自动化固相萃取技术及其应用
摘要：固相萃取技术（SPE ）是近年来发展较快并得到广泛应用的一种新的样品前处理方法。固相萃取技术由于其溶剂使用量少、操作简单、选择性高、重现性好，已发展成为分离和浓缩各种样品中痕量分析物质的一种强有力的工具。本文简单介绍了固相萃取的基本原理，着重介绍了自动化固相萃取（ASPE ）的连用技术和在方法优化中的应用。
关键词：自动化固相萃取；连用技术；方法优化
Abstract: Solid-phase extraction ( SPE) technology is a fast-developing sample preparation method with wide application in recent years. Because of its solvent use less, simple operation, high selectivity, good reproducibility , solid-phase extraction technology has developed into a powerful tool for separating and concentrating samples which are in minute amounts. T his paper describes the basic principles of solid-phase extraction briefly, emphasis on application of combining automated solid-phase extraction (ASPE) technology with other technology and method optimization.
Keywords: automatedsolid-phase extraction; coupledtechnology; method optimization
1．固相萃取简介
固相萃取( solid phase extraction，SPE) 是近年来发展迅速的样品前处理方法，固相萃取技术就是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离和富集目标化合物的目的，大大增强对分析物特别是痕量分析物的检出能力，提高被测样品的回收率。固相萃取是一个包括液相和固相的物理萃取过程在固相萃取中，固相对分离物的吸附力比溶解分离物的溶剂更大。当样品溶液通过吸附剂床时，分离物浓缩在其表面，其他样品成分通过吸附剂床；通过只吸附分离物而不吸附其他样品成分的吸附剂，可以得到高纯度和浓缩的分离物。它大大弥补了液液萃取法的缺陷，具有节省时间溶剂用量少不易乳化等优点[1]，具有很好的通用性，可满足样品制备自动化的要求。
2．固相萃取的自动化
固相萃取采用自动化可以大大节省人力和时间；另外，固相萃取自动化可以减少人为因素造成的误差，从而提高结果的可靠性[2]。一套成熟的自动固相萃取仪应该满足自动化、模块化、经济化、平行化、功能化、扩展化、可靠化这几个特点。（1）自动化：一套完善的自动化固相萃取系统可以真正在无人值守的情况下完成固相萃取方法的应用。（2）模块化：可以根据不同用户的应用切换不用的模块，完成不同固相萃取方法的应用，如双柱叠加。（3）经济化：一套成熟的全自动固相萃取仪应该给客户提供经济化的后期使用体验。包括试剂、耗材如SPE 小柱的选择。应该可以兼容市售的主流SPE 小柱供应商的产品。（4）平行化：使用自动化固相萃取系统的客户往往希望能够平行处理，也就是同时处理多个样品，这种对平行化的要求可以体现在固相萃取的每个步骤，包括小柱活化、上样、清洗、洗脱。（5）功能化：越来越多的实验室会针对各类样品进行前处理，包括食品、药品、农业、
环境等相关领域。客户希望能够在同一平台完成常规样品和大体积样品的处理。（6）扩展化：扩展性是从软件和硬件上。从软件上，拥有一个比较开放、自由的控制软件能够给客户的应用方案提供更多的可行性。从硬件上，实验室拥有品目繁多的各类实验用试管及容器，一套成熟的自动固相萃取仪应该能够给用户自动自定义管架的功能。（7）可靠化：自动化的仪器最重要的特质就是稳定、可靠。这样才能发挥自动化的优势，将实验中的人为误差降至最低。而软件则是其中的重要一环，主流厂商如美国吉尔森公司的产品运用数据库底核架构的软件来控制仪器的运行，不但使得软件更加稳定，而且方便客户随时调阅以往实验的数据记录。有些厂家往往把各类功能集合在一起，这样反而由于功能模块的过多使得故障率偏高，往往一个模块如浓缩的问题导致整套系统瘫痪，十分影响到客户的正常应用。 3．自动化固相萃取的应用
