在有机和生物基质的前处理中，固相萃取是一种有效的方法，可以有效地富集目标物，并去除干扰，固相萃取后一般在经历浓缩定容后，即可送入气相色谱、液相色谱、GCMS、LCMS分析。固相萃取包括装置和小柱等分散剂，近年来自动化固相萃取的产品越来越多，本文将主要介绍自动化固相萃取装置。

固相萃取市场

　　分析报告指出，2023年全球固相萃取市场规模为70亿美元。从2023年到2033年，全球固相萃取需求预计将以4.4%的复合年增长率增长。据估计，到2033年底，全球市场将达到110亿美元。预计从2023年到2033年，北美市场的复合年增长率将达到5.5%。固相萃取分为仪器装置和消耗品，就固相萃取装置，另有报告指出，2019年，全球固相萃取装置市场规模达到了23亿元，预计2026年将达到28亿元，年复合增长率(CAGR)为2.5%。北美是最大的也是增长率最高的市场。

　　在应用的基础上，固相萃取市场分为制药、环境、学术、医院和临床等。药品需求的增长和分析技术的发展等因素正在推动固相萃取市场的增长。环境污染加剧等因素也扩大了SPE在水质管理行业的使用。全球对环境安全的日益关注产生了对高效提取技术的高需求，随着提取方法的进步，环境市场的规模不断扩大。分析师表示：“人们越来越关注环境安全以及污染物监测和控制法规，这对固相萃取市场的增长做出了重大贡献。世界各国政府和行业都在投资先进的萃取技术，以满足严格的环境标准。”。

　　越来越多的具有严格监管标准的药品和农用化学品，以及不断增长的消费者需求，也在推动固相萃取市场的扩张。

　　固相萃取SPE在学术界的应用并不十分普遍，但它可以从复杂的溶液中提取出小样本容量的样品进行表征和鉴定，以及从复杂样品中分离出感兴趣的化合物。固相萃取技术也应用于医院和临床领域。可广泛应用于再生、纯化、分离或浓缩等领域。该设备还经常用于血液样本的实验室分析，这需要高效的处理措施，并将处理风险降至最低。

固相萃取历史和特点

　　20世纪80年代中期后，一次性的固相萃取小柱技术开始用于样品前处理，更便捷使用，因此发展迅速，广泛应用于环境、制药、临床医学、食品等领域。固相萃取由液固萃取和液相色谱技术相结合发展而来。主要用于样品的分离，纯化和富集；主要目的在于降低样品基质干扰，提高检测灵敏度。

　　SPE技术基于液-固相色谱理论，采用选择性吸附、选择性洗脱的方式对样品进行富集、分离、净化，是一种包括液相和固相的物理萃取过程；也可以将其近似地看作一种简单的色谱过程。色谱过程的主要分离模式也与液相色谱相同，可分为正相（吸附剂极性大于洗脱液极性），反相（吸附剂极性小于洗脱液极性），离子交换和吸附。固相萃取所用的吸附剂也与液相色谱常用的固定相原理一致，但在粒度、柱床长度上有所区别。

　　如固相萃取柱的填料粒径通常> 40 µm，远比HPLC或UHPLC填料粒径大（1.7~10µm）。由于柱床较短且粒径较大，SPE柱的效率远低于HPLC柱。HPLC柱塔板数常>10,000，而SPE柱仅获得10~50个塔板。因此，SPE只能分离和保留性质差异很大的化合物。在这种情况下，典型的SPE分离不是在等度模式下进行的，而是在梯度模式下进行的，通过阶梯梯度，分析物或者被固定相牢牢吸附，或者不被保留。与HPLC的另一个区别是SPE柱是一次性的。

　　SPE利用选择性吸附与选择性洗脱的液相色谱法分离原理。较常用的方法是使液体样品溶液通过吸附剂，保留其中被测物质，再选用适当强度溶剂冲去杂质，然后用少量溶剂迅速洗脱被测物质，从而达到快速分离净化与浓缩的目的。也可选择性吸附干扰杂质，    而让被测物质流出；或同时吸附杂质和被测物质，再使用合适的溶剂选择性洗脱被测物质。

