在過去的二十多年中，固相萃取作為化學分離和純化的一個強有力工具出現了。從痕量樣品的前處理到工業規模的化學分離，吸附劑萃取在制藥、精細化工、生物醫學、食品分析、有機合成、環境和其他領域起著越來越重要的作用。
固相萃取的原理
在過去的二十多年中，固相萃取作為化學分離和純化的一個強有力工具出現了。從痕量樣品的前處理到工業規模的化學分離，吸附劑萃取在制藥、精細化工、生物醫學、食品分析、有機合成、環境和其他領域起著越來越重要的作用。
固相萃取是一個包括液相和固相的物理萃取過程。在固相萃取中，固相對分離物的吸附力比溶解分離物的溶劑更大。當樣品溶液通過吸附劑床時，分離物濃縮在其表面，其他樣品成分通過吸附劑床；通過只吸附分離物而不吸附其他樣品成分的吸附劑，可以得到高純度和濃縮的分離物。
保留和洗脫
在固相萃取中最通常的方法是將固體吸附劑裝在一個針筒狀柱子里，使樣品溶液通過吸附劑床，樣品中的化合物或通過吸附劑或保留在吸附劑上（依靠吸附劑對溶劑的相對吸附）。“保留”是一種存在于吸附劑和分離物分子間吸引的現象，造成當樣品溶液通過吸附劑床時，分離物在吸附劑上不移動。保留是三個因素的作用：分離物、溶劑和吸附劑。所以，一個給定的分離物的保留行為在不同溶劑和吸附劑存在下是變化的。“洗脫”是一種保留在吸附劑上的分離物從吸附劑上去除的過程，這通過加入一種對分離物的吸引比吸附劑更強的溶劑來完成。
容量和選擇性
吸附劑的容量是在最優條件下，單位吸附劑的量能夠保留一個強保留分離物的總量。不同鍵合硅膠吸附劑的容量變化范圍很大。選擇性是吸附劑區別分離物和其他樣品基質化合物的能力，也就是說，保留分離物去除其他樣品化合物。一個高選擇性吸附劑是從樣品基質中僅保留分離物的吸附劑。吸附劑選擇性是三個參數的作用：分離物的化學結構、吸附劑的性質和樣品基質的組成。
固相萃取的簡要過程
1.一個樣品包括分離物和干擾物通過吸附劑；
2.吸附劑選擇性的保留分離物和一些干擾物，其他干擾物通過吸附劑；
3.用適當的溶劑淋洗吸附劑，使先前保留的干擾物選擇性的淋洗掉，分離物保留在吸附劑床上；
4.純化、濃縮的分離物從吸附劑上淋洗下來。
SPE 的方法建立
1. 選擇SPE 小柱或濾膜 首先應根據待測物的理化性質和樣品基質, 選擇對待測物有較強保留能力的固定相。若待測物帶負電荷, 可用陰離子交換填料, 反之則用陽離子交換填料。若為中性待測物, 可用反相填料萃取。SPE 小柱或濾膜的大小與規格應視樣品中待測物的濃度大小而定。對于濃度較低的體內樣品, 一般應選用盡量少的固定相填料萃取較大體積的樣品。
2. 活化 萃取前先用充滿小柱的溶劑沖洗小柱或用5～ 10ml 溶劑沖洗濾膜。一般可先用甲醇等水溶性有機溶劑沖洗填料, 因為甲醇能潤濕吸附劑表面, 并滲透到非極性的硅膠鍵合相中, 使硅膠更容易被水潤濕, 之后再加入水或緩沖液沖洗。加樣前, 應使SPE 填料保持濕潤, 如果填料干燥會降低樣品保留值; 而各小柱的干燥程度不一, 則會影響回收率的重現性。
