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固相微萃取無溶劑萃取樣品前處理

　　固相微萃取（solid-phasemicroextraction，SPME）是一種新穎的、具有良好發展前景的樣品處理技術。自90年代初由加拿大Waterloo大學的Pawliszyn及其同事發明以來，該技術不斷地優化更新，日益成為化學分析家們普遍關注的焦點。該項技術保持了傳統萃取的優點，還克服了以往萃取技術的不足，使操作程序簡化、省時；不易引入人為誤差；所需有機溶劑量小；易于實現自動化等。本文對于SPME技術原理、應用等方面作一綜述。

　　1、固相微萃取裝置及其實驗操作

　　目前，SPME裝置已實現商品化。如附圖所示，主要由兩部分組成：一部分是作為支撐用的微量注射器底座；另一部分是類似于注射針頭形狀的熔融石英纖維，其半徑一般為15mm左右，上面涂布著固定體積（厚度為10～1OOum）的聚合物固定液。操作時，只需將熔融石英纖維插入樣品或樣品上層氣體（即頂空）中，平衡一段時間，使需萃取物富集于固定液后，即可取出直接進樣至GC或HPLC儀中進行分析。

　　用SPME方法來富集樣品，有兩種方式：

　　（1）直接SPME法：該法將纖維直接插入樣品中，當待測物與固定相之間充分分配

　　至平衡時，即可取出進樣分析。

　　（2）頂空SPME法，此法并不使纖維與樣品直接接觸，而是將纖維停留在頂空，于氣相中使待測物富集于固定相后供分析。

　　對于大多數物質而言，第二種方法是一種較好的方法，尤其是當樣品中有大分子干擾的時候更是如此。此時若采用直接SPME法，干擾物易吸附于熔融石英纖維上，影響其吸附性能并于色譜分析中產生不穩基線或雜峰等。頂空SPME法避免了上述不足，廣泛適用于多種類型的樣品，包括固態樣品、非勻質混懸液等。但頂空SPME法亦有其局限性。當待測物具有較高沸點（約大于450℃）時，此法耗時長且靈敏度較低。這是由于待測物沸點越高，越難于揮發，因而頂空中待測物濃度低，難于富集。若升高樣品溫度，則有助于增快樣品至頂空的整體遷移速率，但亦可能會使頂空與纖維涂層間待測物的分配系數值降低。可見，當樣品中待測物沸點較高，又有大分子干擾物如腐殖酸等存在時，上述兩法都不適合。目前，Zhang等設計了一種中空的纖維膜，能夠幫助SPME熔融石英纖維的同心護套，既可使待測物分子自由擴散，同時也能從復雜液體基質中萃取出高沸點物質。將這種膜制成SPME阻礙高分子量分子通透，從而有效地克服了上述兩法的缺憾。

　　2、原理

　　SPME熔融石英纖維涂布固定相與樣品或其頂空充分接觸，待測物在兩相間分配達到平衡后，兩相中待測物濃度關系如下式：

　　式中ns為固定相中待測物的分子數；K為兩相間待測物的分配系數，Vs為固定液體積；V0為樣品體積，C0為樣品中待測物濃度。

　　因為V0？Vs故等式可簡化為：

　　由等式可知，固定液吸附待測物分子數與樣品中待測物濃度呈線性關系，即樣品中待測物濃度越高，SPME吸附萃取的分子數越多。當樣品中待測物濃度一定時，萃取分子數主要取決于固定液體積和分配系數。同時，方法的靈敏度和線性范圍的大小也取決于這兩個參數。固定液厚度越大（即Vs越大），萃取選擇性越高（K越大），則方法的靈敏度越高。由此可見，選擇合適的固定液對于萃取結果是很重要的。

　　3、纖維涂層

　　SPME常用的纖維涂層有聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚丙烯酸酯（PARL）。PDMS為非極性涂層，根據"相似相溶"原則，對非極性物質的提取具有較好效果；PARL為極性涂層，適用于萃取極性物質，如酚類、羧酸類等。SPME平衡速率受待測物在纖維涂層與樣品交界處靜態水層中通透的整體遷移速率所限，故不同性質的纖維涂層有其不同的平衡時間。如分別用PDMS和DARL（厚度為85p.m）作為纖維涂層來萃取樣品中苯的幾種衍生物時，兩種涂層與樣品平衡時間分別為3～5min和8Omin。平衡時間相差如此之大，有兩個原因：一是由于極性PARL涂層能使更多量的極性苯衍生物擴散入涂層中；二是因為極性PARL涂層與樣品分界處靜態水層及其外圍水相皆厚于非極性PDMS涂層與樣品液分界處。另外，除了待測物整體遷移速率影響吸附、萃取時間外，溶液溫度、液層攪拌或超聲亦對其有較大影響。

