固相萃取柱色譜的研究進展

固相萃取是一種由柱色譜分離過程、分離機制、固定相和溶劑選擇組成的實驗預處理技術。固相萃取與液相色譜技術的結合已經開發出來，具有許多類似于高效液相色譜的特點。然而，spe柱的填充粒度（>40m）大于hplc（3.10m）。然而，spe柱色譜和hplc-s的差異是柱低、板少、分離效率低、一次性使用。spe只能分離某些具有不同性質的化合物。由于SPE實現了選擇性的提取、分離、濃縮三位一體的過程,操作時間短、樣品量小、干擾物質少,因此可用于揮發性和非揮發性物質分析并具有很好的重現性.借助于SPE可以實現:從試樣中除去對以后的分析有干擾的物質;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;試樣的儲存和運送.SPE作為制備液體試樣優先考慮的方法,取代了傳統的液—液萃取法.因此,自SPE出現以來,一直以10%的年增長率擴大其應用.1溶劑用量的確定SPE就是利用固體吸附劑吸附液體樣品中的目標物,使目標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,達到分離和富集目標物的目的.固相萃取不需要大量互不相溶的溶劑,處理過程中不會產生乳化現象;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;固相萃取的預處理過程簡單,費用低.固相萃取實質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,用來萃取極性物質.在正相萃取時目標物如何保留在吸附劑上,取決于目標物的極性官能團與吸附劑表面的極性官能團之間的相互作用,其中包括了氫鍵、π-π鍵相互作用、偶極—偶極相互作用、偶極—誘導偶極相互作用以及其他的極性—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,所萃取的目標物通常是中等極性到非極性化合物,目標物與吸附劑間的作用是疏水性相互作用,主要是非極性—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脂,所萃取的目標物是帶有電荷的化合物,目標物與吸附劑之間的相互作用是靜電吸引力.2固相萃取吸附劑固相2.1萃取溶劑的選擇目標物的最佳保留(即最佳吸附)取決于目標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,要盡量選擇與目標物極性和樣品溶劑極性相似的吸附劑.當目標物極性適中時,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度的制約.溶劑強度在正、反固相萃取中的順序是不同的(見表1).如果樣品溶劑的洗脫強度太強,目標物將得不到保留或保留很弱.例如,樣品溶劑是正己烷時,用反相固相萃取就不合適了,這是因為正己烷對反相固相萃取是強溶劑,目標物將不會吸附在吸附劑上;當樣品溶劑是水時就可以用反相固相萃取,這是因為水對反相固相萃取是弱溶劑,不會影響目標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,要考慮以下幾點:(1)目標物在極性或非極性溶劑中的溶解度;(2)目標物有無可能離子化,從而決定是否采用離子交換固相萃取;(3)目標物有無可能與吸附劑形成共價鍵,如果能形成共價鍵,再洗脫時有可能會遇到麻煩;(4)非目標物與目標物在吸附劑上的競爭程度,這關系到目標物與干擾化合物能否很好地分離.2.2固相萃取用填料固相萃取實質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較高,要求柱效較高,故對填料粒度的要求較為嚴格,對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物與干擾化合物和基體分開,對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格,成本較低.固相萃取常用吸附劑的類型及用途參見表2,其中所用填料為硅膠,而Al2O3、Florisil、石墨碳和樹脂都可作為填料.3固相萃取裝置3.1spe的基本原理(1)SPE柱.SPE柱的使用最普遍,簡單的SPE柱就是一根直徑為數毫米的小玻璃柱,或聚丙烯、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的燒結篩板,用以支撐吸附劑.也可以用填加玻璃棉來代替篩板,這樣既能支撐固體吸附劑又能讓液體流過.在篩板上填裝一定量的吸附劑,然后在吸附劑上再加一塊篩板,以防止加樣品時破壞柱床.基于對純度的考慮,一般選用無添加劑且含有微量雜質的醫用聚丙烯作為柱體材料,以免在萃取過程中污染試樣.為了降低SPE空白中的雜質,可選用玻璃、純聚四氟乙烯作為柱體材料.篩板材料是另一個可能的雜質來源,制作篩板的材料有聚丙烯、純聚四氟乙烯、不銹鋼和鈦.