第三節　固相萃取的吸附劑

一、固相萃取對固定相的要求

經過30多年的發展，固相萃取吸附劑的種類日漸增多，并仍然在隨著液相色譜固定相的發展而發展，商品的固相萃取柱更是種類繁多。作為一種理想的固相萃取吸附劑，最好能滿足下列條件：

（1）固相萃取吸附劑最好為多孔的、具有大的比表面積的固體顆粒　一般比表面積越大，吸附能力越強。一個理想的固相萃取吸附劑的比表面積最好在100m2·g-1以上，現在廣泛使用的固相萃取固定相的比表面積大多在200～800m2·g-1之間，高者甚至達到1000m2·g-1以上。另外固定相顆粒的孔徑與其比表面積之間往往存在著負相關的關系，即顆粒孔徑越大，其孔隙率將越小，固定相的比表面積就越小，反之亦然。

（2）應降低固相萃取的空白值　盡可能地降低固相萃取的空白值，從而最大限度地降低測定的檢測限。因此必須要求固定相具有高的純度，為此必須在其制造上不斷改進工藝以提高其純度。對于已經選定的固定相一般在使用前都要用合適的一種或幾種溶劑進行充分的洗滌，以減少雜質、降低空白。

（3）萃取吸附過程必須可逆且有高的回收率　即固定相不但能迅速定量地吸附分析物，而且還能在合適的溶劑洗脫時迅速定量地釋放出分析物，完成整個固相萃取的全過程。整個分析過程具有較高的且恒定的回收率（最好為100％），可以保證分析結果更為可靠、準確和精密。萃取過程的可逆性是固相萃取獲得成功的另一保證，例如，活性炭是一種具有很大比表面積和吸附容量的吸附劑，但它卻不是一種良好的固相萃取吸附劑，原因之一就是活性炭對很多分析物的吸附過程的可逆性較差，被其吸附的分析物不易被定量洗脫；還有，活性炭表面具有一定的催化活性，有時會使分析物在其表面發生化學反應，這樣會引起分析物回收率的降低，從而造成誤差。

（4）固相萃取吸附劑要有高的化學穩定性　應能抵抗較強的酸、堿、有機溶劑的腐蝕，遇到常見溶劑或溶液酸度發生較大改變時，固定相不發生較大體積的膨脹或收縮，也不發生固定相的溶解或軟化。例如，C18鍵合硅膠在pH 8以上的堿性溶液或強酸性溶液中會發生有機長鏈與硅膠基質的斷裂，使用時應設法避免此現象的發生。而有機高聚物型固定相則無此問題。

（5）固相萃取固定相必須與樣品溶液有好的界面接觸　接觸是吸附的前提，固定相與溶液中分析物之間進行良好的界面接觸是定量萃取的最基本保證。目前最為常用的兩種反相固定相C18鍵合硅膠和聚苯乙烯-聚二乙烯苯共聚物均為疏水性固定相，高的疏水性可以保證它對水樣中疏水性有機物產生定量吸附，但是太高的疏水性會使這類固定相與樣品水溶液之間的接觸界面減少，使分析物萃取效果變差，回收率降低。此類固定相在使用前常需用甲醇、乙醇、乙腈或丙酮等有機溶劑進行活化預處理，其目的之一就是使固定相獲得一個能與樣品水溶液產生緊密接觸的表面，從而獲得好的吸附。而且還應該注意在整個萃取過程中不應使流動相流干而使氣泡進入柱床，氣泡會導致固定相表面與樣品水溶液之間的接觸效果惡化，降低萃取效率，如果出現這種情況，必須重新對固定相進行活化處理。一個更好的解決此問題的方法是對此類固定相的表面進行適當的親水性化學修飾。Sun和Fritz［6，7］等通過化學反應在交聯聚苯乙烯型固定相表面引入少量親水性的乙酰基（CH3CO—）、氰甲基（—CH2CN）、羥甲基（HOCH2—）等基團，使固定相表面具有了一定的親水性，因而能更好地與樣品水溶液接觸，極大地改善了萃取效果，此類具有優良表面性質的固定相可不需要活化而直接應用于水溶液的固相萃取。有研究者將磺酸基（—SO3H）修飾于聚合物樹脂表面，也取得了良好的結果［8］。研究開發此類油-水兩親型固定相的關鍵是掌握好表面親水性基團的數量，即引入的親水性基團的數量要多到能保證固定相表面有足夠的親水性，使固定相與樣品水溶液有好的接觸，又不至于多到其親水性能與固定相基體的疏水性相匹敵，在疏水性和親水性之間找到恰當的平衡。此類新型固定相優良的萃取性能已引起人們極大的興趣，各公司也競相開發相關產品，如Nexus系列固相萃取柱、Zorbax SB-Aq系列固相萃取柱、Oasis系列固相萃取柱和Abselut系列固相萃取柱等。此類新型固定相的另一優點是其吸附萃取對象的廣譜性，即能同時滿足對親水性、親脂性、酸性、堿性及中性化合物的固相萃取。

要在眾多的固相萃取柱中選擇出合適的產品，必須對常見固定相的性能等有充分的了解，下面具體介紹一些常用的固定相，以供參考。

二、常用固相萃取的吸附劑

（一）鍵合硅膠類吸附劑

1.鍵合硅膠吸附劑的基本性質、種類及應用

固相萃取是由液固萃取和柱液相色譜技術相結合發展起來的，其固定相大多采用液相色譜固定相，例如鍵合硅膠類是目前為止應用最為廣泛的色譜固定相，這也決定了鍵合硅膠類填料是目前應用最為廣泛的固相萃取固定相。固相萃取中使用的鍵合硅膠的比表面積一般在50～500m2·g-1，表面的孔徑大多在5～50nm，由于此類固定相發展較早，商品貨源充足，因而價格也相對便宜。此類固定相一般通過硅膠與氯硅烷或甲氧基硅烷反應制得，反應式如下：

鍵合硅膠吸附劑類固相萃取產品生產廠商較多，產品種類豐富，要從眾多產品中選擇合適的固定相，需重點考察固定相的粒徑、比表面積、極性、碳鏈長短、固定相的含碳量及固定相是否經過封端處理等。

固相萃取中使用的固定相的粒徑一般大于40μm。在其他條件相同時，一般應該選擇粒徑小、比表面積大的固定相，這樣萃取能力強、萃取效果好。過細的粒徑必然增加過柱的阻力，這點也應予以注意。

在固相萃取中選擇合適極性的固定相對于萃取能否取得成功是極其重要的。萃取極性大的分析物時，應該選擇極性較大的固定相，反之亦然。鍵合硅膠固定相的極性主要取決于碳鏈的種類、長短、固定相的含碳量、硅烷化試劑是單功能團試劑還是三功能團試劑及固定相是否經過封端處理等。常用的鍵合硅膠固定相見表2-1。

一般碳鏈長，固定相含碳量大，固定相的極性小；碳鏈短，固定相含碳量小，固定相的極性大。含有氰基、二醇基、氨丙基、磺酸基、三甲基氨丙基的固定相具有較大的極性，它們在大多數情況下作為正相固相萃取和離子交換固相萃取的吸附劑，其中氰基、二醇基、氨丙基鍵合硅膠在極少數情況下也作為反相吸附劑使用。下面主要討論最常用的C18鍵合硅膠。

需要指出的是，在制備鍵合硅膠固定相時，由于空間位阻的存在，并不是硅膠表面的所有硅醇基都發生了反應，這樣得到的鍵合硅膠表面必然殘留有少量的硅醇基。殘留在硅膠表面的硅醇基會對極性較大的組分產生吸附，如果被吸附物是醇或胺等物質，則這種吸附一般是以氫鍵鍵合的方式進行。這種殘留硅醇基引起的次級吸附往往對分析物的固相萃取產生不利影響。為了盡可能地降低殘留的硅醇基，以使次級作用降至最小，獲得極性更小的固定相，同時可以更好地實現對水樣中非極性組分的萃取，人們首先使用三功能團硅烷化試劑與硅膠反應，以盡量減少硅膠表面的硅醇基，并在硅膠的長鏈烷烴鍵合完成以后，再對固定相表面殘留的極少量硅醇基進行所謂“封端”處理。“封端”處理的目的是使殘留的硅醇基被封閉或惰性化，其方法是使用更加活潑且較短的硅烷化試劑如三甲基硅烷等與固定相上殘留的硅醇基發生如下反應：

經封端處理的固定相，其對水溶液中的非極性及弱極性分析物的萃取更加完全，回收率更高；而對極性組分則保留很少，有利于提高萃取的選擇性。

硅膠表面殘留的少量硅醇基與分析物之間的次級作用的大小還與實驗條件密切相關，如果分析物溶液的酸度條件控制得當，就可使這種次級作用減至最小，反之則可增大。當硅膠表面的硅醇基處于離解狀態（帶負電荷）及分析物帶正電荷時，這種次級作用主要表現為能量較大的離子相互作用。當硅膠表面的硅醇基處于未離解狀態（未帶電荷）及分析物未帶電荷時，則這種次級作用可降至最小，并可忽略不計。硅醇基及分析物處于何種狀態（是否帶電）主要取決于溶液的酸度。對硅醇基而言，溶液pH值越大，其離解程度越大，一般pH值大于4.0時，硅醇基即帶有明顯的負電荷。而分析物所帶電荷狀況較為復雜，隨分析物種類不同而不同。對一個固相萃取體系來說，理想的溶液酸度就是硅醇基及分析物均不發生離解，即均不帶電荷的酸度。

但是，隨著固相萃取技術的進一步發展，人們認識到，殘留的硅醇基與極性組分之間的偶極-偶極相互作用、離子相互作用及氫鍵作用也有有利的一面。合理數量的硅醇基的存在可以使疏水性的鍵合硅膠與極性較大的分析物之間的接觸更加緊密，從而實現對此類分析物的良好萃取；合理數量的硅醇基的存在，在鍵合硅膠與極性較大的分析物之間額外增加了除疏水性相互作用以外的氫鍵作用、離子相互作用、偶極-偶極相互作用，因而可以用鍵合硅膠實現對極性較大分析物的萃取。了解了這些，人們就可以通過控制硅膠表面硅醇基的多少來得到不同極性的鍵合硅膠，還可通過控制萃取時的溶液條件，有意加強硅醇基與分析物之間的次級相互作用，從而獲得對不同極性的分析物有一定選擇性的鍵合硅膠固定相，這樣就擴大了該類固定相的適用范圍。這種針對極性分析物特意設計制備的C18鍵合硅膠常常表示為C18/OH或Polar C18。這一類固定相對分析物的萃取機理是一種混合作用機理，故此類C18鍵合硅膠固定相是混合作用模式固定相之一。例如，Slobodnik等利用Bondesil C18/OH固定相成功地富集并測定了氨基甲酸酯類殺蟲劑。在該研究中，正是固定相上的羥基基團與極性較大的分析物之間存在的疏水性相互作用以外的氫鍵作用、離子相互作用、偶極-偶極相互作用使得分析物得以定量吸附，最終獲得高的回收率［9］。常用的商品C18鍵合硅膠固相萃取柱列于表2-2。

