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SPE固相萃取技术(固相萃取仪器装置)(一)

发布时间:2021-06-23   点击次数:157次

固相萃取(Solid Phase Extraction,简称SPE)技术,发展于上世纪70年代,由于其具有高效、可靠、消耗试剂少等优点,在许多领域取代了传统的液-液萃取而成为样品前处理的有效手段。
一些传统的介绍SPE的书籍将其归于一个液相色谱的原理,这其实是引起使用不当的主要源由之一。把SPE小柱看作一根液相色谱柱,不如把它看成单纯的萃取剂更合适,因为:液相色谱的重点在于分离,而SPE的重点在于萃取。固相萃取技术在样品处理中的作用分两种:一是净化,二是富集,这两种作用可能同时存在。
固体萃取和液-液萃取相比,其长处在于方便和消耗试剂少,短处在于批次间的重复性难以保证。出现这种情况的原因在于:液体试剂的重复性好,只要其纯度可靠,不同年代的产品的物理化学性质都是可靠的。而固体萃取剂就算保证了纯度外,还存在着颗粒度的差异,外形的差异等液体试剂不存在的且难以衡量的因素,不同年代不同批号的萃取性质可能会有较大的区别。
从理论上和厂家宣传来看,固相萃取应该在色谱分析的前处理上得到很好的应用:有机溶剂用得很少,可批量处理样品,既可富集,又能除杂质,给人印象是前处理的革命性进步。然而现实情况,起码在国内,虽然推广了多年,实际应用还是相当有限。
SPE应用得不广,与我们的使用方式和期望有关,也与它本身的局限有关。对于供应商来说,从经济利益出发,向来都是忽略固相萃取的局限与不足。固相萃取可以作为前处理手段的一个很好补充,但是在使用时,yi定要清醒知道到它的优点和缺点,注意因地制宜,扬长避短。
固相萃取理论
反相固相萃取
反相分离包括一个性或中等性的样品基质(流动相)和一个非性的固定相。分析物通常是中等性到非性。几种SPE材料属于反相类,如烷基,或芳香基键合的硅胶(LC-18,ENVI-18,LC-8,ENVI-8,LC-4,和LC-Ph)。在这里,纯硅胶(一般孔径为60—40mm大小的颗粒)表面的亲水性硅醇基通过硅烷化学反应,被含有疏水性的烷基或芳香基取代了。
由于分析物中的碳氢键同硅胶表面官能团的吸附作用,使得性溶液(例如,水)中的有机分析物能保留在这些SPE物质上。这种非性-非性吸附力通常称为范德华力或色散力。为了从反相SPE管或片上洗脱被吸附的化合物,一般采用非性溶剂去破坏这种化合物被吸附到填充物质上的力。LC-18和LC-8是标准的单键合硅胶,而ENVI-18和ENVI-8则属于聚合键合类填料,具有很高的硅表面覆盖率和较高的碳含量。这类聚合键合类填料具有更强的抗酸碱性,因而更适合于环境应用,如从酸化的液体样品中富集有机化合物。所有使用过的键合硅胶相都有yi定数量的未反应硅醇基,它将成为二级相互作用之源。在萃取或保留强性分析物或污染物时,这种二级相互作用是有用的,但是对分析物的吸附也可能是不可逆。
以下物质也用于反相条件:ENVI-Carb(碳),ENVI-Chrom P(聚合类)和Hisep(聚合涂层的键合硅胶)。含碳的吸附物质,如ENVI-Carb材料,是由石墨和无孔碳组成,它对性和非性样品中的性和非性有机化合物有较高的吸附能力。该碳表面是正六圆环的原子结构,每个碳原子在石墨层上相互联接。这种正六圆环结构对某些分子有很强的选择性,比如平面型芳香化合物或类正六圆环分子和可形成许多表面触点的烃链分子。分析物的保留取决于其结构(形状和大小),而不是其上官能团与吸附剂表面的相互作用。洗脱时,使用中等性到非性溶剂。与烷基键合硅胶相比,尤其是在键合硅胶不灵时,ENVI-Carb显示出特有的结构和选择性优势。
聚合类吸附物质,如ENVI-Chrom P是苯乙烯-二乙烯基苯物质,用之保留一些含有亲水性官能团的疏水性化合物,尤其是芳香型化合物。有时在反相条件下,苯酚很难保留在C18键合硅胶上,这主要是因为它在水中的溶解度大于有机相。而ENVI-ChromP在反相条件下可很好地保留苯酚。洗脱时,使用中等性到非性溶剂,这是因为,聚合类填料对所有的溶剂都是很稳定的。
