固相萃取簡介XXX概述多環(huán)芳烴(PolycyclicAromaticHydrocarbons,PAHs)是指兩個或兩個以上的苯環(huán)以稠環(huán)和非稠環(huán)形式連接的化合物，是煤、石油、木材、煙草、有機(jī)高分子化合物等有機(jī)物不完全燃燒時產(chǎn)生的半揮發(fā)性碳?xì)浠衔?迄今已發(fā)現(xiàn)有200多種PAHs,其中一些PAHs不僅具有強(qiáng)烈的毒性 致癌、致畸變和致突變性，還有促進(jìn)致癌作用I】。美國環(huán)保局已把16種多環(huán)芳烴列入優(yōu)先控制有毒有機(jī)污染物黑名單中，在我國國家環(huán)保局第一批公布的68種優(yōu)先污染物中，PAHs有7種⑶。固相萃取(SpooledPhaseExtraction,SPE)是一個包括液相和固相的物理萃取過程。在固相萃取中，固相對分析物的吸附力比溶解分析物的溶劑更大。當(dāng)水樣通過吸附劑床時，分析物濃縮在其表面,其它樣品成分則通過吸附劑床，通過只吸附分析物而不吸附其它樣品成分的吸附劑，可以得到高純度和濃縮的分析物。與傳統(tǒng)的液液萃取相比，固相萃取避免了乳化現(xiàn)象，方法重現(xiàn)性好，選擇性強(qiáng)、分離時間短、富集倍數(shù)高、精密度和準(zhǔn)確度較高以及有機(jī)溶劑消耗低等突出的優(yōu)點［3］。固相萃取技術(shù)自20世紀(jì)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，廣泛應(yīng)用于空氣、水樣、蔬菜及生物樣品中痕量有機(jī)化合物的萃取，已逐漸取代傳統(tǒng)的液一液萃取，而成為樣品預(yù)處理的可靠、有效方法⑷。樣品預(yù)處理方法選擇必需遵循的原則：在進(jìn)行樣品預(yù)處理的過程中，為保證效果的有效性和可靠性，在選擇預(yù)處理方法時必須遵守一定的準(zhǔn)則：所選方法應(yīng)能有效的除去測定的干擾成份；測定組分的回收率要高；操作簡便，省時，對環(huán)境不造成污染，對人體健康不產(chǎn)生影響。避免使用貴重試劑，做到物美價廉。選擇方法必需達(dá)到準(zhǔn)確、結(jié)果可靠，空白、標(biāo)準(zhǔn)曲線、標(biāo)準(zhǔn)樣需經(jīng)過多個實驗室分析人員檢驗合格方能推廣使用。固相萃取簡介3.1基本原理固相萃取技術(shù)是基于液相色譜原理的一種分離、純化方法。其吸附劑為固定相，根據(jù)固相萃取劑對液相待測物的吸附作用，當(dāng)待測物通過萃取劑時，其中某些痕量物質(zhì)(目標(biāo)物)就被吸附在萃取劑上。然后采用適宜的選擇性溶劑將其洗脫下來，即可得到富集、純化的目標(biāo)物［6］。3.2分類目前，按SPE裝置的幾何構(gòu)型可分為SPE柱、SPE盤以及后來發(fā)展起來的固相微萃取(SPME)。3.2.1SPE柱SPE柱的使用最為普遍,簡單的SPE柱就是一根直徑為數(shù)毫米的小玻璃柱，或聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯等塑料，或不銹鋼制成的柱子。柱下端有一孔徑為20〃m的燒結(jié)篩板，用

