固相微萃取及其在生物样品分析中的应用
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生物样品检测中，生物材料（ 主要为血、尿） 组成复 杂或基体的干扰较大，分析的难点主要在样品的前处 理。样品的前处理是一项复杂、烦琐的操作过程，现有 的生物样品前处理方法常采用溶剂萃取，液固萃取和回 流提取等方法，有时还要通过净化、浓缩等多项步骤才 能完成，前处理花费的时间占整个分析过程的 4 /5，费时 费力，且提取效率也往往较低，提取过程需要接触较多 的有毒试剂。由于 SPME 集取样、萃取、富集和进样于 一体，利用 SPME 技术可以将样品的前处理过程和仪器 分析过程合二为一，样品萃取、富集、解吸和测定一步完 成，从而大大提高了分析速度和方法的灵敏度。 1 固相微萃取 1． 1 固相微萃取过程
目前使用的涂层主要有以下几种类型： 1． 2． 1 聚二甲基硅氧烷（ polydimethylsiloxane，PDMS） 和聚丙烯酸酯（ polyacrylate，PA） 涂层。PaWliszyn 研究 小组 最 早 开 发 的 是 带 有 PDMS 和 PA 涂 层 的 萃 取 头［3］。这两种涂层呈化学惰性，可由光纤维制备方法 大量制备，是目前商品化应用最广泛的两种 SPME 萃 取材料。它们均为均相聚合物涂层，一般通过吸收来 萃取分析物。Poerschmann 等用 PDMS 萃取头，对烷烃 类，多 氯 联 苯 类 （ polychlorinatedbiphenyls，PCBs） 和 环 境污染物多环芳烃（ PAHs） 等疏水性化合物进行了动 态萃取研究，克服了静态萃取过程中分析物损失的问 题，并对整个萃取过程作了动态分析［4］。由于有机磷 酯类化合物作为阻燃剂和增塑剂在室内家具中大量使 用，它们挥发于室内空气中会对人身体健康造成危害。 Isetun 等用 PDMS 涂层萃取头对空气中的气态有机磷 三酯进行顶空固相微萃取并定量分析。该方法操作简 单，重复性好，且灵敏度高［5］。PDMS 也可用于芳香族 化合物的萃取［6］。PA 涂层也可用于对尿液中的 B 一 受体阻 断 剂、［7］ PAHs、［8］ 环 境 水 体 中 的 有 机 磷 杀 虫 剂、［9］纯麦威士忌酒中的挥发性物质［10］等物质检测前 的预处理和富集。 1． 2． 2 其他商品化涂层。目前的商品化涂层主要由 Supelco 公司研制并生产，其萃取头为熔融石英纤维， 涂层一般可以分为非极性、中等极性和极性三种涂层。 这几种 涂 层 主 要 包 括 PDMS / 乙 烯 基 苯 （ divinyl benzene，DVB） 、聚乙二醇（ carbowax CAR） / PDMS、碳分子 筛（ carbon molecular sieve，CW） / DVB、CW / 模 板 树 脂
SPME 是根据“相似相溶”原理，通过选用具有不 同涂层材料的纤维萃取头，使分析物在涂层和样品中 达到分配平衡来实现采样、萃取和浓缩的目的。SPME 方法包括吸附和解吸两步： 吸附过程主要是物理吸附 过程，待测物可在样品及纤维萃取头外涂渍的固定相 中快速达到平衡分配，涂层上吸附的待测物的量与样 品中待测物浓度成正比。解吸过程则随 SPME 后续分 离检测手段的不同而不同，对于 GC，萃取纤维头插入 进样口后进行热解吸，而对于 HPLC，则是通过溶剂进 行洗脱。萃取过程中，将萃取器针头插入样品瓶内，压 下活塞，使具有吸附涂层的萃取纤维暴露在样品中进 行萃取，经过一段时间后，拉起活塞，使萃取纤维缩回 到起保护作用的不锈钢针头中，然后拔出针头完成萃 取过程。在 GC 分析中采用热解吸法来解吸萃取物 质，将己完成萃取过程的萃取器针头插入 GC 进样装 置的气化室内，压下活塞，使萃取纤维暴露在高温载气 中，并使萃取物不断地被解吸下来，进入后序的 GC 分 析柱。在 HPLC 中，采用溶剂洗脱的方法将分析物带 入流动相。根据萃取过程中纤维头和被萃取液体的相 对位置，SPME 技术主要分为以下几种萃取模式：
