第六章固相萃取技术

第六章固相萃取技术(SPE)

(Solid—phaseExtraction)

§6—1概述§6—2固相萃取原理§6—3固相萃取模式§6—4固相萃取装置与分类§6—5

SPE柱的使用方法§6—6SPE柱的应用范围§6—7SPE柱的使用技术§6—8应用§6—1概述

在化学分析中和生物工程中，样品前处理或净化是一亟待解决的问题。据统计，人们常常将60%的时间花在样品处理上，这不但不符合高效率的要求，繁琐的传统样品处理方法也直接影响了最后的分析结果。

从八十年代中期固相萃取技术就开始在国外流行，并逐步取代了传统的液—液萃取技术。经过多年的发展，固相萃取技术在国内也越来越引起人们的重视，固相萃取技术在样品前处理中的角色也日益显得重要。目前在国际上，固相萃取技术已广泛应用于医药、临床血中药物浓度监测、刑事化验、检验检疫、环保、食品、水质、领域中的样品前处理，同时，在生物技术和生物工程领域，人们也开始使用固相萃取技术进行生物样品的纯化。而且，自动化固相萃取仪也越来越被广泛应用。

在分析化学中样品前处理，是一个十分重要的步骤，样品前处理得好坏直接影响最终分析结果。而且还会影响分析仪器的使用寿命。

许多分析化学工作者已经认识到样品前处理的重要性，人们在不断研究，改进样品前处理的方法，使之准确、快速、简单、有效。样品前处理可分为一般液体处理和分离提取：

A.一般液体处理

1.液体的转移2.液体的稀释3.液体的混合4.标准物的添加B.分离提取

1、液—液萃取法6、微波法2、蒸馏法7、超声波离心法3、膜透析法8、超临界液体萃取法4、离心/过滤法9、生物样品的特殊制备5、固相萃取法10、加速溶剂萃取法

根据LC—GC杂志对世界1000多个实验室进行的统计，样品前处理所花费的时间占整个分析过程的61%（见图），现代的自动化分析仪器使分析工作变简单、快速。然而，国内拥有现代化分析仪器的实验室却依然是用着古老、繁琐的样品前处理方法。可以说，样品前处理已经成为现代分析中的瓶颈。严重阻碍了分析工作的进行。因此，要提高效率，就必须解决样品前处理的问题。

从色谱分析的整个过程看（见图），该统计发现在分析过程中样品前处理产生的误差最大，高达30%，如果再加上操作误差，人为因素占了误差来源的近50%。

换句话来说，如果我们能够解决人为因素造成的误差，分析误差产生的几率就降低了一半，

由八十年代中期开始发展较快的一项样品前处理技术是固相萃取法(solidphaseextraction,SPE),又有人称之为固液萃取法(solidliquidextraction,SLE)。目前最常用的是键合硅胶柱。与传统液液萃取法（liquid-Liquidextraction,LLE）比较，SPE具有明显的优势首先，在LLE中乳化是一种时常发生的现象。萃取过程一旦发生乳化，将严重影响结果的重现性，而SPE中则不存在这个问题。其次，LLE的另一个主要缺点是回收率的高低在很大程度上取决于操作人员对该技术掌握的熟练程度，也就是说同样的一个方法，不同操作者得到的结果可能差异很大，这将影响方法的推广，也难以进行试验室的质量控制和标准化。而SPE是基于分析功能团和固相填料功能团之间的作用力将分析物萃取出来的，其萃取结果稳定、方法很容易在实验室之间转移，有利于标准化。此外，固相萃取法还有许多优点：如选择性强、分离时间短、使用有机溶剂少等等。目前在国际上SPE技术已在许多领域里逐渐取代LLE。SPE的最突出优点之一是便于自动化，而SPE的自动化使繁琐、复杂、费时的样品前处理发生了一个飞跃性的变化。

固相微萃取技术(solidphasemicroextraction,SPME)是在常规基础上发展起来的，由Pawlizyn等首创，并很快实现了商品化。常规SPE需用少量溶剂作冲洗剂，SPME则可不用萃取溶剂，是真正意义上的固相萃取。常规SPE主要用于HPLC和IC。SPME除可用于GC还可用于UV吸收光谱AAS、ICP-AES、CE或MS等，并可于电分析化学，应用前景十分广阔。§6-2固相萃取的基本原理

