固相微萃取技术及其在药物分析中的应用

固相微萃取技术及其在药物分析中的应

用

摘要：固相微萃取(SPME)技术作为一种样品前处理方法，能够对样品中的痕

量分析物进行富集，具有操作简单、高通量、有机溶剂用量少、易自动化的特点。该技术集提取、浓缩、进样于一体，大幅提高了萃取效率。

关键词：固相；微萃取技术；药物分析

引言

箭型固相微萃取技术是近几年发展起来的一项新型样品前处理技术，灵敏度高，机械性能好，无需使用有机溶剂，利用该技术对生活饮用水中的异味物质进

行富集，然后通过三重四极杆气质联用系统进行高通量筛查和定量分析。对萃取

过程中的萃取温度、萃取时间、进样口解吸的深度等影响因素进行了优化。

1固相微萃取技术的历史概况和操作原理

1.1历史概况

自从Ｐａｗｌｉｓｚｙｎ在２０世纪９０年代早期介绍ＳＰＭＥ以来，在对

目标分析物进行ＧＣ－ＭＳ分析之前，要对目标分析物进行采样和预浓缩。与其

他传统技术相比，ＳＰＭＥ是一种简单的方法，不需要溶剂解吸阶段或复杂的提

取设备。利用ＳＰＭＥ从火灾残留物中提取挥发性有机助燃剂，以满足快速无溶

剂样品制备的需求，为火场中的燃烧残留物中的挥发性和非挥发性成分提供同时

分离和预浓缩。在传统的纤维涂层ＳＰＭＥ中，ＳＰＭＥ装置是由一根上涂有吸

附剂作为萃取相的细熔融石英纤维制作而成的。在这种技术中，萃取相暴露于燃

烧残留物基质中一段具体给定的时间，达到平衡后，通过将纤维放入气相色谱仪（ＧＣ）的进样口来分析吸附的化合物。

1.2操作原理

ＳＰＭＥ最开始可能源于气相色谱毛细管柱的概念。ＳＰＭＥ仪器是一个非

常简单的装置。它由一个相涂层熔融石英纤维组成，该纤维涂有暴露于样品顶部

空间的聚合物。通过吸收到涂覆在石英纤维上的聚合物中，分析物从顶部空间中

被提取出来，石英纤维放置在类似于注射器针头的针内。几分钟之内，被吸附的

目标分析物可以在气相色谱进样口通过热脱附而脱附，并直接插入进行分析。有

两种典型的ＳＰＭＥ应用，采样气体和采样溶液。在任何一种情况下，将ＳＰＭ

Ｅ针插入合适的位置，保护纤维的针缩回，纤维暴露在环境中。聚合物涂层通过

吸收／吸附过程浓缩分析物。提取基于与色谱相似的原理。取样后，纤维缩回到

金属针中，之后是将提取的分析物质从纤维转移到色谱仪中。气相色谱（ＧＣ或

ＧＣ／ＭＳ）是优先使用的技术之一，也是火灾调查技术中鉴定燃烧残留物成分

最常用的仪器，分析物的热解吸发生在提前加热好的ＧＣ进样器中。将针头插入

注射器后，纤维被推出金属针头。从而进行燃烧残留物的定性分析。

2实验条件的优化

固相微萃取技术中吸附效率的影响因素主要包括萃取头涂层（固定相）、萃

取时间、萃取温度、样品pH值和离子强度等. 本方案中着重考察了萃取时间、

萃取温度、样品pH的影响. 另外在实验过程中发现了萃取头在进样口进入的深

度对解析效率有显著影响，因此也对萃取头在进样口的深度进行了优化.萃取涂

层的选择上考虑到水中的异味物质既有极性化合物，也有弱极性和非极性化合物，分子量比较小，沸点较低，所以一般选用三相复合涂层DVB/CAR/PDMS来满足多

种异味物质的萃取要求.Arrow萃取头的长度为2 cm，直径为1.1 mm和

1.5 mm两种型号，比表面积大，吸附速度快，涂层体积大，灵敏度高. 本实验中，选择了1.1 mm直径的DVB/CAR/PDMS作为萃取涂层，能够得到非常优异的

结果.

2.1萃取温度

萃取温度对固相微萃取有双重作用：温度升高，可以加快目标物的分子扩散

速度，有利于尽快达到平衡，但是温度的升高，又使得涂层对待测物的吸附减弱，降低了灵敏度. 在本实验中，考察了萃取温度对57种分析物的影响，考察的温

度范围从30 ℃到70 ℃.结果表明，对于保留时间在21.0 min之前的化合

物，萃取温度40 ℃能够达到最优的萃取效果. 当萃取温度高于40 ℃后，随

着萃取温度的升高，这些化合物的响应值逐渐降低，这是由于温度的升高减弱了

目标物在涂层上的吸附而导致的结果。

2.2萃取时间

萃取时间即萃取达到平衡所需的时间，由待分析物的分配系数、物质的扩散

速率、样品基质、样品体积、萃取头膜厚等因素决定. 本实验中，考察了萃取

时间对萃取效率的影响，考察的时间范围从10 min到50 min. 结果表明，对

于出峰时间较短的化合物，萃取时间10 min能够达到最优的萃取效果.而对于

出峰时间较长的化合物，随着萃取时间的加长，萃取效率一直是升高的趋势。

2.3盐析效应和pH的影响

两者在实质上是一样的，都是影响了基质的离子强度，从而影响了待分析物

在样品和顶空气相之间的分配系数. 盐析是向待测样品中加入氯化钠或其他盐，使得溶液中的离子强度增加，从而减少了待测物在基质中的溶解，提高了待测物

在顶空气相中的含量，从而提高了萃取效率. 本实验中向待测溶液中加入20%的

氯化钠，增强离子强度，从而提高萃取效率。

3SPME技术在药物分析领域的应用

3.1检测水中的残留药物

水资源是地球上最重要的资源之一。由于世界各地大量使用农药以及不合理

排放污水，目前水质已受到严重污染。因此，检测水中残留的各类药物是非常有

必要的。被作为杀虫剂、除草剂、防腐剂、消毒剂广泛使用，性质较稳定，能够

在环境中相对持久地存在，对人类和野生动物的健康造成不利影响，包括慢性毒性、致癌性、致突变性等。美国国家环境保护局和我国生态环境部均将多种氯酚

类化合物列入优先控制的毒性污染物名单。

3.2检测生物组织中的残留药物