固相(微)萃取剂色谱综述全解

固相萃取及色谱的发展

1.前言

近年来，环境污染事件频发，环境问题已经成为全世界关注的焦点，所以对有毒、有害物质的处理提出了更高的要求[1]。然而，环境样品基质复杂，干扰物质种类繁多，不利于分析物的测定；而待测分析物的浓度通常较低（μg/L-ng/L），不能直接被分析仪器检测到；复杂基质样品同时存在可能会破坏分析仪器的组分。因此环境基质样品通常需要经过复杂的前处理过程才能进行分析测定。样品前处理是指从复杂样品基质中提取、净化、分离、浓缩待测目标分析物的过程，使被测组分转化成可测定的形式以进行定性、定量分析检测。同时样品前处理过程又是整个分析过程中最耗时、劳动强度要求最高、对分析方法精密度和准确度影响最大的步骤。传统的样品前处理技术有沉淀分离、索氏萃取液-液萃取等方法，但这些技术萃取效率低、操作步骤复杂、处理时间冗长、且大量使用有毒有机溶剂，污染环境的同时影响操作人员的身体健康。所以今年来，针对这些问题，研究人员一直寻找新的萃取方法。目前常用的样品前处理技术主要有固相萃取、液相微萃取等。本文主要讲述固相萃取及其进展。

2.固相萃取概述

固相萃取是20世纪70年代提出的一种样品前处理技术。它是一个包括液相和固相的物理萃取过程，利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱或加热解吸附，从而达到分离和富集目标化合物的目的。

大致包括活化、上样、淋洗、洗脱四个步骤：将装有一定量吸附剂的固相萃取小柱先用合适的溶剂活化，除去吸附剂上的共存杂质，待测样品溶液在外界驱动力的作用下以一定的速度通过吸附剂小柱，目标分析物以及共存杂质被吸附剂所保留，选用适当的溶剂冲洗杂质，最后用少量洗脱剂迅速洗脱待测目标物，从而达到快速分离净化与浓缩的目的。如图1所示：

图1

与传统的样品前处理技术相比，固相萃取技术有其独特的优点：（1）简单的操作步骤和快速的处理过程简化了样品预处理程序。（2）处理过的样品易于运输，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性质的有机污染物。（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，实现自动化在线检测。因此固相萃取技术是目前环境分析领域广泛使用的样品前处理技术。

在吸附分离技术的研究中，吸附材料的研究一直是十分活跃的领域，也是吸附分离成败的关键。在选择吸附材料时应考虑以下一些性能要求：比表面积要大；颗粒大小均匀；吸附容量大且能定量吸附分析物；吸附空白值低；对水的亲和力应小；吸附选择性要好；重复使用率高。主要有免疫亲和型吸附剂、分子印迹聚合物、限进介质材料、纳米材料、生物吸附剂五大类。

2.1 免疫亲和型吸附剂

生物分子能够区分结构和性质非常接近的其他分子，选择性地与其中某一种分子相结合，生物分子间的这种特异性相互作用称为亲和作用。生物分子间的亲和识别包括抗体-抗原、酶-底物、激素-受体等亲和作用。免疫层析技术就是通过抗原抗体的特异性结合，将待测样品从样品基质中浓缩并分离出来。免疫亲和柱纯化的方法操作简单，纯化效果显著，是理想的检测复杂样品的前处理方法。一般情况下就是制备好的抗原或抗体固定化，装载到亲和柱中制得。其常用的糖类载体如琼脂糖、

纤维素等，或人工合成的有机支持物如丙烯酰胺聚合物、共聚物或其衍生物。其中交联脂糖凝胶是最常用的载体，唯一的缺点就是要用剧毒的溴化氰来进行活化。

免疫亲和层析技术因其高度的专一性、特异性及其方便快捷的特点，越来越受到人们的青睐，在生物及非生物学样品的分析中得到广泛的应用。其方法主要有以下三种：⑴免疫亲和层析在直接检测中的应用。将免疫亲和柱直接连接到相应的检测器上，样品经上样、洗脱后直接进入到检测器检测，这种方法操作方便、快速，是最简单的简单方法；⑵免疫亲和吸附层析先富集纯化待测样品再进行检测。这种方法就是将上样液先通过亲和柱，收集洗脱液后进行相关处理，再注射入液相、气相等仪器中进行检测，这种方法方便痕量样品的准确检测，可增加待测物的浓度，提高试样的准确度；⑶利用特殊的标记来进行检测。这种方法适用于待测物质不能直接检测的情况，利用其免疫分析中的抗体标记或待测物的类似标记来达到检测的目的，如酶、荧光标记、脂质体等[2]。

