SPE固相萃取技術(shù)（固相萃取儀器裝置）

時(shí)間：2025-01-16作者：杭州川一實(shí)驗(yàn)儀器有限公司瀏覽：234

固相萃取（Solid Phase Extraction，簡(jiǎn)稱SPE）技術(shù)，發(fā)展于上世紀(jì)70年代，由于其具有高效、可靠、消耗試劑少等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域取代了傳統(tǒng)的液－液萃取而成為樣品前處理的有效手段。
一些傳統(tǒng)的介紹SPE的書籍將其歸于一個(gè)液相色譜的原理，這其實(shí)是引起使用不當(dāng)?shù)闹饕从芍?。把SPE小柱看作一根液相色譜柱，不如把它看成單純的萃取劑較合適，因?yàn)椋阂合嗌V的重點(diǎn)在于分離，而SPE的重點(diǎn)在于萃取。固相萃取技術(shù)在樣品處理中的作用分兩種：一是凈化，二是富集,這兩種作用可能同時(shí)存在。
固體萃取和液－液萃取相比，其長(zhǎng)處在于方便和消耗試劑少，短處在于批次間的重復(fù)性難以保證。出現(xiàn)這種情況的原因在于：液體試劑的重復(fù)性好，只要其純度可靠，不同年代的產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)都是可靠的。而固體萃取劑就算保證了純度外，還存在著顆粒度的差異，外形的差異等液體試劑不存在的且難以衡量的因素，不同年代不同批號(hào)的萃取性質(zhì)可能會(huì)有較大的區(qū)別。
從理論上和廠家宣傳來看，固相萃取應(yīng)該在色譜分析的前處理上得到很好的應(yīng)用：**溶劑用得很少，可批量處理樣品，既可富集，又能除雜質(zhì)，給人印象是前處理的革命性進(jìn)步。然而現(xiàn)實(shí)情況，起碼在國(guó)內(nèi)，雖然推廣了多年，實(shí)際應(yīng)用還是相當(dāng)有限。
SPE應(yīng)用得不廣，與我們的使用方式和期望有關(guān)，也與它本身的局限有關(guān)。對(duì)于供應(yīng)商來說，從經(jīng)濟(jì)利益出發(fā)，向來都是忽略固相萃取的局限與不足。固相萃取可以作為前處理手段的一個(gè)很好補(bǔ)充，但是在使用時(shí)，yi定要清醒知道到它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，注意因地制宜，揚(yáng)長(zhǎng)避短。
固相萃取理論
反相固相萃取
反相分離包括一個(gè)性或中等性的樣品基質(zhì)（流動(dòng)相）和一個(gè)非性的固定相。分析物通常是中等性到非性。幾種SPE材料屬于反相類，如烷基，或芳香基鍵合的硅膠（LC-18，ENVI-18，LC-8，ENVI-8，LC-4，和LC-Ph）。在這里，純硅膠（一般孔徑為60—40mm大小的顆粒）表面的親水性硅醇基通過硅烷化學(xué)反應(yīng)，被含有疏水性的烷基或芳香基取代了。
由于分析物中的碳?xì)滏I同硅膠表面官能團(tuán)的吸附作用，使得性溶液（例如，水）中的**分析物能保留在這些SPE物質(zhì)上。這種非性-非性吸附力通常稱為范德華力或色散力。為了從反相SPE管或片上洗脫被吸附的化合物，一般采用非性溶劑去破壞這種化合物被吸附到填充物質(zhì)上的力。LC-18和LC-8是標(biāo)準(zhǔn)的單鍵合硅膠，而ENVI-18和ENVI-8則屬于聚合鍵合類填料，具有很高的硅表面覆蓋率和較高的碳含量。這類聚合鍵合類填料具有較強(qiáng)的抗酸堿性，因而較適合于環(huán)境應(yīng)用，如從酸化的液體樣品中富集**化合物。所有使用過的鍵合硅膠相都有yi定數(shù)量的未反應(yīng)硅醇基，它將成為二級(jí)相互作用之源。在萃取或保留強(qiáng)性分析物或污染物時(shí)，這種二級(jí)相互作用是有用的，但是對(duì)分析物的吸附也可能是不可逆。
