第三节　固相萃取的吸附剂

一、固相萃取对固定相的要求

经过30多年的发展，固相萃取吸附剂的种类日渐增多，并仍然在随着液相色谱固定相的发展而发展，商品的固相萃取柱更是种类繁多。作为一种理想的固相萃取吸附剂，最好能满足下列条件：

（1）固相萃取吸附剂最好为多孔的、具有大的比表面积的固体颗粒　一般比表面积越大，吸附能力越强。一个理想的固相萃取吸附剂的比表面积最好在100m2·g-1以上，现在广泛使用的固相萃取固定相的比表面积大多在200～800m2·g-1之间，高者甚至达到1000m2·g-1以上。另外固定相颗粒的孔径与其比表面积之间往往存在着负相关的关系，即颗粒孔径越大，其孔隙率将越小，固定相的比表面积就越小，反之亦然。

（2）应降低固相萃取的空白值　尽可能地降低固相萃取的空白值，从而最大限度地降低测定的检测限。因此必须要求固定相具有高的纯度，为此必须在其制造上不断改进工艺以提高其纯度。对于已经选定的固定相一般在使用前都要用合适的一种或几种溶剂进行充分的洗涤，以减少杂质、降低空白。

（3）萃取吸附过程必须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，而且还能在合适的溶剂洗脱时迅速定量地释放出分析物，完成整个固相萃取的全过程。整个分析过程具有较高的且恒定的回收率（最好为100％），可以保证分析结果更为可靠、准确和精密。萃取过程的可逆性是固相萃取获得成功的另一保证，例如，活性炭是一种具有很大比表面积和吸附容量的吸附剂，但它却不是一种良好的固相萃取吸附剂，原因之一就是活性炭对很多分析物的吸附过程的可逆性较差，被其吸附的分析物不易被定量洗脱；还有，活性炭表面具有一定的催化活性，有时会使分析物在其表面发生化学反应，这样会引起分析物回收率的降低，从而造成误差。

（4）固相萃取吸附剂要有高的化学稳定性　应能抵抗较强的酸、碱、有机溶剂的腐蚀，遇到常见溶剂或溶液酸度发生较大改变时，固定相不发生较大体积的膨胀或收缩，也不发生固定相的溶解或软化。例如，C18键合硅胶在pH 8以上的碱性溶液或强酸性溶液中会发生有机长链与硅胶基质的断裂，使用时应设法避免此现象的发生。而有机高聚物型固定相则无此问题。

（5）固相萃取固定相必须与样品溶液有好的界面接触　接触是吸附的前提，固定相与溶液中分析物之间进行良好的界面接触是定量萃取的最基本保证。目前最为常用的两种反相固定相C18键合硅胶和聚苯乙烯-聚二乙烯苯共聚物均为疏水性固定相，高的疏水性可以保证它对水样中疏水性有机物产生定量吸附，但是太高的疏水性会使这类固定相与样品水溶液之间的接触界面减少，使分析物萃取效果变差，回收率降低。此类固定相在使用前常需用甲醇、乙醇、乙腈或丙酮等有机溶剂进行活化预处理，其目的之一就是使固定相获得一个能与样品水溶液产生紧密接触的表面，从而获得好的吸附。而且还应该注意在整个萃取过程中不应使流动相流干而使气泡进入柱床，气泡会导致固定相表面与样品水溶液之间的接触效果恶化，降低萃取效率，如果出现这种情况，必须重新对固定相进行活化处理。一个更好的解决此问题的方法是对此类固定相的表面进行适当的亲水性化学修饰。Sun和Fritz［6，7］等通过化学反应在交联聚苯乙烯型固定相表面引入少量亲水性的乙酰基（CH3CO—）、氰甲基（—CH2CN）、羟甲基（HOCH2—）等基团，使固定相表面具有了一定的亲水性，因而能更好地与样品水溶液接触，极大地改善了萃取效果，此类具有优良表面性质的固定相可不需要活化而直接应用于水溶液的固相萃取。有研究者将磺酸基（—SO3H）修饰于聚合物树脂表面，也取得了良好的结果［8］。研究开发此类油-水两亲型固定相的关键是掌握好表面亲水性基团的数量，即引入的亲水性基团的数量要多到能保证固定相表面有足够的亲水性，使固定相与样品水溶液有好的接触，又不至于多到其亲水性能与固定相基体的疏水性相匹敌，在疏水性和亲水性之间找到恰当的平衡。此类新型固定相优良的萃取性能已引起人们极大的兴趣，各公司也竞相开发相关产品，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。此类新型固定相的另一优点是其吸附萃取对象的广谱性，即能同时满足对亲水性、亲脂性、酸性、碱性及中性化合物的固相萃取。

要在众多的固相萃取柱中选择出合适的产品，必须对常见固定相的性能等有充分的了解，下面具体介绍一些常用的固定相，以供参考。

二、常用固相萃取的吸附剂

（一）键合硅胶类吸附剂

1.键合硅胶吸附剂的基本性质、种类及应用

固相萃取是由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展起来的，其固定相大多采用液相色谱固定相，例如键合硅胶类是目前为止应用最为广泛的色谱固定相，这也决定了键合硅胶类填料是目前应用最为广泛的固相萃取固定相。固相萃取中使用的键合硅胶的比表面积一般在50～500m2·g-1，表面的孔径大多在5～50nm，由于此类固定相发展较早，商品货源充足，因而价格也相对便宜。此类固定相一般通过硅胶与氯硅烷或甲氧基硅烷反应制得，反应式如下：

键合硅胶吸附剂类固相萃取产品生产厂商较多，产品种类丰富，要从众多产品中选择合适的固定相，需重点考察固定相的粒径、比表面积、极性、碳链长短、固定相的含碳量及固定相是否经过封端处理等。

固相萃取中使用的固定相的粒径一般大于40μm。在其他条件相同时，一般应该选择粒径小、比表面积大的固定相，这样萃取能力强、萃取效果好。过细的粒径必然增加过柱的阻力，这点也应予以注意。

在固相萃取中选择合适极性的固定相对于萃取能否取得成功是极其重要的。萃取极性大的分析物时，应该选择极性较大的固定相，反之亦然。键合硅胶固定相的极性主要取决于碳链的种类、长短、固定相的含碳量、硅烷化试剂是单功能团试剂还是三功能团试剂及固定相是否经过封端处理等。常用的键合硅胶固定相见表2-1。

一般碳链长，固定相含碳量大，固定相的极性小；碳链短，固定相含碳量小，固定相的极性大。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较大的极性，它们在大多数情况下作为正相固相萃取和离子交换固相萃取的吸附剂，其中氰基、二醇基、氨丙基键合硅胶在极少数情况下也作为反相吸附剂使用。下面主要讨论最常用的C18键合硅胶。

需要指出的是，在制备键合硅胶固定相时，由于空间位阻的存在，并不是硅胶表面的所有硅醇基都发生了反应，这样得到的键合硅胶表面必然残留有少量的硅醇基。残留在硅胶表面的硅醇基会对极性较大的组分产生吸附，如果被吸附物是醇或胺等物质，则这种吸附一般是以氢键键合的方式进行。这种残留硅醇基引起的次级吸附往往对分析物的固相萃取产生不利影响。为了尽可能地降低残留的硅醇基，以使次级作用降至最小，获得极性更小的固定相，同时可以更好地实现对水样中非极性组分的萃取，人们首先使用三功能团硅烷化试剂与硅胶反应，以尽量减少硅胶表面的硅醇基，并在硅胶的长链烷烃键合完成以后，再对固定相表面残留的极少量硅醇基进行所谓“封端”处理。“封端”处理的目的是使残留的硅醇基被封闭或惰性化，其方法是使用更加活泼且较短的硅烷化试剂如三甲基硅烷等与固定相上残留的硅醇基发生如下反应：

经封端处理的固定相，其对水溶液中的非极性及弱极性分析物的萃取更加完全，回收率更高；而对极性组分则保留很少，有利于提高萃取的选择性。

硅胶表面残留的少量硅醇基与分析物之间的次级作用的大小还与实验条件密切相关，如果分析物溶液的酸度条件控制得当，就可使这种次级作用减至最小，反之则可增大。当硅胶表面的硅醇基处于离解状态（带负电荷）及分析物带正电荷时，这种次级作用主要表现为能量较大的离子相互作用。当硅胶表面的硅醇基处于未离解状态（未带电荷）及分析物未带电荷时，则这种次级作用可降至最小，并可忽略不计。硅醇基及分析物处于何种状态（是否带电）主要取决于溶液的酸度。对硅醇基而言，溶液pH值越大，其离解程度越大，一般pH值大于4.0时，硅醇基即带有明显的负电荷。而分析物所带电荷状况较为复杂，随分析物种类不同而不同。对一个固相萃取体系来说，理想的溶液酸度就是硅醇基及分析物均不发生离解，即均不带电荷的酸度。

但是，随着固相萃取技术的进一步发展，人们认识到，残留的硅醇基与极性组分之间的偶极-偶极相互作用、离子相互作用及氢键作用也有有利的一面。合理数量的硅醇基的存在可以使疏水性的键合硅胶与极性较大的分析物之间的接触更加紧密，从而实现对此类分析物的良好萃取；合理数量的硅醇基的存在，在键合硅胶与极性较大的分析物之间额外增加了除疏水性相互作用以外的氢键作用、离子相互作用、偶极-偶极相互作用，因而可以用键合硅胶实现对极性较大分析物的萃取。了解了这些，人们就可以通过控制硅胶表面硅醇基的多少来得到不同极性的键合硅胶，还可通过控制萃取时的溶液条件，有意加强硅醇基与分析物之间的次级相互作用，从而获得对不同极性的分析物有一定选择性的键合硅胶固定相，这样就扩大了该类固定相的适用范围。这种针对极性分析物特意设计制备的C18键合硅胶常常表示为C18/OH或Polar C18。这一类固定相对分析物的萃取机理是一种混合作用机理，故此类C18键合硅胶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测定了氨基甲酸酯类杀虫剂。在该研究中，正是固定相上的羟基基团与极性较大的分析物之间存在的疏水性相互作用以外的氢键作用、离子相互作用、偶极-偶极相互作用使得分析物得以定量吸附，最终获得高的回收率［9］。常用的商品C18键合硅胶固相萃取柱列于表2-2。

