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主题：【原创】固相萃取技术知识，不断更新中

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Eda
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发表于：2011/12/15 11:32:08 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
  普及小知识的时间到了，会定期更新一些固相萃取技术的小知识，看看对大家有没有帮助。闲话不说，现在开始入正题

 
                                                                  固相萃取技术简介


1 固相萃取原理

    固相萃取（Solid Phase Extraction，简称SPE），也称固相提取，是一项结合了选择性保留、选择性洗脱等过程的分离技术。当复杂的样品溶液通过吸附剂（Sorbent）时，吸附剂会通过极性相互作用、非极性相互作用或离子交换等作用力选择性地保留目标化合物（AimedCompound）和少量与目标化合物性质相近的干扰物，其他组分则透过吸附剂流出小柱，然后用另一种洗脱能力较强的溶剂体系选择性地把目标物洗脱下来，从而实现对复杂样品的分离、纯化和富集。

    固相萃取的作用机制与液相色谱是相同的，然而由于前者对溶剂体系进行了特殊选择，使得两者在分离效果上出现了一些差异。在液相色谱中，通常会选用一种溶剂体系使所有组分在一次操作的不同时间分别被洗脱下来。在固相萃取中，当样品溶液加入萃取柱，由于吸附剂与目标化合物之间的作用力较强，初始的溶剂体系（亦即样品溶剂）以及后面的淋洗溶剂（Washing Solvent）均无法将目标化合物洗脱，使目标化合物保留在吸附剂上，这相当于液相色谱中的“无限保留” ；最后将一种对目标化合物溶解性较强的溶剂体系加入柱中，该溶剂体系与目标化合物的作用力强于吸附剂，使目标化合物立刻被洗脱下来。
 

    在固相萃取过程中，“保留”（Retention）和“洗脱”（Elution）均受目标化合物、吸附剂和溶剂环境三种因素的影响，对于给定的目标化合物，选择合适的吸附剂、样品溶剂以及洗脱溶剂是实现成功分离的关键。

2 固相萃取的作用

    在生产和生活中，人们会有目的的分析复杂样品中的某种或某些样品，这是一个比较综合的过程，可能会涉及到以下步骤：

A 提取： 如何将目标化合物从样品中提取出来？

B 纯化： 如何去除对目标化合物有干扰的杂质？

C 分析鉴定：如何对目标化合物进行量化？

    对于固体样品或半固体样品，固相萃取技术主要应用于B 步骤对样品进行净化；对于液体样品（尤其是含水样品），固相萃取技术将能够在A 步骤和B 步骤发挥作用。具体来说，固相萃取技术具有以下三个方面的作用：

a 富集：痕量分析或制备时，对目标化合物进行富集是必要的过程。比如，分析水中的PAHs，可以将1000 mL 水样加入SPE 柱，PAHs 保留在柱中，然后用少量溶剂（比如2mL）洗脱，这样PAHs 就被浓缩了500 倍，这意味着在相同的检测条件下，分析物的方法检测限仅为处理前的1/500。

b 净化：在仪器分析之前除去干扰物，这一方面避免了干扰物对目标化合物的干扰，提

高了分析灵敏度，另一方面也避免了干扰物对仪器的损害；

c 转换溶剂：一些分析仪器对样品溶液的溶剂有特殊的要求，可以通过SPE 柱进行转换。比如，采用GC 法分析水中的半挥发性污染物时，如果采用直接进样，水分会影响分离并损害气相色谱柱，因而需要转换溶剂。将水样加入反相萃取柱，目标化合物保留在柱中与水分离，然后用对目标物溶解性强并且易挥发的有机溶剂洗脱，干燥并浓缩后即可分析。




