SPE 장치, 고체상 추출 방법 확립 시 고려 사항

1. SPE 장치

 

SPE 장치는 여러 형태가 있는데 시료와 추출 용매가 충전된 고체 정지상(즉, 카트리지)을 통과하게 하기 위해서는
1) 중력을 이용하는 방법
2) 외부 압력을 가해 주는 법
3) 압력 차이(진공)를 이용하는 법
4) 원심분리기를 이용하는 법
5) 진공 manifold를 사용하는 방법들이 있지만,
방법의 선택은 실험실 사정이나 시료의 양, 분석 물질의 특성에 따라 시험자가 선택한다.

유기 합성 실험에서 용매와 부산물들로부터 생성물들을 분리하거나, 천연물에서 물질들을 분리할 때 중력을 이용하는데, 이것은 고체상 충전 물질의 크기가 크고, 충전 물질의 양이 작아서 중력만으로도 추출 용매가 충전물질들을 통과하기에 충분할 때 사용하는 방법이다.

외부 압력을 이용하는 방법은 주사기를 카트리지에 연결해서 주사기의 플런저를 눌러서 압력을 가하여 용매와 시료를 통과시키는 방법이며, 가지 달린 삼각 플라스크에 카트리지를 연결한 후 아스피레이터나 진공 장치에 연결해서 압력 차에 의해 추출 용매와 시료를 통과시키는 방법이다.

원심분리관에 카트리지를 넣어 원심분리기에서 원심력을 이용하여 유기 용매를 통과시키는 방법은 흔한 방법은 아니다.

진공 매니폴드 시스템을 이용하는 방법은 실험실에서 가장 많이 사용되는 방법이다. 추출물들을 수집할 수 있는 시험관을 매니폴드 안쪽에 위치시키고, 고체상 카트리지를 장착한 뚜껑을 닫은 후 진공 장치(진공 펌프나 아스피레이터)에 연결해서 여러 개의 카트리지를 사용하여 여러 시료를 동시에 추출할 수 있으며 유기 용매나 시료의 흐름 양을 조절할 수 있는 밸브가 있다.

진공 펌프를 사용할 경우에 매니폴드와 펌프 사이에 가지 달린 삼각 플라스크를 연결해서 시료나 추출 용매가 펌프로 흘러 들어가는 것을 방지한다.

SPE 실험 방법 확립에서 고려해야 할 사항들
- 수착제: 상(phase)의 선택, 무게, 카트리지 형태와 크기, 동시에 여러 시료를 분석할 경우 lot의 차이
- 컨디셔닝 용매: 용매 세기, 접촉 시간, 부피
- 적재 용매: 형태, 부피, 유기 용매 %, pH, 이온 세기, 적재 속도, 건조 시간, 분석 물질의 회수량과 손실량, 매트릭스 및 방해 물질의 제거
- 세척 용매: 형태, 부피, 유기 용매 %, pH, 이온 세기,  적재 속도, 건조 시간, 분석 물질의 회수량과 손실량, 매트릭스 및 방해 물질의 제거
- 용리 용매: 형태, 부피, 유기 용매 %, pH, 이온 세기, 분석 물질의 회수량과 손실량, 매트릭스 및 방해 물질의 제거
- 분석 물질과 매트릭스의 안정성: 각 단계에서 테스트해야 함
- 시료와 매트릭스의 적재 능력: 다른 농도의 분석 물질에 대해서 테스트해야 함

 

2. 고체상 추출 방법 확립 시 고려 사항

 

안정하고 회수율이 좋고 방해 물질이 잘 제거되는 효과적인 고체상 추출 방법을 확립하기 위해서는 다음과 같은 점들을 고려해야 한다. 먼저 수착제(정지상)의 종류를 정상상(normal phase) 모드를 사용해야 할지, 역상(reverse phase) 모드를 사용할 것인지, 이온 교환 모드를 사용할 것인지를 결정해야 한다.

분석 물질과 수착제(정지상)의 상호 작용, 매트릭스와 수착제의 상호 작용, 분석 물질과 매트릭스의 관계 등을 고려해야 하며, 이 모든 것들과 적재 시료 용매, 세척 용매, 추출 용매와의 상호 작용도 고려해야 하는 등 실험에서 고려해야 할 내용이 많다.

적재 시료 용매, 세척 용매, 추출 용매의 종류, 완충 용액의 종류, pH 등도 고체상 추출에 영향을 미치는 요소이다. 이들을 고려하기 위해서 다음과 같은 절차에 따라 요소들의 최적 조건들을 확립하는 것이 바람직하다.

2.1. 분석 물질의 성질

시험자가 먼저 생각해야 할 것은 분석 물질의 구조와 물리화학적 성질이다. 분석 물질의 화학 구조부터 기능기를 알아보고, 극성도, 물을 비롯한 여러 가지 용매들에 대한 용해도, pKa, 옥탄올/물 분배 계수ㅠ (log P) 등에 대한 조사가 이루어져야 하며, 분석하고자 하는 농도의 수준을 결정하는 것이 좋다.

분석 물질의 물리화학적 성질은 영국왕립화학회에서 운영하고 있는 Merck Index나 Wikipedia와 같은 온라인을 통하여 얻는 방법이 가장 쉬운 방법이지만, 자칫하면 검증되지 않은 잘못된 정보를 얻을 수 있으므로 주의해야 한다.

아울러 분석해야 할 물질이 단일 화합물인지 여러 종류의 화합물인지 고려해야 하며, 물질의 물리화학적 성질들이 유사한 경우에는 동시 분석을 고려하는 것이 시간적으로나 경제적으로 유리하다. 분석하고자 하는 물질의 성질에 대한 정보가 많을수록 신속하게 좋은 시험 방법을 결정할 수 있다.