3.1 在线连用技术
自动化固相萃取技术与其他分析技术的在线联用随着固相萃取法的广泛使用也在日益发展，可以与多种分析技术联用，如高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、质谱(MS)、原子发射光谱(AES)和电化学(EC)等。
3.1.1 自动化固相萃取与GC 的连用
边照阳等[3]采用全自动化固相萃取技术净化萃取液，以高灵敏度的GC-MS/MS分析测定烟卷主流烟气中的苯并[α]芘、苯并[α]蒽和苣。结果表明，苯并［a ］芘苯并［a ］蒽和苣的检出限分别为0. 05 0. 16 和0. 23 ng /cig，回收率为91. 5% ～ 102. 1%，相对标准偏差( RSD) 均小于5% 该方法的自动化程度高、操作简便、检出限低、重复性好。
3.1.2 自动化固相萃取与HPLC 的连用
许泓等[4]利用装配硅胶固相萃取柱的自动固相萃取仪/高效液相色谱－质谱/质谱仪检测动物源性食品中残留二苯乙烯类激素，与传统方法相比有效缩短了前处理时间，提高了回收率和稳定性。李永生等[5]基于流动注射分析技术，建立一套与高效液相色谱联用的全自动固相萃取富集系统，有效增加了单位时间的样品处理量，提高了自动化程度，实现奶制品中三聚氰胺的流动在线式检测。王博雅等[6]利用96 孔自动固相萃取装置对加标血清样品进行萃取分离，与HPLC /MS /MS 技术联用，应用多反应监测对样品中可乐定成分进行检测，平均萃取回收率为66.4%．
3.2 自动化固相萃取在方法优化中的应用
在建立固相萃取的方法过程中需要对许多参数进行筛选，通过改变不同的萃取条件找出最佳的萃取参数[9]。然而，这一过程的工作量是十分大的，而且十分费时间。而吉尔森ASPEC Xli全自动化固相萃取仪能很好的解决这一问题。
3.2.1 多组分收集
ASPEC XLi的多组分收集功能允许用不同的洗脱液对同一根SPE 柱进行洗脱，并将不同的洗脱液收集在不同的试管中。在优选最佳的洗脱溶剂的体积时，应用ASPEC XLi的自动在线进样阀直接对每个收集组分进行HPLC 分析从而快速得到最佳的洗脱体积。下面的图例是用1ml C18柱对血清中的苯巴比妥、苯妥英和carbamazepine 进行萃取，然后用等分的洗脱液（每份0.5ml ）进行洗脱。从图中可以看到对于苯巴比妥，0.5ml 的洗脱液就组够了；carbamazepine 需要1ml ；而苯妥英需要1.5ml[7]。
3.2.2 载样收集
当杂质被吸附在SPE 柱上，而分析物通过SPE 柱的情况下，ASPEC XLi 的载样与收集功能就显得十分有用。在这种情况下，以一般是先用一根SPE 柱吸附杂质，然后再将分析物加载到另一根含有不同功能团的SPE 柱上，已达到分离纯化的目的。另外，该功能在建立方法过程中可以用来检测分析物的流失，以选择合适的SPE 柱填料。下图是应用载样与收集功能测试不同的非极性SPE 柱。分析样品分别天载于四种不同的SPE 柱，收集各馏分进行在线HPLC 分析，从而找出键合力最强的SPE 柱。从图中可以看到，对于咖啡因和茶碱来说，保留最好的是氰基柱，最差的是苯基柱[7]。
3.2.3 方法连接
在建立新方法的过程中往往要对多种参数进行优选。这就需要对不同的方法得到的结果进行测试。ASPEC XLi能够将多个包括不同溶剂体积、流速等参数的方法连接起来自动运行，从而得到最佳的参数以确定最佳的SPE 方法。
3.2.4 在线浓缩
在线浓缩功能使得ASPEC Xli能够对洗脱后的馏分进行自动浓缩。如果使用这一功能，有两个参数是要进行测定的：针尖在试管中的位置及针尖随液面下降的速率。从而保证最大效率的浓缩。
4．结语
SPE 技术的出现使生物样本处理过程大为简化，自动化SPE 的使用真正实现了生物样本的在线分析。但是，专属性填料的开发尚处于起步阶段[10]，而自动化仪器仍有待于进一步完善，尤其是全自动系统中，如何使小柱更为耐压且易于更换，值得进一步研究[8]。尽管如此，仍然有理由相信SPE 技术会逐步成熟，在样本处理技术中处于主要地位。
参考文献
[1] Berrueta L A, Gallo B, Vicente F. Analysis of oxazepam in urine using solid- phase extraction and high- performance liquid chromatography with fluorescence detection by post-column derivatization. [J] Chromatogr A, 1993, 616( 2): 344-348.
