固相微萃取原理及使用4

優(yōu)選固相微萃取原理及使用現(xiàn)在是1頁\一共有51頁\編輯于星期一與固相萃取技術(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、概述現(xiàn)在是2頁\一共有51頁\編輯于星期一一、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）現(xiàn)在是3頁\一共有51頁\編輯于星期一二、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?，F(xiàn)在是4頁\一共有51頁\編輯于星期一固相微萃取法（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的原理現(xiàn)在是5頁\一共有51頁\編輯于星期一吸附達(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的原理現(xiàn)在是6頁\一共有51頁\編輯于星期一由式（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的原理現(xiàn)在是7頁\一共有51頁\編輯于星期一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現(xiàn)在是8頁\一共有51頁\編輯于星期一萃取步驟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現(xiàn)在是9頁\一共有51頁\編輯于星期一萃取方法直接法（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現(xiàn)在是10頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是11頁\一共有51頁\編輯于星期一四、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)行現(xiàn)在是12頁\一共有51頁\編輯于星期一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的影響因素現(xiàn)在是13頁\一共有51頁\編輯于星期一攪拌強度增加傳質(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的影響因素現(xiàn)在是14頁\一共有51頁\編輯于星期一鹽效應(yīng)鹽析手段(加NaCl或Na2SO4)可提高本體溶液的離子強度,使極性有機待萃物(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的影響因素現(xiàn)在是15頁\一共有51頁\編輯于星期一衍生化減小酚、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的影響因素現(xiàn)在是16頁\一共有51頁\編輯于星期一四、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：對有機分子有較強的萃取富集能力合適的分子結(jié)構(gòu)，有較快的擴散速度良好的熱穩(wěn)定性現(xiàn)在是17頁\一共有51頁\編輯于星期一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）涂層介紹現(xiàn)在是18頁\一共有51頁\編輯于星期一四、SPME的影響因素現(xiàn)在是19頁\一共有51頁\編輯于星期一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的影響因素現(xiàn)在是20頁\一共有51頁\編輯于星期一AliMehdinia,MirFazllolahMousavi,MojtabaShamsipur.Nano-structuredleaddioxideasanovelstationaryphaseforsolid-phasemicroextraction.JournalofChromatographyA1134(2006)四、SPME的影響因素現(xiàn)在是21頁\一共有51頁\編輯于星期一主要特點集取樣、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的影響因素現(xiàn)在是22頁\一共有51頁\編輯于星期一四、SPME的影響因素現(xiàn)在是23頁\一共有51頁\編輯于星期一五、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)用現(xiàn)在是24頁\一共有51頁\編輯于星期一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)）。

現(xiàn)在是25頁\一共有51頁\編輯于星期一使用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)用現(xiàn)在是26頁\一共有51頁\編輯于星期一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?，F(xiàn)在是27頁\一共有51頁\編輯于星期一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。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?，F(xiàn)在是28頁\一共有51頁\編輯于星期一固相微萃取與液相色譜技術(shù)的聯(lián)用現(xiàn)在是29頁\一共有51頁\編輯于星期一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)用現(xiàn)在是30頁\一共有51頁\編輯于星期一固相微萃取與質(zhì)譜技術(shù)的聯(lián)用現(xiàn)在是31頁\一共有51頁\編輯于星期一PesticidesanalysisbySPME/IonTrapMS固相微萃取與質(zhì)譜技術(shù)的聯(lián)用現(xiàn)在是32頁\一共有51頁\編輯于星期一SPE、SPME的簡單比較待測物被介質(zhì)萃取洗脫非待測成分換洗脫液洗脫待測成分待測物被介質(zhì)萃取待測成分解吸附（無須clean-up）SPESPME現(xiàn)在是33頁\一共有51頁\編輯于星期一SPESPME吸附劑可能吸附非待測成分吸附劑一般不吸附非待測成分Break-through現(xiàn)象平衡式萃取，無此現(xiàn)象封閉式開放式∴(micro)SPE≠SPME現(xiàn)在是34頁\一共有51頁\編輯于星期一六、SPME的應(yīng)用在環(huán)境水、氣中痕、微量有機物吸萃分析在食品添加劑中香味成分的分析應(yīng)用在法醫(yī)、臨床檢驗中的分析應(yīng)用在金屬離子及其螯合分析中的應(yīng)用現(xiàn)在是35頁\一共有51頁\編輯于星期一六、SPME的應(yīng)用現(xiàn)在是36頁\一共有51頁\編輯于星期一例1Directcomparisonofsolid-phaseextractionandsolid-phasemicroextractionforthegaschromatographicdeterminationofdibenzylamineinartificialsalivaleachatesfrombabybottleteats（G.Niessner,C.W.Klampfl，AnalyticaChimicaActa

