第二章固相萃取技術(shù)

第六節(jié)固相微萃取第七節(jié)固相萃取的應(yīng)用第八節(jié)實例講解第三次課（上課時間2014年3月17日）1第六節(jié)固相微萃取技術(shù)(SPME)概述SPME的原理SPME裝置及萃取步驟方法SPME的影響因素SPME與分析儀器的聯(lián)用技術(shù)SPME的應(yīng)用SPME的發(fā)展前景主要內(nèi)容與固相萃取技術(shù)相比其特點：固相微萃取操作更筒單、攜帶更方便、操作費(fèi)用也更加低廉，另外克服了固相萃取回收率低、吸附劑孔道易堵塞的缺點，因此成為目前所采用的試樣預(yù)處理中應(yīng)用最為廣泛的方法之一。SPME已開始應(yīng)用于分析水、土壤、空氣等環(huán)境樣品的分析。一、概述一、概述1989年；PawliszynSupelco1993年推出了商品化的SPME裝置1995年P(guān)awliszyn等；空氣中苯系物分析；SPME在氣相色譜中快速進(jìn)樣裝置；

萃取絲內(nèi)用CO2冷卻裝置1997年P(guān)awliszyn等；測定病人呼吸氣中一些成分的SPME萃取裝置2001年P(guān)awliszyn等；便攜式SPME裝置2004年P(guān)awliszyn等；加裝聚四氟乙烯密封蓋的便攜式現(xiàn)場測試用SPME裝置2007年；96個SPME微阱盤自動化進(jìn)樣裝置固相微萃取(solidphasemicroextraction）二、SPME的原理

以熔融石英光導(dǎo)纖維或其它材料為基體支持物，采取“相似相溶”的特點，在其表面涂漬不同性質(zhì)的高分子固定相薄層，通過直接或頂空方式，對待測物進(jìn)行提取、富集、進(jìn)樣和解析。然后將富集了待測物的纖維直接轉(zhuǎn)移到儀器(一般是GC，或HPLC)中，通過一定的方式解吸附(一般是熱解吸，或溶劑解吸)，然后進(jìn)行分離分析。固相微萃取法（SPME）的原理與固相萃取不同，固相微萃取不是將待測物全部萃取出來，其原理是建立在待測物在固定相和水相之間達(dá)成的平衡分配基礎(chǔ)上。設(shè)固定相所吸附的待測物的量為WS，因待測物總量在萃取前后不變，固得到：

