「隨行人員」帶來的麻煩
溶解樣品,能把被測物弄進溶液,可它也把其餘一切一併帶了進來。一滴血裡,既有你想測的那種藥物,也有蛋白質、鹽、脂肪和糖。一勺土裡,既有那種農藥,也有腐殖質、黏土,和一大群別的化合物。這些「隨行人員」中任何一個,只要它愚弄了測量,就是一種干擾物。接下來的活兒是分離:在儀器還沒看到之前,把被測物乾淨地從人群裡拉出來。
一切分離都立在同一個想法上:找出一種被測物與基體有差異的性質,然後利用它。被測物喜歡油、而基體喜歡水?被測物會黏附在某種特殊表面上、而基體被沖走?本篇裡的每一種方法,都是對同一個問題的不同回答——我想要的那樣東西,哪裡跟別的不一樣?
液液萃取:油與水各自站隊
最古老的把戲是液液萃取。你把含水的樣品和一種不與水互溶的油性溶劑一起搖晃——就像把油和醋搖進一個罐子裡。等它們重新沉降成兩層,每一種化合物都被迫選了邊:親水的留在水裡,親油的搬進油裡。如果你的被測物親油、而大部分基體親水,被測物就會濃集在那薄薄一層油裡,你只要把它倒出來——就把大部分干擾留在了身後。
一種化合物對某一層的偏好有多強,由它的分配係數刻畫——大致就是平衡時它在油裡與在水裡含量的比值。被測物與基體在分配係數上有很大差異,正是能乾淨分層的前提。當被測物捨不得離開水時,化學家往往不做一次大萃取,而做好幾次小萃取,因為反覆搖晃,總量上能拉出比單次更多的被測物。
固相萃取:一張能開能關的篩子
現代的寵兒是固相萃取,通常簡稱SPE。這次不是兩層液體,而是把你的樣品倒著流過一個小小的、裝滿特製包覆顆粒的小柱。液體流過時,被測物黏附在顆粒上,而大部分基體徑直穿過、流進下水道。接著你把那些只是鬆鬆掛著的東西沖掉,最後倒一小股強溶劑流過,把被測物釋放出來——這時它乾淨、且被擠進了寥寥幾滴裡。
- 活化:用溶劑潤濕小柱,讓包覆顆粒做好抓住被測物的準備。
- 上樣:把樣品倒著流過;被測物黏住,而大部分基體穿過流走。
- 淋洗:用一種溫和的溶劑沖洗,把鬆鬆掛著的干擾物趕走,而被測物留在原處。
- 洗脫:倒一小股強溶劑流過,把如今已純化的被測物釋放到一個很小的體積裡。
SPE之所以大體取代了「搖溶劑罐子」,是因為它用的溶劑少得多、把基體(而不是把你)扔掉、還能幾十個排成架子一次做完。再留意最後那一步裡藏著的額外好處:通過從一大份樣品裡截留被測物、再把它釋放到寥寥幾滴中,SPE不只淨化了樣品——它還讓被測物比一開始更濃了,這正是下一篇要探討的。
淨化:上儀器之前先收拾乾淨
上面這些分離步驟,共用一個總名字:淨化——任何以「在測量前去除基體雜質」為目的的步驟。動機一半是為了誠實,一半是為了自保。髒的提取液會堵塞儀器、糊住敏感部件、慢慢毒害那些貴得要命的檢測器。幾分鐘的淨化,能省下好幾天的停機;所以好的分析員把它當作既在保護結果、也在保護儀器。
不過,有一種張力值得敬畏。每一步淨化都會扔掉一些東西——而你總有把一點點被測物連同雜質一起扔掉的風險。步驟越多,提取液越乾淨,可丟失你所追求之物的機會也越多。這門手藝,在於恰好做到足以馴服基體的淨化,再多一分都不做。
衍生化:給被測物穿上戲服
有時被測物明明就在那裡,儀器卻就是看不清它——它不吸光,或它不肯變成氣體,或它看上去和鄰居一模一樣。這時你就請出衍生化:你讓被測物與一種選定的試劑反應,掛上一個新的化學基團,刻意把這個分子改造成儀器所鍾愛的形態。這就像給一位害羞的客人穿上一件鮮豔的戲服,好讓鏡頭終於捕捉到他。
舉例來說,一種無色的糖可以被反應成一種強烈吸光的有色產物,於是一台簡單的讀色儀器現在就能測它了;又或者,一種又重又黏的分子可以被「貼標籤」,使它變得足夠輕、足夠易揮發,能在氣相儀器裡走完全程。難處在於,這套偽裝必須可靠:如果反應每次都走不到頭,你現在測的就成了「戲服合不合身」、而不是「原本有多少被測物」——所以衍生化是用一個「看見」的問題,換來一個「一致性」的問題。