固相萃取(SPE)指南

固相萃取指南GuidetoSolidPhaseExtraction页码介绍1填料类型21.反相填料2.正相填料3.离子交换填料4.吸附填料SPE萃取原理3分析物在填料上的吸附保留1.反相SPE2.正相SPE3.离子交换SPE4.二级相互作用5.pH值对SPE的影响SPE操作步骤71.选择合适的萃取方案2.SPE的五步操作步骤3.样品前处理选择·液体样品·固体样品4.SPE所需装置和配件应用实例16简介固相萃取（SPE）被日趋认为是一种非常有效的样品处理技术。使用固相萃取法能避免液－液萃取所带来的许多问题，比如，不完全的相分离，较低的定量分析回收率，昂贵易碎的玻璃器皿和大量的有机废液。与液－液萃取相比，固相萃取更有效，容易达到定量萃取、快速和自动化，同时也减少了溶剂用量和工作时间。固相萃取（SPE）通常是用于液体样品的制备和不易或不挥发样品的萃取，也可用于可预先提取至溶液里的固体样品。固相萃取产品适于对样品的萃取、浓缩和净化，并有多种化学键合相、吸附剂类型及不同规格的产品可供选择。针对您的样品性质来选择最合适的SPE产品是非常必要的。2SPE填料类型反相填料（疏水性）C8辛烷，封尾很强的耐酸碱性，对非极性化合物有较高的容量。反相萃取，比如，巴比妥酸盐，酞嗪，咖啡因，药物，染料，芳香油，脂溶性维生素，杀真菌剂，锄草剂，农药，PNAs，碳水化合物，对羟基甲苯酸取代脂，苯酚，邻苯二甲酸酯，类固醇，表面活化剂，水溶性维生素。C18十八烷基，封尾很强的耐酸碱性，对非极性化合物有较高的容量。反相萃取，适合于非极性到中等极性的化合物，比如抗菌素，咖啡因，药物，染料，芳香油，脂溶性维生素，杀真菌剂，锄草剂，农药，PNAs，碳水化合物，对羟基甲苯酸取代酯，苯酚，邻苯二甲酸酯，类固醇，表面活化剂，水溶性维生素。Phenyl苯基保留能力相对C8或C18较弱，反相萃取，适合于非极性到中等极性的化合物，尤其适于芳香族分析物。正相填料（亲水性）Silica无键合硅胶极性化合物萃取，如乙醇，醛，胺，药物，染料，锄草剂，农药，染料，锄草剂，农药，酮，含氮类化合物，有机酸，苯酚，类固醇。CN氰基，封尾适合中等极性的化合物的反相萃取以及极性化合物的正相萃取，比如，黄曲霉毒素，抗菌素，染料，锄草剂，农药，苯酚，类固醇。弱阳离子交换萃取，适合于碳水化合物和阳离子化合物。NH2丙氨基正相萃取，适合于极性化合物。Diol二醇基正相萃取，适合于极性化合物。离子交换填料（阴离子和阳离子）SAX季胺基强阴离子交换萃取，适合于阴离子，有机酸，核酸，核苷酸，表面活化剂。NH2丙氨基弱阴离子交换萃取，适合于碳水化合物，弱阴离子和有机酸化合物。PSA乙二胺基-N-丙基正相和阴离子交换，类似于NH2，但容量更大。有效去除脂肪酸，有机酸和极性色谱以及糖类。MAX共聚物键合季胺基反相和阴离子交换，适合于各种酸性化合物及其代谢产物。SCX苯磺酸基强阳离子交换萃取，适合于阳离子，抗菌素，药物，有机碱，氨基酸，儿茶酚胺，锄草剂，核酸碱，核苷，表面活化剂。WCX羧酸基弱阳离子交换萃取，适合于阳离子，氨，抗菌素，药物，有机碱，氨基酸，儿茶酚胺，锄草剂，核酸碱，核苷，表面活化剂。PRS丙磺酸阳离子交换萃取，酸性低于SCX，适合于吡啶，阳离子，抗菌素，药物，有机碱，氨基酸，儿茶酚胺，锄草剂，核酸碱，核苷，表面活化剂。MCX共聚物键合磺酸基反相和阳离子交换，适合于各种碱性化合物及其代谢产物。吸附填料（多功能）MEP聚苯乙烯-二乙烯苯与吡咯烷酮共聚物适于亲水性和疏水性化合物的萃取，同时保留如多氯苯酚，磷酸酯，药物代谢物等极性化合物和其他非极性化合物。Florisil硅酸镁极性化合物的吸附萃取，如乙醇，醛，胺，药物，染料，锄草剂，农药，PCBs，酮，含氮类化合物，有机酸，苯酚，类固醇。Alumina-A酸性氧化铝极性化合物离子交换和吸附萃取，如维生素。Alumina-N中性氧化铝极性化合物的吸附萃取。调节pH，离子交换。适合于维生素，抗菌素，芳香油、酶，糖苷，激素。