時(shí)處理8個(gè)樣品，連續(xù)處理量標(biāo)配為64個(gè)，至多可連續(xù)處理80個(gè)樣品。

4.樣品架、收集架多樣化

SPE1000全自動(dòng)固相萃取系統(tǒng)可配置10mL、20mL、60mL、80mL等多種樣品架及收集架，另有帶尾管的40-1mL濃縮杯可選，樣品架及收集架可與同品牌的平行濃縮儀、凝膠凈化系統(tǒng)通用，滿足實(shí)驗(yàn)室各種應(yīng)用方法需求。

5.串柱功能

SPE1000全自動(dòng)固相萃取支持串柱功能，可實(shí)現(xiàn)128支固相萃取柱串聯(lián)，并兼容3mL和6mL萃取柱。

6.自動(dòng)噴淋功能

SPE1000全自動(dòng)固相萃取系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)大、小體積自動(dòng)噴淋樣品功能，氮?dú)獯祾邍娏苋軇┘訌?qiáng)噴淋效果，以實(shí)現(xiàn)樣品全上樣并提高目標(biāo)物回收率。

7.多溶劑和廢液收集配置

SPE1000全自動(dòng)固相萃取系統(tǒng)溶劑管理系統(tǒng)標(biāo)配8種溶劑接口和1種清洗溶劑接口，標(biāo)配七個(gè)1L溶劑瓶和兩個(gè)2L溶劑瓶，可選4L以及更大體積。

四種廢液接口，包含廢水、一般有機(jī)廢液、劇毒廢液和含氯廢液通道，實(shí)現(xiàn)廢液的分類收集。

8.儀器避光設(shè)計(jì)

SPE1000全自動(dòng)固相萃取系統(tǒng)采用避光設(shè)計(jì)，可適用于對(duì)光敏感的樣品進(jìn)行固相萃取，例如樣品中亞硝胺類物質(zhì)的萃取等。

9.內(nèi)置照明和攝像

SPE1000全自動(dòng)固相萃取系統(tǒng)內(nèi)置照明和雙攝像頭，利用本機(jī)監(jiān)控?cái)z像頭，通過(guò)本機(jī)控制終端可以實(shí)時(shí)觀察到儀器內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)。

10．在線干燥除水

SPE1000全自動(dòng)固相萃取系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水質(zhì)萃取實(shí)驗(yàn)中在線氮吹干燥，確保洗脫液中無(wú)水分殘留。

四、膜式固相萃取

在環(huán)境水質(zhì)前處理過(guò)程中，固相萃取起到十分重要的作用，常用的萃取柱填料類型包括十八烷基鍵合硅膠（C18）、苯乙烯-二乙烯苯（SDB）、N-乙烯吡啶咯烷酮-二乙烯基苯共聚物基質(zhì)（HLB），以及離子交換等。固相萃取柱上樣流速通常控制在一個(gè)較小的水平，一般為10mL/min，最快可達(dá)到20mL/min。針對(duì)一些大體積樣品（1L以上），單獨(dú)上樣時(shí)間就需要50-100min，大大降低了實(shí)驗(yàn)效率。固相萃取膜由于其表面積大、流速快（最快可達(dá)100mL/min）的特點(diǎn)，更適用于各種大體積的水樣，例如飲用水、地表水、廢水等樣品中有毒有害物質(zhì)的萃取。美國(guó)環(huán)保署（USEPA）EPA 3535A中就建議使用固相萃取膜對(duì)下表中的化合物進(jìn)行萃取[1]。