由于C18键合硅胶发展较早，现有的商品化固定相种类又多，故其应用非常广泛。例如短链脂肪胺类物质，其极性较大、水溶性较高，所以对于水样中这类化合物的测定，衍生化处理就成为必不可少的一个步骤，这就造成了分析过程的烦琐、费时。Verdu-Andres等［10］利用填充有0.1g Bond-Elut C18固定相的1mL固相萃取柱，同时在柱上完成了对脂肪胺类物质的萃取富集和衍生化两个步骤，并最后用气相色谱进行了定量测定，这种做法大大简化了分析步骤，节约了分析时间，取得了较好的结果。其大致步骤是：先依次用2mL甲醇、1mL pH值为10.0的硼酸缓冲溶液对上述固相萃取柱进行预处理，然后将样品水溶液过柱，用1mL pH值为10.0的硼酸缓冲溶液过柱以洗涤杂质，接着用空气流将柱子吹干，此时将适量的衍生化试剂3，5-二硝基苯甲酰氯通过萃取柱进行柱上衍生，最后用适量乙腈洗脱已经被衍生过的分析物，再取此洗脱液20μL进样进行气相色谱测定，该方法的检测限为2～5μg·L-1，加标回收率在70％～102％之间。又如，对于环境水样中低含量壬基酚及其相关的壬基酚聚氧乙烯醚类物质的分析测定，最常用的分析方法就是将固相萃取分离富集手段与气相色谱或液相色谱检测方法相结合，其中C18键合硅胶就是应用最广泛的固相萃取固定相［11，12］，该类物质一般的萃取程序是：首先依次用5mL乙腈、5mL甲醇、5mL水对填充有1g C18键合硅胶固定相的萃取柱进行预处理，然后将10～1000mL样品溶液过柱萃取，最后用5mL甲醇洗脱后，选择气相色谱或液相色谱法进行测定。总体来说，C18键合硅胶固定相更加适合于非极性和弱极性分析物的萃取。Crozier等［13］最近利用规格为6mL/1000mg的ENVI-18TM C18填充的聚丙烯萃取柱萃取了17种自来水、湖水、河水及泥塘水中的多环芳烃（PAHs），其萃取的大致步骤是：首先分别用5mL甲醇和蒸馏水对萃取柱进行预处理，再将已经用盐酸酸化为pH 2.0的800mL水样以20mL·min-1的流速过柱，过完后用空气将柱中的残留水分吹干，用甲苯将分析物洗脱后蒸发至1mL，最后用气相色谱-离子捕获质谱法测定。该方法对这些分析物测定的检测限为0.8～1.6ng·L-1。C18键合硅胶固定相还可应用于许多生物样品中药物组分的固相萃取［14］。例如，对血浆样品中安定类药物的萃取及测定，可使用下面的方法进行：依次用5mL甲醇和蒸馏水预处理规格为6mL/500mg的C18键合硅胶萃取柱，再将加有1mL 0.1mol·L-1乙酸钠的4mL血浆样品上样过柱，过完后，用少量蒸馏水洗涤萃取柱并用真空泵尽可能将残留在柱中的水分抽干，最后用适量的丙酮洗脱分析物，将洗脱液用高纯氮气吹至近干，用少量甲醇溶解残渣，此溶液可直接进行反相高效液相色谱分析，色谱分析可使用C18键合硅胶类分析柱，流动相一般采用乙腈-甲醇-磷酸二氢钾水溶液（5mmol·L-1）（15:30:55）体系。该萃取法对11种安定类药物的平均回收率为75.3％。

Kutter等［15］将C18键合硅胶键合于微流管路系统中，实现了在微芯片上进行固相萃取（SPE on chip）的设想，虽然该研究仅仅是一种极其初步的探索，但它也许能代表一种固相萃取发展的新方向，即固相萃取的微型化。

有效的洗脱对一个固相萃取体系同样非常重要。洗脱完全所需要的洗脱剂体积越小，则萃取的富集倍数就越大。C18键合硅胶对大多数非极性及中等极性的分析物具有好的萃取能力，对这样的萃取体系，洗脱剂己烷、四氢呋喃、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、乙腈、甲醇的洗脱能力按此顺序依次减弱，但是随分析物极性的增强，则洗脱能力按此顺序逐渐增强。尽管存在以上洗脱能力的次序，但在多数情况下人们仍然使用能与水混溶的乙腈、甲醇等溶剂，便于最后用气相色谱测定。对于可离子化的化合物的萃取，一般是通过调节溶液酸度使分析物以中性化合物的形式被C18键合硅胶萃取，对这类物质的洗脱除可按上述方法进行外，另外一种更有效的方法就是将洗脱溶液的酸度调节至使分析物以离子状态存在，这样分析物才可被有效洗脱。在C18键合硅胶固相萃取中，洗脱时使用的洗脱剂用量一般为2～5mL（500mg吸附剂）。

由于键合硅胶类固定相是采用比表面积大的硅胶作为基体制备的，故保证了其具有较大的吸附容量。若以二甲苯为模型化合物，一般C18键合硅胶对其穿透容量可达到4mg·g-1 C18键合硅胶以上，有的甚至更高［16，17］。

键合硅胶类固定相具有良好的机械强度，常见的有机溶剂及洗脱剂对其没有不良的影响，一般也不会引起膨胀或收缩。

键合硅胶类固定相商品化程度高，易于获得，适用化合物种类范围广泛。其孔径大多在6nm以上，该孔径可保证对相对分子质量大到约1500的有机化合物的固相萃取。

总体来说，C18键合硅胶固定相萃取效果较好的分析物主要是非极性化合物和中等极性的化合物，即使充分利用残留硅醇基的次级作用来增加对极性组分的萃取能力，也仅仅是增加了对中等极性或极性较大的化合物的吸附而已。但对极性很大的分析物，使用C18键合硅胶固定相进行萃取的效果不能令人满意，此时应该考虑使用有机聚合物型或石墨化炭黑型固定相进行萃取。例如文献［18］中，分别使用一般的C18键合硅胶固定相、C18MF键合硅胶固定相（未封端）及有机聚合物型固定相PLRP-S对强极性的三氯苯酚进行固相萃取，在其他条件相同时，该分析物的穿透体积分别是50mL、70mL、200mL。

C18键合硅胶固定相的另一个不足是其对强碱性及强酸性介质的敏感性。硅胶类固定相在强碱中一方面会被碱溶解；另一方面会发生硅胶与烷基碳链化学键的断裂，在强酸性介质中硅胶与烷基碳链之间的化学键也会发生断裂。

其他键合硅胶如C8、C2、环己基、苯基等也常使用，其萃取性能基本与C18键合硅胶一致，主要对非极性分析物有较好的萃取能力。相比而言，C2键合硅胶极性较强，其对非极性分析物的萃取能力比其他几种弱。由于芳香性苯环的引入，使得苯基键合硅胶对芳香性分析物具有较好的萃取能力。文献［19］将上述几种固定相对天然水样中的18种苯酚类优先污染物的萃取情况作了较系统的对比，实验结果证实了上述论述。

硅胶还是理想的分子印迹聚合物（MIPs）材料。除去了模板分子后的硅胶颗粒具有特定的空腔结构，能够选择性识别和吸附与模板分子结构相近的物质。将分子印迹硅胶聚合物装填成SPE小柱，即可用于环境样品中结构类似物的选择性萃取。将其包覆于磁性纳米颗粒表面制得的磁性硅胶MIPs微球不仅对目标物分子具有特殊的选择萃取能力，同时还具有纳米材料超大的比较面积和磁性材料的磁分离能力，可以作为磁性固相萃取剂用于选择性萃取环境样品中的痕量有机污染物［20］。

近年来，介孔硅胶材料由于具有巨大的比表面积、均匀有序的孔径分布和高度的结构稳定性而引起人们的广泛关注。由于其介孔通道内可以负载大量的修饰基团，因此将其作为固相萃取吸附剂可以拥有更高的萃取容量。此外，其均匀有序的垂直导向型介孔通道可以通过空间位阻抵抗复杂样品中的大分子天然有机质对小分子目标物萃取的干扰。Li等将修饰功能基团的介孔硅胶与磁性纳米颗粒相结合，合成了磁性介孔硅胶材料（制备过程见图2-2），并成功地将其用于大体积复杂基质环境水样中痕量有机污染物的萃取测定［21，22］。此外，还有人将具有有序介孔孔道的介孔硅胶MIPs壳层包覆在磁性纳米颗粒表面，不仅显著增加了识别位点的数量，有效提高了其吸附性能，而且使其具有优良的吸附动力学特性和磁分离能力［23］。

2.其他氧化物及键合氧化物固相萃取吸附剂

硅胶与分析物的作用及键合硅胶的制备是基于硅胶表面具有活性硅醇基。与此相似，其他几种氧化物表面，如氧化铁（Fe2O3、Fe3O4）、氧化钛（TiO2）、氧化锆（ZrO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化镁（MgO）、氧化钍（ThO2）等也具有活性羟基，因此这些氧化物及其烷基键合物也有可能作为固相萃取的吸附剂。Gillespie等［24］及Buser等［25］对此进行过研究与评述。

常见的金属氧化物中，氧化铁（Fe2O3、Fe3O4）、氧化钴（CoO）等氧化物具有独特的磁性特征，在外加磁场作用下可快速回收。近年来，以纳米磁性氧化铁为固相萃取剂，结合磁性分离，派生出磁性固相萃取技术（Magnetic Solid Phase Extraction，MSPE），该技术简便、快速，在大体积环境水样的萃取富集中具有较大的应用潜力（其萃取装置和萃取流程将在后面章节中介绍）。要将磁性纳米氧化物用于固相萃取，一般需要将其表面修饰成不同的功能基团。Zhao和Cai等首先将离子型表面活性剂通过自组装在磁性纳米氧化物表面形成混合胶束体系，并用于环境水样中痕量酚类污染物的萃取富集［26］。以此为基础建立的MPSE方法还被用于全氟化合物、磺胺和氟西汀药物等多种环境污染物的萃取中［27～29］。此外，如果在Fe3O4磁性颗粒表面包覆上SiO2或者Al2O3，即可使其表面的等电点上升或下降，在中性pH下带上电荷，从而使带有相反电荷的表面活性剂更容易在其表面形成混合胶束，进一步简化了MPSE的操作步骤。目前，这种磁性纳米复合物-混合胶束体系已经被用于萃取富集环境水样中的内分泌干扰物［30］或者甲氧苄氨嘧啶［28］等。此外，利用硅烷化反应、酯化反应和路易斯酸碱反应还可以将各种功能基团以共价形式负载到磁性颗粒上。例如，氨丙基、C8、C18等有机基团均可以通过硅烷化反应单独或混合共价修饰到磁性颗粒表面，用于环境水样中不同极性有机污染物的萃取［31，32］。长链烷基羧酸也可通过酯化反应连接到磁性纳米颗粒表面，其表面的疏水性烷基可高效富集环境水样中的非极性有机物［33，34］。冯钰琦研究组还利用路易斯酸碱反应将十八烷基磷酸接枝到氨基修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒表面，并成功地将其应用于环境水样中多环芳烃的萃取［35］。

