「随行人员」带来的麻烦
溶解样品,能把被测物弄进溶液,可它也把其余一切一并带了进来。一滴血里,既有你想测的那种药物,也有蛋白质、盐、脂肪和糖。一勺土里,既有那种农药,也有腐殖质、黏土,和一大群别的化合物。这些「随行人员」中任何一个,只要它愚弄了测量,就是一种干扰物。接下来的活儿是分离:在仪器还没看到之前,把被测物干净地从人群里拉出来。
一切分离都立在同一个想法上:找出一种被测物与基体有差异的性质,然后利用它。被测物喜欢油、而基体喜欢水?被测物会粘附在某种特殊表面上、而基体被冲走?本篇里的每一种方法,都是对同一个问题的不同回答——我想要的那样东西,哪里跟别的不一样?
液液萃取:油与水各自站队
最古老的把戏是液液萃取。你把含水的样品和一种不与水互溶的油性溶剂一起摇晃——就像把油和醋摇进一个罐子里。等它们重新沉降成两层,每一种化合物都被迫选了边:亲水的留在水里,亲油的搬进油里。如果你的被测物亲油、而大部分基体亲水,被测物就会浓集在那薄薄一层油里,你只要把它倒出来——就把大部分干扰留在了身后。
一种化合物对某一层的偏好有多强,由它的分配系数刻画——大致就是平衡时它在油里与在水里含量的比值。被测物与基体在分配系数上有很大差异,正是能干净分层的前提。当被测物舍不得离开水时,化学家往往不做一次大萃取,而做好几次小萃取,因为反复摇晃,总量上能拉出比单次更多的被测物。
固相萃取:一张能开能关的筛子
现代的宠儿是固相萃取,通常简称SPE。这次不是两层液体,而是把你的样品倒着流过一个小小的、装满特制包覆颗粒的小柱。液体流过时,被测物粘附在颗粒上,而大部分基体径直穿过、流进下水道。接着你把那些只是松松挂着的东西冲掉,最后倒一小股强溶剂流过,把被测物释放出来——这时它干净、且被挤进了寥寥几滴里。
- 活化:用溶剂润湿小柱,让包覆颗粒做好抓住被测物的准备。
- 上样:把样品倒着流过;被测物粘住,而大部分基体穿过流走。
- 淋洗:用一种温和的溶剂冲洗,把松松挂着的干扰物赶走,而被测物留在原处。
- 洗脱:倒一小股强溶剂流过,把如今已纯化的被测物释放到一个很小的体积里。
SPE之所以大体取代了「摇溶剂罐子」,是因为它用的溶剂少得多、把基体(而不是把你)扔掉、还能几十个排成架子一次做完。再留意最后那一步里藏着的额外好处:通过从一大份样品里截留被测物、再把它释放到寥寥几滴中,SPE不只净化了样品——它还让被测物比一开始更浓了,这正是下一篇要探讨的。
净化:上仪器之前先收拾干净
上面这些分离步骤,共用一个总名字:净化——任何以「在测量前去除基体杂质」为目的的步骤。动机一半是为了诚实,一半是为了自保。脏的提取液会堵塞仪器、糊住敏感部件、慢慢毒害那些贵得要命的检测器。几分钟的净化,能省下好几天的停机;所以好的分析员把它当作既在保护结果、也在保护仪器。
不过,有一种张力值得敬畏。每一步净化都会扔掉一些东西——而你总有把一点点被测物连同杂质一起扔掉的风险。步骤越多,提取液越干净,可丢失你所追求之物的机会也越多。这门手艺,在于恰好做到足以驯服基体的净化,再多一分都不做。
衍生化:给被测物穿上戏服
有时被测物明明就在那里,仪器却就是看不清它——它不吸光,或它不肯变成气体,或它看上去和邻居一模一样。这时你就请出衍生化:你让被测物与一种选定的试剂反应,挂上一个新的化学基团,刻意把这个分子改造成仪器所钟爱的形态。这就像给一位害羞的客人穿上一件鲜艳的戏服,好让镜头终于捕捉到他。
举例来说,一种无色的糖可以被反应成一种强烈吸光的有色产物,于是一台简单的读色仪器现在就能测它了;又或者,一种又重又黏的分子可以被「贴标签」,使它变得足够轻、足够易挥发,能在气相仪器里走完全程。难处在于,这套伪装必须可靠:如果反应每次都走不到头,你现在测的就成了「戏服合不合身」、而不是「原本有多少被测物」——所以衍生化是用一个「看见」的问题,换来一个「一致性」的问题。