农药残留分析中的固相萃取技术

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1、农药残留分析中的固相萃取技术专业:农药学曹军 2005102089导师:杨红 固相萃取技术固相萃取技术 (Solid Phase Extraction,SPE)一、固相萃取原理 固相萃取是近十几年迅速发展起来的一种样品前处理技术，它是一种以液相色谱分离为基础，包括液相和固相的物理萃取过程的分离和纯化方法。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柱床；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。1.1.吸附和解吸吸附和解吸 固相萃取中最通常的方法是将固体吸附剂装在一个针筒状柱子中

2、，使样品溶液通过吸附剂柱床，样品中的化合物或通过吸附剂或吸附在吸附剂上。“吸附”是吸附剂与分离物分子间吸引的作用，样品通过吸附剂柱床时，分离物在吸附剂上不移动。样品在吸附剂柱床上是吸附还是解吸，主要由三方面因素而决定的，即分离物、溶剂（洗脱剂）和吸附剂。因此，一个待分离物质的吸附和解吸行为在不同溶剂和吸附剂中是不断变化的。解吸是吸附剂上的分离物从吸附剂上去除的过程，这需加入一种对分离物吸引比吸附剂更强的溶剂来完成。2.2.容量和选择性容量和选择性 吸附剂的容量是在最优条件下，单位吸附剂的量能够吸附一个强吸附分离物的总量。不同键合硅胶吸附剂的容量变化范围很大。选择性是吸附剂区别分离物和其他样品基

3、质化合物的能力，也就是说，吸附分离物去除其他样品化合物。一个高选择性吸附剂是从样品基质中仅吸附分离物的吸附剂。吸附剂选择性受三个参数的影响：分离物的化学结构、吸附剂的性质和样品基质的组成。二、固相萃取基本操作步骤二、固相萃取基本操作步骤 1.选择适当的固相萃取柱（或管）：吸附剂种类、吸附剂量等。萃取样品的质量不超过管中的 填料量的5，即如果用100mg/L的固相萃取管，分析物质不得超过5mg。2.予淋：使固相萃取小柱润湿，目的是使分离样 品与吸附剂充分接触。3.上样：待分离样品转入柱中。4.洗脱、去杂质：一些干扰物流出柱，弃流出液。5.洗脱、收集：换洗脱液洗脱，收集流出液。6.浓缩：减压旋转浓

4、缩，待检测。固相萃取操作步骤图示样品（包括分离物和干扰物质）通过吸附剂吸附剂选择性地吸附分离物和一些干扰物，其他干扰物流过吸附剂用适当的溶剂淋洗吸附剂，使原来吸附的干扰物选择性的淋洗出来，而分离物仍吸附在吸附剂柱床上用另一溶剂将纯化、浓缩的分离物从吸附剂柱床上淋洗下来三、固相萃取设备及用途 1.固相萃取装置：玻璃的、密闭装置 2.油泵或空气泵：抽气 3.缓冲瓶：调节体系内外压力 4.固相萃取柱（管）：分离样品 5.5.旋转浓缩仪：蒸发溶剂旋转浓缩仪：蒸发溶剂 四、固相萃取的特点及重要性1.节约时间和节约溶剂约90左右。减少对环境的污染及避免危及人的健康；减少杂质的引入；2.回收率高、重现性好；

5、3.可避免LLE中乳化现象的产生，这在农药分析 中尤其重要；4.操作简便、快速，可同时进行批量样品的预处 理（多位）；5.可使萃取、富集、净化一步完成。即根据待测农药的性质、样品种类，选用合适的微型柱和淋洗剂及优化条件后，均可实现此过程。6.由于可选择的固相萃取填料种类很多，因此应用范围很广；7.可单柱，也可多个柱串联使用。如C18柱与氟罗里硅土柱串联起来使用分离、纯化待检样品；8.柱中吸附剂可单一成分，也可多种吸附剂成分，即利用多种界面效应来分离和纯化待检样品；9.易实现予处理的自动化。国外已经推出商品化的自动固相萃取装置（ASPEC），将其与HPLC在线结合可实现许多农药残留的全自动化分析

6、。五、固相萃取剂种类及特性五、固相萃取剂种类及特性 固相萃取（固相萃取（SPESPE）实际上是色谱技术应）实际上是色谱技术应用的另一种形式。用的另一种形式。19771977年，年，WatersWaters设计了第设计了第一个固相萃取用的以硅胶为填料的微型针桶一个固相萃取用的以硅胶为填料的微型针桶式柱子（式柱子（Sep-PakSep-Pak），经过二十多年的发展），经过二十多年的发展，依据柱中填料性能及种类大体可分以下几，依据柱中填料性能及种类大体可分以下几种：种：1.1.吸附型：如硅胶、大孔吸附树脂等（正相的）吸附型：如硅胶、大孔吸附树脂等（正相的）2.2.分配型：如键合硅胶（分配型：如键合硅

7、胶（C C8 8、C C1818）、苯基柱）、苯基柱等等 （反相的）（反相的）3.3.离子交换型：阳离子交换和阴离子交换等离子交换型：阳离子交换和阴离子交换等 4.4.金属配合物吸附型金属配合物吸附型 5.5.免疫亲和吸附型免疫亲和吸附型 6.6.分子嵌入聚合物型分子嵌入聚合物型1）氧化铝和硅胶等SPE 氧化铝和硅胶是传统的吸附剂。它们为极性吸附剂，当极性与非极性物质通过它们时，极性物质被吸附在柱上，而非极性物质流过柱子；当换极性溶剂时，原吸附在柱上的极性物质被洗脱下来。在固相萃取的作用机制是溶质在吸附剂表面的吸附作用。例如硅胶柱能用于脂溶性维生素和类脂的富集和纯化。几种常用固相萃取剂类型：几

