固相萃取法课件

演讲人：日期:固相萃取法课件CATALOGUE目录01方法原理02核心装置03操作流程04参数优化05应用领域06常见问题01方法原理吸附机制基础物理吸附与化学吸附物理吸附依靠范德华力实现分子间弱相互作用，适用于非极性化合物；化学吸附通过共价键或离子键形成稳定结合相，常用于极性物质富集。两种吸附模式的选择需根据目标物性质和基质复杂度综合考量。030201吸附等温线特性Langmuir和Freundlich等温线模型可量化描述吸附容量与浓度关系，前者适用于单层均匀吸附，后者更适合多层非均匀吸附体系。实际应用中需通过实验确定最佳拟合模型以优化萃取条件。表面化学修饰影响硅胶基质经C18、NH2等基团修饰后，其疏水性、离子交换能力等性质发生显著改变。例如C18键合相通过长链烷基增强非极性相互作用，对芳香烃类化合物具有特异性吸附能力。四步分离流程目标物在固液两相间的分配系数(Kd)决定萃取效率，其受温度、离子强度和接触时间影响显著。优化时需平衡吸附动力学（约需5-15分钟）与分析通量需求。传质动力学分析柱效评价指标理论塔板数(N)和不对称因子(As)是核心参数，优质SPE柱应满足N>2000/m，As在0.8-1.2之间。这些参数可通过色谱测试标样进行量化评估。包含活化（用溶剂润湿填料）、上样（目标物吸附）、淋洗（去除干扰物）和洗脱（回收目标物）四个关键步骤。每个阶段流速、溶剂极性和pH值的精确控制直接影响回收率和纯度。分离过程原理选择性作用机理分子识别机制利用抗体、分子印迹聚合物等特异性识别材料可实现超选择性萃取。如免疫亲和填料通过抗原-抗体反应，对特定化合物的选择系数可达10^6以上。多模式协同作用混合型填料（如HLB）同时具备反相和离子交换功能，通过π-π作用、氢键等多重相互作用，能同步萃取酸碱性和中性化合物，显著扩大方法适用范围。空间位阻效应大孔吸附剂（如60Å孔径）可有效排除蛋白质等大分子干扰，而分子筛效应使小分子目标物被选择性保留。这种尺寸排阻作用在生物样品前处理中尤为重要。02核心装置SPE小柱结构SPE小柱通常采用医用级聚丙烯（PP）或玻璃材质，具有优异的化学惰性和耐压性，可耐受有机溶剂及酸碱环境，避免样品污染或吸附损失。柱管材质选择上下两层筛板（多为高密度聚乙烯或钛合金）孔径控制在20-100μm，既能固定填料颗粒，又能保证液体均匀通过，防止沟流效应导致萃取效率下降。筛板设计原理柱体顶端采用Luer-Lock或螺纹接口设计，确保与真空装置、注射器或自动化工作站兼容，减少泄漏风险并提高操作重现性。接口标准化配置反相吸附剂（C18/SiO2）以十八烷基键合硅胶为代表，适用于非极性/弱极性化合物（如多环芳烃、脂溶性维生素）的富集，通过疏水相互作用实现选择性保留，洗脱时需使用甲醇或乙腈等有机溶剂。离子交换树脂（SCX/SAX）强阳离子交换（SCX）填料含磺酸基团，专用于碱性物质；强阴离子交换（SAX）填料含季铵基团，针对酸性化合物，利用静电作用实现特异性吸附，需调节pH值优化回收率。混合模式填料（MCX/WCX）结合反相与离子交换双重机制，例如MCX（混合型阳离子交换）可同时捕获中性和碱性分析物，显著提升复杂基质（如生物体液）的净化效果。填料类型区分真空操作装置多通道真空歧管系统配备12/24孔位耐腐蚀聚碳酸酯基座，集成可调真空阀与压力表（-0.08至-0.1MPa范围），支持批量处理样品，显著提高通量并确保各柱流速一致性。废液收集组件采用防溅式设计，内嵌刻度标尺的玻璃或PP废液瓶，便于实时监控样品过柱体积，配套密封盖可防止挥发性溶剂逸散，符合实验室安全规范。真空源适配方案兼容隔膜真空泵（无油设计，噪音<50dB）或中央真空系统，通过缓冲瓶和疏水过滤器保护泵体免受溶剂蒸汽侵蚀，延长设备使用寿命。03操作流程柱预处理活化采用甲醇-水体系进行活化，甲醇可润湿固定相表面并去除杂质，后续水相置换确保填料亲水性。活化体积需达到柱床体积的5-10倍以保证充分润湿。溶剂选择与活化顺序保持1-3mL/min的恒定流速，过快会导致填料层产生沟流效应，过慢则延长预处理时间。建议使用真空抽滤装置或正压系统实现精准控制。流速控制要求针对离子交换柱需用缓冲液调节pH至目标物保留范围，如阳离子交换柱推荐0.1M磷酸盐缓冲液(pH6-7)，活化后需用去离子水冲洗至中性。pH值调节技巧样品加载步骤保留机制强化针对弱极性化合物可添加10-20%NaCl增强离子强度，极性化合物需维持低于5%的有机相比例。同步调节样品pH值至目标物非解离状态。上样流速优化采用0.5-2mL/min动态吸附，复杂基质应分段加载并监测穿透曲线。大体积样品推荐使用固相萃取工作站实现自动控制，误差控制在±2%以内。