在实际使用中，如果环境样品的基质比较复杂，其中的腐殖酸等天然有机质会对磁性纳米颗粒表面修饰的功能基团造成严重的干扰，而且疏水基团修饰的磁性纳米颗粒在水溶液中的分散性较差，也影响了其对目标物的萃取效果。为了提高萃取剂的抗干扰能力和疏水性修饰的颗粒在水中的分散性［36］，Zhang和Cai等采用亲水性生物质聚合物壳聚糖（或海藻酸）包覆C18键合的Fe3O4磁性纳米颗粒，不但有效克服了该反相固相萃取剂在水溶液中分散性差、萃取效率低的缺点，而且固相萃取剂表面的生物质聚合物具有生物相容性，蛋白质、腐殖酸等大分子不会在萃取剂表面发生变性吸附；且该聚合物层可构成化学屏障，大分子物质无法进入到疏水性内层，而小分子目标污染物可进入疏水内层而被高效萃取，即使水溶液中存在较高浓度的腐殖酸（10～20mg·L-1）时，目标化合物的富集萃取效率也没有明显降低［37、38］（见图2-3）。以该磁性纳米颗粒为基础设计的磁性固相萃取程序，与液相色谱串联质谱结合，可以实现对复杂环境水样中痕量全氟化合物（PFCs）的萃取检测，检测限在0.05～0.37ng·L-1之间。采用该固相萃取方法测定了几种环境水样（包括自来水、井水、河水、污水）中的全氟化合物，加标回收率在60％～110％之间［36］（图2-4）。

为了赋予磁性纳米材料更多的功能，还可将无机硅胶、有机聚合物、金属氧化物、纳米金属等负载到其表面，制得磁性纳米复合材料。与传统的微米级固相萃取吸附剂相比，这些复合材料具有更高的萃取性能，而且还能够方便地进行固-液分离，因此，在大体积环境水样中痕量目标物的萃取富集中有很好的应用前景。

另一种备受关注的金属氧化物是二氧化钛（TiO2）。由于其无毒、自身强度高、比表面积大、表面活性强、分散性好，因此非常适合用作固相萃取的吸附剂。但是TiO2纳米颗粒的粒径过细，难以进行固-液分离，而且容易流失，所以需要将其负载到其他辅料上后才能填装成SPE小柱，用于不同环境水样中各种重金属离子的萃取［39～41］。此外，还可将其与磁性纳米颗粒相结合，制得磁性TiO2纳米材料，利用前面提到的磁性固相萃取技术（MSPE），简便、快速地从大体积环境水样中萃取富集目标化合物［42～44］。与之相似的还有二氧化锆（ZrO2），有人曾将ZrO2分别沉积于搅拌棒和金电极表面，利用ZrO2与有机磷的特异性相互作用，分别用于环境水样中甲基磷酸酯和有机磷农药的选择性萃取［45，46］。Kawahara等［47］通过研究证明，与硅胶相比，钛胶及锆胶固定相至少具有以下三个优点：①它们无论在碱性还是酸性溶液中都具有很高的稳定性，几乎可在任意pH值使用；②它们具有独特的吸附表面，对酸性化合物具有较强的吸附性能；③特别适合于某些生物样品如核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）等的分离富集。现在用于高效液相色谱和固相萃取的钛胶及锆胶系列固定相已有商品出售。但需要指出的是，钛胶及锆胶在高效液相色谱及固相萃取中的应用仍然十分有限，还需要进一步开发和研究。

其他金属氧化物纳米材料（如Al2O3、CeO2等）在固相萃取中的应用也有少量报道。例如，可以将纳米Al2O3负载到微米级硅胶颗粒上，然后装填到SPE小柱中，分别用于环境水样中不同价态硒、酞酸酯和Cu、Pd、Cr等重金属离子的萃取［48～50］。当然，也可以将这些金属氧化物纳米材料包覆到磁性颗粒表面，制成磁性纳米复合物，然后用于磁性固相萃取。

（二）有机聚合物吸附剂

1.普通有机聚合物吸附剂

与键合硅胶类吸附剂相比，有机聚合物型吸附剂明显具有如下优点：①在强酸和强碱中具有极高的稳定性，实际上它们可以在任意酸度条件下使用；②聚合物表面没有活性羟基，可消除由此引起的次级作用［51～54］了；③比表面积一般大于键合硅胶类固定相，对大多数有机分析物的吸附比键合硅胶类更加完全，回收率更高；④在大多数情况下，被吸附的有机分析物可很容易地用少量有机溶剂定量洗脱。由于以上几点优点，近几年来，随着有关有机聚合物固相萃取的理论及方法研究的不断深入，其应用日益增多，大有后来居上之势。实际上，有机聚合物吸附剂如Amberlite XAD型苯乙烯-二乙烯基苯共聚物等一直被广泛应用于各种实验室的固相萃取操作中，只是由于聚合物型吸附剂的纯化清洗较为费时麻烦，因此商品的有机聚合物固相萃取柱或盘早期的发展相对于键合硅胶类来说较为滞后，这种情况直到几年前才有所改变。自从第一个填充有比表面积约为1000m2·g-1的有机聚合物吸附剂的商品固相萃取柱出现以来，各种此类产品不断涌现，各种关于有机聚合物用于固相萃取的研究也空前增多。虽然该类产品种类较多，但其基体材料大多为苯乙烯-二乙烯基苯共聚物，少数为聚甲基丙烯酸甲酯、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列出了一些常见有机聚合物型商品固相萃取吸附剂及性能参数。

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剂具有比键合硅胶更大的比表面积，加之其本身更强的有机性，使得此类吸附剂在一般情况下对有机分析物包括极性较大的有机分析物如酚类、杀虫剂类的吸附比键合硅胶更完全，回收率更高。例如，该类固定相中的Amberlite XAD-2，XAD-4树脂已被Jones等［55，56］成功地应用于烷基酚聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂物质的萃取测定，首先用少量有机溶剂如甲醇等对固定相进行预处理，然后再将合适体积的水样上样通过萃取柱，最后分别用合适量的丙酮-水（9:1）混合液、乙酸乙酯、甲醇洗脱分析物，同时进行色谱检测，该类萃取体系的回收率一般可达80％以上。Hennion等［57，58］用液相色谱方法对苯乙烯-二乙烯基苯共聚物型吸附剂PRP-1和PLRP-S对一系列有机分析物的吸附性能进行了研究，并将结果与C18键合硅胶对这些分析物的吸附行为进行了比较，结果表明该类有机聚合物吸附剂对这些分析物的吸附能力（保留因子）大约是C18键合硅胶的10～40倍。Mishre等［59］最近将衍生化法、固相萃取和气相色谱-质谱相结合，对一些环境水样中的氨、脂肪胺、芳香胺及酚类物质同时进行了测定，取得了满意的结果。他们的做法是：首先在水样中加入适量的苯甲酰氯和少量碳酸氢钠，剧烈振摇，使分析物充分发生衍生化反应，则上述分析物分别生成苯甲酰胺、N-烷基取代苯甲酰胺、N-芳基取代苯甲酰胺和苯甲酸芳酯，然后将经过衍生化的溶液混合物试样通过经少量甲醇和蒸馏水预处理过的填充有0.1g PLRP-S型的PS-DVB聚合物固定相的萃取柱（10mm×3mm），过完溶液后用少量蒸馏水洗涤萃取柱，再用氮气将残留在柱中的水分赶出并吹干，最后用适量乙酸乙酯洗脱分析物，洗脱液用无水硫酸钠干燥后，即可取样进行气相色谱-质谱测定。该方法经过衍生化解决了氨及脂肪胺在一般情况下不能进行有效的固相萃取这一难题，从而实现了对上述几种分析物的同时测定。对几种天然水样如饮用水、地下水、河水等样品中分析物测定的检测限在7～39ng·mL-1之间。Gimeno等［60］将规格为长10mm、内径3mm的高度交联PS-DVB固相萃取填充微柱与液相色谱-大气压化学电离质谱在线联用，对港口海水中的四种防腐化合物（敌草隆、灭菌丹、抑菌灵和海洋防污损涂料添加剂Irgarol 1051）进行了在线分离富集和测定，该固相萃取体系对100mL海水的回收率为85％以上，此在线分析体系对灭菌丹测定的检测限为250ng·mL-1，对其余三种化合物的检测限为5ng·mL-1。Mendas等［61］最近将J.T.Baker公司生产的规格为3mL的Bakerbond SDB-1型固相萃取微柱应用于尿样中几种三嗪类除草剂及其单去烷基化代谢产物的固相萃取以及液相色谱分离和紫外检测，其柱填料为粒径43～123μm、比表面积965m2·g-1的PS-DVB固定相。实验结果表明该固相萃取体系可有效萃取这几种极性较大的化合物，萃取后用1％的乙腈水溶液洗涤萃取微柱可以有效地将样品中其他极性更大的干扰物质提前洗脱，分析物的洗脱可以用少量丙酮来实现，洗脱液用适量水稀释后可以用高效液相色谱-二极管阵列检测器进行测定，该体系的萃取回收率在78％～101％之间，对母体化合物和去烷基代谢物的检测限分别为10ng·mL-1和20ng·mL-1。Stefan Weigel等［62］最近用玻璃纤维过滤器和Bakerbond SDB-1型PS-DVB固定相组装成大容量、高速度的固相萃取柱系统，该系统可以对10～100L的海水样品进行固相萃取，萃取时流速达500mL·min-1仍可得到满意的回收率，该系统可应用于对环境水样中有机污染物的普查分析。Dominguez等［63］使用经过预处理的Merck公司的200mg LiChrolut EN型PS-DVB填充柱直接分离富集葡萄酒样品中的3，5，4-三羟基二苯代乙烯及其衍生物，分析物被定量吸附后，用少量水洗涤萃取柱，通入氦气至萃取柱中的固定相被充分干燥，最后用少量四氢呋喃和水先后洗脱柱上的分析物，含有分析物的洗脱液可进行高效液相色谱-紫外或高效液相色谱-质谱测定，该萃取和测定方法回收率高、选择性和重复性好、测定速度快、消耗样品少，对果酒类样品的测定结果令人满意。

但是一般未经修饰的普通苯乙烯-二乙烯基苯共聚物吸附剂的表面极性太小，对极性化合物的吸附能力仍显不足，在此情况下可考虑使用极性较大的聚甲基丙烯酸甲酯类吸附剂如XAD-7、XAD-8等。

2.有机高聚物型吸附剂的功能化修饰

与键合硅胶类吸附剂类似，有机聚合物型吸附剂也可通过在其表面引入各种功能基团达到修饰改造其吸附萃取性能的目的。引入的方法大多是通过傅氏反应来完成的，引入的基团有—CH2OH、—COCH2CH2COOH、—COCH3、—CH2CN、邻羧基苯甲酰基、磺酸基、—C（CH3）3等。对非极性分析物如苯的同系物（BTEX）、异丙基苯等化合物的萃取来说，引入非极性的叔丁基可使吸附剂的保留因子增大，从而获得较好的萃取效果。相反，引入了极性基团后，聚合物吸附剂对上述非极性化合物的保留因子将降低。而对极性化合物来说，引入极性基团特别是乙酰基、磺酸基、羧基、羟甲基等后，它们在聚合物吸附剂上的保留因子将增大，这样可获得较好的萃取效果；而该类聚合物吸附剂对非极性和弱极性化合物的保留因子将减小［6］。

