SPE固相萃取技術(shù)之固相萃取裝置的應(yīng)用優(yōu)勢
固相萃取的應(yīng)用優(yōu)勢
在什么項目的前處理適合使用固相萃取技術(shù)，即用固相萃取會比普通的溶劑萃取更理想，個人認為有以下幾種情況：
（一）水中有機物的前處理。
此類常規(guī)處理基本上是用與水不相溶的有機溶劑振蕩萃取，用固相萃取的優(yōu)勢在于
（1）可以定量地重復(fù)前處理過程。
溶劑振蕩的操作一般只能要求到控制時間的程度，卻無法控制振蕩頻率，強度，動作，我們知道，每個人的振蕩動作是不同的，就是同一個人，也很難保證始終劃一的動作。所以說，溶液萃取的動作是不定量，不能重復(fù)的。
而在應(yīng)用固相萃取時，比較容易保持過柱和洗脫速度的均一和穩(wěn)定，因此，固相萃取的萃取過程是可以重復(fù)，可定量的。
（2）現(xiàn)場處理。
水中有機物的分析有一個長期困擾我們的瓶頸。即有機物在池塘水庫等環(huán)境中能保持相對穩(wěn)定，但是一旦進入采樣瓶這個小環(huán)境中，就會迅速發(fā)生變化，所以很多水的有機物分析方法要求即采即分析，不能超過4個小時，可一般的情況是，從取水回到實驗室的時間就遠遠不止4小時了，樣品發(fā)生了變化，分析結(jié)果的可靠性可想而知。
如果引入固相萃取技術(shù)，由于其設(shè)備簡單，體積小，易于攜帶，*可以做到在現(xiàn)場一邊采樣，一邊進行前處理。采樣者帶回實驗室的是固相萃取柱，而不是水樣。這樣就能保證我們處理的是真正成份穩(wěn)定的水樣。
從實際應(yīng)用來說，在水的檢測中用固相萃取技術(shù)取代傳統(tǒng)液液萃取還有相當?shù)墓ぷ餍枰鳎壳吧胁荒?取代，但是其發(fā)展的前景很值得看好。
（3）有機試劑消耗量的減少。
在處理水樣時，如果用固相萃取，則只需要在洗脫時用到有機溶劑，用量比傳統(tǒng)液液萃取要少數(shù)十倍以上。對于實驗者的人身保護和環(huán)境保護有著積極的意義。
二）批量生物材料的藥物成分萃取
這是固相萃取在實際應(yīng)用中比較成功的范例，主要是指在醫(yī)院中檢測血樣和尿樣時的前處理工作，由于對藥物成份的吸附是固相萃取的優(yōu)勢，加上樣品單一，組成固定，在確定方法后很適合大規(guī)模批量的凈化操作。
（三）免疫親和固相萃取。
萃取的理想狀態(tài)就是特異性富集或特異性排斥，可是不論是溶液萃取還是固相萃取，基本上是相似相溶的，zui多做到“某一類”層次上的萃取，而無法達到“某一種”層次的萃取。
在固相萃取柱的基礎(chǔ)上加上免疫親和技術(shù)，可以利用其生物特異性選擇吸附，能夠達到近于理論的完美萃取。
實際困難在于雖然其概念很好，但是由于技術(shù)難度相對較高，可供應(yīng)用的更少。
三、固相萃取的應(yīng)用局限性
（1）樣品局限性
固相萃取不適于處理固體樣品。對于固體，必須將其先制備為液體形態(tài)才能進行固相萃取操作，這一點就遠不如液體萃取了。
即使是液體樣品，固相萃取也有其額外的苛刻要求，即液體必須潔凈度高，不能有懸浮物或其它固體顆粒，否則會在柱前形成堵塞，無法繼續(xù)過柱及洗脫操作。所以固體樣品要制備成液體，液體樣品還要過濾。相比來說，溶劑萃取就不存在這個麻煩，稍臟點也影響不大。
（2）結(jié)構(gòu)局限性
固相萃取柱的結(jié)構(gòu)很簡單，除了塑料管，只有篩板和填料了。就這簡單的結(jié)構(gòu)，帶來了便利，也帶來了與生俱來的矛盾，一些我們在用溶劑萃取時永遠不會遇到的矛盾。
