固相萃取(Solid-Phase Extraction，簡稱SPE)是近年發(fā)展起來一種樣品預(yù)處理技術(shù)，由液固萃取柱和液相色譜技術(shù)相結(jié)合發(fā)展而來，主要用于樣品的分離、純化和濃縮，與傳統(tǒng)的液液萃取法相比較可以提高分析物的回收率，更有效的將分析物與干擾組分分離，減少樣品預(yù)處理過程，操作簡單、省時、省力。

基本原理

固相萃取技術(shù)基于液-固相色譜理論，采用選擇性吸附、選擇性洗脫的方式對樣品進(jìn)行富集、分離、凈化，是一種包括液相和固相的物理萃取過程；也可以將其近似地看作一種簡單的色譜過程。色譜過程的主要分離模式也與液相色譜相同，可分為正相(吸附劑極性大于洗脫液極性)、反相(吸附劑極性小于洗脫液極性)、離子交換和吸附。固相萃取所用的吸附劑也與液相色譜常用的固定相原理一致，但在粒度、柱床長度上有所區(qū)別。

如固相萃取柱的填料粒徑通常> 40 μm，遠(yuǎn)比HPLC或UHPLC填料粒徑大(1.7-10μm)。由于柱床較短且粒徑較大，SPE柱的效率遠(yuǎn)低于HPLC柱。HPLC柱塔板數(shù)常>10,000，而SPE柱僅獲得10-50個塔板。因此，SPE只能分離和保留性質(zhì)差異很大的化合物。在這種情況下，典型的SPE分離不是在等度模式下進(jìn)行的，而是在梯度模式下進(jìn)行的，通過階梯梯度，分析物或者被固定相牢牢吸附，或者不被保留。與HPLC的另一個區(qū)別是SPE柱是一次性的。

SPE利用選擇性吸附與選擇性洗脫的液相色譜法分離原理。較常用的方法是使液體樣品溶液通過吸附劑，保留其中被測物質(zhì)，再選用適當(dāng)強(qiáng)度溶劑沖去雜質(zhì)，然后用少量溶劑迅速洗脫被測物質(zhì)，從而達(dá)到快速分離凈化與濃縮的目的。也可選擇性吸附干擾雜質(zhì)，而讓被測物質(zhì)流出；或同時吸附雜質(zhì)和被測物質(zhì)，再使用合適的溶劑選擇性洗脫被測物質(zhì)。

固相萃取法的萃取劑是固體，其工作原理基于：水樣中欲測組分與共存干擾組分在固相萃取劑上作用力強(qiáng)弱不同，使它們彼此分離。固相萃取劑是含C18或C8、腈基、氨基等基團(tuán)的特殊填料。

作為比較，固相萃取和傳統(tǒng)的液液萃取法和蛋白沉淀法具有各自的特點。

可以看出，從時間、靈敏度、效果、省溶劑、樣品適應(yīng)性等各方面來看，固相萃取都有很顯著的優(yōu)勢，只需固相萃取儀和SPE小柱以及一定的方法開發(fā)。在國內(nèi)食品、藥品、環(huán)境等各行業(yè)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中，固相萃取已經(jīng)成為了標(biāo)準(zhǔn)方法并有詳細(xì)的操作指南，因此，固相萃取的市場蓬勃發(fā)展，此前主要是一次性SPE小柱的市場迅猛增長。而隨著自動化樣品處理已經(jīng)越來越成為實驗室的主流發(fā)展方向，自動化固相萃取儀的市場也逐步擴(kuò)大?？梢哉f，幾乎每家擁有有機(jī)或生物樣品分析的實驗室，都會有一臺或多臺自動固相萃取儀。

主要分類

固相萃取儀的操作模式有很多種，如正壓操作模式、負(fù)壓操作模式，重力操作模式、離心操作模式等。目前市面上常用正壓上樣和負(fù)壓上樣兩種方式萃取，但負(fù)壓上樣因不能有效控制流速，易造成回收率不穩(wěn)定、儀器重復(fù)性差，所以一般采用正壓上樣方式。全自動固相萃取儀采用高精度注射泵正壓上樣洗脫樣品，更加精確地控制液體流速，從而顯著提高了儀器重復(fù)性并確保了樣品回收率。