由于C18鍵合硅膠發展較早，現有的商品化固定相種類又多，故其應用非常廣泛。例如短鏈脂肪胺類物質，其極性較大、水溶性較高，所以對于水樣中這類化合物的測定，衍生化處理就成為必不可少的一個步驟，這就造成了分析過程的煩瑣、費時。Verdu-Andres等［10］利用填充有0.1g Bond-Elut C18固定相的1mL固相萃取柱，同時在柱上完成了對脂肪胺類物質的萃取富集和衍生化兩個步驟，并最后用氣相色譜進行了定量測定，這種做法大大簡化了分析步驟，節約了分析時間，取得了較好的結果。其大致步驟是：先依次用2mL甲醇、1mL pH值為10.0的硼酸緩沖溶液對上述固相萃取柱進行預處理，然后將樣品水溶液過柱，用1mL pH值為10.0的硼酸緩沖溶液過柱以洗滌雜質，接著用空氣流將柱子吹干，此時將適量的衍生化試劑3，5-二硝基苯甲酰氯通過萃取柱進行柱上衍生，最后用適量乙腈洗脫已經被衍生過的分析物，再取此洗脫液20μL進樣進行氣相色譜測定，該方法的檢測限為2～5μg·L-1，加標回收率在70％～102％之間。又如，對于環境水樣中低含量壬基酚及其相關的壬基酚聚氧乙烯醚類物質的分析測定，最常用的分析方法就是將固相萃取分離富集手段與氣相色譜或液相色譜檢測方法相結合，其中C18鍵合硅膠就是應用最廣泛的固相萃取固定相［11，12］，該類物質一般的萃取程序是：首先依次用5mL乙腈、5mL甲醇、5mL水對填充有1g C18鍵合硅膠固定相的萃取柱進行預處理，然后將10～1000mL樣品溶液過柱萃取，最后用5mL甲醇洗脫后，選擇氣相色譜或液相色譜法進行測定。總體來說，C18鍵合硅膠固定相更加適合于非極性和弱極性分析物的萃取。Crozier等［13］最近利用規格為6mL/1000mg的ENVI-18TM C18填充的聚丙烯萃取柱萃取了17種自來水、湖水、河水及泥塘水中的多環芳烴（PAHs），其萃取的大致步驟是：首先分別用5mL甲醇和蒸餾水對萃取柱進行預處理，再將已經用鹽酸酸化為pH 2.0的800mL水樣以20mL·min-1的流速過柱，過完后用空氣將柱中的殘留水分吹干，用甲苯將分析物洗脫后蒸發至1mL，最后用氣相色譜-離子捕獲質譜法測定。該方法對這些分析物測定的檢測限為0.8～1.6ng·L-1。C18鍵合硅膠固定相還可應用于許多生物樣品中藥物組分的固相萃取［14］。例如，對血漿樣品中安定類藥物的萃取及測定，可使用下面的方法進行：依次用5mL甲醇和蒸餾水預處理規格為6mL/500mg的C18鍵合硅膠萃取柱，再將加有1mL 0.1mol·L-1乙酸鈉的4mL血漿樣品上樣過柱，過完后，用少量蒸餾水洗滌萃取柱并用真空泵盡可能將殘留在柱中的水分抽干，最后用適量的丙酮洗脫分析物，將洗脫液用高純氮氣吹至近干，用少量甲醇溶解殘渣，此溶液可直接進行反相高效液相色譜分析，色譜分析可使用C18鍵合硅膠類分析柱，流動相一般采用乙腈-甲醇-磷酸二氫鉀水溶液（5mmol·L-1）（15:30:55）體系。該萃取法對11種安定類藥物的平均回收率為75.3％。

Kutter等［15］將C18鍵合硅膠鍵合于微流管路系統中，實現了在微芯片上進行固相萃取（SPE on chip）的設想，雖然該研究僅僅是一種極其初步的探索，但它也許能代表一種固相萃取發展的新方向，即固相萃取的微型化。

有效的洗脫對一個固相萃取體系同樣非常重要。洗脫完全所需要的洗脫劑體積越小，則萃取的富集倍數就越大。C18鍵合硅膠對大多數非極性及中等極性的分析物具有好的萃取能力，對這樣的萃取體系，洗脫劑己烷、四氫呋喃、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、乙腈、甲醇的洗脫能力按此順序依次減弱，但是隨分析物極性的增強，則洗脫能力按此順序逐漸增強。盡管存在以上洗脫能力的次序，但在多數情況下人們仍然使用能與水混溶的乙腈、甲醇等溶劑，便于最后用氣相色譜測定。對于可離子化的化合物的萃取，一般是通過調節溶液酸度使分析物以中性化合物的形式被C18鍵合硅膠萃取，對這類物質的洗脫除可按上述方法進行外，另外一種更有效的方法就是將洗脫溶液的酸度調節至使分析物以離子狀態存在，這樣分析物才可被有效洗脫。在C18鍵合硅膠固相萃取中，洗脫時使用的洗脫劑用量一般為2～5mL（500mg吸附劑）。

由于鍵合硅膠類固定相是采用比表面積大的硅膠作為基體制備的，故保證了其具有較大的吸附容量。若以二甲苯為模型化合物，一般C18鍵合硅膠對其穿透容量可達到4mg·g-1 C18鍵合硅膠以上，有的甚至更高［16，17］。

鍵合硅膠類固定相具有良好的機械強度，常見的有機溶劑及洗脫劑對其沒有不良的影響，一般也不會引起膨脹或收縮。

鍵合硅膠類固定相商品化程度高，易于獲得，適用化合物種類范圍廣泛。其孔徑大多在6nm以上，該孔徑可保證對相對分子質量大到約1500的有機化合物的固相萃取。

總體來說，C18鍵合硅膠固定相萃取效果較好的分析物主要是非極性化合物和中等極性的化合物，即使充分利用殘留硅醇基的次級作用來增加對極性組分的萃取能力，也僅僅是增加了對中等極性或極性較大的化合物的吸附而已。但對極性很大的分析物，使用C18鍵合硅膠固定相進行萃取的效果不能令人滿意，此時應該考慮使用有機聚合物型或石墨化炭黑型固定相進行萃取。例如文獻［18］中，分別使用一般的C18鍵合硅膠固定相、C18MF鍵合硅膠固定相（未封端）及有機聚合物型固定相PLRP-S對強極性的三氯苯酚進行固相萃取，在其他條件相同時，該分析物的穿透體積分別是50mL、70mL、200mL。

C18鍵合硅膠固定相的另一個不足是其對強堿性及強酸性介質的敏感性。硅膠類固定相在強堿中一方面會被堿溶解；另一方面會發生硅膠與烷基碳鏈化學鍵的斷裂，在強酸性介質中硅膠與烷基碳鏈之間的化學鍵也會發生斷裂。

其他鍵合硅膠如C8、C2、環己基、苯基等也常使用，其萃取性能基本與C18鍵合硅膠一致，主要對非極性分析物有較好的萃取能力。相比而言，C2鍵合硅膠極性較強，其對非極性分析物的萃取能力比其他幾種弱。由于芳香性苯環的引入，使得苯基鍵合硅膠對芳香性分析物具有較好的萃取能力。文獻［19］將上述幾種固定相對天然水樣中的18種苯酚類優先污染物的萃取情況作了較系統的對比，實驗結果證實了上述論述。

硅膠還是理想的分子印跡聚合物（MIPs）材料。除去了模板分子后的硅膠顆粒具有特定的空腔結構，能夠選擇性識別和吸附與模板分子結構相近的物質。將分子印跡硅膠聚合物裝填成SPE小柱，即可用于環境樣品中結構類似物的選擇性萃取。將其包覆于磁性納米顆粒表面制得的磁性硅膠MIPs微球不僅對目標物分子具有特殊的選擇萃取能力，同時還具有納米材料超大的比較面積和磁性材料的磁分離能力，可以作為磁性固相萃取劑用于選擇性萃取環境樣品中的痕量有機污染物［20］。

近年來，介孔硅膠材料由于具有巨大的比表面積、均勻有序的孔徑分布和高度的結構穩定性而引起人們的廣泛關注。由于其介孔通道內可以負載大量的修飾基團，因此將其作為固相萃取吸附劑可以擁有更高的萃取容量。此外，其均勻有序的垂直導向型介孔通道可以通過空間位阻抵抗復雜樣品中的大分子天然有機質對小分子目標物萃取的干擾。Li等將修飾功能基團的介孔硅膠與磁性納米顆粒相結合，合成了磁性介孔硅膠材料（制備過程見圖2-2），并成功地將其用于大體積復雜基質環境水樣中痕量有機污染物的萃取測定［21，22］。此外，還有人將具有有序介孔孔道的介孔硅膠MIPs殼層包覆在磁性納米顆粒表面，不僅顯著增加了識別位點的數量，有效提高了其吸附性能，而且使其具有優良的吸附動力學特性和磁分離能力［23］。

2.其他氧化物及鍵合氧化物固相萃取吸附劑

硅膠與分析物的作用及鍵合硅膠的制備是基于硅膠表面具有活性硅醇基。與此相似，其他幾種氧化物表面，如氧化鐵（Fe2O3、Fe3O4）、氧化鈦（TiO2）、氧化鋯（ZrO2）、氧化鋁（Al2O3）、氧化鎂（MgO）、氧化釷（ThO2）等也具有活性羥基，因此這些氧化物及其烷基鍵合物也有可能作為固相萃取的吸附劑。Gillespie等［24］及Buser等［25］對此進行過研究與評述。

常見的金屬氧化物中，氧化鐵（Fe2O3、Fe3O4）、氧化鈷（CoO）等氧化物具有獨特的磁性特征，在外加磁場作用下可快速回收。近年來，以納米磁性氧化鐵為固相萃取劑，結合磁性分離，派生出磁性固相萃取技術（Magnetic Solid Phase Extraction，MSPE），該技術簡便、快速，在大體積環境水樣的萃取富集中具有較大的應用潛力（其萃取裝置和萃取流程將在后面章節中介紹）。要將磁性納米氧化物用于固相萃取，一般需要將其表面修飾成不同的功能基團。Zhao和Cai等首先將離子型表面活性劑通過自組裝在磁性納米氧化物表面形成混合膠束體系，并用于環境水樣中痕量酚類污染物的萃取富集［26］。以此為基礎建立的MPSE方法還被用于全氟化合物、磺胺和氟西汀藥物等多種環境污染物的萃取中［27～29］。此外，如果在Fe3O4磁性顆粒表面包覆上SiO2或者Al2O3，即可使其表面的等電點上升或下降，在中性pH下帶上電荷，從而使帶有相反電荷的表面活性劑更容易在其表面形成混合膠束，進一步簡化了MPSE的操作步驟。目前，這種磁性納米復合物-混合膠束體系已經被用于萃取富集環境水樣中的內分泌干擾物［30］或者甲氧芐氨嘧啶［28］等。此外，利用硅烷化反應、酯化反應和路易斯酸堿反應還可以將各種功能基團以共價形式負載到磁性顆粒上。例如，氨丙基、C8、C18等有機基團均可以通過硅烷化反應單獨或混合共價修飾到磁性顆粒表面，用于環境水樣中不同極性有機污染物的萃取［31，32］。長鏈烷基羧酸也可通過酯化反應連接到磁性納米顆粒表面，其表面的疏水性烷基可高效富集環境水樣中的非極性有機物［33，34］。馮鈺琦研究組還利用路易斯酸堿反應將十八烷基磷酸接枝到氨基修飾的Fe3O4磁性納米顆粒表面，并成功地將其應用于環境水樣中多環芳烴的萃取［35］。