矛盾1 液面的問題。
當我們進行活化、凈化，洗脫等典型的固相萃取操作時，會使用不同溶劑，這時的操作要求在液面下降到篩板時換加不同溶劑，加得太晚，會使填料中干涸產(chǎn)生氣泡，影響結(jié)果的穩(wěn)定性（甚至?xí)驗槿芤旱膹埩栴}而使液面無法下降）。相反，如果加得太晚，會使加入溶液和在篩板上的原有溶液混合，產(chǎn)生一個其實是我們不希望存在的、無法預(yù)料極性的新洗脫液，使結(jié)果的可靠性大打折扣。
加液加到篩板，說得容易做起來難，如果單獨做一個樣品可以緊盯液面操作。但是在批量操作時只會顧此失彼，固相萃取技術(shù)實用的一個重要意義就在于，其可以方便可靠地批量處理樣品，如果這個意義削弱的話，其實用性也就大大降低。
液面問題是制約固相萃取應(yīng)用成功的主要瓶頸，雖隱蔽卻無法回避。
解決的方法有兩種。
第一種解決方法是干脆不用理會液面的困擾 ，每次都做到抽空溶液，這種做法倒是不會產(chǎn)生篩板上的溶液混合的問題，但是又會出現(xiàn)一個新的問題，即填料看起來是抽干了，但實際表面還是有數(shù)量不定的液體，每次干涸程度不一致，也無法重復(fù)。
另一種解決方法就是在使用固相萃取器時用電導(dǎo)探針測試，這個方法比較精確，但是也有一個新的問題，探針需要一個清洗過程，否則會有交叉污染的可能，而且有這類裝置的固相萃取器價格一般相當?shù)匕嘿F。且一個探針在同一時間只能探測一個樣品管，要同時監(jiān)測一批小柱則很困難。
矛盾2 填料的裝填松緊問題。
用液體萃取時我們從來不用考慮整個溶劑的密度是否均勻，但是對于固體填料，我們卻不能忽略這個問題。在同一批次甚至同一包里的幾個小柱，加上相同溶液時，我們會發(fā)現(xiàn)液體過柱的速度是不均勻的 ，總是有快有慢。
由于生產(chǎn)工藝和成本的綜合考慮，固相萃取小柱不可能采用類似填充液相色譜柱的勻漿高壓法，所以填料的裝填松緊不均勻是必然的。這就造成一個問題，由于液體流過的速度不一樣，在每次加液的時間也會不一樣，不利于同步批次處理樣品。而且回收率也會不同。看過一些公司的所謂全自動固相萃取器，其原理都有一個假設(shè)，即每根小柱的流過速度應(yīng)該一致，可惜，這真的是假設(shè)――“假”的“設(shè)”想。
矛盾3 填料的質(zhì)量穩(wěn)定問題
在我們開啟一瓶二氯甲烷或丙酮時，只要買的不是偽劣產(chǎn)品，就是不同公司的也可以放心使用，因為它們的萃取性能是穩(wěn)定可靠的。而固相萃取則不同，就是同一公司的正品填料，每次的產(chǎn)品性質(zhì)還是有些許差異，不同公司的相差更大。而如果換一家公司的固相萃取柱或同一公司不同批次的小柱，都需要我們把所有的項目做一遍質(zhì)量評估，那估計也沒有太多人愿意使用。
矛盾4 不能加熱
一般的加熱行為可以改善吸附作用，可是由于固相萃取柱的套管是由塑料制造的，一加熱就會變形，所以只能做常溫操作。
3）項目局限性
從各家供應(yīng)商提供的資料來看，做得比較好的應(yīng)用主要在處理藥物方面，即分子量比較大，性質(zhì)比較穩(wěn)定的那些物質(zhì)。液體萃取的相似相溶理論已經(jīng)久經(jīng)考驗，而固相萃取靠的是吸附與洗脫，已經(jīng)*不是經(jīng)典的萃取過程了，并不是所有的項目都適合用。很多經(jīng)典的液體萃取實驗到現(xiàn)在也不能轉(zhuǎn)化到固相萃取，即使轉(zhuǎn)化，效果也不理想。
