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固相萃取(Solid-Phase Extraction，简称SPE)是近年发展起来一种样品预处理技术，由液固萃取柱和液相色谱技术相结合发展而来，主要用于样品的分离、纯化和浓缩，与传统的液液萃取法相比较可以提高分析物的回收率，更有效的将分析物与干扰组分分离，减少样品预处理过程，操作简单、省时、省力。

基本原理

固相萃取技术基于液-固相色谱理论，采用选择性吸附、选择性洗脱的方式对样品进行富集、分离、净化，是一种包括液相和固相的物理萃取过程；也可以将其近似地看作一种简单的色谱过程。色谱过程的主要分离模式也与液相色谱相同，可分为正相(吸附剂极性大于洗脱液极性)、反相(吸附剂极性小于洗脱液极性)、离子交换和吸附。固相萃取所用的吸附剂也与液相色谱常用的固定相原理一致，但在粒度、柱床长度上有所区别。

如固相萃取柱的填料粒径通常> 40 µm，远比HPLC或UHPLC填料粒径大(1.7-10µm)。由于柱床较短且粒径较大，SPE柱的效率远低于HPLC柱。HPLC柱塔板数常>10,000，而SPE柱仅获得10-50个塔板。因此，SPE只能分离和保留性质差异很大的化合物。在这种情况下，典型的SPE分离不是在等度模式下进行的，而是在梯度模式下进行的，通过阶梯梯度，分析物或者被固定相牢牢吸附，或者不被保留。与HPLC的另一个区别是SPE柱是一次性的。

SPE利用选择性吸附与选择性洗脱的液相色谱法分离原理。较常用的方法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，从而达到快速分离净化与浓缩的目的。也可选择性吸附干扰杂质，而让被测物质流出；或同时吸附杂质和被测物质，再使用合适的溶剂选择性洗脱被测物质。

固相萃取法的萃取剂是固体，其工作原理基于：水样中欲测组分与共存干扰组分在固相萃取剂上作用力强弱不同，使它们彼此分离。固相萃取剂是含C18或C8、腈基、氨基等基团的特殊填料。

作为比较，固相萃取和传统的液液萃取法和蛋白沉淀法具有各自的特点。

可以看出，从时间、灵敏度、效果、省溶剂、样品适应性等各方面来看，固相萃取都有很显著的优势，只需固相萃取仪和SPE小柱以及一定的方法开发。在国内食品、药品、环境等各行业的法规标准中，固相萃取已经成为了标准方法并有详细的操作指南，因此，固相萃取的市场蓬勃发展，此前主要是一次性SPE小柱的市场迅猛增长。而随着自动化样品处理已经越来越成为实验室的主流发展方向，自动化固相萃取仪的市场也逐步扩大。可以说，几乎每家拥有有机或生物样品分析的实验室，都会有一台或多台自动固相萃取仪。

主要分类

固相萃取仪的操作模式有很多种，如正压操作模式、负压操作模式，重力操作模式、离心操作模式等。目前市面上常用正压上样和负压上样两种方式萃取，但负压上样因不能有效控制流速，易造成回收率不稳定、仪器重复性差，所以一般采用正压上样方式。全自动固相萃取仪采用高精度注射泵正压上样洗脱样品，更加精确地控制液体流速，从而显著提高了仪器重复性并确保了样品回收率。

根据萃取样品体积大小可分为小体积和大体积两种。

• 小体积样品指食品、药品、血液等样体，体积量一般在50mL以下；

• 大体样品主要指水样，一般是200mL量以上。

根据原理可分为柱萃取和膜萃取全自动固相萃取仪。

• 膜萃取主要为处理大体积水样或污水设计，其优点是速度快且不容易堵塞，缺点是单个样品的处理成本较柱萃取高。

• 我国市场上的固相萃取仪以柱萃取方式居多。近年来，由于GC-MS/MS、LC-MS/MS方法的普及，其抗干扰性和灵敏度更高，因此，许多农残、兽残标准采用了更快速、更简便的QuEChERS方法，随之也出现了配合QuEChERS方法的自动净化仪。

根据通道可分为单通道和多通道固相萃取仪。通常通道数量越多，在处理大批量样品时，可节约更多的时间，尤其是上样的时间。

分离模式

反相固相萃取

• 吸附剂(固定相)是非极性或弱极性的，如硅胶键合C18,C8,C4,C2,-苯基等。流动相为极性(水溶液)或中等极性样品基质。

• 吸附剂的极性小于洗脱液的极性。

• 应用：可以从强极性的溶剂中(如水样)萃取是非极性或弱极性的化合物。

• 作用机理：非极性－非极性相互作用，如范德华力或色散力。

• 有机溶剂非极性顺序：正己烷＞环己烷＞四氯化碳＞甲苯＞苯＞无水乙醚＞氯仿＞二氯甲烷＞四氢呋喃＞乙酸乙酯＞丙酮＞乙腈＞异丙醇＞甲醇＞水＞乙酸。

正相固相萃取

• 吸附剂是极性键合相，如硅胶键合-NH2、-CN,-Diol(二醇基）；极性吸附剂，如silica florisil、(A-,N-,B-)alumina、硅藻土等。流动相为中等极性到非极性样品基质。

