SPE gibt es schon seit Jahrzehnten, und das aus gutem Grund. Wenn Wissenschaftler Hintergrundbestandteile aus ihren Proben entfernen möchten, stehen sie vor der Herausforderung, dies zu tun, ohne ihre Fähigkeit zu beeinträchtigen, das Vorhandensein und die Menge ihrer interessierenden Verbindung genau und präzise zu bestimmen. SPE ist eine Technik, die Wissenschaftler häufig verwenden, um ihre Proben für die empfindlichen Instrumente vorzubereiten, die für die quantitative Analyse verwendet werden. SPE ist robust, funktioniert für ein breites Spektrum an Probentypen und es werden weiterhin neue SPE-Produkte und -Methoden entwickelt. Im Mittelpunkt der Entwicklung dieser Methoden steht die Erkenntnis, dass es sich bei SPE dennoch um eine Form der chromatographischen Trennung handelt, auch wenn das Wort „Chromatographie“ nicht im Namen der Technik vorkommt.

SPE: Die stille Chromatographie

Es gibt ein altes Sprichwort: „Wenn ein Baum im Wald fällt und niemand in der Nähe ist, der es hört, macht er dann trotzdem ein Geräusch?“ Dieses Sprichwort erinnert uns an SPE. Das mag seltsam klingen, aber wenn wir an SPE denken, stellt sich die Frage: „Wenn eine Trennung stattfindet und es keinen Detektor gibt, der sie aufzeichnet, hat dann tatsächlich eine Chromatographie stattgefunden?“ Im Fall von SPE ist die Antwort ein klares „Ja!“ Bei der Entwicklung oder Fehlerbehebung einer SPE-Methode kann es sehr hilfreich sein, sich daran zu erinnern, dass es sich bei SPE lediglich um Chromatographie ohne Chromatogramm handelt. Wenn Sie darüber nachdenken, hat Mikhail Tsvet, bekannt als „Vater der Chromatographie“, nicht das getan, was wir heute „SPE“ nennen würden? War es so viel anders als eine moderne SPE-Methode, als er seine Mischungen aus Pflanzenpigmenten trennte, indem er sie der Schwerkraft zuließ, gelöst in einem Lösungsmittel, durch ein Bett aus gemahlener Kreide?

Verstehen Sie Ihre Probe

Da SPE auf chromatographischen Prinzipien basiert, ist das Herzstück jeder guten SPE-Methode die Beziehung zwischen den Analyten, der Matrix, der stationären Phase (dem SPE-Sorbens) und der mobilen Phase (den Lösungsmitteln, die zum Waschen oder Eluieren der Probe verwendet werden). .

Wenn Sie eine SPE-Methode entwickeln oder Fehler beheben müssen, ist es am besten, wenn Sie die Beschaffenheit Ihrer Probe so gut wie möglich verstehen. Um unnötige Versuche und Irrtümer während der Methodenentwicklung zu vermeiden, sind Beschreibungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften sowohl Ihrer Analyten als auch der Matrix sehr hilfreich. Sobald Sie Ihre Probe kennen, können Sie diese Probe besser einem geeigneten SPE-Produkt zuordnen. Wenn Sie beispielsweise die relative Polarität der Analyten im Vergleich zueinander und zur Matrix kennen, können Sie entscheiden, ob die Verwendung der Polarität zur Trennung der Analyten von der Matrix der richtige Ansatz ist. Wenn Sie wissen, ob Ihre Analyten neutral sind oder in geladenen Zuständen vorliegen können, können Sie auch SPE-Produkte finden, die auf das Zurückhalten oder Eluieren neutraler, positiv geladener oder negativ geladener Spezies spezialisiert sind. Diese beiden Konzepte stellen zwei der am häufigsten verwendeten Analyteigenschaften dar, die bei der Entwicklung von SPE-Methoden und der Auswahl von SPE-Produkten genutzt werden können. Wenn Sie Ihre Analyten und die wichtigsten Matrixkomponenten mit diesen Begriffen beschreiben können, sind Sie auf dem besten Weg, eine gute Richtung für die Entwicklung Ihrer SPE-Methode einzuschlagen.

Trennung durch Affinität

Die Prinzipien, die beispielsweise die innerhalb einer LC-Säule stattfindenden Trennungen definieren, spielen bei einer SPE-Trennung eine Rolle. Die Grundlage jeder chromatographischen Trennung ist die Einrichtung eines Systems, das unterschiedlich starke Wechselwirkungen zwischen den Komponenten der Probe und den beiden in der Säule oder SPE-Kartusche vorhandenen Phasen, der mobilen Phase und der stationären Phase, aufweist.

Einer der ersten Schritte, um sich mit der SPE-Methodenentwicklung vertraut zu machen, besteht darin, sich mit den beiden am häufigsten vorkommenden Arten von Wechselwirkungen bei der SPE-Trennung vertraut zu machen: Polarität und/oder Ladungszustand.

