Extraction en phase solide : des principes fondamentaux aux flux de travail analytiques modernes

La préparation des échantillons de chromatographie et de spectrométrie de masse est l'une des étapes les plus critiques (et les plus sous-estimées) de la chimie analytique : elle permet de s'assurer que les échantillons sont suffisamment propres et concentrés pour une analyse précise et reproductible. Le fait de négliger la préparation des échantillons peut compromettre la précision des données, réduire la robustesse des méthodes et même provoquer l'arrêt d'instruments coûteux au moment où cela est le plus important.

Si les objectifs fondamentaux de la préparation des échantillons sont restés les mêmes, les technologies utilisées pour les atteindre ont considérablement évolué. Depuis le lancement de l’Oasis HLB en 1996, trois décennies d’innovation dans le domaine de la chimie des sorbants et de la conception des flux de travail ont transformé la SPE, qui est passée d’une technique spécialisée à un outil courant dans les laboratoires d’analyse — un parcours qui mérite d’être examiné de plus près.

Quels sont les défis liés à la préparation des échantillons ?

L'importance de la préparation et du nettoyage des échantillons se résume à un défi majeur : les interférences de la matrice. Ces interférences peuvent introduire une variabilité des données, compromettre la fiabilité de la méthode et causer des problèmes avec l'instrumentation, en particulier dans les flux de travail LC-MS. Le nettoyage de vos échantillons offre l'avantage supplémentaire d'une sensibilité accrue en concentrant les analytes d'intérêt, en améliorant l'exactitude et la précision des résultats analytiques et en éliminant les substances interférentes.

Si les effets de matrice constituent encore aujourd’hui un défi courant, les technologies modernes de SPE ont considérablement amélioré la capacité des laboratoires à éliminer les interférences de manière efficace et reproductible. Au cours des 30 dernières années, les progrès réalisés dans le domaine de la chimie des sorbants ont permis aux analystes d’obtenir des extraits plus purs en un nombre réduit d’étapes de traitement, ce qui facilite la mise en œuvre de flux de travail tant courants que soumis à une réglementation stricte.

Il existe de nombreuses techniques de préparation des échantillons, allant de méthodes simples comme la filtration et la précipitation des protéines à des techniques plus sélectives et plus sensibles comme l'extraction en phase solide (SPE), qui produit les extraits les plus propres. Bien qu'il existe de nombreuses techniques de préparation des échantillons, l'extraction en phase solide se distingue par sa capacité à produire des extraits plus propres, à réduire les interférences dans la matrice et à améliorer la sensibilité, en particulier dans les applications difficiles. Voyons cela de plus près.

L'évolution de la SPE dans les flux de travail analytiques modernes

Alors que les laboratoires d'analyse sont confrontés à des matrices d'échantillons de plus en plus complexes, à des exigences réglementaires plus strictes et à des besoins de débit accrus, les technologies de SPE ont évolué en parallèle, passant des méthodes traditionnelles de purification à des solutions hautement sélectives et spécifiques à chaque application, conçues pour les flux de travail modernes.

L'introduction de sorbants polymères mouillables à l'eau, de méthodes chimiques mixtes, de formats de plaques à haut débit et de protocoles d'extraction simplifiés a contribué à rendre la SPE plus robuste, plus reproductible et plus accessible que jamais.

Les plateformes SPE automatisées peuvent être associées à ces sorbants SPE modernes afin d'améliorer encore la reproductibilité et de faciliter le développement de méthodes « clés en main », tout en réduisant le temps d'intervention manuelle et en permettant un débit d'échantillons plus élevé.

Aujourd'hui, les scientifiques peuvent choisir parmi une large gamme de techniques de SPE et de formats de dispositifs conçus pour relever des défis allant de la bioanalyse pharmaceutique et des analyses de PFAS à la sécurité alimentaire et à la recherche clinique.

Comment fonctionne l'extraction en phase solide ?

La SPE consiste à faire passer un échantillon liquide à travers un matériau adsorbant solide (sorbant) qui retient les substances à analyser en sélectionnant les solvants et les sorbants appropriés en fonction de la substance à analyser. Différents types de sorbants, tels que les matériaux à base de silice, de polymères et d'échangeurs d'ions , sont utilisés en fonction de la nature des analytes et de la matrice de l'échantillon.

Les protocoles SPE courants fonctionnent généralement de deux manières :

• « Charge-lavage-élution », qui consiste à charger l'échantillon, à éliminer les interférences par lavage, puis à procéder à l'élution
• Système à passage direct, dans lequel les interférences sont piégées par le sorbant tandis que les analytes purifiés passent à travers.

Choix du sorbant SPE

Chez Waters, nous fournissons une gamme variée de Sep-Pak Sorbentsy compris de nombreuses options à base de silice conçues pour vous aider à relever les défis les plus complexes en laboratoire. Sorbants Oasis sont des sorbants polymères, tous basés sur l'ossature d'Oasis HLB, chacun conçu pour traiter différents types d'analytes et de matrices d'échantillons avec des protocoles simplifiés.

Depuis 30 ans, les sorbants Oasis aident les scientifiques à relever les défis en constante évolution liés à la préparation des échantillons, grâce à une innovation continue dans le domaine de la technologie SPE polymérique. De la chimie HLB originale d'Oasis aux solutions Oasis PRiME HLB et d'échange d'ions en mode mixte, la technologie SPE Oasis prend en charge un large éventail d'analytes, de matrices et d'objectifs analytiques.

