固相抽出（SolidPhaseExtractionSPE）とは、固体吸着剤を用いて液体試料中の目的化合物を吸着し、試料の基体と干渉化合物と分離し、その後、溶離液で溶出または加熱分解して吸着し、目的化合物の分離と濃縮を達成することである。

固相抽出は液−液抽出に比べて多くの利点がある：固相抽出は大量の相互不相溶解の溶媒を必要とせず、処理中に乳化現象が発生せず、それは採用、高選択性の吸着剤（固相）を採用し、溶媒の使用量を著しく減少させ、サンプルを処理過程に簡略化することができ、同時に必要な費用も減少した。一般的に固相抽出に要する時間は液−液抽出の1/2であり、費用は液−液抽出の1/5である。その欠点は：標的化合物の回収率と精度が液−液抽出より低いことである。

一.固相抽出のモデルと原理

固相抽出は実質的に液体クロマトグラフィー分離であり、その主な分離モードも液体クロマトグラフィーと同じで、正相（吸着剤極性は溶離液極性より大きい）、逆相（吸着剤極性は溶離液極性より小さい）、イオン交換と吸着に分けることができる。固相抽出に用いられる吸着剤も液体クロマトグラフィーでよく用いられる固定相と同じであるが、粒度に違いがある。

正相固相抽出に用いられる吸着剤はすべて極性であり、極性物質を抽出（保持）するために用いられる。正相抽出時に目的化合物が吸着剤上にどのように保持されるかは、目的化合物の極性官能基と吸着剤表面の極性官能基との相互作用に依存し、水素結合、π−π結合相互作用、双極子−双極子相互作用及び双極子−誘導双極子相互作用及びその他の極性−極性作用を含む。正相固相抽出は、非極性溶媒試料から極性化合物を吸着することができる。

反転固相抽出に使用される吸着剤は、通常、非極性または極性が弱く、抽出される対象化合物は、通常、中極性から非極性化合物である。目的化合物と吸着剤との間の作用は疎水性相互作用であり、主に非極性-非極性相互作用であり、ファンデルワールス力または分散力である。

イオン交換固相抽出に用いられる吸着剤は電荷を有するイオン交換樹脂であり、抽出される目的化合物は電荷を有する化合物であり、目的化合物と吸着剤との相互作用は静電吸引力である。

固相抽出における吸着剤（固定相）の選択は、主に目的とする化合物の性質とサンプルマトリックス（すなわちサンプルの溶媒）の性質に基づいている。目的化合物の極性が吸着剤の極性と非常に類似している場合、目的化合物の好ましい保持（好ましい吸着）を得ることができる。両者は極性が似ていればいるほど保持が良くなる（すなわち吸着が良い）ので、できるだけ目的の化合物と極性が似ている吸着剤を選択しなければならない。例えば、炭化水素（非極性）を抽出する場合は、逆相固相抽出（この場合は非極性吸着剤）を用いる。標的化合物が適度な極性を有する場合、正、逆相固相抽出のいずれも使用することができる。吸着剤の選択は、試料の溶媒強度（すなわち溶出強度）にも制約される。

試料溶媒の強度はこの吸着剤に対して弱いはずであり、弱い溶媒は吸着剤上の目的化合物の保持（吸着）を増強する。正、逆固相抽出における溶媒強度の順序は異なる（図3〜13参照）。試料溶媒の強度が強すぎると、標的化合物は保持（吸着）されないか、または保持が弱い。例えば、試料溶媒がn−ヘキサンである場合、n−ヘキサン対逆相固相抽出は強溶媒であるため（図3−13参照）、目的の化合物は吸着剤に吸着しない、試料溶媒が水である場合、水は逆相固相抽出に弱い溶媒であり、吸着剤への目的化合物の吸着に影響を与えないため、逆相固相抽出を用いることができる。

