固相萃取技术

极性官能团键合硅胶：LC-CN， LC-NH2， LC-Diol
极性吸附物质：硅胶, Florisil，ENVI-Florisil，Alumina
硅胶性质特点
在SPE法中最常用的吸附剂是硅胶或键合相的硅胶 即在硅胶表面的硅醇基团上键合不同的有机基团，如 烷基链或其它官能团，如-OH、-C6H5、-NH2、-CN等。 实际上吸附剂角色是由这些新接上的含官能基碳链来 完成。
对于极性的SPE柱，非极性溶剂适合用于预处理过程
。通常很少 有人用极性溶剂去处理极性的SPE柱， 因为极性溶剂会与键合相 发生作用 ，减少吸附剂的与样品作用的表面积。
柱预处理– Why Condition？
Good transport between sample and sorbent Conditioned sorbent
SPE操作步骤
(1) 柱预处理-Condition
柱预处理有两个目的:
一个目的是除去填料中可能存在的杂质； 另一个目的是使填料溶剂化，提高固相萃取的重现性。填料未经
预处理或者未被溶剂湿润，能引起溶质过早穿透，影响回收率。
对于非极性相和离子交换SPE柱使用的柱预处理溶剂为易溶于水
的甲醇、 乙腈、四氢呋喃和丙酮。通常还要用水或缓冲液洗去残 留在柱上的有机溶剂。
最后，加样萃取流速应该适当。还应该指出的是，整个加样萃
取过程中，应尽量避免柱子流干进入气泡。
(3) 淋洗(Washing)-除去干扰杂质
淋洗：在样品进入吸附剂，目标化合物被吸附后，可先用较弱的
溶剂将弱保留干扰化合物洗掉。
洗涤的目的是为了去除吸附在柱子上的少量基体干扰组分。一般
的洗涤液是合适的中等强度的溶剂。 通过调节清洗溶剂的强度和体积，尽可能多地除去能被洗脱的杂 质。
剂强度调节到合适的范围。当以反相机理进行萃取时，以水或缓 冲溶液作为溶剂，其中有机溶剂量不超过 10% （ V/V ）最为适合。
再次，要适当减少试样体积或适当增加固相萃取柱中的填料。
加到萃取柱上的试样量取决于萃取柱的尺寸（填料量）和类型， 在试样溶剂中试样组分的保留性质和试样中分析物及基质组分的 浓度等因素有关。
固相萃取
（一）概述
（二）SPE基本原理
（三）SPE法的优点
（四） SPE装置与操作 （五） 吸附剂类型 （六）固相萃取条件选择
（一）概述
SPE ：Solid Phase Extraction
是一种液相色谱分离，利用固体吸附 剂将液体样品中的目标化合物与干扰 化合物分离，达到分离和富集目标化 合物的目的。采用高效、高选择性的 固定相 进行萃取的样品预处理技术。 SPE技术自上世纪70年代后期问 世以来，发展迅速，广泛应用于环境、 制药、临床医学、食品等领域 。
极性
极性 极性 极性 极性 极性
正相
正相 正相 弱阴离子交换 强阴离子交换 弱阳离子交换
丙基苯基磺酸
SCX
极性
强阳离子交换
1、正相固定相
原理：保留取决于分析物的极性官能团与吸附剂表面的
极性官能团之间的相互作用。
条件：用比样品本身更极性的溶剂洗脱吸附的分析物质。 极性、中等极性、非极性
流动相：非极性、中等极性；固定相：极性；分析物质：
为了决定最佳清洗溶剂的浓度和体积，加试样 SPE 柱上，用 5-10
对反相萃取柱，清洗溶剂是含适当浓度有机溶剂的水或缓冲溶液。
倍 SPE 柱床体积的溶剂清洗，依次收集和分析流出液，得到清洗 溶剂对分析物洗脱廓形。依次增加清洗溶剂的强度，根据不同强 度下分析物的洗脱轮廓图，决定清洗溶剂合适的强度和体积。
Si OH OH 2 Si O Si O
Siloxane bridge (dehydrated silanol)
2、反相固定相
LC-18、LC-8 ：标准的单键合硅胶 ENVI-18、ENVI-8 ：聚合键合类填料 ENVI-Chrom P：苯乙烯：疏水 ENVI-Carb：含碳 SPE分离方式称为反相BPC。最适用于极性基质中萃取
键合型填料
固定相 辛烷基 十八烷基 简称 C8 C18(ODS) 极性 非极性 应用 反相 非极性 反相 常用的键合硅胶固定相