C0?V2=C1?V1+C2?V2

（1）式中，C0是待測物在水樣中的原始濃度；C1

、C2分別為待測物達(dá)到平衡后在固定相和水相中的濃度；V1

、V2分別為固定相液膜和水樣的體積。二、SPME的原理吸附達(dá)到平衡時，待測物在固定相與水樣間的分配系數(shù)K有如下關(guān)系：

K=C1/C2

（2）平衡時固相吸附待測物的量WS=C1?V1，固C1=WS/V1由式（1）得：C2=（C0?V2–C1?V1

）/V2將C1、C2代入式（2）并整理后得：

K=WS?V2/[V1?（C0?V2–C1?V1

）]=WS?V2/（C0?V2?V1–C1V1

2）（3）由于V1?V2，式3中C1?V1

2可忽略，整理后得：

WS=K?C0?V1

（4）二、SPME的原理由式（4）：WS=K?C0?V1

，可知WS與C0呈線性關(guān)系，并與K和呈正比。決定K值的主要因素是萃取頭固定相的類型，因此，對某一種或某一類化合物來說選擇一個特異的萃取固定相十分重要。萃取頭固定液膜越厚，WS越大。由于萃取物全部進(jìn)入色譜柱，一個微小的固定液體積即可滿足分析要求。通常液膜厚度為5-100um，這一已比一般毛細(xì)管柱的液膜厚度（0.2-1um）厚得多。二、SPME的原理該裝置類似微量注射器，由手柄和萃取頭（纖維頭）兩部分組成。萃取頭是一根長約1cm、涂有不同固定相涂層的溶融石英纖維，石英纖維一端連接不銹鋼內(nèi)芯，外套細(xì)的不繡鋼針管（以保護(hù)石英纖維不被折斷）。手柄用于安裝和固定萃取頭，通過手柄的推動，萃取頭可以伸出不銹鋼管。三、SPME裝置及萃取步驟方法萃取步驟SPME方法是通過萃取頭上的固定相涂層對樣品中的待測物進(jìn)行萃取和預(yù)富集。SPME操作包括三個步驟：A涂有固定相的萃取頭插入樣品或位于樣品上方；B待測物在固定相涂層與樣品間進(jìn)行分配直至平衡；C將萃取頭插入分析儀器的進(jìn)樣口，通過一定的方式解析后進(jìn)行分離分析。三、SPME裝置及萃取步驟方法萃取方法直接法（Di-SPME）適合于氣體基質(zhì)或干凈的水基質(zhì)頂空法（HS-SPME）適合于任何基質(zhì)，尤其是直接SPME無法處理的臟水、油脂、血液、污泥、土壤等膜保護(hù)法（membrane-protected-SPME）通過一個選擇性的高分子材料膜將試樣與萃取頭分離，以實現(xiàn)間接萃取，膜的作用是保護(hù)萃取頭使其不被基質(zhì)污染，同時提高萃取的選擇性。衍生化法（derivatizationSPME）冷SPME法（cooledSPME）三、SPME裝置及萃取步驟方法四、SPME的影響因素萃取溫度溫度是直接影響分配系數(shù)的重要參數(shù)升高溫度會促進(jìn)揮發(fā)性化合物到達(dá)頂空及萃取纖維表面，然而SPME表面吸附過程一般為放熱反應(yīng)，低溫適合于反應(yīng)進(jìn)行萃取時間不同的待測物達(dá)到動態(tài)平衡的時間長短,取決于物質(zhì)的傳遞速率和待測物本身的性質(zhì)、萃取纖維的種類等因素。揮發(fā)性強(qiáng)的化合物在較短時間內(nèi)即可達(dá)到分配平衡，而揮發(fā)性弱的待測物質(zhì)則需要相對較長的平衡時間。四、SPME的影響因素攪拌強(qiáng)度增加傳質(zhì)速率,提高吸附萃取速度,縮短達(dá)到平衡的時間磁力攪拌，高速勻漿，超聲波。采取超聲振動就比電磁攪拌達(dá)到平衡的時間大大縮短四、SPME的影響因素鹽效應(yīng)鹽析手段(加NaCl或Na2SO4)可提高本體溶液的離子強(qiáng)度,使極性有機(jī)待萃物(非離子)在吸附涂層中的K值增加,提高萃取靈敏度溶液pH值對不同酸離解常數(shù)的有機(jī)弱酸堿選擇性萃取。溶液酸度應(yīng)該使待萃物呈非聚合單分子游離態(tài),使涂層與本體溶液爭奪待萃物的平衡過程極大的偏向吸附涂層四、SPME的影響因素衍生化減小酚、脂肪酸等極性化合物的極性，提高揮發(fā)性，增強(qiáng)被固定相吸附的能力。SPME前衍生和SPME后衍生萃取頭的選擇固定液涂漬在一根熔融石英(或其他材料)細(xì)絲表面構(gòu)成萃取頭內(nèi)部涂有固定相的細(xì)管或毛細(xì)管，這種設(shè)備稱為管內(nèi)SPME(in-tubeSPME）四、SPME的影響因素四、SPME的影響因素涂層

SPME萃取過程依賴于分析物在涂層和樣品兩相中的分配系數(shù)，因此萃取的選擇性取決于涂層材料的特性，故涂層材料是SPME技術(shù)的核心。涂層的選擇和設(shè)計可以基于色譜經(jīng)驗，一般來說，不同種類的分析物要選擇不同性質(zhì)的涂層材料，選擇的基本原則是“相似相溶”。選擇涂層時應(yīng)注意：對有機(jī)分子有較強(qiáng)的萃取富集能力合適的分子結(jié)構(gòu)，有較快的擴(kuò)散速度良好的熱穩(wěn)定性商品化涂層一般可以分為非極性、中等極性和極性3種涂層非商品化涂層到目前為止,科研工作者已開發(fā)了多種具有優(yōu)良性能的涂層

