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固相萃取柱（SPE）

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2022/11/23
化工大学师生队伍

其他色谱仪综合讨论

固相萃取柱（SPE）

姓名：马啸

目录

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第一章固相萃取柱基本概述

第1.1节固相萃取柱（SPE）基本介绍

固相萃取法是利用选择性吸附与选择性洗脱的液相色谱法分离原理，使液体样品通过吸附剂保留其中某一或某些组分，再选用适当溶剂冲去杂质，然后用少量溶剂迅速洗脱，从而达到快速分离、净化与浓缩的目的。

“保留”是一种存在于吸附剂和分离物分子之间吸引的现象，在成当样品溶液通过吸附剂床时分离物在吸附剂上不移动。“洗脱”是一种保留在吸附剂上的分离物从吸附剂上去除的过程，这要通过加入一种对分离物的吸引比吸附剂更强的容积来完成。

图1-1 常见的一些固相萃取柱

一般的SPE柱由三部分组成：柱管、烧结垫、固定相。其中柱管由血清级的聚丙烯制成，一般做成注射器的形状；烧结垫除了能固定固定相之外还能起到一定的过滤的作用；固定相则是SPE柱中最重要的部分，起到分离的效果。现在SPE柱的形式有柱形式和膜片型。膜片型SPE材料是以聚四氟乙烯纤维薄膜为骨架，纤维之间载有很小的色谱吸附剂颗粒（直径约为12 μm）。

图1-2 SPE柱的构成

图1-3 膜片型固相萃取柱

第1.2节固相萃取柱（SPE）基本原理

SPE技术给予液相色谱的原理，可以近似看作成一个简单的色谱过程。SPE法是根据被萃取组分与样品基质以及其他成分在固定相填料上作用力强弱的不同而是他们彼此分离。

固相萃取装置之所以能够将目标化合物从样品的基质中分离出来，主要靠故乡吸附剂上的官能团与目标化合物的官能团之间的作用力将目标化合物保留在故乡吸附剂上，而没有保留的样品基质则通过固相萃取装置。其中作用力包括非极性作用力、极性作用力、离子作用力和共价作用力等等。

较常用的方法有正相萃取、反向萃取、离子交换萃取。正相萃取是使液体样品溶液通过吸附剂，保留其中被测物质，再选用适当强度溶剂冲去杂质，然后用少量溶剂迅速洗脱被测物质或加热解附，二者间作用力包括偶极对、氢键、电子对。。反相固相萃取是利用固定相上非极性的吸附剂，将有机溶质从极性相中分离出来，非极性物质间作用力为范德华引力，吸附剂对溶质的亲和力主要靠其疏水性。离子交换型固相萃取是以离子间高能量的相互作用而达到分离的目的。强极性的溶质可以从极性强的水或其他溶剂中分离出来，强离子交换树脂的交换容量不受pH值影响，弱离子交换树脂则依赖pH值的变化。

第1.3节固相萃取柱（SPE）基本操作

首先，对SPE柱进行预处理，在萃取实验之前向萃取柱中加入足量的溶剂，其目的为：（1）除去填料中可能存在的杂质，（2）使填料溶剂化，提高固相萃取的重现性；第二，进行样品的添加；第三，继续加入溶剂对柱中存在的干扰物进行进一步的洗出；第四，对分析物进行洗脱和收集。

图1-4 SPE基本操作示意

第1.4节萃取条件的选择

对于萃取条件的选择可以分为固定相的选择和溶剂的选择。

固定相的选择原则有：（1）凡是极性基体中含有待分析脂溶性化合物都可以用反相柱处理；（2）对于含有极性基团的脂溶性化合物，可用极性的键合固相柱处理；（3）对于含有可电离的离子基团的有机物，如果碳键很长或碳数很多，可直接用反相固定相处理；如果在反相柱中保留很小，则可采用反相离子对萃取；对于含有多种离子基团的有机物，则用离子交换固定相；（4）如果样品组分中同时含有离子型化合物和中性分子，可采用离子对SPE萃取，当然也可以分别处理；（5）非极性基体中的极性化合物，要用正相固定相萃取，其中基体也可以是弱于所萃取物的弱极性溶液；（6）对于离子性的化合物，象无机离子等，包括反相离子对SPE不能解决的，就要采用离子交换固定相。

对于溶剂的选择原则是根据萃取的不同步骤的要求来决定的：在预处理阶段初溶剂应与洗脱溶剂一样强或强于洗脱溶剂，终溶剂应该与样品溶剂性质相似；在加样阶段溶解样品的剂必须较弱；在淋洗阶段淋洗溶剂要略强于或等上样，但不淋洗溶剂要略强于或等上样，但不能强到可以洗脱任何一个分析组的程度；在洗脱阶段选择的溶剂不能太强。