Alumina-B碱性氧化铝吸附萃取和阳离子交换。Carbon石墨化碳黑极性和非极性化合物的吸附萃取。PS/DVB苯乙烯-二乙烯苯极性芳香化合物的萃取，如从水溶液样品中萃取苯酚。也能用于在极性到中等极性芳香化合物吸附萃取。3SPE萃取原理化合物是怎样被吸附而保留在SPE填料上的？反相（极性溶剂，非极性键合相）疏水性相互作用●非极性-非极性相互作用●范德华力或色散力正相（非极性溶剂，极性键合相）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-诱导偶极相互作用离子交换带有电荷的化合物靠静电吸引到带有电荷的吸附剂表面吸附（化合物与未键合填料的相互作用）疏水性相互作用或者亲水性相互作用，取决于您所选用的填料。1.反相SPE反相分离包括一个极性（通常是水溶液，见第11页表A）或中等极性的样品基质（流动相）和一个非极性的固定相。所感兴趣的分析物通常是中等极性到非极性。几种SPE填料，例如烷基或芳香基键合的硅胶（C18，C8，C4和Phenyl等）属于反相类型。这里，纯硅胶（一般孔径为60Å，粒径约45µm的颗粒）表面的亲水性硅醇基通过硅烷化反应，键合上疏水性的烷基或芳香基。由于分析物中的碳氢键同硅胶表面官能团的吸附作用，使得极性溶液（例如：水）中的有机分析物能保留在SPE填料上。这些非极性-非极性吸附力通常称为范德华力或色散力。为了从反相SPE小柱或膜片上洗脱被吸附的化合物，一般采用非极性溶剂去破坏这种化合物被填料吸附的作用。所有的硅胶键合相都有一定数量未反应的硅醇基，使其导致了次级相互作用。在萃取或保留强极性分析物或污染物时，这种次级相互作用是非常有用的，但是对分析物的吸附也可能是不可逆的（见第5页上的次级相互作用）。Carbon（石墨化碳黑）、MEP（共聚物类型）和PS/DVB（聚合物）也用于反相条件。含碳的吸附填料，如Carbon，是由石墨化无孔碳组成，它对极性和非极性基质中的极性和非极性有机化合物均有较高的吸附能力。这种碳表面是由正六元环的原子构成，碳原子相互连接成为石墨层。这种正六元环结构显示了对某些分子有很强的选择性，比如平面型芳香化合物或类正六元环分子和可形成许多表面接触点的烃链分子。分析物的保留取决于其结构（形状和大小），而不是官能团与填料表面的相互作用，洗脱液采用中等极性到非极性溶剂。与烷基化硅胶相比，尤其使用烷基化硅胶达不到保留的目的时，Carbon石墨化碳黑特有的结构和选择性便发挥出它的优势。MEP的填料为乙烯吡咯烷酮和苯乙烯-二乙烯苯共聚而得，由于极性吡咯烷酮的引入，使得MEP对极性和非极性化合物都具有均衡吸附性以及高比表面积。因此，这类共聚物类型的SPE应用极为广泛，尤其适用于在C18柱上难以得到保留的强亲水性化合物，如多氯苯酚，磷酸酯，药物代谢物等，具有很高的回收率；此外，由于吡咯烷酮的亲水性，使得SPE小柱更容易被润湿，保证了结果的重现性。4PS/DVB是单纯的苯乙烯-二乙烯基苯聚合物，同样可用于反相条件，保留一些含有亲水性官能团的疏水性化合物，尤其是芳香族化合物。在反相条件下，苯酚有时很难保留在C18填料上，这主要是因为它在水中的溶解度大于有机相。PS/DVB显示出它能在反相条件下很好的保留苯酚类化合物，洗脱液可以选择中等极性到非极性溶剂，因为聚合类填料对所有的溶剂几乎都是很稳定的。2.正相SPE正相固相萃取过程包括一个极性分析物，中等极性到非极性的样品基质（如丙酮，卤化溶剂和正己烷）以及一个极性固定相。极性官能团键合的硅胶（如CN，NH2，和Diol）和极性吸附填料（如Si，Florisil，和Alumina）常用于正相条件。在正相条件下，分析物的保留取决于分析物的极性官能团与吸附剂表面极性官能团之间的相互作用，包括氢键，π-π相互作用，偶极-偶极相互作用和偶极-诱导偶极相互作用及其它。因此，在正相条件下被吸附的分析物，洗脱溶剂选用比样品极性更大的溶剂去破坏其相互作用。