以支撐吸附劑，吸附劑的常用裝填量約100?500mg。SPE柱雖然使用方便，應(yīng)用范圍廣，但仍存在一些問題，如：（1）由于柱管徑較窄，限制了流速增大，通常只能在1?10ml/min范圍內(nèi)使用；（2）采用40pm左右的定相填料，若用較大流速會產(chǎn)生動力學(xué)效應(yīng)，妨礙了某些組分有效地富集；（3）對于相對較臟的樣品如環(huán)境廢水，含生物樣品及懸浮顆粒的水樣，在流過固相短柱時很容易堵塞，使水樣流速降低甚至完全堵塞水樣，增加了樣品處理時間；（4）40pm顆粒的填充柱很容易產(chǎn)生裂隙，使短柱分離濃縮效率下降容］。圖1中列出了幾種利用SPE柱檢測環(huán)境水樣中多環(huán)芳烴的具有代表性的方法⑵。表1利用ME柱魅蒯環(huán)境水打中弟外芳谿的方法樹｝■i'ml門前陵頃也樣納匣魄DgR5I>〔013]C1B5鮑水HP1DIDA?-ILD0-D3-22D912?-100.i&78-i68IJ]CLE4-3挺水1甑版㈱meILDLB--34491-14.3J.?-U.S1習(xí)■JII罰￡異山的，1CS異向蘋，哨點m?*異代響啊反沌巾社祀::crlmi*有1'J^ 導(dǎo)云riK^1衛(wèi)生案V玉亟幡件5%向胡咪F、陣L， 簾甜ri：i"HP1.&UV1-1U119!fi]&4Jj.ni我心普履：」旅』15%呷￥?務(wù)甄饒胃■h.1000c卜「?披4"F闋M皿mow5-5S717-US11.?-4iI'JCSJim5'1酢.水(1:1).5mL-inhi氧甲K-MS10-2(*Eft4-1】3T-fl/115ClIMNaOH解HKC:S2.21Id?49 .抄32…lOt71甫策亦)；CC一陡6■-]J6iIS]爆蜘西祖#略，m頊基買化"呻液JD汩|席.代溶城m1HP1PJLD：?-MSHFLCi031?頃;GC.lt1伽19]pH逾畦。1ijh |「蚱.危彼化銅乙前匕酎'初1垸5孰■■癰機(jī)20匕酸EB5.短甲建GC-MS20-jm51-nt1.如、?51?&EID]伏用4：』i貌代地勤邯演虻尾曲rs4-5meTLD2施4頊EH]"45inn（ft孔鬻眼Ji過并中日齊折!：ia：i1甲5J.'*W：5)HUE?PADap--馳sST--1111.z.L3.2.2SPE盤SPE的另一種形式是SPE盤，表觀上它與膜過濾器十分相似。盤式萃取器是含有填料的聚四氟乙烯（PTFE）圓片或載有填料的玻璃纖維片，后者較堅固，無須支撐。填料約占SPE盤總量的60%?90%，盤的厚度約1mm。由于填料顆粒緊密地嵌在盤片內(nèi)，在萃取時無溝流形成。SPE柱和盤式萃取器的主要區(qū)別在于床厚度/直徑（LPd）比。Majors等比較了SPE盤和SPE柱的特點，對于等重的填料，盤式萃取的截面積比SPE柱的截面積大約10倍，因而允許液體試樣以較高的流速通過oSPE盤的這個特點適合從水中富集痕量的污染物，1L純凈的地表水通過直徑為50mm的SPE盤僅需15?20min9。目前盤狀的固相萃取劑可分為三大類：（1）由聚四氟乙烯網(wǎng)絡(luò)包含了化學(xué)鍵合的硅膠或高聚物顆粒填料。填料含量占90%，聚四氟乙烯只占10%0（2）由聚氯乙烯網(wǎng)絡(luò)包含了帶離子交換基團(tuán)或其它親合基團(tuán)的硅膠，如由FMC公司生產(chǎn)的Anti2Disk膜厚lmm，由聚氯乙烯與硅膠組成，膜的孔穴平均流通直徑為1〃m，流速可達(dá)20~80ml/min。(3)衍生化膜。它不同于前兩種，固定相并非包合在膜中，而是膜本身經(jīng)化學(xué)反應(yīng)鍵合了各種官能團(tuán)。如二乙胺基乙烯基、季胺基、磺酸丙基等ma。SPE膜的缺點在于萃取膜不能再生利用。圖2列出了幾種利用SPE膜檢測環(huán)境水樣中多環(huán)芳烴的具有代表性的方法。