基质兼容性处理样品需经0.45μm滤膜过滤或离心去除颗粒物，有机相含量不超过5%。对于高蛋白样本建议添加1%甲酸沉淀蛋白，生物样品需进行酶解预处理。目标物洗脱法分段收集策略按每1-2个柱体积分段收集洗脱液，通过HPLC或GC实时监测洗脱峰。对宽极性范围化合物应采用阶梯式溶剂强度递增方案。03洗脱后处理要点收集液需经氮吹浓缩至近干，复溶溶剂应与分析仪器兼容。对热不稳定化合物建议采用真空离心浓缩，温度控制在40℃以下。0201洗脱溶剂体系设计反相柱推荐甲醇-乙腈梯度洗脱(60%-100%)，离子交换柱采用0.1-1MKCl溶液。强保留物质可使用含0.1%甲酸的二氯甲烷增强洗脱效率。04参数优化极性匹配原则根据目标化合物极性选择相应极性的填料，如反相萃取适合非极性化合物，亲水-亲脂平衡填料适用于中等极性物质。比表面积与孔径优化高比表面积填料可增加吸附容量，而孔径需大于目标分子直径3倍以上以确保有效传质，硅胶基填料常用60-120Å孔径。化学稳定性考量针对酸性/碱性样品需选择pH耐受性填料（如聚合物基质），避免硅胶基质在强碱性条件下溶解。特殊功能基团应用离子交换填料适用于带电化合物，免疫亲和填料可实现高特异性捕获，需根据分析物特性定制选择。填料选择策略流速控制要点样品加载流速应低于洗涤/洗脱阶段，通常保持0.5-2mL/min以确保充分接触，复杂基质需进一步降低流速。上样阶段控制压力耐受性匹配自动化系统校准流速过高会导致传质不充分（建议1-5mL/min），过低则延长处理时间，需通过穿透实验确定临界流速。高流速可能引起柱床压缩或通道效应，尤其在使用小粒径填料（<30μm）时需监控系统背压。采用输液泵控制时需定期校验流速精度，偏差超过±5%需重新校准管路参数。平衡吸附效率与通量通过调节pH使目标物呈分子态（反相萃取）或离子态（离子交换），如酸性化合物在pH<pKa时更易被反相柱保留。硅胶基质在pH<2时质子化失去负电荷，影响阴离子交换效率，需使用端基封尾填料减少残留硅羟基干扰。极端pH可能导致蛋白质沉淀或金属离子水解，需添加缓冲体系（如磷酸盐/醋酸盐）维持稳定pH窗口。改变洗脱剂pH可显著提高回收率，如碱性化合物用酸性洗脱液（含1%甲酸）可破坏离子交换作用力。pH调节影响化合物解离状态调控填料表面电荷管理样品基质稳定性洗脱效率优化05应用领域环境样品前处理水体污染物富集固相萃取法可高效吸附水体中的有机污染物（如农药、多环芳烃等），通过洗脱步骤实现痕量物质的富集与纯化，提升检测灵敏度。土壤及沉积物提取针对复杂基质中的重金属或有机污染物，采用特定吸附剂（如C18、离子交换树脂）选择性保留目标物，减少基质干扰。大气颗粒物分析结合固相萃取技术分离大气采样滤膜中的多氯联苯、二噁英等持久性有机污染物，优化后续色谱分析效果。食品药品检测01.食品添加剂筛查通过固相萃取柱（如HLB、硅胶基质）净化食品提取液，去除油脂、色素等干扰成分，精准检测防腐剂、甜味剂等添加剂残留。02.兽药残留检测利用分子印迹聚合物或混合模式吸附剂选择性捕获肉类、乳制品中的抗生素、激素，确保检测结果符合安全标准。03.中药有效成分纯化从复杂中药提取液中分离黄酮类、生物碱等活性成分，提高液相色谱或质谱分析的专属性与回收率。生物样本纯化03细胞裂解液蛋白去除使用反相或亲水-疏水混合模式固相萃取柱纯化核酸或小分子代谢物，确保下游基因组学或代谢组学数据准确性。02尿液毒物分析通过优化吸附剂（如阳离子交换柱）和洗脱条件，选择性提取尿液中的滥用药物或毒物标志物，提升法庭科学检测可靠性。01血浆/血清中药物代谢物提取采用固相萃取法去除蛋白质、脂质等生物基质干扰，富集低浓度代谢物，支持药代动力学研究。06常见问题回收率不足对策根据目标化合物的极性、分子量等特性选择合适的固相萃取柱（如C18、HLB、硅胶等），确保吸附剂与目标物亲和力匹配。优化吸附剂选择通过调整样品溶液的酸碱度，使目标化合物以中性或离子态存在，提高其在吸附剂上的保留效率。采用净化步骤（如蛋白沉淀、离心）去除样品中的杂质，减少竞争性吸附对回收率的影响。调节样品pH值降低上样和洗脱流速以减少目标物穿透风险，并使用强洗脱溶剂（如甲醇、乙腈）充分解吸目标物。控制流速与洗脱条件01020403避免基质干扰柱堵塞处理方案使用0.45μm或0.22μm滤膜过滤样品，去除颗粒物和胶体物质，防止堵塞固相萃取柱的筛板。预过滤样品若堵塞已发生，可用纯溶剂（如甲醇）反向冲洗柱体，溶解可能堵塞的有机物或颗粒。反向冲洗处理对于黏稠或高浓度样品，适当稀释以降低流动阻力，避免柱床受压变形。稀释高浓度样品010302选择筛板孔径更大的固相萃取柱，或切换为整体柱等抗堵塞设计以改善通量。更换筛板或