这里需要对在聚合物表面引入极性基团的亲水性修饰作特别说明。固相萃取中萃取吸附剂对分析物产生良好吸附萃取的一个重要条件是吸附剂的表面与分析物产生紧密的接触。为了有效萃取水中的有机分析物，固相萃取吸附剂的主体必须是疏水性的。但是，吸附剂过强的表面疏水性必然会对其与分析物的紧密接触产生不利影响，从而影响萃取效果。因此，有必要对分析物表面进行合适的亲水性修饰。进行亲水性修饰的方法一般有两种，一种方法就是人们原来采取的对吸附剂事先进行预处理，即使用与水混溶的有机溶剂如甲醇、乙醇等处理吸附剂，吸附剂表面必然吸附一些这样的有机溶剂，从而使其表面具有较好的润湿性即亲水性，这样可达到改善其吸附性能的目的，但是这种与水混溶的有机溶剂总会随时间而流失，尤其是当萃取柱床流干并有空气进入时更是如此，这样必然会发生萃取效果的恶化；另一种方法就是通过化学反应在疏水性的吸附剂基体上引入适当数量的亲水性基团，即进行所谓的表面亲水性修饰。但是进行这种修饰的一个重要原则是引入的极性基团的数量必须合适，既要保证亲水性基团足够多从而使吸附剂能与分析物产生紧密地接触，又不能使极性基团的数量太多，以影响吸附剂主体的亲水性并降低其对分析物的吸附萃取。

这方面的具体例子包括Fritz等［64～67］和Masque等［68，69］所做的研究工作，他们的研究结果表明：通过在聚合物表面引入适当数量的乙酰基、羟甲基、磺酸基及邻羧基苯甲酰基等极性基团，可极大地改善聚合物吸附剂表面的亲水性，使该类吸附剂对有机分析物尤其是极性较大的分析物如苯酚类的萃取效果获得大的提高。如Fritz等［6，64］在苯乙烯-二乙烯基苯高聚物型吸附剂Amberchrome 161（Supelco，50μm，720m2·g-1）的表面引入乙酰基后，该吸附剂对苯酚、对甲基苯酚、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、对叔丁基苯酚、2，4-二甲基苯酚、邻苯二酚、2-乙基苯酚、苯甲酸异戊酯、邻羟基苯乙酮、2-硝基苯酚的萃取回收率在96％～101％之间，而未经修饰的苯乙烯-二乙烯基苯高聚物吸附剂对这些化合物的萃取回收率却只有72％～95％，在完全相同的情况下，C18键合硅胶对这几种化合物的萃取回收率仅仅为6％～90％。Fritz等［70，71］还将经乙酰基修饰的粒径为5～8μm，比表面积为400m2·g-1的高交联球形苯乙烯-二乙烯基苯高聚物吸附剂制成47mm×0.5mm的萃取膜盘，然后将500mL含有μg·mL-1级的16种酚类物质的样品溶液以将近200mL·min-1的流速通过该萃取盘，最后再用3mL四氢呋喃洗脱（重复3次）被吸附的酚类物质，该操作程序对这些酚类物质的平均回收率为98％。Fritz等［72］从3M公司生产的磺酸型PS-DVB固相萃取盘上切取直径仅仅0.7mm的极小部分，并将其结合在50μL微型注射器上，构成微型化固相萃取装置，该萃取装置可以直接萃取2.5mL水溶液中的取代苯分析物，萃取后的分析物可以用5μL洗脱剂洗脱下来并直接注射进气相色谱进行分析测定，该固相萃取过程可以实现500倍的富集倍数，对23种受试取代苯类化合物的平均回收率为95％。对苯乙烯-二乙烯基苯高聚物型吸附剂的磺化亲水性修饰也有研究［73，74］，在该聚合物吸附剂表面引入适量的磺酸基可以很好地改善其表面的亲水性，其对极性较大的一些分析物的萃取效果令人满意，他们的研究结果还发现吸附剂表面引入的磺酸基数量以0.6mmol·g-1为宜，太少或太多时的吸附萃取效果都不是很好。他们用这样的磺化聚合物吸附剂分别以事先用甲醇预处理和不进行预处理两种方式对苯甲醚、苯甲醛、硝基苯、苯甲醇、苯酚、邻硝基苯酚、乙酸己酯、异亚丙基丙酮、邻苯二酚、2-己烯基乙酸等化合物进行萃取，两种萃取方式的萃取回收率的平均值分别为94％和95％，而在其他条件完全相同时，用未经磺化处理的苯乙烯-二乙烯基苯高聚物吸附剂对上述化合物进行同样的萃取，预处理和未预处理两种方式的萃取回收率的平均值分别为91％和84％。由此可见，对聚合物表面进行适当的磺化处理，确实增加了聚合物吸附剂对极性较大的化合物的萃取能力，而且，经过这样的处理使得聚合物吸附剂表面获得了永久的润湿，从而可免去活化处理这一步，简化了操作手续。

有机聚合物型固相萃取吸附剂发展的一个最新动态是所谓的亲水-亲脂两亲平衡型固相萃取吸附剂（Hydrophilic-lipophilic polymers）的出现［75～79］，这类新型产品有两个显著的特点：一是由于其本身结构固有的两亲平衡性，使其表面具有了永久润湿性，因此该类产品不需经过预处理这一步，可直接用来对样品溶液进行萃取；二是其具有的两亲平衡性可使该类产品具有通用型萃取剂的性质，使用范围广泛，无论分析物是极性还是非极性，该类吸附剂一般可同时萃取酸性、中性、碱性分析物，或同时萃取酸性、中性分析物，或同时萃取碱性、中性分析物。由于该特点，它们又被称为通用型吸附剂。这类产品的典型代表是Waters公司的Oasis HLB和Oasis MCX。Oasis HLB型固相萃取吸附剂是由亲脂性的二乙烯基苯和亲水性的N-乙烯基吡咯烷酮两种单体共聚而成的大孔共聚物，通过调节合适的两种单体的比例可以获得两亲平衡型的吸附剂［72，73］，该产品对许多有机化合物的吸附容量很大，一般可以达到C18键合硅胶的5倍，这种吸附剂可被用于对水溶液中的极性和非极性组分进行有效的萃取，应用该吸附剂不但可对水样品中酸性、中性、碱性组分同时完成吸附萃取，而且还可通过选择不同酸度条件的洗涤液和洗脱液使酸性组分和碱性组分获得分离。蔡亚岐等用HLB固相萃取柱对土壤、底泥、污泥及人体血液中全氟化合物萃取液进行了萃取净化，然后选用HPLC-ESI-MS/MS进行检测［80～82］。针对土壤、底泥和活性污泥样品，可首先选用100％甲醇超声提取样品中的全氟化合物，然后提取液用水稀释后用HLB固相萃取柱进行处理，样品溶液上载到HLB柱上后，先选用4mL 20％的甲醇-水溶液冲洗HLB柱去除其中的杂质，再以10atm（1atm=101325Pa）的压力将HLB柱中的残留水分抽干，最后用10mL甲醇将全氟化合物洗脱，洗脱液浓缩定容后用HPLC-ESI-MS/MS进行检测。图2-5和图2-6分别为样品前处理流程图和样品加标色谱图。对于血液样品，首先用离子对液液萃取方法将血液样品中全氟化合物萃取出来，然后用HLB固相萃取柱净化，然后进行HPLC-MS/MS分析［81，82］。

HLB萃取柱也可对环境水和生物样品中的多种抗生素进行萃取［83，84］，如可将500mL环境水样以1mL·min-1左右的速率装载到活化好的HLB固相萃取柱中，然后用12mL高纯水清洗HLB小柱以除去其中不保留的盐类等杂质，再在负压下抽干萃取柱中的水分，最后用6mL氨水-甲醇（5:95，体积比）溶液洗脱目标物，洗脱液在35℃下用氮气吹干，用流动相定容至1mL后进样分析，如图2-7所示为抗生素标准溶液色谱分离图。用HLB柱对环境生物样品的前处理步骤为：将ASE提取液经过旋转蒸发浓缩后再加100mL超纯水稀释，然后以水的净化步骤进行操作，最后的浓缩洗脱液以15000r·min-1的转速离心，再取上清液过0.22μm尼龙滤膜后进样分析。

此外，Oasis HLB固相萃取柱还被用于对血浆中四环素类抗生素的萃取及测定［73，74］。

Oasis WAX是Waters公司的一种混合型弱阴离子交换反相吸附剂，该前处理柱对强酸性有机化合物具有很高的选择性和灵敏度。蔡亚岐等选用该前处理柱对我国环境生物样品中全氟化合物的萃取液进行净化处理，得到了满意的结果，多种全氟化合物的加标回收率在80％～120％之间［85～91］。海产品中全氟化合物的前处理步骤为：首先称取0.2g样品于15mL聚丙烯管中，加入1mL水混匀。随后加入替代物内标5ng和7mL 10mmol·L-1 NaOH甲醇溶液，在250r·min-1转速下室温消解16h。以2000r·min-1的转速离心5min，取上清液4mL，加36mL水稀释，过Oasis WAX柱（200mg，6mL）。样品过柱前，柱子依次用4mL 0.1％氨的甲醇溶液、4mL甲醇和4mL水进行活化；过柱时，速度控制在1滴·s-1。样品过完后，用4mL 25mol·L-1醋酸盐缓冲液（pH4）冲洗WAX柱。再将WAX柱以3000r·min-1的转速离心2min除去残留的水。目标分析物依次用4mL甲醇和4mL 0.1％氨的甲醇溶液洗脱，合并的洗脱液用氮气浓缩，定容至1mL待测［85］。对于某些内脏组织样品，目标物的提取也可以采用离子对液液萃取法，其后的净化步骤基本与海产品相同。图2-8所示为猪肝中全氟化合物经离子对液液萃取，然后用WAX柱净化后进样分析的色谱图。

