固相萃取与固相微萃取
固相萃取与固相微萃取
二、固相萃取的基本原理、分离模 式及操作步骤
固相萃取（SPE）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，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 到快速分离净化与浓缩的目的。
• 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 流失。
• 反相萃取体系常选用一定比例组成的有机溶 剂-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。
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d.洗脱及收集分析物
• 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。
携带更方便、操作费用也更 加低廉，另外克服了固相萃 取回收率低、吸附剂孔道易 堵塞的缺点，因此成为目前 所采用的试样预处理中应用 最为广泛的方法之一。SPME 已开始应用于分析水、土壤、 空气等环境样品的分析。
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一、概述
固相微萃取(solid phase microextraction）
• 1989年；Pawliszyn • Supelco1993年推出了商品化的SPME装置 • 1995年Pawliszyn等；空气中苯系物分析；SPME在气相色谱
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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。
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b. 固相萃取过滤-负压抽吸
负压抽吸是在固相萃 取柱的出口用注射器 手动抽负压，或与水 泵或真空泵相连，用 泵施加适当真空度， 从而使样品溶液抽吸 通过固相萃取柱。最 常用的是用抽滤瓶实 现负压抽吸。
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也可以采用固相萃取过滤装置同时处理多个样品
固相萃取和固相微萃取
固相萃取和固相微萃取一、概述固相萃取（SPE）和固相微萃取（SPME）是两种常见的样品前处理技术，它们可以用于分离和富集目标化合物。
SPE通常用于大样品量的分析，而SPME则适用于小样品量的分析。
二、固相萃取1. 原理固相萃取是一种样品前处理技术，通过将目标化合物从复杂的混合物中吸附到特定的固相材料上，然后再用洗脱剂将其洗脱出来。
这种技术可以有效地去除其他干扰物质，并提高目标化合物的浓度。
2. 步骤（1）选择适当的固相材料；（2）将样品加入到固相柱中；（3）用洗脱剂洗脱目标化合物；（4）将洗脱液收集并进行进一步分析。
3. 固相材料常见的固相材料包括C18、C8、Silica gel等。
不同的固相材料具有不同的亲水性和疏水性，因此可以选择适当的材料来富集不同类型的化合物。
4. 应用领域SPE广泛应用于环境、食品、药物等领域的样品前处理中。
例如，可以用SPE技术来富集水中的有机污染物、食品中的农药残留等。
三、固相微萃取1. 原理固相微萃取是一种无机溶剂的萃取技术，通过将特定的固相材料包裹在针头上，然后将其插入样品中进行吸附和富集目标化合物。
这种技术可以有效地去除其他干扰物质，并提高目标化合物的浓度。
2. 步骤（1）选择适当的固相材料；（2）将固相材料包裹在针头上；（3）将针头插入样品中进行吸附和富集目标化合物；（4）用洗脱剂洗脱目标化合物；（5）将洗脱液收集并进行进一步分析。
3. 固相材料常见的固相材料包括PDMS、CAR等。
不同的固相材料具有不同的亲水性和疏水性，因此可以选择适当的材料来富集不同类型的化合物。
4. 应用领域SPME广泛应用于环境、食品、药物等领域的样品前处理中。
例如，可以用SPME技术来富集水中的有机污染物、食品中的农药残留等。
四、比较1. 样品量SPE适用于大样品量的分析，而SPME则适用于小样品量的分析。
2. 富集效率SPE和SPME都可以有效地去除其他干扰物质，并提高目标化合物的浓度。
固相微萃取(SPME)技术
4、主要结论 A 在对水样中的三类农药的处理过程中， 从回收率看，GDX-403柱和C18柱比较并无 差异，可任意选择。 B 在GDX-403柱的情况下，水样中对有机 磷类农药，比较了6种洗脱剂，苯最差，其 余5种均可以，但以氯仿效果最好。 C 方法适合于水样和血样中上述三类农药 的检测