第二章商品化固相萃取柱分类

现阶段商品化固相萃取柱主要根据其固定相的填料不同来进行分类，主要有：硅胶基质SPE柱、无机基质SPE柱、聚合物基质SPE柱以及其他专用SPE柱。

第2.1节硅胶基质SPE柱

硅胶基质SPE柱采用单分散球形硅胶填料，通过键合不同基团从而实现正相、反相和离子交换等种类SPE柱，是经典的固相萃取选择。

SPE柱的硅胶上可键合的基团分为：极性官能团、非极性/弱极性官能团、可发生离子交换集团。其中极性官能团包括氰丙基、氨丙基、二醇基等；非极性/弱极性官能团有：苯基、C₁₈、C₈、C₄、C₂等；可发生离子交换集团有：磺酸基、三甲基氨基等。

常见的硅胶基质SPE柱有Supelclean^TM ENVI-18 SPE小柱、Sep-Park C8 SPE小柱等。

第2.2节无机基质SPE柱

无机基质固相萃取材料主要是无机氧化物和石墨烯类无机物。这些无机材料的共同特点是表面具有活性羟基，可以用于正相萃取。

常见的无机基质有：氧化铝、硅胶、硅酸镁、石墨化碳黑等。其中氧化铝基质在不同的 pH 条件下有不同的吸附活性：当 pH<5 时其更容易保留富电子物质或发生阴离子交换；当 pH>8.5 时其更容易保留显正价的物质或发生阳离子交换；当基质显中性时可作为强极性吸附剂。

常见的无机基质SPE柱有迪马科技 ProElut AL-A 氧化铝小柱、岛津SHIMSEN Styra AL-B碱性氧化铝小柱、纳谱分析 SelectCore Alumina N 氧化铝小柱、岛津SHIMSEN Styra GAC活性炭小柱石墨化碳黑小柱、Supelclean^TM LC-Si 正相硅胶固相萃取小柱等。

第2.3节聚合物基质SPE柱

聚合物基质SPE的填料是在聚苯乙烯/二乙烯基苯聚合物基质上键合不同的官能团得到。与键合硅胶填料比较，聚合物填料的耐酸碱性要好很多。

聚合物基质SPE柱可分为HLB、MCX、MAX、WCX、WAX等。

2.3.1 HLB聚合物基质小柱

疏水性的二乙烯基苯结构保留非极性化合物，亲水性的N-乙烯基吡咯烷酮结构保留极性化合物。该填料具有良好的水润湿性，可通过水相调节亲水-亲脂平衡，从而获得理想的选择性

图3-1 HLB固定相结构示意图

2.3.2 MCX聚合物基质小柱

MCX是将磺酸基键合在高度交联的PS/DVB表面得到的混合型强阳离子交换吸附剂，具有反相和阳离子交换双重保留性能，对碱性化合物有良好的保留能力。

图3-2 MCX固定相结构示意图

2.3.3 MAX聚合物基质小柱

MAX是将季铵基键合到高度交联的PS/DVB表面得到的混合型强阴离子交换吸附剂，具有强阴离子交换和反相保留作用，适合酸性化合物的萃取。

图3-3 MAX固定相结构示意图

2.3.4 WCX聚合物基质小柱

WCX是以大孔PS/DVB为基质，经羧基修饰的混合型弱阳离子吸附剂，其苯环具有较强的疏水相互作用，羧基提供了弱阳离子交换能力。

图3-4 WCX固定相结构示意图

2.3.5 WAX聚合物基质小柱

WAX是以大孔PS/DVB为基质，经三级胺基修饰的混合型弱阴离子交换吸附剂，其苯环具有较强的疏水相互作用，三级胺基提供了弱阴离子交换能力。

图3-5 WAX固定相结构示意图

第2.4节专用SPE柱

专用小柱多出现于各类免疫亲和小柱、多功能净化柱等中，其主要作用是对目标物质进行特异性结合或仅对目标物质不吸附。

常见的免疫亲和小柱有河豚毒素免疫亲和柱、黄曲霉毒素 M1免疫亲和柱、中检维康CNtest 呕吐毒素免疫亲和柱等。

常见的多功能净化柱有岛津SHIMSEN Styra AFTQ黄曲霉毒素净化柱、真菌毒素多功能净化柱(AFT ZEN DON)、展青霉素分子印迹亲和柱。

该文章的参考主要来源于课程和如下方式。

SPE固相萃取小柱报价_SPE固相萃取小柱厂家_供应_仪器信息网 [EB/OL]. https://www.instrument.com.cn/consumable/hc/m-19.html

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