SPE常見(jiàn)操作的背后原理，您知道嗎？

不僅僅要知道怎么做，還必須知道為什么這么做，透過(guò)現象看本質(zhì)，透過(guò)原理，來(lái)解答SPE小柱操作的常見(jiàn)疑惑，今天小編就透過(guò)SPE背后的原理，告訴您SPE為什么有這樣哪樣的操作要求，一起來(lái)圍觀(guān)吧！

01

為什么SPE小柱操作要強調流速？

答：SPE小柱的填料裝填壓實(shí)以后，形成柱床，當溶劑流過(guò)小柱，速度過(guò)快將導致兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)問(wèn)題是對于鍵合相填料，由于流速快而使得其不能充分浸潤舒展，因而導致其保留活性降低；其次過(guò)快的流速導致小柱可能形成溝渠，使得填料未被充分浸潤，降低了吸附填料與樣品的接觸面積，影響了目標物質(zhì)的傳質(zhì)過(guò)程，因而導致回收率降低。對于0.5-3.0mL/min的小柱流速通常是不會(huì )產(chǎn)生溝渠效應的，另外溝渠的形成與柱床高度有關(guān)，對于薄膜型的萃取膜片或者膜盤(pán)，由于橫截面大，柱床低，在高流速下不會(huì )導致嚴重的溝渠效應，因此適合在高流速的大體積水樣的富集，對于離子交換和特異性吸附，填料和分析目標物的相互作用時(shí)間比常規小柱長(cháng)，流速的控制，確保了好的保留效果。

溝渠效應

SPE小柱的填料裝實(shí)后，當通過(guò)小柱的流速較低時(shí)，液體是以層流的方式通過(guò)填料層，將填料層浸潤充分，濕潤的液面截層逐級向前推進(jìn)，見(jiàn)附圖；當流速過(guò)大的時(shí)候，而柱床厚度較高時(shí)，可能會(huì )在填料內部形成溝渠通道，液流將通過(guò)溝渠，快速通過(guò)小柱，而使得填料的浸潤變得不充分，這樣將使得體與填料的接觸面積大大降低，嚴重影響填料對目標物質(zhì)的保留效果。

圖一、SPE形成溝渠和田間灌溉的溝渠

圖二、SPE正常層流和溝流通過(guò)小柱填料

02

溶劑環(huán)境的pH怎么影響化合物在小柱上的保留，為什么我們要關(guān)注化合物的pKa值，在C18小柱中需要考慮這些因素嗎？

答：首先我們來(lái)說(shuō)一下，Ka指的是酸度系數，又名酸離解常數，可以理解為酸離解H離子的能力，而pKa=-lgKa，對于酸，在環(huán)境pH下存在如下平衡：

左邊的A-/HA，實(shí)際是指溶劑環(huán)境下，離子態(tài)和分子態(tài)的比例，右邊反映了左側兩者的轉化關(guān)系，取決于（pH-pKa)的數值大小。對于離子交換小柱，保持目標物的離子化而非分子態(tài)，是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，這對于離子交換作用機理的交換柱，將直接關(guān)系到其實(shí)驗成敗。而對于硅膠鍵合C18小柱的萃取，由于硅膠（—SiOH）不能*“封端”，在pH大于4.0的情況下，硅膠都會(huì )帶上負電荷，因而會(huì )使得能電離的化合物與硅膠作用，增強了這種附帶的次級作用理（主作用力為非極性相互作用力），而使得此類(lèi)物質(zhì)在硅膠-C18上的保留增強，若只考慮C18的非極性作用力，必然會(huì )導致回收結果的不盡人意。

03

中性氧化鋁，酸性氧化鋁、堿性氧化鋁，怎么區分？

答：Al2O3 的主要作用力是通過(guò)金屬鋁中心與化合物的羥基形成氫鍵來(lái)吸附，或者通過(guò)離子交換作用。中性氧化鋁（Al-N）：pH為6.5，中性氧化鋁主要通過(guò)鋁原子中心與帶有高負電荷的雜原子作用，如：N、O、P、S及富電子的芳香族化合物。

先理解酸化后和堿化后的氧化鋁，氧化鋁的性能變化：

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O；

Al2O3 + 2NaOH= 2NaAlO2(偏鋁酸鈉) + H2O

酸化的氧化鋁和堿化的氧化鋁，使得氧化鋁表面的電荷性發(fā)生改變，如酸性氧化鋁帶正電荷的中心容易吸附陰離子，并且產(chǎn)生偶極作用，吸附極性化合物；而堿性則吸附極性和含陽(yáng)離子官能的化合物。

