Guida all’SPE per principianti

Cos’è l’Estrazione in Fase Solida (SPE)?

Non lasciatevi confondere dal termine estrazione in fase solida [SPE]. Un tipico dispositivo SPE ha un potere di separazione 50 volte superiore rispetto a una semplice estrazione liquido-liquido. La SPE è in realtà cromatografia liquido-solido su colonna. Poiché la SPE è una cromatografia liquida [LC], la sua pratica è regolata dai principi dell’LC. Un campione viene introdotto in una colonna o in un dispositivo a cartuccia contenente un letto di particelle appropriate, o in un’altra forma, di materiale di impaccamento cromatografico [fase stazionaria]. Il solvente [fase mobile] fluisce attraverso il letto. Scegliendo un’opportuna combinazione di fase mobile e stazionaria, i componenti del campione possono passare direttamente attraverso il letto della colonna oppure essere trattenuti selettivamente.

In genere sembra che i singoli composti nel campione viaggino a velocità diverse attraverso il dispositivo. L’utilizzo di un solvente più debole rallenta il movimento e/o provoca una ritenzione forte. Un solvente più forte accelera il passaggio dei composti attraverso il letto ed eluisce l’analita o gli analiti in un volume più concentrato. L’eluizione da un dispositivo SPE viene in genere eseguita incrementando l’intensità della fase mobile in una serie di passaggi discreti, anziché continui, durante i quali gli analiti o le interferenze selezionati vengono trattenuti completamente o eluiti rapidamente: questa variazione dell’eluizione a gradiente è definita gradiente a gradini

Più comunemente, la SPE viene eseguita utilizzando colonne o dispositivi a cartuccia in miniatura. Di seguito viene mostrato un esempio. Una miscela di tre coloranti viene caricata sulla cartuccia in un solvente debole, provocando una forte ritenzione del campione in una banda stretta che appare nera all’ingresso della colonna. I gradini successivi di gradiente, ciascuno con un solvente progressivamente più forte, vengono utilizzati per eluire singolarmente i coloranti [giallo, rosso, quindi blu].

Le cartucce SPE tipiche sono dispositivi a bassa pressione costituiti da plastica resistente ai solventi o contenenti particelle di vetro di diametro ≥30 µm. È possibile ottenere velocità di flusso adeguate per gravità o con l’ausilio del vuoto o di una bassa pressione positiva. [Quest’ultima operazione richiede la chiusura dell’ingresso aperto di una colonna o l’utilizzo di un dispositivo sigillato con raccordi di ingresso e uscita.]

Importanza della Preparazione dei Campioni

Negli ultimi vent’anni, i notevoli progressi nella strumentazione analitica e nei sistemi di gestione delle informazioni di laboratorio hanno spostato i compiti principali dell’analista dalle misurazioni dei saggi alla preparazione dei campioni e all’elaborazione dei dati. Poiché i requisiti stringenti in materia di maggiore sensibilità, selettività, accuratezza, precisione e numero di campioni da processare sono aumentati, il corrispondente incremento della velocità e della complessità dell’analisi e della raccolta dei dati ha superato i miglioramenti nelle molte tecniche tradizionali di raccolta e preparazione dei campioni. Secondo alcune stime, in un laboratorio di analisi contemporaneo una percentuale che va dal 75 all’80% dell’attività lavorativa e dei costi operativi è occupata dal processamento e dalla preparazione dei campioni da introdurre o iniettare in un dispositivo analitico di separazione e/o di misurazione. Chiaramente, gli sforzi diretti e i prodotti progettati per semplificare i protocolli di preparazione dei campioni sono essenziali per il progresso futuro della scienza analitica.

Obiettivi della Preparazione dei Campioni

La preparazione corretta dei campioni per la maggior parte delle tecniche analitiche [HPLC, GC, spettrofotometria, RIA, ecc.] ha un triplice obiettivo: fornire il componente di interesse del campione

• in soluzione
• privo di elementi di matrice interferenti
• a una concentrazione adeguata per la rivelazione o la misurazione

Per raggiungere questi obiettivi, un campione o una sua porzione rappresentativa [non sempre facile da ottenere] viene preparato tramite i metodi tradizionali di dissoluzione, omogeneizzazione, estrazione [in fase liquida o solida], filtrazione, concentrazione, evaporazione, separazione, derivatizzazione chimica, standardizzazione [interna o esterna], ecc.