2.2 限进介质材料

限进介质作为一种新型的固相萃取吸附剂在一定程度上能克服了大分子残留对固相萃取吸附剂寿命、吸附容量等方面造成的影响，从而提高样品前处理效率。限进性介质材料最早是在20 世纪80 年代由Hagestam和Pinkerton 发明的，是为了直接注射生物样品而专门设计的一种新型材料。这种材料具有亲水的外表面，孔内表面修饰的是疏水性的三肽基团。得到的这种材料对生物大分子具有体积排阻功能的同时，还能实现对小分子分析物的提取和富集。限进介质的外层表面经过亲水性修饰，内部孔径也能得到适当控制。根据体积排阻机制，一方面样品基质中的大分子进不到内孔中去，但外表面的亲水层使得被排阻的生物大分子不会发生不可逆的变性和吸附，大分子可通过溶剂经死体积或近于死体积被洗脱除去，即不被保留于外层；另一方面样品基质中的目标物小分子能通过孔径进入到限进介质内部并由疏水作用和静电作用被保留下来。限进介质的优势在于即使样品中含有生物大分子，也可以对目标物小分子进行有效萃取。

该技术已经在生物体液的分析测定中获得较多的应用, 其在环境样品分析中的应用研究也已开展。例如：徐倩采用限进介质-高效液相色谱(RAM-HPLC) 法测定

患者血浆中卡马西平浓度，结果与荧光偏振免疫法测定进行比较。数据显示

RAM-HPLC法效果更好，更适合特殊病例监测及相关研究。

虽然限进介质固相萃取技术能有效排阻样品基质中大分子的干扰，但仍有待改进之处。例如现有的限进介质固相萃取剂对所有小分子都有保留作用而对目标小分子的萃取选择性还不够高、富集倍数还不够大等。而分子印迹技术可以解决这方面的问题。

2.3分子印迹聚合物

分子印迹聚合物通过在模板分子周围形成高度交联的刚性分子，除去模板分子后，在交联的结构中留下具有结合能力的作用位点和特异的空间构型，从而仅对模板分子具有高度的识别能力。分子印迹聚合物的制备过程通常分为以下三步：（1）在共价键或非共价键作用下，使模板分子与功能单体之间形成某种可逆复合物；

（2）加入交联剂，通过引发剂进行光聚合或热聚合，在可逆复合物周围形成聚合反应，将复合物“冻结”起来，形成刚性聚合物；

（3）用一定的物理或化学方法，将模板分子从聚合物中洗脱出来，在聚合物中便留下与模板分子形状和大小相同、结合位点在空间排列上互补的“三维孔穴”，MIP 正是基于这些“三维孔穴”完成对模板分子的特异性识别。如图2 所示：分子印迹聚合物除了具有稳定性好，耐高温，耐酸碱，耐溶剂性好，重复使用率高等特点外，其最大的优势是具有强大的分子特异性识别性能，能够高选择性地从基质复杂的样品中分离、富集目标分析物，并排除基体干扰，从而提高分析的精密度和准确性，降低方法检出限。

分子印迹聚合物的以上优点使其非常适合于作为固相萃取填料，主要应用于包括环境分析、药物分离及食品痕量检测等方面。例如，2015年，李秀娟[3]等使用溶液-凝胶法引入C4制备MIP-SPIE纤维用于甲基对硫磷的检测（以甲基对硫磷为目标分子，C4为功能单体），结果良好。

但目前也存在一些挑战，比如印迹容量低和功能单体单一、水相识别等。所以以后应该积极应对挑战并找到有效的解决策略，深入拓展分子印迹固相吸附剂在色