在實際使用中，如果環境樣品的基質比較復雜，其中的腐殖酸等天然有機質會對磁性納米顆粒表面修飾的功能基團造成嚴重的干擾，而且疏水基團修飾的磁性納米顆粒在水溶液中的分散性較差，也影響了其對目標物的萃取效果。為了提高萃取劑的抗干擾能力和疏水性修飾的顆粒在水中的分散性［36］，Zhang和Cai等采用親水性生物質聚合物殼聚糖（或海藻酸）包覆C18鍵合的Fe3O4磁性納米顆粒，不但有效克服了該反相固相萃取劑在水溶液中分散性差、萃取效率低的缺點，而且固相萃取劑表面的生物質聚合物具有生物相容性，蛋白質、腐殖酸等大分子不會在萃取劑表面發生變性吸附；且該聚合物層可構成化學屏障，大分子物質無法進入到疏水性內層，而小分子目標污染物可進入疏水內層而被高效萃取，即使水溶液中存在較高濃度的腐殖酸（10～20mg·L-1）時，目標化合物的富集萃取效率也沒有明顯降低［37、38］（見圖2-3）。以該磁性納米顆粒為基礎設計的磁性固相萃取程序，與液相色譜串聯質譜結合，可以實現對復雜環境水樣中痕量全氟化合物（PFCs）的萃取檢測，檢測限在0.05～0.37ng·L-1之間。采用該固相萃取方法測定了幾種環境水樣（包括自來水、井水、河水、污水）中的全氟化合物，加標回收率在60％～110％之間［36］（圖2-4）。

為了賦予磁性納米材料更多的功能，還可將無機硅膠、有機聚合物、金屬氧化物、納米金屬等負載到其表面，制得磁性納米復合材料。與傳統的微米級固相萃取吸附劑相比，這些復合材料具有更高的萃取性能，而且還能夠方便地進行固-液分離，因此，在大體積環境水樣中痕量目標物的萃取富集中有很好的應用前景。

另一種備受關注的金屬氧化物是二氧化鈦（TiO2）。由于其無毒、自身強度高、比表面積大、表面活性強、分散性好，因此非常適合用作固相萃取的吸附劑。但是TiO2納米顆粒的粒徑過細，難以進行固-液分離，而且容易流失，所以需要將其負載到其他輔料上后才能填裝成SPE小柱，用于不同環境水樣中各種重金屬離子的萃取［39～41］。此外，還可將其與磁性納米顆粒相結合，制得磁性TiO2納米材料，利用前面提到的磁性固相萃取技術（MSPE），簡便、快速地從大體積環境水樣中萃取富集目標化合物［42～44］。與之相似的還有二氧化鋯（ZrO2），有人曾將ZrO2分別沉積于攪拌棒和金電極表面，利用ZrO2與有機磷的特異性相互作用，分別用于環境水樣中甲基磷酸酯和有機磷農藥的選擇性萃取［45，46］。Kawahara等［47］通過研究證明，與硅膠相比，鈦膠及鋯膠固定相至少具有以下三個優點：①它們無論在堿性還是酸性溶液中都具有很高的穩定性，幾乎可在任意pH值使用；②它們具有獨特的吸附表面，對酸性化合物具有較強的吸附性能；③特別適合于某些生物樣品如核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）等的分離富集。現在用于高效液相色譜和固相萃取的鈦膠及鋯膠系列固定相已有商品出售。但需要指出的是，鈦膠及鋯膠在高效液相色譜及固相萃取中的應用仍然十分有限，還需要進一步開發和研究。

其他金屬氧化物納米材料（如Al2O3、CeO2等）在固相萃取中的應用也有少量報道。例如，可以將納米Al2O3負載到微米級硅膠顆粒上，然后裝填到SPE小柱中，分別用于環境水樣中不同價態硒、酞酸酯和Cu、Pd、Cr等重金屬離子的萃取［48～50］。當然，也可以將這些金屬氧化物納米材料包覆到磁性顆粒表面，制成磁性納米復合物，然后用于磁性固相萃取。

（二）有機聚合物吸附劑

1.普通有機聚合物吸附劑

與鍵合硅膠類吸附劑相比，有機聚合物型吸附劑明顯具有如下優點：①在強酸和強堿中具有極高的穩定性，實際上它們可以在任意酸度條件下使用；②聚合物表面沒有活性羥基，可消除由此引起的次級作用［51～54］了；③比表面積一般大于鍵合硅膠類固定相，對大多數有機分析物的吸附比鍵合硅膠類更加完全，回收率更高；④在大多數情況下，被吸附的有機分析物可很容易地用少量有機溶劑定量洗脫。由于以上幾點優點，近幾年來，隨著有關有機聚合物固相萃取的理論及方法研究的不斷深入，其應用日益增多，大有后來居上之勢。實際上，有機聚合物吸附劑如Amberlite XAD型苯乙烯-二乙烯基苯共聚物等一直被廣泛應用于各種實驗室的固相萃取操作中，只是由于聚合物型吸附劑的純化清洗較為費時麻煩，因此商品的有機聚合物固相萃取柱或盤早期的發展相對于鍵合硅膠類來說較為滯后，這種情況直到幾年前才有所改變。自從第一個填充有比表面積約為1000m2·g-1的有機聚合物吸附劑的商品固相萃取柱出現以來，各種此類產品不斷涌現，各種關于有機聚合物用于固相萃取的研究也空前增多。雖然該類產品種類較多，但其基體材料大多為苯乙烯-二乙烯基苯共聚物，少數為聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-二乙烯基苯-乙烯基乙苯共聚物及苯乙烯-二乙烯基苯-乙烯吡咯烷酮共聚物。表2-3列出了一些常見有機聚合物型商品固相萃取吸附劑及性能參數。

注：PS：聚苯乙烯；DVB：二乙烯基苯；NVP：N-乙烯基吡咯烷酮；PA：聚甲基丙烯酸酯；EVB：乙烯基乙苯。

由于一般商品苯乙烯-二乙烯基苯共聚物吸附劑具有比鍵合硅膠更大的比表面積，加之其本身更強的有機性，使得此類吸附劑在一般情況下對有機分析物包括極性較大的有機分析物如酚類、殺蟲劑類的吸附比鍵合硅膠更完全，回收率更高。例如，該類固定相中的Amberlite XAD-2，XAD-4樹脂已被Jones等［55，56］成功地應用于烷基酚聚氧乙烯醚類非離子表面活性劑物質的萃取測定，首先用少量有機溶劑如甲醇等對固定相進行預處理，然后再將合適體積的水樣上樣通過萃取柱，最后分別用合適量的丙酮-水（9:1）混合液、乙酸乙酯、甲醇洗脫分析物，同時進行色譜檢測，該類萃取體系的回收率一般可達80％以上。Hennion等［57，58］用液相色譜方法對苯乙烯-二乙烯基苯共聚物型吸附劑PRP-1和PLRP-S對一系列有機分析物的吸附性能進行了研究，并將結果與C18鍵合硅膠對這些分析物的吸附行為進行了比較，結果表明該類有機聚合物吸附劑對這些分析物的吸附能力（保留因子）大約是C18鍵合硅膠的10～40倍。Mishre等［59］最近將衍生化法、固相萃取和氣相色譜-質譜相結合，對一些環境水樣中的氨、脂肪胺、芳香胺及酚類物質同時進行了測定，取得了滿意的結果。他們的做法是：首先在水樣中加入適量的苯甲酰氯和少量碳酸氫鈉，劇烈振搖，使分析物充分發生衍生化反應，則上述分析物分別生成苯甲酰胺、N-烷基取代苯甲酰胺、N-芳基取代苯甲酰胺和苯甲酸芳酯，然后將經過衍生化的溶液混合物試樣通過經少量甲醇和蒸餾水預處理過的填充有0.1g PLRP-S型的PS-DVB聚合物固定相的萃取柱（10mm×3mm），過完溶液后用少量蒸餾水洗滌萃取柱，再用氮氣將殘留在柱中的水分趕出并吹干，最后用適量乙酸乙酯洗脫分析物，洗脫液用無水硫酸鈉干燥后，即可取樣進行氣相色譜-質譜測定。該方法經過衍生化解決了氨及脂肪胺在一般情況下不能進行有效的固相萃取這一難題，從而實現了對上述幾種分析物的同時測定。對幾種天然水樣如飲用水、地下水、河水等樣品中分析物測定的檢測限在7～39ng·mL-1之間。Gimeno等［60］將規格為長10mm、內徑3mm的高度交聯PS-DVB固相萃取填充微柱與液相色譜-大氣壓化學電離質譜在線聯用，對港口海水中的四種防腐化合物（敵草隆、滅菌丹、抑菌靈和海洋防污損涂料添加劑Irgarol 1051）進行了在線分離富集和測定，該固相萃取體系對100mL海水的回收率為85％以上，此在線分析體系對滅菌丹測定的檢測限為250ng·mL-1，對其余三種化合物的檢測限為5ng·mL-1。Mendas等［61］最近將J.T.Baker公司生產的規格為3mL的Bakerbond SDB-1型固相萃取微柱應用于尿樣中幾種三嗪類除草劑及其單去烷基化代謝產物的固相萃取以及液相色譜分離和紫外檢測，其柱填料為粒徑43～123μm、比表面積965m2·g-1的PS-DVB固定相。實驗結果表明該固相萃取體系可有效萃取這幾種極性較大的化合物，萃取后用1％的乙腈水溶液洗滌萃取微柱可以有效地將樣品中其他極性更大的干擾物質提前洗脫，分析物的洗脫可以用少量丙酮來實現，洗脫液用適量水稀釋后可以用高效液相色譜-二極管陣列檢測器進行測定，該體系的萃取回收率在78％～101％之間，對母體化合物和去烷基代謝物的檢測限分別為10ng·mL-1和20ng·mL-1。Stefan Weigel等［62］最近用玻璃纖維過濾器和Bakerbond SDB-1型PS-DVB固定相組裝成大容量、高速度的固相萃取柱系統，該系統可以對10～100L的海水樣品進行固相萃取，萃取時流速達500mL·min-1仍可得到滿意的回收率，該系統可應用于對環境水樣中有機污染物的普查分析。Dominguez等［63］使用經過預處理的Merck公司的200mg LiChrolut EN型PS-DVB填充柱直接分離富集葡萄酒樣品中的3，5，4-三羥基二苯代乙烯及其衍生物，分析物被定量吸附后，用少量水洗滌萃取柱，通入氦氣至萃取柱中的固定相被充分干燥，最后用少量四氫呋喃和水先后洗脫柱上的分析物，含有分析物的洗脫液可進行高效液相色譜-紫外或高效液相色譜-質譜測定，該萃取和測定方法回收率高、選擇性和重復性好、測定速度快、消耗樣品少，對果酒類樣品的測定結果令人滿意。

但是一般未經修飾的普通苯乙烯-二乙烯基苯共聚物吸附劑的表面極性太小，對極性化合物的吸附能力仍顯不足，在此情況下可考慮使用極性較大的聚甲基丙烯酸甲酯類吸附劑如XAD-7、XAD-8等。

2.有機高聚物型吸附劑的功能化修飾

與鍵合硅膠類吸附劑類似，有機聚合物型吸附劑也可通過在其表面引入各種功能基團達到修飾改造其吸附萃取性能的目的。引入的方法大多是通過傅氏反應來完成的，引入的基團有—CH2OH、—COCH2CH2COOH、—COCH3、—CH2CN、鄰羧基苯甲酰基、磺酸基、—C（CH3）3等。對非極性分析物如苯的同系物（BTEX）、異丙基苯等化合物的萃取來說，引入非極性的叔丁基可使吸附劑的保留因子增大，從而獲得較好的萃取效果。相反，引入了極性基團后，聚合物吸附劑對上述非極性化合物的保留因子將降低。而對極性化合物來說，引入極性基團特別是乙酰基、磺酸基、羧基、羥甲基等后，它們在聚合物吸附劑上的保留因子將增大，這樣可獲得較好的萃取效果；而該類聚合物吸附劑對非極性和弱極性化合物的保留因子將減小［6］。

