固相萃取技術及其應用

固相萃取（Solid Phase Extraction.SPE)是個(ge) 由柱色譜分離過程、分離機理、固定相和溶劑的
選擇等組成的試樣預處理技術，由液固萃取和液相色譜技術相結合發展而來，與(yu) 高效液相色譜有許多相似之處。但是，SPE柱的填料粒徑（＞40μm)大於(yu) HPLC填料（3~10μm),SPE柱色譜與(yu) HPLC色譜的差別是柱低、塔板數少、分離效率較低、一次性使用，用SPE隻能分開保留性質有很大差別的化合物。
由於(yu) SPE實現了選擇性的提取、分離、濃縮三位一體(ti) 的過程，操作時間短、樣品量小、幹擾物質少，因此可用於(yu) 揮發性和非揮發性物質分析並具有很好的重現性。借助於(yu) SPE可以實現：從(cong) 試樣中除去對以後的分析有幹擾的物質；富集痕量組分，提高分析靈敏度；變換試樣溶劑，使之與(yu) 分析方法相匹配；原位衍生；試樣脫鹽；試樣的儲(chu) 存和運送。SPE作為(wei) 製備液體(ti) 試樣優(you) 先考慮的方法，取代了傳(chuan) 統的液－液萃取法。因此，自SPE出現以來，一直以10%的年增長率擴大其應用。
1 固相萃取的原理［1]
SPE 就是利用固體(ti) 吸附劑吸附液體(ti) 樣品中的目標物，使目標物與(yu) 樣品的基體(ti) 和幹擾化合物分離，然後再用洗脫液洗脫或加熱介吸附，達到分離和富集目標物的目的。固相萃取不需要大量互不相溶的溶劑，處理過程中不會(hui) 產(chan) 生乳化現象；因采用高效、高選擇性的吸附劑（固定相），固相萃取能顯著減少溶劑的用量：固相萃取的預處理過程簡單，費用低。
固相萃取實質上是一種液相色譜分離，其主要分離模式也與(yu) 液相色譜相同，可分為(wei) 正相固相萃取、反相固相萃取及離子交換固相萃取。SPE 所用的吸附劑也與(yu) 色譜常用的固定相相同，隻是在粒度上有所區別。正相固相萃取所用的吸附劑都是極性的，吸附劑極性大於(yu) 洗脫液極性，用來萃取極性物質。在正相萃取時目標物如何保留在吸附劑上，取決(jue) 於(yu) 目標物的極性官能團與(yu) 吸附劑表麵的極性官能團之間的相互作用，其中包括了氫鍵、π-π鍵相互作用、偶
極一偶極相互作用、偶極一誘導偶極相互作用以及其他的極性一極性作用。反相固相萃取所用的吸附劑極性小於(yu) 洗脫液極性，所萃取的目標物通常是中等極性到非極性化合物，目標物與(yu) 吸附劑間的作用是疏水性相互作用，主要是非極性一非極性相互的色散力。離子交換固相萃取用的吸附劑是帶有電荷的離子交換樹脂，所萃取的目標物是帶有電荷的化合物，目標物與(yu) 吸附劑之間的相互作用是靜電吸引力。
2
固相萃取的吸附劑（固定相）
2.1 吸附劑（固定相）的選擇目標物的佳保留（即佳吸附）取決(jue) 於(yu) 目標物極性與(yu) 吸附劑極性的相似程度，兩(liang) 者極性越相似，則保留越好（即吸附越好）。因此，選擇固相萃取中
的固定相吸附劑時，要盡量選擇與(yu) 目標物極性和樣品溶劑極性相似的吸附劑，當目標物極性適中時，正、反相固相萃取都可使用。吸附劑的選擇還受樣品溶劑洗脫強度的製約，溶劑強度在正，反固相萃取中的順序是不同的（見表1),如果樣品溶劑的洗脫強度太強，目標物
將得不到保留或保留很弱，例如，樣品溶劑是正己烷時，用反相固相萃取就不合適了，這是因為(wei) 正己烷對反相固相萃取是強溶劑，目標物將不會(hui) 吸附在吸附劑上：當樣品溶劑是水時就可以用反相固相萃取，這是因為(wei) 水對反相固相萃取是弱溶劑，不會(hui) 影響目標物在吸附劑上的吸附。