Hisep是一个疏水基(类似C18)键合硅胶涂上一层亲水聚合物,常用于反相条件,这种有孔的聚合物能阻止不需要的大分子被吸附到硅胶表面。聚合物的孔径大小只充许所分析的疏水性有机小分子化合物(如药物)接近硅胶表面,而不需要的大分子(如蛋白质)则被聚合物层隔离在外,没有机会接近硅胶表面,并被冲洗出固相萃取管。Hisep固相萃取过程类似于LC-18固相萃取过程。
正相固相萃取
正相固相萃取包括了一个性分析物质、中等性到非性的物质(如丙酮,卤化溶剂和正己烷)和二个性固定相。性官能团键合硅胶(如LC-CN,LC-NH2和LC-Diol)和性吸附物质(如LC-Si,LC-Florisil,ENVL-Florisil和LC-Alumina)常用于正相条件。在正相条件下,分析物如何保留取决于分析物的性官能团与吸附剂表面的性官能团之间的相互作用,具体包括氢键、相互作用、偶一偶相互作用和偶-诱导偶相互作用及其它。因此,由以上几种机理所吸附的分析物,应用比样品本身更性的溶剂去破坏其相互作用,这样分析物才随之而洗脱。
键合硅胶LC-CN、LC-NH2和LC-Diol,有一个带有性官能团的较短烷基链键合在硅胶表面上。因为性官能团的存在,这种硅胶相对于反相硅胶更具有亲水性。常用的正相硅胶,它能从非性的样品中吸附性化合物。这种固相萃取管已用于吸附和选择性洗脱结构很类似的化合物(如异构体)、复杂的混合物或者象药物和脂类化合物。为了利用它这种疏水性,它也可用于反相条件(如水溶液样品)。
LC-Si填料是一种没有衍生的硅胶,一般用来作所有键合硅胶的基体。这种硅胶亲水,保持干燥,这就要求所分析的样品必需无水。硅胶用于从非性物质中吸附化合物官能团的都是表面自由羟基。LC—Si从非性物质中吸附性化合物,然后用一种性更强的有机溶剂洗脱。多数情况下,LC-Si是作为一种吸附剂,当硅胶基体用于有机萃取时,分析物不停留在硅胶上,而不要的化合物则被吸附在硅胶上,随之扔掉。这种过程称为样品前处理。
LC-Florisil和ENVI-Florisil固相萃取是一个镁化硅胶,通常用在样品的有机萃取,用其进行有机样品的前处理。它是一种强性物质,可以有效地从非性物质中吸附性化合物。ENVI-Florisil固相萃取是由聚四氟乙稀或者不锈钢滤片制作。这种对环境过程重要的结构祥述在美国环境保护组织的方法中。ENVI-Florisil己用气相色谱分析法测定其背境较小。
LC-Alumina固相萃取用于吸附和样品前处理的过程,Al2O3材料可为酸性(Al2O3-A, pH约为5)、碱性(Al2O3-B, pH约为8.5)或者中性(Al2O3-N pH,约为6.5)。Al2O3的活性水平随水加入的多少,从1级到5级而变化,装管时,Al2O3可在装管前预处理或者装管后再处理。
离子变换固相萃取
离子交换固相萃取适用于带有电荷的化合物(一般为水溶液,也有有机溶液)。阴离子(负电荷)化合物可用LC-SAX或LC-NH2键合硅胶管进行分离;阳离子(正电荷)化合物可用LC-SCX或LC-WCX键合硅胶管进行分离。基本原理是静电吸引,也就是化合物上的带电电荷基团与键合硅胶上的带电电荷基团之间的吸引。为了从水溶液中将化合物吸引到离子交换树脂上,样品的pH值yi定要保证其分离物的官能团和键合硅胶上的官能团均带电荷。如果某种离子带有与分析物一样的电荷,它将会干扰分析物的吸附。当然这种情况也可能是罕见的。洗脱溶液一般是其pH值能中和分离物官能团上所带电荷,或者中和键合硅胶上官能团所带电荷。当官能团上的电荷被中和,静电吸引也就结束,分析物则随之洗脱。另外,洗脱溶液也可能是一种其离子强度很大或含有另一种离子能取代被吸附的化合物,这样被吸附的化合物也随之而洗脱。
阴离子交换
LC-SAX是一种脂肪族季铵类盐键合在硅胶上的物质,季铵盐是一种很强的碱,带有一个正电荷,能交换或吸附溶液中的阴离子,称之为阴离子交换(SAX)。季铵盐的pH值很高(>14),在水溶液中,所有的pH条件下,都能带上电荷。这样LC-SAX可分离很强的阴离子化合物(很低的pH值,<1)或弱阴离子化合物(中等的pH值,>2),只要样品在其pH条件下,分析物带有电荷即可。对于阴离子分析物(酸性),为使之带上电荷,其pH值必需大2个单位。大多数情况下,被分析物是强酸性的或弱酸性的。

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