有机物检测中常用的固相萃取技术有哪些操作要点呢

固相萃取（SPE）是有机物检测中用于样品富集、净化的关键前处理技术，其操作规范性直接影响检测结果的准确性与重复性。无论是环境水样中的多环芳烃、食品中的农药残留还是生物样本中的药物代谢物检测，SPE都需通过吸附、洗涤、洗脱等步骤实现目标物分离。然而，实际操作中，柱床压实度、流速控制、溶剂选择等细节常被忽视，易导致回收率低、杂质干扰等问题。本文围绕SPE的核心操作环节，拆解关键要点，助力实验人员优化流程、提升检测可靠性。

选择合适的固相萃取柱

固相萃取柱的核心是吸附剂，其类型需与目标物的理化性质（极性、电荷、分子量）匹配。反相吸附剂（如C18、C8）通过疏水作用保留非极性或弱极性目标物，是食品农药残留（如有机氯、拟除虫菊酯）检测的常用选择；正相吸附剂（如硅胶、氧化铝）依赖极性相互作用，适合富集环境水样中的极性多环芳烃（如萘、菲）；离子交换吸附剂（如SCX、SAX）则针对带电有机物，如生物样本中的酸性药物代谢物（如水杨酸）。

柱容量是另一个关键参数，指吸附剂能保留的目标物最大量（通常以mg/g表示）。例如，100mg C18柱的柱容量约为10-20mg（针对非极性化合物），若样品中目标物含量超过柱容量，会发生“穿透”现象——目标物未被吸附直接流出柱床，导致回收率骤降。因此，上样前需计算样品中目标物总量，确保不超过柱容量的80%（如100mg柱最多上样16mg目标物）。

柱规格（如1mL、3mL、6mL）需根据样品体积选择：1mL柱适合小体积样品（如1-5mL），3mL柱适合10-50mL样品，6mL柱适合100mL以上的大体积样品（如环境水样）。若用3mL柱处理100mL水样，需通过多次上样（每次20mL）或使用固相萃取仪的大体积进样功能，避免柱床过载。

样品预处理与上样

样品预处理的核心是去除干扰物（如颗粒物、蛋白）并调节理化性质（如pH、极性），确保目标物能与吸附剂充分作用。水样需经0.45μm微孔滤膜过滤，去除悬浮颗粒物；生物样本（如血清）需经蛋白沉淀（如乙腈沉淀，体积比1:3）后离心（10000rpm，10min），取上清液上样，避免蛋白附着在吸附剂表面导致柱容量下降。

pH调节是离子交换SPE的关键步骤。若目标物为酸性（如阿司匹林，pKa=3.5），需将样品pH调至2.5以下（用盐酸），使其呈中性分子状态，增强与SCX柱（强阳离子交换）的离子相互作用；若目标物为碱性（如麻黄碱，pKa=9.5），需调至pH10以上（用氢氧化钠），使其呈阳离子状态，与SAX柱（强阴离子交换）结合更紧密。若pH调节不当，目标物可能呈离子状态，无法被吸附或被快速洗脱。

上样方式需避免扰动柱床。手动上样时，应使用注射器缓慢推注（速度≤1mL/s），或用固相萃取仪的负压装置控制流速；若直接将样品倒入柱中，易导致吸附剂飞溅、柱床出现空隙，影响吸附效果。上样时需确保样品液面始终高于吸附剂表面（约1-2mm），避免柱床干燥。

柱床压实与流速控制

活化是SPE柱使用前的必要步骤，目的是润湿吸附剂、去除柱中杂质并形成均匀柱床。反相柱的活化流程通常为：5mL甲醇（润湿C18链）→5mL水（过渡至水性环境）；正相柱则用正己烷活化。活化时，溶剂需缓慢流过柱床（流速≤3mL/min），避免产生气泡——若柱床中有气泡，会导致流速不均，目标物无法与吸附剂充分接触，回收率降低至60%以下。

柱床压实需在活化后进行。可轻轻敲击柱体（垂直方向）或用惰性气体（如氮气）缓慢吹扫（压力≤0.1MPa），使吸附剂均匀分布，避免出现“沟槽”或空隙。若柱床不压实，上样时样品会从空隙快速流过，导致目标物穿透。

流速控制是上样与洗脱的关键。上样流速通常控制在1-5mL/min（针对3mL柱）：流速过快（如超过10mL/min），目标物来不及吸附，回收率可能降至50%以下；流速过慢（如<0.5mL/min），则会延长实验时间，且易导致杂质扩散至柱床深处，难以洗涤去除。洗脱流速需更慢（≤2mL/min），让溶剂充分破坏目标物与吸附剂的相互作用。

洗涤步骤的优化

洗涤的目的是去除吸附在柱上的干扰物（如糖、盐、弱结合杂质），同时保留目标物。洗涤溶剂的极性需介于样品溶剂与洗脱溶剂之间：反相柱的洗涤溶剂通常为水或含少量有机相的水溶液（如5%甲醇-水），用于去除亲水性杂质；正相柱则用正己烷-乙酸乙酯（95:5）洗涤，去除弱极性杂质。