Waters公司的另一产品是Oasis MCX，该产品是磺酸基取代的二乙烯基苯与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剂对尿样、血浆样、及全血样中碱性组分萃取的选择性和灵敏性，例如该产品对于人尿样品中加入的多种碱性组分如美沙酮（Methadone）、美沙酮代谢物（Methadonemetabolite，EDDP）、Ranitidine、可待因（Codeine）、可待因-6-葡萄糖苷酸（Codeine-6-glucuronide）等进行固相萃取的平均回收率为98.0％［69］。Nexus固相萃取系列产品中也有类似的通用型产品，其对一般有机分析物及极性较大的分析物具有令人满意的萃取效果，而且不用进行预处理。例如使用Nexus 60mg/3mL固相萃取柱对人尿样品中加入的几种酸性、中性、碱性的药物同时进行固相萃取，其平均回收率也达到了令人满意的90.9％。Jimenez等［76］最近利用填充有0.2g Oasis HLB型两亲平衡型固定相的萃取微柱对几种红酒样品中的大约30种极性各异的农药残留进行了萃取并用气相色谱-电子捕获或气相色谱-氮磷检测器进行分析，并将该方法的测定结果与使用ODS（C18键合硅胶）固定相及LiChrolut En（PS-DVB）固定相进行固相萃取测定所得结果进行了比较，对大多数测定对象而言，使用Oasis HLB型固定相进行固相萃取的测定结果优于其他两种。该文提出的样品预处理方法的大体步骤如下：将10mL酒样通过Oasis HLB填充微柱，然后用5mL水-正丙醇的混合液（9:1）洗涤萃取微柱，通空气将残余在柱中的洗涤液吹出并使柱中填料充分干燥（约需45min），柱干燥后，用3mL乙酸乙酯洗脱被吸附的分析物，洗脱液再通过硅镁型吸附剂进行进一步净化，流出液直接进样进行气相色谱分析即可。该方法富集对象广泛，简便快速，结果令人满意。Arena等［77］将聚N-乙烯基吡咯烷酮的水-甲醇（1:1）溶液以适当流速流过3M Empore公司的47mm SDB-XC型PS-DVB萃取圆盘，将聚N-乙烯基吡咯烷酮吸附剂修饰于萃取盘上，并将该萃取盘应用于水样中单质I2或I-的固相萃取，萃取后将圆盘取下，用扩散反射光谱法进行检测，该方法可用于测定水样中浓度为0.1～5.0μg·mL-1的I2或I-，测定速度快，完成一次测定总共需时约60s。Varian公司的Abselut也是这种两亲平衡型的固相萃取吸附剂。

除以PS-DVB为基质的固定相外，其他类型的有机聚合物用于固相萃取的研究也有少量报道。Bagheri等［78］用化学聚合法合成了粒径125～180μm、比表面积48m2·g-1的聚苯胺导电聚合物，并将其应用于对水溶液中氯代酚类物质的固相萃取和气相色谱-电子捕获测定，他们还将这种萃取方法与其他几种商品固定相如C18键合硅胶及PS-DVB聚合物进行了比较，他们的研究结果表明聚苯胺固定相对氯代酚类物质尤其是对三氯苯酚和五氯苯酚的萃取有更好的萃取效果，该固定相的另一个优点是其具有较好的亲水性，即使萃取过程中溶液流干，继续进行固相萃取也不会影响萃取效果，该分离富集及其测定方法对苯酚类物质的检测限在3～110ng·mL-1之间。

上述各种聚合物固相萃取吸附剂的保留机理虽然各有小的差异，但它们的最基本的保留机理仍然是疏水性的保留机理，因此对于已经被这类吸附剂吸附萃取的分析物，洗脱时使用的最基本的洗脱剂与C18键合硅胶相似，即仍然为有机溶剂。由于该类吸附剂的吸附能力大于C18键合硅胶，所以洗脱时应该使用较多的溶剂，一般应在柱床体积的2～3倍以上。

3.新型有机高聚物固相萃取吸附剂

近年来，将有机聚合物与磁性纳米颗粒相结合制备磁性固相萃取剂的报道也不断涌现，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颗粒表面，制得的磁性固相萃取剂可成功地用于各种环境样品中的有机污染物和重金属离子的萃取富集［92～96］。最近，一种在碱性条件下可发生自聚合作用的化合物——多巴胺引起了人们的极大兴趣。该聚合反应在水相中进行、反应条件温和，生成的聚合物附着力强、活性基团丰富，而且比常见的人工合成高聚物具有更为优良的亲水性和生物相容性，因此可以利用该反应将聚多巴胺层包覆于磁性纳米颗粒表面，利用其表面丰富的活性基团萃取富集水样中的PAHs［97］。此外，还可以利用原子转移自由基反应、溶胶凝胶反应或电化学聚合等方法制备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-三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯型分子印迹聚合物（MIPs），并将其包覆于磁性纳米颗粒的表面，得到的磁性表面分子印迹微球可以利用MSPE技术选择性地萃取样品中的双酚A、2-氨基-硝基酚、多巴胺、磺酰脲类除草剂等目标化合物［98～101］。

（三）碳基吸附剂

碳基吸附剂种类较多，其性质往往随制造方法、原料的不同而有较大差异。常见的几种有活性炭、碳分子筛、石墨化炭黑和多孔石墨炭。活性炭是最早用来从水溶液中萃取低极性和中等极性分析物的吸附剂之一［79］。但是该材料对分析对象吸附的不可逆性导致被其吸附的分析物洗脱较为困难，洗脱时既费时间，又费溶剂；该吸附剂表面所具有的催化性能往往导致被萃取物的结构发生变化分解，导致回收率降低［102，103］，因此活性炭在固相萃取领域已经被弃用。碳分子筛具有极好的机械强度和很大的比表面积，但由于碳分子筛吸附分析物之后，其洗脱速度较慢，要消耗较大体积的有机溶剂。所以，这类吸附剂也未获得广泛应用。

石墨化炭黑和多孔石墨炭是近二三十年发展起来的性能独特的固相萃取吸附剂，它们对极性化合物表现出来的较高的吸附萃取能力正促使它们获得日益广泛的应用。

石墨化炭黑（graphitized carbon blacks，GCBs）是目前为止应用最为广泛的碳基固相萃取吸附剂，它是将炭黑加热到2700～3000℃制成的。最早的一些商品化石墨化炭黑吸附剂有Supelco公司的Carbopack B和ENVI-Carb SPE，Altech公司的Carbograph 1，它们是无孔的低表面积固体颗粒，其比表面积大约为100m2·g-1。Carbograph 4是较新出现的该类吸附剂，其比表面积为210m2·g-1。该类吸附剂表面总是带有一些功能基团如羟基、羧基、羰基等，另外其表面还往往有一些带有正电荷的活性中心，这些都使得该类吸附剂对极性较大的酸类、碱类、磺酸盐类分析物有很好的吸附萃取，这也是该类固相萃取吸附剂有别于其他固相萃取吸附剂的特点之一。石墨化炭黑已经被成功地应用于氯代苯胺、氯代苯酚及一些极性杀虫剂的固相萃取［104～108］。DiCorcia等［104，109，110］对用该类吸附剂萃取极性杀虫剂进行了较深入的研究，他们发现对这类极性杀虫剂的萃取，使用石墨化炭黑比C18键合硅胶效果要好。另外石墨化炭黑萃取膜盘也已制得，并已经用于对地下水中pg·mL-1浓度级的N-亚硝基甲胺的固相萃取［111］。DiCorcia等［112～114］还用Carbograph 4石墨化炭黑成功地萃取了水样中非离子性表面活性剂及其生物降解产物，并用液相色谱-质谱法检测，取得了好的结果。另外，DiCorcia等［115］还对已经被石墨化炭黑吸附萃取于柱上多种表面活性剂的分组洗脱作了研究。例如，如果用二氯甲烷-甲醇（70:30，体积比）混合洗脱液洗脱，则洗脱下来的是壬基酚和壬基酚聚氧乙烯醚；含适量甲酸的二氯甲烷-甲醇（90:10，体积比）混合洗脱液洗脱下来的则是壬基酚氧乙酸；含适量三甲基氯化铵的二氯甲烷-甲醇（90:10，体积比）混合洗脱液洗脱下来的则是线型的烷基苯磺酸盐。通过上述分组洗脱，既达到了萃取富集的目的，又达到了减少各分析对象之间的干扰问题。Hennion等［116］较系统地研究了石墨化炭黑对极性和水溶性很大的多羟基取代苯及多羟基取代苯甲酸类化合物的萃取行为，实验得到了一些多羟基苯类化合物在水溶液和固定相之间的容量因子数据，并与RP-18型C18键合硅胶和PRP-1型PS-DVB聚合物固相萃取吸附剂进行了比较。实验结果表明，RP-18型C18键合硅胶对多羟基苯及多羟基取代苯甲酸基本不产生吸附萃取，PRP-1型PS-DVB聚合物对该类化合物的萃取程度也很有限，而石墨化炭黑对该类化合物的萃取则比前两者好得多。D’Ascenzo等［117］使用填充有0.5g Carbograph 4石墨化炭黑的萃取柱从4L饮用水中萃取15种除草剂，然后用高效液相色谱测定，取得了满意的结果，测定的检测限可达5ng·L-1。Concejero等［118］最近以多氯联苯类、多氯联苯-二苯并-对-二英类和多氯联苯-二苯并-对-呋喃类为富集分析对象，对几种碳基固相萃取吸附剂包括Carbopack B、Carbopack C、Amoco PX-21、Carbosphere的固相萃取特点进行了比较，并应用于测定鸡肉、猪肉香肠、黄油等样品。他们的研究结果表明，在上述几种固定相中，Carbopack B的分离富集能力最强，并且Carbopack B的提取液中干扰背景也小，重现性好。Gerecke等［119］最近将固相萃取、固相微萃取和气相色谱-质谱相结合，成功实现了对天然水样中苯基脲类除草剂的测定。该方法的主要过程是：首先依次用8mL二氯甲烷-甲醇（80:20）、4mL甲醇、20mL弱酸性抗坏血酸10g·L-1、10mL纯水对250mg Carbopack B填充微柱进行预处理，再将1000mL水样以大约15mL·min-1的流速通过该萃取柱，用0.5mL洗涤萃取柱，然后真空抽气30min使萃取柱尽可能干燥，最后用1mL甲醇和6mL二氯甲烷-甲醇（80:20）洗脱被吸附的分析物，用二甲亚砜对洗脱液进行溶剂置换后，加入碘甲烷进行烷基化衍生处理，用适量pH7.0的磷酸缓冲溶液终止衍生化反应后，加入少量己烷萃取衍生物，用氮气将该己烷溶液吹扫至100～150μL，再用聚甲基丙烯酸涂层的固相微萃取纤维对此衍生物溶液进行萃取，萃取后用气相色谱-质谱进行分析测定即可。该方法对目标分析物的检测限在0.3～1.0ng·L-1之间。

