自動固相萃取系統研究進展

向梅　敦妍冉

摘? 要：固相萃取技術是一項被廣泛應用的分離富集技術。化學分析實驗在分析領域占據著非常重要的地位，而固相萃取是化學分析實驗中最常使用的方法之一。傳統固相萃取是一項繁瑣耗時的工作，為了減輕實驗人員的工作壓力，固相萃取的自動化成為研究熱點。文章總結了現有各類全自動固相萃取系統的發展和特點。

關鍵詞：自動固相萃取系統;分離富集;同位素

中圖分類號：TS207.3? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）31-0061-02

Abstract： Solid phase extraction （SPE） is a widely used separation and enrichment technology. Chemical analysis experiment plays a very important role in the field of analysis， and solid phase extraction is one of the most commonly used methods in chemical analysis experiment. Traditional solid phase extraction （SPE） is a tedious and time-consuming work. In order to reduce the working pressure of experimenters， the automation of SPE has become a research hotspot. The development and characteristics of all kinds of automatic solid phase extraction systems are summarized in this paper.

Keywords： automatic solid phase extraction system; separation and enrichment; isotope

1 概述

固相萃取是一種選擇性吸附和選擇性洗脫的分離技術。在分析化學實驗中的痕量元素檢測和分離多種干擾基體元素也常會用到固相萃取。尤其是在同位素的分析測試中，樣品的前處理關系著分析結果的可靠性，影響著分析結果的精確度。隨著分析測試儀器的不斷發展，為了消除基體干擾給分析結果帶來的不準確性[1]，同位素測試之前都會進行樣品的前處理。

傳統的人工固相萃取是依靠重力進行洗脫。萃取柱一般為直管柱式，耗時且過程繁瑣。多接收電感耦合等離子體質譜儀（MC-ICP-MS）等分析儀器的出現大大提高了樣品分析的精確度、準確度和分析通量。但是傳統人工固相萃取分析并不能滿足儀器的高效分析要求，所以固相萃取的自動化是非常必要的。很多研究者也將注意力集中到全自動固相萃取系統的開發上。

2 有機全自動固相萃取系統

有機固相萃取領域的全自動固相萃取系統儀器已被廣泛商業化，如萊伯泰科公司生產的SepLine（S）全自動固相萃取系統、SPE 1000全自動固相萃取系統和Gstation-S全自動固相萃取系統等。

SepLine（S）[2]全自動固相萃取系統包括3-D機械臂、多功能針、樣品容器、樣品瓶架和SPE處理模塊。該系統有四個通道，可以使用單通道，雙通道或四通道模式，這意味著最多可以同時處理四個樣本。此外，八種溶劑可用于不同的樣品處理過程的洗脫。在萃取樣品時，通過用戶來設定完方法程序之后，改儀器可以順序地運行設定的提取方法，并且可以根據各種檢測儀器將最終的洗脫液轉移到各種類型的樣品收集瓶中。整個過程可以自動連續運行，無需人工干預。

Gstation-S全自動固相萃取系統與SepLine（S）全自動固相萃取系統相比不同的是該系統相對靈活，配備多種規格的固相萃取柱，能滿足用戶的多種方法要求。能自動清洗樣品瓶，避免了樣品損失和溶劑的混合。其中還有一大特點是Sample-Box能實現60L樣品全自動上樣。

SPE 1000全自動固相萃取系統在前兩種儀器上進行了優化。在樣品的處理量上進行了改進，有1-8個通道可選，處理樣品量大。也配備了多種型號的萃取柱，不僅能處理小體積樣品，也能處理大體積水樣。與前兩種儀器相比，采用了雙路套針的結構且整個系統都是全密閉設計，減少了溶液交叉污染的風險。自動化程度高，整套系統密封環保。

以上所描述的全自動固相萃取系統靈活方便，但都僅應用于環保、食品、農產品、藥物臨床分析、生命科學等有機領域。系統的材料多為金屬部件，不能耐高濃度無機酸，并不適用于無機分析。對此，很多學者在此基礎上進行了無機固相萃取系統自動化的一個研究。

