Solid Phase Extraction (SPE)

Solid Phase Extraction, kortweg SPE, is een veelgebruikte techniek voor monstervoorbereiding in analytische laboratoria. De methode scheidt opgeloste stoffen op basis van hun affiniteit met een vaste stationaire fase (het sorbent) en wordt ingezet om analyten te concentreren, te zuiveren of matrixstoringen te verwijderen voorafgaand aan analyse met bijvoorbeeld HPLC, GC of LC-MS.

Wat is SPE?

SPE is een vloeistof-vaste-stof-extractie waarbij een vloeibaar monster door een cartridge of schijf met sorbent wordt gevoerd. De doelanalyten binden aan het sorbent terwijl ongewenste matrixcomponenten doorstromen, of omgekeerd. Door selectieve wassing en elutie wordt vervolgens een geconcentreerd en gezuiverd extract verkregen dat geschikt is voor verdere instrumentele analyse.

Vergeleken met klassieke vloeistof-vloeistofextractie (LLE) gebruikt SPE aanzienlijk minder oplosmiddel, levert het hogere recoveries op, is het beter te automatiseren en is parallel werken eenvoudig — bijvoorbeeld met een vacuümmanifold waarin twaalf of meer cartridges tegelijk worden verwerkt.

Het SPE-proces in vier stappen

De onderstaande schematische weergave toont de vier stappen van een typische SPE-procedure.

1. Conditioneren

Het sorbent wordt geactiveerd door eerst een organisch oplosmiddel (vaak methanol) door de cartridge te leiden, gevolgd door water of een buffer. Hiermee worden de functionele groepen toegankelijk gemaakt en wordt de fase voorbereid op het waterige monster. Het sorbent mag tussen deze stappen niet droogvallen, omdat dit de retentie ernstig vermindert.

2. Monsteraanbrenging

Het monster wordt langzaam door de cartridge gevoerd, doorgaans onder lichte onderdruk. De doorstroomsnelheid is bepalend voor de retentie: te snel doorvoeren geeft doorslag van de analyten. De analyten binden aan het sorbent, terwijl een deel van de matrix direct doorloopt.

3. Wassen

Een waselutie verwijdert zwak gebonden, storende componenten zonder de doelanalyten te elueren. Het wasoplosmiddel wordt zo gekozen dat het net niet sterk genoeg is om de analyten los te maken — meestal water, een waterige buffer of een mengsel met een laag percentage organisch oplosmiddel.

4. Elutie

Met een sterker oplosmiddel worden de analyten van het sorbent losgemaakt en opgevangen in een vial. Vaak wordt een klein elutievolume gebruikt zodat de analyten geconcentreerd worden. Het eluaat kan direct of na indampen en heroplossen op het analyse-instrument worden gebracht.

Sorbenten en hun toepassingen

De keuze van het sorbent is afhankelijk van de chemische eigenschappen van de analyt en de matrix. De meest gebruikte typen staan hieronder.

Cartridgeformaten en SPHE

SPE-cartridges zijn er in verschillende formaten, doorgaans aangeduid met sorbenthoeveelheid en reservoirvolume — bijvoorbeeld 100 mg / 1 ml, 500 mg / 3 ml of 1 g / 6 ml. De keuze hangt af van de monstervolumes en de te verwachten analytconcentratie. Naast cartridges zijn er ook 96-wellsformaten voor high-throughput-werk en SPE-schijven voor grote watervolumes.

Een variant op de klassieke cartridge is SPHE (Solid Phase High Efficiency Extraction). Deze cartridges hebben een geoptimaliseerde packing voor hogere doorstroming bij gelijkblijvende retentie en zijn compatibel met standaard vacuümcollectors met luer-aansluiting.

Apparatuur voor SPE

Voor reproduceerbare SPE is een vacuümmanifold of -collector onmisbaar. Dit apparaat houdt meerdere cartridges parallel onder gecontroleerde onderdruk, zodat de doorstroomsnelheid per kanaal instelbaar is. Op Labvakhandel.nl is een 12-positie vacuümcollector voor SPE verkrijgbaar, ondergebracht bij de filtratie-apparatuur. De collector wordt aangesloten op een geschikte vacuümpomp uit het assortiment pompen en vacuüm.

Voor het opvangen van eluaten worden glazen of polypropyleen vials gebruikt. Bij verdere voorbereiding van het extract — bijvoorbeeld filtreren vóór HPLC-injectie — komen spuitfilters en membraanfilters in beeld.

Toepassingen

SPE wordt in uiteenlopende vakgebieden ingezet:

• Milieuanalyse: concentreren van pesticiden, PAK's of farmaceutische residuen uit oppervlakte- en drinkwater.
• Bio-analyse en toxicologie: opwerken van plasma-, urine- of weefselmonsters voor bepaling van geneesmiddelen of metabolieten.
• Voedingsmiddelenanalyse: isoleren van mycotoxines, antibiotica of additieven uit complexe matrices.
• Forensische analyse: opwerken van biologische monsters voor drug- en alcoholanalyse.
• Industriële en farmaceutische QC: verwijderen van matrixstoringen vóór HPLC- of LC-MS-analyse.

Praktische aandachtspunten

Een aantal punten die de reproduceerbaarheid van SPE in de praktijk bepalen:

• Houd de doorstroomsnelheid tijdens monsteraanbrenging laag (richtwaarde 1 tot 5 ml/min, afhankelijk van het bedformaat).
• Laat het sorbent na conditioneren niet droogvallen, tenzij gewerkt wordt met polymeer-sorbents die hier ongevoelig voor zijn.
• pH van het monster afstemmen op het ionisatiegedrag van de analyt — vooral bij ionenuitwisseling en bij zwakke zuren of basen op reversed-phase-sorbents.
• Optimaliseer de wasstap zorgvuldig: te sterk leidt tot verlies van analyt, te zwak laat storende stoffen op het bed.
• Voer een recovery- en breakthrough-test uit bij methodeontwikkeling.

Verwante onderwerpen

Meer over filtratie in het laboratorium leest u in filtratiemethoden en filtermaterialen. Voor de keuze van filterpapier en aanverwante materialen, zie filterpapier, weegpapier en extractiehulzen.

Neem contact op voor advies over de juiste SPE-cartridges en bijbehorende apparatuur, of bekijk het assortiment filtratie-apparatuur.