　　4、解吸

　　SPME萃取完畢后可從GC進樣口直接進樣。它借助于GC進樣口高溫加快纖維涂層上吸附的待測物解吸，隨后氣化，再進入色譜柱分離。這一解吸過程主要受4個因素影響。（1）進樣口溫度；（2）解吸時間；（3）起始柱溫；（4）待測物的性質。

　　較高的進樣口溫度可以縮短解吸時間，也就是縮短氣相分析時間，但會使某些熱不穩定物質發生熱降解。而且過高的進樣口溫度會影響待測物于氣相色譜柱入口部分的低溫聚集。相對較低的起始柱溫有利于待測物在色譜柱入口處重新富集，但由于溫度變化大而耗時較多。此外，待測物性質也影響著解吸條件的設置。如揮發性較大的物質可以設置較低的進樣口溫度、較少的解吸時間及較低的起始柱溫。

　　5、聯用技術

　　5.1SPME-GC技術

　　SPME從發展初期就一直與GC聯用，SPME熔融石英纖維涂層從樣品或頂空中直接吸附萃取待測物，利用GC進樣口高溫充分解吸后，進人色譜柱，達到分離檢測的目的。SPME-GC聯用不僅可以實現*在線聯用，而且操作過程簡單。例如運用SPME-GC技術測量水中有機氯農藥含量：采用PDMS涂層從濃度范圍為0.001至100ng/ml水溶液中萃取完畢后，采用電子捕獲檢測器進行檢測，檢測限低于納克水平，重現性良好。又如運用頂空SPME毛細管GC分析全血中三環抗抑郁藥：將加入重蒸餾水和氫氧化鈉溶液的全血置于密封瓶中，加熱至100℃，用PDMS-GC涂布纖維于頂空中吸附萃取，再進行GC分析。實驗表明，背景干擾很少。4種抗抑郁藥（anitriptyline，chlorimipramine，imipramine，trimipramine）的回收率為5.3-12.9%，線性范圍為62～2000ng/m1，檢測限為32～5ng/ml。另外，SPME在環境污染檢測（如檢測空氣、廢水、土壤等）、食品檢測以及化工產品檢測等方面也具有廣泛的應用前景。

　　5.2SPME-HPLC技術

　　由于GC本身的不足，難以滿足多種物質尤其是不易揮發或高極性物質的分析要求。SPME的研制者為拓寬SPME的應用，開發了SPME與HPLC的聯用技術。至今，SPME與HPLC的接口技術已經多次修飾與改良。SPME與HPLC聯用系統由三部分組成：SPME裝置、接口、HPLC系統。接口位于常規六通進樣閥的進樣環處，由一個三相開關組成。開關兩端與進樣閥相連，第三端則與SPME插入裝置相接。在SPME纖維插入的不銹鋼管上纏繞約10毫米長的電線，持續加熱以利于待測物解吸至少量溶劑中，而解吸溫度的設置可通過調節電源電壓來完成。如運用SPME-HPLC聯用技術檢測環境中水源農藥污染程度：采用PARL（厚度為85nm）固定液吸附萃取水中多種農藥，解吸后，進行HPLC分析。常規柱（250mm×4.6mm）檢測限為0.5～12ng/ml，精度（RSD）為5.3～10.5%，微孔柱（250mm×1.5mm）檢測限為0.1～5ng/ml，其精度為4.4～15.2%。

　　5.3SPME-MS技術

　　SPME可以成為質譜儀的進樣工具。待測物于熔融石英纖維涂層處解吸，可快速導人離子化池，產生極窄峰并具有良好的信燥比率。質譜借助于分子碎片離子獲取的信息可用于定性或物質鑒別。如頂空SPME與射頻輝光放電質譜（radiofrequencyglowdischargemassspectrometry，rf-GDMS）聯用檢測水溶液。引入rf-GDMS系統的有和四甲基錫（tetramethyltin）。兩者都產生能據此定性的良好圖譜。

　　5.4SPME/EC聯用

　　SPME與電化學（EC）聯用可分析帶有電化學性質的待測物，包括金屬離子等。待測物被導電涂層上微電極氧化或還原為合適的衍生物后，通過親和力作用與涂層相吸附。如用SPME/EC來檢測分析痕量水平的有機汞和無機汞。二價汞于水溶液被涂布有10μm金層的140Hm外徑的碳管電極吸附后，在GC進樣口解吸，并由離子阱GC-MS檢測。SPME/EC的聯用拓寬了SPME的應用范圍，能夠利用待測物的電化學特性來萃取、濃集，以達到分離檢測的目的。

　　6、結語

　　相比于其它傳統萃取技術，SPME具有許多優點。它的使用方法簡單易行，且樣品不需凈化，這既能節省時間又可避免樣品的損失；它無須使用大量有機溶劑，且SPME熔融石英纖維可重復使用上百次，這既可降低成本又有利于環境保護。SPME技術還克服了常見的SPE缺撼：高空白值和柱阻塞。總之，SPME技術是一種快速簡便、選擇性高以及易于實現自動化的新型技術，必將在藥物分析、環境保護等領域中發揮作用。