以下物質(zhì)也用于反相條件：ENVI-Carb（碳），ENVI-Chrom P(聚合類)和Hisep(聚合涂層的鍵合硅膠)。含碳的吸附物質(zhì)，如ENVI-Carb材料，是由石墨和無孔碳組成，它對(duì)性和非性樣品中的性和非性**化合物有較高的吸附能力。該碳表面是正六圓環(huán)的原子結(jié)構(gòu)，每個(gè)碳原子在石墨層上相互聯(lián)接。這種正六圓環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)某些分子有很強(qiáng)的選擇性，比如平面型芳香化合物或類正六圓環(huán)分子和可形成許多表面觸點(diǎn)的烴鏈分子。分析物的保留取決于其結(jié)構(gòu)（形狀和大?。?，而不是其上官能團(tuán)與吸附劑表面的相互作用。洗脫時(shí)，使用中等性到非性溶劑。與烷基鍵合硅膠相比，尤其是在鍵合硅膠不靈時(shí)，ENVI-Carb顯示出特有的結(jié)構(gòu)和選擇性優(yōu)勢(shì)。
聚合類吸附物質(zhì)，如ENVI-Chrom P是苯乙烯-二乙烯基苯物質(zhì)，用之保留一些含有親水性官能團(tuán)的疏水性化合物，尤其是芳香型化合物。有時(shí)在反相條件下，苯酚很難保留在C18鍵合硅膠上，這主要是因?yàn)樗谒械娜芙舛却笥?*相。而ENVI-ChromP在反相條件下可很好地保留苯酚。洗脫時(shí)，使用中等性到非性溶劑，這是因?yàn)?，聚合類填料?duì)所有的溶劑都是很穩(wěn)定的。
Hisep是一個(gè)疏水基（類似C18）鍵合硅膠涂上一層親水聚合物，常用于反相條件，這種有孔的聚合物能阻止不需要的大分子被吸附到硅膠表面。聚合物的孔徑大小只充許所分析的疏水性**小分子化合物（如藥物）接近硅膠表面，而不需要的大分子（如蛋白質(zhì)）則被聚合物層隔離在外，沒**會(huì)接近硅膠表面，并被沖洗出固相萃取管。Hisep固相萃取過程類似于LC-18固相萃取過程。
正相固相萃取
正相固相萃取包括了一個(gè)性分析物質(zhì)、中等性到非性的物質(zhì)（如丙酮，鹵化溶劑和正己烷）和二個(gè)性固定相。性官能團(tuán)鍵合硅膠（如LC-CN，LC-NH2和LC-Diol）和性吸附物質(zhì)（如LC-Si,LC-Florisil,ENVL-Florisil和LC-Alumina）常用于正相條件。在正相條件下，分析物如何保留取決于分析物的性官能團(tuán)與吸附劑表面的性官能團(tuán)之間的相互作用，具體包括氫鍵、相互作用、偶一偶相互作用和偶-誘導(dǎo)偶相互作用及其它。因此，由以上幾種機(jī)理所吸附的分析物，應(yīng)用比樣品本身較性的溶劑去破壞其相互作用，這樣分析物才隨之而洗脫。
鍵合硅膠LC-CN、LC-NH2和LC-Diol，有一個(gè)帶有性官能團(tuán)的較短烷基鏈鍵合在硅膠表面上。因?yàn)樾怨倌軋F(tuán)的存在，這種硅膠相對(duì)于反相硅膠較具有親水性。常用的正相硅膠，它能從非性的樣品中吸附性化合物。這種固相萃取管已用于吸附和選擇性洗脫結(jié)構(gòu)很類似的化合物（如異構(gòu)體）、復(fù)雜的混合物或者象藥物和脂類化合物。為了利用它這種疏水性，它也可用于反相條件（如水溶液樣品）。