這里需要對在聚合物表面引入極性基團的親水性修飾作特別說明。固相萃取中萃取吸附劑對分析物產生良好吸附萃取的一個重要條件是吸附劑的表面與分析物產生緊密的接觸。為了有效萃取水中的有機分析物，固相萃取吸附劑的主體必須是疏水性的。但是，吸附劑過強的表面疏水性必然會對其與分析物的緊密接觸產生不利影響，從而影響萃取效果。因此，有必要對分析物表面進行合適的親水性修飾。進行親水性修飾的方法一般有兩種，一種方法就是人們原來采取的對吸附劑事先進行預處理，即使用與水混溶的有機溶劑如甲醇、乙醇等處理吸附劑，吸附劑表面必然吸附一些這樣的有機溶劑，從而使其表面具有較好的潤濕性即親水性，這樣可達到改善其吸附性能的目的，但是這種與水混溶的有機溶劑總會隨時間而流失，尤其是當萃取柱床流干并有空氣進入時更是如此，這樣必然會發生萃取效果的惡化；另一種方法就是通過化學反應在疏水性的吸附劑基體上引入適當數量的親水性基團，即進行所謂的表面親水性修飾。但是進行這種修飾的一個重要原則是引入的極性基團的數量必須合適，既要保證親水性基團足夠多從而使吸附劑能與分析物產生緊密地接觸，又不能使極性基團的數量太多，以影響吸附劑主體的親水性并降低其對分析物的吸附萃取。

這方面的具體例子包括Fritz等［64～67］和Masque等［68，69］所做的研究工作，他們的研究結果表明：通過在聚合物表面引入適當數量的乙酰基、羥甲基、磺酸基及鄰羧基苯甲酰基等極性基團，可極大地改善聚合物吸附劑表面的親水性，使該類吸附劑對有機分析物尤其是極性較大的分析物如苯酚類的萃取效果獲得大的提高。如Fritz等［6，64］在苯乙烯-二乙烯基苯高聚物型吸附劑Amberchrome 161（Supelco，50μm，720m2·g-1）的表面引入乙酰基后，該吸附劑對苯酚、對甲基苯酚、甲氧基苯、硝基苯、2，4-二硝基氟苯、二乙基酞酸酯、苯乙醇、苯胺、苯甲醇、對叔丁基苯酚、2，4-二甲基苯酚、鄰苯二酚、2-乙基苯酚、苯甲酸異戊酯、鄰羥基苯乙酮、2-硝基苯酚的萃取回收率在96％～101％之間，而未經修飾的苯乙烯-二乙烯基苯高聚物吸附劑對這些化合物的萃取回收率卻只有72％～95％，在完全相同的情況下，C18鍵合硅膠對這幾種化合物的萃取回收率僅僅為6％～90％。Fritz等［70，71］還將經乙酰基修飾的粒徑為5～8μm，比表面積為400m2·g-1的高交聯球形苯乙烯-二乙烯基苯高聚物吸附劑制成47mm×0.5mm的萃取膜盤，然后將500mL含有μg·mL-1級的16種酚類物質的樣品溶液以將近200mL·min-1的流速通過該萃取盤，最后再用3mL四氫呋喃洗脫（重復3次）被吸附的酚類物質，該操作程序對這些酚類物質的平均回收率為98％。Fritz等［72］從3M公司生產的磺酸型PS-DVB固相萃取盤上切取直徑僅僅0.7mm的極小部分，并將其結合在50μL微型注射器上，構成微型化固相萃取裝置，該萃取裝置可以直接萃取2.5mL水溶液中的取代苯分析物，萃取后的分析物可以用5μL洗脫劑洗脫下來并直接注射進氣相色譜進行分析測定，該固相萃取過程可以實現500倍的富集倍數，對23種受試取代苯類化合物的平均回收率為95％。對苯乙烯-二乙烯基苯高聚物型吸附劑的磺化親水性修飾也有研究［73，74］，在該聚合物吸附劑表面引入適量的磺酸基可以很好地改善其表面的親水性，其對極性較大的一些分析物的萃取效果令人滿意，他們的研究結果還發現吸附劑表面引入的磺酸基數量以0.6mmol·g-1為宜，太少或太多時的吸附萃取效果都不是很好。他們用這樣的磺化聚合物吸附劑分別以事先用甲醇預處理和不進行預處理兩種方式對苯甲醚、苯甲醛、硝基苯、苯甲醇、苯酚、鄰硝基苯酚、乙酸己酯、異亞丙基丙酮、鄰苯二酚、2-己烯基乙酸等化合物進行萃取，兩種萃取方式的萃取回收率的平均值分別為94％和95％，而在其他條件完全相同時，用未經磺化處理的苯乙烯-二乙烯基苯高聚物吸附劑對上述化合物進行同樣的萃取，預處理和未預處理兩種方式的萃取回收率的平均值分別為91％和84％。由此可見，對聚合物表面進行適當的磺化處理，確實增加了聚合物吸附劑對極性較大的化合物的萃取能力，而且，經過這樣的處理使得聚合物吸附劑表面獲得了永久的潤濕，從而可免去活化處理這一步，簡化了操作手續。

有機聚合物型固相萃取吸附劑發展的一個最新動態是所謂的親水-親脂兩親平衡型固相萃取吸附劑（Hydrophilic-lipophilic polymers）的出現［75～79］，這類新型產品有兩個顯著的特點：一是由于其本身結構固有的兩親平衡性，使其表面具有了永久潤濕性，因此該類產品不需經過預處理這一步，可直接用來對樣品溶液進行萃取；二是其具有的兩親平衡性可使該類產品具有通用型萃取劑的性質，使用范圍廣泛，無論分析物是極性還是非極性，該類吸附劑一般可同時萃取酸性、中性、堿性分析物，或同時萃取酸性、中性分析物，或同時萃取堿性、中性分析物。由于該特點，它們又被稱為通用型吸附劑。這類產品的典型代表是Waters公司的Oasis HLB和Oasis MCX。Oasis HLB型固相萃取吸附劑是由親脂性的二乙烯基苯和親水性的N-乙烯基吡咯烷酮兩種單體共聚而成的大孔共聚物，通過調節合適的兩種單體的比例可以獲得兩親平衡型的吸附劑［72，73］，該產品對許多有機化合物的吸附容量很大，一般可以達到C18鍵合硅膠的5倍，這種吸附劑可被用于對水溶液中的極性和非極性組分進行有效的萃取，應用該吸附劑不但可對水樣品中酸性、中性、堿性組分同時完成吸附萃取，而且還可通過選擇不同酸度條件的洗滌液和洗脫液使酸性組分和堿性組分獲得分離。蔡亞岐等用HLB固相萃取柱對土壤、底泥、污泥及人體血液中全氟化合物萃取液進行了萃取凈化，然后選用HPLC-ESI-MS/MS進行檢測［80～82］。針對土壤、底泥和活性污泥樣品，可首先選用100％甲醇超聲提取樣品中的全氟化合物，然后提取液用水稀釋后用HLB固相萃取柱進行處理，樣品溶液上載到HLB柱上后，先選用4mL 20％的甲醇-水溶液沖洗HLB柱去除其中的雜質，再以10atm（1atm=101325Pa）的壓力將HLB柱中的殘留水分抽干，最后用10mL甲醇將全氟化合物洗脫，洗脫液濃縮定容后用HPLC-ESI-MS/MS進行檢測。圖2-5和圖2-6分別為樣品前處理流程圖和樣品加標色譜圖。對于血液樣品，首先用離子對液液萃取方法將血液樣品中全氟化合物萃取出來，然后用HLB固相萃取柱凈化，然后進行HPLC-MS/MS分析［81，82］。

HLB萃取柱也可對環境水和生物樣品中的多種抗生素進行萃取［83，84］，如可將500mL環境水樣以1mL·min-1左右的速率裝載到活化好的HLB固相萃取柱中，然后用12mL高純水清洗HLB小柱以除去其中不保留的鹽類等雜質，再在負壓下抽干萃取柱中的水分，最后用6mL氨水-甲醇（5:95，體積比）溶液洗脫目標物，洗脫液在35℃下用氮氣吹干，用流動相定容至1mL后進樣分析，如圖2-7所示為抗生素標準溶液色譜分離圖。用HLB柱對環境生物樣品的前處理步驟為：將ASE提取液經過旋轉蒸發濃縮后再加100mL超純水稀釋，然后以水的凈化步驟進行操作，最后的濃縮洗脫液以15000r·min-1的轉速離心，再取上清液過0.22μm尼龍濾膜后進樣分析。

此外，Oasis HLB固相萃取柱還被用于對血漿中四環素類抗生素的萃取及測定［73，74］。

Oasis WAX是Waters公司的一種混合型弱陰離子交換反相吸附劑，該前處理柱對強酸性有機化合物具有很高的選擇性和靈敏度。蔡亞岐等選用該前處理柱對我國環境生物樣品中全氟化合物的萃取液進行凈化處理，得到了滿意的結果，多種全氟化合物的加標回收率在80％～120％之間［85～91］。海產品中全氟化合物的前處理步驟為：首先稱取0.2g樣品于15mL聚丙烯管中，加入1mL水混勻。隨后加入替代物內標5ng和7mL 10mmol·L-1 NaOH甲醇溶液，在250r·min-1轉速下室溫消解16h。以2000r·min-1的轉速離心5min，取上清液4mL，加36mL水稀釋，過Oasis WAX柱（200mg，6mL）。樣品過柱前，柱子依次用4mL 0.1％氨的甲醇溶液、4mL甲醇和4mL水進行活化；過柱時，速度控制在1滴·s-1。樣品過完后，用4mL 25mol·L-1醋酸鹽緩沖液（pH4）沖洗WAX柱。再將WAX柱以3000r·min-1的轉速離心2min除去殘留的水。目標分析物依次用4mL甲醇和4mL 0.1％氨的甲醇溶液洗脫，合并的洗脫液用氮氣濃縮，定容至1mL待測［85］。對于某些內臟組織樣品，目標物的提取也可以采用離子對液液萃取法，其后的凈化步驟基本與海產品相同。圖2-8所示為豬肝中全氟化合物經離子對液液萃取，然后用WAX柱凈化后進樣分析的色譜圖。