　　固相萃取法的萃取剂是固体，其工作原理基于：水样中欲测组分与共存干扰组分在固相萃取剂上作用力强弱不同，使它们彼此分离。固相萃取剂是含C18或C8、腈基、氨基等基团的特殊填料。

　　固相萃取装置的特性决定了它的应用范围。固相萃取的目的是：（1）去除样品中的干扰物质；（2）富集痕量组分，提高分析灵敏度；（3）改变样品溶剂以匹配分析方法；（4）原位衍生化；（5）将样品脱盐；（6）便于样品的储存和运输。以上几点，以提纯和富集为主。

　　作为比较，固相萃取和传统的液液萃取法和蛋白沉淀法具有各自的特点。

净化方法优点缺点

       LLE液液萃取无需特殊装置1.操作繁琐，费时2.需要耗费大量的有机溶剂，导致高成本和对环境的污染3.难以从水中提取高水溶性物质

       PPT蛋白沉淀操作简单，无需特殊装置1.非特异性的沉淀反应可能使微量的分析物随着基质蛋白质共同沉淀而损失。2.净化效果较弱，检测灵敏度和可靠性低。

        SPE固相萃取1可同时完成样品富集与净化，大大提高检测灵敏度2比LLE更快，更省溶剂, 可自动化批量处理3重现性好1.使用进口固相萃取小柱成本较高2.需要专业人员协助进行方法开发

　　可以看出，从时间、灵敏度、效果、省溶剂、样品适应性等各方面来看，固相萃取都有很显著的优势；只是需要固相萃取仪和SPE小柱，以及一定的方法开发。在国内食品、药品、环境等各行业的法规标准中，固相萃取已经成为了标准方法，并有详细的操作指南，因此，固相萃取的市场蓬勃发展，此前主要是一次性SPE小柱的市场迅猛增长。而随着自动化样品处理已经越来越成为实验室的主流发展方向，自动化固相萃取仪的市场也逐步扩大。可以说，几乎每一家开展有机或生物样品分析的实验室，都会有一台至多台自动固相萃取仪。

自动固相萃取仪的结构

　　固相萃取的一般步骤可分为活化、上样、淋洗、吹干、洗脱等五个步骤，但在实际应用中，可根据分析手段对样品的要求对这五个步骤进行适当地增加或减少。比如，当使用离子交换原理进行样品萃取时就需要增加调节萃取体系pH的步骤。当用填料保留目标化合物时，需要用淋洗步骤来先洗去干扰物，再洗脱出目标物；但当用填料保留杂质时，则无需淋洗步骤，上样后即直接洗脱目标物。

　　全自动固相萃取仪顾名思义，能够自动化地完成活化、上样、淋洗、吹干、洗脱的步骤，此外还可能包括浓缩定容，溶剂管理，样品切换等功能，目标是能够在无人值守情况下自动化运行固相萃取方法。

　　除了可靠地自动化运行外，一台好的全自动固相萃取仪常设计为模块化、兼容、多样品平行、多功能、可扩展。

　　模块化指的是可根据不用应用切换模块，完成不同SPE方法，如双柱叠加。从经济角度考虑，最好兼容市售的主流SPE小柱供应商的产品。多样品平行指同时处理多个样品，最好是在活化、上样、淋洗、洗脱等各个步骤都能达到平行处理；当然，上样环节常常是最耗时的环节，也可以仅在上样环节提供多样品平行处理（如6通道同时运行）。多功能包括：在一个平台上完成柱萃取和膜萃取，完成定容浓缩，完成GPC净化，完成加样加标等环节，自动完成QuEChERS方法，实现和后续分析仪器的在线联用等等，不同的仪器有不同的功能。开放平台的软件常可支持更多的扩展性。

　　除传统的SPE方法，QuEChERS方法是美国农业部Anastassiades M等人于2003年开发的一种基于固相萃取和基质固相分散技术的预处理方法。该方法号称具有快速（Quick）、简单（Easy）、低廉（Cheap）、有效（Effective）、稳定（Rugged）和安全（Safe）的特点。目前QuEChERS在农产品和食品中的农兽药残留、血液中的毒物、食品中的真菌毒素等多个领域均有广泛的应用。

