Proč význam extrakce na pevné fázi stále roste

Od environmentálních předpisů až po průlomové objevy ve farmacii se SPE stala základním kamenem moderní přípravy vzorků.

Vstupte do téměř jakékoli moderní analytické laboratoře – ať už se zabývá kontrolou jakosti ve farmaceutickém průmyslu, monitoringem životního prostředí, bezpečností potravin nebo forenzní analýzou – a s velkou pravděpodobností najdete extrakci na pevné fázi (SPE) v samotném centru pracovního postupu přípravy vzorků. Není to náhoda. Během posledního desetiletí se SPE vyvinula ze specializované techniky čištění v dominantní extrakční metodu a její využívání se nadále rychle rozšiřuje.

Ve společnosti Organomation spolupracujeme s vědci, pro které je kvalitní a spolehlivá příprava vzorků každodenní nutností. V tomto článku se podíváme na to, proč si SPE vydobyla vedoucí postavení, kam směřuje trh a jaké nové oblasti využití přinášejí další požadavky na technologii SPE.

SPE, která se podílí přibližně na polovině všech laboratorních extrakcí, je hlavní technikou extrakce rozpouštědlem, kterou laboratoře v roce 2026 využívají.

Základy: Proč je SPE tak univerzální?

Extrakce na pevné fázi je preparativní separační technika, při níž se využívá pevná stacionární fáze – obvykle silikagel, polymerní pryskyřice nebo sorbenty na bázi uhlíku umístěné v patronách či kolonách – k selektivnímu zachycení sledovaných analytů ze složitých matric vzorků. Po zadržení analytů na sorbentu lze rušivé složky promýt a cílové látky následně eluovat v koncentrované a čisté frakci připravené k další analýze.

SPE se od konkurenčních technik odlišuje především svou mimořádnou univerzálností. Stejný základní pracovní postup lze přizpůsobit hydrofobním malým molekulám, polárním pesticidům, nabitým biomolekulám, kovovým iontům i perzistentním environmentálním kontaminantům, jako jsou PFAS – stačí zvolit vhodný typ a chemii sorbentu. Tato flexibilita spolu s osvědčenými postupy a širokou nabídkou řešení od dodavatelů umožňuje laboratořím využívat SPE jako univerzální platformu a přizpůsobovat ji konkrétním aplikacím.

Spojení s LC-MS/MS: Ochrana vašeho nejcennějšího přístroje

Žádný jiný faktor nepřispěl k upevnění významu SPE tolik jako prudký rozmach kapalinové chromatografie s tandemovou hmotnostní spektrometrií (LC-MS/MS) ve farmaceutických, klinických a environmentálních laboratořích. Tandemové hmotnostní spektrometry jsou mimořádně citlivé přístroje – a  mimořádně citlivé na kontaminaci.

Složky matrice, jako jsou fosfolipidy, soli, proteiny a současně extrahovaná organická hmota, mohou způsobovat potlačení ionizace, znečišťovat iontové zdroje a vést k falešně pozitivním výsledkům, které mohou znehodnotit celé analytické série. SPE tento problém řeší přímo tím, že využívá elektrostatické a hydrofobní interakce a vodíkové vazby k čištění a předkoncentraci analytů ještě předtím, než se vůbec dostanou do přístroje. Výsledkem je čistší chromatografie, lepší poměr signálu k šumu a delší životnost přístrojů – což se promítá do reálných úspor nákladů i vyšší kvality dat.

Pro laboratoře provádějící kvantitativní analýzy velkého počtu vzorků – například terapeutické monitorování léčiv, analýzu panelů environmentálních kontaminantů nebo metabolomické studie – není SPE pouze volitelným krokem. Je klíčovou součástí přípravy vzorku, která umožňuje spolehlivou následnou analýzu.

Vlna automatizace: Více výsledků s menším úsilím

Zatímco spojení s LC-MS/MS vysvětluje, proč se SPE stala nepostradatelnou, automatizace vysvětluje, proč její význam dále roste. Omezené personální kapacity laboratoří, rostoucí počty vzorků a stále přísnější regulační požadavky nutí laboratoře přehodnocovat manuální pracovní postupy. SPE, tradičně manuálně náročná technika, stojí v čele této transformace.