8、种常用固相萃取剂类型：2 2）键合硅胶）键合硅胶 键合硅胶是在吸附剂表面健合键合硅胶是在吸附剂表面健合C C1818多孔硅胶颗粒多孔硅胶颗粒或其他亲水烷基。即通过有机硅和活性硅的反应形式或其他亲水烷基。即通过有机硅和活性硅的反应形式的。产物是通过硅醚键连接带有官能团的有机硅和硅的。产物是通过硅醚键连接带有官能团的有机硅和硅基体的吸附剂；基体的吸附剂；键合硅胶吸附剂是坚硬的物质，不像许多聚合键合硅胶吸附剂是坚硬的物质，不像许多聚合物如聚苯乙烯树脂，它在不同溶剂中不会缩小或膨物如聚苯乙烯树脂，它在不同溶剂中不会缩小或膨胀。通常用于制造键合硅胶吸附剂的颗粒大小分布胀。通常用于制造键合硅胶吸附剂的颗粒

9、大小分布为为1515 100100 m m。另外，其颗粒是不规则的而不是球形。另外，其颗粒是不规则的而不是球形的，这个特性允许在低真空和压力下溶剂快速流过的，这个特性允许在低真空和压力下溶剂快速流过吸附剂柱床。吸附剂柱床。键合硅胶吸附剂产品在键合硅胶吸附剂产品在pHpH大约大约 是稳定的；在以是稳定的；在以上，硅基体在水溶液中易于溶解；在以下，硅醚链不上，硅基体在水溶液中易于溶解；在以下，硅醚链不稳定，并且表面上的官能团开始裂开，改变了吸附性稳定，并且表面上的官能团开始裂开，改变了吸附性能。在实际应用中，键合硅胶能在能。在实际应用中，键合硅胶能在pH 1pH 1 1414范围内应范围内应用于固

10、相萃取，因为吸附剂暴露于溶剂的时间很短，用于固相萃取，因为吸附剂暴露于溶剂的时间很短，所以键合硅胶实际上对所有有机溶剂是化学稳定的。所以键合硅胶实际上对所有有机溶剂是化学稳定的。键合硅胶吸附剂与分离物之间的相互作用有非键合硅胶吸附剂与分离物之间的相互作用有非极性的、极性的、和离子的相互作用：极性的、极性的、和离子的相互作用：非极性相互作用：是指那些吸附剂官能团上的碳非极性相互作用：是指那些吸附剂官能团上的碳氢键和分离物上的碳氢键的相互作用，这些通常指范氢键和分离物上的碳氢键的相互作用，这些通常指范德华力或色散力。如德华力或色散力。如C C1818，它是十八硅烷键合到硅基质，它是十八硅烷键合到硅

11、基质上的。因为许多分离物分子可以通过它保留（或吸附上的。因为许多分离物分子可以通过它保留（或吸附），所以），所以C C1818是非选择性吸附剂。是非选择性吸附剂。极性相互作用：包括氢键作用和导致电子偏移极性相互作用：包括氢键作用和导致电子偏移的其他作用。表现出极性相互作用性质的基团主要的其他作用。表现出极性相互作用性质的基团主要包括羟基、胺、羰基、芳香环、巯基、双键和包含包括羟基、胺、羰基、芳香环、巯基、双键和包含像氧、氮、硫和磷杂原子的基团。像氧、氮、硫和磷杂原子的基团。3 3）聚合物吸附剂）聚合物吸附剂 聚合物吸附剂在一些方面弥补了硅胶和键合硅胶吸聚合物吸附剂在一些方面弥补了硅胶和键合硅胶

12、吸附剂的不足。硅胶及键合硅胶吸附剂在使用前均需要润附剂的不足。硅胶及键合硅胶吸附剂在使用前均需要润湿，以保持待分离样品与吸附剂充分接触，否则会得到湿，以保持待分离样品与吸附剂充分接触，否则会得到较低的回收率和较差的重现性。而一种新型聚合物反相较低的回收率和较差的重现性。而一种新型聚合物反相吸附剂吸附剂-聚合二烯苯聚合二烯苯-N-N-乙烯吡咯烷酮及其盐在此性乙烯吡咯烷酮及其盐在此性能上超过了键合硅胶。主要是因为此聚合物吸附剂即具能上超过了键合硅胶。主要是因为此聚合物吸附剂即具有亲水性又具有亲脂性，其主要表现为两个特性：（有亲水性又具有亲脂性，其主要表现为两个特性：（1 1）在水中保持湿润；（）在

13、水中保持湿润；（2 2）对极性和非极性化合物有很）对极性和非极性化合物有很宽的适用范围。在样品萃取过程中，不必担心样品，因宽的适用范围。在样品萃取过程中，不必担心样品，因为这种吸附剂允许在萃取过程中干燥。为这种吸附剂允许在萃取过程中干燥。C C1818柱回收率随干柱回收率随干燥时间的延长迅速降低，而此聚合物吸附剂回收率则保燥时间的延长迅速降低，而此聚合物吸附剂回收率则保持不变。持不变。4)几种常用固相萃取剂类型比较:项目优点缺点硅胶SPE 1.易得、费用低 2.使用简单、技术公认 3.可萃取低水平化合物 1.选择性差（比较而言）2.对不同极性化合物同时 萃取较困难键合硅胶SPE1.易得、费用低2.使用简单、技术公认3.可制成多种使用形式 对极大、极小pH不稳定 选择性差（比较而言）对不同极性化合物同时 萃取较困难聚合物SPE对极性和非极性化合物有很宽的适用范围（即亲脂性和亲水性）。必须在水中润湿 对不同极性化合物同时 萃取较困难