SPE 技术基础介绍

SPE的类型—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-二乙烯苯共聚物。 • 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。
固相萃取（SPE）技术基础与应用
Accuracy Begins Here
We are new!
2010年，Agilent与Varian正式合并
1979年，Varian 研发出第一支直管型商品SPE小柱Bond Elut，铸 就超过30年的行业标准
今天我们拥有固相萃取、固相支持液液萃取、过滤三大产品线， 超过2000个订货号，成为全球第一大样品前处理产品供应商
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去除影响分析物检测干扰物质
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去除仪器和色谱柱使用寿命的干扰
浓缩目标分析物 溶剂转换， 转换成匹配仪器检测的溶剂
理解固相萃取－色谱过程
固相萃取柱
液相色谱柱
理解固相萃取 SPE柱与液相柱的区别
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（>40µm）要比HPLC填料（3~10µm）大的多。 由于短的柱床和大的粒径，SPE柱柱效要比HPLC柱低。因此，用 SPE只能分开保留性质有很大差别的化合物。一个高效HPLC柱能够 产生10000以上的塔板，而从一个SPE柱能获得10~50塔板。 SPE柱是一次性使用。 pH耐受范围比LC柱要宽 ，传统的硅胶基质吸附剂液相柱的pH范围为 2~8，而同类的SPE柱则远超出这个范围
< 0.5g 20mL
萃取与固相萃取概述 传统液液萃取方法
加入不相溶萃取溶液
物质在两相之间的分配
两相振摇与分层
增加表面积加速热力学平衡
收集萃取溶液 希望不要有乳化现象！
所谓萃取法 ,就是从样品中提取组分 ,传统的 方法是液液萃取法 ( LLE) ,即用液体作为提 取剂 ;
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萃取与固相萃取概述 固相萃取方法
• 问题与讨论
为什么要做样品预处理－如您所知
样品收集 样品分析
X
原形样品不适合直接进行进一步分析!!!…
为什么?
浓度太低——被测物浓度低于定量限 样品太“脏”——基质组分的存在影响样品测定 太“危险”——污染物可能成为“色谱柱杀手”
萃取与固相萃取概述 SPE柱构造
LRC柱管
"Shrink-wrapped" 针头式（Jr） polypropylene
• 问题与讨论
如何理解固相萃取 色谱分离过程
• 借助SPE所要达到的目的是：
从试样中除去对以后的分析有干扰物质 富集痕量组分，提高分析灵敏度
变换试样溶剂，使之与分析方法想匹配
试样脱盐
使用SPE方法，要避免柱因超载而被穿透，从而影响分析结果的准确性 。
理解固相萃取 固相萃取（SPE）的目的-净化和富集
基质
样品的类型
高含水量的样品 低含水量的样品 含糖量高的样品 含脂肪高的样品 环境样品 特殊样品
蔬菜 水果 面粉 鸡蛋 化妆品 猪肉 食用油
有机溶剂强度顺序
正相固定相 己烷 异辛烷 甲苯 氯仿 二氯甲烷 四氢呋喃 乙醇 溶剂强度 反相固定相 水 甲醇 异丙醇 乙腈 丙酮 乙醇 四氢呋喃
理解固相萃取－如何实现净化
目标物所在区域
理解固相萃取 使用四步骤
样品载入
上样
淋洗
洗脱
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理解固相萃取 使用四步骤
活化
上样
淋洗
洗脱
Βιβλιοθήκη Baidu23
目标物
理化性质
酸碱性- pKa 蒸汽压 极性- logP 吸收光谱 溶解性 稳定性 分子量
•Mycotoxins •Pesticides •Pollutants •Vet Drugs •Acrylamide •Illegal Dyes •Melamine
Reversible Covalent
PBA – phenylboronic acid
Specialty Phases
AccuCAT Atrazine Etc..
Anion Exchange
SAX – quaternary amine PSA – primary and secondary amine NH2 – aminopropyl DEA – diethylaminopropyl
标准柱管
吸附柱床 Luer 头
干净的聚乙烯筛板
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萃取与固相萃取概述
• 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 吸附剂 溶剂的性质
目标物
•
•
基质的性质
盐溶液
非极性
NH2
橄榄油
极性
饮用水
NH3+
离子交换
SPE方法的建立
• SPE操作步骤包括： • 柱子类型的选择 • 活化 • 上样
• 淋洗
• 洗脱 •
• 在加样和洗去干扰物步骤中，部分分析物有可能穿透SPE柱造成损失，而 在回收分析物步骤中，分析物可能不被完全洗脱，仍有部分残留在柱上。 最理想的情况是分析物100%地回收到收集的组分中，但这并不是总能达到 的。
0.8meq/g N+Me3 pH-sensitive pH-sensitive
NHCH2CH2NH2
NH2
离子交换吸附剂上的相互作用
硅胶基体 OH
SO3+N
NH3+ CO2H
CO2OCON(CH3)2 离子交换固定相上的电荷相互吸引力
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基体对选择合适分离机制有着重要影响
基质类型
化合物
NH2
建议机理
B萃取与固相萃取概述－Bond Elut
Non-polar Polar Cation Exchange
SCX – benzenesulfonic acid PRS – propylsulfonic acid CBA – carboxylic acid PSA - primary and C18, C8, C2, C1 secondary amine C18 variations in carbon NH2 - aminopropyl load and endcapping CN-U –unendcapped cyano EnvirElut DEA - diethylaminopropyl CH – cyclohexyl Diol CN-E – endcapped cyano Si - silica PH – phenyl ENV, LMS, PPL, Focus, Nexus Plexa
大的比表面积
振摇
固相萃取
液液萃取
固相萃取法 ,是用固体物质作为萃取剂 ,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
SPE法的优点
样品处理简单、快速，简化样品前处理操作步骤，大大缩短前处理时间。 处理过的样品易于贮藏、运输 ,便于实验室间进行质控。 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。 避免乳化现象 ,提高了分离效率。 大大节约有机溶剂 ,降低了成本和对环境的污染 易于与其他仪器联用 ,实现自动化在线分析。
SPE柱类型的选择
• 这些化合物是极性还是非极性的？ • 是否很容易地溶解于基质中？ • 化合物中是否含有潜在的离子化基团？ • 化合物是否酸不稳定或者碱不稳定？ • 化合物是否水解? • 选择什么样的分析方法 (GC检测是否需要衍生化） ?
