第六章固相萃取技術(SPE)

(Solid—phaseExtraction)

§6—1概述§6—2固相萃取原理§6—3固相萃取模式§6—4固相萃取裝置與分類§6—5

SPE柱的使用方法§6—6SPE柱的應用范圍§6—7SPE柱的使用技術§6—8應用§6—1概述

在化學分析中和生物工程中，樣品前處理或凈化是一亟待解決的問題。據統計，人們常常將60%的時間花在樣品處理上，這不但不符合高效率的要求，繁瑣的傳統樣品處理方法也直接影響了最后的分析結果。

從八十年代中期固相萃取技術就開始在國外流行，并逐步取代了傳統的液—液萃取技術。經過多年的發展，固相萃取技術在國內也越來越引起人們的重視，固相萃取技術在樣品前處理中的角色也日益顯得重要。目前在國際上，固相萃取技術已廣泛應用于醫藥、臨床血中藥物濃度監測、刑事化驗、檢驗檢疫、環保、食品、水質、領域中的樣品前處理，同時，在生物技術和生物工程領域，人們也開始使用固相萃取技術進行生物樣品的純化。而且，自動化固相萃取儀也越來越被廣泛應用。

在分析化學中樣品前處理，是一個十分重要的步驟，樣品前處理得好壞直接影響最終分析結果。而且還會影響分析儀器的使用壽命。

許多分析化學工作者已經認識到樣品前處理的重要性，人們在不斷研究，改進樣品前處理的方法，使之準確、快速、簡單、有效。樣品前處理可分為一般液體處理和分離提取：

A.一般液體處理

1.液體的轉移2.液體的稀釋3.液體的混合4.標準物的添加B.分離提取

1、液—液萃取法6、微波法2、蒸餾法7、超聲波離心法3、膜透析法8、超臨界液體萃取法4、離心/過濾法9、生物樣品的特殊制備5、固相萃取法10、加速溶劑萃取法

根據LC—GC雜志對世界1000多個實驗室進行的統計，樣品前處理所花費的時間占整個分析過程的61%（見圖），現代的自動化分析儀器使分析工作變簡單、快速。然而，國內擁有現代化分析儀器的實驗室卻依然是用著古老、繁瑣的樣品前處理方法。可以說，樣品前處理已經成為現代分析中的瓶頸。嚴重阻礙了分析工作的進行。因此，要提高效率，就必須解決樣品前處理的問題。

從色譜分析的整個過程看（見圖），該統計發現在分析過程中樣品前處理產生的誤差最大，高達30%，如果再加上操作誤差，人為因素占了誤差來源的近50%。

換句話來說，如果我們能夠解決人為因素造成的誤差，分析誤差產生的幾率就降低了一半，

由八十年代中期開始發展較快的一項樣品前處理技術是固相萃取法(solidphaseextraction,SPE),又有人稱之為固液萃取法(solidliquidextraction,SLE)。目前最常用的是鍵合硅膠柱。與傳統液液萃取法（liquid-Liquidextraction,LLE）比較，SPE具有明顯的優勢首先，在LLE中乳化是一種時常發生的現象。萃取過程一旦發生乳化，將嚴重影響結果的重現性，而SPE中則不存在這個問題。其次，LLE的另一個主要缺點是回收率的高低在很大程度上取決于操作人員對該技術掌握的熟練程度，也就是說同樣的一個方法，不同操作者得到的結果可能差異很大，這將影響方法的推廣，也難以進行試驗室的質量控制和標準化。而SPE是基于分析功能團和固相填料功能團之間的作用力將分析物萃取出來的，其萃取結果穩定、方法很容易在實驗室之間轉移，有利于標準化。此外，固相萃取法還有許多優點：如選擇性強、分離時間短、使用有機溶劑少等等。目前在國際上SPE技術已在許多領域里逐漸取代LLE。SPE的最突出優點之一是便于自動化，而SPE的自動化使繁瑣、復雜、費時的樣品前處理發生了一個飛躍性的變化。

固相微萃取技術(solidphasemicroextraction,SPME)是在常規基礎上發展起來的，由Pawlizyn等首創，并很快實現了商品化。常規SPE需用少量溶劑作沖洗劑，SPME則可不用萃取溶劑，是真正意義上的固相萃取。常規SPE主要用于HPLC和IC。SPME除可用于GC還可用于UV吸收光譜AAS、ICP-AES、CE或MS等，并可于電分析化學，應用前景十分廣闊。§6-2固相萃取的基本原理

