第二章固相萃取技术上.pptx

第二章 固相萃取技术第一节 概述第二节 固体萃取的基本原理、分离模式及操作步骤第三节 固体萃取装置及联用装置第四节 固相萃取吸附剂第五节 固相萃取溶剂的选择第二次课（上课时间2014年3月10日）1.概 念 固相提取固相提取（Solid Phase Extraction，SPE)是一种重是一种重要的要的样品前品前处理技理技术，由液固萃取和柱液相色，由液固萃取和柱液相色谱技技术相相结合合发展起来的。利用固相吸附展起来的。利用固相吸附剂将液体将液体样品中的目品中的目标化合化合物吸附，与物吸附，与样品的基体和干品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱化合物分离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离和和富集的目的。液洗脱，达到分离和和富集的目的。第一节 概述2.第一节 概述发展：SPE是20世纪70年代后期发展起来的样品前处理技术。SPE出现的20多年来，其应用范围以10%的年增长率扩大。SPE作为制备液体样品优先考虑的方法。SPE取代了传统的液液萃取法它发展迅速，广泛应用于环境、制药、临床医学、食品等领域。3.第一节 概述发展：随着SPE技术的发展，其仪器装置不断更新，主要表现为仪器操作更加简便，自动化程度提高。固相萃取吸附剂种类增多，选择性增强。一次性的固相萃取小柱于1978年首次出现。20世纪80年代出现固相萃取在线联用技术。随后出现膜片式固相萃取技术。20世纪90年代出现了免疫抗体吸附剂。高效液相色谱（High performance liquid chromatography,HPLC），特别是反相高效液相色谱的成功应用使得固相萃取技术得到了极大的发展4.固相提取技术 Solid Phase Extraction(SPE)色色谱填料填料颗粒填装小柱粒填装小柱19781978年由年由Waters首次首次推出商品化推出商品化产品：品：“Sep-Pak Cartridges”Sample Enrichment&Purification非常成熟的技非常成熟的技术数千化合物的参考文献数千化合物的参考文献洗脱洗脱剂废液液0.01 to 1000 克克多种多种规格格.第一节 概述SPE与液液萃取法相比具有的优点：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，能更有效地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；5、能处理小体积试样；6、操作简便、快速，费用低，易于实现自动化及与其他分析仪器的联用。6.第一节 概述固相萃取存在的不足：1、一些样品的复杂基体有时会较大程度的降低萃取的回收率；2、污染严重的复杂样品尤其是含有胶体或固体小颗粒的样品会不同程度的堵塞固定相的微孔结构，引起柱容量和穿透体积的降低、萃取效率和回收率的严重恶化；3、柱体和固定相材料的纯度有时仍不够理想，使得测定的空白难以进一步降低；4、固定相的选择性有时仍显不足，需进一步提高等。目的7.第二节 固体萃取的基本原理、分离模式及操作步骤1 1、基本原理基本原理：固相萃取的基本原理是固相萃取的基本原理是样品在两相之品在两相之间的分配，即在固的分配，即在固相（吸附相（吸附剂）和液相（溶）和液相（溶剂）之）之间的分配。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固相萃取保留或洗脱的机制取决于被分析物与吸附剂表表面的活性基面的活性基团，以及被分析物与液相之，以及被分析物与液相之间的分子作用力。的分子作用力。洗脱模式有两种：一种是目洗脱模式有两种：一种是目标化合物比干化合物比干扰物与吸附物与吸附剂之之间的的亲和力更和力更强，因而被保留，洗脱，因而被保留，洗脱时采用采用对目目标化化合物合物亲和力更和力更强的溶的溶剂；另一种是干；另一种是干扰物比目物比目标化合物化合物与吸附与吸附剂之之间的的亲和力更和力更强，则目目标化合物被直接的洗化合物被直接的洗脱。