固相萃取柱(Solid Phase Extraction Column,簡(jiǎn)稱SPE柱)是從層析柱發(fā)展而來(lái)的一種用于萃取、分離、濃縮的樣品前處理裝置。主要應(yīng)用于各種食品、農(nóng)畜產(chǎn)品、環(huán)境樣品以及生物樣品中目標(biāo)化合物的樣品前處理。固相萃取技術(shù)已經(jīng)被廣泛地使用在許多國(guó)標(biāo)(GB/T)以及行業(yè)分析標(biāo)準(zhǔn)中。
固相萃取柱的容量是指固相萃取柱填料的吸附量。對(duì)于以硅膠為基質(zhì)的固相萃取柱，其容量一般在1~5 mg/100 mg，也就是柱容量是填料質(zhì)量的1%~5%。而鍵合硅膠離子交換吸附劑填料的容量以meq/g表示，即每克填料的容量為X毫克當(dāng)量。這類填料的容量通常在0.5~1.5 meq/g。
在選擇固相萃取柱時(shí)，必須考慮柱容量。由于我們面對(duì)的樣品基質(zhì)通常都較為復(fù)雜，例如食品、生物樣品等等。在固相萃取中，固相萃取吸附劑對(duì)目標(biāo)化合物吸附的同時(shí)，也會(huì)吸附同類性質(zhì)的雜質(zhì)。因此，在考慮柱容量是應(yīng)該是目標(biāo)化合物加上可被吸附的雜質(zhì)總量不能超過(guò)柱容量。否則在載樣的過(guò)程中就可能有部分目標(biāo)化合物不能被吸附，造成回收率偏低。
SPE柱的結(jié)構(gòu)
柱管：吸附劑的載體，由血清級(jí)的聚丙烯制成，通常做成注射器形狀。一些廠家也提供玻璃的柱管用以特殊分析(比如PAEs分析)。柱管下端出口的尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，可用于不同廠家的固相萃取多管真空裝置。
篩板：起固定吸附劑和過(guò)濾溶液的作用。聚乙烯是常見的篩板材料，對(duì)于特殊分析也可采用特氟隆、不銹鋼片或玻璃等材質(zhì)。
吸附劑：固相萃取柱中發(fā)揮分離作用的物質(zhì)。早期廣泛應(yīng)用于柱層析的Al2O3、florisil、石墨化炭黑等吸附劑在固相萃取中仍被使用;目前最常見的吸附劑是硅膠鍵合吸附劑，由球形硅膠顆粒鍵合各種官能團(tuán)制得;上世紀(jì)末被發(fā)明的有機(jī)聚合物吸附劑，比如聚二乙烯基苯-N-乙烯吡咯烷酮，以重現(xiàn)性好、pH適用范圍寬以及適用性廣等優(yōu)勢(shì)在許多應(yīng)用中已經(jīng)取代硅膠鍵合吸附劑。
配套裝置：儲(chǔ)樣器，用于增加柱管上方的容器體積，提高單次上樣量;適配器，用于連接柱管與柱管、柱管與儲(chǔ)樣器。
固相萃取柱使用過(guò)程
最簡(jiǎn)單的固相萃取可以通過(guò)手工方式完成，即在固相萃取柱上端連接一個(gè)注射器，通過(guò)對(duì)注射器的擠壓將萃取柱內(nèi)的液體排擠出萃取柱。另外，也可以使用正壓或負(fù)壓固相萃取裝置對(duì)批量樣品進(jìn)行固相萃取操作。隨著科技的發(fā)展和樣品數(shù)量的增多，越來(lái)越多的分析實(shí)驗(yàn)室開始使用自動(dòng)固相萃取儀，特別是多通道固相萃取儀對(duì)批量樣品進(jìn)行處理。
活化(Activation )：也稱溶劑化，加入合適的溶劑使吸附劑上的官能團(tuán)展開，并除去吸附劑上可能存在的干擾物，對(duì)于反相吸附劑常常用中等極性溶劑(比如甲醇)，正相吸附劑常常用弱極性或非極性溶劑(比如己烷);