Polarität

Wenn Sie Ihre Probe mithilfe der Polarität bereinigen möchten, müssen Sie zunächst entscheiden, welcher „Modus“ am besten geeignet ist. Am besten arbeitet man mit einem relativ polaren SPE-Medium und einer relativ unpolaren mobilen Phase (d. h. Normalmodus) oder umgekehrt, einem relativ unpolaren SPE-Medium gekoppelt mit einer relativ polaren mobilen Phase (d. h. umgekehrter Modus, so genannt, weil es das Gegenteil ist). des zunächst etablierten „Normalmodus“).

Wenn Sie SPE-Produkte erkunden, werden Sie feststellen, dass es SPE-Phasen in verschiedenen Polaritäten gibt. Darüber hinaus bietet die Wahl des Lösungsmittels für die mobile Phase auch eine große Auswahl an Polaritäten, die oft durch die Verwendung von Mischungen aus Lösungsmitteln, Puffern oder anderen Additiven sehr gut einstellbar sind. Es ist ein hohes Maß an Finesse möglich, wenn Polaritätsunterschiede als Schlüsselmerkmal genutzt werden, um Ihre Analyten von Matrixinterferenzen (oder voneinander) zu trennen.

Denken Sie einfach an das alte chemische Sprichwort „Gleiches löst Gleiches auf“, wenn Sie die Polarität als Treiber für die Trennung betrachten. Je ähnlicher eine Verbindung in ihrer Polarität einer mobilen oder stationären Phase ist, desto wahrscheinlicher ist eine stärkere Wechselwirkung. Stärkere Wechselwirkungen mit der stationären Phase führen zu längeren Retentionen auf dem SPE-Medium. Starke Wechselwirkungen mit der mobilen Phase führen zu einer geringeren Retention und einer früheren Elution.

Ladezustand

Wenn die interessierenden Analyten entweder immer in einem geladenen Zustand vorliegen oder durch die Bedingungen der Lösung, in der sie gelöst sind (z. B. pH-Wert), in einen geladenen Zustand versetzt werden können, gibt es eine weitere wirksame Möglichkeit, sie von der Matrix (oder jedem einzelnen) zu trennen andere) erfolgt durch den Einsatz von SPE-Medien, die sie mit einer eigenen Ladung anlocken können.

In diesem Fall gelten die klassischen Regeln der elektrostatischen Anziehung. Im Gegensatz zu Trennungen, die auf Polaritätsmerkmalen und dem „Gleiches löst Gleiches“-Wechselwirkungsmodell beruhen, funktionieren Wechselwirkungen im geladenen Zustand nach der Regel „Gegensätze ziehen sich an“. Beispielsweise verfügen Sie möglicherweise über ein SPE-Medium, dessen Oberfläche eine positive Ladung aufweist. Um diese positiv geladene Oberfläche auszugleichen, ist typischerweise zunächst eine negativ geladene Spezies (ein Anion) daran gebunden. Wenn Ihr negativ geladener Analyt in das System eingeführt wird, hat er die Fähigkeit, das ursprünglich gebundene Anion zu verdrängen und mit der positiv geladenen SPE-Oberfläche zu interagieren. Dies führt zu einer Retention des Analyten auf der SPE-Phase. Dieser Austausch von Anionen wird als „Anionenaustausch“ bezeichnet und ist nur ein Beispiel für die umfassendere Kategorie der SPE-Produkte „Ionenaustausch“. In diesem Beispiel hätten positiv geladene Spezies einen starken Anreiz, in der mobilen Phase zu bleiben und nicht mit der positiv geladenen SPE-Oberfläche zu interagieren, sodass sie nicht zurückgehalten würden. Und wenn die SPE-Oberfläche nicht zusätzlich zu ihren Ionenaustauscheigenschaften noch andere Eigenschaften aufweist, würden auch neutrale Spezies nur minimal zurückgehalten (obwohl es solche gemischten SPE-Produkte gibt, die es Ihnen ermöglichen, Ionenaustausch- und Umkehrphasen-Retentionsmechanismen im selben SPE-Medium zu nutzen ).

Ein wichtiger Unterschied, der bei der Verwendung von Ionenaustauschmechanismen berücksichtigt werden muss, ist die Art des Ladungszustands des Analyten. Wenn der Analyt immer geladen ist, unabhängig vom pH-Wert der Lösung, in der er sich befindet, wird er als „starke“ Spezies betrachtet. Wenn der Analyt nur unter bestimmten pH-Wert-Bedingungen geladen ist, gilt er als „schwache“ Spezies. Dies ist eine wichtige Eigenschaft, die Sie bei Ihren Analyten verstehen sollten, da sie bestimmt, welche Art von SPE-Medien Sie verwenden sollten. Generell hilft es hier, darüber nachzudenken, dass Gegensätze zusammenpassen. Es empfiehlt sich, ein SPE-Sorbens mit schwachem Ionenaustausch mit einer „starken“ Spezies und ein Sorbens mit starkem Ionenaustausch mit einem „schwachen“ Analyten zu paaren.