Di solito tali metodi vengono utilizzati in combinazioni di più passaggi, che formano un protocollo di preparazione del campione. Utilizzare meno passaggi e metodi in un determinato protocollo permette di lavorare in modo più semplice, comodo, economico e meno dispendioso in termini di tempo. Protocolli più semplici si prestano più facilmente all’automazione e comportano anche una maggiore accuratezza, affidabilità, riproducibilità e sicurezza.

Innovazione nei Metodi di Preparazione dei Campioni

Esistono molti modi per combinare strumenti e tecniche standard al fine di raggiungere gli obiettivi della preparazione dei campioni. Tuttavia, è meglio cercare mezzi innovativi per semplificare i protocolli di preparazione dei campioni:

• combinare le funzioni di più passaggi, se possibile, in un’unica operazione;
• eliminare manipolazioni e trasferimenti di campioni non necessari;
• ridurre il più possibile la scala [con risparmio in termini di tempo, manodopera e costi];
• utilizzare i nuovi strumenti in modo creativo.

Vantaggi delle Cartucce di Estrazione in Fase Solida [SPE]

Rispetto ad altri processi di preparazione dei campioni, l’estrazione in fase solida con cartucce SPE offre:

Raggiungimento degli Obiettivi di Preparazione dei Campioni con l’Estrazione in Fase Solida [SPE]

• Per rimuovere i componenti del campione che eluiscono dopo gli analiti di interesse o sono fortemente adsorbiti:
  • utilizzare l’estrazione in fase solida con una chimica di superficie del sorbente identica a quella della colonna analitica HPLC.
  • personalizzare i gradini del gradiente in modo da eluire gli analiti in modo selettivo.
• Per rimuovere i componenti del campione che coeluiscono con un analita di interesse:
  • utilizzare l’estrazione in fase solida con una chimica di superficie del sorbente e/o una modalità di separazione diverse da quelle della colonna analitica.
  • personalizzare i gradini del gradiente in modo da eluire gli analiti in modo selettivo.
• Per arricchire i componenti del campione presenti a bassa concentrazione:
  • personalizzare i gradini del gradiente in modo da eluire gli analiti in modo selettivo.
  • utilizzare "grandi" volumi di campione in un solvente che ne favorisce l’adsorbimento.
  • utilizzare un "piccolo" volume di raccolta in un solvente promotore del desorbimento.
  • utilizzare una chimica di sorbente adattata all’analita, indipendentemente da quella nella colonna analitica.
  • scegliere con attenzione la chimica della colonna di estrazione in fase solida in modo da non rendere necessaria un’ulteriore preparazione del campione.
• Per dissalare i campioni:
  • per prima cosa, adsorbire gli analiti su un sorbente in fase inversa mentre il sale scorre non trattenuto.
  • quindi, dopo aver lavato il sale residuo con acqua, desorbire gli analiti utilizzando un solvente organico miscibile in acqua.
• Per sostituire i solventi:
  • adsorbire completamente il campione su un sorbente a forte ritenzione e lavare via il solvente originario con un eluente più debole.
  • eluire l’analita con il solvente desiderato.
• Per frazionare classi di composti:
  • utilizzare una sequenza di gradiente a gradini per dividere un campione, in base a idrofobicità, polarità o carica, in frazioni contenenti gruppi di analiti che condividono proprietà comuni.
• Per derivatizzare analiti utilizzando reagenti in fase solida:
  • adsorbire un reagente di derivatizzazione sulla superficie del sorbente; quindi raccogliere il campione (in genere un gas) in condizioni che favoriscono il completo adsorbimento dell’analita; attendere che avvenga la reazione e quindi eluire selettivamente il derivato.