固相抽出で分離モードと吸着剤を選択する際には、以下の点も考慮しなければならない。

1.洗浄液の選択に主に関連する極性または非極性溶媒中の対象化合物の溶解度。

2.目的の化合物がイオン化する可能性があるか（pH値を調節してイオン化を実現することができる）、それによってイオン交換固相抽出を採用するかどうかを決定する。

3.目的の化合物が吸着剤と共有結合を形成する可能性があるかどうか、例えば共有結合を形成する場合、溶出時にトラブルが発生する可能性がある。

4.非標的化合物と標的化合物の吸着剤上の吸着点における競合の程度は、標的化合物と妨害化合物がうまく分離できるかどうかに関係する。

二.固相抽出によく用いられる吸着剤（固定相）

固相抽出は実質的に液体クロマトグラフィーの分離であるため、原則として、液体クロマトグラフィーカラムフィラーとして使用できる材料はすべて固相抽出に使用することができる。しかし、液体クロマトグラフィーのカラム圧は高く、カラム効率が高いことが要求されるため、そのフィラーの粒度要求は厳しく、過去には10μm粒径フィラーが常用されていたが、現在ではカラムに5μmフィラーが多用され、さらに3μmのフィラーが使用されている（HPLCポンプ圧の向上に伴い、フィラーの粒径は徐々に減少している）。フィラーの粒径分布に対する要求も狭い。固相抽出カラムに加圧されるのは一般的には大きくなく、分離目的は目的化合物と妨害化合物と基体を分離するだけでよく、カラム効果の要求は一般的に高くないため、固相抽出吸着剤としての充填剤はすべて比較的に太く、一般的に40μmで使用でき、粒径分布の要求も厳密ではなく、固相抽出カラムのコストを大幅に下げることができる。固相抽出によく用いられる吸着剤の種類及び用途は表3〜4を参照。

三.固相抽出の装置及び操作プログラム

比較的簡単な固相抽出装置は直径数ミリの小柱（図3-14）であり、小柱はガラスであってもよく、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどのプラスチックであってもよく、ステンレス製であってもよい。小柱の下端には、吸着剤を支持するための孔径20μmの焼結スクリーンがある。自家製固相抽出小柱に適切な焼結スクリーンがない場合は、スクリーンの代わりにグラスウールを充てんすることもでき、固体吸着剤を支持することができ、液体を流すことができる役割を果たすことができる。スクリーンに一定量の吸着剤を充填し（100㎏～1000㎏、必要に応じて）、その後、吸着剤にスクリーンを追加して、サンプルを加える時に柱床を破壊しないようにします（スクリーンがない場合はグラスウールで代用することもできます）。現在、各種規格の各種吸着剤を搭載した固相抽出小柱が販売されており、非常に使いやすい（図3-15）。

固相抽出の一般的な動作手順は以下の通りである：

1.活性化吸着剤：試料を抽出する前に適切な溶媒で固相抽出カラムをリンスし、吸着剤を湿潤させ、目的の化合物や干渉化合物を吸着することができる。異なるモードの固相抽出小柱活性化用溶媒は異なる：

（1）逆相固相抽出に用いられる弱極性または非極性吸着剤は、通常、メタノールなどの水溶性有機溶媒でリンスし、その後、水または緩衝溶液でリンスする。メタノールでリンスする前に、吸着剤に吸着された不純物とターゲット化合物への干渉を除去するために、強い溶媒（例えばヘキサン）でリンスすることもできます。

（2）正相固相抽出に用いられる極性吸着剤は、通常、目的化合物が存在する有機溶媒（試料基体）でリンスする。

（3）イオン交換固相抽出に用いられる吸着剤は、非極性有機溶媒中の試料に用いる場合、試料溶媒でリンスし、極性溶媒中の試料に使用する場合は、水溶性有機溶媒でリンスした後、適切なPH値の有機溶媒と塩を含む水溶液でリンスすることができる。

固相抽出カラム中の吸着剤を活性化後サンプル添加前まで湿潤させるためには、活性化処理後に吸着剤の上に活性化処理用の溶剤を約1 ml保持しなければならない。

2.サンプリング：液体または溶解後の固体サンプルを活性化後の固相抽出カラムに入れ、その後真空引き（図3-16）、加圧（図3-17）または遠心分離（図3-18）の方法でサンプルを吸着剤に入れた。

3.洗浄と溶出：試料が吸着剤に入り、目的化合物が吸着された後、弱い保持妨害化合物を弱い溶媒で洗浄し、それから強い溶媒で目的化合物を溶出し、収集することができる。リンスと溶出は前述と同様に、真空引き、加圧または遠心分離の方法を用いてリンス液または溶出液を吸着剤に流すことができる。