[2] 陈小华. 吉尔森自动化固相萃取仪及其在样品前处理中的应用. 分析测试仪器通讯, 2010, 4(5): 193-197.
[3] 边照阳，唐纲岭，陈再根，庞永强，姜兴益，胡清源. 全自动固相萃取—气相色谱—串联质谱法测定卷烟主流烟气中的3种多环芳烃. Chinese Journal of Chromatography, 2011,29(10):1031-1035.
[4] 许泓，林安清，古珑，等．自动固相萃取/高效液相色谱-谱检测动物源性食品中残留二苯乙烯类激素的方法研究［J ］．分析测试学报，2007，26( 1) : 20－23 + 28．
[5] 李永生，梁琴琴，侯艳秋，等．用于高效液相色谱测定乳制品中三聚氰胺的流动注射在线固相萃取富集系统［J ］．分析化学，2012，40( 2) : 298－303．
[6] 王博雅，赵芊，王洪允，等．全自动固相萃取与液质联用方法测定人体血清中可乐定血药浓度［J ］．药物分析杂志，2010，30( 6) : 983－986．
[7] Mariam S E, Joseph J S, Chuck W, et al. Direct sampling and analysis from solid-phase extraction cards using an automated liquid extraction surface analysis nanoelectrospray mass spectrometry system ［J ］．J Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2011, 25( 17):2389- 2396．
[8] 高立勤，刘文英. 固相萃取技术及其在生物样本分析中的应用与进展. Chinese Journal of Chromatography, 2008,12(14): 131-135.
[9]张海涛, 吕颖. 固相萃取技术在药物分析中的应用. 亚太传统医学, 2011,7(1):143-145.
[10] 王洪允, 江骥, 胡蓓, 等. 固相萃取技术进展及在生物药物分析中的应用[J]. 药物分析杂志,
2003, 23( 3) : 236.
自动化固相萃取技术及其应用
摘要：固相萃取技术（SPE ）是近年来发展较快并得到广泛应用的一种新的样品前处理方法。固相萃取技术由于其溶剂使用量少、操作简单、选择性高、重现性好，已发展成为分离和浓缩各种样品中痕量分析物质的一种强有力的工具。本文简单介绍了固相萃取的基本原理，着重介绍了自动化固相萃取（ASPE ）的连用技术和在方法优化中的应用。
关键词：自动化固相萃取；连用技术；方法优化
Abstract: Solid-phase extraction ( SPE) technology is a fast-developing sample preparation method with wide application in recent years. Because of its solvent use less, simple operation, high selectivity, good reproducibility , solid-phase extraction technology has developed into a powerful tool for separating and concentrating samples which are in minute amounts. T his paper describes the basic principles of solid-phase extraction briefly, emphasis on application of combining automated solid-phase extraction (ASPE) technology with other technology and method optimization.
