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1、固相萃取（SPE）技术,厦门大学环境科学研究中心 陈 猛 2005年12月22日,固相萃取技术SPE,一. 概述 二. SPE基本原理 三. SPE法的优点 四. SPE装置 五. SPE的类型 六. SPE方法的建立 七. SPE的应用,一.概述,所谓萃取法 ,就是从样品中提取组分 ,传统的方法是液液萃取法 ( LLE) ,即用液体作为提取剂 ;我们这里探讨的SPE ,是用固体物质作为萃取剂 ,采用高效、高选择性的固定相 进行萃取的样品预处理技术。 SPE技术自上世纪70年代后期问世以来，发展迅速，广泛应用于环境、制药、临床医学、食品等领域 。,一.概述,借助SPE所要达到的目的是： （1）
2、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,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。,Survey response %,二.SPE基本原理,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。 SPE的分离模式主要取决于填充剂的类型和溶剂的性质。,二.SPE基本原理,SPE也是
3、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（40m）要比HPLC填料（310m）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。,三.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
4、) 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。,四. SPE装置,Cleaned polyethylene frits,Sorbent bed,Luer tip,“Shrink-wrapped“ polypropylene,五. SPE的类型,在SPE法中最常用的吸附剂是硅胶或键合相的硅胶即在硅胶表面的硅醇基团上键合不同的有机基团，如烷基链或其它官能团，如-OH、-C6H5、-NH2、-CN等。实际上吸附剂角色是由这些新接上的含官能基碳链来完成。 以硅胶为基质的吸附剂主要有以下优点： 粒径（e.g.40m)、孔径（ e.g.60A）、表面积（600m
5、2/g)、键合量易控制；机械强度高；化学性质稳定；适应性广；可使用的溶剂种类多。,五. SPE的类型 硅胶表面的官能团,Si,Si,OH,OH,Free silanol,Adsorbed water,Siloxane bridge (dehydrated silanol),Geminal silanol,Si OH,2,O O,OH,Si OH,Bound and reactive silanols,Si,Si O,Si O,H,H,五. SPE的类型,依据柱中填料（吸附剂）来划分，可将SPE法分为吸附型和键合相分配型（BPC）。 吸附型SPE是采用极性较强的硅胶、硅藻土和氧化铝等吸附剂，样品
6、进入柱中，分析物的极性官能团先迅速被吸附至极性吸附剂上，而后以低极性溶剂转至中极性溶剂陆续洗去杂质及洗脱出分析物。,五.SPE的类型 以硅胶为基质的固定相的分类,NON-POLAR PHASES,C18,Octadecyl,C2,Ethyl,CH,Cyclohexyl,PH,Phenyl,POLAR PHASES,CN,Cyanopropyl,2OH,Diol,NH2,Aminopropyl,SI,Silica,ION-EXCHANGE PHASES,SCX,Strong cation exchanger,CBA,Weak cation exchanger,SAX,Strong anion e
7、xchanger,NH2,Weak anion exchanger,SPECIALTY PHASES,PBA,CERTIFY,ENVIRELUT,ACCUCAT,Increasing polarity,五. SPE的类型 硅胶键合非极性固定相,填充剂使用非极性烷烃类化学键合相 （C18、C8、C6H5-C6H11等）的SPE分离方式称为反相BPC。最适用于极性基质中萃取非极性化合物。 当样品溶液通过萃取柱时，杂质不被保留，直接通过柱子除去，只有分析物保留在柱上，只要选用一种合适的洗脱溶剂既可将其从柱上洗下。,五. SPE的类型 分析物与非极性固定相的作用力,NH2,SO3-,Van der W
8、aals forces,Silica base,Bonded functional group (C8),五. SPE的类型 硅胶键合极性固定相,填充剂使用极性键合固定相（-NH2、-CN、-2OH等官能团）的SPE分离方式称为正相BPC。 其对极性分析物的吸附力不及分配型SPE大，故洗脱容易。在实际使用中，先以非极性溶剂清洗管柱，继而加样，分析物立刻会被吸附，然后以非极性溶剂洗去杂质，最后以极性溶剂洗脱分析物。,五. SPE的类型 分析物与极性固定相的作用力,O,Dipolar attraction or hydrogen bonding,Silica base,N,C,O,OH,O,H,O