根據(jù)萃取樣品體積大小可分為小體積和大體積兩種。

? 小體積樣品指食品、藥品、血液等樣體，體積量一般在50mL以下；

? 大體樣品主要指水樣，一般是200mL量以上。

根據(jù)原理可分為柱萃取和膜萃取全自動固相萃取儀。

? 膜萃取主要為處理大體積水樣或污水設(shè)計，其優(yōu)點是速度快且不容易堵塞，缺點是單個樣品的處理成本較柱萃取高。

? 我國市場上的固相萃取儀以柱萃取方式居多。近年來，由于GC-MS/MS、LC-MS/MS方法的普及，其抗干擾性和靈敏度更高，因此，許多農(nóng)殘、獸殘標(biāo)準(zhǔn)采用了更快速、更簡便的QuEChERS方法，隨之也出現(xiàn)了配合QuEChERS方法的自動凈化儀。

根據(jù)通道可分為單通道和多通道固相萃取儀。通常通道數(shù)量越多，在處理大批量樣品時，可節(jié)約更多的時間，尤其是上樣的時間。

分離模式

反相固相萃取

? 吸附劑(固定相)是非極性或弱極性的，如硅膠鍵合C18,C8,C4,C2,-苯基等。流動相為極性(水溶液)或中等極性樣品基質(zhì)。

? 吸附劑的極性小于洗脫液的極性。

? 應(yīng)用：可以從強(qiáng)極性的溶劑中(如水樣)萃取是非極性或弱極性的化合物。

? 作用機(jī)理：非極性－非極性相互作用，如范德華力或色散力。

? 有機(jī)溶劑非極性順序：正己烷＞環(huán)己烷＞四氯化碳＞甲苯＞苯＞無水乙醚＞氯仿＞二氯甲烷＞四氫呋喃＞乙酸乙酯＞丙酮＞乙腈＞異丙醇＞甲醇＞水＞乙酸。

正相固相萃取

? 吸附劑是極性鍵合相，如硅膠鍵合-NH2、-CN,-Diol(二醇基）；極性吸附劑，如silica florisil、(A-,N-,B-)alumina、硅藻土等。流動相為中等極性到非極性樣品基質(zhì)。

? 作用機(jī)理：

☆極性－極性相互作用。

☆表面硅羥基、鋁羥基與極性化合物的極性官能團(tuán)之間相互作用，包括氫鍵，π-π鍵等。

☆偶極－偶極相互作用偶極－誘導(dǎo)偶極相互作用。

? 應(yīng)用：從非極性溶劑樣品中萃取極性化合物除此之外，還有離子交換萃取和免疫親和兩種分離模式。

樣品預(yù)處理

? 一是為了潤濕和活化固相萃取填料，二是為了除去填料中可能存在的雜質(zhì)，減少污染。

? 采取的方法是用一定量溶劑沖洗萃取柱。

? 反相類型的固相萃取硅膠和非極性吸附劑介質(zhì)，通常用水溶性有機(jī)溶劑如甲醇預(yù)處理，然后用水或緩沖溶液替換滯留在柱中的甲醇。

? 正相類型的固相萃取硅膠和極性吸附劑介質(zhì)，通常用樣品所在的有機(jī)溶劑來預(yù)處理。

主要影響

固相萃取是一個目標(biāo)物在固定相上吸附、解吸附/洗脫的過程，因此影響吸附、解吸附/洗脫的因素都會直接影響萃取的效率，如填料類型、洗脫溶劑的強(qiáng)度、 PH、流速等。

? 填料

固相萃取技術(shù)的核心，選擇對目標(biāo)物具有適中吸附性的 SPE柱填料是確保檢測準(zhǔn)確的前提。當(dāng)然針對同一種目標(biāo)物，我們可以選擇不同的柱料，但是要注意方法的調(diào)整。

