固相

固相是指由固體組成的相。相，是物理學名詞。成份、結構相同的組織統稱為相。

與液相反應一樣，固相反應的發生起始於兩個反應物分子的擴散接觸，接著發生化學作用，生成產物分子。固相化學研究固體物質的製備、結構、性質及套用。

固相微萃取是基於萃取塗層與樣品之間的吸附 (溶解-解吸平衡而建立起來的集進樣、萃取、濃縮功能於一體的技術。

基本介紹

• 中文名：固相
• 外文名：solid phase
• 一級學科：工程技術
• 二級學科：冶金術語
• 相：成份、結構相同的組織
• 固相：固體組成的相

相

相，是物理學名詞。成份、結構相同的組織統稱為相。多相系統中，不同相之間一定有明顯的分界面，越過界面時，物理性質和化學性質將發生突變。

如有冰、水組成的混合物，冰是一個相，水又是一個相，共有兩個相。而酒精可以溶解於水，水和酒精的混和物卻只有一個相。又如兩塊晶形相同的硫黃是一個相，而兩塊晶形不同的硫黃(如斜方晶形和單斜晶形)則是兩個相。不同的相之間的相互轉變叫做相變。相變是十分普遍的物理過程。物態變化就是一種相變過程。例如，固體、液體之間的物態變化過程就是物質 從固相轉變為液相(熔化)或液相轉變為固相(凝固)的過程。

固相定義

固相是指由固體組成的相。

固相化學反應

固相化學作為一門學科被確認是在二十世紀初，原因自然是多方面的，除了科學技術不發達的限制外，更重要的原因是人們長期的思想束縛。自亞里士多德時起，直至約1919年前，人們廣泛相信“不存在液體就不發生固體間的化學反應”。直到1912年，年輕的Hedvall在Berichte雜誌上發表了“關於林曼綠”(和ZnO的粉末固體反應)為題的論文，有關固相化學的歷史才正式拉開序幕。

固相化學反應的定義是化學家們一直爭論且尚無定論的問題，經常出現對於同一反應體系的矛盾判斷。對一門尚處於完善中的學科，沒有理由給予它過多的限制，使之裹足不前。倘若給它以足夠的發展時間和空間，待到時機成熟時，這門學科區別於其他學科的“廬山真面目”自然會清晰地呈現於世人面前。所以，可以認為固相化學反應是指有固體物質直接參與的反應，它既包括經典的固-固反應，也包括固一氣反應和固一液反應。可見，所有固相化學反應都是非均相反應。

固相化學研究固體物質的製備、結構、性質及套用。自被確定為一門學科以來，固相化學一直與固體材料科學有著不解之緣，它已為人類提供了大量推動技術革命的新型功能材料:五十年代高純單晶半導體的固相成功製備，引發了電子工業的徹底革命;所有石油裂化都使用以矽鋁酸鹽分子篩作基礎的催化劑，其中對催化領域有很大影響的ZSM-5分子篩在自然界中尚未找到天然存在的，只得靠人工水熱合成;如今的新型高溫陶瓷超導材料以及新型光、電、磁材料的固相成功合成，有望引發一場有關通信、運輸、計算機、化學製造業等相關領域的技術革命。

固相反應不使用溶劑，具有高選擇性、高產率、工藝過程簡單等優點，已成為人們製備新型固體材料的主要手段之一。但長期以來，由於傳統的材料主要涉及一些高熔點的無機固體，如矽酸鹽、氧化物、金屬合金等，這些材料一般都具有三維網路結構、原子間隙小和牢固的化學鍵等特徵，通常合成反應多在高溫下進行，因而在人們的觀念中室溫或近室溫下的低熱固相反應幾乎很難進行。正如美國化學家West在其《固體化學及其套用》一書中所寫，“在室溫下經歷一段合理時間，固體間一般並不能相互反應。欲使反應以顯著速度發生，必須將它們加熱至甚高溫度。1993年，美國化學家Arthur Bellis等人編寫的《Teaching General Chemistry, A Materials Science Companion》中也指出，“很多固體合成是基於加熱固體混合物試圖獲得具有一定計量比、顆粒度和理化性質均一的純樣品，這些反應依賴於原子或離子在固體內或顆粒間的擴散速度。固相中擴散比氣、液相中擴散慢幾個數量級，因此，要在合理的時間內完成反應，必須在高溫下進行”。可見，“固相化學反應只能在高溫下發生”這一片面認識在許多化學家的頭腦中已根深蒂固。事實上，許多固相反應在低溫條件下便可發生。

固相反應機理

與液相反應一樣，固相反應的發生起始於兩個反應物分子的擴散接觸，接著發生化學作用，生成產物分子。此時生成的產物分子分散在母體反應物中，只能當作一種雜質或缺陷的分散存在，只有當產物分子集積到一定大小，才能出現產物的晶核，從而完成成核過程。隨著晶核的長大，達到一定的大小後出現產物的獨立晶相。可見，固相反應經歷四個階段，即擴散一反應一成核一生長，但由於各階段進行的速率在不同的反應體系或同一反應體系不同的反應條件下不盡相同，使得各個階段的特徵並非清晰可辨，總反應特徵只表現為反應的決速步的特徵。長期以來，一直認為高溫固相反應的決速步是擴散和成核生長，原因就是在很高的反應溫度下化學反應這一步速度極快，無法成為整個固相反應的決速步。在低熱條件下，化學反應這一步也可能是速率的控制步。

固相微萃取

自1989年Belardi與Pawliszyn提出固相微萃取（solid-phase microextraction）SPME)技術以來，眾多分析工作者對其進行研究，使該技術得到進一步的發展及廣泛套用。基本的固相微萃取是通過石英纖維頭表面塗漬的高分子層對樣品中的有機分子進行萃取和預富集，然後在氣相色譜（GC）進樣器中直接熱解吸，使樣品預處理過程大為簡化，提高了分析速度及靈敏度。其檢出限的數量級為ng/g~pg/g，相對標準偏差小於30%，線性範圍為3一5個數量級。固相微萃取技術的主要優點是:不用或少用溶劑;操作簡便;易於自動化和與其他技術線上聯用。與其他常用的富集技術相比，克服了傳統的液-液萃取法需使用大量溶劑和樣品、處理時間長、操作步驟多的缺點。SPME與近年來新發展的樣品前處理技術相比也具有獨到之處，如:超臨界流體萃取裝置價格昂貴，不適於水樣分析;以溶劑脫附的固相萃取法回收率低;熱脫附的固相萃取法需要專用的加熱裝置，且固體吸附劑的孔隙易被堵塞。

SPME最初與GC聯用主要用於環境樣品的分析。對於揮發和半揮發性樣品，頂空進樣套用較多。因為頂空時樣品基體不與萃取塗層直接接觸，既保護了塗層，延長其使用壽命，又縮短了萃取平衡時間。1995年，Pawliszyn等人設計出SPME一高效液相色譜（HPLC）聯用儀，並由Supelco公司生產出商品，因此SPME在生物樣品、藥物等的套用也逐漸增多。1997年，Pawliszyn等人又推出自動化的管內（in-tube）-SPME與HPLC聯用的設計，具有可自動化操作、萃取塗層易得等優點，受到廣泛重視，近兩年相關的套用文獻較多。SPME與其他儀器，如傅立葉變換紅外光譜、電感禍合電漿質譜儀及拉曼光譜儀聯用的情況也有報導。