固相萃取技術(shù)及其應(yīng)用

固相萃?。⊿olid Phase Extraction.SPE)是個(gè)由柱色譜分離過(guò)程、分離機(jī)理、固定相和溶劑的
選擇等組成的試樣預(yù)處理技術(shù)，由液固萃取和液相色譜技術(shù)相結(jié)合發(fā)展而來(lái)，與高效液相色譜有許多相似之處。但是，SPE柱的填料粒徑（＞40μm)大于HPLC填料（3~10μm),SPE柱色譜與HPLC色譜的差別是柱低、塔板數(shù)少、分離效率較低、一次性使用，用SPE只能分開(kāi)保留性質(zhì)有很大差別的化合物。
由于SPE實(shí)現(xiàn)了選擇性的提取、分離、濃縮三位一體的過(guò)程，操作時(shí)間短、樣品量小、干擾物質(zhì)少，因此可用于揮發(fā)性和非揮發(fā)性物質(zhì)分析并具有很好的重現(xiàn)性。借助于SPE可以實(shí)現(xiàn)：從試樣中除去對(duì)以后的分析有干擾的物質(zhì)；富集痕量組分，提高分析靈敏度；變換試樣溶劑，使之與分析方法相匹配；原位衍生；試樣脫鹽；試樣的儲(chǔ)存和運(yùn)送。SPE作為制備液體試樣優(yōu)先考慮的方法，取代了傳統(tǒng)的液－液萃取法。因此，自SPE出現(xiàn)以來(lái)，一直以10%的年增長(zhǎng)率擴(kuò)大其應(yīng)用。
1 固相萃取的原理［1]
SPE 就是利用固體吸附劑吸附液體樣品中的目標(biāo)物，使目標(biāo)物與樣品的基體和干擾化合物分離，然后再用洗脫液洗脫或加熱介吸附，達(dá)到分離和富集目標(biāo)物的目的。固相萃取不需要大量互不相溶的溶劑，處理過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生乳化現(xiàn)象；因采用高效、高選擇性的吸附劑（固定相），固相萃取能顯著減少溶劑的用量：固相萃取的預(yù)處理過(guò)程簡(jiǎn)單，費(fèi)用低。
固相萃取實(shí)質(zhì)上是一種液相色譜分離，其主要分離模式也與液相色譜相同，可分為正相固相萃取、反相固相萃取及離子交換固相萃取。SPE 所用的吸附劑也與色譜常用的固定相相同，只是在粒度上有所區(qū)別。正相固相萃取所用的吸附劑都是極性的，吸附劑極性大于洗脫液極性，用來(lái)萃取極性物質(zhì)。在正相萃取時(shí)目標(biāo)物如何保留在吸附劑上，取決于目標(biāo)物的極性官能團(tuán)與吸附劑表面的極性官能團(tuán)之間的相互作用，其中包括了氫鍵、π-π鍵相互作用、偶
極一偶極相互作用、偶極一誘導(dǎo)偶極相互作用以及其他的極性一極性作用。反相固相萃取所用的吸附劑極性小于洗脫液極性，所萃取的目標(biāo)物通常是中等極性到非極性化合物，目標(biāo)物與吸附劑間的作用是疏水性相互作用，主要是非極性一非極性相互的色散力。離子交換固相萃取用的吸附劑是帶有電荷的離子交換樹(shù)脂，所萃取的目標(biāo)物是帶有電荷的化合物，目標(biāo)物與吸附劑之間的相互作用是靜電吸引力。
2
固相萃取的吸附劑（固定相）
2.1 吸附劑（固定相）的選擇目標(biāo)物的佳保留（即佳吸附）取決于目標(biāo)物極性與吸附劑極性的相似程度，兩者極性越相似，則保留越好（即吸附越好）。因此，選擇固相萃取中
的固定相吸附劑時(shí)，要盡量選擇與目標(biāo)物極性和樣品溶劑極性相似的吸附劑，當(dāng)目標(biāo)物極性適中時(shí)，正、反相固相萃取都可使用。吸附劑的選擇還受樣品溶劑洗脫強(qiáng)度的制約，溶劑強(qiáng)度在正，反固相萃取中的順序是不同的（見(jiàn)表1),如果樣品溶劑的洗脫強(qiáng)度太強(qiáng)，目標(biāo)物
將得不到保留或保留很弱，例如，樣品溶劑是正己烷時(shí)，用反相固相萃取就不合適了，這是因?yàn)檎和閷?duì)反相固相萃取是強(qiáng)溶劑，目標(biāo)物將不會(huì)吸附在吸附劑上：當(dāng)樣品溶劑是水時(shí)就可以用反相固相萃取，這是因?yàn)樗畬?duì)反相固相萃取是弱溶劑，不會(huì)影響目標(biāo)物在吸附劑上的吸附。