• 作用机理：

☆极性－极性相互作用。

☆表面硅羟基、铝羟基与极性化合物的极性官能团之间相互作用，包括氢键，π-π键等。

☆偶极－偶极相互作用偶极－诱导偶极相互作用。

• 应用：从非极性溶剂样品中萃取极性化合物除此之外，还有离子交换萃取和免疫亲和两种分离模式。

样品预处理

• 一是为了润湿和活化固相萃取填料，二是为了除去填料中可能存在的杂质，减少污染。

• 采取的方法是用一定量溶剂冲洗萃取柱。

• 反相类型的固相萃取硅胶和非极性吸附剂介质，通常用水溶性有机溶剂如甲醇预处理，然后用水或缓冲溶液替换滞留在柱中的甲醇。

• 正相类型的固相萃取硅胶和极性吸附剂介质，通常用样品所在的有机溶剂来预处理。

主要影响

固相萃取是一个目标物在固定相上吸附、解吸附/洗脱的过程，因此影响吸附、解吸附/洗脱的因素都会直接影响萃取的效率，如填料类型、洗脱溶剂的强度、 PH、流速等。

• 填料

固相萃取技术的核心，选择对目标物具有适中吸附性的 SPE柱填料是确保检测准确的前提。当然针对同一种目标物，我们可以选择不同的柱料，但是要注意方法的调整。

• 洗脱溶剂的强度

固相萃取是固定相-填料与流动相-上样溶剂/洗脱溶剂对目标物的竞争吸附作用，所以在上样时，要选择有机溶剂含量或pH都合适的上样液，以避免目标物在上样时漏掉:而在洗脱时，也必须选择适合的洗脱溶剂度，即有机溶剂的含量或pH，以确保能将吸附在填料上的目标物彻底洗脱下来。

• PH

对于离子交换固定相，被分析成分与干扰物质的pKa(等电点)各不相同。通过调节溶剂pH的大小，可以使固定相带电荷，被分析物带相反电荷，而使干扰物质不带申荷:或使固定相带申荷，干扰物质带相反申荷，而使被分析物不带电荷。

• 流速

上样流速和洗脱流速会影响吸附或解吸附/洗脱的效果，上样和洗脱的流速一般控制在1mL/min以内。对于大样量痕量样品的富集，如环境水样中有机物的富集，上样流速不超过5mL/min。除了以上的几个因素，一些操作步骤完成的情况，如活化的程度、淋洗步骤的抽干等，也会影响结果的回收率或重现。

市场发展

在有机和生物基质的前处理中，固相萃取是一种有效的方法，可以有效地富集目标物，并去除干扰，固相萃取后一般在经历浓缩定容后，即可送入气相色谱、液相色谱、GCMS、LCMS分析。

据相关报告指出，2023年全球固相萃取市场规模为70亿美元。从2023年到2033年，全球固相萃取需求预计将以4.4%的复合年增长率增长。据估计，到2033年底，全球市场将达到110亿美元。预计从2023年到2033年，北美市场的复合年增长率将达到5.5%。固相萃取分为仪器装置和消耗品，就固相萃取装置，另有报告指出，2019年，全球固相萃取装置市场规模达到了23亿元，预计2026年将达到28亿元，年复合增长率(CAGR)为2.5%。北美是最大的也是增长率最高的市场。

在应用的基础上，固相萃取市场分为制药、环境、学术、医院和临床等。药品需求的增长和分析技术的发展等因素正在推动固相萃取市场的增长。环境污染加剧等因素也扩大了固相萃取在水质管理行业的使用。全球对环境安全的日益关注产生了对高效提取技术的高需求，随着提取方法的进步，环境市场的规模不断扩大。越来越多的具有严格监管标准的药品和农用化学品，以及不断增长的消费者需求，也在推动固相萃取市场的扩张。

固相萃取在学术界的应用并不十分普遍，但它可以从复杂的溶液中提取出小样本容量的样品进行表征和鉴定，以及从复杂样品中分离出感兴趣的化合物。固相萃取技术也广泛的应用在医药、食品、环境、商检、化工等领域，应用于再生、纯化、分离或浓缩等环节，还经常用于血液样本的实验室分析，这需要高效的处理措施，并将处理风险降至最低。