平衡(Equilibrium )：除去活化溶劑為上樣創(chuàng)造適宜的溶劑環(huán)境，所用溶劑通常與樣品溶液的溶劑一致;對(duì)于離子交換柱，如果樣品是堿性化合物平衡液中往往需要加入酸，如果樣品為酸性化合物平衡液中往往需要加入堿;保留(Retention )：當(dāng)樣品溶液通過(guò)吸附劑，吸附劑與某些化合物的作用力超過(guò)后者與溶劑的作用力時(shí)，這些化合物就會(huì)被吸附劑固定，該過(guò)程稱為保留;
淋洗(Washing )：上樣后，部分干擾物與目標(biāo)化合物同時(shí)被保留，需要加入合適的溶液以最大可能地除去干擾物而不影響目標(biāo)化合物的保留，通常情況下用上樣時(shí)的樣品溶劑淋洗不會(huì)影響回收率，但洗脫強(qiáng)度較人的溶劑能最大程度地去除干擾物，選擇淋洗液時(shí)需要在回收率和凈化效果間找到平衡點(diǎn);
洗脫(Elution )：讓洗脫能力較強(qiáng)的溶劑通過(guò)吸附劑，打斷吸附劑與被保留的化合物之間的作用力，使這些化合物隨溶劑從吸附劑中流出;通常情況下，能剛好洗脫目標(biāo)化合物的洗脫溶劑是最佳選擇，此時(shí)洗掉的干擾物最少，選擇洗脫液時(shí)也需要在回收率和凈化效果間找到平衡點(diǎn)。
當(dāng)復(fù)雜的樣品溶液通過(guò)吸附劑(Sorbent)時(shí)，吸附劑會(huì)通過(guò)極性相互作用、疏水相互作用或離子交換等作用力選擇性地保留目標(biāo)物( Aimed Compound)和少量與目標(biāo)物性質(zhì)相近的組分，其他組分則透過(guò)吸附劑流出小柱，然后用另一種溶劑體系選擇性地把目標(biāo)物洗脫下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜樣品的分離、純化和富集。
在固相萃取過(guò)程中，“保留” ( Retention)和“洗脫” ( Elution)均受目標(biāo)物、吸附劑和溶劑三種因素的影響，對(duì)于給定的目標(biāo)物，選擇合適的吸附劑、樣品溶劑以及洗脫溶劑是實(shí)現(xiàn)成功分離的關(guān)鍵。
固相萃取的作用
富集：痕量分析或制備時(shí)，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行富集是必要的過(guò)程。比如，分析水中的PAHs，可以將1000 mL水樣加入SPE柱，PAHs保留在柱中，然后用少量溶劑(比如2 mL)洗脫，這樣PAHs就被濃縮了500倍，這意味著在相同的檢測(cè)條件下，分析物的方法檢測(cè)限僅為處理前的1/500。
凈化：在儀器分析之前除去雜質(zhì)，這一方面避免了雜質(zhì)對(duì)目標(biāo)物的干擾，提高了分析靈敏度，另一方面也避免了雜質(zhì)對(duì)或儀器的損害。
轉(zhuǎn)換溶劑：一些分析儀器對(duì)分析物溶解溶劑有特殊的要求，可以通過(guò)SPE柱進(jìn)行轉(zhuǎn)換。比如，采用GC法分析水中的半揮發(fā)性污染物時(shí)，如果采用直接進(jìn)樣，水分會(huì)影響分離并損害氣相色譜柱，因而需要轉(zhuǎn)換溶劑。將水樣加入反相萃取柱，目標(biāo)物保留在柱中與水分離，然后用對(duì)目標(biāo)物溶解性強(qiáng)并且易揮發(fā)的有機(jī)溶劑洗脫，干燥并濃縮后即可分析。
固相萃取技術(shù)常見術(shù)語(yǔ)
吸附劑(Sorbent )：固相萃取柱中的填充物，能夠從樣品溶液中選擇性地萃取某些化合物;
吸附容量(Capacity )：在特定條件下，一定質(zhì)量吸附劑能夠保留化合物(包括目標(biāo)化合物和部分干擾物)的總質(zhì)量。
