SPE の目標とメリット

固相抽出 [SPE] とは

固相抽出 [SPE] という用語に惑わされないでください。典型的なSPE製品は単純な1回の液液抽出よりも50倍の分離能力をもちます。 SPEは実際には液-固クロマトグラフィーカラムです。 SPEは液体クロマトグラフィー(LC)でありその手法はLCの原理が適用されます。サンプルはクロマトグラフィー充塡剤として適切な粒子または他の形態の固定相を使用したカラムまたはカートリッジへ導入されます。溶媒(移動相)は充塡剤内を貫流します。移動相と固定相の適切な組み合わせを選ぶことによってサンプル成分はカラムをそのまま素通りするかもしくは選択的に保持されます。

サンプルに含まれる個々の化合物は通常SPE製品の中をそれぞれ異なる速度で移動します。弱溶媒（溶出力の弱い溶媒）は化合物をゆっくりと移動または強く保持させます。強溶媒（溶出力の強い溶媒）は速やかに化合物を通過させて分析対象物をより濃縮されたボリュームで溶出します。通常、SPE製品からの溶出は連続的ではなく段階的に移動相の強さを増すことによって行われます。それぞれのステップにおいて選択した分析対象成分または不純物を完全に保持または迅速に溶出させます。このようなグラジエント溶出は ステップグラジエント と呼ばれます。

SPEには主にミニカラムまたはカートリッジ製品が使用されます。ここに1つの例を示しています。 3種類の色素の混合物を弱溶媒の入ったカートリッジにロードすると、サンプルはカラム入り口に黒色の幅の狭いバンドとなって強く保持されます。その後のグラジエントステップで段階的により強い溶媒を使用することによって色素を個別に溶出させています。［黄、赤、青の順］

一般的なSPEカートリッジは低圧の耐溶剤性プラスチック製カラムまたはガラス製カラムに直径≥30 µmの粒子を詰めたものです。適切な流速は自然落下または吸引、加圧することによって得られます。(加圧する場合はカラムの開いた入口にキャップを付けるか、付属品を用いて入口と出口を密閉できる製品を使用する必要があります。)

サンプル前処理の重要性

ここ20年間の分析機器およびラボラトリ情報管理システムの劇的な進歩によって分析者の主なタスクは分析評価からサンプル前処理およびデータ処理に変わりました。高感度、選択性、正確性、精度およびサンプル処理数に対してより厳しい要求が徐々に増大したことから、分析とデータ収集の速度および複雑化の増加への対応がサンプルの回収および前処理における多くの従来法の改善を上回りました。

概算では、現代の分析研究所における作業活動および運営経費の75-80%は分析分離・測定装置に導入または注入するためのサンプル処理および前処理に費やされています。明らかに直結した取り組みとサンプル前処理プロトコールを能率化するように設計された製品は分析科学の今後の進歩に不可欠です。

サンプル前処理の目的

多くの分析技術(HPLC、GC、分光光度法、RIAなど)のために行うサンプル前処理には3つの目的があります。

• 目的成分の溶解
• マトリックス成分による妨害をなくす
• 検出または測定に適した濃度に濃縮

これらの目的を達成するためにサンプルまたはその標品(入手が難しい場合もある)は溶解、ホモジナイズ、抽出(液相または固相)、ろ過、濃縮、エバポレーション、分離、誘導体化、標準化［内部または外部］などの従来法を用いて前処理されます。

通常は複数のステップによってサンプル前処理プロトコールを作成します。あらかじめ検証されたステップ数の少ないプロトコールにより、より簡単に、より便利に、より費用対効果高く、短時間で行うことが可能です。簡単なプロトコールは容易な自動化を可能にし、また正確性、信頼性、再現性、安全性を増大します。

サンプル前処理法の革新

サンプル前処理の目的を達成するための方法は数多くあります。しかしながら、サンプル前処理プロトコールを合理化するための革新的な手段を得ることが最善策です:

• 可能であれば複数のステップを組み合わせて1つの操作にまとめる
• 不必要なサンプルの移し変え操作を省く
• 実施可能な最小スケールに縮小する(時間、労働力、コストの節約)
• 独創的で新しいツールを使用する

固相抽出 [SPE] カートリッジの利点

他のサンプル前処理法と比較した場合、SPEカートリッジを用いた固相抽出は次のような利点を与えます:

固相抽出 [SPE] によるサンプル前処理の目的の達成

• 分析対象成分の後に溶出する、または強く保持するサンプル成分を除去するには :
  • HPLC分析カラムの充塡剤と同じ固定相をもつ固相抽出製品を使用する。
  • 分析対象成分を選択的に溶出するグラジエントステップを検討する。
• 分析対象成分と共溶出するサンプル成分を除去するには :
  • 分析カラムの充塡剤と異なる固定相および分離モードをもつ固相抽出製品を使用する。
  • 分析対象成分を選択的に脱離するグラジエントステップを検討する。
• 低濃度のサンプル成分を濃縮するには :
  • 分析対象成分を選択的に溶出するグラジエントステップを調整する。
  • 弱溶媒に溶解したサンプルを大容量ロードする。
  • 少量の強溶媒で脱離する。
  • 分析カラムに関係なく分析対象成分に適した固定相を使用する。
  • 更なる前処理が不要になるように慎重に固相抽出カラムを選択する。
• サンプルを脱塩するには :
  • まず分析対象成分を逆相固相に保持させて塩を素通りさせる。
  • 精製水で残りの塩を洗い流した後、水と混和性のある有機溶媒で分析対象成分を脱離する。
• 溶媒変換を行うには :
  • 保持力の強い充塡剤にサンプルを完全に保持させて弱溶媒で有機溶媒を洗い流す。
  • 分析対象成分を適当な溶媒で脱離する。
• 化合物の分画を行うには :
  • サンプルに含まれる化合物の疎水性、極性、官能基の電荷に基づいて分画するためのグラジエントステップを検討する。
• 分析対象成分を固相と試薬を用いて誘導体化するには :
  • 充塡剤表面に誘導体化試薬を導入する。
  • 次に分析対象成分の保持に適切な条件下でサンプル（通常は気体）を捕集する。
  • 反応終了後、誘導体を選択的に脱離する。