在選擇固相萃取分離模式和吸附劑時，要考慮以下兒(er) 點：①目標物在極性或非極性溶劑中的溶解度；②目標物有無可能離子化，從(cong) 而決(jue) 定是否采用離子交換固相萃取；③目標物有無可能與(yu) 吸附劑形成共價(jia) 鍵，如果能形成共價(jia) 鍵，再洗脫時有可能會(hui) 遇到麻煩：④非目標物與(yu) 目標物在吸附劑上的競爭(zheng) 程度，這關(guan) 係到目標物與(yu) 幹擾化合物能否很好地分離。
2.2
國相萃取常用的吸附劑固相萃取實質上是一種液相色譜的分離，所以凡是液相色譜柱填料的材料都能用於(yu) 固相萃取，但由於(yu) 液相色譜的柱壓相對較高，要求柱效較高，故對填料粒度的要求較為(wei) 嚴(yan) 格，對填料的粒徑分布要求也較高（範圍很窄）。固相萃取柱上所加壓一般都
不大，分離的目的隻是把目標物與(yu) 幹擾化合物和基體(ti) 分開，對柱效的要求一般不高，因此它的填料都較粗，一般小於(yu) 40μm即可，粒徑分布要求也不嚴(yan) 格，成本較低。固相萃取常用吸附劑的類型及用途參見表2,其中所用填料為(wei) 矽膠，而Al2O3,Florisil、
固相萃取裝置
3.1柱的類型
（1)SPE柱。SPE柱的使用普遍，簡單的SPE柱就是一根直徑為(wei) 數毫米的小玻璃柱，或聚內(nei) 烯、聚乙烯，聚四氟乙烯等塑料，或不鏽鋼製成的柱子。柱下端有一孔徑為(wei) 20μm的燒結篩板，用以支撐吸附劑。也可以用填加玻璃棉來代替篩板，這樣既能支撐固體(ti) 吸附劑又能讓液體(ti) 流過，在篩板上填裝量的吸附劑，然後在吸附劑上再加一塊篩板，以防止加樣品時破壞柱床。基於(yu) 對純度的考慮，般選用無添加劑且含有微量雜質的醫用聚丙烯作為(wei) 柱體(ti) 材料，以免在萃取過程中汙染試樣，為(wei) 了降低SPE空白中的雜質，可選用玻璃、純聚四氟乙烯作為(wei) 柱體(ti) 材料，篩板材料是另一個(ge) 可能的雜質來源，製作篩板的材料有聚丙烯，純聚四氟乙烯，不鏽鋼和鈦。金屬篩板不含有機雜質，但易受酸的腐蝕。由於(yu) 從(cong) 柱體(ti) 、篩板和填料都可能向試樣中引進雜質，在建立和驗證SPE方法時，做空白萃取實驗。
（2)SPE盤。SPE的另一種形式是SPE盤，表麵上與(yu) 膜過濾器相似，盤式萃取器是含有填料的純聚四氟乙烯圓片，或堅固並無需支撐載有填料的玻璃纖維片，填料約占 SPE盤總量的60%~90%,盤的厚度約 1mm.SPE 柱和盤式萃取器的主要區別在於(yu) 床厚度與(yu) 直徑之比，對於(yu) 等重的填料，盤式萃取的載麵積比柱式萃取大10倍，因而允許液體(ti) 試樣以較高的流量流過。
（3)固相微萃取－3,1990年，加拿大 Waterloo大學 Pawliszyn 在固相萃取基礎上了固相微萃取（SPME)分離新技術。美國 Supelco 公司於(yu) 1993年推出了商品化的SPME裝置，在分析化學領域引起了的反響。SPME裝置形如一微量進樣器，由手柄和萃取頭或纖維頭兩(liang) 部分組成，手柄用於(yu) 安裝或固定萃取頭，可以永遠使用：萃取頭長1cm,是在塗有不同吸附劑，接在不鏽鋼絲(si) 上的熔融纖維，外套細不鏽鋼管（保護石英纖維不被折斷），纖維頭
在鋼管內(nei) 可以伸縮，細不鏽鋼管可以穿透橡膠或塑料墊片進行取樣或進樣，平時萃取頭收納於(yu) 萃取頭鞘內(nei) 。使用時萃取頭浸於(yu) 液體(ti) 中或液上萃取濃縮樣品中的某些化合物，而後不經任何溶劑洗脫直接進入氣相色譜儀(yi) 汽化室，被萃取物在汽化室內(nei) 解吸附後，靠流動相將其導入色譜柱，從(cong) 而完成提取、分離、濃縮的全部過程。
SPME 的關(guan) 鍵在於(yu) 選擇石英纖維上的塗層（吸附劑），要使目標物能吸附在塗層上而幹擾化合物和溶劑不吸附，一般說來，對非極性目標物應選擇非極性塗層，對極性目標物應選擇極性塗層。