Waters公司的另一產品是Oasis MCX，該產品是磺酸基取代的二乙烯基苯與N-乙烯基吡咯烷酮的共聚物，磺酸基的引入改善了聚合物吸附劑對尿樣、血漿樣、及全血樣中堿性組分萃取的選擇性和靈敏性，例如該產品對于人尿樣品中加入的多種堿性組分如美沙酮（Methadone）、美沙酮代謝物（Methadonemetabolite，EDDP）、Ranitidine、可待因（Codeine）、可待因-6-葡萄糖苷酸（Codeine-6-glucuronide）等進行固相萃取的平均回收率為98.0％［69］。Nexus固相萃取系列產品中也有類似的通用型產品，其對一般有機分析物及極性較大的分析物具有令人滿意的萃取效果，而且不用進行預處理。例如使用Nexus 60mg/3mL固相萃取柱對人尿樣品中加入的幾種酸性、中性、堿性的藥物同時進行固相萃取，其平均回收率也達到了令人滿意的90.9％。Jimenez等［76］最近利用填充有0.2g Oasis HLB型兩親平衡型固定相的萃取微柱對幾種紅酒樣品中的大約30種極性各異的農藥殘留進行了萃取并用氣相色譜-電子捕獲或氣相色譜-氮磷檢測器進行分析，并將該方法的測定結果與使用ODS（C18鍵合硅膠）固定相及LiChrolut En（PS-DVB）固定相進行固相萃取測定所得結果進行了比較，對大多數測定對象而言，使用Oasis HLB型固定相進行固相萃取的測定結果優于其他兩種。該文提出的樣品預處理方法的大體步驟如下：將10mL酒樣通過Oasis HLB填充微柱，然后用5mL水-正丙醇的混合液（9:1）洗滌萃取微柱，通空氣將殘余在柱中的洗滌液吹出并使柱中填料充分干燥（約需45min），柱干燥后，用3mL乙酸乙酯洗脫被吸附的分析物，洗脫液再通過硅鎂型吸附劑進行進一步凈化，流出液直接進樣進行氣相色譜分析即可。該方法富集對象廣泛，簡便快速，結果令人滿意。Arena等［77］將聚N-乙烯基吡咯烷酮的水-甲醇（1:1）溶液以適當流速流過3M Empore公司的47mm SDB-XC型PS-DVB萃取圓盤，將聚N-乙烯基吡咯烷酮吸附劑修飾于萃取盤上，并將該萃取盤應用于水樣中單質I2或I-的固相萃取，萃取后將圓盤取下，用擴散反射光譜法進行檢測，該方法可用于測定水樣中濃度為0.1～5.0μg·mL-1的I2或I-，測定速度快，完成一次測定總共需時約60s。Varian公司的Abselut也是這種兩親平衡型的固相萃取吸附劑。

除以PS-DVB為基質的固定相外，其他類型的有機聚合物用于固相萃取的研究也有少量報道。Bagheri等［78］用化學聚合法合成了粒徑125～180μm、比表面積48m2·g-1的聚苯胺導電聚合物，并將其應用于對水溶液中氯代酚類物質的固相萃取和氣相色譜-電子捕獲測定，他們還將這種萃取方法與其他幾種商品固定相如C18鍵合硅膠及PS-DVB聚合物進行了比較，他們的研究結果表明聚苯胺固定相對氯代酚類物質尤其是對三氯苯酚和五氯苯酚的萃取有更好的萃取效果，該固定相的另一個優點是其具有較好的親水性，即使萃取過程中溶液流干，繼續進行固相萃取也不會影響萃取效果，該分離富集及其測定方法對苯酚類物質的檢測限在3～110ng·mL-1之間。

上述各種聚合物固相萃取吸附劑的保留機理雖然各有小的差異，但它們的最基本的保留機理仍然是疏水性的保留機理，因此對于已經被這類吸附劑吸附萃取的分析物，洗脫時使用的最基本的洗脫劑與C18鍵合硅膠相似，即仍然為有機溶劑。由于該類吸附劑的吸附能力大于C18鍵合硅膠，所以洗脫時應該使用較多的溶劑，一般應在柱床體積的2～3倍以上。

3.新型有機高聚物固相萃取吸附劑

近年來，將有機聚合物與磁性納米顆粒相結合制備磁性固相萃取劑的報道也不斷涌現，聚苯乙烯、聚硫代呋喃、聚吡咯、聚甲基丙烯酸酯和聚苯胺均可包覆在磁性顆粒表面，制得的磁性固相萃取劑可成功地用于各種環境樣品中的有機污染物和重金屬離子的萃取富集［92～96］。最近，一種在堿性條件下可發生自聚合作用的化合物——多巴胺引起了人們的極大興趣。該聚合反應在水相中進行、反應條件溫和，生成的聚合物附著力強、活性基團豐富，而且比常見的人工合成高聚物具有更為優良的親水性和生物相容性，因此可以利用該反應將聚多巴胺層包覆于磁性納米顆粒表面，利用其表面豐富的活性基團萃取富集水樣中的PAHs［97］。此外，還可以利用原子轉移自由基反應、溶膠凝膠反應或電化學聚合等方法制備乙烯基三甲氧基硅烷-甲基丙烯酸型或甲基丙烯酸-乙烯基吡啶-三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯型分子印跡聚合物（MIPs），并將其包覆于磁性納米顆粒的表面，得到的磁性表面分子印跡微球可以利用MSPE技術選擇性地萃取樣品中的雙酚A、2-氨基-硝基酚、多巴胺、磺酰脲類除草劑等目標化合物［98～101］。

（三）碳基吸附劑

碳基吸附劑種類較多，其性質往往隨制造方法、原料的不同而有較大差異。常見的幾種有活性炭、碳分子篩、石墨化炭黑和多孔石墨炭。活性炭是最早用來從水溶液中萃取低極性和中等極性分析物的吸附劑之一［79］。但是該材料對分析對象吸附的不可逆性導致被其吸附的分析物洗脫較為困難，洗脫時既費時間，又費溶劑；該吸附劑表面所具有的催化性能往往導致被萃取物的結構發生變化分解，導致回收率降低［102，103］，因此活性炭在固相萃取領域已經被棄用。碳分子篩具有極好的機械強度和很大的比表面積，但由于碳分子篩吸附分析物之后，其洗脫速度較慢，要消耗較大體積的有機溶劑。所以，這類吸附劑也未獲得廣泛應用。

石墨化炭黑和多孔石墨炭是近二三十年發展起來的性能獨特的固相萃取吸附劑，它們對極性化合物表現出來的較高的吸附萃取能力正促使它們獲得日益廣泛的應用。

石墨化炭黑（graphitized carbon blacks，GCBs）是目前為止應用最為廣泛的碳基固相萃取吸附劑，它是將炭黑加熱到2700～3000℃制成的。最早的一些商品化石墨化炭黑吸附劑有Supelco公司的Carbopack B和ENVI-Carb SPE，Altech公司的Carbograph 1，它們是無孔的低表面積固體顆粒，其比表面積大約為100m2·g-1。Carbograph 4是較新出現的該類吸附劑，其比表面積為210m2·g-1。該類吸附劑表面總是帶有一些功能基團如羥基、羧基、羰基等，另外其表面還往往有一些帶有正電荷的活性中心，這些都使得該類吸附劑對極性較大的酸類、堿類、磺酸鹽類分析物有很好的吸附萃取，這也是該類固相萃取吸附劑有別于其他固相萃取吸附劑的特點之一。石墨化炭黑已經被成功地應用于氯代苯胺、氯代苯酚及一些極性殺蟲劑的固相萃取［104～108］。DiCorcia等［104，109，110］對用該類吸附劑萃取極性殺蟲劑進行了較深入的研究，他們發現對這類極性殺蟲劑的萃取，使用石墨化炭黑比C18鍵合硅膠效果要好。另外石墨化炭黑萃取膜盤也已制得，并已經用于對地下水中pg·mL-1濃度級的N-亞硝基甲胺的固相萃取［111］。DiCorcia等［112～114］還用Carbograph 4石墨化炭黑成功地萃取了水樣中非離子性表面活性劑及其生物降解產物，并用液相色譜-質譜法檢測，取得了好的結果。另外，DiCorcia等［115］還對已經被石墨化炭黑吸附萃取于柱上多種表面活性劑的分組洗脫作了研究。例如，如果用二氯甲烷-甲醇（70:30，體積比）混合洗脫液洗脫，則洗脫下來的是壬基酚和壬基酚聚氧乙烯醚；含適量甲酸的二氯甲烷-甲醇（90:10，體積比）混合洗脫液洗脫下來的則是壬基酚氧乙酸；含適量三甲基氯化銨的二氯甲烷-甲醇（90:10，體積比）混合洗脫液洗脫下來的則是線型的烷基苯磺酸鹽。通過上述分組洗脫，既達到了萃取富集的目的，又達到了減少各分析對象之間的干擾問題。Hennion等［116］較系統地研究了石墨化炭黑對極性和水溶性很大的多羥基取代苯及多羥基取代苯甲酸類化合物的萃取行為，實驗得到了一些多羥基苯類化合物在水溶液和固定相之間的容量因子數據，并與RP-18型C18鍵合硅膠和PRP-1型PS-DVB聚合物固相萃取吸附劑進行了比較。實驗結果表明，RP-18型C18鍵合硅膠對多羥基苯及多羥基取代苯甲酸基本不產生吸附萃取，PRP-1型PS-DVB聚合物對該類化合物的萃取程度也很有限，而石墨化炭黑對該類化合物的萃取則比前兩者好得多。D’Ascenzo等［117］使用填充有0.5g Carbograph 4石墨化炭黑的萃取柱從4L飲用水中萃取15種除草劑，然后用高效液相色譜測定，取得了滿意的結果，測定的檢測限可達5ng·L-1。Concejero等［118］最近以多氯聯苯類、多氯聯苯-二苯并-對-二英類和多氯聯苯-二苯并-對-呋喃類為富集分析對象，對幾種碳基固相萃取吸附劑包括Carbopack B、Carbopack C、Amoco PX-21、Carbosphere的固相萃取特點進行了比較，并應用于測定雞肉、豬肉香腸、黃油等樣品。他們的研究結果表明，在上述幾種固定相中，Carbopack B的分離富集能力最強，并且Carbopack B的提取液中干擾背景也小，重現性好。Gerecke等［119］最近將固相萃取、固相微萃取和氣相色譜-質譜相結合，成功實現了對天然水樣中苯基脲類除草劑的測定。該方法的主要過程是：首先依次用8mL二氯甲烷-甲醇（80:20）、4mL甲醇、20mL弱酸性抗壞血酸10g·L-1、10mL純水對250mg Carbopack B填充微柱進行預處理，再將1000mL水樣以大約15mL·min-1的流速通過該萃取柱，用0.5mL洗滌萃取柱，然后真空抽氣30min使萃取柱盡可能干燥，最后用1mL甲醇和6mL二氯甲烷-甲醇（80:20）洗脫被吸附的分析物，用二甲亞砜對洗脫液進行溶劑置換后，加入碘甲烷進行烷基化衍生處理，用適量pH7.0的磷酸緩沖溶液終止衍生化反應后，加入少量己烷萃取衍生物，用氮氣將該己烷溶液吹掃至100～150μL，再用聚甲基丙烯酸涂層的固相微萃取纖維對此衍生物溶液進行萃取，萃取后用氣相色譜-質譜進行分析測定即可。該方法對目標分析物的檢測限在0.3～1.0ng·L-1之間。

雖然石墨化炭黑吸附劑在萃取極性較大的有機分析物方面取得了一定的成功，但其脆弱的機械強度阻礙了其作為色譜填料在高效液相色譜分析中的應用，多孔石墨炭（Porous Graphitic Carbons，PGC）正是在此情況下發展起來的。商品化的多孔石墨炭固相萃取吸附劑出現于20世紀80年代后期，其商品名為Hypersep PGC，該吸附劑與液相色譜級的填料Hypercarb相類似。該萃取吸附劑的制造方法如下：將苯酚與甲醛的混合物在多孔硅膠的表面和多孔內表面進行聚合反應，將該表面附有聚合物的多孔硅膠加熱到1000℃充分炭化，然后用濃度為5mol·L-1氫氧化鈉溶液與炭化產物反應以除去硅膠，除去硅膠后的剩余物在2000～2800℃進行石墨化處理以除去吸附劑中的微孔，經過這種一系列處理所得到的具有平的晶面的大孔吸附劑就是多孔石墨炭。該材料是兩維的石墨層狀結構，層內的碳原子以sp2雜化排列成六邊形，石墨層與層之間緊密地糾纏在一起，該吸附劑具有較好的機械強度。多孔石墨炭對分析物的保留機理基于疏水性作用和電子作用，這種多重的作用機理使得其對從非極性到極性的眾多化合物具有強的保留作用，尤其對具有平面分子結構且含有極性基團和離域大π鍵、孤對電子的分析物具有強的吸附作用。例如Hennion等［120］用Hypercarb成功地從水中萃取了濃度小于0.1ng·mL-1的鄰苯二酚、間苯二酚、間苯三酚等極性很大的分析物，這些分析物使用一些傳統的固相萃取法往往效果很差。

