第三章固相萃取技术

第三章 固相萃取学习要点 概 述固相萃取的基本原理、分离模式及操作步骤固相萃取方法的建立及应用 固相萃取的操作步骤固相萃取的装置一、概述一、概述所谓萃取法所谓萃取法 ,就是从样品中提取组分就是从样品中提取组分 ,传统的方传统的方法是法是 液液 -液液 萃取法萃取法 ( LLE) ,即用液体作为提取即用液体作为提取 剂。剂。固相萃取（固相萃取（ Solid Phase Extraction, SPE） 是是 19世纪世纪70年代年代 后期发展起来的样品前处理技术。它发展后期发展起来的样品前处理技术。它发展迅速，广泛应用于环境、制药、临床医学、食品迅速，广泛应用于环境、制药、临床医学、食品等领域等领域 。一、概述一、概述与液液萃取相比，固相萃取具有如下优点： 回收率和富集倍数高 有机溶剂消耗量低，可减少对环境的污染 采用高效、高选择性的吸附剂，能更有效的将分析物与干扰组分分离 无相分离操作过程，容易收集分析物 能处理小体积试样 操作简便、快速，费用低，易于实现自动化及与其他分析仪器连用。一、概述一、概述 样品样品 类型类型SPE可以用于所有类型样品的处理，但是液可以用于所有类型样品的处理，但是液体样品是最容易处理的。体样品是最容易处理的。Survey response %固相萃取（固相萃取（ SPE）是利用固体吸附剂将液体样品中）是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离和和富集的目离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离和和富集的目的。先使液体样品通过一装有吸附剂（固相）小柱的。先使液体样品通过一装有吸附剂（固相）小柱，保留其中某些组分，再选用适当的溶剂冲洗杂质，保留其中某些组分，再选用适当的溶剂冲洗杂质，然后用少量溶剂迅速洗脱，从而达到快速分离净，然后用少量溶剂迅速洗脱，从而达到快速分离净化与浓缩的目的。化与浓缩的目的。二、固相萃取的基本原理、分离二、固相萃取的基本原理、分离模式及操作步骤模式及操作步骤1.固相萃取的基本原理固相萃取的基本原理n 固相萃取的基本原理是样品在两相之间的分配，即在固相固相萃取的基本原理是样品在两相之间的分配，即在固相（吸附剂）和液相（溶剂）之间的分配。（吸附剂）和液相（溶剂）之间的分配。n 固相萃取保留或洗脱的机制取决于被分析物与吸附剂表面固相萃取保留或洗脱的机制取决于被分析物与吸附剂表面的活性基团，以及被分析物与液相之间的分子作用力。的活性基团，以及被分析物与液相之间的分子作用力。n 洗脱模式有两种：一种是目标化合物比干扰物与吸附剂之洗脱模式有两种：一种是目标化合物比干扰物与吸附剂之间的亲和力更强，因而被保留，洗脱时采用对目标化合物间的亲和力更强，因而被保留，洗脱时采用对目标化合物亲和力更强的溶剂；另一种是干扰物比目标化合物与吸附亲和力更强的溶剂；另一种是干扰物比目标化合物与吸附剂之间的亲和力更强，则目标化合物被直接的洗脱。通常剂之间的亲和力更强，则目标化合物被直接的洗脱。通常采用前一种洗脱方式。采用前一种洗脱方式。2.固相萃取的分离模式固相萃取的分离模式 n 反相固相萃取反相固相萃取n 正相固相萃取正相固相萃取n 离子交换萃取离子交换萃取n 免疫亲和免疫亲和有机溶剂非极性顺序有机溶剂非极性顺序正正 己烷己烷 环己烷环己烷 四氯化碳四氯化碳 甲苯甲苯 苯苯无水乙醚无水乙醚 氯仿氯仿 二氯甲烷二氯甲烷 四氢呋四氢呋喃喃 乙酸乙酯乙酸乙酯 丙酮丙酮 乙腈乙腈 异丙醇异丙醇 甲醇甲醇 水水 乙酸乙酸反相固相萃取反相固相萃取反相：反相： 吸附剂（固定相）吸附剂（固定相） 是非是非 极性或弱极性极性或弱极性 的，如的，如硅胶键合硅胶键合 C18,C8, C4， C2,-苯基苯基 等。