固相萃取技术及其在环境监测中的应用研究

张样盛

摘要：从萃取柱的选择、活化和平衡、上样、淋洗、洗脱等方面介绍了固相萃取填料的选择、萃取的操作技术，探讨了其在环境监测中的应用，以期为有机物分析工作者应用固相萃取技术提供参考。

关键词：固相萃取；填料；操作技术；环境监测

中图分类号：X703

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）18013304

1引言

随着科学技术的快速发展，仪器分析已成为检验检测机构十分普及的分析方法，在分析有机物时，由于样品的复杂性，其前处理十分繁琐。据统计，有机物样品前处理所花费的时间占整个分析时间的60%以上，且处理的好坏程度不仅会影响分析结果，还会影响仪器的使用寿命。为此找到一种简单、快速、高效的前处理方法十分必要。

固相萃取技术（SPE）是20世纪70年代后期发展起来的一种样品前处理方法，经过30多年的快速发展，目前已成为有机物分析中最常使用且极其重要的前处理方法之一，萃取技术也从原来的固相萃取发展到固相微萃取（SPME）、搅拌棒吸附萃取（SBSE）、基质固相分散萃取（MSPD）、分子印迹固相萃取（MISPE）、免疫亲和固相萃取（IASPE）、碳纳米管固相萃取（CNT-SPE）等＼[1～3＼]，其不仅适用于萃取水样和富集空气中痕量的有机化合物＼[4＼]，还适用于食品、生物样品中被测有机物组分的处理＼[5＼]。其原理是当复杂的样品溶液通过吸附剂时，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。同液液萃取比较，其优点主要有①避免产生乳化现象；②两相分离更简单，操作便捷；③更高回收率和更佳净化效果；④使用更少的溶剂；⑤吸附剂种类丰富，可选择性更广；⑥能够实验自动化，扩大通量作用。

2固相萃取操作技术

2.1萃取柱的选择

2.1.1反相萃取柱

反相萃取包括一个极性（通常是水溶液）或中等极性的样品基质（流动相）和一个非极性的固定相，所感兴趣的分析物通常是中等极性到非极性，其萃取柱填料一般为在纯硅胶（一般孔径为60A，粒径约45 μm 的颗粒）表面的亲水性硅醇基上通过硅烷化反应，键合疏水性的烷基或芳香基。萃取时，分析物中的碳氢键同硅胶表面官能团通过范德华力或色散力的吸附作用，使极性溶液中的有机分析物能保留在SPE填料上，然后采用非极性溶剂去破坏这种作用，从小柱或膜片上洗脱被吸附的化合物。然而所有的硅胶键合相都有一定数量未反应的硅醇基，使其导致了次级相互作用，在萃取或保留强极性分析物或污染物时，这种次级相互作用是非常有用的，但有时吸附也不可逆的。反相萃取柱有C18、C8、C4、苯基和氰丙基柱等。

2.1.2正相萃取柱

正相固相萃取过程包括一个极性分析物，中等极性到非极性的样品基质（如丙酮，卤化溶剂和正己烷）以及一个极性固定相，萃取柱填料为极性官能团键合的硅胶和极性吸附填料，分析物的保留取决于分析物的极性官能团与吸附剂表面极性官能团之间的相互作用，包括氢键，π-π，偶极-偶极和偶极-诱导偶极相互作用，因此要洗脱被吸附的分析物，应选用比样品极性更大的溶剂去破坏其相互作用。正相萃取柱填料一般是在硅胶表面上键合带有极性官能团的短烷基链，如氰基（CN）、氨基（NH2）和二醇基（Diol）。由于极性官能团的存在，这类填料相对于反相硅胶具有亲水性，常用于从非极性体系中吸附极性化合物，目前已广泛用于吸附和选择性洗脱结构类似的化合物（如异构体）、复杂的混合物或者药物和脂类化合物，同时，由于其烷基短链的疏水性，其也可用于反相萃取。

2.1.3离子交换萃取柱

离子交换固相萃取适用于分离在溶液中带电荷的化合物。阴离子化合物可用季胺基或氨基小柱分离，阳离子化合物可用苯磺酸基或羧酸基小柱分离，基本作用原理是化合物上的带电基团与硅胶键合相的带电基团之间的静电吸引，通过离子交换从水溶液中保留化合物，但过程中样品体系的pH 值必须保证使其分析物的官能团和硅胶键合相的官能团均带电荷。一定pH值的洗脱溶液能中和分析物官能团上所带电荷，或者中和硅胶键合相官能团所带电荷，当其中一方官能团上的电荷被中和，静电吸引也就被破坏了，分析物随之洗脱。此外，洗脱溶液含有较高离子强度或者含有一种能取代被吸附化合物的离子，同样可以洗脱分析物。阴离子交换柱主要有乙二胺基-N-丙基、季胺基、共聚物键合季胺基柱等，阳离子交换柱主要有羧酸基、丙磺酸基、苯磺酸基和共聚物键合苯磺酸基柱等。

2.1.4多功能萃取柱

石墨化碳黑和苯乙烯-二乙烯苯共聚物也用于反相萃取。石墨化碳黑是由石墨化无孔碳组成，它对极性和非极性基质中的极性和非极性有机化合物均有较高的吸附能力，这种碳表面是由正六元环的原子构成，碳原子相互连接成为石墨层，正六元环结构显示了对某些分子有很强的选择性，如平面型芳香化合物或类正六元环分子和可形成许多表面接触点的烃链分子，分析物的保留取决于其结构（形状和大小），而不是官能团与填料表面的相互作用，洗脱液采用中等极性到非极性溶剂。与烷基化硅胶相比，当烷基化硅胶达不到保留的目的时，石墨化碳黑特有的结构和选择性便发挥出它的优势。苯乙烯-二乙烯基苯聚合物柱用于反相条件时保留一些含有亲水性官能团的疏水性化合物，尤其是芳香族化合物，在反相條件下，苯酚有时很难保留在C18填料上，这主要是因为它在水中的溶解度大于有机相，而苯乙烯-二乙烯基苯聚合物柱显示出它能在反相条件下很好的保留苯酚类化合物，洗脱液可以选择中等极性到非极性溶剂，聚合类填料对所有的溶剂几乎都是很稳定的。

Si填料是没有衍生化的硅胶，吸附化合物的作用官能团是硅胶颗粒表面的自由羟基，亲水性极强，所用的样品需相对无水，可用于从非极性体系中吸附极性化合物，然后用一种比样品体系的极性更强的有机溶剂洗脱，但是在多数情况下，Si 是作为一种吸附剂用于样品的纯化，分析物不被硅胶吸附而直接流出小柱，不需要的化合物则被吸附在硅胶上而丢弃。佛罗里硅土柱和氧化铝柱通常也用于有机物的样品纯化。endprint