干貨 | 固相萃取實驗成敗的影響因素、常見問題
更新時間:2023-06-20 點擊次數(shù):1034
固相萃取是一個目標物在固定相上吸附、解吸附/洗脫的過程,因此影響吸附、解吸附、洗脫的因素都會直接影響萃取的效率,如填料類型、洗脫溶劑的強度、pH、流速等。
填料是固相萃取技術(shù)的核心,選擇對目標物具有適中吸附性的 SPE柱填料是確保檢測準確的前提。當然針對同一種目標物,我們可以選擇不同的柱料,但是要注意方法的調(diào)整。
固相萃取是固定相-填料與流動相-上樣溶劑/洗脫溶劑對目標物的競爭吸附作用,所以在上樣時,要選擇有機溶劑含量或pH都合適的上樣液,以避免目標物在上樣時漏掉。而在洗脫時,也必須選擇適合的溶劑強度,即有機溶劑的含量或pH,以確保能將吸附在填料上的目標物徹di洗脫下來。
對于離子交換固定相,被分析成分與干擾物質(zhì)的pKa(等電點)各不相同。通過調(diào)節(jié)溶劑pH的大小,可以使固定相帶電荷,被分析物帶相反電荷,而使干擾物質(zhì)不帶申荷:或使固定相帶申荷,干擾物質(zhì)帶相反申荷,而使被分析物不帶電荷。
上樣流速和洗脫流速會影響吸附或解吸附/洗脫的效果,上樣和洗脫的流速一般控制在1mL/min以內(nèi)。對于大量樣品痕量富集,如環(huán)境水樣中有機物的富集,上樣流速不超過5mL/min。除了以上的幾個因素,一些操作步驟完成的情況,如活化的程度、淋洗步驟的抽干等,也會影響結(jié)果的回收率或重現(xiàn)。
1. 為什么SPE小柱操作要強調(diào)流速?
答:大多數(shù)實驗人員都希望實驗做的又快又好,在固相萃取實驗中,往往偏好用比較快的流速過柱。這里就必須要注意流速太快的弊端。因為SPE小柱的填料裝填壓實以后,形成柱床,當溶劑流過小柱,速度過快將導致兩個問題,一個問題是對于鍵合相填料,由于流速快而使得其不能充分浸潤舒展,因而導致其保留活性降低;其次過快的流速導致小柱可能形成溝渠,使得填料未被充分浸潤,降低了吸附填料與樣品的接觸面積,影響了目標物質(zhì)的傳質(zhì)過程,因而導致回收率降低。
2. 溶劑環(huán)境的pH怎么影響化合物在小柱上的保留?為什么我們要關(guān)注化合物的pKa值?在C18小柱中需要考慮這些因素嗎?
答:首先我們來說一下,Ka指的是酸度系數(shù),又名酸離解常數(shù),可以理解為酸離解H離子的能力,而pKa=-lgKa,對于酸,在環(huán)境pH下存在如下平衡:
左邊的A-/HA,實際是指溶劑環(huán)境下,離子態(tài)和分子態(tài)的比例,右邊反映了左側(cè)兩者的轉(zhuǎn)化關(guān)系,取決于(pH-pKa)的數(shù)值大小。對于離子交換小柱,保持目標物的離子化而非分子態(tài),是一個關(guān)鍵點,這對于離子交換作用機理的交換柱,將直接關(guān)系到其實驗成敗。而對于硅膠鍵合C18小柱的萃取,由于硅膠(—SiOH)不能wan全“封端",在pH大于4.0的情況下,硅膠都會帶上負電荷,因而會使得能電離的化合物與硅膠作用,增強了這種附帶的次級作用力(主作用力為非極性相互作用力),而使得此類物質(zhì)在硅膠-C18上的保留增強,若只考慮C18的非極性作用力,必然會導致回收結(jié)果不盡如人意。
3. 為什么在農(nóng)殘檢測過程中GCB常見于凈化模式,而不用于富集模式?
答:SPE的凈化模式常被用來吸附雜質(zhì),而富集模式常被用來吸附目標物質(zhì),GCB是一種石墨化碳黑,它由六個碳原子構(gòu)成平面六角形,并且層疊而成,對于芳香平面分子,很容易嵌入,而具有較強吸附芳香化合物的選擇性,對于其他分析物也有較好的吸附性能,填料的吸附與解吸附的性能將直接影響填料的使用范圍,對于GCB而言,其吸附性能較強,但是解吸附的可逆性稍差,需要選擇合適強度的溶劑來釋放被吸附的物質(zhì),因而造成了解析溶劑匹配較為困難,由于其對色素等的優(yōu)秀吸附性能,因而在農(nóng)殘樣品處理中,常用來吸附色素等雜質(zhì),而不是選擇用來保留目標化合物。
4. 淋洗步驟通常需要抽真空干燥,這個原因是什么?
答:淋洗后通常要抽真空干燥,主要作以下考量:
1)通常由于反相萃取在化合物的前處理中使用的比較多,正如反相色譜在色譜中作為常見的分離方法一樣,在反相萃取中的淋洗液常為水相或者含水的緩沖溶液,去除水份,可以便于后續(xù)干燥濃縮步驟。
2)有的項目,在淋洗步驟完成后,直接用一定體積的洗脫液,比如1mL的甲醇洗脫,此過程將洗脫與定容集為一步處理,前一步的處理必然對洗脫步驟的定量結(jié)果產(chǎn)生影響。
3)便是溶劑互溶問題,當淋洗步驟使用的溶劑極性與洗脫溶劑的極性差異較大時,會產(chǎn)生乳化分層,洗脫阻力大,洗脫液被稀釋的風險等,導致洗脫效果的差異,以致于實驗結(jié)果的失敗。
5. 我們在使用硅膠鍵合填料類型的色譜柱的時候,出于對色譜學的常識,知道了硅膠鍵合填料一般廠商建議的pH使用范圍為2-8,那么對于使用硅膠鍵合的填料的固相萃取小柱,是否需要嚴格遵守這樣一條規(guī)定?
答:首先,我們需要了解到,廠家建議的pH2-8的耐受范圍,是為了保證色譜柱的正常使用壽命,當pH值超出酸性范圍時,鍵合相易發(fā)生水解而流失;當pH超出堿性范圍時,會加速硅膠的溶解。因此會損害色譜柱柱效和保留特性,但是我們知道這個pH耐受值范圍外的溶劑對于色譜柱的影響,主要是一個積累性的過程,在溶劑沖刷下,逐漸溶解而導致色譜柱性能改變和不可逆,壽命減短。SPE小柱和色譜柱的一個差異就是,SPE是一次性消耗品,在耐受的溶劑范圍外,短暫時間的溶劑沖刷對于小柱的保留特性影響甚微,并不會導致其保留顯著差異,因此其使用的pH范圍更寬,一般可以在pH值范圍1-10使用,而不會導致其結(jié)果的差異性。