04

為什么在農殘檢測過(guò)程中GCB常見(jiàn)于凈化模式，而不用于富集模式？

答：SPE的凈化模式常被用來(lái)吸附雜質(zhì)，而富集模式常被用來(lái)吸附目標物質(zhì)，GCB是一種石墨化碳黑，是將炭黑在惰性氣氛下加熱到2700-3000℃烘焙而成，它由六個(gè)碳原子構成平面六角形，并且層疊而成，對于芳香平面分子，很容易嵌入，而具有較強吸附芳香化合物的選擇性，對于其他分析物也有較好的吸附性能，填料的吸附與解吸附的性能將直接影響填料的使用范圍，對于GCB而言，其吸附性能較強，但是解吸附的可逆性稍差，需要選擇合適強度的溶劑來(lái)釋放被吸附的物質(zhì)，因而造成了解析溶劑匹配較為困難，由于其對色素等的優(yōu)xiu吸附性能，因而在農殘樣品處理中，常用來(lái)吸附色素等雜質(zhì)，而不是選擇用來(lái)保留目標化合物。

05

HLB小柱為什么與傳統的硅膠鍵合C18不一樣，廠(chǎng)商建議可以不活化平衡？

答：SPE小柱活化平衡的目的有兩個(gè)，一是使得鍵合官能團填料的濕潤和舒展，使之保持對目標化合物的大吸附活性，另外一個(gè)目的就是去除填料本身可能引入的雜質(zhì)。我們知道硅膠鍵合C18，是在硅膠微球表面鍵合疏水性的C18官能團，為了使得其保持對目標物的充分的吸附活性，需要在濕潤的環(huán)境上樣，在填料表層形成的液膜（活化平衡）和上樣的溶劑分子有良好的相容性，目標物在膜間進(jìn)行傳質(zhì)，與鍵合C18發(fā)生疏水作用而保留，C18本身不具備水浸潤性，直接上水樣，C18蜷縮，而且強的疏水性導致其與溶劑中的目標物質(zhì)接觸傳質(zhì)變得困難，因此活化平衡*，HLB小柱采用聚合物改性材料，增加了親水基團，使得在上樣溶劑時(shí)就能很好的和水溶劑互溶，因而填料的官能團能在上樣溶劑的環(huán)境下就與目標物分子充分接觸，而發(fā)生傳質(zhì)，使得目標物質(zhì)被充分保留住。

06

淋洗步驟通常需要干燥，這個(gè)原因是什么？

答：淋洗液通常要干燥，主要作以下考量：

1.通常由于反相萃取在化合物的前處理中使用的比較多，正如反相色譜在色譜中作為常見(jiàn)的分離方法一樣，在反相萃取中的淋洗液常為水相或者含水的緩沖溶液，去除水份，可以便于后續干燥濃縮步驟。

2.有的項目，在淋洗步驟完成后，直接用一定體積的洗脫液，比如1ml的甲醇洗脫，此過(guò)程將洗脫與定容集為一步處理，前一步的處理必然對洗脫步驟的定量結果產(chǎn)生影響。

3.便是溶劑互溶問(wèn)題，當淋洗步驟使用的溶劑極性與洗脫溶劑的極性差異較大時(shí)，會(huì )產(chǎn)生乳化分層，洗脫阻力大，洗脫液被稀釋的風(fēng)險等，導致洗脫效果的差異，以致于實(shí)驗結果的失敗。

07

我們在使用硅膠鍵合填料類(lèi)型的色譜柱的時(shí)候，出于對色譜學(xué)的常識，知道了硅膠鍵合填料一般廠(chǎng)商建議的pH使用范圍為2-8，那么對于使用硅膠鍵合的填料的固相萃取小柱，是否需要嚴格遵守這樣一條規定？

答：首先，我們需要了解到，廠(chǎng)家建議的pH2-8的耐受范圍，是為了保證色譜柱的正常使用壽命，硅膠鍵合相在超出耐受的pH范圍使用，會(huì )導致鍵合相與硅膠基質(zhì)的斷裂，因此會(huì )損害色譜柱柱效和保留特性，但是我們知道這個(gè)pH耐受值范圍外的溶劑對于色譜柱的影響，主要是一個(gè)積累性的過(guò)程，在溶劑沖刷下，逐漸溶解而導致色譜柱性能改變和不可逆，壽命減短。SPE小柱和色譜柱的一個(gè)差異就是，SPE是一次性消耗品，在耐受的溶劑范圍外，短暫時(shí)間的溶劑沖刷對于小柱的保留特性影響甚微，并不會(huì )導致其保留顯著(zhù)差異，因此其使用的pH范圍更寬，一般可以在pH值范圍1-10使用，而不會(huì )導致其結果的差異性。