通常采用前一种洗脱方式。脱。通常采用前一种洗脱方式。8.第二节 固体萃取的基本原理、分离模式及操作步骤1 1、基本原理基本原理：固相萃取技固相萃取技术是一个柱色是一个柱色谱分离分离过程，其分程，其分离机理、固定相、洗脱溶离机理、固定相、洗脱溶剂的的选择与高效与高效液相色液相色谱有有许多相似之多相似之处，可分正相、反，可分正相、反相、离子交相、离子交换等。等。也有不同之也有不同之处。9.固相提取技术Solid Phase Extraction(SPE)两相两相 液相与固相液相与固相容易分离多种吸附剂可供选择反相最常用！正相离子交换具有高选择性的新型吸附剂溶剂消耗少 与液液提取相比减少人力与时间 容易自动化液相色液相色谱基基础.HPLC与SPE比较.分离效率比较-HPLC与SPE00.20.40.60.810510152000.20.40.60.8105101520Elution volume(mL)Normalized concentration.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.正相溶正相溶剂洗脱洗脱强度度己己烷 异辛异辛烷 四四氯化碳化碳 氯仿仿 二二氯甲甲烷 四四氢呋喃喃 乙乙醚 乙酸乙乙酸乙酯 丙丙酮 乙乙腈 异丙醇异丙醇 甲醇甲醇 水水溶剂极性图反相溶反相溶剂洗脱洗脱强度度.反相固相萃取反相：吸附剂（固定相）是非是非极性或弱极性极性或弱极性的，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。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。.分离模式反相萃取反相萃取 （极性液体相，非极性改良固体相）（极性液体相，非极性改良固体相）疏水性相互作用疏水性相互作用l非极性非极性非极性相互作用非极性相互作用l范德范德华力或色散力力或色散力 硅胶硅胶键合合C18,C8,C4，C2,-苯基等，可以从苯基等，可以从强极性的溶极性的溶剂中中吸附非吸附非极性到中等极性的化合物。极性到中等极性的化合物。.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（硅酸镁吸附剂）、(A-,N-,B-)alumina（氧化铝吸附剂）、硅藻土等。流动相为中等极性到非极性样品基质。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，-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.分离模式正相萃取正相萃取 （非极性液体相，极性改良固体相）（非极性液体相，极性改良固体相）亲水性相互作用水性相互作用l极性极性极性相互作用极性相互作用l氢键l-相互作用相互作用l偶极偶极相互作用偶极偶极相互作用l偶极偶极诱导偶极相互作用偶极相互作用 极性极性键合相，如硅胶合相，如硅胶键合合NH2、CN，-Diol（二醇基）；（二醇基）；极性吸附极性吸附剂，如，如Silica、Florisil、(A-,N-,B-)alumina、硅藻土等，、硅藻土等，可以从可以从强极性的溶极性的溶剂中吸附是非极性到中等极性的化合物。中吸附是非极性到中等极性的化合物。.硅胶柱(silica)表面表面SiOHSiOH,中等中等强度的吸附度的吸附剂，适用于从非极性基体中吸附极性化合，适用于从非极性基体中吸附极性化合物。物。硅胶是一种酸性吸附硅胶是一种酸性吸附剂，可以吸附酸性（有机酸，可以吸附酸性（有机酸类）或中性的极性化）或中性的极性化合物，由于表面的硅醇基可以合物，由于表面的硅醇基可以释放出弱酸性的放出弱酸性的氢离子，又作离子，又作为一种弱一种弱酸性阳离子交酸性阳离子交换剂，吸附碱性化合物（生物碱，吸附碱性化合物（生物碱类，胺，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不同的活性等的活性等级。