流动相为极等。流动相为极性（水溶液）或中等极性样品基质。性（水溶液）或中等极性样品基质。吸附剂的极性小于洗脱液的极性。吸附剂的极性小于洗脱液的极性。应用：可以从强极性的溶剂应用：可以从强极性的溶剂 中（如水样）萃取中（如水样）萃取 是非是非极性或弱极性极性或弱极性 的化合物的化合物 。作用作用 机理：非机理：非 极性极性 -非极性非极性 相互作用，如范德华力相互作用，如范德华力或或 色散力。色散力。正相固相萃取正相固相萃取n 吸附剂：吸附剂： 极性键合相，极性键合相， 如如 硅胶键合硅胶键合 NH2、 CN， -Diol（二醇基）；（二醇基）； 极性吸附剂极性吸附剂 ，如，如 silica、 florisil、 (A-,N-,B-)alumina、硅藻土、硅藻土 等。流动相为中等极性到非极性等。流动相为中等极性到非极性样品基质。样品基质。n 作用机理：作用机理：1）极性）极性 -极性相互作用极性相互作用2）表面硅羟基、铝羟基与极性化合物的极性官）表面硅羟基、铝羟基与极性化合物的极性官 能团之间相互作用，包括氢键，能团之间相互作用，包括氢键， -键等。键等。3）偶极）偶极 -偶极相互作用偶极相互作用4） 偶极偶极 -诱导偶极相互作用诱导偶极相互作用n 应用：从非极性溶剂样品应用：从非极性溶剂样品 中萃取极性中萃取极性 化合物化合物硅胶柱硅胶柱 (silica)n 表面表面 SiOH,中等强度的吸附剂，适用于从非极性基体中吸附极性化合中等强度的吸附剂，适用于从非极性基体中吸附极性化合物。物。n 硅胶是一种酸性吸附剂，可以吸附酸性（有机酸类）或中性的极性化硅胶是一种酸性吸附剂，可以吸附酸性（有机酸类）或中性的极性化合物，由于表面的硅醇基可以释放出弱酸性的氢离子，又作为一种弱合物，由于表面的硅醇基可以释放出弱酸性的氢离子，又作为一种弱酸性阳离子交换剂，吸附碱性化合物（生物碱类，胺类）。酸性阳离子交换剂，吸附碱性化合物（生物碱类，胺类）。n 活性（吸附性）与硅胶的含水量有关，根据其中含水量不同分为不同活性（吸附性）与硅胶的含水量有关，根据其中含水量不同分为不同的活性等级。的活性等级。n 硅胶的活化：加热到硅胶的活化：加热到 100-110度，除去表面吸附的水份，当温度升到度，除去表面吸附的水份，当温度升到 500度，表面的硅醇基脱水变成硅氧烷键，从而丧失吸附性。度，表面的硅醇基脱水变成硅氧烷键，从而丧失吸附性。n 硅胶极亲水：硅胶极亲水： 分析的样品溶液必须无水分析的样品溶液必须无水 。n 备注：硅胶净化时，一般杂质保留在柱上，目标化合备注：硅胶净化时，一般杂质保留在柱上，目标化合 物流物流 出。出。正相萃取或反相萃取选择正相萃取或反相萃取选择 原则原则总目的：杂质和待分析物分离总目的：杂质和待分析物分离1、受样品基体提取溶剂，要分离的杂质和目标化、受样品基体提取溶剂，要分离的杂质和目标化合物的性质制约合物的性质制约a)物质在柱上的保留（或洗脱）取决于其与吸附剂物质在柱上的保留（或洗脱）取决于其与吸附剂和样品基体溶剂（或洗脱溶剂）之间亲和力的相和样品基体溶剂（或洗脱溶剂）之间亲和力的相对大小。对大小。样品基体是强非极性溶剂，如正己烷，二氯甲烷样品基体是强非极性溶剂，如正己烷，二氯甲烷等，一般要选用正相柱分离。等，一般要选用正相柱分离。样品基体是强极性溶剂，如水和甲醇，乙腈及丙样品基体是强极性溶剂，如水和甲醇，乙腈及丙酮的混合液，要选用反相柱分离。酮的混合液，要选用反相柱分离。离子交换固相萃取离子交换固相萃取n 离子交换固相萃取用于萃取分离带有电荷的分离子交换固相萃取用于萃取分离带有电荷的分析物析物n 固定相为带电荷的离子交换树脂，流动相为中固定相为带电荷的离子交换树脂，流动相为中等极性到非极性样品基质。等极性到非极性样品基质。n 分析物与吸附剂间的作用是静电吸引力。