固相萃取與固相微萃取應(yīng)用之原理

1、固相萃取與固相微萃取應(yīng)用之原理固相萃取與固相微萃取應(yīng)用之原理一固相萃取固相萃?。⊿olidPhaseExtraction，SPE）是一種基于液固分離萃取的試樣預(yù)處理技術(shù)，由柱液相色譜技術(shù)發(fā)展而來。SPE技術(shù)自70年代后期問世以來，由于其高效、可靠及耗用溶劑量少等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境等許多領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。在國(guó)外已逐漸取代傳統(tǒng)的液液萃取而成為樣品預(yù)處理的可靠而有效的方法。SPE技術(shù)基于液相色譜的原理，可近似看作一個(gè)簡(jiǎn)單的色譜過程。吸附劑作為固定

2、相，而流動(dòng)相是萃取過程中的水樣。當(dāng)流動(dòng)相與固定相接觸時(shí)，其中的某些痕量物質(zhì)（目標(biāo)物）就保留在固定相中。這時(shí)用少量的選擇性溶劑洗脫，即可得到富集和純化的目標(biāo)物。固相萃取可分為在線萃取線萃取前者萃取與色譜分析同步完成；而后者萃取與色譜分析分步完成，兩者在原理上是一致的。一般固相萃取的操作步驟包括固相萃取柱（即吸附劑）的選擇、柱子預(yù)處理、上樣、淋洗、洗脫。在實(shí)驗(yàn)過程中需要具體考慮的因素如下：1）吸附劑的選擇a.傳統(tǒng)吸附劑在環(huán)境分析中最為常用的

3、反相吸附劑較適用于水樣中的非極性到中等極性的有機(jī)物的富集和純化。其中有代表性的鍵合硅膠C18和鍵合硅膠C8等。該類吸附劑主要通過目標(biāo)物的碳?xì)滏I同硅膠表面的官能團(tuán)產(chǎn)生非極性的范德華力或色散力來保留目標(biāo)物。正相吸附劑包括硅酸鎂、氨基、氰基、雙醇基鍵合硅膠及氧化鋁等，主要通過目標(biāo)物的極性官能團(tuán)與吸附劑表面的極性官能團(tuán)的極性相互作用（氫鍵作用等）來保留溶于非極性介質(zhì)的極性化合物。由于其特殊的作用原理，在環(huán)境分析中常用于與其它類型的吸附柱聯(lián)用，吸

4、附去除干擾物，實(shí)現(xiàn)樣品純化。離子交換吸附劑則主要包括強(qiáng)陽(yáng)離子和強(qiáng)陰離子交換樹脂，這些樹脂的骨架通常為苯乙烯二乙烯基苯共聚物，主要是通過目標(biāo)物的帶電荷基團(tuán)與鍵合硅膠上的帶電荷基團(tuán)相互靜電吸引實(shí)現(xiàn)吸附的。b.抗體鍵合吸附劑（ImmunosbentsIS）這類新型吸附劑充分利用了生物免疫抗原抗體之間的高靈敏性和高選擇性，尤其適應(yīng)于水中痕量有機(jī)物的富集與分離。其特點(diǎn)為，由于絕大多數(shù)有機(jī)污染物為低分子量物質(zhì)，不能在動(dòng)物體內(nèi)引發(fā)免疫反應(yīng)，所以需把待

5、定污染物鍵合到牛血清白蛋白的生物大分子載體上，使其具有免疫抗原活性，再注入純種動(dòng)物體內(nèi)（如兔或羊），產(chǎn)生抗體，經(jīng)雜交瘤技術(shù)制得相應(yīng)于該有機(jī)污染物的單克隆抗體。將抗體鍵合到反相吸附劑的硅膠表面或聚合物表面（如C18固定相），就制得了抗體鍵合吸附劑，可用于分離、富集特定污染物。研制開發(fā)能專門檢測(cè)各種優(yōu)先污染物的單克隆抗體或多克隆抗體已成為SPE技術(shù)的前沿研究領(lǐng)域。抗體鍵合吸附劑洗脫時(shí)一般可采用20%～80%的甲醇水溶液，該類吸附劑經(jīng)冷藏保存

6、可多次使用。進(jìn)行SPE操作時(shí)應(yīng)根據(jù)目標(biāo)物的性質(zhì)選擇適合的吸附劑。表11給除了常用的吸附劑類型及其相關(guān)的分離機(jī)理、洗脫劑性質(zhì)和待測(cè)組分的性質(zhì)。吸附劑的用量與目標(biāo)物性質(zhì)（極性、揮發(fā)性）及其在水樣中的濃度直接相關(guān)。通常，增加吸附劑用量可以增加對(duì)目標(biāo)物的保留，可通過繪制吸附曲線確定吸附劑用量。2）柱子預(yù)處理活化的目的是創(chuàng)造一個(gè)與樣品溶劑相容的環(huán)境并去除柱內(nèi)所以雜質(zhì)。通常需要兩種溶劑來完成任務(wù)，第一個(gè)溶劑（初溶劑）用于凈化固定相，另一個(gè)溶劑（終溶

