การเตรียมสารตัวอย่าง โดยวิธี solid phase microextraction (SPME)
solid phase microextraction หรือ SPME เป็นเทคนิคในการเตรียมตัวอย่างสำหรับการวิเคราะห์สารในระดับปริมาณน้อย (trace analysis) สำหรับแก๊สโครมาโทกราฟี (GC) รวมถึง โครมาโทกราฟีของเหลวสมรรถนะสูง เป็นเทคนิคที่ง่ายต่อการใช้งาน เป็นการเตรียมตัวอย่างที่ไม่ต้องใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ (solventless) ในการสกัดสารตัวอย่าง เทคนิค SPME ถูกพัฒนาขึ้นมาครั้งแรกในปี ค.ศ.1989 ที่ University of Waterloo (Ontario, Canada) โดย Professor Pawliszyn และคณะ จากนั้นบริษัท Supelco (Bellefonte, PA) ได้นำไปผลิตและจำหน่ายในปี ค.ศ.1993 ทำให้เทคนิค SPME ได้รับความนิยมและถูกนำมาใช้แพร่หลายในห้องปฏิบัติการวิเคราะห์ทางเคมี
หลักการของการเตรียมตัวอย่างโดยเทคนิค SPME
สารที่สนใจถูกดูดซับที่ไมโครไฟเบอร์(microfiber) SPME ทำจาก fused silica เคลือบด้วยฟิล์มบาง ๆ ประมาณ 7-100 ไมครอน เป็นชนิดเดียวกับวัฏภาคคงที่ในคอลัมน์ของ GC สารที่ต้องการสกัด อาจละลายอยู่ในน้ำหรือระเหยอยู่ในช่องว่างเหนือสารละลาย สามารถดูดซับมาอยู่ที่ผิวของไฟเบอร์ได้ 2 วิธี คือ (1) โดยการจุ่มไฟเบอร์ลงในสารละลายตัวอย่างโดยตรง (direct immersion technique) หรือ (2) โดยให้ไฟเบอร์อยู่เหนือสารละลายตัวอย่างหรือตัวอย่างของแข็ง (headspace technique) ซึ่งบรรจุอยู่ในขวดที่ปิดสนิทด้วยฝาปิดทำด้วยยางกันรั่ว (rubber septum)
การสกัดแบบ (1) จุ่มลงในตัวอย่างโดยตรง (2) สกัดแบบ headspace
ขั้นตอนการสกัดสาร
1. ขั้นตอนการสกัดสารแสดงดังรูป 1.5 (ขั้นตอน 1, 2 และ 3) เริ่มต้นโดยการเสียบเข็มที่ใช้ปกป้องไฟเบอร์เซพตัมของขวดใส่ตัวอย่าง จากนั้นกดด้ามของ SPME ให้ไฟเบอร์ซึ่งอยู่ภายในเข็มโผล่ออกมา ตั้งไว้ให้สารที่สนใจในตัวอย่างถูกดูดซับที่ผิวของไฟเบอร์ เมื่อครบเวลาสำหรับการสกัดให้ดึงด้ามของอุปกรณ์ขึ้นเพื่อเก็บไฟเบอร์เข้าสู่ภายในกระบอกเข็มเพื่อการปกป้องไฟเบอร์ที่เปราะบางซึ่งอาจเสียหายได้ง่ายด้วยแรงกระแทก และดึง SPME holder ออกจากขวดสารตัวอย่าง
