固相微萃取技术

提高SPME萃取效率的方法
1、萃取头
目前主要有的涂渍技术有:直接涂渍;热固化
法;交联固化法;粘胶粘附法;溶胶一凝胶法; 键合法和电化学聚合法等，对无机探头一 般采用吸附和物理沉淀法。
2、萃取时间 平衡时间往往取决于多种因素，如分配系 数、物质的扩散速率、样品基体、样品体 积、萃取膜厚、样品的温度等。通常萃取 时间为5~20min即可。
Microextraction 和HPLC 为关键词在Chemical Abstracts 数据库中搜索
固相微萃取技术背景介绍
1989 年，加拿大Waterloo 大学的Belardi 和 Pawliszyn首先以改性石英纤维对水样中的有机物 进行了萃取，在此基础之上Authur 和Pawliszyn于 1990 年提出了固相微萃取（Solid-phase microextraction，SPME）这一崭新的样品预处理 技术。Supelco 公司1993 年即推出了SPME的商品 化装置，这也是SPME 和GC 联用技术得以迅速发 展的重要原因。在这之后，SPME 又相继实现了 与HPLC，SFC，CE 等高效分离分析技术的联用， 其发展更是迅速。
4、理论模型 SPME理论从最初的直接SPME模型、顶空 SPME模型、逐步发展到非平衡态直接和顶 空模型，非稳态非平衡态顶空模型，以及 吸附型气态萃取理论吸附型液态萃取理论。 随着新涂层的开发，SPME理论将会得到进 一步发展。
5、联用技术 目前已有研究的有与GC(气相)、HPLC(高 效液相)、MS(质谱)、ICP(感应偶合等离子 体)、CE(毛细管电泳)、EC(电化学)。其中 SPME一CE联用有待加强，SPME与光谱 法、电化学法联用技术相对较弱，还有待 发展。若SPME直接与原子吸收、ICP、火 化放电分析仪等联用，可将其应用延伸到 较宽的无机化合物领域。
In-tube SPME 将气体或液体样品通过内壁键合了萃取剂 的石英毛细管，使欲分析组分被萃取剂萃 取，然后用加热或洗脱液洗脱的方法将分 析组分从萃取剂中解析下来进行分析。
SPME联用技术的发展
随着SPME技术的发展，与其联用的方法日
益扩大，目前应用较多的是气相、液相和 毛细管电泳，其中气相较成熟，液相和毛 细管电泳也有新发展，几种方法可以互相 补充。
其他联用技术 除上述联用技术外，还有其它联用，如SPME 与紫外吸收光谱、微波诱导等离子体光谱的联 用装置。
SPME技术的应用Biblioteka Baidu
SPME的应用涉及环境监测、农药分析、食 品检验、医药卫生、生物化学、法医化学 等领域。
SPME今后的发展趋势
1、涂层的选择性 随着分析样品范围的扩大，更需要具有选 择性甚至专一性的固相涂层，使涂层具有 分子识别能力，开发不同性质的涂层可以 大大地拓宽SPME的应用范围，使它在有机、 无机、生命科学等领域大显身手。
膜保护SPME(MembraIle protected SPME，MP-
SPME)萃取模式，该模式采用选择性膜隔开涂层 与样品，样品中的分析物在通过选择性膜后吸附 到涂层上，而大分子量化合物不能通过选择性膜， 消除了基体干扰。膜保护法适用于污染严重的水 样及难挥发性化合物的萃取。 衍生化萃取法(Derivatization一SPME)。对于强极 性化合物通过衍生降低其极性;对于不挥发性化合 物通过衍生提高其挥发性。以此提高涂层/水或涂 层/气相的分配系数，使样品易于分析。
与毛细管电泳联用(SPME一CE) Li等用外面套有一可活动聚四氟乙烯管的前端涂 有聚氯乙烯(PVC)的不锈钢棒作为探头，插入样 品中进行提取，然后在聚四氟乙烯管中用十几微 升盐溶液将吸附物反提出来，进行CE分析。 Nguyen和Luong于1997年首先实现了SPME-CE的 在线联用，他们将一段额外的毛细管与CE的毛细 管相连，固相微萃取探头插入这段毛细管中进行 的解吸，样品随流动相进入CE毛细管柱进行分析。 Wang又在此基础上进行了改进，设计了一个零死 体积进样的接口，实现了SPME-CE零死体积联用。
固相微萃取技术
讲课人：黄莹莹
Introduction Steps in chemical analysis