洗涤体积需严格控制。对于3mL柱，洗涤体积通常为2-5mL：体积过小（如<1mL）无法完全去除杂质；体积过大（如>10mL）则可能将目标物洗出。例如，用C18柱富集食品中的拟除虫菊酯（弱极性），若洗涤体积为5mL（10%甲醇-水），可去除90%以上的水溶性杂质（如维生素C），而目标物保留率仍达95%；若体积增至10mL，目标物保留率会降至80%以下。

洗涤顺序需根据杂质性质调整。例如，检测环境水样中的多环芳烃（PAHs）时，先用5mL水洗涤去除水溶性杂质，再用5mL 10%甲醇-水洗涤去除弱极性杂质，最后用5mL正己烷洗涤去除非极性杂质（如油脂），可显著降低后续检测的基线噪声。

洗脱条件的确定

洗脱的核心是选择能破坏目标物与吸附剂相互作用的溶剂。反相柱的洗脱溶剂通常为甲醇、乙腈或其混合液：若目标物极性较弱（如有机氯农药），可用纯乙腈洗脱；若极性较强（如黄酮类化合物），需用甲醇-水（80:20）洗脱；若目标物与吸附剂结合过紧（如强疏水化合物），可添加少量酸（如0.1%甲酸）或碱（如0.1%氨水），破坏氢键作用。

洗脱体积需至少为柱床体积的2-3倍（3mL柱的柱床体积约为1mL，因此洗脱体积需≥2mL）。通常进行2-3次洗脱，每次使用1-2mL溶剂：第一次洗脱可回收70%的目标物，第二次回收20%，第三次回收5%，合并后回收率可达95%以上。若仅洗脱一次（2mL），回收率可能仅为70%。

洗脱流速需缓慢（≤2mL/min），让溶剂充分接触吸附剂。可使用注射器缓慢推注或固相萃取仪的低压洗脱功能，避免溶剂快速流过柱床。洗脱液需收集在干净的离心管中，避免污染。

柱干燥的注意事项

洗涤后需干燥柱床，去除残留的洗涤溶剂（如水），避免稀释洗脱溶剂。干燥方式通常为负压抽滤（压力-0.05至-0.1MPa）或氮气吹扫（流量1-2L/min）。干燥时间需控制在3-5分钟：时间过短（如<1分钟），柱床中仍有水分，洗脱时会稀释乙腈，降低洗脱效率；时间过长（如>10分钟），反相柱的C18链会因失水而收缩，导致柱床开裂，后续洗脱时溶剂会从裂缝流过，无法充分接触吸附剂。

需避免高温干燥（如烘箱加热）。反相柱的C18链在高温（>60℃）下会发生降解，导致柱容量下降；正相柱的硅胶在高温下会失去结晶水，影响极性相互作用。若需快速干燥，可适当增加氮气流量（至3L/min），但需确保压力不超过0.2MPa，避免吸附剂被吹出柱体。

基质效应的应对

基质效应是指样品中的共存物（如腐殖酸、油脂）干扰目标物吸附或检测的现象，表现为回收率波动或检测结果偏高/偏低。应对方法包括：稀释样品（将血清样本用生理盐水稀释2-5倍），降低基质浓度，减少共存物与目标物的竞争吸附；选择混合模式吸附剂（如C18-SAX柱，同时保留非极性和带电基质），通过洗涤步骤去除基质；针对油脂类杂质，可在洗涤时添加正己烷（1-2mL），去除90%以上的油脂。

耗材与设备的预处理

新的SPE柱需检查包装完整性（如密封是否良好），若包装破损，吸附剂可能受潮或污染，需丢弃。使用前需根据吸附剂类型进行活化：反相柱用5mL甲醇→5mL水；正相柱用5mL正己烷→5mL乙酸乙酯；离子交换柱用5mL甲醇→5mL缓冲液（如0.05M磷酸盐缓冲液，pH7.0）。活化不充分会导致吸附剂无法润湿，目标物无法吸附，回收率降至30%以下。

固相萃取仪的管路需定期清洁（每周1次）：用甲醇冲洗管路（流速5mL/min，持续10分钟），去除残留的样品或溶剂；若管路中有蛋白残留，可用0.1% SDS溶液冲洗，再用甲醇冲洗至无泡沫。设备的密封件（如O型圈）需定期检查，若出现老化或破损，需及时更换，避免漏气导致流速不均。

一次性耗材（如SPE柱、离心管）需选择无干扰的品牌。例如，某些便宜的离心管可能含有塑化剂（如邻苯二甲酸二丁酯），会溶入洗脱液中，干扰有机物检测（如气相色谱-质谱法）。因此，需选择“分析纯”或“色谱纯”级别的耗材，并在使用前进行空白实验（用溶剂洗脱柱子，检测洗脱液中是否有杂质）。