金屬篩板不含有機雜質,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雜質,在建立和驗證SPE方法時,必須做空白萃取實驗.(2)SPE盤.SPE的另一種形式是SPE盤,表面上與膜過濾器十分相似.盤式萃取器是含有填料的純聚四氟乙烯圓片,或堅固并無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別在于床厚度與直徑之比.對于等重的填料,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.(3)固相微萃取[2～3].1990年,加拿大Waterloo大學Pawliszyn在固相萃取基礎上首創了固相微萃取(SPME)分離新技術.美國Supelco公司于1993年推出了商品化的SPME裝置,在分析化學領域引起了極大的反響.SPME裝置形如一微量進樣器,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,可以永遠使用;萃取頭長1cm,是在涂有不同吸附劑,接在不銹鋼絲上的熔融纖維,外套細不銹鋼管(保護石英纖維不被折斷),纖維頭在鋼管內可以伸縮,細不銹鋼管可以穿透橡膠或塑料墊片進行取樣或進樣,平時萃取頭收納于萃取頭鞘內.使用時萃取頭浸于液體中或液上萃取濃縮樣品中的某些化合物,而后不經任何溶劑洗脫直接進入氣相色譜儀汽化室,被萃取物在汽化室內解吸附后,靠流動相將其導入色譜柱,從而完成提取、分離、濃縮的全部過程.SPME的關鍵在于選擇石英纖維上的涂層(吸附劑),要使目標物能吸附在涂層上而干擾化合物和溶劑不吸附.一般說來,對非極性目標物應選擇非極性涂層,對極性目標物應選擇極性涂層.3.2溶劑流量的控制(1)離線SPE.自動SPE儀可以完成離線SPE操作.離線SPE與分析分別獨立進行,SPE僅為以后的分析提供試樣.對于與SPE柱相配合的SPE裝置,溶劑憑借重力就可以通過萃取柱,但流量較低.使用注射器加壓或吸濾瓶抽氣可增加溶劑的流量,多支管抽氣裝置能夠同時處理數個萃取柱.為了使試樣溶液與填料有足夠的接觸,溶劑流量不能過高.對于SPE柱,流量應保持在每分鐘數毫升;SPE盤的截面積大,允許溶劑以較大的流量通過.(2)在線SPE.在線SPE又稱在線凈化和富集技術,主要用于HPLC分析,它通過閥切換將SPE處理試樣與分析統一在一個系統中.4非極性有機溶劑的凈化(1)活化吸附劑.在萃取樣品之前要用適當的溶劑淋洗固相萃取柱,使吸附劑保持濕潤.對于反相固相萃取采用的弱極性或非極性吸附劑,通常用水溶性有機溶劑進行淋洗活化.對于正相固相萃取采用的極性吸附劑,通常用目標物所在的有機溶劑(樣品基體)進行淋洗.對于離子交換固相萃取選用的吸附劑,萃取非極性有機溶劑中的樣品時,可用樣品溶劑來淋洗;萃取極性溶劑中的樣品時,可用水溶性有機溶劑淋洗后,再用適當pH值并含有一定有機溶劑和鹽的水溶液進行淋洗.為了使固相萃取柱中的吸附劑能保持濕潤,應在吸附劑上保持1mL左右活化處理溶劑.(2)上樣.將液態或溶解后的固態樣品倒入活化后的固相萃取柱子,然后利用抽真空,加壓或離心的方法使樣品進入吸附劑.(3)洗滌和洗脫.在樣品進入吸附劑中且目標物被吸附后,可先用較弱的溶劑將弱保留的干擾化合物洗掉,然后再用較強的溶劑將目標物洗脫下來加以收集.淋洗和洗脫可采用真空或離心的方法,將淋洗液或洗脫液流過吸附劑.在多數情況下,使目標物保留在吸附劑上,最后用強溶劑洗脫,這樣更有利于樣品的凈化.在選擇對目標物吸附很弱或不吸附,而對干擾化合物有較強吸附的吸附劑時,可先讓目標物淋洗下來加以收集,讓干擾化合物保留在吸附劑上,從而實現兩者的分離.5spe和固相萃取研究與液—液萃取和固相萃取相比,SPE具有操作時間短、樣品量小、不需萃取溶劑、適于分析揮發性與非揮發性物質、重現性好等優點.SPE法可用于環境化學、食品、醫藥衛生、臨床化學、生物化學、法醫學等領域中復雜目標物樣品微量或痕量的分離、富集和分析,SPE的最大技術優勢是處理濃度很低的試樣.萬偉等建立了一種能同時濃縮低極性到高極性農藥類內分泌干擾物質的SPE-GC-MS方法,在海河流域的環境調查中,應用該方法檢測出了DDT、六六六等農藥.SPE在環境分析中的其他應用見表3[6～10].固相萃取已廣泛應用于環境分析,為環境分析工作者提供了一種較為理想的前處理技術,以代替傳統的提取、凈化和濃縮方法[11～12].20世紀90年代以來,固相萃取技術及其在生物樣本分析中的應用方面的論文每年都發表有百篇左右.Okazak等研究奧弗拉辛及其二甲基和N-氧基代謝物時,比較了SPE和LLE(液—液萃取)的提取回收率,用LLE法提取時上述3種物質的回收率分別為39.5%,54.7%和小于5%,而采用SPE法時回收率均可達到98%;文獻報道了SEP-C18柱固相萃取技術分析對蝦試樣中土霉素殘留的方法;王勇等報道了用SEP-PAKC18柱固相萃取技術和反相高效液相色譜法測定復方甘草片中微量嗎啡含量的方法;張志強等采用γ-Al2O3固相萃取和HPLC法,對云南紅豆杉和東北紅豆杉培養細胞中的紫杉醇進行了定量分析,經固相萃取柱后的紅豆杉浸膏粗品可直接上高效液相色譜柱.6spe的應用前