，414(2000)：133–140）SPESPME六、SPME的應(yīng)用現(xiàn)在是37頁\一共有51頁\編輯于星期一例2.固相萃取攪拌棒萃取-氣相色譜分析海水中的多環(huán)芳烴

固相微萃取(SPME)是一種無溶劑萃取技術(shù),對PAHs的富集倍數(shù)一般在103

以內(nèi),但是定量重復(fù)性較差。固相萃取攪拌棒(SBSE)是在SPME基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新技術(shù),萃取時吸附攪拌棒自身完成攪拌,可避免SPME中攪拌子對PAHs的競爭吸附;同時,由于SBSE中的PDMS萃取固定相體積一般為50～250μL,比SPME所用固定相量大50～500倍,表面積也提高100倍,因此提高萃取量50倍以上,更適合痕量有機物的萃取富集。

利用固相萃取攪拌棒(SBSE)萃取海水中的多環(huán)芳烴,然后用熱解吸脫附-氣相色譜分析。研究了萃取時間、添加NaCl濃度對萃取效率的影響。實驗結(jié)果表明,SBSE方法對16種多環(huán)芳烴的萃取回收率分別在33.5%～122.4%之間;對標(biāo)準(zhǔn)樣品的檢出限為2.74～13.5ng/L;方法RSD為3.8%～13.1%。用此方法測定了大連海岸海水中的多環(huán)芳烴含量。現(xiàn)在是38頁\一共有51頁\編輯于星期一例3.自制固相微萃取裝置-氣相色譜法測定空氣中痕量苯1、萃取頭：自制的固相微萃取裝置:選取日本產(chǎn)的2HSAKURA的2H0.3mm的自動鉛筆芯作萃取頭。因為鉛筆芯本身就是石墨化活性炭纖維,它是優(yōu)良的固體吸附劑,可以吸附多種氣體和有機物質(zhì),并且它的吸附作用是范德華力作用的結(jié)果,不會跟有機物相互作用。同時,使用壽命較長。具體的處理方法如下：將鉛筆芯放入50%的HF溶液中浸泡24h后,取出沖洗；放入馬弗爐中高溫(500℃)煅燒4～5h,取出用水沖洗。經(jīng)過一系列處理后,萃取頭通過一次性注射器的針孔,用強力膠固定在推桿上,能自由伸縮，待用?，F(xiàn)在是39頁\一共有51頁\編輯于星期一2、采樣：自制的固相微萃取裝置經(jīng)老化后,直接對一新裝飾的房間(一星期內(nèi)無人居住)進(jìn)行現(xiàn)場吸附取樣,室內(nèi)溫度20℃,濕度60%。3、結(jié)果和討論：對影響SPME的因素(空氣柱、萃取時間、解吸時間和溫度)進(jìn)行了討論；對所建立的方法進(jìn)行了系統(tǒng)評價,結(jié)果表明：建立的方法對空氣中苯的測定具有良好的線性關(guān)系(相關(guān)系數(shù)R=0.9998),檢出限為0.01mg/L,3個含量點的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在允許的范圍7%以內(nèi),回收率為98.18%?，F(xiàn)在是40頁\一共有51頁\編輯于星期一例4.固相微萃取-高效液相色譜聯(lián)用測定環(huán)境水樣中雙酚A的自由溶解態(tài)濃度（胡霞林等，分析實驗室，2006，25（7）：14-17）

