固相萃取技術(shù)的基本原理

時(shí)間：2023-03-25 15:29:56來(lái)源：food欄目：食品快速檢測(cè) 閱讀：

固相萃取技術(shù)的基本原理

[db:作者] / 2022-11-28 00:00

固相萃取(solid phase extraction，SPE)，是由液固萃取和液相色譜技術(shù)相結(jié)合的一項(xiàng)技術(shù)，主要用于樣品的分離、凈化和富集。

固相萃取技術(shù)基于液固色譜理論，采用選擇性吸附、選擇性洗脫的方式對(duì)樣品進(jìn)行富集、分離、凈化，是一種包括液相和固相的物理萃取過(guò)程，也可以將其近似地看作一種簡(jiǎn)單的色譜過(guò)程。較常用的固相萃取方法是，使液體樣品溶液通過(guò)吸附劑，保留其中被測(cè)物質(zhì)，再選用適當(dāng)強(qiáng)度的溶劑淋洗雜質(zhì)；然后，用少量溶劑迅速洗脫被測(cè)物質(zhì)，從而達(dá)到快速分離凈化與濃縮的目的。也可選擇性吸附干擾物質(zhì)，而讓被測(cè)物質(zhì)流出。或同時(shí)吸附雜質(zhì)和被測(cè)物質(zhì)，再使用合適的溶劑選擇性洗脫被測(cè)物質(zhì)。

固相萃取也適用于水樣或土樣中化合物的富集，也有專(zhuān)用的固相萃取盤(pán)。在處理大體積水樣時(shí)，固相萃取具有截面積大、不易堵塞、高流速、處理時(shí)間短等特點(diǎn)。因?yàn)楸Ａ魩г谳腿”P(pán)上，不會(huì)發(fā)生“穿透”現(xiàn)象。該法是將萃取膜固定在圓盤(pán)上，將水樣抽濾，目標(biāo)化合物被吸附在膜上，用適當(dāng)?shù)娜軇┫疵摐y(cè)定。

與傳統(tǒng)的液液分配萃取相比較，固相萃取具有表2-4的特點(diǎn)。

表2-4 液液分配萃取與固相萃取優(yōu)缺點(diǎn)比較

(二)固相萃取的分類(lèi)

1.反相固相萃取反相固相萃取由非極性固定相組成，適用于極性或中等極性的樣品基質(zhì)。待分析農(nóng)藥化合物多為中等極性到非極性化合物。洗脫時(shí)，采用中等極性到非極性溶劑。純硅膠表面的親水性硅醇基通過(guò)硅烷化反應(yīng)被疏水性烷基、芳香基取代。因此，烷基、芳香基鍵合的硅膠屬于反相固相萃取類(lèi)型，如LC-18、ENVI-18、LC-8、LC-4、LC-Ph等。另外，以下物質(zhì)也用于反相條件：

(1)含碳的吸附物質(zhì)。如ENVI-carb材料，是由石墨、無(wú)孔碳組成；多壁碳納米管等。

(2)聚合類(lèi)吸附物質(zhì)。如ENVI-Chrom P材料，由苯乙烯-二乙烯基苯構(gòu)成，用其保留一些含有親水性官能團(tuán)的疏水性物質(zhì)，尤其是芳香型化合物，如苯酚，效果好于C-18鍵合硅膠。

由于分析物中碳?xì)滏I同硅膠表面官能團(tuán)的吸附作用，使得極性溶液(如水溶液)中的有機(jī)物能保留在固相萃取物質(zhì)上。這些非極性分子與非極性分子之間的吸附力為范德華力中的色散力。一般采用非極性溶劑洗脫。

2.正相固相萃取正相固相萃取由極性固定相組成，適用于極性分析物質(zhì)。可以用于極性、中等極性或非極性樣品基質(zhì)。極性官能團(tuán)鍵合硅膠(如LC-CN、LC-NH2和LC-Diol等)、極性吸附物質(zhì)(如LC-Si、LC-Florisil、LC-Alumina等)常用于正相固相萃取。

在正相條件下，分析物質(zhì)如何保留取決于分析物的極性官能團(tuán)和吸附劑表面的極性官能團(tuán)之間的相互作用，包括氫鍵、π-π相互作用、偶極-偶極相互作用、偶極-誘導(dǎo)偶極相互