分析物与吸附剂间的作用是静电吸引力。n 离子交换固相萃取分为阴离子交换固相萃取和离子交换固相萃取分为阴离子交换固相萃取和阳离子交换固相萃取。阳离子交换固相萃取。三、固相萃取的操作步骤三、固相萃取的操作步骤一个完整的固相萃取步骤包括固相萃取柱的预处理、上样、洗去干扰物质、洗脱及收集分析物四个步骤。n 一是为了润湿和活化固相萃取填料，二是为了除去填料中可一是为了润湿和活化固相萃取填料，二是为了除去填料中可能存在的杂质，减少污染。能存在的杂质，减少污染。n 采取的方法是用一定量溶剂冲洗萃取柱。采取的方法是用一定量溶剂冲洗萃取柱。n 反相类型的固相萃取硅胶和非极性吸附剂介质，通常用水溶反相类型的固相萃取硅胶和非极性吸附剂介质，通常用水溶性有机溶剂如甲醇预处理，然后用水或缓冲溶液替换滞留在性有机溶剂如甲醇预处理，然后用水或缓冲溶液替换滞留在柱中的甲醇柱中的甲醇 。n 正相类型的固相萃取硅胶和极性吸附剂介质，通常用样品所正相类型的固相萃取硅胶和极性吸附剂介质，通常用样品所在的有机溶剂来预处理。在的有机溶剂来预处理。n 离子交换填料一般用离子交换填料一般用 3 5mL 去离子水或低浓度的离子缓冲去离子水或低浓度的离子缓冲溶液来预处理。溶液来预处理。n 固相萃取填料从预处理到样品加人都应保持湿润，如果在样固相萃取填料从预处理到样品加人都应保持湿润，如果在样品加人之前，萃取柱中的填料干了，需要重复预处理过程。品加人之前，萃取柱中的填料干了，需要重复预处理过程。a.固相萃取柱的预处理固相萃取柱的预处理b.上样上样将样品倒入活化后的 SPE 小柱，然后利用加压、抽真空或离心的方法使样品进入吸附剂。采取手动或泵以正压推动或负压抽吸方式，使液体样品以适当流速通过固相萃取柱，此时，样品中的目标萃取物被吸附在固相萃取柱填料上。b.上样上样n 目的是为了除去吸附在固相萃取柱上的少量目的是为了除去吸附在固相萃取柱上的少量基体干扰组分基体干扰组分 。n 一般选择中等强度的混合溶剂，尽可能除去一般选择中等强度的混合溶剂，尽可能除去基体中的干扰组分，又不会导致目标萃取物基体中的干扰组分，又不会导致目标萃取物流失。流失。n 反相萃取体系常选用一定比例组成的有机溶反相萃取体系常选用一定比例组成的有机溶剂剂 -水混合液，有机溶剂比例应大于样品溶液水混合液，有机溶剂比例应大于样品溶液而小于洗脱剂溶液。而小于洗脱剂溶液。c.洗去干扰物质洗去干扰物质d.洗脱及收集分析物洗脱及收集分析物n 选择适当的洗脱溶剂洗脱被分析物，收集洗脱选择适当的洗脱溶剂洗脱被分析物，收集洗脱液，挥干溶剂以备后用或直接进行在线分析。液，挥干溶剂以备后用或直接进行在线分析。n 为了尽可能将分析物洗脱，使比分析物吸附更为了尽可能将分析物洗脱，使比分析物吸附更强的杂质留在强的杂质留在 SPE 柱上，需要选择强度合适的柱上，需要选择强度合适的洗脱溶剂。洗脱溶剂。四、固相萃取基本装置四、固相萃取基本装置固相萃取的基本装置包括固相萃取柱和固相萃取的基本装置包括固相萃取柱和固相萃取过滤装置。固相萃取柱是整个固相萃取过滤装置。固相萃取柱是整个固相萃取装置的核心。固相萃取装置的核心。（ 1）固相萃取柱商品化的固相萃取柱（ cartridge）外形类似于一个注射器针筒。还可自行填装固相萃取柱。（ 2）固相萃取过滤装置固相萃取加样过程中，需通过适当的方法使样品溶液通过固相萃取柱，使待分析物吸附在填料上。洗脱过程中，同样需要使溶剂通过固相萃取住，使待分析物解析。以上步骤需借助于固相萃取过滤装置完成，采用柱前加压或柱后加负压抽吸的方式实现。a.固相萃取过滤 -加压操作固相萃取加压操作可通过在液体样品储液槽上方用高压空气或氮气施加一定压力来实现的。如果样品较少，可以用手动加压的方式实现。美国 Supelco公司提供的给单个固相萃取小柱加压的单管处理塞。