3. 加樣 一般可采取以下措施: (1) 用0. 1 mol/L 酸或堿調節, 使pH < 3 或pH > 9, 離心取上層液萃取; (2) 用甲醇、乙腈等沉淀蛋白質后取上清液, 以水或緩沖液稀釋后萃取; (3) 用酸或無機鹽沉淀蛋白質后取上清液, 調節pH 值后萃取; (4) 超聲15 min后加入水、緩沖液, 取上清液萃取。尿液樣品中的藥物濃度較高, 加樣前先用水或緩沖液稀釋, 必要時可用酸、堿水解反應破壞藥物與蛋白質的結合, 然后萃取。流速應控制為2～ 4 m l?m in, 流速快不利于待測物與固定相結合。
4. 清洗填料 反相SPE 的清洗溶劑多為水或緩沖液, 可在清洗液中加入少量有機溶劑、無機鹽或調節pH 值。加入小柱的清洗液應不超過一個小柱的容積, 而SPE 濾膜為5～ 10 m l。
5.洗脫待測物 應選用5～ 10m l 離子強度較弱但能洗下待測物的洗脫溶劑。若需較高靈敏度, 則可先將洗脫液揮干后, 再用流動相重組殘留物后進樣。體內樣品洗脫后多含有水, 可選用冷凍干燥法。保留能力較弱的SPE 填料可用小體積、較弱的洗脫液洗下待測物,再用極性較強的HPLC 分析柱如C18柱分析洗脫物。若待測物可電離, 可調節pH 值, 抑制樣品離子化, 以增強待測物在反相SPE 填料中的保留, 洗脫時調節pH 值使其離子化并用較弱的溶劑洗脫, 收集洗脫液后再調節pH 值使其在HPLC 分析中達到最佳分離效果。在洗脫過程中應減慢流速, 用兩次小體積洗脫代替一次大體積洗脫, 回收率更高。
固相萃取技術在環境分析上的應用
在環境污染中農藥分析的應用
國內外分析工作者就固相萃取技術在農藥殘留分析中的應用方面進行了廣泛的嘗試和探索,取得了許多成功的經驗. 由于農藥在農作物生產中不僅污染作物本身,對農作物的生長環境也產生污染,包括土壤、水體等.
SPE 在水體中農藥殘留分析方面的應用
測定水體中的農藥殘留一般采用如C18 ,C8 等非極性吸附劑,通常用甲醇和水條件化,以甲醇為洗脫劑.由于對水體中的農藥殘留限量要求嚴格,如歐盟規定地表水農藥殘留量為1.0μg/ L，飲用水為0.1μg/ L,我國規定生活飲用水中滴滴涕、六六六的限量分別為1μg/ L 和5μg/ L,而且自然水體中的農藥殘留質量濃度通常也很低,若沒有可靠的分離富集手段很難檢測到,采用固相萃取技術可以使提取、富集和凈化一步完成. 將大體積樣品過固相萃取柱進行預濃縮,用小體積洗脫劑洗脫,再濃縮定容進行檢測,大大降低了檢測方法的檢出限. 如:康躍慧等人測定水源水中有機磷,通過固相萃取富集分離后,使方法檢出限達到了1.19～5. 34 ng/L;Lopez-Blanco 等測定地表水中的硫丹(α和β異構體) ,采用固相萃取實現了樣品的100 倍濃縮富集,使方法檢出限達到20 ng/L; Pinto 等測定水中草凈津等4 種除草劑,采用固相萃取富集樣品使濃縮倍數達到500 倍,方法檢出限降低至9.8～34 ng/ L.但對于水溶性強的農藥品種如甲胺磷、樂果、敵敵畏等,回收率僅50 %～60 % ,甚至更低 ,因此在今后的工作中應著眼于如何提高這些農藥品種的回收率,提高方法的準確度.