7、劑）用于建立一個(gè)適合的固定相環(huán)境使樣品分析物得到適當(dāng)?shù)谋Ａ?。每一活化溶劑用量約為1～2譜、毛細(xì)管電泳的流動(dòng)相將吸附的組分從固定相中解吸下來，由色譜儀進(jìn)行分析。SPME萃取方式的選擇主要與待測(cè)物的揮發(fā)性、基質(zhì)和探針固定相涂層的性質(zhì)有關(guān)。SPME有三種不同的萃取方式：頂空萃取、空氣萃取和直接萃取。對(duì)揮發(fā)性特別強(qiáng)的樣品可采用頂空或空氣萃取，對(duì)于半揮發(fā)性和不揮發(fā)性樣品來說，應(yīng)采用直接萃取。影響SPME萃取效率的因素很多，主要是對(duì)干擾分析物吸附和

8、解析的因素進(jìn)行優(yōu)化。影響分析物吸附的主要參數(shù)有纖維表面固定相類型、萃取時(shí)間、離子強(qiáng)度、pH值、溫度、樣本體積和攪拌。對(duì)于SPMEGC，分析物解析與時(shí)間和溫度有關(guān)，而對(duì)于SPMEHPLC，分析物解析則主要與溶劑類型、體積和時(shí)間有關(guān)。在實(shí)驗(yàn)過程中萃取效果的影響因素主要有以下幾方面：1）纖維表面固定相類型選用固定相時(shí)一般應(yīng)從兩方面考慮：(i)分析物和固定相的極性相匹配，即應(yīng)當(dāng)綜合考慮分析組分在各相中的分配系數(shù)、極性與沸點(diǎn)，根據(jù)“相似者相溶”的

9、原則，選取最適合分析組分的固定相；(ii)靈敏度隨固定相厚度的增加而增加。2）萃取時(shí)間萃取時(shí)間是從石英纖維與試樣接觸到吸附平衡所需要的時(shí)間。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性良好，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)中保持萃取時(shí)間一定。影響萃取時(shí)間的因素很多，如分配系數(shù)、試樣的擴(kuò)散速度、試樣量、容器體積、試樣本身基質(zhì)、溫度等。在萃取初始階段，分析組分很容易富集到石英纖維固定相中，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，富集的速度越來越慢，接近平衡狀態(tài)時(shí)即使時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)富集也沒有意義了，因此在摸索實(shí)驗(yàn)方法

10、時(shí)必須做富集－時(shí)間曲線，從曲線上找出最佳萃取時(shí)間點(diǎn)，即曲線接近平緩的最短時(shí)間。一般萃取時(shí)間在15～180min。3）離子強(qiáng)度向液體試樣中加入少量氯化鈉、硫酸鈉等無機(jī)鹽可增強(qiáng)離子強(qiáng)度降低極性有機(jī)物在水中的溶解度即起到鹽析作用，使石英纖維固定相能吸附更多的分析組分。一般情況下可有效提高萃取效率，但并不一定適用于任何組分如BoydBol等在對(duì)22種含氮?dú)⑾x劑檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)使用多數(shù)組分在加入氯化鈉后會(huì)明顯提高萃取效果，但對(duì)惡草靈、乙氧氟甲草醚等農(nóng)藥

11、無效；Fisher等在分析酒中污染物時(shí)加入無機(jī)鹽的比不加的分析結(jié)果高25%。加入無機(jī)鹽的量需要根據(jù)具體試樣和分析組分來定。4）pH改變pH值同使用無機(jī)鹽一樣能改變分析組分與試樣介質(zhì)、固定相之間的分配系數(shù)對(duì)于改善試樣中分析成分的吸附是有益的。由于固定相屬于非離子型聚合物，故對(duì)于吸附中性形式的分析物更有效。調(diào)節(jié)液體試樣的pH值可防止分析組分離子化，提高被固定相吸附的能力。對(duì)于酸性化合物，萃取效率隨pH值降低而提高，在低pH值，酸性化合物的酸

12、堿平衡移向中性化和物，更有利于分析物被固定相吸附。相反，對(duì)于堿性化合物則是隨pH值降低，化合物離子化，萃取效率隨之減小。在實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，pH值在4～11間改變，對(duì)三嗪、硝基苯胺、取代尿嘧啶、硫代氨基甲酸酯、氯代乙酰胺、聯(lián)苯醚、氨基化合物和含氧二唑類除草劑萃取效率無影響。然而在pH2時(shí)，聯(lián)苯醚和二硝基苯胺的萃取效率提高。5）溫度分析物進(jìn)入固定相的平衡時(shí)間與萃取溫度有關(guān)，因而需要選擇適當(dāng)?shù)妮腿囟却偈乖诤侠淼臅r(shí)間范圍內(nèi)獲得滿意的靈敏度。對(duì)