除了石墨化炭黑和多孔石墨炭之外，近年來富勒烯、碳納米管（CNTs）、石墨烯（Graphene）、親水炭等碳基吸附劑用于固相萃取的情況也有報道。富勒烯是由碳元素組成的球狀物質，其球面是一個具有離域大π鍵的共振結構，具有芳香性，因此對芳香族化合物具有較強的吸附作用。利用這個性質，可以將C60填充的SPE小柱用于萃取水樣中苯的同系物，該萃取柱的萃取性能遠遠優于常規的C18和Tenax TA萃取柱［121］。此外，Ballesteros等［122］還考察了C60富勒烯作為固相萃取吸附劑對常見的幾種有機化合物和金屬有機化合物的螯合物及離子對化合物的萃取情況，結果發現C60富勒烯對金屬有機化合物的螯合物及離子對化合物有優良的萃取性能。

碳納米管是由石墨原子單層或多層繞同軸卷曲而成的管狀結構。由于CNTs可以通過疏水作用、π-π電子堆積、范德華力、氫鍵以及靜電作用等分子間作用力對有機物產生強的吸附作用，因此可以將其用于環境水樣中有機污染物的富集萃取［123］。Cari YQ等［124］最近研究發現多壁碳納米管可以作為一些有機化合物高效固相萃取吸附劑加以應用，實驗結果表明多壁碳納米管不但能定量吸附水樣中的有機污染物，而且吸附于其上的這些物質還可很容易用少量甲醇或乙腈洗脫下來。根據此原理可以建立這些化合物的新型固相萃取體系，該萃取方法對雙酚A的萃取效果優于C18鍵合硅膠和XAD-2共聚物；對其他物質的萃取效果或優于或相當于常見的商品固相萃取吸附劑。該萃取體系具有富集倍數大（富集倍數可達到幾百倍）、操作簡單方便和吸附劑持久耐用等特點。將此固相萃取體系與高效液相色譜結合建立的這幾種物質的分析方法已經應用于環境水樣的測定，該方法對雙酚A、辛基酚、壬基酚、酞酸二乙酯、酞酸二正丙酯、酞酸二異丁酯和酞酸二環己酯等物質的檢測限分別為0.083ng·mL-1、0.024ng·mL-1、0.018ng·mL-1、0.18ng·mL-1、0.23ng·mL-1、0.48ng·mL-1和0.86ng·mL-1。

CNTs萃取柱的萃取性能會受到有機污染物類型、萃取條件和CNTs類型的影響。一般情況下，CNTs對弱極性有機物具有更強的萃取和富集能力，尤其是對于含有較多芳香環的有機物具有突出的吸附性能，這一點已被許多相關研究得以證明。當選擇酞酸酯、氯酚、多氯聯苯、多溴聯苯醚等弱極性有機物作為目標物時，萃取回收率均可接近或達到100％，且隨著目標物極性的增強而逐漸降低［4～6］；而對于阿特拉津、西瑪津、磺隆類農藥、有機磷農藥、磺胺抗生素、頭孢類抗生素和多元酚類化合物等極性較強的有機物，則只能通過降低萃取體積來獲得較高的萃取回收率［7～8，10］。研究表明，除了吸附劑的用量和萃取體積之外，萃取之后洗脫劑的選擇也會對回收率產生較大的影響，應該根據目標物的極性選擇與之相配的洗脫劑，使目標物能夠盡可能完全從吸附劑上解吸附，從而獲得較高的萃取回收率。溶液pH值也會影響目標物的萃取，相對來說，CNTs對弱極性有機物的吸附萃取受溶液pH值的影響較小，可在較寬的pH范圍內（pH3～11）進行萃取；而對于含氨基、羧基、羥基等官能團的較高極性的水溶性有機物，萃取回收率會隨溶液pH的變化而有所不同，如當溶液pH>8.0時，雙酚A、苯甲酸、氯酚的回收率明顯降低。CNTs根據卷曲成管的片層數可分為單壁碳納米管（SWCNTs）和多壁碳納米管（MWCNTs）。兩者相比，MWCNTs由于具有多層同心石墨烯片層，因此對有機物的吸附能力比SWCNTs更為優越，這種差別對于極性較強的有機分子表現得更為明顯。有研究比較了MWCNTs和SWCNTs裝填成的SPE小柱對于幾種頭孢類抗生素和磺胺類藥物的萃取效果，在優化萃取條件下，MWCNTs對頭孢類抗生素和磺胺藥物的萃取加標回收率分別為80％～100％和82％～95％，而SWCNTs對兩類藥物的萃取加標回收率分別只有82.2％～94.4％和78％～82％［125］。

為了進一步擴展CNTs的應用范圍，可以利用強酸或強氧化劑對其進行處理，在其表面引入羥基、羧基或羰基等含氧基團。這些官能團可以通過與目標物分子之間的靜電作用或氫鍵作用顯著改善CNTs對某些強極性有機污染物的萃取能力［126］。而且氧化處理過的CNTs表面還可以進一步引入氨基、巰基等基團，從而實現對特定目標物的選擇性萃取［127］。此外，為了提高萃取效率，還可以將CNTs及羧基化CNTs制成固相萃取盤，從而實現多種環境水樣中的酞酸酯、氯酚、烷基酚、雙酚A、磺酰脲農藥等不同極性污染物的快速萃取［127，128］。

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角形蜂巢晶格的二維平面碳材料，其平面上的π電子可以自由移動，結構上與平面型芳香族化合物非常近似，因此可以通過π-π電子堆積、疏水作用、范德華力等對芳香族化合物產生較強的吸附能力。與CNTs相比，石墨烯是完全伸展的平面型結構，其理論比表面積比CNTs大得多，因此吸附位點也比CNTs更多。而且石墨烯具有較好的柔韌性，可以方便地負載到支撐物上制備復合吸附劑。另外，石墨烯可以用石墨為原料通過化學方法大量合成，極大地節約了制備和使用成本。因此，石墨烯在環境樣品中有機污染物的萃取富集方面有著極大的應用潛力。目前，石墨烯裝填成的固相萃取柱已廣泛應用于環境水樣中有機污染物的萃取測定［129，130］。研究表明，與傳統的C18填料、CNTs和石墨化炭裝填成的固相萃取柱相比，極少量的石墨烯填料就可以獲得較高的加標回收率，而且洗脫時所需有機溶劑更少，重現性也非常令人滿意。但是用石墨烯裝填成的固相萃取柱在使用過程中容易出現石墨烯的團聚以及從萃取柱中泄漏的問題，嚴重影響了萃取柱的萃取效率和重復使用性。如果將其通過化學接枝連接到氨基修飾化的硅膠顆粒上就可以很好地解決上述問題，而且通過控制氧化石墨烯上的含氧親水性官能團的數量，可以利用正相模式或者反相模式實現對不同極性化合物的選擇性萃取，同時還避免了由于污染物在萃取劑上吸附過于牢固而難以洗脫，造成萃取回收率下降的問題［131］。當然，也可以將石墨烯負載到磁性納米顆粒上，并以此為固相萃取劑萃取環境水樣中的PAHs、酞酸酯、三唑類和氨基甲酸酯類農藥等有機污染物［132～135］。

親水碳是由葡萄糖在高溫高壓下進行脫水反應得到的含有較多親水性基團的碳納米材料。該材料在水溶液中具有較好的分散性，而且還能夠在一定程度上避免非極性被分析物在常規碳基萃取劑上的不可逆吸附，從而獲得較高的萃取回收率。Zhang等將磁性納米Fe3O4顆粒浸泡在葡萄糖溶液中，在密閉的反應容器中加熱至180℃，使葡萄糖炭化，形成以Fe3O4為核、碳層為殼的核殼式磁性納米碳基吸附劑（Fe3O4@C）（制備流程見圖2-9）［136］。該吸附劑制備方法簡單，結合了碳材料的強吸附能力、納米材料大比表面積及傳質快和磁性材料便于回收的優點。Fe3O4@C吸附劑中的碳吸附層具有較好的親水性，使磁性納米碳材料能均勻分散在水溶液中。利用磁性固相萃取技術，可以快速富集大體積環境水樣中的有機污染物。使用50mg的Fe3O4@C固相萃取劑，30min內可以從1000mL水樣中定量萃取痕量多環芳烴，用8mL乙腈可將吸附的多環芳烴洗脫下來。將此固相萃取體系與高效液相色譜結合，可以分析一些環境水樣中的多環芳烴（色譜圖見圖2-10），該方法對菲（PhA）、熒蒽（FluA）、芘（Pyr）、苯并蒽（BaA）、苯并熒蒽（BbF）、苯并芘（BaP）、苯并苝（BghiP）的檢測限分別為0.2ng·L-1、0.6ng·L-1、0.4ng·L-1、0.2ng·L-1、0.5ng·L-1、0.2ng·L-1和0.5ng·L-1。

由于碳基吸附劑不同于其他萃取劑的保留機理，其洗脫情況也與其他吸附劑略有不同，對其他吸附劑的洗脫很有效的甲醇、乙腈等溶劑對碳基吸附劑的洗脫往往不夠理想。對碳基吸附劑采用二氯甲烷或四氫呋喃可獲得好的洗脫效果，而且為了取得更好的洗脫效果，在洗脫時最好采用反沖法進行洗脫，原因是該類吸附劑對分析物的保留能力很強，如果采用正向洗脫法，可能既費時間，又費試劑。

（四）納米金屬固相萃取吸附劑

某些金屬納米顆粒對于特定類型的目標化合物具有特異性的吸附能力，或者可以通過表面的功能化修飾，實現對目標物的選擇性吸附，因此可以作為固相萃取的吸附劑，目前研究較多的主要是貴金屬金、銀納米粒子。

金納米粒子對于Hg、Co和Ni等重金屬以及PAHs類污染物具有超強的親和能力，因此可以將其負載到Al2O3或SiO2上，用于環境水樣中Hg等重金屬離子或PAHs類污染物的萃取，目標物經高溫熱解吸或用微量正辛烷（含戊硫醇）洗脫后可用原子熒光光譜法或色譜法定量測定［137～140］。此外，還可以利用檸檬酸、四烷基銨、巰基化合物等對金納米粒子的表面進行化學修飾，選擇性萃取樣品中的吲哚胺、腦啡肽、多環芳烴、酚類化合物和甲基對硫磷等目標化合物［141～144］。

銀納米顆粒是另一種重要的貴金屬納米材料，其表面也非常容易被修飾上各種功能基團。例如將吡咯烷二硫代甲酸銨或者2-（4-異丙基芐基氨基）苯硫酚修飾的納米銀包覆到硅膠顆粒或活性炭上，可分別用于環境水樣中痕量Fe3+、Pb2+、Cd2+、Co2+、Cu2+和Zn2+等金屬離子的富集萃取［145，146］。此外，將二-（2，4，4-三甲基戊基）-二硫代膦酸（b-TMP-DTPA）修飾的納米銀包覆到Fe3O4磁性納米顆粒上，可以得到Fe3O4@Ag@TMP-DTPA磁性納米顆粒。該磁性顆粒可用于自來水、土壤樣品中PAHs的萃取富集，富集因子可達1000左右，而且由于磁性顆粒的引入，可以結合磁性分離，實現固相萃取劑的簡便、快速分離［147］。