4 固相萃取技术常见术语

目标化合物（Aimed Compounds）：想要从复杂的样品基质中分离出来的化合物；

基质（Matrix）：目标化合物所处的样品环境，基质中通常含有大量干扰物；

干扰物（Interferential Compounds）：影响目标化合物分析或能够对分析仪器造成损害的化合物，通常是对基质中除目标化合物以外所有化合物的统称；

吸附剂（Sorbent）：固相萃取柱中的填充物，能够从样品溶液中选择性地萃取某些化合物；

吸附容量（Capacity）：在特定条件下，一定质量吸附剂能够保留的化合物（包括目标化合物和部分干扰物）的总质量；

选择性（Selectivity）：吸附剂区别对待目标化合物和所有其它样品组分的能力，也就是保留目标化合物而排除其他组分的能力，高的选择性可以获得更佳的净化效果；

pH ：溶液中质子（H+）浓度的负对数，该值越小表明溶液中质子的浓度越大；

pK a ：酸性化合物解离常数（K a）的负对数，该值越小酸性化合物的解离性越强，当样品溶液的pH 值与pK a 相等时，未解离态化合物与解离态化合物浓度相等；分析人员也常用pK a 表示碱性化合物的解离性，但此时的pK a 值表示的是碱性化合物共轭酸的解离常数的负对数，该值越大表明碱性化合物结合质子的能力越强，碱性也越强；


相互作用（Interaction）：在特定的化学环境中，两种化学物质之间（比如目标化合物与吸附剂之间、目标化合物与溶剂分子之间）发生的吸引或排斥等作用力；

非极性相互作用（Non-Polar Interaction）：目标化合物上的非极性官能团与非极性吸附剂之间的作用力，这种作用力在极性溶剂环境尤其是水环境中才能较好体现，因而也称疏水相互作用，比如水环境中，邻苯二甲酸酯类化合物与C18 之间的作用力；

极性相互作用（Polar Interaction）：目标化合物上的极性官能团与吸附剂上的极性官能团之间的作用力，这种作用力在弱极性或非极性溶剂环境下才能较好的体现；

离子相互作用（Ion Interaction）：离子型目标化合物上的离子官能团与吸附剂上带有相反电荷的官能团之间的库伦力；

次级相互作用（Secondary Interaction）：对于反相硅胶键合吸附剂，颗粒表面残余的硅羟基会与极性化合物发生极性相互作用，并且部分硅羟基解离后会与碱性化合物发生离子相互作用，相对于非极性相互作用这些作用力处于次要地位，因而被称为次级相互作用。次级相互作用是反相硅胶吸附剂所不期望的，通常可以通过封端技术（Endcaping）加以消除；

活化（Activation）：也称溶剂化，加入合适的溶剂使吸附剂上的官能团展开，并除去吸附剂上可能存在的干扰物，对于反相吸附剂常常用中等极性溶剂（比如甲醇），正相吸附剂常常用弱极性或非极性溶剂（比如己烷）；

平衡（Equilibrium）：除去活化溶剂为上样创造适宜的溶剂环境，所用溶剂通常与样品溶液的溶剂一致；对于离子交换柱，如果样品是碱性化合物平衡液中往往需要加入酸，如果样品为酸性化合物平衡液中往往需要加入碱；

保留（Retention）：当样品溶液通过吸附剂，吸附剂与某些化合物的作用力超过后者与溶剂的作用力时，这些化合物就会被吸附剂固定，该过程称为保留；

淋洗（Washing）：上样后，部分干扰物与目标化合物同时被保留，需要加入合适的溶

液以最大可能地除去干扰物而不影响目标化合物的保留，通常情况下用上样时的样品溶剂淋

洗不会影响回收率，但洗脱强度较大的溶剂能最大程度地去除干扰物，选择淋洗液时需要在

回收率和净化效果间找到平衡点；

洗脱（Elution）：让洗脱能力较强的溶剂通过吸附剂，打断吸附剂与被保留的化合物之间的作用力，使这些化合物随溶剂从吸附剂中流出；通常情况下，能刚好洗脱目标化合物的洗脱溶剂是最佳选择，此时洗掉的干扰物最少，选择洗脱液时也需要在回收率和净化效果间找到平衡点；

穿透（Breakthrough）：吸附剂的保留能力较弱或化合物的质量超过吸附剂容量时，在

上样过程部分或全部目标化合物未被保留即流出小柱的现象；该现象属于操作事故，应避免发生。
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Eda
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2011/12/15 11:53:43 沙发 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
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yuduoling
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2011/12/15 13:10:42 板凳 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
积分商城有一本书,大概就是固相萃取技术
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sunjun0620
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2011/12/15 13:21:05 马扎 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
希望楼主继续分享前处理的知识。
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2011/12/15 13:24:06 Last edit by diamonsil-girl
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2011/12/15 13:22:01 地毯 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
原文由 yuduoling(yuduoling) 发表:
积分商城有一本书,大概就是固相萃取技术