四、應(yīng)用固相萃取技術(shù)時的注意事項。
1.盡量慢。
我們在用固相萃取時，面臨的一個問題就是：液體應(yīng)該以什么速率過柱流出，我的經(jīng)驗是，要想效果好，就要慢，盡量慢。
對于固相萃取柱中的填料，我們?nèi)绻植糠糯蟮乜矗軌蚩吹狡鋵嵥鼈兪怯泻芏嗟目障叮后w流通的渠道很多，如果流得快，相當比例的待測組分還來不及與填料充分作用就地從通道流失；所以要慢，給它們一個充分作用的機會。
如何慢呢？一個竅門就是不要用配合抽氣機使用的所謂固相萃取器，而采用再普通不過的重力法。利用重力的作用使液體向下流出。在實驗速度上，重力法遠不如吸力法，但是在實驗效果方面，重力法遠比吸力法優(yōu)勝，用吸力法只能得到譜帶吸附，用重力法卻能得到柱頭吸附，在速度和效果兩者的平衡中，我們還是傾向于優(yōu)先保證好的效果。
舉例來說，一個3ml 500mg的C18小柱，如果加甲醇活化，其甲醇全部流至篩板時間約為20分鐘，而在過樣品液時，25ml的液體zui多2小時可以流完，而且用重力法如果得當，工作速率不一定比吸力法差很多。因為我們可以充分利用空閑時間，用吸力法必須有人在旁邊守候，而重力法由于不需要用電，可以充分利用午休和晚上時間過柱，液體量大時接個堆疊接頭和延長管即可，安排好實驗步驟，工作效率一樣很高。另外，重力法不需要抽氣機和固相萃取器。
2.盡量少。
在固相萃取條件選擇上，有人為了提高提取效率，盡量多加液體，或選擇填料量大的小柱，我覺得大可不必如此。尤其在用重力法時，由于效率高，很多情況下是柱頭吸附，并不是所有的填料都在起作用，填料多了不僅液體流出速度會更慢，而且在洗脫時的擴散會很明顯。
因此建議，夠用就行，在能保證效率時，填料盡量少，加液也不宜多。
3.實驗條件不宜過分細化。
固相萃取從原理上是色譜分離，但是在操作時只把它作為吸附萃取劑使用，由于填料性質(zhì)、松緊常有差異，因此在實際實驗中不必因為追求效果的*化而設(shè)計出很復(fù)雜的洗脫程序。
在建立條件中，我們應(yīng)該盡量多利用現(xiàn)成的資料，盡快地建立起體系，同時要對操作過于復(fù)雜的步驟保持警惕性，在實驗效果，實驗速率和易操作性三者中取得平衡點。
4.只用一次
固相萃取柱只用一次。因為從嚴格的意義上來說，很多物質(zhì)的吸附是不可逆的，一次吸附，無法洗脫，影響著下一次吸附，雖然有人做過重復(fù)利用的實驗，但是總體來說為了節(jié)省一點經(jīng)費而大大增加了結(jié)果的不可靠性和不確定性，是很不合算的行為。
因此建議，只用一次。如果想節(jié)省經(jīng)費可以從減少填料量和使用小容積管入手，盡量用堆疊接頭和延長管。
5.慎用固相萃取器
所有的供應(yīng)商都會在推薦固相萃取柱的同時，推薦固相萃取器，zui簡單的固相萃取器也要幾千，如果貼個進口商標價格更要加幾倍，這樣的價格還不包括抽氣機。但是這樣的配置就是再加上調(diào)速開關(guān)，也很難得到好的結(jié)果，主要問題就是把小柱的不平行性放大了。
建議：實在不適合重力法的才用固相萃取器。
至于全自動固相萃取器，應(yīng)該說，現(xiàn)在市面上還沒有比較理想、適合食品檢測的機器，主要問題就是無法解決一批小柱中液面下降不一致的問題，加上價格很昂貴，性價比也自然不高。帶液面測量的也不能對多批量的小柱同時檢測，且有交叉污染的危險。