硅胶的活化：加硅胶的活化：加热到到100-110100-110度，除去表面吸附的水份，当温度升到度，除去表面吸附的水份，当温度升到500500度，表面的硅醇基脱水度，表面的硅醇基脱水变成硅氧成硅氧烷键，从而，从而丧失吸附性。失吸附性。硅胶极硅胶极亲水：水：分析的分析的样品溶液必品溶液必须无水无水。备注：硅胶注：硅胶净化化时，一般，一般杂质保留在柱上，目保留在柱上，目标化合化合 物流物流出。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。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。.离子交换固相萃取离子交离子交换固相萃取用于萃取分离固相萃取用于萃取分离带有有电荷的分析荷的分析物物固定相固定相为带电荷的离子交荷的离子交换树脂，流脂，流动相相为中等中等极性到非极性极性到非极性样品基品基质。分析物与吸附分析物与吸附剂间的作用是静的作用是静电吸引力。吸引力。离子交离子交换固相萃取分固相萃取分为阴离子交阴离子交换固相萃取和阳固相萃取和阳离子交离子交换固相萃取。固相萃取。.分离模式离子交离子交换 带有有电荷的化合物靠静荷的化合物靠静电吸引到吸引到带有有电荷的吸附荷的吸附剂表面表面l按按键合的离子基合的离子基团的性的性质分分类：阳离子交阳离子交换柱柱阴离子交阴离子交换柱柱 l按在水溶液中解离的程度：按在水溶液中解离的程度：强酸性酸性(SCX,Strong cation exchange)弱酸性弱酸性(WCX,Weak cation exchange)强碱性碱性(SAX,Strong anion exchange)弱碱性弱碱性(WAX,Weak anion exchange).分离模式反相吸附原理反相吸附原理离子交离子交换原理原理复合模式复合模式.2、操作步骤固相提取技术的基本要求：样品必品必须呈液呈液态驱动力力(Driving Forces)操作方式操作方式重力重力压力力真空真空.固相提取技术的基本要求样品必品必须呈液呈液态驱动力力(Driving Forces)操作方式操作方式重力重力压力力真空真空.SPE技术的驱动力：重力重力重力.SPE技术的驱动力：压力压力力.SPE技术的驱动力：压力注射器接头 adaptor提取小柱压力力.Resevoir with AdapterSPESPE技技术的的驱动力：真空力：真空.固相提取过程的一般步骤活化及活化及平衡平衡即即预处理理上上样清洗清洗(可可选步步骤)洗脱洗脱被被测组分分以OasisHLB反相提取为例甲醇和水样品水溶液 5%甲醇水溶液甲醇.一般性分析操作步骤活化活化:依次用依次用强溶溶剂、弱溶、弱溶剂（缓冲溶液）冲溶液）进行活化；行活化；上上样：用能用能够溶解溶解样品的弱溶品的弱溶剂携携带样品上柱，既要保品上柱，既要保证样 品分析物的有效溶解，又要确保溶品分析物的有效溶解，又要确保溶剂强度不至于把被分析度不至于把被分析化合物从柱上洗脱下来；化合物从柱上洗脱下来；淋洗：淋洗：用具有一定用具有一定强度的混合溶度的混合溶剂淋洗去除干淋洗去除干扰杂质，确保，确保杂质被洗脱，而被分析化合物有效的保留在柱上；被洗脱，而被分析化合物有效的保留在柱上；洗脱：洗脱：用用较强的溶的溶剂把被分析化合物从柱上替把被分析化合物从柱上替换洗脱下来。洗脱下来。.SPE技术对流速的一般要求活化及平衡 5-10 mL/min上样 0.5-5 mL/min-液流不能成线清洗 1-5 mL/min洗脱 0.5-5 mL/min-液流不能成线与SPE产品的规格及色谱类型有关.净化条件的确定：根据化合物理化性根据化合物理化性质选择使用的使用的SPE类型型制作化合物制作化合物净化洗脱曲化洗脱曲线，强溶溶剂-弱溶弱溶剂以不同比例，由弱以不同比例，由弱 强逐逐渐增加洗脱增加洗脱强度，通度，通过仪器器测定的回收率来确定最佳定的回收率来确定最佳的淋洗和洗脱溶的淋洗和洗脱溶剂组成和比例成和比例在确定的洗脱溶在确定的洗脱溶剂比例条件下，比例条件下，进一步一步优化洗脱体化洗脱体积。.SPE使用注意事项及关键控制点 根据分析目根据分析目标物的理化性物的理化性质选择合适的合适的SPE柱；柱；一般一般SPE柱要防止干涸；柱要防止干涸；注意控制柱注意控制柱载量，防止穿透量，防止穿透过载；严格控制上格控制上样液和洗脱液滴速；液和洗脱液滴速；防止混防止混浊样品堵塞柱子；品堵塞柱子；.