中图分类号： O658
文献标识码： A
文章编号： 1674-344X（ 2012） 02-0015-04
作者简介： 胡庆兰（ 1965-） ，女 ，湖北松滋人，高级工程师，研究方向为分析化学。
固相微萃取（ solid phase microextraction，SPME） 是 20 世纪 90 年代兴起的样品前处理与富集技术，它最 先由加拿大 Waterloo 大学的 Pawliszyn 教授的研究小 组于 1989 年首次进行开发研究，属于非溶剂型选择性 萃取 法［1］。 美 国 的 Supelco 公 司 在 1993 年 已 实 现 SPME 商品化。SPME 与 GC、HPLC 等仪器联用，可以 快速有效地分析样品中痕量有机物。克服了传统的 液-液萃取、索氏提取等大量使用有机溶剂及样品处理 时间长、难用于挥发性有机物的分析等特点。
（ 1） 直接法（ Di-SPME） 。将纤维头直接插入到样 品中，当待测物与固定相充分接触至平衡时，将 SPME 装置取出，进 行 分 析。该 法 适 用 于 难 挥 发 性 物 质 的 分析。
（ 2） 顶空法（ HS—SPME） 。此法中不将纤维头与 样品进行直接接触，而是将纤维头停留在样品的顶空， 将气相中的待测物进行吸附、富集，然后进行分析。这 种萃取方式使萃取头免受基质中不挥发的、大分子量 物质的 不 利 影 响，适 用 于 挥 发 性、半 挥 发 性 物 质 的
2012 年 2 月 第 29 卷第 2 期
湖北第二师范学院学报 Journal of Hubei University of Education
Feb． 2012 Vol． 29 No. 2
固相微萃取及其在生物样品分析中的应用
胡庆兰，郑 平，华Leabharlann Baidu丽
（ 湖北第二师范学院 化学与生命科学学院，武汉 430205）
摘 要： 固相微萃取技术是近年来发展起来的一种样品分析预处理的新方法； 与传统的溶剂萃取技术相比，它具有快速、
高效、简便、无需溶剂、易于自动化操作等优点，目前已被广泛应用于生物样品和环境样品等领域的检测分析。本文重点
介绍了固相微萃取及其在生物样品分析中的应用。
关键词： 固相微萃取； 生物样品； 应用
收稿日期： 2011-11-03
·15·
分析。 1． 2 固相微萃取纤维头涂层
SPME 的选择性可以从其过程来考虑。第一步是 样品从基体中萃取到固定相（ 涂层） 上。其中分析物固定相和分析物-溶剂的相互作用应适合选择性的要 求； 第二步是样品从固定相上解吸到仪器中，其中可通 过选择解吸条件来增加选择性。此时必须考虑到涂层 本身的性质（ 如耐热温度） 及涂层与分析物的相互作 用。萃取头的涂层在很大程度上决定了 SPME 的选择 性和萃取效率。因此，涂层的选择是整个分析过程中 至关重要的一步。在 SPME 应用中，没有一种单一的 涂层可以萃取所有的物质，涂层的性质必须与分析物 的性质相匹配。极性较强的涂层将萃取极性较强的化 合物，而非极性涂层则萃取非极性化合物［2］。选用的 固定相涂层首先要对目标分子有较强的萃取富集能 力，即要有较大的分配系数； 其次还需要有合适的分子 结构，保证分析物在其中有较快的扩散速度，能在较短 时间内达到分配平衡，并在热解析或洗脱时能迅速脱 离固定相涂层，而不会造成峰的扩宽。若是与 GC 联 用，分析物是在高温下被解吸，所选涂层还必须有良好 的热稳定性。