（五）正相固相萃取吸附劑

所謂正相固相萃取是指使用極性大的親水性吸附劑從憎水性溶液樣品中萃取極性較大的分析物的固相萃取。常用的正相萃取吸附劑包括硅膠、活性氧化鋁、硅鎂型吸附劑，及用極性有機基團如氨基、氰基、二醇基等修飾的鍵合硅膠等。這類吸附劑主要用途是對分析前的樣品進行清洗凈化（Clean-up），特別是使用在對復雜的固體及液體樣品的有機提取液的清洗凈化方面。其一般的作法是：首先用非極性的有機溶劑如正己烷、異辛烷對樣品進行提取，分離出有機提取液，干燥除去其中水分，再將此提取液通過填充有正相固相萃取吸附劑的萃取柱，收集流出液，此流出液即為較為干凈的非極性組分溶液，被吸附在柱上的組分再依次用極性由小到大的洗脫劑進行分步洗脫，則收集得到的淋洗液即為極性逐漸增大的一系列較干凈的組分。由此可見，用這種方法不但可以凈化分析物，而且可以對復雜的樣品組分進行分組及分離，從而減少后續測定中的干擾影響，提高分析測定的準確度。

硅鎂型吸附劑經常被用來凈化植物和動物組織樣品的有機溶劑提取液，其使用前最好加熱到650℃進行活化處理。硅膠及活性氧化鋁的性質與其含水量密切相關，使用時需根據不同工作需求選擇合適的種類，進行合適的活化處理。氧化鋁的活化處理一般是將其進行高溫加熱，另外氧化鋁還細分為酸性、中性和堿性三種。所謂中性是指其酸度處在其等電點（pH稍大于8）。酸性氧化鋁指其酸度在等電點以下，此時氧化鋁帶正電荷，故其具有陰離子交換劑的性質；堿性氧化鋁的酸度在其等電點以上，此時氧化鋁帶負電荷，故其具有陽離子交換劑的性質；中性氧化鋁對分析物保留的主要機理則為偶極-偶極相互作用。

硅膠、活性氧化鋁、硅鎂型吸附劑，及用極性有機基團如氨基、氰基、二醇基等修飾的鍵合硅膠等正相吸附劑已經被成功地應用在對復雜樣品如土壤、食品、生物組織、污泥等的提取液的凈化方面［148～150］。例如，分析測定蔬菜樣品中的除草劑或殺蟲劑時，首先將樣品勻漿，然后使用與水不混溶的有機溶劑從該勻漿物中萃取除草劑或殺蟲劑，此時樣品中的其他更加親水性的有機物也可能被萃取，為了凈化該萃取物，可將該萃取液通過填充有硅鎂型吸附劑Florisil或其他吸附劑的萃取柱，用合適的洗脫劑洗脫分析物除草劑或殺蟲劑，而更加親水性的其他雜質則仍留在萃取柱上，這樣就可達到凈化萃取液的目的。又例如，分析測定地表水樣品中有機氯及擬除蟲菊酯類殺蟲劑時，可使用正己烷對水樣進行液液萃取，然后將此萃取液蒸發至1～2mL，此萃取液中含有較多的其他雜質，為了凈化該萃取液，可將其通過填充有硅膠的萃取柱，用少量正己烷洗滌萃取柱，最后用適量正己烷-甲苯混合液（70:30，體積比）洗脫分析物，用氣相色譜-電子捕獲進行測定即可，用此法可成功測定地表水中ng·L-1的該類殺蟲劑。

（六）離子交換型固相萃取吸附劑

可離子化的分析物可以使用離子交換固相萃取吸附劑進行萃取。常用的離子交換型固相萃取吸附劑的基體主要有硅膠和聚合物兩種，強陽離子交換吸附劑的主要官能團是磺酸基（）；弱陽離子交換吸附劑的主要官能團是羧基（—COO-）；強陰離子交換型吸附劑的主要官能團是季銨鹽；弱陰離子交換吸附劑的主要官能團是伯胺和仲胺。表2-4列出了常用的離子交換型固相萃取吸附劑的類型。

由于硅膠型離子交換吸附劑在強酸及強堿介質中不穩定，所以使用時的酸度最好控制在pH3～9之間，而有機聚合物型離子交換吸附劑則可在整個酸度范圍內使用，這點正是其優于硅膠型吸附劑之處。固相萃取中使用的有機聚合物型離子交換吸附劑一般是經過高度交聯的具有一定剛性結構的大孔樹脂，這樣的結構特點決定了其對分析物的交換吸附速度快、容量大，既可用于水溶液中分析物的萃取，也適用于有機溶液中分析物的萃取，而不會像一般普通樹脂一樣在有機溶劑中出現樹脂塌陷等情況。現在填充有硅膠型和聚合物型離子交換吸附劑的固相萃取柱或盤均有商品供應。

離子交換固相萃取的理論較為簡單，其作用機理是以離子狀態存在的分析物與帶相反電荷的離子交換劑之間的靜電作用。基于這一點，在進行上樣萃取時，一般必須首先通過調節樣品溶液pH等使分析物以陰離子或陽離子存在，然后再上樣過柱進行萃取。樣品溶液過柱完成后，應該用少量合適的洗滌液洗滌萃取柱，以除去留在柱中的非離子性雜質。上樣溶劑及洗滌溶劑的選擇對萃取的成功具有重要影響，對于無機離子和小的有機離子分析物，選擇水就可作為上樣溶劑和洗滌溶劑。但是為了防止中性的有機雜質的吸附，多數情況下可使用水-有機溶劑混合液來作為上樣和洗滌溶劑。對于弱酸和弱堿型分析物，洗脫的最好辦法仍然是調節洗脫液的pH，即想方設法調節pH使分析物以中性分子的形式存在，就可達到洗脫的目的。對于在任何酸度下都以離子狀態存在的分析物如大部分無機陰陽離子、季銨鹽型有機陽離子、磺酸鹽型有機陰離子等，其上樣萃取和洗脫不能通過酸度來控制，此時必須通過選擇合適的離子強度來加以控制。

使用離子交換固相萃取法處理基體復雜的環境及生物樣品時遇到的最大問題是該類樣品中往往存在較大濃度的無機離子，這些無機離子的存在會造成離子交換吸附劑的飽和，從而使吸附劑的萃取能力降低或完全喪失。針對這種情況，一般必須事先對樣品溶液進行化學預處理，處理方法大多采用沉淀法和配位法。例如，對一般環境水樣中存在的大量鈣、鎂及一些重金屬離子，可加入草酸鹽及EDTA等進行掩蔽，消除干擾［151］。這樣的方法可以被應用于水溶液中氨基三唑農藥的固相萃取及分析測定［152，153］，該化合物極性和水溶性大，在一般聚合物和C18吸附劑上沒有保留，無法富集分離。因此對這種化合物最好采用磺酸型聚合物強陽離子交換吸附劑進行萃取，萃取前加入草酸鹽和EDTA進行掩蔽，從而消除了無機離子的影響。

如果能將一般的反相固相萃取與離子交換固相萃取結合起來，也可減小或消除大量無機離子所造成的干擾。該方法一般進行兩步固相萃取的操作，首先調節合適的溶液酸度，使分析物以其中性分子形式存在，將此溶液上樣通過弱極性的反相聚合物吸附劑，此時，分析物將被該吸附劑萃取保留，無機離子將不被保留而直接通過萃取柱進入廢液。再用合適的洗脫劑洗脫分析物，調節合適的酸度使分析物以離子狀態存在，將該洗脫液上樣通過填充有離子交換劑的固相萃取柱，則分析物會以離子形式被萃取于萃取柱上，最后用合適酸度的洗脫液將分析物以中性分子形式洗脫下來，收集此洗脫液進行后續測定。Coquart等［154，155］使用這種兩步法成功地萃取并測定了地表水中亞ng·mL-1濃度級的氯代三嗪類農藥及其羥基衍生物。也有研究者［156］使用這種方法用陰離子交換劑萃取測定了酚類物質和苯氧乙酸類除草劑。

若分析物為有機性和憎水性更強的可離子性化合物時，除存在于分析物與離子交換吸附劑之間的靜電作用外，還有次級的疏水性相互作用，此時分析物離子在與雜質無機離子競爭離子交換劑的過程中，處于優勢地位，這樣無需進行化學前處理，就可直接用離子交換劑進行固相萃取。例如，水樣中三嗪類除草劑如阿特拉津等為含氮有機弱堿，對它們進行固相萃取時，可先將水溶液的酸度調節至弱酸性（pH=2），此時，該類化合物以質子化的陽離子存在，這時選用強酸性的陽離子交換劑如磺酸型即可對分析物進行有效的固相萃取［157］，萃取后，可用0.1mol·L-1 K3PO4的乙腈-水（1:1）混合溶液進行洗脫，此時分析物將轉化為它們的中性分子形式而溶于乙腈-水混合液中，這樣就達到了對分析物的分離富集。Kaczvinsky等［158］研究了用經過磺化處理的Rohm and Haas公司的XAD-4型PS-DVB樹脂固相萃取分離富集胺類堿性化合物的情況，他們將100～1000mL樣品水溶液以3.0mL·min-1的流速上樣通過填充有2.45g該樹脂的萃取柱，樣品溶液完全通過萃取柱后，用20mL蒸餾水洗滌兩次，再用少量甲醇-乙醚混合液（1:2體積比）洗滌萃取柱，則可將萃取柱吸附的中性雜質洗滌除去，此時以質子化狀態存在的胺類堿性化合物仍然被萃取吸附在萃取柱上。將殘留在柱中的少量液體盡量吹干后，使足量的氨氣通過該萃取柱，則堿性的氨氣將會把吸附在萃取柱上的質子化的胺類物質轉化為非質子化的中性分子形式，此轉化反應完全充分后，再用氨的甲醇或乙醚溶液洗脫柱上的胺類分析物，最后用氣相色譜法進行測定即可。實驗結果表明對濃度為50ng·mL-1的12種脂肪胺類、10種芳香胺類、27種含氮雜環化合物，萃取的回收率范圍分別為72％～99％、46％～99％和65％～100％，回收率的平均值分別為86％、84％和93％。

使用陰離子交換劑對有機酸類陰離子進行固相萃取的研究也有較多的報道。例如苯酚類物質雖然可以用普通的聚合物固相萃取吸附劑進行有效的萃取，但這種方法的缺點之一是無法將酚類物質與其他有機化合物相區別，選擇性較差，此時可以考慮使用離子交換型固相萃取吸附劑。酚類分析物的固相萃取可以使用強陰離子交換劑來進行，首先將溶液用氫氧化鈉溶液調節至pH10以上，此時，分析物被轉化為其陰離子形式，再將該溶液上樣過柱，則分析物被吸附于萃取柱上，被萃取的分析物可以使用稀鹽酸的甲醇或丙酮溶液來洗脫，洗脫的結果就是在酸性溶液中，分析物又被轉化為它們的中性分子形式，該中性分子形式易溶于甲醇這樣的有機溶劑。Chriswell等［159］較為全面地研究了Rohm and Haas公司的羥基型A-26型陰離子交換樹脂對酚類物質的固相萃取情況，他們首先將調為堿性的樣品溶液通過萃取柱，然后用堿性甲醇溶液淋洗萃取柱以除去保留在萃取柱上的中性雜質分子，最后用鹽酸的丙酮-水溶液完全洗脫保留在柱上的酚類分析物。Ferrer等［160］將一粒徑為10μm的SAX型PS-DVB的陰離子交換樹脂固相萃取盤疊加于同樣粒徑的C18固相萃取盤上，構成雙盤固相萃取系統，他們將該萃取系統應用于地表水和土壤提取液樣品中的苯基脲和三嗪類農藥的固相萃取，并最終使用液相色譜進行測定。該方法的最大特點是處于上層的陰離子交換固相萃取盤可以有效地吸附樣品中的腐殖酸等雜質，從而有效減少或消除腐殖酸等雜質對分析物富集和測定的影響。