目前的全自動固相萃取器基本上是走重力法路線，倒是回避了密封的難題。
6.不可忽視傳統(tǒng)的液體萃取 。
有些人在初次接觸固相萃取時，總覺得它能取代液體萃取，實際上就象毛細管電泳無法取代液相色譜一樣。固相萃取在某些場合比液體萃取合適，但是在更多情況下，還是傳統(tǒng)的液體萃取更可靠更合適。這一點從目前實驗技術(shù)的實際發(fā)展可以得到印證。
關(guān)于液固萃取，我們不要僅僅把它看作是一個提取過程，從另一個角度來看，它還 是一個凈化過程，是把固形干擾物排除凈化的過程。理解這一點，有助于我們優(yōu)化選擇實驗方法。
7.實用性是實驗設(shè)計成功與否的重要部分
在設(shè)計一個實驗時，開始要考慮到其技術(shù)上是否先進。而在實際運用中，決定這個方法是否可行，是否能夠存在的關(guān)鍵是實用性。一個實驗方法不僅要解決問題，而且能夠在人力，物力，財力三方面達到平衡，且滿足可持續(xù)、可重復(fù)操作的要求。
因此，再先進的技術(shù)，也要服從實用性，否則就沒有生命力。
五.舉例點評2003版新國標的固相萃取技術(shù)運用。
2003版的“食品衛(wèi)生檢測方法 理化部分”的色譜實驗部分，相對于1996年的版本，它引入了一些新的技術(shù)，主要是普遍采用了儀器法。進步雖然明顯，可錯誤依然很多，有些甚至是一脈相承。尤其是某些新引入的國標，只能讓人無比感慨標準批準機構(gòu)的寬容與勇敢。
雖然在2003版國標中大范圍地引入了固相萃取技術(shù)，但是如果直接套用書中的方法，其實用性相當?shù)汀Ｏ旅嬉赞r(nóng)藥檢測中（詳見表1 ）常用的佛羅里硅土舉例，講解新國標應(yīng)用固相萃取技術(shù)的主要問題和解決方法。
新國標中對于佛羅里硅土的處理從頭到尾如出一轍：“在650℃下活化4－5小時，臨用前用3％的水去活化。再取一支玻璃層析管，上下各裝1.5厘米高的無水硫酸鈉，中間加入10克處理后的佛羅里硅土”，都是淋洗和濃縮的步驟。
以上的步驟看起來很清晰，但是可操作性卻很差，具體分析成以下幾個方面。
（1）“在650℃下活化4－5小時”。 高溫活化的過程雖然是5 個小時，但是馬弗爐從650℃降到室溫就需要10小時以上，所認光活化就是一整天的時間。
（2）“臨用前用3％的水去活化”。由于處理后的佛羅里硅土吸附性太強，所以要加入水來滅活，3％的概念是指按照佛羅里硅土重量的3％加入水量，但是誰也無法保證加入的水是均勻的，這是一個結(jié)果平行的隱患。
（3）“裝入玻璃層析管”，應(yīng)該注意到這是一個在實驗前才能做的工作，而不能將材料做好后儲備起來。
（4）“淋洗和濃縮”，這是實用性差的階段。一般的淋洗后體積為100ml，而濃縮后的體積要求一般在2ml左右。這樣就需要用到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，而我們知道，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的工作效率是很低的。
從以上4 點可以看到，這一系列操作的問題在于所有的材料均要在臨實驗前手工裝備完成，而且還要經(jīng)過耗時耗力的濃縮過程。如果這是在一個科研機構(gòu)開發(fā)方法，或一天只處理一個樣品則是勉強可行，但是對于我們這樣的基層檢驗機構(gòu)則是*不現(xiàn)實的。
要解決以上的問題，方法就是先要利用現(xiàn)成的、可長期保存的商品柱代替手工裝填柱，其次要盡量避免大體積的濃縮過程。