固相萃取（SolidPhaseExtraction,简称SPE）是一个包括液相和固相的物理萃取过程。在固相萃取过程中，固相对分析物的吸附力大于样品基液。但样品通过固相柱时，分析物被吸附在固体填料表面，其它样品组份则通过柱子。分析物可用适当溶剂洗脱下来。

SPE的基本原理和HPLC相同，但目的则完全不同。HPLC是要在短时间内将各个化合物分离并保持好的峰形。而SPE是要从复杂的基液中分离人们感兴趣的化合物并将其浓缩，以便进行进一步的分析。

因此，传统的SPE柱填料的颗粒往往比HPLC柱的填料颗粒要大的多(一般在40Ǻ)，而且是不规则的颗粒以增加接触样品的表面积。目前用的最广泛的是键合硅胶柱（BONDEDSILICACOLUNM),其次是聚合树脂柱。固相萃取基本步骤示意图固相萃取是靠固体填料上的键合功能团与待分离化合物之间的作用力将目标化合物与基液分离达到样品净化浓缩的目的的。下面以固相萃取小柱（手动操作）为例说明如下：

采用固相萃取小柱作样品预处理的主要有两种方式。其一，选择合适的小柱及溶剂使感兴趣的组份保留在小柱上，而使干扰母体不保留，通过小柱；当需要浓缩或富集低浓度样品或者当感兴趣组份浓度很低时，常使用这种方式。

其二，是使感兴趣的组份不保留通过小柱，使干扰母体保留在小柱上。而当感兴趣的组份浓度较高时，通常使用这种方式。

对以上两种方式主要可以选择一下三种不同分离机理：正相、反相和离子交换。而在每一种模式中有许多不同的吸附剂。分离机理、吸附剂和洗脱剂的选择由样品的特点及想要达到的分离目的决定。

例如欲分析红酒中的有机酸，可采用SPE-pak

C18小柱作样品预处理，酒样中的色素等干扰物将保留在小柱上，而极性较强的有机酸不保留通过C18小柱。

但欲分析红酒中酚类物质我们也可用C18小柱，在这种情况下，酒样中的极性组份（如糖、有机酸）不保留，而多酚类物质可保留在C18小柱上，再用较强的流动相将多酚类物质洗出来。§6-3固相萃取的种类为了操作方便，通常是把SPE用的吸附剂按种类分别装在特制的塑料管中，形成不同类别的SPE小柱供人们选用。

这些小柱不仅有满足不同样品应用的不同吸附剂，而且每种类型还有不同吸附剂量及不同形状的小柱，了解这些小柱的特点，对于正确选择适合自己需要的小柱是十分重要的。

一从分离机制上分类正相型SPE小柱硅胶Al2O3硅酸镁醇基氨基等反相型SPE小柱C18tC18

tC2-CN-NH2

C8

等离子交换型SPE小柱

阴离子交换小柱弱

氨丙基强

SAX

四基氨阳离子交换小柱羧丙基CBA苯磺酸SCX丙磺酸PRX

tC18:是三官能团的C18小柱，在酸性条件下，C18集团不会水解下来，特别适合与GC,GC/MS或LC/MS分析之前的样品处理。

tC2

三功能团的疏水性较弱的C2小柱，适合用在环保制药等分析领域的样品处理。

二、从形状上分类1、SPEclassic小柱传统的小型是最早设计的结构简单，一次成型，具有很高的重现性

及柱效，是使用最普遍的径流型小柱。2、SPEplus小柱这种小柱的设计即可手工方式使用也可接抽真空多通管，注射器或放在样品自动处理机上使用，其填料量与SPEclassic小柱不相同，两者可进行方法转换

3、SPE-light小柱这种小柱是为有限的样品量而设计的，内部体积只有plus小柱的三分之一，可在较小的体积下洗脱镏分，可改善回收率及减少溶剂的消耗

4、SPE-vac小柱这种小柱柱体是一个注射管，可允许较大体积的样品的注入，体积从1ml到35ml，填料量从50mg到10g

5、SPE–vacrc这种小柱是为手工或使用自动样品处理器而设计，柱体为20ml“漏斗”型，用于填料有100mg或500mg,可允许较大的样品量或溶剂量。表1spe-pak小柱的类型及吸附剂的重量§6—3固相萃取小