LC-Si填料是一種沒有衍生的硅膠，一般用來作所有鍵合硅膠的基體。這種硅膠親水，保持干燥，這就要求所分析的樣品必需無水。硅膠用于從非性物質(zhì)中吸附化合物官能團(tuán)的都是表面自由羥基。LC—Si從非性物質(zhì)中吸附性化合物，然后用一種性較強(qiáng)的**溶劑洗脫。多數(shù)情況下，ＬC-Ｓi是作為一種吸附劑，當(dāng)硅膠基體用于**萃取時(shí)，分析物不停留在硅膠上，而不要的化合物則被吸附在硅膠上，隨之扔掉。這種過程稱為樣品前處理。
ＬC-Florisil和ENVI-Florisil固相萃取是一個(gè)鎂化硅膠，通常用在樣品的**萃取，用其進(jìn)行**樣品的前處理。它是一種強(qiáng)性物質(zhì)，可以有效地從非性物質(zhì)中吸附性化合物。ENVI-Florisil固相萃取是由聚四氟乙稀或者不銹鋼濾片制作。這種對(duì)環(huán)境過程重要的結(jié)構(gòu)祥述在美國(guó)環(huán)境保護(hù)組織的方法中。ENVI-Florisil己用氣相色譜分析法測(cè)定其背境較小。
LC-Alumina固相萃取用于吸附和樣品前處理的過程，Al2O3材料可為酸性（Al2O3-A， pH約為5）、堿性（Al2O3-B， pH約為8.5）或者中性（Al2O3-Ｎ pH，約為6.5）。Al2O3的活性水平隨水加入的多少，從1級(jí)到５級(jí)而變化，裝管時(shí)，Al2O3可在裝管前預(yù)處理或者裝管后再處理。
離子變換固相萃取
離子交換固相萃取適用于帶有電荷的化合物（一般為水溶液，也有**溶液）。陰離子（負(fù)電荷）化合物可用ＬC-SAX或ＬC-NH2鍵合硅膠管進(jìn)行分離；陽離子（正電荷）化合物可用ＬC-SCX或ＬC-WCX鍵合硅膠管進(jìn)行分離?；驹硎庆o電吸引，也就是化合物上的帶電電荷基團(tuán)與鍵合硅膠上的帶電電荷基團(tuán)之間的吸引。為了從水溶液中將化合物吸引到離子交換樹脂上，樣品的pH值yi定要保證其分離物的官能團(tuán)和鍵合硅膠上的官能團(tuán)均帶電荷。如果某種離子帶有與分析物一樣的電荷，它將會(huì)干擾分析物的吸附。當(dāng)然這種情況也可能是**的。洗脫溶液一般是其pH值能中和分離物官能團(tuán)上所帶電荷，或者中和鍵合硅膠上官能團(tuán)所帶電荷。當(dāng)官能團(tuán)上的電荷被中和，靜電吸引也就結(jié)束，分析物則隨之洗脫。另外，洗脫溶液也可能是一種其離子強(qiáng)度很大或含有另一種離子能取代被吸附的化合物，這樣被吸附的化合物也隨之而洗脫。
陰離子交換
LC-SAX是一種脂肪族季銨類鹽鍵合在硅膠上的物質(zhì)，季銨鹽是一種很強(qiáng)的堿，帶有一個(gè)正電荷，能交換或吸附溶液中的陰離子，稱之為陰離子交換（SAX）。季銨鹽的pH值很高（>14），在水溶液中，所有的pH條件下,都能帶上電荷。這樣LC-SAX可分離很強(qiáng)的陰離子化合物（很低的pH值,<1）或弱陰離子化合物（中等的pH值,>2），只要樣品在其pH條件下，分析物帶有電荷即可。對(duì)于陰離子分析物（酸性），為使之帶上電荷，其pH值必需大2個(gè)單位。大多數(shù)情況下，被分析物是強(qiáng)酸性的或弱酸性的。
