第三章固相萃取技术
固相萃取技术原理及应用
固相萃取技术原理及应用固相萃取（Solid Phase Extraction，简称SPE）是一种常用的样品前处理技术，它基于静态或动态状态下，将待测物从溶液中富集到固定相材料表面上，并通过适当的洗脱剂将目标物质从固相材料中释放出来。
固相萃取技术主要包括固相萃取柱（SPE column）和固相微柱（SPE cartridge）两种形式，常用的固相材料有活性炭、硅胶、C18、环糊精等。
固相萃取技术的原理是基于相分离原理，通过合适的固相材料选择和操作条件控制，使目标物质与其他杂质分离，并实现富集和洗脱的目的。
固相材料通常具有特定的化学特性，可以选择性地吸附或排斥目标物质。
在固相萃取过程中，样品一般先通过固相材料进行进样，然后洗脱剂流过固相材料将目标物质洗脱出来。
最后，洗脱的目标物质可以进行进一步的分析。
1.环境监测：固相萃取技术可用于提取和富集环境样品中的有机污染物，如水体中的有机溶剂、土壤和废水中的挥发性有机物。
通过固相萃取技术，可以提高目标物质的浓度，减少后续分析的干扰。
2.生物医学：固相萃取技术在生物医学领域广泛用于提取和富集生物样品中的目标化合物，如血液、尿液、唾液等中的药物或代谢产物，对于药物代谢动力学、药物安全性评价和生物样品前处理具有重要意义。
3.农药残留：固相萃取技术可用于提取和富集农产品中的农药残留物，如蔬菜、水果、肉类等中的农药和其代谢产物。
固相萃取技术能够提高检测灵敏度和分析效率，对于农产品的质量控制和食品安全具有重要作用。
4.食品安全：固相萃取技术可用于提取和富集食品中的食品添加剂、防腐剂、香料等化学物质。
通过固相萃取技术，可以减少食品样品前处理的麻烦，提高检测的灵敏度和准确性，保障食品安全。
1.富集效果好：固相萃取技术通过选择性吸附目标物质，实现了目标物质的富集。
相比于其他分离技术，固相萃取技术具有更高的富集效率。
2.操作简便：固相萃取技术操作简单，只需在样品中加入固相材料，通过正压或负压将溶液通过固相材料，然后使用洗脱剂进行洗脱即可。
固相萃取技术原理与应用
固相萃取技术原理与应用固相萃取（Solid Phase Extraction，简称SPE）是一种重要的分离纯化技术，广泛应用于环境监测、食品安全、药物分析等领域。
本文将介绍固相萃取技术的原理与应用。
一、固相萃取技术原理1.样品预处理：将待分析的样品溶解、稀释或提取，目的是将目标分析物从干扰物中分离出来。
2.选择适当的固相吸附剂：根据目标分析物的性质，选择合适的固相吸附剂。
常见的吸附材料有C18、C8、C2、环酰胺、硅胶等。
3.将样品通入固相吸附剂柱：将经过预处理的样品溶液通入固相柱中，待目标物质吸附在固相吸附剂上。
4.洗脱步骤：通过用洗脱溶剂洗脱柱中吸附的杂质和干扰物，保留目标物质。
洗脱溶剂的选择要根据吸附剂和目标物质的亲疏水性来确定。
5.目标物质的脱附：采用合适的溶剂脱附洗脱柱中的目标物质，得到纯净的目标物。
6.浓缩与洗脱：通过吹干或其他手段进行目标物的浓缩和洗脱，以便后续的分析方法检测。
二、固相萃取技术应用1.环境监测：固相萃取技术广泛应用于环境监测领域，可用于海水、湖泊、河流和地下水中的有机污染物的富集和分离。
如对于农药残留、重金属离子等的分析，固相萃取技术具有高效、快速、选择性强的特点。
2.食品安全：固相萃取技术在食品安全领域的应用较为广泛，可用于蔬菜、水果、肉类等食品中残留农药、兽药、环境污染物等的富集和分离。
固相萃取技术具有样品处理简单、灵敏度高、重复性好等特点。
3.药物分析：固相萃取技术在药物分析中的应用主要是用于生物样品（如血液、尿液）中药物残留的富集与纯化。
固相萃取技术可以有效提高药物分析的检测灵敏度和分离效果。
4.环境样品前处理：固相萃取技术在环境样品前处理中也有广泛的应用，如水样预处理、土壤样品的提取等。
固相萃取技术可以快速分析和富集样品中目标物质，减少大量干扰物的影响。
总之，固相萃取技术作为一种高效、快速、选择性强的分离纯化技术，在环境监测、食品安全、药物分析等领域具有广泛的应用前景。
3固相萃取详解
硅酸镁 75-150u m 氧化铝 130u m
100 A 0
离子交换及其他类型SPE填料
离子交换 基质 交换容量 保留化合物 强阴离子 S A X 8% 交联聚苯乙烯 - 0. 30/ 200m g 带负电荷化合物 二乙烯基苯 强阳离子 S C X 8% 交联聚苯乙烯 - 0. 48/ 200m g 带正电荷化合物 二乙烯基苯 其他类型填料 D VB 100% 二乙烯基苯 40u m 环境污染物如酚 、酸性农药；极 性药物代谢物、 核酸等 水中极性有机物 ，尤其是分离开 酸性及中性 / 碱性 农药
AKTA Prime 主机
固相萃取原理