Keywords: automatedsolid-phase extraction; coupledtechnology; method optimization
1．固相萃取简介
固相萃取( solid phase extraction，SPE) 是近年来发展迅速的样品前处理方法，固相萃取技术就是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离和富集目标化合物的目的，大大增强对分析物特别是痕量分析物的检出能力，提高被测样品的回收率。固相萃取是一个包括液相和固相的物理萃取过程在固相萃取中，固相对分离物的吸附力比溶解分离物的溶剂更大。当样品溶液通过吸附剂床时，分离物浓缩在其表面，其他样品成分通过吸附剂床；通过只吸附分离物而不吸附其他样品成分的吸附剂，可以得到高纯度和浓缩的分离物。它大大弥补了液液萃取法的缺陷，具有节省时间溶剂用量少不易乳化等优点[1]，具有很好的通用性，可满足样品制备自动化的要求。
2．固相萃取的自动化
固相萃取采用自动化可以大大节省人力和时间；另外，固相萃取自动化可以减少人为因素造成的误差，从而提高结果的可靠性[2]。一套成熟的自动固相萃取仪应该满足自动化、模块化、经济化、平行化、功能化、扩展化、可靠化这几个特点。（1）自动化：一套完善的自动化固相萃取系统可以真正在无人值守的情况下完成固相萃取方法的应用。（2）模块化：可以根据不同用户的应用切换不用的模块，完成不同固相萃取方法的应用，如双柱叠加。（3）经济化：一套成熟的全自动固相萃取仪应该给客户提供经济化的后期使用体验。包括试剂、耗材如SPE 小柱的选择。应该可以兼容市售的主流SPE 小柱供应商的产品。（4）平行化：使用自动化固相萃取系统的客户往往希望能够平行处理，也就是同时处理多个样品，这种对平行化的要求可以体现在固相萃取的每个步骤，包括小柱活化、上样、清洗、洗脱。（5）功能化：越来越多的实验室会针对各类样品进行前处理，包括食品、药品、农业、
环境等相关领域。客户希望能够在同一平台完成常规样品和大体积样品的处理。（6）扩展化：扩展性是从软件和硬件上。从软件上，拥有一个比较开放、自由的控制软件能够给客户的应用方案提供更多的可行性。从硬件上，实验室拥有品目繁多的各类实验用试管及容器，一套成熟的自动固相萃取仪应该能够给用户自动自定义管架的功能。（7）可靠化：自动化的仪器最重要的特质就是稳定、可靠。这样才能发挥自动化的优势，将实验中的人为误差降至最低。而软件则是其中的重要一环，主流厂商如美国吉尔森公司的产品运用数据库底核架构的软件来控制仪器的运行，不但使得软件更加稳定，而且方便客户随时调阅以往实验的数据记录。有些厂家往往把各类功能集合在一起，这样反而由于功能模块的过多使得故障率偏高，往往一个模块如浓缩的问题导致整套系统瘫痪，十分影响到客户的正常应用。 3．自动化固相萃取的应用
3.1 在线连用技术
自动化固相萃取技术与其他分析技术的在线联用随着固相萃取法的广泛使用也在日益发展，可以与多种分析技术联用，如高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、质谱(MS)、原子发射光谱(AES)和电化学(EC)等。
3.1.1 自动化固相萃取与GC 的连用
边照阳等[3]采用全自动化固相萃取技术净化萃取液，以高灵敏度的GC-MS/MS分析测定烟卷主流烟气中的苯并[α]芘、苯并[α]蒽和苣。结果表明，苯并［a ］芘苯并［a ］蒽和苣的检出限分别为0. 05 0. 16 和0. 23 ng /cig，回收率为91. 5% ～ 102. 1%，相对标准偏差( RSD) 均小于5% 该方法的自动化程度高、操作简便、检出限低、重复性好。
3.1.2 自动化固相萃取与HPLC 的连用
许泓等[4]利用装配硅胶固相萃取柱的自动固相萃取仪/高效液相色谱－质谱/质谱仪检测动物源性食品中残留二苯乙烯类激素，与传统方法相比有效缩短了前处理时间，提高了回收率和稳定性。李永生等[5]基于流动注射分析技术，建立一套与高效液相色谱联用的全自动固相萃取富集系统，有效增加了单位时间的样品处理量，提高了自动化程度，实现奶制品中三聚氰胺的流动在线式检测。王博雅等[6]利用96 孔自动固相萃取装置对加标血清样品进行萃取分离，与HPLC /MS /MS 技术联用，应用多反应监测对样品中可乐定成分进行检测，平均萃取回收率为66.4%．
3.2 自动化固相萃取在方法优化中的应用
在建立固相萃取的方法过程中需要对许多参数进行筛选，通过改变不同的萃取条件找出最佳的萃取参数[9]。然而，这一过程的工作量是十分大的，而且十分费时间。而吉尔森ASPEC Xli全自动化固相萃取仪能很好的解决这一问题。