商品的佛羅里硅土柱各家公司均有售，個人推薦使用的規(guī)格為3ml，500mg，至于品牌選擇，一定要買大公司的獨立包裝柱。我曾經(jīng)買過一小品牌的效果很差。佛羅里硅土的填料其實很普通，關(guān)鍵在于廠家在制造前是否經(jīng)過嚴格的燒烤過程。
由于使用商品柱，所以加3％的水去活化變成一件不可能的事情，但是據(jù)我的實際操作經(jīng)驗，*可以利用樣品本身去活化，所以這一步驟是可以去除的。
至于“淋洗和濃縮”步驟，我建議不一定要非全部洗脫出來再濃縮定容才能保證準確的值，在淋洗曲線的某一點，洗脫出的溶液濃度會正好與實際樣品液濃度會一致，只要能控制在某一點的洗脫液接收，*可以避免復(fù)雜的濃縮過程，這一點，對于那些本身就對熱不穩(wěn)定的項目是更加重要。
例如GB/T 5009.146-2003“植物性儀器中有機氯和擬chu蟲ju酯類農(nóng)藥多種殘留的測定”，要求在手工填裝的佛羅里硅土柱加入2 ml石油醚試液，再用100ml石油醚+乙酸乙酯（95+5）后洗脫，后將100ml濃縮至1ml后測定。而通過上述所提的淋洗曲線，會發(fā)現(xiàn)2ml淋洗液是無待測物洗脫，第2－3ml是比實際值高一倍的洗脫液，第3－5ml的洗脫液則與實際樣液濃度一致，所以可以直接取第3－5ml的洗脫液測定，而不用經(jīng)過一個全部洗脫后再濃縮的過程。
這樣，我們就可以提出以下的“實用版”植物性食品中有機氯和擬chu蟲ju酯類的前處理步驟：
1.取干燥樣品5.0克于250ml碘量瓶中，加石油醚50ml，放在振蕩機上振蕩30 分鐘。（如果是含水分樣品，則先加入適量無水硫酸鈉混合，等其脫水后再同上處理）。
2.用三角漏斗過濾，收集濾液（濾液可輕度濃縮）。固定豎立凈化柱，凈化柱上接堆疊接頭，上接24ml空管。
3.加全部濾液進入空管內(nèi)，過柱。
4.等濾液全部從柱底端流完后，加入3ml石油醚+乙酸乙酯（95+5），洗脫液放棄，整個過程小柱加蓋，防止揮發(fā)。
5.第一次加入的洗脫液流完后，再加入3ml石油醚+乙酸乙酯（95+5），在小柱底端收集洗脫液）
6.進樣。
表1 從“食品衛(wèi)生檢測方法 理化部分(二)”中農(nóng)藥項目部分摘錄的表格
頁數(shù) 項目名稱 填料種類
47 氯氰菊酯 三氧化二鋁
75 三環(huán)唑 三氧化二鋁
364 丁草胺 三氧化二鋁
341 有機磷多組份 凝膠滲透(GPC)
347 有機氯和擬除蟲菊酯 凝膠滲透(GPC)
359 氨基甲酸酯 凝膠滲透(GPC)
23 百菌清 佛羅里硅土
29 二氯苯醚菊酯 佛羅里硅土
41 水胺硫磷 佛羅里硅土
59 喹硫磷 佛羅里硅土
127 三唑酮 佛羅里硅土
145 佛磺胺草醚 佛羅里硅土
155 莠去津 佛羅里硅土
161 綠麥隆 佛羅里硅土
166 禾草敵 佛羅里硅土
173 滅幼脲 佛羅里硅土
179 五氯硝基苯 佛羅里硅土
217 吡佛禾草靈 佛羅里硅土
230 甲ji異柳磷 佛羅里硅土
239 有機氯和擬除蟲菊酯 佛羅里硅土
247 除蟲脲 佛羅里硅土
297 稻瘟靈 佛羅里硅土
369 2,4-滴丁酯 佛羅里硅土
420 佛樂靈 佛羅里硅土
427 噻螨酮 佛羅里硅土
431 異丙甲草胺 佛羅里硅土
437 2,4-滴 佛羅里硅土
447 敵稗 佛羅里硅土
465 惡草酮 佛羅里硅土
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