表1 EPA 3535A中固相萃取膜片萃取的化合物種類

2015年10月1日，萊伯泰科并購(gòu)具有46年發(fā)展歷史的CDS Analytical公司，增添了熱裂解、熱解析、吹掃捕集等新產(chǎn)品，使前處理產(chǎn)品更加多樣化。2019年4月5日，萊伯泰科旗下CDS公司完成對(duì)3M旗下子公司EmporeTM品牌資產(chǎn)的收購(gòu)，包括生產(chǎn)線、設(shè)備、生產(chǎn)工藝、配方、專利使用權(quán)，商標(biāo)、銷售渠道和用戶信息。通過(guò)此次收購(gòu)，CDS公司將其業(yè)務(wù)擴(kuò)展到實(shí)驗(yàn)室耗材領(lǐng)域，為廣大環(huán)境、食品、藥品分析實(shí)驗(yàn)室提供一站式SPE分離儀器和耗材服務(wù)。通過(guò)此次收購(gòu)，CDS將其50年高質(zhì)量分析儀器制造能力擴(kuò)展到分離科學(xué)中的傳奇膜產(chǎn)品制造領(lǐng)域。

為宣傳膜式固相萃取的高效特點(diǎn)，萊伯泰科依托耗材優(yōu)勢(shì)，研發(fā)出多款膜式固相萃取產(chǎn)品，包括Sepaths UP全自動(dòng)柱-膜通用固相萃取系統(tǒng)、Extrapid柱-盤手動(dòng)固相萃取儀，以及D-SPE全自動(dòng)固相萃取系統(tǒng)，三款儀器的萃取類型可見表2列舉內(nèi)容。

表2 萊伯泰科膜式固相萃取產(chǎn)品

作為萊伯泰科膜式固相萃取的主打產(chǎn)品，Sepaths UP全自動(dòng)柱-膜通用固相萃取系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

柱膜通用：萃取柱兼容1/3/6mL三種規(guī)格，并可適配47mm萃取膜

高流速：搭配EmporeTM萃取膜，可實(shí)現(xiàn)最大100mL/min的上樣流速，大大提高實(shí)驗(yàn)效率

多通道并行：Sepaths UP可實(shí)現(xiàn)1-12個(gè)樣品的固相萃取處理

在線除水：Sepaths UP可搭配在線氮吹、無(wú)水硫酸鈉柱和疏水膜三種除水方式

樣品瓶噴淋：大體積樣品瓶噴淋功能，以實(shí)現(xiàn)全上樣、提高目標(biāo)物回收率

在線濃縮：Sepaths UP可搭載金屬浴加熱在線氮吹模塊，具備自動(dòng)定容功能

五、固相萃取技術(shù)的最新應(yīng)用及展望

作為一項(xiàng)樣品前處理技術(shù)，固相萃取在諸多領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，環(huán)境中的有機(jī)污染物檢測(cè)、食品領(lǐng)域的農(nóng)藥獸藥殘留、司法鑒定中毒物和精神藥品、中藥以及生命科學(xué)領(lǐng)域都有固相萃取技術(shù)的身影。同時(shí)，近些年在國(guó)內(nèi)逐漸興起的新型污染物檢測(cè)，像全氟化合物、抗生素、六溴環(huán)十二烷等樣品前處理過(guò)程都需要固相萃取技術(shù)。

傳統(tǒng)的固相萃取技術(shù)，處理時(shí)間長(zhǎng)、溶劑消耗量大，針對(duì)此種情況，萊伯泰科在Astation全自動(dòng)多功能樣品制備進(jìn)樣平臺(tái)上進(jìn)行微固相萃取的領(lǐng)域拓展，微固相萃取需要很少的樣品量和溶劑（幾十到幾百微升），并可實(shí)現(xiàn)在線處理，大大提高實(shí)驗(yàn)效率。同時(shí)，萊伯泰科計(jì)劃將傳統(tǒng)的自動(dòng)化固相萃取儀器向融入智能化實(shí)驗(yàn)室、遠(yuǎn)程操作、便攜式固相萃取系統(tǒng)等方面發(fā)展。另外，在膜式固相萃取中，將繼續(xù)完善產(chǎn)品，突出萃取膜的優(yōu)勢(shì)，并進(jìn)一步拓展其在生命科學(xué)等領(lǐng)域的新應(yīng)用。

六、參考資料

[1]陳小華,汪群杰.固相萃取技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2010:8-9.