乙基 环己基
苯基
C2 CH
PH
弱极性 弱极性
弱极性
反相 反相
反相
氰丙基
二醇基 硅胶 氨丙基 三甲基胺丙基 乙基羧酸
CN
Diol(2OH) Si（OH） NH2 SAX CBA
SPE基本原理
SPE也是一个柱色谱分离过程，分离机理、固定相和
溶剂的选择等方面与高效液相色谱（HPLC）有许多相
似之处。
但是SPE柱的填料粒径（>40µ m）要比HPLC填料
（3~10µ m）大。由于短的柱床和大的粒径，SPE柱效 比HPLC色谱柱低得多。
因此，用SPE只能分开保留性质有很大差别的化合物。 与HPLC的另一个差别是SPE柱是一次性使用。
以硅胶为基质的吸附剂主要有以下优点：
粒径（e.g.40µ m)、孔径（ e.g.60A）、表面积 （600m2/g)、键合量易控制；机械强度高；化学性质稳 定；适应性广；可使用的溶剂种类多。
硅胶表面的官能团
Si OH Free silanol Adsorbed water Si
OH Geminal silanol OH Si O H Si O H Bound and reactive silanols
（三）SPE法的优点
(1 ) 简单、快速和简化了样品预处理操作步骤 ,缩短 了预处理时间。 (2 ) 处理过的样品易于贮藏、运输 ,便于实验室间进 行质控。
(3 ) 可选择不同类型的吸附剂和有机溶剂用以处理各 种不同类的有机污染物。 (4) 不出现乳化现象 ,提高了分离效率。
(5) 仅用少量的有机溶剂 ,降低了成本。 (6) 易于与其他仪器联用 ,实现自动化在线分析。
概述——固相萃取目的
借助SPE所要达到的目的是：
（1）从试样中除去对以后的分析有干扰物质；
（2）富集痕量组分，提高分析灵敏度；
（3）变换试样溶剂，使之与分析方法想匹配；
（4）原位衍生；
（5）试样脱盐。
使用SPE方法，要尽可能避免柱因超载而被穿透， 从而影响分析结果的准确性 。
概述——样品类型
SPE可以用于所有类型样品的处理，但是液体样品是最容 易处理的。

非极性化合物。
当样品溶液通过萃取柱时，杂质不被保留，直接通
过柱子除去，只有分析物保留在柱上，只要选用一种
合适的洗脱溶剂既可将其从柱上洗下。
3、硅胶键合离子交换剂

填充剂为硅胶基质的离子交换官能团有：季胺、氨 基、二氨基、苯磺酸基、羧基等。 此外常用的还有聚合物，如苯乙烯-而乙烯苯共聚 物XAD-2及PRP-1等。相对于键合相填料，聚合物 可适用于全部pH范围，因而应用广泛。 对于酸性化合物，如有机酸、无机阴离子、酸性 蛋白等，一般采用阴离子交换SPE柱； 对于碱性化合物，如有机胺、金属离子、儿茶酚 胺和碱性蛋白等，采用阳离子交换SPE柱。
特殊固定相
PBA 柱 键合苯硼酸 CERTIFY柱 C8和苯磺酸（SCX） ENVIRELUT柱 ACCUCAT柱 SCX/SAX混合
离子交换固定相
SCX CBA SAX NH2 Strong cation exchanger Weak cation exchanger Strong anion exchanger Weak anion exchanger
(4) 洗脱(Elution) - 分析物的洗脱和收集
洗脱：用较强的溶剂将目标化合物洗脱下来，加以收集。
目的：是将分析物完全洗脱并收集在最小体积的洗脱剂中，同时 使比分析物更强的保留的杂质尽可能多地保留在SPE 柱上。
较强的溶剂能够使分析物洗脱并富集到一个很小的体积，但有较 多的强保留杂质同时被洗脱下来；当用较弱的溶剂洗脱，富集 的体积较大，但含较少的杂质。 为了提高分析物的浓度或为以后的分析调整溶剂性质，如可以把 收集到的分析物用氮气吹干，再溶于小体积适当的溶剂中。 为了选择合适的洗脱剂强度和体积，可通过条件实验确定，如加 试样于SPE 柱上后，改变洗脱剂的强度和洗脱液的体积分别洗 脱，测定分析物的回收率，在保持有较高回收率的前题下确定 最佳洗脱剂的组成和最佳洗脱体积。
Unconditioned sorbent
