固相萃取(Solid-Phase Extraction，簡稱SPE)是近年發展起來一種樣品預處理技術，由液固萃取柱和液相色譜技術相結合發展而來，主要用于樣品的分離、純化和濃縮，與傳統的液液萃取法相比較可以提高分析物的回收率，更有效的將分析物與干擾組分分離，減少樣品預處理過程，操作簡單、省時、省力。

基本原理

固相萃取技術基于液-固相色譜理論，采用選擇性吸附、選擇性洗脫的方式對樣品進行富集、分離、凈化，是一種包括液相和固相的物理萃取過程；也可以將其近似地看作一種簡單的色譜過程。色譜過程的主要分離模式也與液相色譜相同，可分為正相(吸附劑極性大于洗脫液極性)、反相(吸附劑極性小于洗脫液極性)、離子交換和吸附。固相萃取所用的吸附劑也與液相色譜常用的固定相原理一致，但在粒度、柱床長度上有所區別。

如固相萃取柱的填料粒徑通常> 40 μm，遠比HPLC或UHPLC填料粒徑大(1.7-10μm)。由于柱床較短且粒徑較大，SPE柱的效率遠低于HPLC柱。HPLC柱塔板數常>10,000，而SPE柱僅獲得10-50個塔板。因此，SPE只能分離和保留性質差異很大的化合物。在這種情況下，典型的SPE分離不是在等度模式下進行的，而是在梯度模式下進行的，通過階梯梯度，分析物或者被固定相牢牢吸附，或者不被保留。與HPLC的另一個區別是SPE柱是一次性的。

SPE利用選擇性吸附與選擇性洗脫的液相色譜法分離原理。較常用的方法是使液體樣品溶液通過吸附劑，保留其中被測物質，再選用適當強度溶劑沖去雜質，然后用少量溶劑迅速洗脫被測物質，從而達到快速分離凈化與濃縮的目的。也可選擇性吸附干擾雜質，而讓被測物質流出；或同時吸附雜質和被測物質，再使用合適的溶劑選擇性洗脫被測物質。

固相萃取法的萃取劑是固體，其工作原理基于：水樣中欲測組分與共存干擾組分在固相萃取劑上作用力強弱不同，使它們彼此分離。固相萃取劑是含C18或C8、腈基、氨基等基團的特殊填料。

作為比較，固相萃取和傳統的液液萃取法和蛋白沉淀法具有各自的特點。

可以看出，從時間、靈敏度、效果、省溶劑、樣品適應性等各方面來看，固相萃取都有很顯著的優勢，只需固相萃取儀和SPE小柱以及一定的方法開發。在國內食品、藥品、環境等各行業的法規標準中，固相萃取已經成為了標準方法并有詳細的操作指南，因此，固相萃取的市場蓬勃發展，此前主要是一次性SPE小柱的市場迅猛增長。而隨著自動化樣品處理已經越來越成為實驗室的主流發展方向，自動化固相萃取儀的市場也逐步擴大。可以說，幾乎每家擁有有機或生物樣品分析的實驗室，都會有一臺或多臺自動固相萃取儀。

主要分類

固相萃取儀的操作模式有很多種，如正壓操作模式、負壓操作模式，重力操作模式、離心操作模式等。目前市面上常用正壓上樣和負壓上樣兩種方式萃取，但負壓上樣因不能有效控制流速，易造成回收率不穩定、儀器重復性差，所以一般采用正壓上樣方式。全自動固相萃取儀采用高精度注射泵正壓上樣洗脫樣品，更加精確地控制液體流速，從而顯著提高了儀器重復性并確保了樣品回收率。

根據萃取樣品體積大小可分為小體積和大體積兩種。

? 小體積樣品指食品、藥品、血液等樣體，體積量一般在50mL以下；

? 大體樣品主要指水樣，一般是200mL量以上。

根據原理可分為柱萃取和膜萃取全自動固相萃取儀。

? 膜萃取主要為處理大體積水樣或污水設計，其優點是速度快且不容易堵塞，缺點是單個樣品的處理成本較柱萃取高。

? 我國市場上的固相萃取儀以柱萃取方式居多。近年來，由于GC-MS/MS、LC-MS/MS方法的普及，其抗干擾性和靈敏度更高，因此，許多農殘、獸殘標準采用了更快速、更簡便的QuEChERS方法，隨之也出現了配合QuEChERS方法的自動凈化儀。