多氯有机化物 以往分析环境水样中微量有机物时，根据 污染物的极性、挥发性和高温稳定性等选择GC 或HPLC进行分析，但水样必须经过分离、富集、 纯化等前处理。例如，常采用液-液萃取、蒸馏、 结晶、过滤、预沉淀、离心等方法。这些步骤 烦琐、耗时，约占整个分析过程的三分之二时 间，也是不同实验室间误差的主要来源。使用 固相萃取技术则克服了上述前处理的缺点，该 技术设备简单、价廉、使用溶剂少，可高效率、 有选择性地分离和富集不同的样品。
多环芳烃 多环芳烃是在自然界中广泛存在的一类 有机污染物，其中某些化合物具有相当强的 致畸、致癌或致突变作用。它们现在水体中 都广泛存在，而且含量低、种类多。对其进 行快速、准确的定性定量一直是分析化学及 环境分析化学的前沿研究领域。与经典的液 -液萃取（LLE）相比，固相萃取具有节省时 间、溶剂用量少，不易乳化等特点。
农药 有机磷类、氨基甲酸酯类和拟除虫菊 酯类农药是目前国内常用的三大类农药， 在生产、运输和使用过程中可能引起中毒 或环境污染、中毒事件也屡有发生。建立 多类农药同时通过固相萃取和气相色谱进 行分析，对于毒物分析、临床急救都具有 实际意义，为系统分析有机农药提供一种 简便、快速的固相提取方法。
例2. 固相萃取法提取净化生物检材中三类农药的实验研 究（孙静等，环境化学，1995，14（3）：221-225） 1、固相萃取柱：GDX-403（PT系列小柱，500mg）， C18固相柱（MT型样品净化富集柱，250mg） 2、样品：四种氨基甲酸酯类农药、六种有机磷类农药、 五种拟除虫菊酯类农药分别在水样和血清样中。
固相萃取与固相微萃取应用之原理
固相萃取与固相微萃取应用之原理一固相萃取固相萃取(Solid Phase Extraction，SPE)是一种基于液-固分离萃取的试样预处理技术，由柱液相色谱技术发展而来。
SPE技术自70年代后期问世以来，由于其高效、可靠及耗用溶剂量少等优点，在环境等许多领域得到了快速发展。
在国外已逐渐取代传统的液-液萃取而成为样品预处理的可靠而有效的方法。
SPE技术基于液相色谱的原理，可近似看作一个简单的色谱过程。
吸附剂作为固定相，而流动相是萃取过程中的水样。
当流动相与固定相接触时，其中的某些痕量物质(目标物)就保留在固定相中。
这时用少量的选择性溶剂洗脱，即可得到富集和纯化的目标物。
固相萃取可分为在线萃取线萃取前者萃取与色谱分析同步完成;而后者萃取与色谱分析分步完成，两者在原理上是一致的。
一般固相萃取的操作步骤包括固相萃取柱(即吸附剂)的选择、柱子预处理、上样、淋洗、洗脱。
在实验过程中需要具体考虑的因素如下:1)吸附剂的选择a.传统吸附剂在环境分析中最为常用的反相吸附剂较适用于水样中的非极性到中等极性的有机物的富集和纯化。
其中有代表性的键合硅胶C18和键合硅胶C8等。
该类吸附剂主要通过目标物的碳氢键同硅胶表面的官能团产生非极性的范德华力或色散力来保留目标物。
正相吸附剂包括硅酸镁、氨基、氰基、双醇基键合硅胶及氧化铝等，主要通过目标物的极性官能团与吸附剂表面的极性官能团的极性相互作用(氢键作用等)来保留溶于非极性介质的极性化合物。
由于其特殊的作用原理，在环境分析中常用于与其它类型的吸附柱联用，吸附去除干扰物，实现样品纯化。
离子交换吸附剂则主要包括强阳离子和强阴离子交换树脂，这些树脂的骨架通常为苯乙烯-二乙烯基苯共聚物，主要是通过目标物的带电荷基团与键合硅胶上的带电荷基团相互静电吸引实现吸附的。
b.抗体键合吸附剂(Immunosorbents-IS)这类新型吸附剂充分利用了生物免疫抗原-抗体之间的高灵敏性和高选择性，尤其适应于水中痕量有机物的富集与分离。
复杂体系分离分析
复杂体系分离分析复杂体系分析分离1、固相萃取和固相微萃取，原理，特点？固相萃取的基本原理固相萃取(Solide Phase Extraction，SPE)是利用吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基质和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离或者富集目标化合物的目的。
固相萃取实际上采用的是液相色谱的分离原理，分离模式主要包括反相、正相、离子交换和吸。
固相萃取所用的吸附剂与液相色谱常用的固定相相同，只是在填料的形状和粒径上有所区别。
固相萃取的特点固相萃取与液液萃取等传统方法相比，具有明显的优势： 1 大大减少了高纯有毒溶剂的使用，减少了对环境的污染； 2 属于无相操作，易于收集分析物组分，可以处理小体积试样； 3 高的回收率和高的富集倍数； 4 操作简单、快速、易于实现自动化。
固相萃取技术作为一种高效的样品制备技术，在环境分析、食品分析、临床分析、药物分析中得到广泛应用固相微萃取的基本原理：集预处理和进样于一体，将试样纯化、富集后，可与各种分析方法结合而特别适用于有机物的分析测定。
固相萃取分离法属于非溶剂型萃取法。
其中直接固相微萃取法是将涂有高分子固相液膜的石英纤维直接插入试样溶液或气相中，对待分离物质进行萃取，经过一定时间在固相图层和水溶液两相中达到分配平衡，即可取出进行色谱分析。