3.2.1 多组分收集
ASPEC XLi的多组分收集功能允许用不同的洗脱液对同一根SPE 柱进行洗脱，并将不同的洗脱液收集在不同的试管中。在优选最佳的洗脱溶剂的体积时，应用ASPEC XLi的自动在线进样阀直接对每个收集组分进行HPLC 分析从而快速得到最佳的洗脱体积。下面的图例是用1ml C18柱对血清中的苯巴比妥、苯妥英和carbamazepine 进行萃取，然后用等分的洗脱液（每份0.5ml ）进行洗脱。从图中可以看到对于苯巴比妥，0.5ml 的洗脱液就组够了；carbamazepine 需要1ml ；而苯妥英需要1.5ml[7]。
3.2.2 载样收集
当杂质被吸附在SPE 柱上，而分析物通过SPE 柱的情况下，ASPEC XLi 的载样与收集功能就显得十分有用。在这种情况下，以一般是先用一根SPE 柱吸附杂质，然后再将分析物加载到另一根含有不同功能团的SPE 柱上，已达到分离纯化的目的。另外，该功能在建立方法过程中可以用来检测分析物的流失，以选择合适的SPE 柱填料。下图是应用载样与收集功能测试不同的非极性SPE 柱。分析样品分别天载于四种不同的SPE 柱，收集各馏分进行在线HPLC 分析，从而找出键合力最强的SPE 柱。从图中可以看到，对于咖啡因和茶碱来说，保留最好的是氰基柱，最差的是苯基柱[7]。
3.2.3 方法连接
在建立新方法的过程中往往要对多种参数进行优选。这就需要对不同的方法得到的结果进行测试。ASPEC XLi能够将多个包括不同溶剂体积、流速等参数的方法连接起来自动运行，从而得到最佳的参数以确定最佳的SPE 方法。
3.2.4 在线浓缩
在线浓缩功能使得ASPEC Xli能够对洗脱后的馏分进行自动浓缩。如果使用这一功能，有两个参数是要进行测定的：针尖在试管中的位置及针尖随液面下降的速率。从而保证最大效率的浓缩。
4．结语
SPE 技术的出现使生物样本处理过程大为简化，自动化SPE 的使用真正实现了生物样本的在线分析。但是，专属性填料的开发尚处于起步阶段[10]，而自动化仪器仍有待于进一步完善，尤其是全自动系统中，如何使小柱更为耐压且易于更换，值得进一步研究[8]。尽管如此，仍然有理由相信SPE 技术会逐步成熟，在样本处理技术中处于主要地位。
参考文献
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[2] 陈小华. 吉尔森自动化固相萃取仪及其在样品前处理中的应用. 分析测试仪器通讯, 2010, 4(5): 193-197.
[3] 边照阳，唐纲岭，陈再根，庞永强，姜兴益，胡清源. 全自动固相萃取—气相色谱—串联质谱法测定卷烟主流烟气中的3种多环芳烃. Chinese Journal of Chromatography, 2011,29(10):1031-1035.
[4] 许泓，林安清，古珑，等．自动固相萃取/高效液相色谱-谱检测动物源性食品中残留二苯乙烯类激素的方法研究［J ］．分析测试学报，2007，26( 1) : 20－23 + 28．
[5] 李永生，梁琴琴，侯艳秋，等．用于高效液相色谱测定乳制品中三聚氰胺的流动注射在线固相萃取富集系统［J ］．分析化学，2012，40( 2) : 298－303．
[6] 王博雅，赵芊，王洪允，等．全自动固相萃取与液质联用方法测定人体血清中可乐定血药浓度［J ］．药物分析杂志，2010，30( 6) : 983－986．
[7] Mariam S E, Joseph J S, Chuck W, et al. Direct sampling and analysis from solid-phase extraction cards using an automated liquid extraction surface analysis nanoelectrospray mass spectrometry system ［J ］．J Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2011, 25( 17):2389- 2396．
[8] 高立勤，刘文英. 固相萃取技术及其在生物样本分析中的应用与进展. Chinese Journal of Chromatography, 2008,12(14): 131-135.
[9]张海涛, 吕颖. 固相萃取技术在药物分析中的应用. 亚太传统医学, 2011,7(1):143-145.
[10] 王洪允, 江骥, 胡蓓, 等. 固相萃取技术进展及在生物药物分析中的应用[J]. 药物分析杂志,
2003, 23( 3) : 236.