虽然石墨化炭黑吸附剂在萃取极性较大的有机分析物方面取得了一定的成功，但其脆弱的机械强度阻碍了其作为色谱填料在高效液相色谱分析中的应用，多孔石墨炭（Porous Graphitic Carbons，PGC）正是在此情况下发展起来的。商品化的多孔石墨炭固相萃取吸附剂出现于20世纪80年代后期，其商品名为Hypersep PGC，该吸附剂与液相色谱级的填料Hypercarb相类似。该萃取吸附剂的制造方法如下：将苯酚与甲醛的混合物在多孔硅胶的表面和多孔内表面进行聚合反应，将该表面附有聚合物的多孔硅胶加热到1000℃充分炭化，然后用浓度为5mol·L-1氢氧化钠溶液与炭化产物反应以除去硅胶，除去硅胶后的剩余物在2000～2800℃进行石墨化处理以除去吸附剂中的微孔，经过这种一系列处理所得到的具有平的晶面的大孔吸附剂就是多孔石墨炭。该材料是两维的石墨层状结构，层内的碳原子以sp2杂化排列成六边形，石墨层与层之间紧密地纠缠在一起，该吸附剂具有较好的机械强度。多孔石墨炭对分析物的保留机理基于疏水性作用和电子作用，这种多重的作用机理使得其对从非极性到极性的众多化合物具有强的保留作用，尤其对具有平面分子结构且含有极性基团和离域大π键、孤对电子的分析物具有强的吸附作用。例如Hennion等［120］用Hypercarb成功地从水中萃取了浓度小于0.1ng·mL-1的邻苯二酚、间苯二酚、间苯三酚等极性很大的分析物，这些分析物使用一些传统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，近年来富勒烯、碳纳米管（CNTs）、石墨烯（Graphene）、亲水炭等碳基吸附剂用于固相萃取的情况也有报道。富勒烯是由碳元素组成的球状物质，其球面是一个具有离域大π键的共振结构，具有芳香性，因此对芳香族化合物具有较强的吸附作用。利用这个性质，可以将C60填充的SPE小柱用于萃取水样中苯的同系物，该萃取柱的萃取性能远远优于常规的C18和Tenax TA萃取柱［121］。此外，Ballesteros等［122］还考察了C60富勒烯作为固相萃取吸附剂对常见的几种有机化合物和金属有机化合物的螯合物及离子对化合物的萃取情况，结果发现C60富勒烯对金属有机化合物的螯合物及离子对化合物有优良的萃取性能。

碳纳米管是由石墨原子单层或多层绕同轴卷曲而成的管状结构。由于CNTs可以通过疏水作用、π-π电子堆积、范德华力、氢键以及静电作用等分子间作用力对有机物产生强的吸附作用，因此可以将其用于环境水样中有机污染物的富集萃取［123］。Cari YQ等［124］最近研究发现多壁碳纳米管可以作为一些有机化合物高效固相萃取吸附剂加以应用，实验结果表明多壁碳纳米管不但能定量吸附水样中的有机污染物，而且吸附于其上的这些物质还可很容易用少量甲醇或乙腈洗脱下来。根据此原理可以建立这些化合物的新型固相萃取体系，该萃取方法对双酚A的萃取效果优于C18键合硅胶和XAD-2共聚物；对其他物质的萃取效果或优于或相当于常见的商品固相萃取吸附剂。该萃取体系具有富集倍数大（富集倍数可达到几百倍）、操作简单方便和吸附剂持久耐用等特点。将此固相萃取体系与高效液相色谱结合建立的这几种物质的分析方法已经应用于环境水样的测定，该方法对双酚A、辛基酚、壬基酚、酞酸二乙酯、酞酸二正丙酯、酞酸二异丁酯和酞酸二环己酯等物质的检测限分别为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萃取柱的萃取性能会受到有机污染物类型、萃取条件和CNTs类型的影响。一般情况下，CNTs对弱极性有机物具有更强的萃取和富集能力，尤其是对于含有较多芳香环的有机物具有突出的吸附性能，这一点已被许多相关研究得以证明。当选择酞酸酯、氯酚、多氯联苯、多溴联苯醚等弱极性有机物作为目标物时，萃取回收率均可接近或达到100％，且随着目标物极性的增强而逐渐降低［4～6］；而对于阿特拉津、西玛津、磺隆类农药、有机磷农药、磺胺抗生素、头孢类抗生素和多元酚类化合物等极性较强的有机物，则只能通过降低萃取体积来获得较高的萃取回收率［7～8，10］。研究表明，除了吸附剂的用量和萃取体积之外，萃取之后洗脱剂的选择也会对回收率产生较大的影响，应该根据目标物的极性选择与之相配的洗脱剂，使目标物能够尽可能完全从吸附剂上解吸附，从而获得较高的萃取回收率。溶液pH值也会影响目标物的萃取，相对来说，CNTs对弱极性有机物的吸附萃取受溶液pH值的影响较小，可在较宽的pH范围内（pH3～11）进行萃取；而对于含氨基、羧基、羟基等官能团的较高极性的水溶性有机物，萃取回收率会随溶液pH的变化而有所不同，如当溶液pH>8.0时，双酚A、苯甲酸、氯酚的回收率明显降低。CNTs根据卷曲成管的片层数可分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。两者相比，MWCNTs由于具有多层同心石墨烯片层，因此对有机物的吸附能力比SWCNTs更为优越，这种差别对于极性较强的有机分子表现得更为明显。有研究比较了MWCNTs和SWCNTs装填成的SPE小柱对于几种头孢类抗生素和磺胺类药物的萃取效果，在优化萃取条件下，MWCNTs对头孢类抗生素和磺胺药物的萃取加标回收率分别为80％～100％和82％～95％，而SWCNTs对两类药物的萃取加标回收率分别只有82.2％～94.4％和78％～82％［125］。

为了进一步扩展CNTs的应用范围，可以利用强酸或强氧化剂对其进行处理，在其表面引入羟基、羧基或羰基等含氧基团。这些官能团可以通过与目标物分子之间的静电作用或氢键作用显著改善CNTs对某些强极性有机污染物的萃取能力［126］。而且氧化处理过的CNTs表面还可以进一步引入氨基、巯基等基团，从而实现对特定目标物的选择性萃取［127］。此外，为了提高萃取效率，还可以将CNTs及羧基化CNTs制成固相萃取盘，从而实现多种环境水样中的酞酸酯、氯酚、烷基酚、双酚A、磺酰脲农药等不同极性污染物的快速萃取［127，128］。

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形蜂巢晶格的二维平面碳材料，其平面上的π电子可以自由移动，结构上与平面型芳香族化合物非常近似，因此可以通过π-π电子堆积、疏水作用、范德华力等对芳香族化合物产生较强的吸附能力。与CNTs相比，石墨烯是完全伸展的平面型结构，其理论比表面积比CNTs大得多，因此吸附位点也比CNTs更多。而且石墨烯具有较好的柔韧性，可以方便地负载到支撑物上制备复合吸附剂。另外，石墨烯可以用石墨为原料通过化学方法大量合成，极大地节约了制备和使用成本。因此，石墨烯在环境样品中有机污染物的萃取富集方面有着极大的应用潜力。目前，石墨烯装填成的固相萃取柱已广泛应用于环境水样中有机污染物的萃取测定［129，130］。研究表明，与传统的C18填料、CNTs和石墨化炭装填成的固相萃取柱相比，极少量的石墨烯填料就可以获得较高的加标回收率，而且洗脱时所需有机溶剂更少，重现性也非常令人满意。但是用石墨烯装填成的固相萃取柱在使用过程中容易出现石墨烯的团聚以及从萃取柱中泄漏的问题，严重影响了萃取柱的萃取效率和重复使用性。如果将其通过化学接枝连接到氨基修饰化的硅胶颗粒上就可以很好地解决上述问题，而且通过控制氧化石墨烯上的含氧亲水性官能团的数量，可以利用正相模式或者反相模式实现对不同极性化合物的选择性萃取，同时还避免了由于污染物在萃取剂上吸附过于牢固而难以洗脱，造成萃取回收率下降的问题［131］。当然，也可以将石墨烯负载到磁性纳米颗粒上，并以此为固相萃取剂萃取环境水样中的PAHs、酞酸酯、三唑类和氨基甲酸酯类农药等有机污染物［132～135］。

亲水碳是由葡萄糖在高温高压下进行脱水反应得到的含有较多亲水性基团的碳纳米材料。该材料在水溶液中具有较好的分散性，而且还能够在一定程度上避免非极性被分析物在常规碳基萃取剂上的不可逆吸附，从而获得较高的萃取回收率。Zhang等将磁性纳米Fe3O4颗粒浸泡在葡萄糖溶液中，在密闭的反应容器中加热至180℃，使葡萄糖炭化，形成以Fe3O4为核、碳层为壳的核壳式磁性纳米碳基吸附剂（Fe3O4@C）（制备流程见图2-9）［136］。该吸附剂制备方法简单，结合了碳材料的强吸附能力、纳米材料大比表面积及传质快和磁性材料便于回收的优点。Fe3O4@C吸附剂中的碳吸附层具有较好的亲水性，使磁性纳米碳材料能均匀分散在水溶液中。利用磁性固相萃取技术，可以快速富集大体积环境水样中的有机污染物。使用50mg的Fe3O4@C固相萃取剂，30min内可以从1000mL水样中定量萃取痕量多环芳烃，用8mL乙腈可将吸附的多环芳烃洗脱下来。将此固相萃取体系与高效液相色谱结合，可以分析一些环境水样中的多环芳烃（色谱图见图2-10），该方法对菲（PhA）、荧蒽（FluA）、芘（Pyr）、苯并蒽（BaA）、苯并荧蒽（BbF）、苯并芘（BaP）、苯并苝（BghiP）的检测限分别为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。

由于碳基吸附剂不同于其他萃取剂的保留机理，其洗脱情况也与其他吸附剂略有不同，对其他吸附剂的洗脱很有效的甲醇、乙腈等溶剂对碳基吸附剂的洗脱往往不够理想。对碳基吸附剂采用二氯甲烷或四氢呋喃可获得好的洗脱效果，而且为了取得更好的洗脱效果，在洗脱时最好采用反冲法进行洗脱，原因是该类吸附剂对分析物的保留能力很强，如果采用正向洗脱法，可能既费时间，又费试剂。

（四）纳米金属固相萃取吸附剂

某些金属纳米颗粒对于特定类型的目标化合物具有特异性的吸附能力，或者可以通过表面的功能化修饰，实现对目标物的选择性吸附，因此可以作为固相萃取的吸附剂，目前研究较多的主要是贵金属金、银纳米粒子。

金纳米粒子对于Hg、Co和Ni等重金属以及PAHs类污染物具有超强的亲和能力，因此可以将其负载到Al2O3或SiO2上，用于环境水样中Hg等重金属离子或PAHs类污染物的萃取，目标物经高温热解吸或用微量正辛烷（含戊硫醇）洗脱后可用原子荧光光谱法或色谱法定量测定［137～140］。此外，还可以利用柠檬酸、四烷基铵、巯基化合物等对金纳米粒子的表面进行化学修饰，选择性萃取样品中的吲哚胺、脑啡肽、多环芳烃、酚类化合物和甲基对硫磷等目标化合物［141～144］。

银纳米颗粒是另一种重要的贵金属纳米材料，其表面也非常容易被修饰上各种功能基团。例如将吡咯烷二硫代甲酸铵或者2-（4-异丙基苄基氨基）苯硫酚修饰的纳米银包覆到硅胶颗粒或活性炭上，可分别用于环境水样中痕量Fe3+、Pb2+、Cd2+、Co2+、Cu2+和Zn2+等金属离子的富集萃取［145，146］。此外，将二-（2，4，4-三甲基戊基）-二硫代膦酸（b-TMP-DTPA）修饰的纳米银包覆到Fe3O4磁性纳米颗粒上，可以得到Fe3O4@Ag@TMP-DTPA磁性纳米颗粒。该磁性颗粒可用于自来水、土壤样品中PAHs的萃取富集，富集因子可达1000左右，而且由于磁性颗粒的引入，可以结合磁性分离，实现固相萃取剂的简便、快速分离［147］。