顶空固相微萃取分离法是将涂有高分子固相液膜的石英纤维停放在试样上方进行顶空萃取，这是三项萃取体系，要达到固相、气相和液相的分配平衡，由于纤维不与试样基体接触，避免了干扰，提高了分析速度。
特点：1操作简单、分析时间短、样品用量小、重现性好；2优于固相萃取的特点是传质较快，避免了堵塞，缩短了分析时间，且不需要溶剂；3容易自动化以及与其它分析技术联用； 4无需使用有机溶剂，特别适合于野外采样；5不是将待测物全部分离出来，而是通过样品与固相图层之间的平衡来达到分离的目的；6可以萃取挥发性样品。
1联用：与气相色谱（GC）、液相色谱（LC）、毛细管电泳（CE）、红外（IR）联用。
固相微萃取(SPME)技术
酚类
酚类不仅是医药、染料、化工的中间体，而且还可 作杀虫剂和农药，如五氯酚是木材的防腐剂，饮用水氯 化处理产生卤代酚等。由于酚类化合物毒性较大，美国 EPA已将11种酚类化合物列入优先监测的有机污染物。 采用固相萃取（SPE）水中ng级的酚类化合物，结合 HPLC/紫外检测器分析，无需衍生化即可使苯酚等11种 酚类化合物获得良好的分离。
C8、氰基、苯基、双纯基填料、活性碳、硅胶、 氧化铝、硅酸镁、高分子聚合物、离子交换树脂、排 阻色谱吸附剂、亲和色谱吸附剂等。
★常用洗脱溶剂有：甲醇、水、乙酸、丙醇、异 丁醇、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、乙醚、苯、甲苯、 四氯化碳、环己烷、正己烷等。
4、 SPE的操作步骤及方法的建立：
SPE操作步骤包括有柱预处理、加样、洗去干扰物和 回收分析物四个步骤。
（1）柱预处理
以反相C18SPE柱的预处理为例。先使数毫升的甲醇通 过萃取柱，再用水或缓冲溶液顶替滞留在柱中的甲醇。柱 预处理有两个目的：
★除去填料中可能存在的杂质；
★使填料溶剂化，提高固相萃取的重现性。
填料未经预处理或未被溶剂润湿，能引起溶质过早穿 透，影响回收率。
（2）加样
预处理后，试样溶液被加至并通过SPE柱，在该步骤， 分析物被保留在吸附剂上。
例3. 固相萃取技术在水体有机物分析中的应用（董玉瑛
等，环境科学进展，1999，7（4）：84-90）分析。
1、实验方法：用甲醇活化了的SPE(C18 ) 柱富集1L 水 样中PCOCs (控制流速在1L/h) ,提取结束时将柱用氮气 吹干后,分别以二氯甲烷、二氯甲烷：正己烷(1：1) 各 5ml 进行洗脱(控制流速2ml/min) ,洗脱液经无水硫酸钠 脱水后,进行旋转蒸发,浓缩约至0. 5ml 时,加入150μl 壬 烷,再继续旋转蒸发浓缩约至200μl ,改用N2 缓慢吹至 100μl 左右。加入含有五氯甲苯(PCT) 和十氯联苯(DCB) 两种内标物的混合液10μl (浓度为:10ng/μl) ,充分均匀后, 转入小样品瓶中,进行GC 分析。
样品前处理常用技术
Two-Step Liquid-Liquid-Liquid Microextraction
Conventional liquid-liquid extraction (LLE) requires large amounts of toxic organic solvents and is tedious and time-consuming. Solid-phase extraction (SPE) is relatively expensive and the enrichment factors obtained are relatively low without solvent evaporation
除草剂
杀虫剂 有机磷农药 有机磷农药
有机氯农药
管内固相微萃取(in-tube-SPME)
将萃取涂层涂在毛细管的内表 面，可采用气相色谱毛细管
优点：毛细管柱方便易得，使
用寿命长，内径小涂层薄，样品 扩散快，平衡时间短。
In-tube-SPME－GC联用方式
热解析：用注射器将样品溶液注入毛细管柱，萃 取平衡后将水吹出，然后用石英压接头将萃取柱与分 析柱连接，放入气相色谱仪炉箱中热解吸。这种方法
不适于日常分析。
溶剂解吸：水样用氮气以极缓慢的流速吹入毛细
管萃取柱中，再将水吹出萃取柱，将适当溶剂注入萃
取柱中解吸，收集解吸溶液注入气相色谱中分析。
说明：1）萃取毛细管柱为长33cm，内径0.53mm，膜厚3.5µm的OV-1
毛细管柱； 2）在11处与GC冷柱头进样器相连，实现柱上进样。 将管内固相微萃取与GC法结合，采用溶剂解吸，通过两个六通阀
2）微孔膜液液萃取
微孔膜液液萃取装置与液膜萃取装置基本一样。它
样品前处理技术(固相液相萃取微萃取辅助强化萃取)
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传统样品预处理方法
蒸馏、结晶、萃取、沉淀、浮选、汽提等
现代样品预处理方法
最为广泛使用的技术——固相萃取、液相萃取等 固相微萃取、液相微萃取、离子交换、膜分离、柱层析、电泳、超临界萃取、浊
点萃取、双水相萃取、加速溶剂萃取、微波辅助萃取、超声强化萃取。。。