9、,H,H,五. SPE的类型 硅胶键合离子交换剂,填充剂为硅胶基质的离子交换官能团有：季胺、氨基、二氨基、苯磺酸基、羧基等。 此外常用的还有聚合物，如苯乙烯-而乙烯苯共聚物XAD-2及PRP-1等。相对于键合相填料，聚合物可适用于全部pH范围，因而应用广泛。 对于酸性化合物，如有机酸、无机阴离子、酸性蛋白等，一般采用阴离子交换SPE柱； 对于碱性化合物，如有机胺、金属离子、儿茶酚胺和碱性蛋白等，采用阳离子交换SPE柱。,SCX PRS CBA SAX PSA NH2,Strong anion Strong anion, pKa 1 Weak anion, pKa 4.8 Strong cati
10、on Weak cation, pKa 10.9, 10.1 Weak cation, pKa 9.8,NHCH2CH2NH2,0.7meq/g 0.3meq/g pH-sensitive 0.8meq/g pH-sensitive pH-sensitive,硅胶键合离子交换剂 Weak or Strong Acids/Bases,五.SPE的类型 分析物与离子交换剂的作用力,NH3+,Electrostatic attraction,Silica base,OH,CO2H,SO3-,CO2-,OCON(CH3)2,+N,基体对选择合适分离机制有着重要影响（e.g.),Suggested me
11、chanism Non-polar Polar Ion exchange,五. SPE的类型 混合模式固定相,六. SPE方法的建立,SPE操作步骤包括有柱子类型的选择、柱预处理、加样、洗去干扰物和回收分析物四个步骤。 在加样和洗去干扰物步骤中，部分分析物有可能穿透SPE柱造成损失，而在回收分析物步骤中，分析物可能不被完全洗脱，仍有部分残留在柱上。最理想的情况是分析物100%地回收到收集的组分中，但这并不是总能达到的。,SPE柱子类型的选择,1、Reversed-phase bonded silica sorbents having alkyl groups such as octadecyl
12、 (C18, C18), octyl (C8, C8), or ethyl (C2, C2) covalently bonded to the silica gel backbone or cyclohexyl (CH) or phenyl groups and sorbents composed of polymeric resins such as polystyrenedivinylbenzeneinteract primarily with analytes via van der Waals forces. 2、Nonionic watersoluble compounds can
13、be retained by reversed-phase sorbents but may not be as well retained as analytes that are soluble in methanol or methanolwater miscible mixtures. 3、Normal-phase polar sorbents, such as silica, alumina, and Florisil, and cyano (CN) bonded phases interact by polar-dipole/dipole forces between polar
14、functional groups in the analyte and the polar surface of the sorbent. 4、Amino (NH2) and diol sorbents interact with analytes by hydrogen bonding. 5、Hexane-soluble analytes are best retained by normalphase sorbents such as silica or Florisil or polar functionally substituted bonded phases such as am
15、ino or diol. 6、Strong cation-exchange (SCX) and strong anion-exchange (SAX) sorbents interact primarily through electrostatic attractions between the sorbent and the analyte. 7、Graphitized carbon sorbents exhibit both nonspecific van der Waals interactions and anionexchange, or electrostatic, attraction for analytes.,1、Dependence of Sorption on Sample pH If a compound is ionizable, the extraction will be pH dependent.,Monomethyl (MMP), Monoethyl (MEP), Mono-n-propyl (MPRP), Mono-n-butyl (MBP), Mono-n-pentyl (MPEP), Mono-n-octyl (MOP) Ph