曷利用SPT脫搶虛耳境水樣中多環(huán)方始方法治化閔橫速l.ml.mi>Fl:惺格物眼4ELp1)[饋⑴pH魚調(diào)至C2,林匹5咧也CIS國甲加破巳機(jī)L)而&too己懊巳的國甲靠GC-MS1940-叫7/圈斧也:氯甲垸，甲辭.gmSPEF.5LETP1M【】3]K：■曾&ns咻.耽;乾膜巡T原甲坑蜥味光本4D：熒光74-2-112.92L■-N3pH宜由辛鼠的纖班沌也(?諺.?B-xc:氧甲貌浦用,甲,律ID-15Cll5DB-Kt:抽宜心甲印-三湖.:制位GC-MS0-4-2dJ4-fr-fi-2.5[151C18?.煎甲堤甲螞50也真空二SU「垃GC-MS0-fl?5^115-161-B3B310-伽皿琴is?aasC181三己烷、甲”.上SO-LOOGC-MSas-4u44-1W.2*4?%，2[17]CIS甲解制凈木物真皂C3CMS70-120項【推1掃.?疏幡的QL-10-50皿0.<2.CIS小乙酷■.制平蜿(1⑴一甲酊.期互空洪L0亂為E陂ZJS.甄甲照,1}GC-WSi!：pp1級no-id木■f<153.3操作步驟不同類型的填料,SPE操作方法略有不同.現(xiàn)以使用C18固相萃取柱為例，其操作過程如下：固相萃取柱的活化首先用選擇性溶劑將固相萃取柱吸附劑潤濕備用。萃取柱的活化過程非常重要，會對方法的精密度和準(zhǔn)確度產(chǎn)生很大影響，如果在活化的過程中萃取柱變干，必須重新進(jìn)行活化；樣品的吸附萃取將待測樣品加入小柱，使其完全通過吸附柱，再加入適當(dāng)?shù)南礈烊軇墓滔噍腿≈铣テ渌恍枰慕M份，棄去廢液；固相萃取柱的洗脫這一步驟的目的是將待測物完全洗脫并收集在最小體積的級分中，最后用洗脫液把保留在固相萃取柱上需要測定的組份淋洗下來，一并滴流至收集管中。在洗脫時，應(yīng)注重少量多次的原則；提取液的脫水與濃縮提取液中可能含有水分，在干凈的移液管底部放置少許玻璃棉，其上填入5~10cm高的無水硫酸鈉(5?7g)制成簡易的干燥柱，進(jìn)行提取液脫水。然后將提取液放在40°C的水浴鍋上用氮氣吹脫濃縮至0.5ml~1ml(也可用K-D濃縮器濃縮提取液)，轉(zhuǎn)移至容量瓶中備用⑹。固相萃取的基本操作步驟如圖3所示。

圖3固相萃取操作示意圖3.4固相萃取的影響因素(以農(nóng)藥殘留分析為例)3.4.1吸附劑由于環(huán)境樣品多為水溶液，SPE吸附劑多選用反相吸附材料。農(nóng)藥極性由弱極性到強(qiáng)極性，酸堿性由酸性到堿性不一而同，要找到適合所有農(nóng)藥的吸附劑幾乎是不可能的，多組分農(nóng)藥殘留分析一般以最大程度吸附各種農(nóng)藥作為選擇吸附劑的標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用于環(huán)境中農(nóng)藥殘留分析的SPE吸附劑主要有以下幾種，常見吸附劑的性能參數(shù)見圖4。吸附劑制造商類型孔徑/A表面積Cm-/GC1BSi^jelcoCig60500ENVI-CibSvitpekoCis70511Oads.HLBWatersPS-DVB-NVP55800XAD-2SitpelcoPS-DVB90300Bond-HutENVVananPS-DVB450500EmpoiediskJT.BakerPS-DVB350LiCliolutENMerckPS-DVBSO1200PRP-1HamiltonPS-DVB75415ENVI-CarbSiipeko碳基吸附劑100C-arbogrfiph4Alltech碳基吸附劑210PGCThermo腰基吸附劑120t>圖4SPE常見吸附劑鍵合硅膠類吸附劑鍵合硅膠吸附劑是目前應(yīng)用最為廣泛的固相萃取固定相。