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。 与HPLC的另一个差别是SPE柱是一次性使用。
固相萃取仪
固相萃取仪
SPE装置由SPE小柱和辅件构成。 SPE小柱：由三部分组成，柱
管、烧结垫和填料。
SPE辅件：一般有真空系统、 真空泵、吹干装置、惰性气源、 大容量采样器和缓冲瓶。
SPE 操作步骤
I. 柱的预处理
为了获得高的回收率和良好的重现性，固相萃取柱在使
用之前必须用适当的溶剂进行预处理，预处理除去填料中可
Extract-Clean萃取小柱
聚丙烯管体 20um多孔聚乙烯筛板 多种柱床填料 -50mg,100mg,200mg, 500mg,1g,2g,5g,10g 多种容量 -1ml,2.8ml,3ml,6ml, 10ml,20ml,60ml
3固相萃取详解
SPE法的优点
? (1 ) 简单、快速和简化了样品预处理操作步骤 ,缩短 了预处理时间。
? (2 ) 处理过的样品易于贮藏、运输 ,便于实验室间进 行质控。
? (3 ) 可选择不同类型的吸附剂和有机溶剂用以处理 各种不同类的有机污染物。
? (4) 不出现乳化现象 ,提高了分离效率。 ? (5) 仅用少量的有机溶剂 ,降低了成本。 ? (6) 易于与其他仪器联用 ,实现自动化在线分析。
与HPLC 的另一个差别是 SPE柱是一次性使用 。
HPLC与SPE比较
硬件 颗粒度 (um ) 颗粒形状 塔板数 /柱
分离机理
H PLC 不锈钢柱 5 球型 20- 25, 000
连续洗脱
操作成本 设备成本 分离模式 操作
中至高 高 多种 可重复使用
SPE 塑料柱 40 无定型 <100
“数字式” 开关洗脱 低 低 多种 一次性
II. 样品的添加
预处理后，试样溶液被加至并以一定的流速通过柱子。 在该步骤分析物被保留在吸附剂上。
SPE 操作步骤
III. 柱的洗涤
在样品通过萃取柱时，不仅分析物被吸附在柱子上，一 些杂质也同时被吸附，选择适当的溶剂，将干扰组分洗脱下 来，同时保持分析物仍留在柱上。
IV. 分析物的洗脱
用洗脱剂将分析物洗脱在收集管中，为了提高分析物的 浓度或为以后分析调整溶剂杂质，可以把收集到的分析物溶 液用氮气吹干，再溶于小体积适当的溶剂中。
Survey response %
Liquids Solids Goos and creams Gaseous Other
固相萃取原理
? 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。
固相萃取技术原理及应用
固相萃取技术原理及应用一、固相萃取基本原理与操作1、固相萃取吸附剂与目标化合物之间的作用机理固相萃取主要通过目标物与吸附剂之间的以下作用力来保留/吸附的1）疏水作用力：如C18、C8、Silica、苯基柱等2）离子交换作用：SAX, SCX，COOH、NH2等3）物理吸附：Florsil、Alumina等2、p H值对固相萃取的影响pH值可以改变目标物/吸附剂的离子化或质子化程度。
对于强阳/阴离子交换柱来讲，因为吸附剂本身是完全离子化的状态，目标物必须完全离子化才可以保证其被吸附剂完全吸附保留。
而目标物的离子化程度则与pH值有关。
如对于弱碱性化合物来讲，其pH值必须小于其pKa值两个单位才可以保证目标物完全离子化，而对于弱酸性化合物，其pH值必须大于其pKa值两个单位才能保证其完全离子化。
对于弱阴/阳离子交换柱来讲，必须要保证吸附剂完全离子化才保证目标物的完全吸附，而溶液的pH值必须满足一定的条件才能保证其完全离子化。
3、固相萃取操作步骤及注意事项针对填料保留机理的不同（填料保留目标化合物或保留杂质），操作稍有不同。
1）填料保留目标化合物固相萃取操作一般有四步（见图1）：Ø 活化---- 除去小柱内的杂质并创造一定的溶剂环境。
（注意整个过程不要使小柱干涸）Ø 上样---- 将样品用一定的溶剂溶解，转移入柱并使组分保留在柱上。
（注意流速不要过快，以1ml/min为宜，最大不超过5ml/min）Ø 淋洗---- 最大程度除去干扰物。
（建议此过程结束后把小柱完全抽干）Ø 洗脱---- 用小体积的溶剂将被测物质洗脱下来并收集。
（注意流速不要过快，以1ml/min为宜）如下图1:2）填料保留杂质固相萃取操作一般有三步（见图2）：Ø 活化--除去柱子内的杂质并创造一定的溶剂环境。
（注意整个过程不要使小柱干涸）Ø 上样--将样品转移入柱，此时大部分目标化合物会随样品基液流出，杂质被保留在柱上，故此步骤要开始收集（注意流速不要过快）Ø 洗脱---用小体积的溶剂将组分淋洗下来并收集，合并收集液。
第3章3-1 固相萃取技术
SPE基本原理
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。 与HPLC的另一个差别是SPE柱是一次性使用。