• Le sorbant Oasis HLB est un sorbant équilibré hydrophile-lipophile qui offre une capacité élevée pour les acides, les bases et les neutres, ce qui le rend idéal pour une large gamme d'applications.
• Le sorbant Oasis PRiME HLB offre des possibilités supplémentaires pour éliminer les interférences complexes de la matrice, comme les phospholipides et les sels, lors de la préparation d'un échantillon pour l'analyse LC-MS.
• Les sorbants échangeurs d'ions à mode mixte d'Oasis (MM-IEX, MCX, MAX, WCX, WAX) offrent le plus haut niveau de spécificité et de sensibilité pour les analytes exigeant une plus grande sélectivité.

La SPE est largement utilisée dans divers domaines, notamment l'analyse environnementale, les produits pharmaceutiques, la sécurité alimentaire et les diagnostics cliniques. Les sorbants couramment utilisés en SPE comprennent les sorbants Oasis HLB, MM-IEX, C18, C8 et silice, chacun étant sélectionné en fonction de l'application spécifique et des propriétés de l'analyte. Parmi les exemples uniques, citons l'utilisation de sorbants WAX pour les PFAS en raison de leur capacité à se lier à la nature acide de nombreux PFAS, le MCX pour les médicaments de base et les peptides tryptiques, ou encore le sorbant Sep-Pak PSA pour le nettoyage des acides gras.

Choix du format du dispositif SPE et des options de traitement des échantillons

Le choix du format de dispositif approprié, comme les cartouches, les plaques à 96 puits ou les plaques de µElution, dépend du volume de l'échantillon, des exigences en matière de débit et de la nature des analytes.

• Préparation facile d'un échantillon individuel - Une cartouche à seringue de type plus peut être utilisée pour le nettoyage rapide d'un échantillon, par exemple s'il contient potentiellement des aliments.
• Grande taille des lots d'échantillons - les options à 96 puits peuvent accroître l'efficacité, par exemple dans le cas des essais bioanalytiques.
• Échantillons de peptides - Les peptides peuvent subir une liaison non spécifique, ce qui réduit la sensibilité. Les plaques µElution fournissent une concentration supplémentaire pour augmenter la sensibilité grâce à une conception unique qui minimise la perte d'analyte attribuable à l'adhérence aux parois des plaques de collecte.
• Préparation polyvalente des échantillons - Les cartouches à vide traditionnelles sont largement utilisées dans tous les secteurs. Elles sont bien adaptées au traitement d'échantillons individuels ou de petits lots, avec une variété de capacités de sorbants pour répondre aux différents besoins analytiques.

La sélection appropriée des flacons pour les laboratoires est également un aspect crucial de la préparation des échantillons. Les options de traitement des échantillons comprennent des systèmes manuels, semi-automatiques et entièrement automatisés, chacun offrant différents niveaux d'efficacité et de commodité.

À mesure que les exigences en matière de débit des laboratoires se sont accrues, les formats des dispositifs SPE ont évolué pour s'adapter à des flux de travail allant de la préparation d'échantillons individuels à l'analyse entièrement automatisée à haut débit. Les formats modernes de cartouches, de plaques et de µElution offrent la flexibilité nécessaire pour concilier productivité, sensibilité et évolutivité.

Comment évaluer votre protocole de SPE 

L'évaluation de votre protocole de SPE implique la mesure de trois paramètres clés pour déterminer le succès. 

• % de récupération: Le pourcentage d'analyte récupéré à partir de l'échantillon.
• Effet de matrice: L'impact des autres substances présentes dans l'échantillon sur la détection de l'analyte.
• Bilan de masse: La quantité totale d'analyte prise en compte dans le processus d'extraction.

Au-delà des effets de récupération et de matrice, de nombreux laboratoires évaluent également la reproductibilité des méthodes d'un analyste à l'autre, d'un lot à l'autre et d'un instrument à l'autre. La constance des performances dans le temps reste l'un des indicateurs les plus importants d'un processus de préparation des échantillons robuste, en particulier dans les environnements réglementés où la fiabilité des données est essentielle.

Si la récupération est faible, les effets de matrice importants et la reproductibilité médiocre, il peut s'avérer nécessaire de résoudre le problème du protocole. Cela implique d'ajuster le type de sorbant, les solvants d'élution et les conditions de chargement des échantillons. Grâce à l'optimisation de la méthode, vous pouvez vous assurer que votre protocole SPE est robuste et fiable pour une utilisation de routine.

Démarrer avec SPE

L'extraction en phase solide reste l'une des techniques de préparation d'échantillons les plus performantes et les plus polyvalentes dont disposent les scientifiques spécialisés en analyse. Que l'objectif soit de réduire les interférences de matrice, d'améliorer la sensibilité, d'accroître la reproductibilité ou de simplifier les flux de travail, le choix d'une chimie et d'un format SPE adaptés peut avoir un impact significatif sur les performances analytiques.

Au cours des 30 dernières années, les progrès réalisés dans le domaine de la technologie SPE ont permis aux laboratoires de relever des défis analytiques de plus en plus complexes, tout en améliorant l'efficacité des processus et la fiabilité des résultats. Alors que la science analytique ne cesse d'évoluer, la SPE reste un outil fondamental pour obtenir des échantillons plus purs et des données plus fiables.

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