一柱预处理活化即正 己 烷 甲 醇水/缓冲液除去杂质使填料溶剂化提高重现性操作步骤固相萃取.二二.上上样.加样分析物干扰物固相萃取.三 洗涤中等强度溶剂洗脱目标分析物保留在固定相上尽 可 能 除 去 杂 质操作步骤固相萃取.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。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。洗去干扰物质.洗涤分析物干扰物固相萃取.四洗脱/收集高强度溶剂洗脱洗 脱 目 标 分 析 物操作步骤固相萃取.四.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。.洗脱分析物固相萃取.第三节 固相萃取装置 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。44.（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。.常见固相提取小柱的构造色谱柱床 (吸附剂)柱体过滤膜/筛板插口/出液口.SPE 产品常见形式 萃取小柱萃取小柱:小柱体小柱体积 135ml,吸附吸附剂重量重量 10mg6g 为中等数量中等数量样品品设计 食品安全、食品安全、环境分析和研究境分析和研究实验室室 96-孔板孔板:吸附吸附剂重量重量260mg 为高通量分析高通量分析设计（DMPK/BA/BE实验室）室）Elution板用于微量板用于微量样品和高灵敏度分析品和高灵敏度分析 在在线SPE净化柱化柱:柱芯式柱芯式(需需Sentry Guard套件套件)和和标准柱准柱 由切由切换阀和和软件控制，无需人工操作件控制，无需人工操作.（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。.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。.也可以采用固相萃取也可以采用固相萃取过滤装置同装置同时处理多个理多个样品品.c.固相萃取过滤-离心法.全自动固相萃取仪全自全自动固固相萃取相萃取仪能自能自动完完成固相萃成固相萃取的全部取的全部步步骤.固相萃取联用装置.第四节 固相萃取吸附剂1、固相萃取吸附剂的要求固相萃取吸附固相萃取吸附剂最好最好为多孔的、具有大的表面多孔的、具有大的表面积的固体的固体颗粒。粒。固相萃取吸附固相萃取吸附剂应有有较低的空白低的空白值。萃取吸附萃取吸附过程必程必须可逆且有高的回收率。可逆且有高的回收率。固相萃取吸附固相萃取吸附剂要有高的化学要有高的化学稳定性。定性。固相萃取吸附固相萃取吸附剂必必须与与样品溶液有好的界面接触品溶液有好的界面接触。56.键和硅胶吸附和硅胶吸附剂石墨碳石墨碳离子交离子交换树脂脂金属配合物吸附金属配合物吸附剂聚合物吸附聚合物吸附剂免疫免疫亲和吸附和吸附剂分子嵌入聚合物分子嵌入聚合物2、常用固相萃取吸附剂.SPE各种填料固定相官能团C18Si(CH3)2C18H37 tC18SiC18H37 C8Si(CH3)2C8H17 tC2SiC2H5Porapak RDX-divinylbenzene/vinylpyrrolidoneAminopropylSi(CH2)3NH2CyanopropylSi(CH3)2(CH2)3CNDiol Si(CH2)3O CH2CH(OH)CH2OHAccell Plus CMCOO2 Na+Accell Plus QMA-C(O)NH(CH2)3N(CH3)+Cl DNPH-dinitrophenylhydrazineOasis HLBOasis MCXOasis MAXOasis WCX,WAX-divinylbenzene/vinylpyrrolidone-divinylbenzene/vinylpyrrolidone+SO3H-divinylbenzene/vinylpyrrolidone+CH2N+R3Cl-SilicaFlorisilAlumina正相反相Sep-Pak系列系列Oasis系列系列.