目前国内外所用的 SPME 装置大多为美国 Supelco 公司的专利产品，也有自行研发的简易装置，效果也较 为理想。SPME 装置形状类似于一支改装的微量进样 器，由萃取头和手柄两部分构成传统的萃取头有两种 类型： 一种是由一根熔融的石英细丝表面涂渍某种色 谱固定相或吸附剂做成的； 另一种萃取头是内部涂有 固定相的细管或毛细管，称为管内 SPME。萃取头长 约 lcm，接不锈钢丝，收纳于萃取头鞘以防止损坏。手 柄用于固定纤维头，可连接不同的萃取头。
目前使用的涂层主要有以下几种类型： 1． 2． 1 聚二甲基硅氧烷（ polydimethylsiloxane，PDMS） 和聚丙烯酸酯（ polyacrylate，PA） 涂层。PaWliszyn 研究 小组 最 早 开 发 的 是 带 有 PDMS 和 PA 涂 层 的 萃 取 头［3］。这两种涂层呈化学惰性，可由光纤维制备方法 大量制备，是目前商品化应用最广泛的两种 SPME 萃 取材料。它们均为均相聚合物涂层，一般通过吸收来 萃取分析物。Poerschmann 等用 PDMS 萃取头，对烷烃 类，多 氯 联 苯 类 （ polychlorinatedbiphenyls，PCBs） 和 环 境污染物多环芳烃（ PAHs） 等疏水性化合物进行了动 态萃取研究，克服了静态萃取过程中分析物损失的问 题，并对整个萃取过程作了动态分析［4］。由于有机磷 酯类化合物作为阻燃剂和增塑剂在室内家具中大量使 用，它们挥发于室内空气中会对人身体健康造成危害。 Isetun 等用 PDMS 涂层萃取头对空气中的气态有机磷 三酯进行顶空固相微萃取并定量分析。该方法操作简 单，重复性好，且灵敏度高［5］。PDMS 也可用于芳香族 化合物的萃取［6］。PA 涂层也可用于对尿液中的 B 一 受体阻 断 剂、［7］ PAHs、［8］ 环 境 水 体 中 的 有 机 磷 杀 虫 剂、［9］纯麦威士忌酒中的挥发性物质［10］等物质检测前 的预处理和富集。 1． 2． 2 其他商品化涂层。目前的商品化涂层主要由 Supelco 公司研制并生产，其萃取头为熔融石英纤维， 涂层一般可以分为非极性、中等极性和极性三种涂层。 这几种 涂 层 主 要 包 括 PDMS / 乙 烯 基 苯 （ divinyl benzene，DVB） 、聚乙二醇（ carbowax CAR） / PDMS、碳分子 筛（ carbon molecular sieve，CW） / DVB、CW / 模 板 树 脂
SPME 是根据“相似相溶”原理，通过选用具有不 同涂层材料的纤维萃取头，使分析物在涂层和样品中 达到分配平衡来实现采样、萃取和浓缩的目的。SPME 方法包括吸附和解吸两步： 吸附过程主要是物理吸附 过程，待测物可在样品及纤维萃取头外涂渍的固定相 中快速达到平衡分配，涂层上吸附的待测物的量与样 品中待测物浓度成正比。解吸过程则随 SPME 后续分 离检测手段的不同而不同，对于 GC，萃取纤维头插入 进样口后进行热解吸，而对于 HPLC，则是通过溶剂进 行洗脱。萃取过程中，将萃取器针头插入样品瓶内，压 下活塞，使具有吸附涂层的萃取纤维暴露在样品中进 行萃取，经过一段时间后，拉起活塞，使萃取纤维缩回 到起保护作用的不锈钢针头中，然后拔出针头完成萃 取过程。在 GC 分析中采用热解吸法来解吸萃取物 质，将己完成萃取过程的萃取器针头插入 GC 进样装 置的气化室内，压下活塞，使萃取纤维暴露在高温载气 中，并使萃取物不断地被解吸下来，进入后序的 GC 分 析柱。在 HPLC 中，采用溶剂洗脱的方法将分析物带 入流动相。根据萃取过程中纤维头和被萃取液体的相 对位置，SPME 技术主要分为以下几种萃取模式：
中图分类号： O658
文献标识码： A
文章编号： 1674-344X（ 2012） 02-0015-04
作者简介： 胡庆兰（ 1965-） ，女 ，湖北松滋人，高级工程师，研究方向为分析化学。