涂層的體積（厚與?。┮矝Q定方法的靈敏度。涂層所使用的主要材料：聚二甲氧基硅烷（PDMS）、二乙烯基苯（DVB）、聚乙二醇（CW）、聚丙烯酸酯（PA）涂層介紹四、SPME的影響因素其他非商品化涂層溶膠-凝膠技術(shù)(Sol-Gel)TPA（3-氨丙基三乙氧基硅烷）和DDP（二乙氧基二苯硅烷）納米結(jié)構(gòu)二氧化鉛（附著于鉑絲上）四、SPME的影響因素AliMehdinia,MirFazllolahMousavi,MojtabaShamsipur.Nano-structuredleaddioxideasanovelstationaryphaseforsolid-phasemicroextraction.JournalofChromatographyA1134(2006)四、SPME的影響因素主要特點集取樣、萃取、濃縮和進(jìn)樣于一體，操作方便，測定快速高效。無需任何有機(jī)溶劑，是真正意義上的固相萃取，避免了對環(huán)境的二次污染。儀器簡單，適于現(xiàn)場分析，也易于操作。缺點定量檢測精確度不高；可重復(fù)性不高；商業(yè)可用負(fù)載聚合物品種少。四、SPME的影響因素四、SPME的影響因素五、SPME與分析儀器的聯(lián)用技術(shù)

SPME-GC技術(shù)SPME-HPLC技術(shù)SPME-MS技術(shù)SPME/EC聯(lián)用固相微萃取與氣相色譜技術(shù)的聯(lián)用SPME-GC

SPME與GC聯(lián)用是研究最早也是目前發(fā)展得最成熟的技術(shù)。這一領(lǐng)域的研究目前主要集中在接口研制、萃取頭的制備。

采用頂空法（headspace），吸附具有揮發(fā)性或半揮發(fā)性的化合物；再在GC的氣化室里脫附氣化進(jìn)行分析。缺點：適用的范圍較窄；揮發(fā)/半揮發(fā)物（20%）；不能分析生物大分子；對溫度敏感的物質(zhì)（如蛋白質(zhì)）。

使用SPME-GC聯(lián)用分析USEPA524.2方法規(guī)定的揮發(fā)性氣體樣品的情況利用該方法有效地分離出了60種化合物固相微萃取與氣相色譜技術(shù)的聯(lián)用固相微萃取與液相色譜技術(shù)的聯(lián)用SPME-HPLCSPME技術(shù)也已成功地與HPLC聯(lián)用并應(yīng)用于非揮發(fā)性/離子型金屬化合物形態(tài)分析，這為在GC條件下難以分析的試樣中半揮發(fā)性和非揮發(fā)性待測物的分析提供了可能性。SPME與HPLC聯(lián)用的關(guān)鍵在于SPME的解吸過程是否能與HPLC的進(jìn)樣系統(tǒng)匹配，即能否使解吸液的體積足夠小，以避免在進(jìn)樣后產(chǎn)生明顯的柱外效應(yīng)或出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象而導(dǎo)致色譜峰拓寬，使分辨率下降，直接影響分析的靈敏度。capilarycoatedpolymericmaterial固相微萃取與液相色譜技術(shù)的聯(lián)用萃取頭直接接觸樣品，等到吸附平衡后，在送入到進(jìn)樣器內(nèi)進(jìn)行脫附后分析。

這種聯(lián)用技術(shù)正好和SPME-GC互補(bǔ)。缺點：吸附平衡時間長，脫附條件不易優(yōu)化，萃取頭負(fù)載材料可用的不多。固相微萃取與液相色譜技術(shù)的聯(lián)用SPME-HPLC-MRM分析環(huán)境水中的雌激素ESI(-),MRM，five50pg/mL雌激素標(biāo)樣雌激素酮,17-雌二醇,雌激素三醇,乙炔基雌二醇和二乙基已烯雌酚

K.Mitanietal./J.Chromatogr.A1081(2005)218–224XDB-C8(50mm×2.1mm),0.01%氨水/乙睛(60/40),0.2mL/min.Supel-QPLOT(60cm×0.32mm,厚12um)萃取柱;40μl樣品,100ul/min,20次反復(fù)萃取,搬閥進(jìn)樣。線性范圍：10-200pg/ml(r≥0.9996),檢測限2.7to11.7pg/ml.86%回收率，RSD0.9–8.8%.固相微萃取與液相色譜技術(shù)的聯(lián)用固相微萃取與質(zhì)譜技術(shù)的聯(lián)用PesticidesanalysisbySPME/IonTrapMS固相微萃取與質(zhì)譜技術(shù)的聯(lián)用SPE、SPME的簡單比較待測物被介質(zhì)萃取洗脫非待測成