（五）正相固相萃取吸附剂

所谓正相固相萃取是指使用极性大的亲水性吸附剂从憎水性溶液样品中萃取极性较大的分析物的固相萃取。常用的正相萃取吸附剂包括硅胶、活性氧化铝、硅镁型吸附剂，及用极性有机基团如氨基、氰基、二醇基等修饰的键合硅胶等。这类吸附剂主要用途是对分析前的样品进行清洗净化（Clean-up），特别是使用在对复杂的固体及液体样品的有机提取液的清洗净化方面。其一般的作法是：首先用非极性的有机溶剂如正己烷、异辛烷对样品进行提取，分离出有机提取液，干燥除去其中水分，再将此提取液通过填充有正相固相萃取吸附剂的萃取柱，收集流出液，此流出液即为较为干净的非极性组分溶液，被吸附在柱上的组分再依次用极性由小到大的洗脱剂进行分步洗脱，则收集得到的淋洗液即为极性逐渐增大的一系列较干净的组分。由此可见，用这种方法不但可以净化分析物，而且可以对复杂的样品组分进行分组及分离，从而减少后续测定中的干扰影响，提高分析测定的准确度。

硅镁型吸附剂经常被用来净化植物和动物组织样品的有机溶剂提取液，其使用前最好加热到650℃进行活化处理。硅胶及活性氧化铝的性质与其含水量密切相关，使用时需根据不同工作需求选择合适的种类，进行合适的活化处理。氧化铝的活化处理一般是将其进行高温加热，另外氧化铝还细分为酸性、中性和碱性三种。所谓中性是指其酸度处在其等电点（pH稍大于8）。酸性氧化铝指其酸度在等电点以下，此时氧化铝带正电荷，故其具有阴离子交换剂的性质；碱性氧化铝的酸度在其等电点以上，此时氧化铝带负电荷，故其具有阳离子交换剂的性质；中性氧化铝对分析物保留的主要机理则为偶极-偶极相互作用。

硅胶、活性氧化铝、硅镁型吸附剂，及用极性有机基团如氨基、氰基、二醇基等修饰的键合硅胶等正相吸附剂已经被成功地应用在对复杂样品如土壤、食品、生物组织、污泥等的提取液的净化方面［148～150］。例如，分析测定蔬菜样品中的除草剂或杀虫剂时，首先将样品匀浆，然后使用与水不混溶的有机溶剂从该匀浆物中萃取除草剂或杀虫剂，此时样品中的其他更加亲水性的有机物也可能被萃取，为了净化该萃取物，可将该萃取液通过填充有硅镁型吸附剂Florisil或其他吸附剂的萃取柱，用合适的洗脱剂洗脱分析物除草剂或杀虫剂，而更加亲水性的其他杂质则仍留在萃取柱上，这样就可达到净化萃取液的目的。又例如，分析测定地表水样品中有机氯及拟除虫菊酯类杀虫剂时，可使用正己烷对水样进行液液萃取，然后将此萃取液蒸发至1～2mL，此萃取液中含有较多的其他杂质，为了净化该萃取液，可将其通过填充有硅胶的萃取柱，用少量正己烷洗涤萃取柱，最后用适量正己烷-甲苯混合液（70:30，体积比）洗脱分析物，用气相色谱-电子捕获进行测定即可，用此法可成功测定地表水中ng·L-1的该类杀虫剂。

（六）离子交换型固相萃取吸附剂

可离子化的分析物可以使用离子交换固相萃取吸附剂进行萃取。常用的离子交换型固相萃取吸附剂的基体主要有硅胶和聚合物两种，强阳离子交换吸附剂的主要官能团是磺酸基（）；弱阳离子交换吸附剂的主要官能团是羧基（—COO-）；强阴离子交换型吸附剂的主要官能团是季铵盐；弱阴离子交换吸附剂的主要官能团是伯胺和仲胺。表2-4列出了常用的离子交换型固相萃取吸附剂的类型。

由于硅胶型离子交换吸附剂在强酸及强碱介质中不稳定，所以使用时的酸度最好控制在pH3～9之间，而有机聚合物型离子交换吸附剂则可在整个酸度范围内使用，这点正是其优于硅胶型吸附剂之处。固相萃取中使用的有机聚合物型离子交换吸附剂一般是经过高度交联的具有一定刚性结构的大孔树脂，这样的结构特点决定了其对分析物的交换吸附速度快、容量大，既可用于水溶液中分析物的萃取，也适用于有机溶液中分析物的萃取，而不会像一般普通树脂一样在有机溶剂中出现树脂塌陷等情况。现在填充有硅胶型和聚合物型离子交换吸附剂的固相萃取柱或盘均有商品供应。

离子交换固相萃取的理论较为简单，其作用机理是以离子状态存在的分析物与带相反电荷的离子交换剂之间的静电作用。基于这一点，在进行上样萃取时，一般必须首先通过调节样品溶液pH等使分析物以阴离子或阳离子存在，然后再上样过柱进行萃取。样品溶液过柱完成后，应该用少量合适的洗涤液洗涤萃取柱，以除去留在柱中的非离子性杂质。上样溶剂及洗涤溶剂的选择对萃取的成功具有重要影响，对于无机离子和小的有机离子分析物，选择水就可作为上样溶剂和洗涤溶剂。但是为了防止中性的有机杂质的吸附，多数情况下可使用水-有机溶剂混合液来作为上样和洗涤溶剂。对于弱酸和弱碱型分析物，洗脱的最好办法仍然是调节洗脱液的pH，即想方设法调节pH使分析物以中性分子的形式存在，就可达到洗脱的目的。对于在任何酸度下都以离子状态存在的分析物如大部分无机阴阳离子、季铵盐型有机阳离子、磺酸盐型有机阴离子等，其上样萃取和洗脱不能通过酸度来控制，此时必须通过选择合适的离子强度来加以控制。

使用离子交换固相萃取法处理基体复杂的环境及生物样品时遇到的最大问题是该类样品中往往存在较大浓度的无机离子，这些无机离子的存在会造成离子交换吸附剂的饱和，从而使吸附剂的萃取能力降低或完全丧失。针对这种情况，一般必须事先对样品溶液进行化学预处理，处理方法大多采用沉淀法和配位法。例如，对一般环境水样中存在的大量钙、镁及一些重金属离子，可加入草酸盐及EDTA等进行掩蔽，消除干扰［151］。这样的方法可以被应用于水溶液中氨基三唑农药的固相萃取及分析测定［152，153］，该化合物极性和水溶性大，在一般聚合物和C18吸附剂上没有保留，无法富集分离。因此对这种化合物最好采用磺酸型聚合物强阳离子交换吸附剂进行萃取，萃取前加入草酸盐和EDTA进行掩蔽，从而消除了无机离子的影响。

如果能将一般的反相固相萃取与离子交换固相萃取结合起来，也可减小或消除大量无机离子所造成的干扰。该方法一般进行两步固相萃取的操作，首先调节合适的溶液酸度，使分析物以其中性分子形式存在，将此溶液上样通过弱极性的反相聚合物吸附剂，此时，分析物将被该吸附剂萃取保留，无机离子将不被保留而直接通过萃取柱进入废液。再用合适的洗脱剂洗脱分析物，调节合适的酸度使分析物以离子状态存在，将该洗脱液上样通过填充有离子交换剂的固相萃取柱，则分析物会以离子形式被萃取于萃取柱上，最后用合适酸度的洗脱液将分析物以中性分子形式洗脱下来，收集此洗脱液进行后续测定。Coquart等［154，155］使用这种两步法成功地萃取并测定了地表水中亚ng·mL-1浓度级的氯代三嗪类农药及其羟基衍生物。也有研究者［156］使用这种方法用阴离子交换剂萃取测定了酚类物质和苯氧乙酸类除草剂。

若分析物为有机性和憎水性更强的可离子性化合物时，除存在于分析物与离子交换吸附剂之间的静电作用外，还有次级的疏水性相互作用，此时分析物离子在与杂质无机离子竞争离子交换剂的过程中，处于优势地位，这样无需进行化学前处理，就可直接用离子交换剂进行固相萃取。例如，水样中三嗪类除草剂如阿特拉津等为含氮有机弱碱，对它们进行固相萃取时，可先将水溶液的酸度调节至弱酸性（pH=2），此时，该类化合物以质子化的阳离子存在，这时选用强酸性的阳离子交换剂如磺酸型即可对分析物进行有效的固相萃取［157］，萃取后，可用0.1mol·L-1 K3PO4的乙腈-水（1:1）混合溶液进行洗脱，此时分析物将转化为它们的中性分子形式而溶于乙腈-水混合液中，这样就达到了对分析物的分离富集。Kaczvinsky等［158］研究了用经过磺化处理的Rohm and Haas公司的XAD-4型PS-DVB树脂固相萃取分离富集胺类碱性化合物的情况，他们将100～1000mL样品水溶液以3.0mL·min-1的流速上样通过填充有2.45g该树脂的萃取柱，样品溶液完全通过萃取柱后，用20mL蒸馏水洗涤两次，再用少量甲醇-乙醚混合液（1:2体积比）洗涤萃取柱，则可将萃取柱吸附的中性杂质洗涤除去，此时以质子化状态存在的胺类碱性化合物仍然被萃取吸附在萃取柱上。将残留在柱中的少量液体尽量吹干后，使足量的氨气通过该萃取柱，则碱性的氨气将会把吸附在萃取柱上的质子化的胺类物质转化为非质子化的中性分子形式，此转化反应完全充分后，再用氨的甲醇或乙醚溶液洗脱柱上的胺类分析物，最后用气相色谱法进行测定即可。实验结果表明对浓度为50ng·mL-1的12种脂肪胺类、10种芳香胺类、27种含氮杂环化合物，萃取的回收率范围分别为72％～99％、46％～99％和65％～100％，回收率的平均值分别为86％、84％和93％。

使用阴离子交换剂对有机酸类阴离子进行固相萃取的研究也有较多的报道。例如苯酚类物质虽然可以用普通的聚合物固相萃取吸附剂进行有效的萃取，但这种方法的缺点之一是无法将酚类物质与其他有机化合物相区别，选择性较差，此时可以考虑使用离子交换型固相萃取吸附剂。酚类分析物的固相萃取可以使用强阴离子交换剂来进行，首先将溶液用氢氧化钠溶液调节至pH10以上，此时，分析物被转化为其阴离子形式，再将该溶液上样过柱，则分析物被吸附于萃取柱上，被萃取的分析物可以使用稀盐酸的甲醇或丙酮溶液来洗脱，洗脱的结果就是在酸性溶液中，分析物又被转化为它们的中性分子形式，该中性分子形式易溶于甲醇这样的有机溶剂。Chriswell等［159］较为全面地研究了Rohm and Haas公司的羟基型A-26型阴离子交换树脂对酚类物质的固相萃取情况，他们首先将调为碱性的样品溶液通过萃取柱，然后用碱性甲醇溶液淋洗萃取柱以除去保留在萃取柱上的中性杂质分子，最后用盐酸的丙酮-水溶液完全洗脱保留在柱上的酚类分析物。Ferrer等［160］将一粒径为10μm的SAX型PS-DVB的阴离子交换树脂固相萃取盘叠加于同样粒径的C18固相萃取盘上，构成双盘固相萃取系统，他们将该萃取系统应用于地表水和土壤提取液样品中的苯基脲和三嗪类农药的固相萃取，并最终使用液相色谱进行测定。该方法的最大特点是处于上层的阴离子交换固相萃取盘可以有效地吸附样品中的腐殖酸等杂质，从而有效减少或消除腐殖酸等杂质对分析物富集和测定的影响。