这个资料是我们迪马自己总结的，贴出来跟大家分享分享
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Eda
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2011/12/15 13:24:53 地板 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
原文由 sunjun0620(sunjun0620) 发表:
希望楼主继续分享前处理的知识。

没问题，我会继续更新的。
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xiaowang268
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2011/12/15 14:06:06 6楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
详细、逼真、不错
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Eda
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2011/12/16 9:31:34 8楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
                      固相萃取过程中涉及的作用力

    在固相萃取过程中，化合物在吸附剂上的保留和洗脱受吸附剂- 化合物和溶剂- 化合物间的作用力控制，当吸附剂对化合物的作用力强于溶剂时，化合物被吸附剂保留，反之则被洗脱。掌握吸附剂、化合物以及溶剂间的作用力对建立和优化固相萃取方法具有重要的指导意义，因而该部分将是固相萃取技术资料的核心部分。

    固相萃取过程中涉及的相互作用可分为以下四类：非极性(Non-polar)，极性(Polar)，离子交换(Ion Exchange) 和共价键(Covalent)。每种吸附剂与目标化合物间均存在一种以上的相互作用。

1 非极性相互作用(Non-polar Interaction)

    非极性相互作用是指发生在( 吸附剂上) 烃基和( 目标化合物上) 烃基之间的作用力，这类基团呈现非极性或弱极性，它们之间仅存在一种名为“色散力” 的作用力( 属于Van DerWaals 力的一种)。由于绝大多数有机化合物分子均含有或多或少的非极性基团，非极性相互作用会使这些化合物保留在含有非极性官能团的吸附剂上。

    未键合的硅胶不显示非极性相互作用，但硅胶基质键合链状官能团后得到的吸附剂会表现出一定程度的非极性，使得硅胶键合相具有非极性相互作用。C18( 硅胶键合十八烷基，封端) 是真正的非极性吸附剂，它和目标化合物之间仅存在非极性相互作用；C8( 硅胶键合辛基)和PH( 硅胶键合苯基) 的非极性弱于C18，但非极性相互作用仍是这些吸附剂的主要作用力，它们与目标化合物间的其他作用力可以被忽略。C2( 硅胶键合乙基) 和CN( 硅胶键合氰丙基)的碳链更短，同时具备非极性相互作用和极性相互作用，但非极性相互作用仍占优势。键合有极性基团和离子基团的吸附剂(NH2、PSA、SCX、SAX 等) 具有较强的极性，它们与目标化合物间的非极性相互作用显得微不足道。

    对于聚合物基质的吸附剂，比如ProElut PLS、 PXC、PXA、PWC、PWA 等以聚苯乙烯/二乙烯基苯共聚物为基质的吸附剂，吸附剂中的苯基和乙烯基为非极性基团，非极性相互作用是这些吸附剂与目标化合物间重要的作用力。ProElut PXC、PXA、PWC、PWA 等与离子型化合物间还存在较强的离子交换作用，是另一重要作用力。

    吸附剂与目标化合物间作用力的强弱还受溶剂环境的影响。一般情况下，强极性溶剂环境可以促进非极性吸附剂和目标化合物之间的非极性相互作用，并且在极性环境下，即使目标化合物含有极性基团，其非极性部分与非极性吸附剂之间也将发生非极性相互作用。因而使用非极性和弱极性吸附剂时，最好的样品溶剂是纯水，因为纯水可以增加非极性相互作用，促进目标化合物保留。另一方面，极性较弱的有机溶剂对目标化合物具有一定的溶解性，能够破坏目标化合物和吸附剂之间非极性相互作用，比如甲醇这样的极性溶剂就具有足够的非极性以打断许多弱极性化合物与非极性吸附剂之间的非极性相互作用，将化合物从吸附剂上洗脱下来。对于极性更弱的目标化合物，就需要乙酸乙酯、甲基叔丁基醚甚至正己烷这样的弱或非极性溶剂进行洗脱。

