Overview of SPE Technology/Method Development & New Trends in Sample Preparation

Význam tématu

Solid-phase extraction (SPE) představuje klíčový krok v analytické chemii pro přípravu vzorků před chromatografickou či hmotnostně-spectrometrickou analýzou. Správná volba a optimalizace SPE zajišťuje koncentrování analytů, odstranění interferencí matrix a prodloužení životnosti chromatografických kolonek. V biomedicínských, environmentálních či potravinářských aplikacích je selektivní čištění a obohacení analyzovaného vzorku rozhodující pro dosažení nízkých detekčních limitů a reprodukovatelnosti výsledků.

Cíle a přehled studie / článku

Představit systematický přístup k vývoji SPE metodiky, porovnat základní retenční mechanismy (reverzní fáze, normal-fáze, ion-exchange, mixed-mode), ukázat aplikace na reálných matricích (séra, moči) a vyhodnotit nové trendy v technologii přípravy vzorků. Článek popisuje kroky od předúpravy přes kondicionování, equilibraci, náběr, promývání až po eluční strategii a následnou chromatografickou analýzu.

Použitá metodika a instrumentace

Systematický přístup k vývoji SPE zahrnuje:

• Optimalizaci náběru (load optimization) pomocí standardních roztoků bez matrix.
• Vymezení promývacího a eluačního profilu (% organiky, vliv pH).
• Validaci na reálných vzorcích (sheep serum, horse serum, lidská moč) s vyhodnocením recovery a RSD.

Instrumentace:

• SPE hardware – kartáčky (PP a skleněné kazety), 96-well SPE desky (Discovery SPE 96-well plates), SPE disky, multi-vrstvé kassety Dioxin Prep System.
• Manifoldy a vakuové moduly – Visiprep, Visidry, SPE vacuum manifolds.
• Automatizované systémy – Zymark RapidTrace, TomTec Quadra, Gilson SPE 215, online SPE (Prospekt).
• Chromatografické systémy – HPLC-UV s kolonami Discovery C18, C8, CN, F5; kapalinová a plynová chromatografie (GC-MS, LC-MS/MS).

Hlavní výsledky a diskuse

V několika modelových studiích byla porovnána systematicky vyvinutá SPE metoda na specifických fázích proti generic řešením:

• Tricyklická antidepresiva ze serum – optimalizací pH a % MeOH v elučním protokolu na DSC-18 SPE 96-well dosahováno recovery > 90 % (RSD < 4 %), oproti 70–130 % při použití polymerní fází s vysokou variabilitou.
• Furosemid z koněcího séra – voltový buffer pH 3 vedl k lepší retenci a selektivitě na C18 SPE, průměrná recovery 100 % (RSD < 3 %) a možnost přímé analýzy eluátu bez odpařování.
• Steroidy z moči – DSC-CN SPE odstranila interferující matrix komponenty, C18 SPE vedla k ucpávání HPLC. Recovery 100 % (RSD < 2 %).
• Diazepam a metabolity – mixed-mode SPE (DSC-8) umožnila selektivní eluční protokol při nízkém pH s recovery 95 % oproti 70–85 % na běžném C18.

Přínosy a praktické využití metody

SPE metodika s systematickou optimalizací přináší:

• Vyšší selektivitu a reprodukovatelnost v bioanalytických aplikacích (farmakokinetika, toxikologie).
• Nižší spotřebu organických rozpouštědel a zkrácení času přípravy.
• Možnost plné automatizace pomocí 96-well desek či robotických modulů.
• Rozšíření aplikace na multi-reziduální screening pesticidů, farmak či dioxinů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj nových sorbentů (molekulárně imprintované polymery – MIP, Ag-ion SPE, hydrophilic polymer phases) nabízí vysokou selektivitu pro cílené látky. Rozšiřují se miniaturizované formáty (pipetové špičky, SBSE, SPME), on-line SPE integrované s LC-MS a přístroje pro vysokoprůtokovou turbulentní chromatografii. Vznikají multifunkční “dual-mode” a multi-vrstvé extrakční kazety pro frakcionaci a simultánní extrakci širokého spektra analytů.

Závěr

Systémový přístup k metodickému vývoji SPE šetří čas a náklady, zvyšuje spolehlivost výsledků a umožňuje širší využití v průmyslu, klinické diagnostice, environmentálních a potravinářských laboratořích. Kombinace optimalizace pH, % organiky a vhodné sorbentové chemie je klíčová pro dosažení nízkých LLOQ a vysoké přesnosti.

Reference

• R.E. Majors, New Sample Prep Technologies for the Sample Prep Industry, GMP Training Systems, 2006.
• D.A. Wells, High Throughput Bioanalytical Sample Preparation, Elsevier, 2003.
• N.J.K. Simpson (ed.), Solid-Phase Extraction: Principles, Techniques, Applications, Marcel Dekker, 2000.
• J.S. Fritz, Analytical Solid-Phase Extraction, John Wiley & Sons, 1999.
• H. Wiltshire, in R.F. Venn (ed.), Principles and Practice of Bioanalysis, Taylor & Francis, 2000.