固相萃取与固相微萃取应用之原理

固相萃取与固相微萃取应用之原理

一固相萃取

固相萃取（Solid Phase Extraction , SPE是一种基于液-固分离萃取的试样预

处理技术，由柱液相色谱技术发展而来。SPE技术自70年代后期问世以来，由于

其高效、可靠及耗用溶剂量少等优点，在环境等许多领域得到了快速发展。在国外已逐渐取代传统的液-液萃取而成为样品预处理的可靠而有效的方法。

SPE技术基于液相色谱的原理，可近似看作一个简单的色谱过程。吸附剂作为固定相，而流动相是萃取过程中的水样。当流动相与固定相接触时，其中的某些痕量物质（目标物）就保留在固定相中。这时用少量的选择性溶剂洗脱，即可得到富集和纯化的目标物。固相萃取可分为在线萃取线萃取前者萃取与色谱分析同步完成; 而后者萃取与色谱分析分步完成，两者在原理上是一致的。

一般固相萃取的操作步骤包括固相萃取柱（即吸附剂）的选择、柱子预处理、上样、淋洗、洗脱。在实验过程中需要具体考虑的因素如下:

1）吸附剂的选择

a. 传统吸附剂在环境分析中最为常用的反相吸附剂较适用于水样中的非极性到中

等极性的有

机物的富集和纯化。其中有代表性的键合硅胶C18和键合硅胶C8等。该类吸附剂主要通过目标物的碳氢键同硅胶表面的官能团产生非极性的范德华力或色散力来保留目标物。正相吸附剂包括硅酸镁、氨基、氰基、双醇基键合硅胶及氧化铝等，主要通过目标物的极性官能团与吸附剂表面的极性官能团的极性相互作用（氢键作用等）来保留溶于非极性介质的极性化合物。由于其特殊的作用原理，在环境分析中常用于与其它类型的吸附柱联用，吸附去除干扰物，实现样品纯化。

离子交换吸附剂则主要包括强阳离子和强阴离子交换树脂，这些树脂的骨架通常为苯乙烯- 二乙烯基苯共聚物，主要是通过目标物的带电荷基团与键合硅胶上的带电荷基团相互静电吸引实现吸附的。

b. 抗体键合吸附剂（Immunosorbents-IS）这类新型吸附剂充分利用了生物免疫抗原- 抗体之间的高灵敏性和高选择性，尤其适应于水中痕量有机物的富集与分离。其特点为，由于绝大多数有机污染物为低分子量物质，不能在动物体内引发免疫反应，所以需把待定污染物键合到牛血清白蛋白的生物大分子载体上，使其具有免疫抗原活性，再注入纯种动物体内（如兔或羊），产生抗体，经杂交瘤技术制得相应于该有机污染物的单克隆抗体。将抗体键合到反相吸附剂的硅胶表面或聚合物表面（如C18固定相），就制得了抗体键合吸附剂，可用于分离、富集特定污染物。研制开发能专门检测各种优先污染物的单克隆抗体或多克隆抗体已成为SPE技术的前沿研究领域。

抗体键合吸附剂洗脱时一般可采用20%,80%的甲醇-水溶液，该类吸附剂经冷藏

保存可多次使用。进行SPE操作时应根据目标物的性质选择适合的吸附剂。表11 给除了常用的吸附剂类型及其相关的分离机理、洗脱剂性质和待测组分的性质。

吸附剂的用量与目标物性质（极性、挥发性）及其在水样中的浓度直接相关。通常，增加吸附剂用量可以增加对目标物的保留，可通过绘制吸附曲线确定吸附剂用量。

2）柱子预处理活化的目的是创造一个与样品溶剂相容的环境并去除柱内所以杂质。通常需要两种溶剂来完成任务，第一个溶剂（初溶剂）用于净化固定相，另一个溶剂（终溶剂）用于建立一个适合的固定相环境使样品分析物得到适当的保留。每一活化溶剂用量约为1,2 mL/100 mg 固定相。