在選擇固相萃取分離模式和吸附劑時(shí)，要考慮以下兒點(diǎn)：①目標(biāo)物在極性或非極性溶劑中的溶解度；②目標(biāo)物有無(wú)可能離子化，從而決定是否采用離子交換固相萃??；③目標(biāo)物有無(wú)可能與吸附劑形成共價(jià)鍵，如果能形成共價(jià)鍵，再洗脫時(shí)有可能會(huì)遇到麻煩：④非目標(biāo)物與目標(biāo)物在吸附劑上的競(jìng)爭(zhēng)程度，這關(guān)系到目標(biāo)物與干擾化合物能否很好地分離。
2.2
國(guó)相萃取常用的吸附劑固相萃取實(shí)質(zhì)上是一種液相色譜的分離，所以凡是液相色譜柱填料的材料都能用于固相萃取，但由于液相色譜的柱壓相對(duì)較高，要求柱效較高，故對(duì)填料粒度的要求較為嚴(yán)格，對(duì)填料的粒徑分布要求也較高（范圍很窄）。固相萃取柱上所加壓一般都
不大，分離的目的只是把目標(biāo)物與干擾化合物和基體分開(kāi)，對(duì)柱效的要求一般不高，因此它的填料都較粗，一般小于40μm即可，粒徑分布要求也不嚴(yán)格，成本較低。固相萃取常用吸附劑的類型及用途參見(jiàn)表2,其中所用填料為硅膠，而Al2O3,Florisil、
固相萃取裝置
3.1柱的類型
（1)SPE柱。SPE柱的使用普遍，簡(jiǎn)單的SPE柱就是一根直徑為數(shù)毫米的小玻璃柱，或聚內(nèi)烯、聚乙烯，聚四氟乙烯等塑料，或不銹鋼制成的柱子。柱下端有一孔徑為20μm的燒結(jié)篩板，用以支撐吸附劑。也可以用填加玻璃棉來(lái)代替篩板，這樣既能支撐固體吸附劑又能讓液體流過(guò)，在篩板上填裝量的吸附劑，然后在吸附劑上再加一塊篩板，以防止加樣品時(shí)破壞柱床?；趯?duì)純度的考慮，般選用無(wú)添加劑且含有微量雜質(zhì)的醫(yī)用聚丙烯作為柱體材料，以免在萃取過(guò)程中污染試樣，為了降低SPE空白中的雜質(zhì)，可選用玻璃、純聚四氟乙烯作為柱體材料，篩板材料是另一個(gè)可能的雜質(zhì)來(lái)源，制作篩板的材料有聚丙烯，純聚四氟乙烯，不銹鋼和鈦。金屬篩板不含有機(jī)雜質(zhì)，但易受酸的腐蝕。由于從柱體、篩板和填料都可能向試樣中引進(jìn)雜質(zhì)，在建立和驗(yàn)證SPE方法時(shí)，做空白萃取實(shí)驗(yàn)。
（2)SPE盤。SPE的另一種形式是SPE盤，表面上與膜過(guò)濾器相似，盤式萃取器是含有填料的純聚四氟乙烯圓片，或堅(jiān)固并無(wú)需支撐載有填料的玻璃纖維片，填料約占 SPE盤總量的60%~90%,盤的厚度約 1mm.SPE 柱和盤式萃取器的主要區(qū)別在于床厚度與直徑之比，對(duì)于等重的填料，盤式萃取的載面積比柱式萃取大10倍，因而允許液體試樣以較高的流量流過(guò)。
（3)固相微萃?。?,1990年，加拿大 Waterloo大學(xué) Pawliszyn 在固相萃取基礎(chǔ)上了固相微萃?。⊿PME)分離新技術(shù)。美國(guó) Supelco 公司于1993年推出了商品化的SPME裝置，在分析化學(xué)領(lǐng)域引起了的反響。SPME裝置形如一微量進(jìn)樣器，由手柄和萃取頭或纖維頭兩部分組成，手柄用于安裝或固定萃取頭，可以永遠(yuǎn)使用：萃取頭長(zhǎng)1cm,是在涂有不同吸附劑，接在不銹鋼絲上的熔融纖維，外套細(xì)不銹鋼管（保護(hù)石英纖維不被折斷），纖維頭
在鋼管內(nèi)可以伸縮，細(xì)不銹鋼管可以穿透橡膠或塑料墊片進(jìn)行取樣或進(jìn)樣，平時(shí)萃取頭收納于萃取頭鞘內(nèi)。使用時(shí)萃取頭浸于液體中或液上萃取濃縮樣品中的某些化合物，而后不經(jīng)任何溶劑洗脫直接進(jìn)入氣相色譜儀汽化室，被萃取物在汽化室內(nèi)解吸附后，靠流動(dòng)相將其導(dǎo)入色譜柱，從而完成提取、分離、濃縮的全部過(guò)程。
SPME 的關(guān)鍵在于選擇石英纖維上的涂層（吸附劑），要使目標(biāo)物能吸附在涂層上而干擾化合物和溶劑不吸附，一般說(shuō)來(lái)，對(duì)非極性目標(biāo)物應(yīng)選擇非極性涂層，對(duì)極性目標(biāo)物應(yīng)選擇極性涂層。