　　基本操作步骤如下：

　　1取样：称取10g匀质后的样品；

　　2提取：加入10mL乙腈浸提，加入1gNaCl和4g无水MgSO4，振摇混匀后，盐析离心分层；

　　3净化：取分层后的上清液1mL至填有150mg无水硫酸镁和25mgPSA（乙二胺-N-丙基硅烷吸附剂）的小型离心管中，进行分散固相萃取净化；

　　4检测：净化后的上清液直接进行仪器分析（GC-MS，LC-MS）。

　　其中，乙腈浸提出目标化合物，NaCl和无水MgSO4使水相和有机相盐析分层，无水MgSO4除水的同时可产热使萃取温度适宜，PSA（乙二胺-N-丙基硅烷吸附剂）利于除去提取液中的脂肪酸、糖类和某些极性亲脂性色素等。

　　相对于其他常用的前处理技术（比如SPE、GPC等），QuEChERS方法优势为：

　　1）能同时检测200多种化合物，且回收率较好，在80%以上；

　　2）采用内标法进行校正，有较高的精密度和准确度；

　　3）操作简单，检测周期短，1h可处理30-40个预先称重的样品；

　　4）溶剂使用量少，价格低，只使用乙腈，对环境污染小，对实验人员风险也小；

　　5）使用仪器设备简单，主要用    离心机和离心试管。当然，也可以根据该方法开发全自动的设备。

　　其主要缺点为：对含水量低或者脂肪含量高的样品，净化效果不理想，提取效率低、净化过程损失大。

自动固相萃取仪的分类

　　固相萃取仪的操作模式有很多种，如正压操作模式、负压操作模式，重力操作模式、离心操作模式等。目前市面上常用正压上样和负压上样两种方式萃取，但负压上样因不能有效控制流速，易造成回收率不稳定、仪器重复性差，所以一般采用正压上样方式。全自动固相萃取仪采用高精度注射泵正压上样洗脱样品，更加精确地控制液体流速，从而显著提高了仪器重复性并确保了样品回收率。

　　根据萃取样品体积大小，自动固相萃取仪可分为小体积和大体积两种。小体积样品指食品、药品、血液等样体，体积量一般在50mL以下；而大体样品主要指水样，一般是200mL量以上。

　　按原理分类，可分为柱萃取和膜萃取全自动固相萃取仪。膜萃取主要为处理大体积水样或污水设计，固相萃取膜片或固相萃取圆盘英文名称是Solid Phase Extraction Disk，简称SPE disk。膜萃取的优点是速度快且不容易堵塞，缺点是单个样品的处理成本较柱萃取高。我国市场上的固相萃取仪，以柱萃取方式居多。近年来，由于GC-MS/MS、LC-MS/MS方法的普及，其抗干扰性和灵敏度更高，因此许多农残、兽残标准采用了更快速、更简便的QuEChERS方法，随之也出现了配合QuEChERS方法的自动净化仪。

　　按通道分类，可分为单通道和多通道固相萃取仪。通常通道数量越多，在处理大批量样品时，可节约更多的时间，尤其是上样的时间。

　　此外，稍微介绍一下固相微萃取（SPME），其原理建立在待测物在固定相和水相之间达成的平衡分配基础上，最大的特点是能在萃取的同时对分析物进行浓缩，以熔融石英光导纤维或其它材料为基体支持物，采取“相似相溶”的特点，在其表面涂渍不同性质的高分子固定相薄层，通过直接或顶空方式，对待测物进行提取、富集、进样和解析。然后将富集了待测物的纤维直接转移到仪器（GC或HPLC）中，通过一定的方式解吸附（一般是热解吸，或溶剂解吸），然后进行分离分析。

　　举例一套典型的自动固相萃取仪，主要由以下几部分组成：

　　1、全自动进样系统：实现溶剂和样品的自动上样；

　　2、高通量快速萃取系统：自动实现活化、上样、淋洗、吹干、洗脱等固相萃取步骤；

　　3、在线浓缩定容系统：实现在线自动对洗脱液进行氮吹浓缩并定容；

　　4、多功能溶剂管理系统：包括溶剂种类和容量、溶剂扩展、废液收集及其他溶液处理功能；

　　5、清洗系统：具备多种清洗模式，避免溶剂或样品之间的交叉污染；

　　6、工作站控制系统：仪器控制软件，控制以上系统有序自动运行。

　　7、有些配置GPC凝胶净化功能，成为多联机系统。