3 無機全自動固相萃取系統

3.1 自動高效離子色譜

如前所述，目前市售的全自動固相萃取系統并不適用于某些地球化學分離所需的高腐蝕性的化學品和試劑。為了解決無機全自動固相萃取系統的抗腐蝕問題，Laure Meynadier等[3]人介紹了一個自動高效離子色譜（HPIC）。系統中與樣品溶液接觸的材料是PEEK（聚醚醚酮），聚四氟乙烯或聚丙烯。這個系統的萃取柱可根據實驗目的不同進行更換。在研究中已被應用于碳酸鈣中鍶的分離富集，通過測定收集的餾分的Rb，Ca和Sr含量，可以容易發現該系統分離的效率很高。另外一高效自動離子色譜（HPIC）[4]和上述系統基本類似，該組件的不同組件間通過PEEK（聚醚醚酮）管連接。

3.2 全自動特氟龍高效液相色譜系統

對于材料和功能上的改進并沒有就此停留。T.J. Ireland等[5]開發了一個封閉的Teflon HPLC（T-HPLC）系統。這個系統的流路完全由特氟龍制成，使得系統的電子控制裝置和凈化裝置與腐蝕性試劑隔離，避免了腐蝕。除在流路上的創新以外，整個系統操作靈活，可以根據實驗需要自行改變柱的長度。為了驗證系統的有效性，進行了從Mg中分離Ni的實驗，T-HPLC系統極大地簡化和改進了傳統技術。在80cm長的色譜柱上單次通過，實現了Ni與Mg的良好分離，并且時間框架得到大大改善。但是以上描述的所有設備系統都僅有一個萃取通道，所有試劑都共享同一流路，很容易增加樣品處理時的交叉污染風險。和傳統人工樣品處理方法相比，減少了人為污染風險，提高了樣品處理效率，但是并不能滿足分析儀器如MC-ICP-MS的高通量分析要求。

3.3 高通量全自動固相萃取系統

對于系統的高通量處理能力上，美國Elemental Scientific（ESI）公司設計研發了prepFAST-MC系統[6]。系統的一天可處理60個樣品。由于該系統已經商業化，所以被用戶廣泛使用[7]。

prepFAST-SR的設計類似于prepFAST-MC系統。prepFAST-SR額外添加了閥門和管路，通過這些閥門管路來控制樹脂和氣流達到自動填柱和拆柱的功能。這個系統已被Shalina C. Metzger等[8]成功用于分離環境樣品中低濃度的鈾和钚，全自動流程避免了接觸鈾和钚時可能對人體造成的輻射危害。為了減少樣品的上樣量，ESI microFAST MC系統[9]也被研發。

在自動系統的不斷改進中，包括上述的商業和僅存在于實驗室平臺中的系統都有了明顯的進步，但他們都還有一個共同的特點：僅一個萃取通道。同一批的樣品處理都經過這個萃取通道，很容易造成樣品間的交叉污染。

3.4 多通道自動固相萃取系統

一個多通道自動固相萃取系統現也已被研發[10]。這個系統被稱之為全自動開放柱化學分離系統。系統由移液機器人單元和控制單元組成。系統一次可同時萃取10個樣品，各通道相互獨立，不再共享同一通道，消除了樣品間交叉污染的風險。為防止腐蝕性蒸汽的影響，移液機器人裝置的機柜采用聚氯乙烯面板和塑料螺絲制成。但移液器頭還是由金屬和電子部件組成，外部僅涂有碳氟聚合物進行防腐，在長期的高濃度酸蒸汽環境中，抗腐蝕能力可能會遭到破壞，縮短系統的使用壽命。由于系統為開放式，系統控制端并不能控制萃取實驗過程中的洗脫流速，使得柱與柱之間洗脫時間不一致，若無人看守，可能導致個別樹脂出現干涸的情況。降低了每個柱的萃取效率。

4 結論

在分析化學領域，樣品的前處理技術隨著科技的發展也在不斷的進步。自動化固相萃取逐漸代替了傳統的人工處理樣品。減少了人為污染樣品的風險。將實驗人員從繁瑣耗時的工作中解脫出來。從處理效率和自動化程度來看，大部分現有的自動固相萃取系統，還有很多地方需要改進。對于固相萃取系統的靈活性和小型化也可以作為今后的研究方向。

參考文獻：

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