键合相硅胶如CN，NH2和Diol，是带有极性官能团的短烷基链键合在硅胶表面上。由于极性官能团的存在，这类填料相对于反相硅胶具有亲水性。典型的正相硅胶，常用于从非极性体系中吸附极性化合物。这类固相萃取小柱已广泛用于吸附和选择性洗脱结构类似的化合物（如异构体）、复杂的混合物或者药物和脂类化合物。同时，它也可用于反相条件（水溶液样品），以利用其烷基短链的疏水性。Si填料是没有衍生化的硅胶，通常作为所有硅胶键合相的基体，这种硅胶亲水性极强，必须保持干燥，所用的样品则需相对无水。从非极性物质中吸附化合物的作用官能团是硅胶颗粒表面的自由羟基，Si填料可用于从非极性体系中吸附极性化合物，然后用一种比样品体系的极性更强的有机溶剂洗脱。但是在多数情况下，Si是作为一种吸附剂，用于有机物萃取时，分析物不被硅胶吸附而直接流出小柱，不需要的化合物则被吸附在硅胶上而丢弃，此过程通常被称作样品的纯化。FlorisilSPE的填料是硅酸镁，通常用于有机物的样品纯化，这种强极性填料可以有效地从非极性体系中吸附极性化合物。我们有一种FlorisilSPE小柱的滤片是特氟隆或不锈钢材质，这种在美国环境保护组织（USEPA）的方法中描述是环境样品萃取过程中必要的构造，这种Florisil小柱尤其在气相色谱分析中干扰背景非常低。AluminaSPE也被作为吸附或样品纯化的类型，氧化铝填料可分为酸性（Alumina-A，pH～4.5），碱性（Alumina-B，pH～10），或中性（Alumina-N，pH～7.5），此类属于BrockmannⅠ级活性度。在氧化铝填装前或填装后通过控制加入的水分量，可使其活性度从Ⅰ级到Ⅳ级变化。3.离子交换SPE离子交换固相萃取适用于在溶液中带电荷的化合物（通常为水溶液，有时也为有机溶液）。阴离子（负电荷）化合物可用SAX或NH2小柱分离；阳离子（正电荷）化合物可用SCX或WCX小柱分离。基本作用原理是静电吸引，即化合物上的带电基团与硅胶键合相的带电基团之间的静电吸引。通过离子交换从水溶液中保留化合物，样品体系的pH值必须保证使其分析物的官能团和硅胶键合相的官能团均带电荷。如果某种杂质带有与分析物一样的电荷，它将会干扰分析物的吸附，当然这种情况是很少的。一定pH值的洗脱溶液用于中和分析物官能团上所带电荷，或者中和硅胶键合相官能团所带电荷，当其中一方官能团上的电荷被中和，静电吸引也就被破坏了，分析物随之洗脱。此外，洗脱溶液含有较高离子强度或者含有一种能取代被吸附化合物的离子，同样可以洗脱分析物。阴离子交换SAX填料是硅胶表面键合了脂肪族季铵基团，季铵基团是一种很强的碱，表现为一个正电荷的阳离子，5能交换或吸附溶液中的阴离子，因此被称之为强阴离子交换剂（SAX）。季铵基团的pKa值很高（＞14），在水溶液中任何pH条件下都能使硅胶键合相带上电荷，所以，SAX用于分离强阴离子化合物（很低的pKa，＜l）或弱阴离子化合物（中等低pKa，＞2），只要在样品体系的pH条件下，分析物带有电荷。对于阴离子分析物（酸性），样品体系的pH值必须比分析物的pKa大2个单位，使其带上电荷，大多数情况下，被分析物是强酸性或者弱酸性的。由于SAX的强度很高，只有在不要求阴离子的回收或者洗脱的情况下（化合物被分离后丢弃），才能用SAX萃取强阴离子。弱阴离子可以被SAX分离并洗脱，因为它们能被另一种阴离子所取代或者被酸性溶液洗脱，该酸性溶液的pH可中和被吸附的阴离子（pH比其pKa小2个单位）。如果需要回收强阴离子化合物时，请选择NH2。用于正相分离的NH2固相萃取填料在用于水溶液时，也做为一种弱阴离子交换剂（WAX）。NH2填料是一种硅胶表面键合了脂肪族氨丙基。这种伯胺基团的pKa大约为9.8。要作为阴离子交换剂，样品的pH必须小于9.8至少2个单位，此pH同时须保证所分析的阴离子化合物带上电荷（比其pKa大2个单位）。NH2可用于强阴离子和弱阴离子的分离回收，这是因为硅胶表面的氨基可以被中和（比其pKa大2个单位）以洗脱强阴离子或弱阴离子。弱阴