Cleanup Concentration Compatibility
Sampling Sample preparation Separation Detection Data analysis
参考文献
Y. Q. Feng, M. J. Xie, S. L. Da, Preparation and
characterization of an L-tyrosine-deri vatized β-cyclodextrinbonded silica stationary phase for liquid chromatography, Anal. Chem. Acta, 2000, 403, 187-195 Zeng Z R，Qiu W L,HuangZ,F．Solid·pha∞microextmction using fused-silica fibers coated with sol-gel· deriVed hydrI， xy—crown ether．Anal．Chem．，200l，73：2429-2436． HLord，JPwaliszyn，Eolution of solid-Phase microextraction technology，J ChromatograPhy，2000，885:153一193 A.Malik，D.Wang，CaPillay column and method of making， World Patent 2001 No.2000011463
固相微萃取原理
分析组分在两相间达到萃取平衡时，萃取
相上富集的样品量可用下列公式表示：
对于非萃取平衡时
t不变时常数
从公式（2）可以看出在萃取过程中如果萃
取时间t不变，公式（2）可以写成：
固相微萃取的模式
主要有4种: 直接SPME(DI-SPME)是将萃取头直接插入液体 药品中萃取或暴露于气体样品中萃取； 顶空SPME(Headspace SPME，HS-SPME)是将萃 取头置于液体或固体样品顶空气体中萃取。 DI-SPME适用于气体样品和基体干净的液体样品， HS-SPME适用于基体复杂的液体样品和固体样品。
与气相色谱联用(SPME一GC) 操作最方便，对挥发性和半挥发性有机物进 行分析，时间一般在30min以内，检出限达 到ng/g-pg/g级水平，线性范围宽。
Marina Cmoja等人以SPME一GC一AED(原子发
射光谱)联用对环境样品中的有机锡、有机铅进行 了检测，探头为PDMS，检测限达到0.2ng/L。 Jimenez等以SPME一GC一ECD(电子捕获检测器) 对牛奶中的残留农药进行了检测。 Yang等用SPME检测了马铃薯中的生物碱，以GC 一NPD进行检测，检测限为0.lng/L。 MoensL等人用SPME方法快速检测有机汞、有机 锡、有机铅，并用气相色谱一等离子体质谱(GC 一ICP一MS)进行了检测。
固相微萃取装置
SPME装置外形类似于微量注射器，由手柄
和萃取头两部分组成，手柄用于安装和固 定萃取头。萃取头是一根长约3-4 cm、涂有 厚度为30~1000µ m不同涂层的熔融石英纤维， 石英纤维一端连接不锈钢套管，外套不锈 钢针管以保护萃取头，萃取头在针管内可 伸缩。
SPME操作过程包括两个步骤：
与液相色谱联用(SPME一HPLC) 目前广泛使用的药物、蛋白质、氨基酸等多 为半挥发性或不挥发性化合物，不能与GC 联用检测，于是SPME一HPLC的联用就诞 生了。
首先是Chen等提出了T型三通接口，并用
SPME~HPLC联用分析PAHs，证明了使用溶剂梯 度洗脱可以提高分离效果。 后来Boyd一Boland改进了以上装置，并提出了分 析乙基非离子表面活性剂的方法。 Eisert和Pawhszyn提出了一种自动进样的SPMEHPLC装置--管内SPME-HPLC。用一段普通的毛 细管柱来提取苯脉杀虫剂样品，当处于进样位置 时，用注射器将样品抽到毛细管柱中，进行吸附， 再切换到装样位置，吸入溶剂，将被吸附的组分 转移到样品管中，最后切换到进样位置，管内样 品随流动相进入柱子进行分析。