    一般来说，非极性萃取法比极性或离子交换萃取法选择性小，尤其是当目标化合物结构与样品基质组分相似的时候，但非极性相互作用用于分离结构具有差异的一组化合物时则很有效。


    总之，通过非极性相互作用保留目标化合物时( 亦即使用反相固相萃取柱时)，极性溶剂( 尤其是纯水) 能够增强这类分离物的保留，可以选作上样时的样品溶剂和淋洗溶剂；弱极性的溶剂或混合溶剂能够破坏目标化合物与吸附剂间的非极性相互作用，将目标化合物从非极性吸附剂上洗脱下来。
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2011/12/16 9:33:05 Last edit by diamonsil-girl
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2011/12/28 10:52:11 10楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
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Eda
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2011/12/28 11:06:54 11楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
2 极性相互作用(Polar Interaction)

多种吸附剂与目标化合物官能团之间存在极性相互作用。极性相互作用包括氢键(Hydrogen Bond)，偶极距(Dipole/Dipole)，诱导偶极距(Induced Dipole/Dipole)，π-π(Pi-Pi)和其它多种相互作用力。极性基团上往往是一些电负性差异较大的原子，电子云在这些原子间具有不同的密度，使官能团带有极性，这一性质进而使具有极性官能团的目标化合物分子与吸附剂上的极性官能团发生相互作用。典型的极性互相作用基团包括羟基、胺基，羰基、巯基、双键以及带有杂原子( 如氧、氮、氟、硫和磷) 的基团。

由于硅胶基质( 尤其是游离的硅羟基) 具有较强的极性，极性相互作用广泛存在于硅胶键

合吸附剂中，在非极性溶剂中，硅胶键合吸附剂的次级极性相互作用尤为显著，含胺基和羟基对次级相互作用极为敏感。键合了非极性基团的非极性吸附剂(C18、C8、PH、CH 等) 通常被用来保留非极性和弱极性化合物，其硅胶基质表面残余的硅羟基经过了封端处理，并且通常在极性溶剂环境下操作，因而次级相互作用在这些硅胶键合吸附剂中非常微弱；在极性硅胶键合吸附剂(Silica、NH2、PSA) 和离子交换硅胶键合吸附剂(SCX、SAX) 中极性相互作用是被期望的，所以无须进行封端处理以抑制次级相互作用。

氢键是最主要极性相互作用力之一。氢键产生的条件为：电负性原子X( 氟、氯、氧、氮等)共价结合的氢原子与另一电负性原子Y( 氟、氯、氧、氮等) 接近，在X 与Y 之间以氢为媒介，生成X-H…Y 形式的键。羟基或氨基是最主要氢键给予体，能与氢键给予体相互吸引的官能

团( 亦即氢键受体) 是那些包含氧、氮或硫原子的基团。

非极性溶剂能促进极性分离物在极性吸附剂上的保留，这是因为非极性溶剂分子无法轻易破坏吸附剂和目标化合物之间的极性相互作用。反之，极性溶剂就能有效地破坏这种极性相互作用，这是因为极性目标化合物易溶于极性溶剂中，并且极性溶剂能更有效地与目标化合物竞争吸附剂上的吸附位点。

高离子浓度同样能够破坏极性相互作用，极性目标化合物经常通过与硅胶基体的次级相互作用保留在非极性吸附剂上，但是这种保留被高离子浓度抑制。如果次级相互作用是需要的，可以让Tris 缓冲液通过吸附剂，使该作用力得到加强。

总之，通过极性相互作用保留目标化合物时，非极性溶剂( 尤其是正己烷) 能够增强这类

分离物的保留，可以选作上样时的样品溶剂和淋洗溶剂；极性和高离子强度的溶剂能够破坏目标化合物与吸附剂间的极性相互作用，将分离物从极性吸附剂上洗脱下来。极性的次级相互作用是胺基或羟基类目标化合物从非极性溶剂萃取进入极性吸附剂的重要因素。

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2011/12/28 11:15:17 Last edit by diamonsil-girl
xhongbwl
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2011/12/28 15:31:15 12楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
这个好，受教了
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