? 洗脫溶劑的強(qiáng)度

固相萃取是固定相-填料與流動相-上樣溶劑/洗脫溶劑對目標(biāo)物的競爭吸附作用，所以在上樣時，要選擇有機(jī)溶劑含量或pH都合適的上樣液，以避免目標(biāo)物在上樣時漏掉:而在洗脫時，也必須選擇適合的洗脫溶劑度，即有機(jī)溶劑的含量或pH，以確保能將吸附在填料上的目標(biāo)物徹底洗脫下來。

? PH

對于離子交換固定相，被分析成分與干擾物質(zhì)的pKa(等電點)各不相同。通過調(diào)節(jié)溶劑pH的大小，可以使固定相帶電荷，被分析物帶相反電荷，而使干擾物質(zhì)不帶申荷:或使固定相帶申荷，干擾物質(zhì)帶相反申荷，而使被分析物不帶電荷。

? 流速

上樣流速和洗脫流速會影響吸附或解吸附/洗脫的效果，上樣和洗脫的流速一般控制在1mL/min以內(nèi)。對于大樣量痕量樣品的富集，如環(huán)境水樣中有機(jī)物的富集，上樣流速不超過5mL/min。除了以上的幾個因素，一些操作步驟完成的情況，如活化的程度、淋洗步驟的抽干等，也會影響結(jié)果的回收率或重現(xiàn)。

市場發(fā)展

在有機(jī)和生物基質(zhì)的前處理中，固相萃取是一種有效的方法，可以有效地富集目標(biāo)物，并去除干擾，固相萃取后一般在經(jīng)歷濃縮定容后，即可送入氣相色譜、液相色譜、GCMS、LCMS分析。

據(jù)相關(guān)報告指出，2023年全球固相萃取市場規(guī)模為70億美元。從2023年到2033年，全球固相萃取需求預(yù)計將以4.4%的復(fù)合年增長率增長。據(jù)估計，到2033年底，全球市場將達(dá)到110億美元。預(yù)計從2023年到2033年，北美市場的復(fù)合年增長率將達(dá)到5.5%。固相萃取分為儀器裝置和消耗品，就固相萃取裝置，另有報告指出，2019年，全球固相萃取裝置市場規(guī)模達(dá)到了23億元，預(yù)計2026年將達(dá)到28億元，年復(fù)合增長率(CAGR)為2.5%。北美是最大的也是增長率最高的市場。

在應(yīng)用的基礎(chǔ)上，固相萃取市場分為制藥、環(huán)境、學(xué)術(shù)、醫(yī)院和臨床等。藥品需求的增長和分析技術(shù)的發(fā)展等因素正在推動固相萃取市場的增長。環(huán)境污染加劇等因素也擴(kuò)大了固相萃取在水質(zhì)管理行業(yè)的使用。全球?qū)Νh(huán)境安全的日益關(guān)注產(chǎn)生了對高效提取技術(shù)的高需求，隨著提取方法的進(jìn)步，環(huán)境市場的規(guī)模不斷擴(kuò)大。越來越多的具有嚴(yán)格監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的藥品和農(nóng)用化學(xué)品，以及不斷增長的消費(fèi)者需求，也在推動固相萃取市場的擴(kuò)張。

固相萃取在學(xué)術(shù)界的應(yīng)用并不十分普遍，但它可以從復(fù)雜的溶液中提取出小樣本容量的樣品進(jìn)行表征和鑒定，以及從復(fù)雜樣品中分離出感興趣的化合物。固相萃取技術(shù)也廣泛的應(yīng)用在醫(yī)藥、食品、環(huán)境、商檢、化工等領(lǐng)域，應(yīng)用于再生、純化、分離或濃縮等環(huán)節(jié)，還經(jīng)常用于血液樣本的實驗室分析，這需要高效的處理措施，并將處理風(fēng)險降至最低。