Online systémy SPE

Moderní online platformy SPE propojují extrakci přímo s HPLC a zcela tak eliminují samostatný krok offline přípravy vzorku. V těchto konfiguracích je SPE kolona integrována přímo do průtokové dráhy chromatografického systému a nanesení vzorku, promývání i eluce probíhají automaticky v rámci analytického cyklu. Tento přístup výrazně zkracuje čas analytika potřebný na jeden vzorek, minimalizuje riziko ztráty nebo kontaminace vzorku při přenosu a umožňuje rychlejší zpracování v laboratořích zpracovávajících velké množství vzorků.

Vícekanálové automatizované systémy

V laboratořích s vysokým počtem zpracovávaných vzorků umožňují automatizované vícekanálové systémy SPE současně zpracovávat osm vzorků, přičemž každý kanál lze řídit nezávisle. Použití přetlaku zajišťuje u všech vzorků konzistentní a programovatelné průtoky. Významným přínosem je vyšší reprodukovatelnost, protože automatizované systémy omezují variabilitu způsobenou rozdíly v práci jednotlivých analytiků. To je obzvláště důležité v regulovaném prostředí s přísnými požadavky na validaci metod.

Partner společnosti Organomation, PromoChrom Technologies, nabízí dva systémy, které tuto kategorii dobře reprezentují. SPE-03, osvědčený osmikanálový systém společnosti PromoChrom, využívá patentovaný ventil s integrovanými průtokovými cestami, který umožňuje řídit všech osm kanálů prostřednictvím jediného kompaktního modulu. Systém tak umožňuje paralelní zpracování vzorků, sušení SPE patron dusíkem, míchání rozpouštědel a automatické proplachování lahví bez nutnosti použití rozměrných robotických systémů pro manipulaci s kapalinami.

Novější systém Presto posouvá propustnost ještě dále. Je vybaven integrovanými kontinuálně pracujícími čerpadly, která dokážou nanést osm jednolitrových vzorků vody přibližně za 20 minut, takže je obzvláště vhodný pro extrakce velkých objemů environmentálních vzorků. Oba systémy po nastavení pracují zcela bez obsluhy a vyžadují pouze několik minut práce analytika na jednu šarži.

Regulace PFAS: Katalyzátor inovací v oblasti SPE

Snad nejvýznamnějším krátkodobým hnacím motorem investic do technologie SPE je rostoucí celosvětová pozornost regulačních orgánů věnovaná per- a polyfluoralkylovým látkám (PFAS), známým také jako „věčné chemikálie“. Tyto syntetické sloučeniny, používané v nejrůznějších oblastech od hasicích pěn až po nepřilnavé nádobí, jsou mimořádně perzistentní v životním prostředí. Regulační orgány proto stále častěji požadují, aby je laboratoře dokázaly stanovovat ve stopových koncentracích i ve složitých matricích.

Regulační rámec v USA

V dubnu 2024 vydala americká Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) první celostátně závazné normy pro obsah šesti PFAS v pitné vodě a stanovila maximální přípustné koncentrace (MCL) pro PFOA a PFOS na pouhých 4 ng/l. Očekává se, že toto opatření sníží expozici PFAS přibližně u 100 milionů Američanů.

EPA zároveň dokončila nové analytické metody, včetně metody 1633 pro stanovení 40 PFAS v odpadních a podzemních vodách, půdě, sedimentech a rybí tkáni. Tyto metody již ovlivňují laboratorní praxi v celých Spojených státech.

Ačkoli EPA v květnu 2025 oznámila, že hodlá zachovat maximální přípustné koncentrace (MCL) pro PFOA a PFOS a zároveň přehodnotit limity pro další čtyři látky PFAS, poptávka po infrastruktuře pro citlivé stanovení PFAS zůstává vysoká. Termín pro splnění požadavků týkajících se PFOA a PFOS byl prodloužen do roku 2031, což dává provozovatelům vodárenských systémů více času na investice do testování a úpravy vody a zároveň udržuje poptávku po kvalitních analytických metodách i v následujících letech.

Jaké požadavky klade analýza PFAS na SPE?

Stanovení PFAS v koncentracích v řádu ppt v pitné vodě, odpadních vodách, půdě a potravinových matricích patří mezi nejnáročnější aplikace environmentální analýzy. Významný problém představují interference způsobené látkami současně extrahovanými ze vzorku. Zároveň je nutné důsledně kontrolovat možnou kontaminaci PFAS pocházející z laboratorních plastů a rozpouštědel.

Dodavatelé na tyto požadavky reagují vývojem specializovaných SPE sorbentů určených přímo pro izolaci PFAS a čištění vzorků. Patří mezi ně také vícevrstvé SPE patrony kombinující několik typů sorbentů, které umožňují při jednom průchodu zachytit široké spektrum různých tříd PFAS. Tyto produkty určené pro specifické aplikace představují novou úroveň vývoje technologie SPE, kterou přímo ovlivňují rostoucí regulační požadavky.