作用及其他。洗脫時(shí)采用極性更高的溶劑(溶劑強(qiáng)度因子大于0.6)。

3.離子交換固相萃取離子交換固相萃取有陰離子交換(如LC-SAX、LC-NH2)和陽(yáng)離子交換(如LC-SCX，LC-WCX)之分。離子交換固相萃取適用于帶有電荷的化合物。其基本原理是靜電吸引，也就是化合物上的帶電荷基團(tuán)與鍵合硅膠上的帶電荷基團(tuán)之間的吸引。離子交換固相萃取用于除去樣品中的金屬離子，更常用于萃取樣品中的可解離化合物。為了從水溶液中將化合物吸引到離子交換樹(shù)脂上，樣品的pH一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所分析物一樣的電荷，將會(huì)干擾所分析物的吸附。洗脫溶液一般是其pH能中和分離物的官能團(tuán)上所帶電荷，或者中和鍵合硅膠上的官能團(tuán)所帶電荷。當(dāng)官能團(tuán)上的電荷被中和，靜電吸引也就沒(méi)有了，分析物隨之而洗脫。另外，洗脫溶液也可能是一種離子強(qiáng)度很大或者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。

4.二級(jí)相互作用所有的鍵合硅膠都有一定數(shù)量的未反應(yīng)硅醇基，這使得反相固相萃取中，除了非極性的相互作用，也有一些極性二級(jí)相互作用。如果非極性溶劑不能有效地從填料上洗脫化合物，可以添加部分極性溶劑(如甲醇)，以破壞極性相互作用而保留的化合物。在這種情況下，甲醇與硅膠上的羥基形成氫鍵，打斷了分析物與硅膠上的羥基形成的氫鍵。

硅羥基在硅膠表面，當(dāng)pH大于4時(shí)，以Si-O-存在。這時(shí)在硅膠基體上也可能發(fā)生陽(yáng)離子交換的二級(jí)相互作用，能吸附陽(yáng)離子或堿性化合物。此時(shí)，有必要在洗脫液中增加酸或堿以調(diào)整pH。

新型碳吸附劑如石墨化碳具有結(jié)構(gòu)均勻、適用pH范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，主要用于植物色素的去除。鍵合型固相萃取劑主要為多種類(lèi)型的鍵合硅膠，分極性與非極性?xún)深?lèi)。極性鍵合硅膠有-NH2、CN等；非極性鍵合硅膠主要有-C8和-C18等，適用于提取純化樣品中的非極性和弱極性組分，可以用有機(jī)溶劑洗脫。離子交換型鍵合相主要有-COOH、-SO3H和季氨基等。高分子大孔樹(shù)脂苯乙烯-二乙烯苯(ST-DVB)類(lèi)非離子型大孔樹(shù)脂可通過(guò)疏水作用吸附非極性化合物，且隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大，組分在樹(shù)脂中保留增強(qiáng)。含酰胺基、氰基、酚羥基等極性功能基的吸附樹(shù)脂，它們通過(guò)靜電相互作用吸附極性物質(zhì)。

除以上提到的通用型固相萃取劑外，近年來(lái)出現(xiàn)了一些選擇性很強(qiáng)的填料，如保留鄰羥基化合物的苯基硼酸鍵合硅膠，可用于血漿樣品蛋白質(zhì)去除的內(nèi)表面反相吸附填料(浸透限制固相萃取劑)，以及將某種專(zhuān)屬性抗體固定在瓊脂糖或硅膠上的親和型固相萃取劑和特異性很強(qiáng)的分子印跡聚合物(MIP)固相萃取劑等。

(三)固相萃取的操作步驟和方法建立

有兩種方式可實(shí)現(xiàn)樣品的固相萃取分離純化：一種是使雜質(zhì)保留在吸附劑上，待測(cè)組分不被保留或被洗脫；另一種是待測(cè)組分保留而雜原自然流出或先被洗脫，然后待測(cè)組分再被適當(dāng)?shù)南疵搫┫疵摗?duì)于大體積樣品如環(huán)境樣品的前處理，后者還具有組分富集作用。

固相萃取的一般操作步驟主要包括：①采用強(qiáng)洗脫溶劑活化并清洗填料；②以弱洗脫溶劑沖洗平衡填料；③以弱溶劑溶解樣品并上樣；④用類(lèi)似或稍強(qiáng)于樣品溶劑的洗脫劑淋洗固相萃取柱，除去干擾組分；⑤用強(qiáng)洗脫劑洗脫固相萃取柱，收集目標(biāo)體積段的洗脫液，洗脫液經(jīng)過(guò)濃縮后進(jìn)行色譜分析。

固相萃取樣品前處理方法建立的關(guān)鍵是根據(jù)樣品的理化性質(zhì)選擇合適種類(lèi)的固相萃取劑，然后根據(jù)回收率優(yōu)化平衡溶劑、淋洗溶劑、洗脫溶劑，并確定洗脫溶劑的接收時(shí)段和體積。

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