吸着剤を選択する際に、目的化合物への吸着が弱いか吸着しないかを選択し、干渉化合物に強い吸着剤がある場合には、目的化合物を先にリンスさせて収集し、干渉化合物を吸着剤に保持（吸着）させ、両者を分離することもできる。図3〜図19は、2つの方法の概略図を示す。多くの場合、ターゲット化合物を吸着剤上に保持し、強い溶媒で溶出するよりもサンプルの浄化に有利である。図3-20は固相抽出を与える

採用された一般的なプログラムの概略図。

固相抽出の使用を容易にするために、多くのメーカーは各種規格と型番の固相抽出小柱を生産するほか、固相抽出のための装置を多く開発し、固相抽出の使用を容易にした。例えば、Supelco社は単一固相抽出小柱に加圧する単管処理プラグ（図3-21）を提供し、固相抽出小柱と便利に組み合わせて使用することができる。また、例えば、複数の固相抽出カラムを同時に真空引きすることができるように、Supelco社は12孔径と24孔径の真空マルチマニホールド装置（図3-22）を提供し、複数の固相抽出カラムを同時に処理することができる。我が国の中国科学院大連化学物理研究所、国家クロマトグラフィー研究分析センターも真空固相抽出装置を開発した。

図3−23は、試料のマトリックス（溶媒）、標的化合物及び干渉化合物の性質に基づいて固相抽出モードを選択する方法を示すフローチャートである

四.固相マイクロ抽出（SolidphaseMicro-ExtractionSPME）

固相マイクロ抽出は固相抽出に基づいて発展した新しい抽出分離技術であり、液−液抽出と固相抽出に比べて、操作時間が短く、サンプル量が小さく、溶媒を抽出する必要がなく、揮発性と不揮発性物質の分析に適し、再現性が良いなどの優れた点がある。多くの研究結果により、サンプルに適切な内標準を加えて定量分析を行った場合、その再現性と精度は非常に優れていることが明らかになった。固相マイクロ抽出装置の外形は微量試料注入器のようで、ハンドル（ホルダ）と抽出ヘッドまたは繊維ヘッド（ファイバー）の2つの部分から構成され、抽出ヘッドは1本の1センチの長さで、異なる吸着剤が塗布された溶融繊維であり、ステンレス鋼ワイヤに接続され、外套の細いステンレス鋼管（石英繊維が折れないように保護する）、繊維ヘッドは鋼管内で伸縮または出入りでき、細いステンレス鋼管はゴムまたはプラスチックガスケットを貫通してサンプリングまたはサンプリングすることができる。ハンドルは抽出ヘッドを取り付けたり固定したりするために使用され、永遠に使用することができます（図3-24）

固相マイクロ抽出の鍵は非石英繊維上のコーティング（吸着剤）を選択することであり、ターゲット化合物をコーティング上に吸着させることができ、妨害化合物と溶媒は吸着しない、一般的に：ターゲット化合物が非極性である場合は非極性コーティングを選択する、対象化合物が極性の場合は極性コーティングを選択する。

固相マイクロ抽出のサンプリング方法は、固相マイクロ抽出針管（ステンレス鋼スリーブ）を試料ボトルガスケットに通し、試料ボトルに挿入することである。次に抽出ヘッドを押し出し、抽出ヘッドをサンプル（浸漬方式）に浸漬するか、サンプル上部空間（天空方式）に置いて抽出する。抽出時間は約2〜30分で、目標化合物の吸着平衡を達成することを基準とする。抽出ヘッドを後から引き戻し、針管を引き抜く（図3〜25）。

固相マイクロ抽出はガスクロマトグラフィーにも液体クロマトグラフィーにも使用できる（図3〜25）。GCに使用する場合は、固相微抽出針管（ステンレス鋼スリーブ）をGC注入口に挿入し、ハンドルバーを押し、繊維ヘッドを伸ばし、注入口の高温熱分解を用いて目的化合物を吸引し、脱着後にキャリアガスによりカラムに持ち込まれる。HPLCに使用する場合は、固相マイクロ抽出針管（ステンレス鋼スリーブ）を固相マイクロ抽出/HPLCインタフェース脱着池に挿入し、HPLCの流れを利用して脱着池を通じて目的化合物を溶出し、目的化合物をカラムに持ち込む。