2、涂层的稳定性 现在应用的涂层耐温程度一般不超过280℃， 这就限制了SPME与GC的联用，对生物大 分子、高沸点化合物也无能为力，需要开 发耐温程度高的固相涂层。同时，对涂层 的耐溶剂腐蚀和使用寿命作更高的要求。
3、涂层的涂渍方式 可以开发不同的涂渍方式，如用溶胶凝一胶 法，电化学法等新的涂渍方法。并且SPME 与不同检测手段联用，涂层的涂渍方式也 可以改进，对GC可以用外涂法，对CE、 HPLC也可以采用内涂法。
与电化学联用(SPME一EC) 由于电化学具有对各种离子检测的优势， 并且能够通过电位控制吸附和解吸的过程， 所以实现SPME与电化学联用，就可以通过 外加电势方便地控制探头涂层的电性及电 量，进行选择性的吸附，这样可以萃取在 传统SPME中一般需要衍生的离子。
FengGuo等用SPME-EC测定痕量汞，选用金做SPME探
Sorbent phase microextraction Liquid phase microextraction
Reduced solvent consumption
Easy automation Fast analysis
Cost effectiveness
样品预处理技术的一重要发展方向是微型化。这 一要求既来自于降低分析过程中有机溶剂消耗量 从而发展环境友好的样品处理方法，也来自于单 次分析中可使用的样品体积趋于减少，尤其是生 物来源的样品，其每次允许采样量常常在毫升级 或更少。传统的样品预处理方法往往无法完成这 类分析任务，因此微型化的样品预处理方法包括 固相和液相的微萃取技术相继出现，其发展速度 也越来越快。
5、搅拌 搅拌的目的在于加快样品在基体中的传质 速率。在不搅拌和搅拌不足的情况下，分 析物在液相中扩散较慢，更主要的是涂层 表面附有一层静止水膜，难以破坏，通过 搅拌，加快了分析物从液相向气相扩散的 速度，平衡可快速达到。
固相微萃取的类型
又称毛细管固 相微萃取
管外固相微萃取和管内固相微萃取（in-
头，汞从水溶液中被电化学吸附，离子捕获-GC-MS检测， 可实现无机汞和有机汞的分离。 Thompson等用聚三甲基唾吩为涂层的铂电极SPME探头 并实现了SPME一EC联用，以ICP一MS为检测器无需衍 生测定水溶液中的AsO43-。 GustavL等自制了一个套叠的三电极系统的固相微萃取探 头，以PPy/ClO4-及PPy/TSO-为涂层，分别萃取氯化物、 硝酸盐、亚硝酸盐、溴化物、硫酸盐、磷酸盐,再转移至 190uL的溶液中，电位反向扫描解吸下来送入ICP中分析。 实验证明SPME和EC联用后可获得很高的富集率。
tube SPME） 金属丝管内固相微萃取（wire-in-tube SPME） 纤维管内固相微萃取（fiber-in-tube SPME）
管外固相微萃取 外表有涂层的萃取纤维头，其SPME-HPLC 联用接口包括一个六通进样阀和一个解析 池，样品萃取后就，萃取头浸入解析池中 适当溶剂解析后将阀切换至进样位置用 HPLC检测。
Sample prep takes ~80% total analysis time. It is also where most errors were made!
Solid phase extraction (SPE)
Liquid-liquid extraction (LLE)
Miniaturization
3、萃取温度 萃取温度对萃取效率的影响是两方面的，温 度的升高无疑使分析物扩散系增大，分析 物可以更快地进入涂层或脱离样品基底进 入液上空间，从而使达萃取平衡的时间缩 短。但分析物在涂层中的分配系数会随着 温度的升高而减小，因此应综合考虑这两 方面的因素来选择萃取温度。
4、无机盐及pH 无机盐的加入可以提高极性化合物在非极性 涂层上的萃取效率，而pH值的改变则可以 调整分析物的分子存在状态使之与涂层的 作用力增强，从而更易于被涂层萃取。
第一步，将纤维头从不锈钢针管中伸出并
与样品溶液或顶空气体接触，分析物被吸 附或吸收到涂层中直至平衡； 第二步，将吸附或吸收了分析物质的萃取 头插入GC进样口或SPME．HPLC联用接口， 分析物质在GC进样口中热解吸，或在 SPME-HPLC联用接口中溶剂解吸，然后再 进入GC或HPLC色谱柱分离并检测。