固相萃取（SolidPhaseExtraction,簡稱SPE）是一個包括液相和固相的物理萃取過程。在固相萃取過程中，固相對分析物的吸附力大于樣品基液。但樣品通過固相柱時，分析物被吸附在固體填料表面，其它樣品組份則通過柱子。分析物可用適當溶劑洗脫下來。

SPE的基本原理和HPLC相同，但目的則完全不同。HPLC是要在短時間內將各個化合物分離并保持好的峰形。而SPE是要從復雜的基液中分離人們感興趣的化合物并將其濃縮，以便進行進一步的分析。

因此，傳統的SPE柱填料的顆粒往往比HPLC柱的填料顆粒要大的多(一般在40?)，而且是不規則的顆粒以增加接觸樣品的表面積。目前用的最廣泛的是鍵合硅膠柱（BONDEDSILICACOLUNM),其次是聚合樹脂柱。固相萃取基本步驟示意圖固相萃取是靠固體填料上的鍵合功能團與待分離化合物之間的作用力將目標化合物與基液分離達到樣品凈化濃縮的目的的。下面以固相萃取小柱（手動操作）為例說明如下：

采用固相萃取小柱作樣品預處理的主要有兩種方式。其一，選擇合適的小柱及溶劑使感興趣的組份保留在小柱上，而使干擾母體不保留，通過小柱；當需要濃縮或富集低濃度樣品或者當感興趣組份濃度很低時，常使用這種方式。

其二，是使感興趣的組份不保留通過小柱，使干擾母體保留在小柱上。而當感興趣的組份濃度較高時，通常使用這種方式。

對以上兩種方式主要可以選擇一下三種不同分離機理：正相、反相和離子交換。而在每一種模式中有許多不同的吸附劑。分離機理、吸附劑和洗脫劑的選擇由樣品的特點及想要達到的分離目的決定。

例如欲分析紅酒中的有機酸，可采用SPE-pak

C18小柱作樣品預處理，酒樣中的色素等干擾物將保留在小柱上，而極性較強的有機酸不保留通過C18小柱。

但欲分析紅酒中酚類物質我們也可用C18小柱，在這種情況下，酒樣中的極性組份（如糖、有機酸）不保留，而多酚類物質可保留在C18小柱上，再用較強的流動相將多酚類物質洗出來。§6-3固相萃取的種類為了操作方便，通常是把SPE用的吸附劑按種類分別裝在特制的塑料管中，形成不同類別的SPE小柱供人們選用。

這些小柱不僅有滿足不同樣品應用的不同吸附劑，而且每種類型還有不同吸附劑量及不同形狀的小柱，了解這些小柱的特點，對于正確選擇適合自己需要的小柱是十分重要的。

一從分離機制上分類正相型SPE小柱硅膠Al2O3硅酸鎂醇基氨基等反相型SPE小柱C18tC18

tC2-CN-NH2

C8

等離子交換型SPE小柱

陰離子交換小柱弱

氨丙基強

SAX

四基氨陽離子交換小柱羧丙基CBA苯磺酸SCX丙磺酸PRX

tC18:是三官能團的C18小柱，在酸性條件下，C18集團不會水解下來，特別適合與GC,GC/MS或LC/MS分析之前的樣品處理。

tC2

三功能團的疏水性較弱的C2小柱，適合用在環保制藥等分析領域的樣品處理。

二、從形狀上分類1、SPEclassic小柱傳統的小型是最早設計的結構簡單，一次成型，具有很高的重現性

及柱效，是使用最普遍的徑流型小柱。2、SPEplus小柱這種小柱的設計即可手工方式使用也可接抽真空多通管，注射器或放在樣品自動處理機上使用，其填料量與SPEclassic小柱不相同，兩者可進行方法轉換

3、SPE-light小柱這種小柱是為有限的樣品量而設計的，內部體積只有plus小柱的三分之一，可在較小的體積下洗脫鎦分，可改善回收率及減少溶劑的消耗

4、SPE-vac小柱這種小柱柱體是一個注射管，可允許較大體積的樣品的注入，體積從1ml到35ml，填料量從50mg到10g

5、SPE–vacrc這種小柱是為手工或使用自動樣品處理器而設計，柱體為20ml“漏斗”型，用于填料有100mg或500mg,可允許較大的樣品量或溶劑量。表1spe-pak小柱的類型及吸附劑的重量§6—3固相萃取小