根據通道可分為單通道和多通道固相萃取儀。通常通道數量越多，在處理大批量樣品時，可節約更多的時間，尤其是上樣的時間。

分離模式

反相固相萃取

? 吸附劑(固定相)是非極性或弱極性的，如硅膠鍵合C18,C8,C4,C2,-苯基等。流動相為極性(水溶液)或中等極性樣品基質。

? 吸附劑的極性小于洗脫液的極性。

? 應用：可以從強極性的溶劑中(如水樣)萃取是非極性或弱極性的化合物。

? 作用機理：非極性－非極性相互作用，如范德華力或色散力。

? 有機溶劑非極性順序：正己烷＞環己烷＞四氯化碳＞甲苯＞苯＞無水乙醚＞氯仿＞二氯甲烷＞四氫呋喃＞乙酸乙酯＞丙酮＞乙腈＞異丙醇＞甲醇＞水＞乙酸。

正相固相萃取

? 吸附劑是極性鍵合相，如硅膠鍵合-NH2、-CN,-Diol(二醇基）；極性吸附劑，如silica florisil、(A-,N-,B-)alumina、硅藻土等。流動相為中等極性到非極性樣品基質。

? 作用機理：

☆極性－極性相互作用。

☆表面硅羥基、鋁羥基與極性化合物的極性官能團之間相互作用，包括氫鍵，π-π鍵等。

☆偶極－偶極相互作用偶極－誘導偶極相互作用。

? 應用：從非極性溶劑樣品中萃取極性化合物除此之外，還有離子交換萃取和免疫親和兩種分離模式。

樣品預處理

? 一是為了潤濕和活化固相萃取填料，二是為了除去填料中可能存在的雜質，減少污染。

? 采取的方法是用一定量溶劑沖洗萃取柱。

? 反相類型的固相萃取硅膠和非極性吸附劑介質，通常用水溶性有機溶劑如甲醇預處理，然后用水或緩沖溶液替換滯留在柱中的甲醇。

? 正相類型的固相萃取硅膠和極性吸附劑介質，通常用樣品所在的有機溶劑來預處理。

主要影響

固相萃取是一個目標物在固定相上吸附、解吸附/洗脫的過程，因此影響吸附、解吸附/洗脫的因素都會直接影響萃取的效率，如填料類型、洗脫溶劑的強度、 PH、流速等。

? 填料

固相萃取技術的核心，選擇對目標物具有適中吸附性的 SPE柱填料是確保檢測準確的前提。當然針對同一種目標物，我們可以選擇不同的柱料，但是要注意方法的調整。

? 洗脫溶劑的強度

固相萃取是固定相-填料與流動相-上樣溶劑/洗脫溶劑對目標物的競爭吸附作用，所以在上樣時，要選擇有機溶劑含量或pH都合適的上樣液，以避免目標物在上樣時漏掉:而在洗脫時，也必須選擇適合的洗脫溶劑度，即有機溶劑的含量或pH，以確保能將吸附在填料上的目標物徹底洗脫下來。

? PH

對于離子交換固定相，被分析成分與干擾物質的pKa(等電點)各不相同。通過調節溶劑pH的大小，可以使固定相帶電荷，被分析物帶相反電荷，而使干擾物質不帶申荷:或使固定相帶申荷，干擾物質帶相反申荷，而使被分析物不帶電荷。

? 流速

上樣流速和洗脫流速會影響吸附或解吸附/洗脫的效果，上樣和洗脫的流速一般控制在1mL/min以內。對于大樣量痕量樣品的富集，如環境水樣中有機物的富集，上樣流速不超過5mL/min。除了以上的幾個因素，一些操作步驟完成的情況，如活化的程度、淋洗步驟的抽干等，也會影響結果的回收率或重現。

市場發展

在有機和生物基質的前處理中，固相萃取是一種有效的方法，可以有效地富集目標物，并去除干擾，固相萃取后一般在經歷濃縮定容后，即可送入氣相色譜、液相色譜、GCMS、LCMS分析。

據相關報告指出，2023年全球固相萃取市場規模為70億美元。從2023年到2033年，全球固相萃取需求預計將以4.4%的復合年增長率增長。據估計，到2033年底，全球市場將達到110億美元。預計從2023年到2033年，北美市場的復合年增長率將達到5.5%。固相萃取分為儀器裝置和消耗品，就固相萃取裝置，另有報告指出，2019年，全球固相萃取裝置市場規模達到了23億元，預計2026年將達到28億元，年復合增長率(CAGR)為2.5%。北美是最大的也是增長率最高的市場。

在應用的基礎上，固相萃取市場分為制藥、環境、學術、醫院和臨床等。藥品需求的增長和分析技術的發展等因素正在推動固相萃取市場的增長。環境污染加劇等因素也擴大了固相萃取在水質管理行業的使用。全球對環境安全的日益關注產生了對高效提取技術的高需求，隨著提取方法的進步，環境市場的規模不斷擴大。越來越多的具有嚴格監管標準的藥品和農用化學品，以及不斷增長的消費者需求，也在推動固相萃取市場的擴張。

固相萃取在學術界的應用并不十分普遍，但它可以從復雜的溶液中提取出小樣本容量的樣品進行表征和鑒定，以及從復雜樣品中分離出感興趣的化合物。固相萃取技術也廣泛的應用在醫藥、食品、環境、商檢、化工等領域，應用于再生、純化、分離或濃縮等環節，還經常用于血液樣本的實驗室分析，這需要高效的處理措施，并將處理風險降至最低。