固相萃取指南

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1、固固 相相 萃萃 取取 指指 南南 Guide to Solid Phase Extraction 页码 介绍 1 填料类型 2 1. 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 SPE 2. 正相 SPE 3. 离子交换 SPE 4. 二级相互作用 5. pH 值对 SPE 的影响 SPE 操作步骤 7 1. 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

2、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。 2 SPE 填料类型 反相填料（疏水性）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

3、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

4、的化合物， 尤其适于芳香族分析物。 正相填料（亲水性）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）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

5、，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

6、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）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

7、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。 3 SPE 萃取原理萃取原理 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

8、相互作用 极性- 极性相互作用 氢键 - 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 60，粒径约 45m 的 颗粒）表面的亲

9、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/

10、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

11、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。 4 PS/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

12、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，-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，

13、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

14、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。 Florisil SPE 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 Florisil SPE 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（US EPA）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

15、谱分析 中干扰背景非常低。 Alumina SPE 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，pH4.5） ，碱 性（Alumina-B，pH10） ，或中性（Alumina-N，pH7.5） ，此类属于 Brockmann 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，可使其活性度从级到级变化。 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

16、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