• 样品中药物的含量?
SPE方法的建立——活化
• 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。
极性固定相上的相互作用
硅胶基体 Acetone Acetonitrile Isopropanol Methanol Water Buffers O
H O
OH O
H
H O C N
极性固定相上的偶极吸引力或者氢键键合作用
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硅胶键合极性固定相
填充剂使用极性键合固定相（-NH2、-CN、-2OH等官 能团）的SPE分离方式称为正相BPC。 在实际使用中，先以非极性溶剂清洗管柱，继而加样 ，分析物立刻会被吸附，然后以非极性溶剂洗去杂 质，最后以极性溶剂洗脱分析物。
硅胶键合离子交换剂 弱酸、弱碱，强酸、强碱
SCX PRS 强阳离子 强阳离子, pKa <1 弱阳离子, pKa 4.8 强阴离子 弱阴离子, pKa 10.9, 10.1 弱阴离子, pKa 9.8 SO30.7meq/g 0.3meq/g
SO3
CO2H
-
CBA
SAX PSA NH2
pH-sensitive
Mixed mode IEX/NP
Certify – SCX/C8 Certify II – SAX/C8 Plexa PCX Plexa PAX
Alumina – aluminum oxide Florisil – magnesium-silica Carbon Carbon/NH2
内容提要
• 萃取与固相萃取概述 固相萃取构型与吸附剂 • 如何理解固相萃取 • 色谱分离 • 固相萃取模式解析 • 多残留分析\基质效应\plexa
我们将为食品安全，环境检测，制药及临床药物分析，法医，工 业产业等各行各业提供安捷伦最全面的样品制备解决方案
强强联手安捷伦样品前处理全系列产品
提高样品的质量，从而改善分析的质量
固相萃取产品 固相支持液液 萃取产品
过滤产品
内容提要
• 萃取与固相萃取概述 固相萃取构型与吸附剂 • 如何理解固相萃取 • 色谱分离 • 固相萃取模式解析 • 多残留分析\基质效应\plexa
萃取与固相萃取概述 微观基础：分子之间的作用力
• 作用力类型 • 偶极相互作用 • 诱导偶极 • 范德华力 • 电荷作用力 • 氢键作用力 作用力能量（(kcal /mol)） 5–10 2–7 1–5 50–200 5–10
• 作用模式：离子交换，反相，正相
萃取与固相萃取概述 充分利用分子间的作用力——硅胶基质固定相的分类
弱
丙酮
乙腈
强
二氯甲烷
氯仿
异丙醇
甲醇 水
甲苯
异辛烷 己烷
内容提要
• 萃取与固相萃取概述 固相萃取构型与吸附剂 • 如何理解固相萃取 • 色谱分离 • 固相萃取模式解析 • 多残留分析\基质效应\plexa
• 问题与讨论
非极性固定相上的相互作用－反相作用
NH2 SO3-
硅胶基体
非极性固定相上的范德华力
键合官能团 (C8)
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硅胶键合非极性固定相
填充剂使用非极性烷烃类化学键合相 （C18、C8、 C6H5-C6H11等）的SPE分离方式称为反相BPC。最适 用于极性基质中萃取非极性化合物。 C18 和C8 吸附剂从水溶性基质中萃取非极性分析物 ，都会得到很高的回收率。C8 的极性稍高，使得许 多基质干扰成分穿透吸附剂而不被保留，但是这些干 扰物质却可能在强非极性的C18 吸附剂上发生保留， 所以，有时使用C8 吸附剂有时会得到很干净的萃取 效果。。
目标物
吸附剂
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基质
萃取与固相萃取概述 容量与洗脱体积
50mg 100mg 200mg 500mg 1000mg 5g 10g
< 2.5mg 125uL < 5mg 250uL < 10mg 500uL < 25mg 1mL
容量
< 50mg 2mL < 0.25g 10mL
吸附剂重量的5%
洗脱体积
2倍于吸附剂容量 8
萃取与固相萃取概述 SPE柱填料类型
硅胶基质的吸附剂
在SPE法中最常用的吸附剂是硅胶或键合的硅胶，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。
聚合物基质的吸附剂
有机聚合物或改性的有机聚合物，例如苯乙烯二乙烯基苯聚合物等
非硅胶吸附剂
Al2O3,Floril,石墨化碳GCB
非极性固定相 C18 C2 CH PH 十八烷基 乙基 环己基 苯基 极性增强 极性固定相 CN 2OH NH2 SI 腈丙基 二羟基 氨丙基 硅胶
离子交换固定相 专用固定相 PBA CERTIFY ENVIRELUT ACCUCAT SCX CBA SAX NH2 强阳离子交换 弱阳离子交换 强阴离子交换 弱阴离子交换