许多其他的有机酸类物质也可使用离子交换固相萃取法进行有效的分离富集。Field等［161］使用直径为25mm的强阴离子交换固相萃取盘萃取了河水、造纸厂废液、下水道废液等水样中聚合度不同的几种壬基酚聚氧乙酸类物质（壬基酚聚氧乙烯醚类表面活性剂的生物代谢物），其萃取的大致过程是：首先依次用5mL乙腈、5mL蒸馏水预处理萃取盘，然后将最多500mL水样过柱，过完柱后，用1mL乙腈洗脱分析物，再在加热的情况下对分析物进行甲基化，最后用气相色谱-质谱法进行测定。Patsias等［162］最近将美国Hamilton公司生产的PRP-X100型PS-DVB基质三甲基铵阴离子交换固相萃取柱（20mm×2mm，10μm）与阳离子交换高效液相色谱在线结合起来，用于对水样中除草剂草甘膦及其转化产物氨甲基膦酸的在线富集及分离，收集的色谱流出液用柱后衍生荧光检测的方法进行检测。该方法使用100mL样品，对上述两种化合物的检测限分别为0.02ng·mL-1和0.1ng·mL-1。

另外，如前几节所述，由于磺化程度合适的聚合物型固相萃取吸附剂（磺酸基数量以0.6meq·g-1）的表面能够与亲水性分析物产生密切的接触，因而更有利于其对这类分析物的萃取，所以磺酸型树脂也可用于对中性分析物的固相萃取，此问题已在前边进行过论述，在此不再赘述。

（七）次级相互作用（Secondary interactions）和混合作用模式固相萃取吸附剂（Mixed-mode sorbents）

次级相互作用的概念在前边已有简单的论述，该概念最初起源于对使用碳链较短且未经过封端的键合硅胶萃取碱性药物类化合物时的实验观察及对其保留机理的理论解释。大多数药物（绝大多数含有氮元素）的结构中含有可发生酸性离解或碱性离解或两性离解的基团，因此该类物质在不同酸度条件下往往以不同的形态存在，要么以阴离子存在，要么以阳离子存在，要么以两性离子存在或中性分子存在。存在形式不同，它们与键合硅胶之间的作用机理就不完全相同，即其保留机理不同，此时其洗脱的情况也就不完全相同。我们已经知道，反相固相萃取的主要作用机理是疏水性相互作用，除此之外，随实验条件的不同，往往还存在其他次级相互作用如阴阳离子间的静电吸引、氢键作用等。在上述三种作用力当中，疏水性相互作用力最弱（小于10kcal·mol-1），阴阳离子静电吸引力最强（大于100kcal·mol-1），氢键作用介于二者之间（约为10kcal·mol-1）。在高效液相色谱中，一般认为次级相互作用的存在会引起色谱峰的拖尾，因而不利于色谱分离。

在固相萃取中，次级作用的利害要看具体情况而定。例如用碳链较短且未经过封端的键合硅胶萃取含氮碱性药物类化合物时，如果介质酸度处在使氮原子质子化带正电并同时使硅醇基离解而带负电，则此时正负电荷之间的静电作用力必然很大，这时使用一般反相固相萃取中常用的强洗脱剂如乙腈、甲醇来洗脱分析物，效果会很差，需要较大体积的洗脱剂（多者甚至达几十倍柱床体积）才能完全洗脱，这就是所谓的过度保留现象，这显然对固相萃取是不利的［163～165］。遇到过度保留现象时，显然不可能像在一般固相萃取中一样，达到用2～3倍的床体积的洗脱剂定量洗脱分析物的效果。对于这种由离子静电吸引力造成的过度保留，若在一般的乙腈、甲醇类水溶液洗脱液中加入一些阳离子（如Na+、K+、、Cu2+等）电解质，则洗脱效果会大大改善，就可用少量体积的洗脱液将分析物洗脱下来。产生这种现象的原因是离子交换作用，这种作用原理与离子交换色谱中的淋洗是一样的［166］。当使用极性较大的固定相如氨丙基、氰丙基、二醇基键合硅胶等进行反相固相萃取时，氢键这种次级作用有时甚至会变为主要作用。

事物的性质是可以转化的。如果条件控制得当，次级相互作用在某些情况下可以为我们利用，从而达到诸如提高选择性等特定的萃取分离富集目的。为此，人们有意地在一些疏水性固定相（大多为C8键合硅胶）的表面引入合适比例的离子性基团如磺酸基等，这样得到的固定相就同时兼有疏水性作用和离子静电作用，是混合型作用机理固相萃取固定相。常见的这类产品有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世纪80年代末出现以来，到目前为止其应用仍然偏少。目前，该类固定相大多使用在生物样品中药物的分析领域。例如Chen等［167，168］、Thompson等［169］和Mills等［170］较详细地研究了利用混合作用机理固定相对尿样中碱性药物的萃取分离富集和样品净化情况。Chen等首先用甲醇和水按普通方式对Bond Elut Certify固定相进行了预处理，然后将样品溶液调节为弱酸性，即pH≈6，将此样品上样过柱，此时碱性药物（pKa大于6）将处于质子化状态，因而呈阳离子状态，由于呈阳离子状态的碱性药物与混合固定相上的磺酸基之间的离子相互作用，该类药物将被混合固定相（含有阳离子交换基团）保留；由于上样溶剂强度很弱（尿样的基本溶剂是水），尿样中的酸性药物（在此弱酸性条件下呈中性分子状态）和其他中性药物也将同时被混合固定相以疏水性的反相作用机理所保留。配制pH约为3的丙酮-氯仿混合洗脱液对萃取柱进行洗脱，此洗脱液酸度更强，会更进一步增大碱性药物与固定相之间的离子相互作用，更强的酸度还将进一步减弱酸性药物的离子化程度，使其以更大比例的中性分子状态存在，因此使用混合洗脱液时洗脱下来的是酸性和中性药物，碱性药物则仍被保留在萃取柱上。最后再使用含有适量氨水的中等极性的有机溶剂洗脱萃取柱，由于碱性洗脱液既可克服离子相互作用，又可克服疏水性相互作用，因而可理想地将碱性药物洗脱下来，从而实现了对碱性药物的分离富集和净化处理。

现在使用的混合作用固定相大多是键合硅胶类固定相，但也有研究者［72］对基于PS-DVB型聚合物型的混合作用机理固定相进行了初步研究，并将它们成功地用于对三嗪类药物和其他碱性药物的分离萃取，研究发现该类固定相可将离子相互作用、氢键作用和疏水性作用集于一身。此类PS-DVB-RPS固定相已有Empore型萃取盘商品供应。另外，Li［171］还通过对带有二亚乙基三胺的PS-DVB型聚合物进行氯甲基化处理首次获得了兼具阴离子交换性和疏水性相互作用两种功能的混合作用机理固定相，并将其应用于对有机和无机阴离子的固相萃取。

（八）其他类型固相萃取吸附剂

除上述几种较常用的固相萃取吸附剂外，近年来人们还研究开发出了几种更新型的、各具独特优点的固相萃取吸附剂，如限进介质固相萃取吸附剂（Restricted access matrix sorbents）、免疫亲和型固相萃取吸附剂（Immunoaffinity extraction sorbents）和分子印迹聚合物固相萃取吸附剂（Molecularly imprinted poltmer sorbents）等。其中后两种将在后边的有关章节作较详细的介绍，在此仅对限进介质固相萃取吸附剂作一简单介绍。

当用固相萃取分离富集生物组织样品中的小分子分析物时，经常遇到的一个问题就是来自于样品中的生物大分子如蛋白质、多肽、核酸及脱氧核糖核酸等遇到疏水性的反相固相萃取填料时经常发生生物大分子的变性，变性后的这类大分子物质常常会吸附在填料的表面，造成填料孔径堵塞、分析物在固定相上的传质效率下降、萃取柱堵塞等不利现象，从而使柱效降低、吸附容量下降、萃取柱寿命缩短，最终造成对小分子分析物测定的严重干扰［172］。为了解决这一问题，Yu等研究开发了限进介质固相萃取吸附剂。这类吸附剂同时兼具针对大分子的体积排阻功能和针对小分子分析物的萃取功能［173～179］，通过控制吸附剂合适的孔径和对吸附剂的外表面进行适当的亲水性基团修饰，使得生物样品溶液中的大分子不能进入吸附剂的内孔中去，而且亲水性的外表面保证了生物大分子在吸附剂的外表面不会发生不可逆的变性和吸附，这些措施的采用，保证了在上样过柱时该类吸附剂不会对生物大分子产生保留；而该类吸附剂的内孔表面则一般仍具有反相萃取性质，这种结构上的特点就可保证在有较大量的生物大分子的存在下，可以用此类吸附剂实现对种类繁多的小分子分析物的有效固相萃取。例如，Hagestam等［172］通过反应将亲水性的甘油酰丙基键合于反相固定相多孔硅胶的外表面，而该固定相的内孔则仍保持反相固定相的疏水性，这样就制得了限进介质固相萃取吸附剂。他们又用该固定相填充一固相萃取柱，将该柱作为预柱与高效液相色谱仪（分析柱为传统的C18柱，检测器为紫外检测器）组成在线分析体系，通过该体系从人血浆样品中直接萃取并测定了药物苯妥英（Phenytoin），实验中未发现样品基体中的生物大分子对分析测定产生的干扰。又例如，Petersson等［180］将填充有限进介质固相萃取吸附剂烷基二醇类键合硅胶ADS（ADS是外表面有亲水性的甘油残基，内孔表面有相对疏水性的十八烷酰基的硅胶类固定相）的微型固相萃取柱（长1～3mm，内径0.2mm）与高效毛细管电泳的分离微柱在线连接，构成在线SPECE分析系统，并将此系统应用于血浆样品中药物的分析测定。与一般未经固相萃取富集的毛细管电泳相比，富集倍数可达7000倍，使用紫外检测器检测，对分析物的浓度检测限达到了0.6nmol·L-1。目前商品限进介质固相萃取吸附剂的种类还很有限，常用的此类产品有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］利用此类固相萃取吸附剂预柱与高效液相色谱-质谱检测手段在线联用，成功地测定了血浆样品中的氢化可的松（cortisol）和脱氢皮质（甾）醇（prednisolone）以及尿样中的花生四烯酸（arachidonic acid）。