因?yàn)榛衔锉晃降厝绱酥o，只有在不要求其陰離子回收率時(shí)（化合物被分離，然后扔掉），才能用LC-SAX萃取強(qiáng)陰離子。弱陰離子則能用LC-SAX分離，因?yàn)樗鼈兡鼙涣硗庖环N陰離子所取代或者被一種酸性溶液所洗脫，該酸性溶液的pH值可中和被取代的陰離子（pH?。矀€(gè)單位）。如果要求強(qiáng)陰離子其回收率時(shí)，可選用LC-NH2。
LC-NH2固相萃取填料適用于正相分離，當(dāng)用于水溶液時(shí)也做為一種弱陰離子交換樹脂（WAX）。LC-NH2填料含有一個(gè)脂肪族季氨丙基，并鍵合在硅膠表面上。這種伯胺基的pH值大約為9.8。因?yàn)槠溆糜陉庪x子交換，樣品的pH值必需小于9.8至少２個(gè)單位，此pH還必需保證所分析的陰離子化合物帶上電荷（比其pH值大２個(gè)單位）。LC-NH2也可適用于強(qiáng)陰離子或弱陰離子分離回收，這是因?yàn)楣枘z表面的氨基能被中和強(qiáng)陰離子或弱陰離子（比其pH大２個(gè)單位），這樣強(qiáng)陰離子或弱陰離子都能被洗脫。弱陰離子也能用一種溶液（pH比該陰離子的pH?。矀€(gè)單位）而洗脫，或者加入另外一種陰離子取而代之。
陽離子交換
LC-SCX填料含有一個(gè)脂肪族磺酸基，并鍵合在硅膠表面上。這種磺酸基有很強(qiáng)的酸性（pH值<１），它能吸附或者交換溶液的陽離子，稱之為強(qiáng)陽離子交換（SCX）。在所有的pH條件下，這種鍵合官能團(tuán)都能帶有電荷，只要該pH能保證所分析化合物帶有電荷，因此其能用于強(qiáng)陽離子（pH值＞14）或弱陽離子（pH值<12）化合物的分離。對(duì)于所分析的陽離子（堿性）化合物，樣品的pH要比其pH值?。矀€(gè)單位，以保正其帶電荷。多數(shù)情況下，所分析的化合物是強(qiáng)堿性的或弱堿性的。
當(dāng)不要求強(qiáng)陽離子回收或者被洗脫時(shí)，LC-SCX固相萃取管可用于強(qiáng)陽離子的分離。弱陽離子則可以用LC-SCX分離和洗脫。洗脫時(shí)，用一種pH比其pH大2個(gè)單位的溶液（中和分析物的電荷），或者加入另外一種陽離子取而代之。如果要求強(qiáng)陽高子回收率，可選用LC-WCX。
LC-WCX固相萃取填料含有一個(gè)脂肪族羧酸基團(tuán)，并鍵合在硅膠表面上。這種羧基是一種弱酸性陰離子，所以它可作為一種弱性陽離于交換（WCX）。LC-WCX上羧基的pH約為4.8。當(dāng)pH比其pH大2個(gè)單位時(shí)，它保持帶負(fù)電荷，能分離此pH下帶電荷的陽離子。LC-WCX適用于強(qiáng)陽離子或弱陽離子分離和回收，因?yàn)楣枘z表面的羧基能被中和（pH比其pH?。矀€(gè)單位），強(qiáng)陽離子或者弱陽離子則被洗脫。對(duì)于弱陽離子可用一種溶液（pH比陽離子pH大２個(gè)單位）中和而洗脫，或者加入另外一種陽離子取而代之。
在很多情況下，由離子交換固相萃取所吸附的分析物被洗脫在水溶液中。如果必需使用酸性溶液或者堿性溶液去洗脫固相萃取管上的分析物，同時(shí)分析物又必需以**溶劑來分析，而**溶劑又不溶于水，這時(shí)可根據(jù)情況，試用含有酸的甲醇（98%甲醇、2%濃鹽酸）或者含有堿的甲醇（98%甲醇、2%氫氧化氨）來洗脫。由于甲醇很*揮發(fā)，樣品可再溶解在另一種溶劑里。如果需要一個(gè)很強(qiáng)（非性）的溶劑從固相萃取填料上去洗脫所分析物，可加一些二鹵甲烷、正己烷、乙酸乙脂到酸或堿性的甲醇里。
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