部分仍在发展的前沿技术
电膜微萃取、磁场强化微萃取等
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SPE分离机制与溶剂的选择
分离机制 反相SPE
典型的弱溶剂 （保留条件）
典型的强溶剂 （洗脱条件）
缓冲液或低浓度的甲醇或乙腈 乙腈、甲醇或溶剂与水的混合物
正相SPE 阳离子交换SPE
正己烷、甲苯等
二氯甲烷、甲醇等
低离子强度缓冲液(<0.1mol/L) 高离子强度缓冲液（＞0.1mol/L)
经典操作过程： 无需将待测样品进行处理，目标物通过在样品与固相涂层
间的平衡来达到分离。
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固相微萃取 SPME
关键：石英纤维上涂吸附剂（主要为有机高分子材料）
分析物质：极性、中等极性、非极性
① 阴离子交换
离子交换固相萃取
② 阳离子交换
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固相萃取的装置及操作程序
筛板
筛板 筛板
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离子交换固相萃取
• 离子交换固相萃取用于萃取分离带有电荷的分 析物
• 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。
• 分析物与吸附剂间的作用是静电吸引力。 • 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。
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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。
• 硅胶极亲水：分析的样品溶液必须无水。 • 备注：硅胶净化时，一般杂质保留在柱上，目标化合 物流出。
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正相萃取或反相萃取选择原则
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合物
的性质制约 2. 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）之间亲和力的相对大 小。 3. 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。 4. 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。
Survey response %
Liquids Solids Goos and creams Gaseous Other
4
SPE是一种吸附剂萃取，样品通过填充吸附 剂的一次性萃取柱，分析物和杂质被保留在柱上， 然后分别用选择性溶剂去除杂质，洗脱出分析物， 从而达到分离的目的。
SPE的分离模式主要取决于填充剂的类型和 溶剂的性质。
与其他分析仪器连用。
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二、固相萃取的基本原理、分离模 式及操作步骤
固相萃取（SPE）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，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 到快速分离净化与浓缩的目的。
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1.固相萃取的基本原理
• 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。
• 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。
• 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 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 采用前一种洗脱方式。
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a.固相萃取柱的预处理
• 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。
• 采取的方法是用一定量溶剂冲洗萃取柱。 • 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 换滞留在柱中的甲醇。 • 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。 • 离子交换填料一般用3～5mL 去离子水或低浓度的离子 缓冲溶液来预处理。 • 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。