鍵合硅膠的表面積一般50?500m2/g，表面孔徑大多在5?50nm間。一般碳鏈長，固定相含碳量高，固定相極性?。惶兼湺蹋潭ㄏ鄻O性大。含腈基、氨基、磺酸基的固定相極性較大，除作為正相吸附劑外，少數(shù)情況下用作反相吸附劑，用于極性ci8鍵合硅膠是最常用的反相吸附劑，已被廣泛應(yīng)用于有機(jī)磷、有機(jī)氯、氨基甲酸酯、及三嗪類的分析。用三甲基硅烷等硅烷化試劑與固定相上殘留的硅醇基反應(yīng)，以使殘留硅醇基被封閉或惰性化稱為“封端”?！胺舛恕笨杀苊鈿埩艄璐蓟c醇類、胺類農(nóng)藥以氫鍵鍵合方式發(fā)生的次級吸附。然而，烷基鏈上帶羥基的未封端ci8鍵合硅膠(C18/OH)對于極性農(nóng)藥的萃取效果優(yōu)于封端后硅膠，這是因為未封端的矽烷基與極性農(nóng)藥間存在氫鍵等二極作用，從而使極性農(nóng)藥的保留更好。研究結(jié)果表明，C18鍵合硅膠對于logkw>2的非極性和中等極性農(nóng)藥有機(jī)物的富集是有效的。 '有機(jī)聚合物吸附劑近年來，隨著有機(jī)聚合材料的發(fā)展，有機(jī)聚合物用于固相萃取的研究日益增多。有機(jī)聚合物吸附劑多為苯乙烯-二乙烯基苯共聚物(PS-DVB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PA)、苯乙烯-二乙烯基苯-乙烯基乙苯共聚物(PS-DVB-EVB)、苯乙烯-二乙烯基苯-乙烯毗咯烷酮(PS-DVB-NVP)等。有機(jī)聚合物吸附劑具有比鍵合硅膠更大的表面積，一般300?1200m2/g。實驗證明，有機(jī)聚合類吸附劑較鍵合硅膠類吸附劑性能穩(wěn)定，對農(nóng)殘類化合物包括極性較大的氨基甲酸酯類農(nóng)藥、氯化苯氧基乙酸類除草劑吸附更完全，回收率更高。與鍵合硅膠吸附劑類似，有機(jī)聚合物吸附劑也可通過傅氏反應(yīng)引入功能基團(tuán)達(dá)到吸附劑的功能化修飾。對于極性較小農(nóng)藥的萃取，引入非極性的叔丁基可使吸附劑的保留因子增大，獲得較好的萃取效果；相反，對于極性較大的農(nóng)藥，引入極性基團(tuán)，如乙?；⒒撬峄?、羧基、羧甲基等，萃取效果明顯改善。通過化學(xué)反應(yīng)在疏水性基體表面引進(jìn)適當(dāng)數(shù)量的親水性基團(tuán)，可達(dá)到表面親水性修飾。研究表明，表面親水性修飾后的吸附劑不需活化處理即能達(dá)到很好的萃取效果。碳基吸附劑碳基吸附劑種類繁多，比表面積大，對農(nóng)藥類有機(jī)物，尤其是極性有機(jī)物具有良好的吸附萃取效果。常見的碳基吸附劑有活性炭、分子篩、多孔石墨炭等。多孔石墨炭(PGC)是一種基于疏水性作用和電子作用的新型碳基吸附劑，這種多重作用機(jī)理使其廣泛適用于從非極性到極性的眾多化合物，尤其對于具有平面分子結(jié)構(gòu)且含極性基團(tuán)和大n鍵、孤對電子的農(nóng)藥分析物具有強(qiáng)的吸附能力。研究表明，對于極性較大的殺蟲劑、除草劑等農(nóng)藥，PGC效果優(yōu)于C18鍵合硅膠和PS-DVB等有機(jī)聚合吸附劑。其他新型碳基吸附劑有C60富勒烯、多壁碳納米管等，但由于此類碳基吸附劑價格昂貴，目前應(yīng)用受到一定的限制。吸附劑的選擇一般根據(jù)農(nóng)藥分析物的k值進(jìn)行選擇，但每次不一定選擇k最大的材料作為吸附劑。