要让固相萃取得以成功，必须根据目的物质的特性（有无疏水 性构造、有无-OH、-COOH、N等极性官能团、离子性官能团 等）以及基体的特性来选择相应合适的固相。另外，对于一般 常用的无极性相，不同固相下其选择性也会有所不同，因此必 须选择其中最为合适的固相。
（五）吸附剂类型 1、正相固定相 2、反相固定相 3、离子交换剂 4、混合模式固定相 5、商品柱举例
概述——固相萃取目的
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，使之与分析方法想匹配； （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 。
概述——样品类型
预处理或者未被溶剂湿润，能引起溶质过早穿透，影响回收率。
对于非极性相和离子交换SPE柱使用的柱预处理溶剂为易溶于水
的甲醇、 乙腈、四氢呋喃和丙酮。通常还要用水或缓冲液洗去残 留在柱上的有机溶剂。
对于极性的SPE柱，非极性溶剂适合用于预处理过程
。通常很少 有人用极性溶剂去处理极性的SPE柱， 因为极性溶剂会与键合相 发生作用 ，减少吸附剂的与样品作用的表面积。
1、正相固定相
原理：保留取决于分析物的极性官能团与吸附剂表面的极性官能 团之间的相互作用。 条件：用比样品本身更极性的溶剂洗脱吸附的分析物质。流动相： 非极性、中等极性；固定相：极性；分析物质：极性、中等 极性、非极性 作用方式：亲水性相互作用；极性—极性相互作用；氢键；π-π 相互作用；偶极－偶极相互作用；偶极－诱导偶极相互作用 极性官能团键合硅胶：LC-CN， LC-NH2， LC-Diol 极性吸附物质：硅胶, Florisil，ENVI-Florisil，Alumina
固相萃取技术的原理和应用
固相萃取技术的原理和应用概述固相萃取技术（Solid Phase Extraction，简称SPE）是一种常用的样品前处理方法，通过选择特定的固相吸附剂从复杂的样品基质中选择性地富集目标化合物，达到提高分析灵敏度和准确性的目的。
本文将介绍固相萃取技术的原理和应用。
固相萃取的原理固相萃取的原理基于固相吸附剂的选择性吸附和解吸过程。
固相吸附剂通常是由非极性或有机物基团修饰的多孔硅胶材料、聚合物、磁性微球等。
其原理主要包括以下几个步骤：1.样品处理：将待分析样品通过过滤、离心等操作预处理，去除杂质和固体颗粒。
2.萃取柱装填：将选定的固相吸附剂装填进SPE柱中，形成固相吸附层。
3.样品进样：待分析的样品通过SPE柱，使目标分析物与固相吸附剂接触。
4.杂质洗脱：通过选择性地改变洗脱溶剂的性质，洗脱掉非目标化合物和干扰物质。
5.目标物解吸：使用有选择性的溶剂或者梯度洗脱的方法，将目标分析物从固相吸附剂上解吸下来。
6.浓缩：将目标物溶液通过浓缩操作，减少体积，方便后续分析。
固相萃取的应用固相萃取技术广泛应用于环境、食品、化学、制药、生命科学等领域，以下为几个典型的应用案例：1.环境监测–土壤和水体中有机污染物的富集和分析。
–大气中挥发性有机物的采集和测定。
–水体中微量金属离子的富集和测定。
2.食品安全检测–农药残留的分离和测定。
–食品中毒理物质的富集和分析。
–食品中添加剂的富集和鉴定。
3.药物代谢研究–生物样品（血液、尿液等）中药物代谢产物的富集和分析。
–药物合成中间体的提取和分离。
4.生物分析–生物体中蛋白质、核酸等生物大分子的纯化和分析。
–制备高纯度的生物样品用于质谱分析。
固相萃取技术的优势固相萃取技术相比于传统的液液萃取和固液萃取方法具有以下优势：1.简便易行：操作简单，无需大量溶剂和复杂的操作步骤。
2.富集效果好：固相吸附材料提供了大表面积和大吸附容量，对样品中的目标分析物有较好的富集效果。
3.高选择性：通过选择不同的固相吸附剂和洗脱条件可以实现对目标化合物的高选择性富集。
固相萃取技术与应用
生物样品处理
固相萃取技术在生物样品处理中 具有快速、简便、高效等优点， 未来有望在生物样品处理中得到
更广泛的应用。
食品分析
固相萃取技术在食品分析中可用 于提取和富集食品中的有害物质、 营养成分等，未来有望在食品安
全检测中发挥重要作用。
标准化与规范化的需求
方法标准的制定
为了促进固相萃取技术的广泛应用和规范化应用，需要制定相关 的方法标准和操作规程。
萃取柱的选择与活化
选择合适的萃取柱
根据目标物性质和分离要求选择合适的萃取柱。
活化萃取柱
在萃取柱中加入适当溶剂，以活化萃取柱表面，提高吸附性能。
上样、淋洗与洗脱
上样
洗脱
将准备好的样品加入已活化的萃取柱 中。
用适当的洗脱液将目标物从萃取柱中 洗脱下来。
淋洗
用适当的溶剂对样品进行淋洗，以去 除杂质。