Proč bude SPE využívat stále více laboratoří

Globální trh s SPE se nadále rozšiřuje, přičemž jeho růst podporuje několik souběžných faktorů ve farmaceutických, environmentálních, potravinářských a forenzních laboratořích. Některé aplikační trendy přitom vystupují do popředí jako zvláště významné faktory dalšího rozšiřování SPE a vývoje nových řešení.

Rozvoj farmaceutického a biotechnologického sektoru

Kontrola jakosti ve farmaceutickém a biofarmaceutickém průmyslu patří mezi nejrozvinutější a současně nejnáročnější oblasti využití SPE. Složité biologické matrice, jako jsou plazma, moč nebo homogenáty tkání, vyžadují důkladné čištění vzorků, aby byly před kvantitativní analýzou pomocí LC-MS/MS odstraněny fosfolipidy, proteiny a další endogenní rušivé složky.

Zpřísňující se regulační požadavky na bezpečnost léčiv a rychlý rozvoj biologických léčiv, včetně monoklonálních protilátek a produktů buněčné a genové terapie, posouvají vývoj sorbentů novými směry. Stále větší význam získávají například hybridní sorbenty se smíšeným retenčním mechanismem a materiály umožňující separaci podle velikosti.

Rostoucí význam monitoringu životního prostředí

Monitoring životního prostředí představuje jednu z oblastí, kde využití SPE výrazně roste. Kromě PFAS se laboratoře stále častěji zabývají rozšiřujícími se skupinami nově sledovaných kontaminantů, mezi které patří například mikroplasty, endokrinní disruptory a rezidua léčiv v povrchových a podzemních vodách.

Každá nová skupina kontaminantů přináší specifické problémy související s matricí, například citlivost na pH, přítomnost konkurenčně extrahovaných látek nebo nízké hodnoty log P. Tyto požadavky podporují vývoj nových typů sorbentů a SPE produktů určených pro konkrétní analytické metody.

Bezpečnost potravin a forenzní analýza

Laboratoře zaměřené na bezpečnost potravin čelí trvalému tlaku na stanovení stále nižších koncentrací mykotoxinů, reziduí veterinárních léčiv, pesticidů a kontaminantů vznikajících při zpracování potravin ve stále složitějších matricích, jako jsou obilné výrobky, mléčné produkty, nápoje nebo mořské plody.

Ve forenzní toxikologii zároveň roste počet analyzovaných případů souvisejících například s opioidy, testováním drog na pracovišti nebo vyšetřováním otrav. Ve všech těchto oblastech se SPE využívá k čištění vzorků před následným potvrzujícím stanovením pomocí LC-MS/MS.

Ekologičtější SPE

Jedním z nově se rozvíjejících trendů je vývoj environmentálně šetrnějšího spotřebního materiálu pro SPE. Objevují se například biologicky rozložitelné SPE kolony navržené s cílem snížit množství plastového odpadu vznikajícího při jednorázovém použití. Tento vývoj reaguje na rostoucí důraz na principy zelené chemie a na programy zaměřené na udržitelnější provoz laboratoří.

S rostoucím tlakem na snižování dopadu laboratorního provozu na životní prostředí mohou udržitelnější alternativy ke konvenčním plastovým patronám získávat stále větší význam.

Jak Organomation podporuje pracovní postupy SPE

Společnost Organomation si vybudovala své postavení díky přístrojům pro odpařování a zakoncentrování vzorků, které se používají bezprostředně po SPE – tedy právě v části přípravy vzorku, kde se naplno uplatňuje schopnost SPE analyty předkoncentrovat.

Po eluci analytů z SPE patron je obvykle nutné vzorek před nástřikem do analytického systému převést do malého objemu vhodného rozpouštědla. Právě zde nacházejí uplatnění dusíkové koncentrátory Organomation řad N-EVAP a MULTIVAP, které poskytují konzistentní a reprodukovatelné výsledky při rychlosti odpovídající požadavkům moderních laboratoří.

Ať už vaše laboratoř vyvíjí metody pro stanovení PFAS podle nových požadavků EPA, zpracovává velké množství vzorků v rámci farmaceutické kontroly jakosti nebo rozšiřuje program monitoringu životního prostředí, tým Organomation rozumí celému procesu přípravy vzorků a může vám pomoci vybrat vhodné řešení pro odpařování a zakoncentrování podle konkrétní aplikace.