一般，若某農(nóng)藥的k約為100「則選用C18鍵合硅膠；若k很小且分析要求濃縮倍數(shù)很高，則選用有機(jī)聚合物；>吸附劑；若需萃取極性很大的農(nóng)藥分析物，則選用有機(jī)聚合物吸附劑或PGC等碳基吸附劑。3.4.2保留體積SPE是分析物在液相樣品與固相吸附劑間的分配過程，這就意味著，萃取過程中要求保留因子kw越大越好;洗脫過程中要求保留因子kw越小越好。當(dāng)通過樣品體積達(dá)到一定值時，樣品中分析物會穿透流出，回收率急劇下降。穿透體積Vb是指濾液中的分析物濃度為原樣品溶液中分析物濃度1%時的樣品溶液的總流出體積，可通過理論計算得出，如下式：TOC\o"1-5"\h\z"*史)x(i+kj (1)Vr=V0x(l+0 ⑵Vb=Vr-2矣' (3)其中，0v為標(biāo)準(zhǔn)偏差；V為分析物的保留體積；V0為固相萃取柱死體積，其值可由吸附劑空隙率(￡)和柱床體積(V)根據(jù)公式V0=V￡進(jìn)行估算，C18填充固相萃取柱的死體積約0.54cm3；N為SPE柱理論塔板數(shù)，一般商品化固相萃取柱的理論塔板數(shù)大約為20；k為分析物的保留因子，中等極性農(nóng)藥如莠去津除草劑的(logk)為2.7，由公式(1)、(2)和(3)可預(yù)測C18SPE柱對該農(nóng)藥的穿透體積約為130mL。穿透體積的預(yù)測對于樣品體積的確定具有指導(dǎo)意義，進(jìn)而決定了采樣容器的選擇和分析物的檢測限。值得注意的是，上述公式對穿透體積的理論預(yù)測只適用于logkw>2的非極性和中等極性農(nóng)藥在C18填充固相萃取柱和PS-DVB等有機(jī)聚合物吸附劑上的萃取，對于極性農(nóng)藥則不適用。有機(jī)聚合物吸附劑和碳基吸附劑對農(nóng)藥的穿透體積均高于C18填充柱的穿透體積。穿透體積Vb是SPE技術(shù)的關(guān)鍵因素，極性化合物的穿透體積較小，這就使得樣品中極性較大農(nóng)藥的痕量檢測十分困難，當(dāng)分析物為極性有機(jī)物時，多采用保留能力較強(qiáng)的有機(jī)聚合物吸附劑或PGC等碳基吸附劑作為SPE填料。3.4.3洗脫溶劑洗脫溶劑的選擇與分析物性質(zhì)和吸附劑特性密切相關(guān)。理想的洗脫溶劑應(yīng)具備以下兩個要求：溶劑強(qiáng)度足夠大，即使用該洗脫溶劑時分析物的保留因子k盡可能小。對大多數(shù)農(nóng)藥化合物而言，乙腈是比甲醇或二氯甲烷更好的洗脫溶劑。 W溶劑應(yīng)與后續(xù)的檢測方法相適應(yīng)。另外應(yīng)考慮洗脫溶劑的純度、黏度、反應(yīng)性與檢測器是否匹配，當(dāng)二者不匹配時，可考慮置換溶劑。但置換溶劑操作繁瑣，且過程中涉及的氮吹蒸發(fā)等操作可使有機(jī)磷農(nóng)藥、芳香族苯氧丙酸等化合物分解，易引起分析物損失，因此洗脫溶劑應(yīng)慎重選擇以盡量避免置換溶劑步驟。若選用單一溶劑洗脫效果不理想時，可考慮使用混合溶劑進(jìn)行洗脫。C18鍵合硅膠對非極性、中等極性農(nóng)藥分析物的洗脫，按四氫呋喃、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、乙腈、甲醇順序依次困難；而對于極性農(nóng)藥而言，則按此順序，洗脫能力依次增強(qiáng)。有機(jī)聚合物吸附劑也可使用上述有機(jī)溶劑進(jìn)行洗脫，但由于此類吸附劑保留能力增強(qiáng)，洗脫時往往使用更多的溶劑，這就降低了富集倍數(shù)。