2. ขั้นตอน Desorption ดังแสดงในรูป 1.5 (ขั้นตอน 4, 5 และ 6) เป็นขั้นตอนการนำไฟเบอร์ SPME ที่ผ่านขั้นตอนการสกัดสารเข้าสู่จุดฉีด (injection port) ของ GC เพื่อนำสารที่สกัดได้โดยไฟเบอร์เข้าสู่ระบบ GC หรือ GC/MS โดยการเสียบเข็มลงบนจุดฉีด ของเครื่อง GC จากนั้นกดก้านเข็ม เพื่อเลื่อนตำแหน่งของไฟเบอร์ซึ่งอยู่ภายในเข็มให้โผล่ออกมา สารที่สนใจในตัวอย่างระเหยออกจากผิวของไฟเบอร์ด้วยอุณหภูมิของจุดฉีด เมื่อครบเวลาสำหรับ desorption ให้ดึงด้ามของอุปกรณ์ขึ้นเพื่อเก็บไฟเบอร์กลับเข้าสู่ภายในกระบอกเข็ม
การฉีดเข้าเครื่อง HPLC โดยสกัดสารแบบเดียวกันกับ GC แต่ฉีดเข้าตรงวาล์วฉีดสาร (ตำแหน่ง load) ขณะที่หดไฟเบอร์อยู่ในเข็ม จากนั้นดันก้านเข็มเพื่อให้ไฟเบอร์ออกมาและสับสวิทช์ไปยังตำแหน่งฉีด inject ตัวทำละลายจะชะสารออกจากไฟเบอร์เพื่อเข้าสู่คอลัมน์ต่อไปดังรูป
ชนิดของไฟเบอร์
มีให้เลือกใช้ตามความเหมาะสมกับสารที่ต้องการวัด ทั้งแบบมีขั้ว ขั้วปานกลาง ขั้วสูง ความหนาของฟิล์มแตกต่างกัน เช่น พอลิไดเมทิลไซลอกเซน PDMS หนา 7, 30, 85 และ 100 ไมโครเมตร สำหรับสารที่ระเหยง่าย ไม่มีขั้ว แต่ถ้าสารนั้นระเหยง่ายมากจะเลือกใช้ฟิล์มหนามากขึ้น กรณีที่ใช้กับสารมีขั้วและไม่มีขั้ว เช่น PDMS/DVB และ carboxen/PDMS กรณีที่ใช้กับสารมีขั้วสูงควรเลือกใช้ carboxen /DVB และ PDMS/DVB เป็นต้น
ข้อดี
เป็นเทคนิคที่ง่าย มีประสิทธิภาพสูง ให้ผลวิเคราะห์ที่เชื่อถือได้ และที่สำคัญคือเป็นเทคนิคที่ไม่ต้องใช้ตัวทำละลาย
ข้อเสีย
เป็นอุปกรณ์ที่นำเข้าจากต่างประเทศ มีราคาสูง การใช้งานต้องมีความระมัดระวังเพราะไฟเบอร์ค่อนข้างเปราะ แตกหักง่าย และอายุการใช้งานของไฟเบอร์ค่อนข้างต่ำ คือประมาณ 100 ครั้ง/ไฟเบอร์ ในตัวอย่างที่เป็นของแข็งผลของสารรบกวน (matrix effect) จะส่งผลต่อวิธีการนี้ค่อนข้างมาก ดังนั้นถ้าจะหาในเชิงปริมาณ จำเป็นที่จะต้องหาโดยวิธีเติมสารมาตรฐาน ซึ่งทำให้เพิ่มความยุ่งยากในการวิเคราะห์
การประยุกต์ใช้งาน
เทคนิค SPME ได้รับความนิยมในการนำไปประยุกต์ใช้การวิเคราะห์ตัวอย่างทางสิ่งแวดล้อม นิติวิทยาศาสตร์ เภสัชกรรม อาหาร เครื่องดื่ม และสารให้กลิ่น สารอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ใช้วิเคราะห์ได้ทั้งเชิงปริมาณ (มีสารมากน้อยเพียงใด บอกเป็นตัวเลข) เชิงคุณภาพ (มีสารที่เราสนใจหรือไม่ อาจจะเทียบกับสารมาตรฐาน หรือถ้าวิเคราะห์กับ GC-MS สามารถเทียบกับ library ในเครื่อง