键和硅胶吸附和硅胶吸附剂常用的常用的键合硅胶合硅胶吸附吸附剂表面表面积在在5050500m500m2 2/g/g 之之间，孔径孔径为5 550nm 50nm，粒径大于，粒径大于40m 40m。一般。一般应选择粒粒径小、比表面径小、比表面积大的吸附大的吸附剂，以，以获得更好的萃取得更好的萃取效果。但要注意效果。但要注意若粒径若粒径过细，萃，萃取取时阻力增加，阻力增加，萃取速度下降。萃取速度下降。.SPE填料的类型正相填料溶剂：正己烷填料：硅胶（Silica）氧化铝,Florisil,氨基,二醇基,反相填料溶剂：MeOH/水填料：C18/C8/Oasis HLB离子交换填料溶剂：缓冲液/盐流动相填料：Accell CM/Accell QMA/Oasis MCX/MAX/WAX/WCX.SPE各种填料固定相官能团C18Si(CH3)2C18H37 tC18SiC18H37 C8Si(CH3)2C8H17 tC2SiC2H5Porapak RDX-divinylbenzene/vinylpyrrolidoneAminopropylSi(CH2)3NH2CyanopropylSi(CH3)2(CH2)3CNDiol Si(CH2)3O CH2CH(OH)CH2OHAccell Plus CMCOO2 Na+Accell Plus QMA-C(O)NH(CH2)3N(CH3)+Cl DNPH-dinitrophenylhydrazineOasis HLBOasis MCXOasis MAXOasis WCX,WAX-divinylbenzene/vinylpyrrolidone-divinylbenzene/vinylpyrrolidone+SO3H-divinylbenzene/vinylpyrrolidone+CH2N+R3Cl-SilicaFlorisilAlumina正相反相Sep-Pak系列系列Oasis系列系列.3 3、固相、固相萃取吸附萃取吸附剂的的选择应根据分析根据分析对象、象、检测手段及手段及实验室条件合理室条件合理选择。.第五第五节 固相固相萃取溶萃取溶剂的的选择在固相萃取固定相活化、上样富集、淋洗杂质、分析物洗脱过程中，都涉及到溶剂选择问题。.1、固定相活化溶剂的选择：一般使用两种活化溶剂。第一种溶剂（初始溶剂）用于净化固定相，对于常用的C18键和硅胶固定相，可用甲醇有效地除去其所含杂质。第二种溶剂（终溶剂）使固定相溶剂化，以便样品中的分析物能更好的保留。第五第五节 固相萃取溶固相萃取溶剂的的选择.2 2、上、上样萃取溶萃取溶剂的的选择为了使分析物更好地保留在固相萃取了使分析物更好地保留在固相萃取柱上，上柱上，上样萃取萃取时应采用尽可能弱得采用尽可能弱得溶溶剂。.3 3、淋洗、淋洗溶溶剂的的选择淋洗溶淋洗溶剂用于洗去吸附在固定相上的干用于洗去吸附在固定相上的干扰组分。分。淋洗溶淋洗溶剂的的强度度选择非常重要，其非常重要，其强度不能太度不能太高，也不能太低，高，也不能太低，应大于或等于上大于或等于上样溶溶剂，又，又小于洗脱溶小于洗脱溶剂。淋洗溶。淋洗溶剂的的选择原原则：尽可能：尽可能将干将干扰组分从固定相上洗脱完全，但又不能洗分从固定相上洗脱完全，但又不能洗脱任何分析物。脱任何分析物。.溶溶剂强度度应足足够大，以保大，以保证吸附在固定相上吸附在固定相上的分析物定量洗脱下来。的分析物定量洗脱下来。选择的洗脱溶的洗脱溶剂应与后与后续的分析相适的分析相适应。选择粘度小、粘度小、纯度高、毒性小并与分析物和度高、毒性小并与分析物和固定相不固定相不发生反生反应的溶的溶剂。选择单一溶一溶剂效效果不理想果不理想时，可以考，可以考虑使用混合溶使用混合溶剂进行洗行洗脱。脱。4、洗脱溶剂的选择.