SPE 在土壤中農藥殘留分析方面的應用
測定土壤中的農藥殘留一般是先用適當的提取溶劑及提取方式從土壤樣品中將待測的農藥提取出來,再利用固相萃取技術進行凈化. 由于待測農藥的性質不同所使用的提取溶劑不同,因此從基質中帶來的雜質性質也不盡相同,所以要選擇適當的吸附劑實現待測殘留農藥的分離和凈化.分析極性較強的農藥,采用極性較強的提取溶劑如丙酮-水體系時可采用非極性吸附劑如C18等,這樣提取溶劑中水溶性強的雜質不會保留在吸附劑上,有利于樣品的凈化,如Ruiz 等利用V (水) ∶V (DMF) = 100∶2.5 為提取溶劑、C18為吸附劑,以乙酸乙酯為淋洗劑測定土壤中莠去津,呋喃丹,地亞農等農藥取得了較好的效果;而分析極性較弱的農藥,采用極性較弱的提取溶劑時,可以選擇極性吸附劑如Florisil 等,它不會對提取溶劑中的弱極性雜質產生保留,然后再選擇適當溶劑將待測殘留農藥淋洗下來進行測定,如Kim 等利用V(正己烷)∶V (二氧甲烷) = 7∶3 為提取溶劑、Florisil 為吸附劑測定土壤中α,β-HCH ,七氯等有機氯農藥食品有毒物質分析中的應用近兩年,國外有些學者已經開始將SPE 用于食品中一些毒素的提取和凈化,如食品中有機氯、有機磷農藥殘留量的測定,蔬菜水果中胺基甲酸酯類、擬除蟲菊酯類農藥的測定,Carmichael和Aase 等人分別用C18 提取了被細菌污染的牡蠣中的麻痹毒素和致腹瀉毒素,優化了這些毒素的標本提取步驟。Fiori 等人對于牛奶中非法添加的地塞米松等9 種皮質類固醇用SPE 法進行了提取,聯合LC- MS 進行測定,測定水平為20～100ng/g。Skog對過高溫度燒烤肉食中的致癌物質—雜環胺進行了提取,并用GC - MS 法對提取物進行測定,發現其濃度常可達10-9 水平。
有毒藥物分析中的應用
固相萃取技術在有毒藥物分析中的應用已不再只停留于血、尿等體液中的巴比妥類、卡馬西平、安非它明類、阿片類等藥物的提取和凈化, Hold 等人為研究毒品在毛發中的代謝機制,將人的毛發用酶消化后, 調pH 為5. 5 , 然后過固相柱,蒸發濃集后,聯合GC - MS 同時測定毛發中的可卡因、阿片以及它們的代謝物(咖啡因,愛康寧等) ,檢測限均可達到500pg/mg。
富集環境空氣中痕量有機化合物
環境空氣污染物中揮發性及半揮發性物質占90 % ,其余為顆粒狀污染物;顆粒狀污染物可用濾膜捕集,對揮發性和半揮發性一般用固相萃取(固體吸附) ,溶液吸收和低溫冷凝富集采樣。固相萃取富集環境空氣中有機物是將均勻粒度的固定相裝成小柱,在常溫或低溫下使空氣通過小柱,由于氣相(空氣) 與固定相之間對有機化合物的分配系數不同而將欲捕集的化合物保留在小柱上,空氣中正常組分如氮、氧等則通過小柱流出,達到富集有機化合物的目的。
固相萃取及其在臨床生化檢驗中的應用
隨著生化技術的發展,從復雜的生物樣品(血、尿、體液、糞便) 中提純并富集痕量物質是現代分析技術必不可少的步驟。通過樣品的預處理,去除生物樣品中與待測物不相關的其他物質,并富集其濃度在可測定的線性范圍內,這就要求預處理的特異性、重復性及回收率要高,而且不破壞待測物本身的性質和結構。以前常用離心、蒸餾、過濾、沉淀和真空冷凍、干燥等方法,但對復雜樣品中低濃度待測物來說,上述方法難以滿足要求。液-液萃取作為氣相色譜( gas chromatography ,GC) 和其他色譜的預處理,曾一度非常流行,但它費時、易乳化、雜質較多、需要樣品量大,并且需要一些有毒或有污染的有機溶劑,重現性和精密度較差,安全無毒的溶劑很少,且價格昂貴。為了彌補上述缺點,人們又發明了一較新的萃取方法———固相萃取(solid-phase ext raction ,SPE)，SPE 已廣泛應用于各行各業,包括生物樣品中各種內源性物質和外源性物質及其代謝產物的分離、純化;藥物分析中的安眠類藥物、抗組胺藥物、抗抑郁藥物、局麻藥物、興奮藥物等的檢測;法醫學中的毒物分析(安非他明、大麻類、有機磷、麻醉劑、氰化物等) 及環境監測中某些金屬離子的測定。