自由溶解態(tài)濃度(FreelyDissolvedConcentration)是自由溶解在水相,而不與任何介質(zhì)或系統(tǒng)組分結(jié)合的物質(zhì)的濃度。它不僅與分析物的總濃度有關(guān),而且與基體介質(zhì)濃度和容量,及其對分析物的親和力相關(guān)。研究表明,化合物的自由溶解態(tài)濃度是其在環(huán)境中遷移和分配,以及在生物中累積的驅(qū)動力,是解釋化合物的可給性的關(guān)鍵參數(shù)。因此,自由溶解態(tài)濃度的測定越來越受到環(huán)境科學(xué)工作者的重視,并已經(jīng)發(fā)展了多種分析方法。雙酚A(BPA)是一種內(nèi)分泌干擾物,它的長期低劑量暴露對生物的影響是當(dāng)今環(huán)境化學(xué)研究的熱點問題之一,測定環(huán)境中BPA的自由溶解態(tài)濃度,對其環(huán)境化學(xué)行為研究和風(fēng)險評價具有十分重要的意義?，F(xiàn)在是41頁\一共有51頁\編輯于星期一1、儀器：高效液相色譜系統(tǒng)(美國安捷倫公司),由Agilent1100型單元泵和Agilent1100型熒光檢測器組成；SPME-HPLC接口、手動57331型固相微萃取纖維手柄、商品固相微萃取纖維50μmCWPTPR(美國Supelco公司)。SPME-HPLC接口由一個Rheodyne六通閥和一個60μL解吸室構(gòu)成,該解吸室取代了一般液相色譜儀中的進(jìn)樣環(huán)。2、實驗方法：在100mL萃取瓶中加入攪拌磁子和100mL分析液,蓋上帶有聚四氟乙烯隔膜的有孔蓋子，將SPME不銹鋼針管插入瓶中,推出萃取頭,調(diào)節(jié)萃取頭的位置,使攪拌磁子在攪拌時不會損傷萃取頭,且萃取頭完全浸入溶液中。萃取4h后,收回并取出萃取頭,插入解吸室進(jìn)行動態(tài)解吸測定?，F(xiàn)在是42頁\一共有51頁\編輯于星期一3、實驗結(jié)果：。在環(huán)境水樣常見pH(5～8)、緩沖容量(5～200mmol/L)和鹽度(0～500mmol/L)條件下,4h可以達(dá)到萃取平衡。100mL樣品足以避免樣品耗損。

pH為6.4時,方法的線性范圍為0.1～250μg/L,檢出限為0.03μg/L,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(5μg/L,n=3)為1.1%。采用本方法測定了污水處理廠排水口的雙酚A的自由溶解態(tài)濃度?，F(xiàn)在是43頁\一共有51頁\編輯于星期一例5.固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)機測定飲用水中的嗅、味化合物近年來飲用水的水質(zhì)問題已成為國內(nèi)外研究的熱點。原水水質(zhì)不斷惡化與不斷提高的出水水質(zhì)之間的矛盾日益突出。我國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中對水的嗅、味做了規(guī)定，但是對產(chǎn)生嗅、味的化合物沒有做出具體說明。雖然某些嗅、味的來源與工業(yè)污水或消毒工藝的副產(chǎn)品有關(guān),但用戶的意見主要是自然發(fā)生的嗅、味,特別是土腥味和霉?fàn)€味。針對產(chǎn)生嗅、味的化合物進(jìn)行分析,確認(rèn)帶有土腥味和霉?fàn)€味的兩種主要化合物是土味素(geosmin)和2-甲基異冰片(MIB)。這些有機物是放線菌和蘭-綠藻的代謝產(chǎn)物,嗅閾濃度很低?，F(xiàn)在是44頁\一共有51頁\編輯于星期一1、儀器與試劑：saturn2200瓦里安GC-MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)機；采用電子流轟擊離子化(EI)和離子阱檢測器(EITM)；PC-420型SPME固相微萃取操作平臺；微型磁轉(zhuǎn)子(美國SUPELCO公司)，SPME裝置的萃取頭為75μmCarboxen萃取頭(PK/3)2、試驗方法：在容積為40mL的萃取瓶中加入10.0gNaCl、一個轉(zhuǎn)子和30mL樣品溶液或待測水樣,立即用帶有硅橡膠墊的瓶蓋封閉。如果水樣的pH值不在5.0～7.0之間，用稀HCl或稀NaOH預(yù)先調(diào)整。將固相微萃取裝置的不銹鋼針管插入瓶中，設(shè)定溫度為60℃,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為1500r/min，,推出萃取頭，調(diào)節(jié)萃取頭的位置,使其接近液面,但不能浸入溶液。30min后收起萃取頭,拔出針管,迅速插入氣相色譜汽化室內(nèi)進(jìn)行熱解析，并進(jìn)行GC-MS分析。現(xiàn)在是45頁\一共有51頁\編輯于星期一3、結(jié)論：本文采用SPME-GC-MS方法對飲用水中的嗅、味化合物進(jìn)行分析，方法簡便,檢出限低，并打出最佳的檢測條件:萃取頭涂層為arboxen；頂空萃取法的萃取量為浸入式的2倍;萃取平衡時間30min；攪拌速度為1500r/min；pH值為5.0～7.0；溫度為60℃?，F(xiàn)在是46頁\一共有51頁\編輯于星期一例6.固相微萃取-氣相色譜/質(zhì)譜(SPME-GC/MS)聯(lián)用分析海水中痕量有機磷農(nóng)藥