許多其他的有機酸類物質也可使用離子交換固相萃取法進行有效的分離富集。Field等［161］使用直徑為25mm的強陰離子交換固相萃取盤萃取了河水、造紙廠廢液、下水道廢液等水樣中聚合度不同的幾種壬基酚聚氧乙酸類物質（壬基酚聚氧乙烯醚類表面活性劑的生物代謝物），其萃取的大致過程是：首先依次用5mL乙腈、5mL蒸餾水預處理萃取盤，然后將最多500mL水樣過柱，過完柱后，用1mL乙腈洗脫分析物，再在加熱的情況下對分析物進行甲基化，最后用氣相色譜-質譜法進行測定。Patsias等［162］最近將美國Hamilton公司生產的PRP-X100型PS-DVB基質三甲基銨陰離子交換固相萃取柱（20mm×2mm，10μm）與陽離子交換高效液相色譜在線結合起來，用于對水樣中除草劑草甘膦及其轉化產物氨甲基膦酸的在線富集及分離，收集的色譜流出液用柱后衍生熒光檢測的方法進行檢測。該方法使用100mL樣品，對上述兩種化合物的檢測限分別為0.02ng·mL-1和0.1ng·mL-1。

另外，如前幾節所述，由于磺化程度合適的聚合物型固相萃取吸附劑（磺酸基數量以0.6meq·g-1）的表面能夠與親水性分析物產生密切的接觸，因而更有利于其對這類分析物的萃取，所以磺酸型樹脂也可用于對中性分析物的固相萃取，此問題已在前邊進行過論述，在此不再贅述。

（七）次級相互作用（Secondary interactions）和混合作用模式固相萃取吸附劑（Mixed-mode sorbents）

次級相互作用的概念在前邊已有簡單的論述，該概念最初起源于對使用碳鏈較短且未經過封端的鍵合硅膠萃取堿性藥物類化合物時的實驗觀察及對其保留機理的理論解釋。大多數藥物（絕大多數含有氮元素）的結構中含有可發生酸性離解或堿性離解或兩性離解的基團，因此該類物質在不同酸度條件下往往以不同的形態存在，要么以陰離子存在，要么以陽離子存在，要么以兩性離子存在或中性分子存在。存在形式不同，它們與鍵合硅膠之間的作用機理就不完全相同，即其保留機理不同，此時其洗脫的情況也就不完全相同。我們已經知道，反相固相萃取的主要作用機理是疏水性相互作用，除此之外，隨實驗條件的不同，往往還存在其他次級相互作用如陰陽離子間的靜電吸引、氫鍵作用等。在上述三種作用力當中，疏水性相互作用力最弱（小于10kcal·mol-1），陰陽離子靜電吸引力最強（大于100kcal·mol-1），氫鍵作用介于二者之間（約為10kcal·mol-1）。在高效液相色譜中，一般認為次級相互作用的存在會引起色譜峰的拖尾，因而不利于色譜分離。

在固相萃取中，次級作用的利害要看具體情況而定。例如用碳鏈較短且未經過封端的鍵合硅膠萃取含氮堿性藥物類化合物時，如果介質酸度處在使氮原子質子化帶正電并同時使硅醇基離解而帶負電，則此時正負電荷之間的靜電作用力必然很大，這時使用一般反相固相萃取中常用的強洗脫劑如乙腈、甲醇來洗脫分析物，效果會很差，需要較大體積的洗脫劑（多者甚至達幾十倍柱床體積）才能完全洗脫，這就是所謂的過度保留現象，這顯然對固相萃取是不利的［163～165］。遇到過度保留現象時，顯然不可能像在一般固相萃取中一樣，達到用2～3倍的床體積的洗脫劑定量洗脫分析物的效果。對于這種由離子靜電吸引力造成的過度保留，若在一般的乙腈、甲醇類水溶液洗脫液中加入一些陽離子（如Na+、K+、、Cu2+等）電解質，則洗脫效果會大大改善，就可用少量體積的洗脫液將分析物洗脫下來。產生這種現象的原因是離子交換作用，這種作用原理與離子交換色譜中的淋洗是一樣的［166］。當使用極性較大的固定相如氨丙基、氰丙基、二醇基鍵合硅膠等進行反相固相萃取時，氫鍵這種次級作用有時甚至會變為主要作用。

事物的性質是可以轉化的。如果條件控制得當，次級相互作用在某些情況下可以為我們利用，從而達到諸如提高選擇性等特定的萃取分離富集目的。為此，人們有意地在一些疏水性固定相（大多為C8鍵合硅膠）的表面引入合適比例的離子性基團如磺酸基等，這樣得到的固定相就同時兼有疏水性作用和離子靜電作用，是混合型作用機理固相萃取固定相。常見的這類產品有Varian公司的Bond Elut Certify Ⅰ和Bond Elut Certify Ⅱ、IST公司的Isolute Confirm HAX/HCX、United Chemical Technologies公司的Clean Screen DAUTM等。

混合作用模式固定相自20世紀80年代末出現以來，到目前為止其應用仍然偏少。目前，該類固定相大多使用在生物樣品中藥物的分析領域。例如Chen等［167，168］、Thompson等［169］和Mills等［170］較詳細地研究了利用混合作用機理固定相對尿樣中堿性藥物的萃取分離富集和樣品凈化情況。Chen等首先用甲醇和水按普通方式對Bond Elut Certify固定相進行了預處理，然后將樣品溶液調節為弱酸性，即pH≈6，將此樣品上樣過柱，此時堿性藥物（pKa大于6）將處于質子化狀態，因而呈陽離子狀態，由于呈陽離子狀態的堿性藥物與混合固定相上的磺酸基之間的離子相互作用，該類藥物將被混合固定相（含有陽離子交換基團）保留；由于上樣溶劑強度很弱（尿樣的基本溶劑是水），尿樣中的酸性藥物（在此弱酸性條件下呈中性分子狀態）和其他中性藥物也將同時被混合固定相以疏水性的反相作用機理所保留。配制pH約為3的丙酮-氯仿混合洗脫液對萃取柱進行洗脫，此洗脫液酸度更強，會更進一步增大堿性藥物與固定相之間的離子相互作用，更強的酸度還將進一步減弱酸性藥物的離子化程度，使其以更大比例的中性分子狀態存在，因此使用混合洗脫液時洗脫下來的是酸性和中性藥物，堿性藥物則仍被保留在萃取柱上。最后再使用含有適量氨水的中等極性的有機溶劑洗脫萃取柱，由于堿性洗脫液既可克服離子相互作用，又可克服疏水性相互作用，因而可理想地將堿性藥物洗脫下來，從而實現了對堿性藥物的分離富集和凈化處理。

現在使用的混合作用固定相大多是鍵合硅膠類固定相，但也有研究者［72］對基于PS-DVB型聚合物型的混合作用機理固定相進行了初步研究，并將它們成功地用于對三嗪類藥物和其他堿性藥物的分離萃取，研究發現該類固定相可將離子相互作用、氫鍵作用和疏水性作用集于一身。此類PS-DVB-RPS固定相已有Empore型萃取盤商品供應。另外，Li［171］還通過對帶有二亞乙基三胺的PS-DVB型聚合物進行氯甲基化處理首次獲得了兼具陰離子交換性和疏水性相互作用兩種功能的混合作用機理固定相，并將其應用于對有機和無機陰離子的固相萃取。

（八）其他類型固相萃取吸附劑

除上述幾種較常用的固相萃取吸附劑外，近年來人們還研究開發出了幾種更新型的、各具獨特優點的固相萃取吸附劑，如限進介質固相萃取吸附劑（Restricted access matrix sorbents）、免疫親和型固相萃取吸附劑（Immunoaffinity extraction sorbents）和分子印跡聚合物固相萃取吸附劑（Molecularly imprinted poltmer sorbents）等。其中后兩種將在后邊的有關章節作較詳細的介紹，在此僅對限進介質固相萃取吸附劑作一簡單介紹。

當用固相萃取分離富集生物組織樣品中的小分子分析物時，經常遇到的一個問題就是來自于樣品中的生物大分子如蛋白質、多肽、核酸及脫氧核糖核酸等遇到疏水性的反相固相萃取填料時經常發生生物大分子的變性，變性后的這類大分子物質常常會吸附在填料的表面，造成填料孔徑堵塞、分析物在固定相上的傳質效率下降、萃取柱堵塞等不利現象，從而使柱效降低、吸附容量下降、萃取柱壽命縮短，最終造成對小分子分析物測定的嚴重干擾［172］。為了解決這一問題，Yu等研究開發了限進介質固相萃取吸附劑。這類吸附劑同時兼具針對大分子的體積排阻功能和針對小分子分析物的萃取功能［173～179］，通過控制吸附劑合適的孔徑和對吸附劑的外表面進行適當的親水性基團修飾，使得生物樣品溶液中的大分子不能進入吸附劑的內孔中去，而且親水性的外表面保證了生物大分子在吸附劑的外表面不會發生不可逆的變性和吸附，這些措施的采用，保證了在上樣過柱時該類吸附劑不會對生物大分子產生保留；而該類吸附劑的內孔表面則一般仍具有反相萃取性質，這種結構上的特點就可保證在有較大量的生物大分子的存在下，可以用此類吸附劑實現對種類繁多的小分子分析物的有效固相萃取。例如，Hagestam等［172］通過反應將親水性的甘油酰丙基鍵合于反相固定相多孔硅膠的外表面，而該固定相的內孔則仍保持反相固定相的疏水性，這樣就制得了限進介質固相萃取吸附劑。他們又用該固定相填充一固相萃取柱，將該柱作為預柱與高效液相色譜儀（分析柱為傳統的C18柱，檢測器為紫外檢測器）組成在線分析體系，通過該體系從人血漿樣品中直接萃取并測定了藥物苯妥英（Phenytoin），實驗中未發現樣品基體中的生物大分子對分析測定產生的干擾。又例如，Petersson等［180］將填充有限進介質固相萃取吸附劑烷基二醇類鍵合硅膠ADS（ADS是外表面有親水性的甘油殘基，內孔表面有相對疏水性的十八烷酰基的硅膠類固定相）的微型固相萃取柱（長1～3mm，內徑0.2mm）與高效毛細管電泳的分離微柱在線連接，構成在線SPECE分析系統，并將此系統應用于血漿樣品中藥物的分析測定。與一般未經固相萃取富集的毛細管電泳相比，富集倍數可達7000倍，使用紫外檢測器檢測，對分析物的濃度檢測限達到了0.6nmol·L-1。目前商品限進介質固相萃取吸附劑的種類還很有限，常用的此類產品有Chrompack公司的ChromSper 5 Biomatrix、Supelco公司的Hisep、Hypersil公司的Ultrabiosep、Chromtech公司的Biotrap 500、Merck公司的LiChrospher ADS等。例如Hoeven等［181］利用此類固相萃取吸附劑預柱與高效液相色譜-質譜檢測手段在線聯用，成功地測定了血漿樣品中的氫化可的松（cortisol）和脫氫皮質（甾）醇（prednisolone）以及尿樣中的花生四烯酸（arachidonic acid）。