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借助SPE所要达到的目的是： 1. 从试样中除去对以后的分析有干扰物质； 2. 富集痕量组分，提高分析灵敏度； 3. 变换试样溶剂，使之与分析方法相匹配； 4. 原位衍生； 5. 试样脱盐。
使用SPE方法，要尽可能避免柱因超载而被穿透， 从而影响分析结果的准确性 。
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样品类型
SPE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。
• 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 酸性阳离子交换剂，吸附碱性化合物（生物碱类，胺类）。
• 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。
• 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500 度，表面的硅醇基脱水变成硅氧烷键，从而丧失吸附性。
与HPLC的另一个差别是SPE柱是一次性使用。
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与液液萃取相比，固相萃取具有如下优点：
①回收率和富集倍数高
②有机溶剂消耗量低，可减少对环境的污染
③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
④无相分离操作过程，容易收集分析物，不出现
乳化现象
⑤能处理小体积试样
⑥操作简便、快速，费用低，易于实现自动化及
5Байду номын сангаас
SPE也是一个柱色谱分离过程，分离机理、固定 相和溶剂的选择等方面与高效液相色谱（HPLC） 有许多相似之处。
但是SPE柱的填料粒径（>40µm）要比HPLC填料 （3~10µm）大。由于短的柱床和大的粒径，SPE 柱效比HPLC色谱柱低得多。
因此，用SPE只能分开保留性质有很大差别的化 合物。
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中（如水样）萃取非极
性或弱极性的化合物。 作用机理：非极性-非极性相互作用，如范德华力
或色散力。
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正相固相萃取
• 吸附剂：极性键合相，如硅胶键合－NH2、－CN，
-Diol（二醇基）；极性吸附剂，如silica、florisil、(A-,N,B-)alumina、硅藻土等。流动相为中等极性到非极性样 品基质。
固相萃取
概述
固相萃取的基本原理、分离模式
固相萃取的操作步骤 固相萃取的装置
固相萃取方法的建立及应用
一、概述
传统的液-液萃取法 ( LLE) 用液体作为提取剂。 固相萃取（Solid Phase Extraction, SPE）
是19世纪70年代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、 食品等领域 。
• 作用机理： 1）极性-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
能团之间相互作用，包括氢键，π-π键等。 3）偶极-偶极相互作用 4）偶极-诱导偶极相互作用 • 应用：从非极性溶剂样品中萃取极性化合物
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硅胶柱(silica)
• 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 物。
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2.固相萃取的分离模式
• 反相固相萃取 • 正相固相萃取 • 离子交换萃取 • 免疫亲和
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有机溶剂非极性顺序
正己烷>环己烷>四氯化碳>甲苯>苯 >无水乙醚>氯仿>二氯甲烷>四氢呋 喃>乙酸乙酯>丙酮>乙腈>异丙醇> 甲醇>水>乙酸
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反相固相萃取
反相：吸附剂（固定相）是非极性或弱极性的，如 硅胶键合C18, C8, C4，C2,-苯基等。流动相为极 性（水溶液）或中等极性样品基质。