對以上兩種吸附劑效果良好的乙月青、甲醇等有機(jī)溶劑對于碳基吸附劑上分析物的洗脫效果往往不甚良好，采用二氯甲烷或四氫呋喃則可獲得較好的洗脫效果。為了取得更好的洗脫效果，最好采用反沖法進(jìn)行洗脫，因為此類吸附劑對分析物的保留能力很強(qiáng)，若采用正相洗脫法，則費時費力tn：。固相微萃取固相微萃取作為以固相萃取為基礎(chǔ)的新型萃取技術(shù)，在保留了SPE的優(yōu)點情況下，避免了SPE中樣品高空白及萃取柱易阻塞的特點，是一種簡便、快速、選擇性高的新型萃取分離技術(shù)。它無需溶劑，實現(xiàn)了真正意義上的固相萃取，適用于揮發(fā)性與非揮發(fā)性物質(zhì)的分析，且具有良好的重現(xiàn)性，固相微萃取易于實現(xiàn)自動化及與其它分析技術(shù)聯(lián)用，與固相萃取相比所需的設(shè)備及資金投入較少。用SPME方法富集樣品，有以下兩種方式：直接SPME法：即將萃取頭直接浸入樣品中，當(dāng)待測物與固定相之間充分分配至平衡時，即可取出進(jìn)樣分析。此種方式萃取時間短，富集速度快；頂空SPME法：此法并不使纖維與樣品直接接觸，而是將纖維停留在頂空，于氣相中使待測物富集于固定相后供分析，縮短了樣品萃取時間，具有較好的精確度，而且可以適宜地降低檢出限，易于測定各種介質(zhì)中揮發(fā)性有機(jī)物。頂空SPME法廣泛應(yīng)用于多種類型的樣品，包括固態(tài)樣品、非勻質(zhì)混懸液等。SPME已廣泛地使用在水中各種有機(jī)污染物的分析中。當(dāng)樣品中有大分子干擾時，第二種方法的富集效果優(yōu)于第一種方法。SPME發(fā)展初期實現(xiàn)了與GC的聯(lián)用，隨著研究的不斷深入，SPME現(xiàn)已逐漸完善了SPME-MS、SPME-HPLC、SPME/EC聯(lián)用技術(shù)，除用于環(huán)境樣品分析，應(yīng)用范圍已逐步發(fā)展到食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物化學(xué)、臨床化學(xué)、生理及毒理學(xué)、法醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，而且在臨床、刑事鑒定、天然產(chǎn)物、生命科學(xué)中有廣泛的應(yīng)用前景。對工業(yè)生產(chǎn)流程中的質(zhì)量控制、有毒或腐蝕性物質(zhì)的取樣，固相微萃取法是一種簡便的理想選擇［io：，還可以用于食品和飲料的香味分析［6］。圖5列出了SPME技術(shù)在環(huán)境樣品預(yù)處理中的應(yīng)用。既相蔑費日質(zhì)LHH董硼麗血msj■禎6水中軸翔pm席驟下]中帕掀描皤砌熱拂懈峭詞節(jié)出至2如圖5SPME萃取分離出的環(huán)境樣品中的待測物展望隨著人們對環(huán)境問題的日益重視，環(huán)境研究的日益深入，PAHs的關(guān)注程度也在逐漸增高，因此，PAHs的前處理技術(shù)也逐漸成為了研究者的焦點問題。作為已經(jīng)走過了20年的研究方法，固相萃取技術(shù)也愈發(fā)成熟，應(yīng)用范圍也愈發(fā)廣泛。但是固相萃取技術(shù)仍有許多不足，如復(fù)雜樣品的雜質(zhì)干擾，萃取柱的堵塞，固定相的選擇性不足等等，尚需進(jìn)一步改進(jìn)和提高。作為SPE的延伸，SPME技術(shù)不需使用有