样品收集与处理
效率。
纳米技术的应用
纳米技术有望在固相萃取中发挥重 要作用，例如开发纳米级吸附剂和 分离介质，提高萃取效率和灵敏度。
分子印迹技术
分子印迹技术能够制备具有特定结 构和识别性能的聚合物，有望在固 相萃取中用于分离和富集特定目标 物。
应用领域的拓展
环境样品处理
固相萃取技术在水样、土壤、空 气等环境样品处理中具有广泛应 用，未来有望在更复杂的环境样
质量控制与质量保证
在应用固相萃取技术时，需要建立有效的质量控制和质量保证体系， 以确保数据的准确性和可靠性。
培训与普及
为了推广固相萃取技术的应用，需要加强相关人员的培训和技术普 及工作，提高应用水平。
THANKS
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样品处理
固相萃取技术可以简化食品中农药残留的样品处理过程，提高分析效率。 通过自动化固相萃取装置，可以实现批量样品的快速处理和分析。
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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。
2011
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。
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 固相萃取过滤装置。固相萃取柱是整个 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。
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。
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。
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SPE 柱上，需要选择强度合适的 洗脱溶剂。
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。
b. 固相萃取过滤-负压抽吸
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。
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。
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
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
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。
b.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。.上样c.洗去干扰物质
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。
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。
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
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。
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。
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 a)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。 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。 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。
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）萃取是非
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。
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。
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。