终溶剂不应强于样品溶剂，若使用太强的溶剂，将降低回收率。通常采用一个弱于样品溶液的溶剂不会有什么问题。制得注意的是，在活化的过程中和结束时，固定相都不能抽干，因为这将导致填料床出现裂缝，从而得到低的回收率和重新性，样品也没得到应有的净化。如果在活化过程中柱床出现裂缝，上述活化步骤都得重复。

3) 上样

将样品加入到固相萃取柱并迫使样品溶液通过固定相，使分析物和一些样本干扰物保留在固定相上。为了保留分析物，溶解样品的溶剂必须较弱。如果太强，分析物将不被保留，结果回收率将会很低，这一现象叫穿漏(breakthrough) 。尽可能使用最弱的样品溶剂，可以使溶质得到最强的保留或者说最窄的谱带。只要不出现穿漏，允许采用大体积的上样量(0.5,1L) 。

有时候固定样品必须用一个很强的溶剂进行萃取，这样的萃取液是不能直接上样的。所以萃取液要用一个弱溶剂稀释，以得到一个合适的溶剂总强度进行上样。例如一个土壤样品采用50%甲醇萃取，得到2 mL萃取液，用8 mL水稀释，得到10%的甲醇溶液，这样就可以直接上反相固相萃取柱而不存在穿漏问题。

4) 淋洗

分析物得到保留后，通常需要淋洗固定相以洗掉不需要的样品组分，淋洗溶剂的洗脱强度略强于或等于上样溶剂。淋洗溶剂必须尽量强，以洗掉尽量多的干扰组分，但不能强到可以洗脱任何一个分析物的程度。溶剂体积可为0.5,0.8 mL/100 g 固定相。

淋洗时不宜使用太强溶剂，太强溶剂会将强保留杂质洗下来。使用太弱溶剂，

会使淋洗体积加大。可改为强、弱溶剂混合; 但混用或前后使用的溶剂必须互溶。

5) 洗脱

淋洗过后，将分析物从固定相上洗脱，洗脱溶剂用量一般为0.5,0.8 mL/100 g

固定相。而溶剂必须进行认真选择，溶剂太强，一些更强保留的不必要的组分将被洗出来; 溶剂太弱，就需要更多的洗脱液来洗出分析物，这样固相萃取柱的浓缩功效就会削弱。

在选择洗脱溶剂时还应注意溶剂的互溶性。后流过柱床的溶剂必须与前一溶剂互溶，一个不与柱内残留溶剂互溶的溶剂是不能与固定相充分作用的，当然也不会出现适当的液固分配，导致差的回收率和不理想的净化效果。如果使用互溶的溶剂有困难，就必须干燥柱床; 干燥的方法是让氮气或空气通过柱床10,15 min; 或离心，干燥效果更好。

综上所述，固相萃取技术简便易行，能够明显改善色谱分离，延长色谱柱寿

命，降低方法检出限。与传统的液-液萃取方法相比，SPE固相萃取显著的优势体现在: 提高样品处理通量; 大大减少溶剂的消耗和废物的产生;回收率高，重现性好极低的杂质干扰;无乳化现象;多种分离模式选择;易于实现自动化。但是实验中所用的消耗品固相萃取柱价格高，实验所需费用不可忽视。

二固相微萃取

固相微萃取（Solid-Phase Microextraction, 简写为SPME是近年来国际上兴起的一项试样分析前处理新技术。是在固相萃取基础上发展起来的，它保留了其所有的优点, 摒弃了其需要柱填充物和使用溶剂进行解吸的弊病，只要一支类似进样器的固相微萃取装置即可完成全部前处理和进样工作。

固相微萃取主要针对有机物进行分析，根据有机物与溶剂之间“相似者相溶” 的原则，利用石英纤维表面的色谱固定相对分析组分的吸附作用，将组分从试样基质中萃取出来，并逐渐富集，完成试样前处理过程。在进样过程中，利用气相色谱进样器的高温，液相色谱、毛细管电泳的流动相将吸附的组分从固定相中解吸下来，由色谱仪进行分析。