(2) 上样或吸附 (loading or adsorption)
样品倒入活化后的固相萃取小柱，然后利用抽真空，加压或抽真 空的方法使样品进入吸附剂。在该步骤，分析物被保留在吸附剂 上。为了保证获得高的回收率，防止分析物的流失。
首先，要用合适强度、 pH 的溶剂稀释试样，即将样品溶液的溶
（五） 吸附剂类型
根据官能团的特性，固相吸附剂被分类为6大种类。
正相吸附剂（活性碳、石墨碳等） 非极性相（SDB、C18等） 极性相（硅胶、FL等） 离子交换相（SAX、SCX等） 混合、积层相（SAX／PSA等） 特殊结合相（PA等）
要让固相萃取得以成功，必须根据目的物质的特性（有无疏水 性构造、有无-OH、-COOH、N等极性官能团、离子性官能团 等）以及基体的特性来选择相应合适的固相。另外，对于一般 常用的无极性相，不同固相下其选择性也会有所不同，因此必 须选择其中最为合适的固相。
（四） SPE装置与操作
举例：反相萃取柱
C18, C8, Phenyl, CN, NH2 活化：甲醇、乙腈等，1倍柱管体积或3 倍柱床体积3~5 mL/min 平衡：水，1倍柱管体积或3倍柱床体 积,3~5 mL/min 上样：水溶液（缓冲剂稀释）生物流体 等,1 mL/min 淋洗：含5~50%极性有机溶剂的缓冲水 溶液，1~2倍柱管体积或5~10倍 柱床体积，1~2 mL/min 洗脱：极性或非极性有机溶剂，可选加 水、缓冲剂、酸、碱等调节剂； 2~4倍柱床体积， 活化：洗脱 与吸附剂作 用比目标物 强的杂质； 极性比目标 物弱 淋脱：流出 目标物 淋洗：流出与 吸附剂作用比 上样：流出与吸附 目标物弱的杂 剂作用最弱的杂质； 质；极性比目 极性最强 标物强
（五）吸附剂类型
1、正相固定相 2、反相固定相 3、离子交换剂 4、混合模式固定相 5、商品柱举例
吸附剂类型
Increasing polarity
非极性相
C1 8 C2 CH PH Octadecyl Ethyl Cyclohexyl Phenyl
极性固定相
CN 2OH NH2 SI Cyanopropyl Diol Aminopropyl Silica
Survey response %
Liquids Solids Goos and creams Gaseous Other
（二）SPE基本原理
SPE是一种吸附剂萃取，样品通过填充吸附剂的 一次性萃取柱，分析物和杂质被保留在柱上，然后分 别用选择性溶剂去除杂质，洗脱出分析物，从而达到 分离的目的。 SPE的分离模式主要取决于填充剂的类型和溶剂 的性质。



对象化合物 目的物质 TnertSep
MA-1 3级胺 MA-2 Байду номын сангаас级胺 酸性物质 阴离 子交 换 NH2 胺丙基 PSA 1级､2级 胺 SAX 三甲胺 丙基 MC-1 磺酸 MC-2 羧酸 碱性物质
构造
-CH2 -N(R) -CH2 -N(R) -CH2 CH2 CH2 NH2 -CH2 CH2 CH2 NHCH2 CH2 NH2 -CH2 CH2 CH2 N+(CH3)3Cl-CH2-SO3H -CH2-COOH -CH2 CH2 COOH -CH2 CH2 CH2 SO3-Na+ -CH2 CH2 C6 H4 SO3-H+
弱离子 强离子 ○ ○ × × ○ ○ ○ × ○ ○ ○ × ○ ○ × ○ × ○ × ×
阳离 子交 换
CBA 乙基羧 酸 PRS 丙基磺 酸 SCX 苯磺酸
硅胶键合离子交换剂 Weak or Strong Acids/Bases
SCX PRS CBA SAX PSA NH2 Strong anion Strong anion, pKa <1 Weak anion, pKa 4.8 Strong cation Weak cation, pKa 10.9, 10.1 Weak cation, pKa 9.8 SO30.7meq/g 0.3meq/g pH-sensitive 0.8meq/g pH-sensitive pH-sensitive