固相抽出

固相抽出（SPE）^{[ 1 ]}は、液体混合物に溶解または懸濁している化合物を、その物理的および化学的性質に基づいて、その混合物中の他の化合物から分離、単離、または精製する固液抽出技術です。分析ラボでは、分析用のサンプルを濃縮および精製するために固相抽出を使用します。固相抽出は、尿、血液、水、飲料、土壌、動物組織など、さまざまなマトリックスから目的の分析対象物を分離するために使用できます。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

SPEは、液体（移動相と呼ばれる）に溶解または懸濁した溶質と、試料が通過する小型カラム内の固体充填剤（固定相と呼ばれる）との親和性を利用して、混合物を目的成分と不要な成分に分離します。その結果、試料中の目的分析物または不要な不純物のいずれかが固定相に保持されます。固定相を通過した部分は、目的分析物または不要な不純物が含まれているかどうかに応じて、回収または廃棄されます。固定相に保持された部分に目的分析物が含まれている場合は、固定相を適切な溶出液で洗浄する追加のステップで、固定相から目的分析物を取り出して回収することができます。^{[ 5 ]}

SPEによる分析対象物の回収が不完全になる原因としては、抽出または溶出が不完全な場合が考えられます。抽出が不完全な場合、分析対象物は固定相に対する親和性が十分ではなく、一部が透過液中に残ります。溶出が不完全な場合、使用する溶出液の親和性が十分でないため、分析対象物の一部が吸着剤中に残ります。^{[ 6 ]}

吸着剤／材料の多くはクロマトグラフィー法と同じであるが、SPEはクロマトグラフィーとは異なる目的を持ち、現代化学において独自の地位を占めている。

SPEは、カラム内に充填された固定相を移動相が通過して混合物を運ぶという意味で、実際にはクロマトグラフィーの一種です。クロマトグラフィーのプロセスを利用して固液抽出技術が開発され、混合物中の各成分の固相と液相の平衡定数K _{<sub​​>eq} </sub>の大きな差を利用して、成分の混合物を分離することが可能になります。固定相と移動相の選択に関する化学的考慮事項は、液体カラムクロマトグラフィーの場合と同様であり、使用される吸着剤／材料の多くは同じです。しかし、理論、手順、および目的は異なり、抽出技術として、現代化学において独自の地位を占めています。

典型的な固相抽出は、5つの基本的なステップから構成されます。まず、カートリッジを非極性または弱極性の溶媒で平衡化し、表面を濡らして結合相に浸透させます。次に、水、またはサンプルと同じ組成の緩衝液をカラムに通してシリカ表面を濡らします。その後、サンプルをカートリッジに添加します。サンプルが固定相を通過する際、サンプル中の極性分析対象物は極性吸着剤と相互作用して保持され、溶媒やその他の非極性不純物はカートリッジを通過します。サンプルをロードした後、カートリッジを非極性溶媒で洗浄してさらに不純物を除去します。次に、極性溶媒または適切なpHの緩衝液で分析対象物を溶出します。

短炭素鎖を持つ極性官能結合シリカの固定相が固体相を構成することが多い。この固定相は極性分子を吸着し、より極性の高い溶媒で回収することができる。^{[ 4 ]}

逆相SPEは、分析対象物をその極性に基づいて分離します。逆相SPEカートリッジの固定相は炭化水素鎖で誘導体化されており、疎水性効果により中～低極性の化合物を保持します。分析対象物は、非極性溶媒でカートリッジを洗浄することにより溶出できます。これにより、分析対象物と固定相との相互作用が破壊されます。^{[ 4 ]}

炭素鎖を持つシリコンの固定相が一般的に使用される。主に非極性の疎水性相互作用に依存しているため、非極性または非常に弱い極性の化合物のみが表面に吸着する。^{[ 4 ]}

イオン交換吸着剤は、分析対象物と固定相上の正または負に帯電した基との間の静電相互作用に基づいて分析対象物を分離します。イオン交換が起こるためには、固定相と試料の両方が帯電するpH値である必要があります。

固定相は、充填されたシリンジ型カートリッジ、96 ウェルプレート、47 または 90 mm の平らなディスク、または充填吸着剤によるマイクロ抽出( MEPS ) デバイスの形をとります。MEPS デバイスは、液体処理シリンジに充填された吸着剤材料を使用する SPE 法です。^{[ 7 ] [ 8 ]}これらは、特定のタイプの抽出マニホールドに取り付けることができます。マニホールドは、複数の SPE メディアを所定の位置に保持し、同数のサンプルを同時に通過させることにより、複数のサンプルを処理できます。標準的なカートリッジ SPE マニホールドでは、最大 24 個のカートリッジを並列に取り付けることができ、一般的なディスク SPE マニホールドでは 6 枚のディスクを収容できます。ほとんどの SPE マニホールドには真空ポートが装備されており、真空を適用して液体サンプルを固定相に通すことで抽出プロセスを高速化できます。分析対象物は、固定相を通過した後、マニホールドの内部または下部のサンプル チューブに収集されます。

固相抽出カートリッジとディスクは、それぞれ異なる化学的性質に基づいて分析対象物を分離する複数の固定相を備えたものが購入可能です。ほとんどの固定相のベースは、特定の官能基が結合したシリカです。これらの官能基には、長さが変化する疎水性アルキル鎖またはアリール鎖（逆相用）、第四級アンモニウム基またはアミノ基（陰イオン交換用）、および脂肪族スルホン酸基またはカルボキシル基（陽イオン交換用）などがあります。^{[ 4 ]}

固相マイクロ抽出（SPME）は、液体（ポリマー）または固体（吸着剤）の抽出相でコーティングされた繊維を使用する固相抽出技術であり、液体または気体のさまざまな媒体から、揮発性および非揮発性の両方を含むさまざまな分析対象物を抽出します。 ^{[ 9 ]}繊維によって抽出される分析対象物の量は、平衡に達するか、短時間の予備平衡の場合は対流または攪拌の助けを借りて、サンプル中のその濃度に比例します。

• EM Thurman、MS Mills、『固相抽出：原理と実践』、Wiley-Interscience、1998年、ISBN 978-0-471-61422-7
• ナイジェル・J・K・シンプソン著、『固相抽出：原理、技術、応用』、CRC、2000年、ISBN 978-0-8247-0021-8
• ジェームズ・S・フリッツ著、『分析固相抽出法』、Wiley-VCH、1999年、ISBN 978-0-471-24667-1