固相微萃取（ solid phase microextraction，SPME） 是 20 世纪 90 年代兴起的样品前处理与富集技术，它最 先由加拿大 Waterloo 大学的 Pawliszyn 教授的研究小 组于 1989 年首次进行开发研究，属于非溶剂型选择性 萃取 法［1］。 美 国 的 Supelco 公 司 在 1993 年 已 实 现 SPME 商品化。SPME 与 GC、HPLC 等仪器联用，可以 快速有效地分析样品中痕量有机物。克服了传统的 液-液萃取、索氏提取等大量使用有机溶剂及样品处理 时间长、难用于挥发性有机物的分析等特点。
（ 1） 直接法（ Di-SPME） 。将纤维头直接插入到样 品中，当待测物与固定相充分接触至平衡时，将 SPME 装置取出，进 行 分 析。该 法 适 用 于 难 挥 发 性 物 质 的 分析。
（ 2） 顶空法（ HS—SPME） 。此法中不将纤维头与 样品进行直接接触，而是将纤维头停留在样品的顶空， 将气相中的待测物进行吸附、富集，然后进行分析。这 种萃取方式使萃取头免受基质中不挥发的、大分子量 物质的 不 利 影 响，适 用 于 挥 发 性、半 挥 发 性 物 质 的
2012 年 2 月 第 29 卷第 2 期
湖北第二师范学院学报 Journal of Hubei University of Education
Feb． 2012 Vol． 29 No. 2
固相微萃取及其在生物样品分析中的应用
胡庆兰，郑 平，华Leabharlann Baidu丽
（ 湖北第二师范学院 化学与生命科学学院，武汉 430205）
摘 要： 固相微萃取技术是近年来发展起来的一种样品分析预处理的新方法； 与传统的溶剂萃取技术相比，它具有快速、
高效、简便、无需溶剂、易于自动化操作等优点，目前已被广泛应用于生物样品和环境样品等领域的检测分析。本文重点
介绍了固相微萃取及其在生物样品分析中的应用。
关键词： 固相微萃取； 生物样品； 应用
收稿日期： 2011-11-03
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分析。 1． 2 固相微萃取纤维头涂层
SPME 的选择性可以从其过程来考虑。第一步是 样品从基体中萃取到固定相（ 涂层） 上。其中分析物固定相和分析物-溶剂的相互作用应适合选择性的要 求； 第二步是样品从固定相上解吸到仪器中，其中可通 过选择解吸条件来增加选择性。此时必须考虑到涂层 本身的性质（ 如耐热温度） 及涂层与分析物的相互作 用。萃取头的涂层在很大程度上决定了 SPME 的选择 性和萃取效率。因此，涂层的选择是整个分析过程中 至关重要的一步。在 SPME 应用中，没有一种单一的 涂层可以萃取所有的物质，涂层的性质必须与分析物 的性质相匹配。极性较强的涂层将萃取极性较强的化 合物，而非极性涂层则萃取非极性化合物［2］。选用的 固定相涂层首先要对目标分子有较强的萃取富集能 力，即要有较大的分配系数； 其次还需要有合适的分子 结构，保证分析物在其中有较快的扩散速度，能在较短 时间内达到分配平衡，并在热解析或洗脱时能迅速脱 离固定相涂层，而不会造成峰的扩宽。若是与 GC 联 用，分析物是在高温下被解吸，所选涂层还必须有良好 的热稳定性。
目前国内外所用的 SPME 装置大多为美国 Supelco 公司的专利产品，也有自行研发的简易装置，效果也较 为理想。SPME 装置形状类似于一支改装的微量进样 器，由萃取头和手柄两部分构成传统的萃取头有两种 类型： 一种是由一根熔融的石英细丝表面涂渍某种色 谱固定相或吸附剂做成的； 另一种萃取头是内部涂有 固定相的细管或毛细管，称为管内 SPME。萃取头长 约 lcm，接不锈钢丝，收纳于萃取头鞘以防止损坏。手 柄用于固定纤维头，可连接不同的萃取头。