一种新型样品前处理技术

一种新型的样品前处理技术一液相微萃取

口蒋鹛忠

（四川宜宾职业技术学院基础部四川・宜宾６４４００３）

摘要：作为一种新型的样品前处理技术，液相微萃取（Ｌｉｑｕｉ山ｐｈ醚ｅＭｉｃｒｏｃｘｔｒａｃｔｉｏｎ。ＬＰＭＥ）具有操作筲单、快速，集采样、萃取、浓缩和进样于一体等诸多优点，目前巴被广泛应用。本文阐述了ＬＰＭＥ的理论基础、操作条件、影响因素、ＬＰｌＶｌＥ的应用领域以及发展前景。

关键词：液相徽萃取分配系数

中图分类号：Ｇ６４２文献标识码：Ａ

１液相徽萃取

液相微萃取（Ｌｉｑｕｉｄ－ｐｈａｓｅＭｉｃｒｏｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ＬＰＭＥ）是加世纪９０年代兴起的一种新型的样品前处理技术．它最早由Ｊｅ．ａｎｎｏｔ和Ｃａｎｔｗｃｌｌ等∞基于液——液萃取的基础上提出。这种技术克服了传统液一液萃取技术的诸多不足，仅使用微升级甚至纳升级的有机溶剂进行萃取，适应了现代分析科学微型化发展的要求，属于绿色分析技术。该技术基本原理是建立在样品与微升级甚至纳升级的萃取溶剂之间的分配平衡基础上的，即采用微滴溶剂置于被搅拌或流动的溶液中，从而实现溶质的微萃取。

与传统的萃取技术相比。ＬＰＭＥ技术具有如下优点：（１）它适应了绿色分析技术发展的需要。经典的液——液萃取技术至少需要消耗ｍＬ级有机溶剂，而液相微萃取技术仅需此级有机溶剂，从而可以把对环境产生污染的有机物质控制在最低限度。（２）微滴溶剂萃取省去经典的液一液萃取法中所需相分离及合并过程，因而操作变得更加简单方便。（３）富集倍数大，萃取效率高。已有文章报道富集倍数达１０００倍，如此高的富集倍数是经典液——液萃取技术所难以达到的。（４）便于实现联用化。高富集倍数的液相微萃取技术便于与具有微量进样方法的特定仪器联用，可使分析方法的灵敏度提高两个数量级以上。（５）此外，样品溶液用量少（１￣ｌＯｍＬ左右）也是液相微萃取的另一特点．至今液相微萃取经过十来年的发展，已经在环境、生物、食品、药物等领域的各个方面有广泛的应用。在ＬＰＭＥ的发展过程中，主要涉及到ＬＰＭＥ萃取方式的研究、联用技术的发展以及理论的进一步完善等几个方面．

１．１液相微萃取的理论基础

液相微萃取是一个基于分析物在样品及小体积的有机溶剂（或受体）之间平衡分配的过程。对于直接液相微萃取体系，当系统达到平衡时．有机溶剂中萃取到的分析物的量由下式计算确定圆：

ｎ＝Ｉ：小ＶｄＣｏｖｌ，（Ｋ＿ｙ．＋Ｖ－）（１）

其中ｎ为有机溶剂萃取到的分析物的量；ＣＤ为分析物的初始浓度：Ｋ幽为分析物在有机液滴与样品之间的分配系数；ｖｄ、ｖ．分别为有机液滴和样品的体积。

对于顶空液相微萃取体系，当体系达到平衡后液滴中分析物的萃取量ｎ可按下式计算吲：

ｎ＝Ｋ曲ＶｄＣＤ、，．，（Ｋ一．Ｖ．＋Ｋ．。ｖ－＋ＶＪ（２）

其中Ｋ－为分析物在顶空与样品之间的分配系数；Ｖｉ为样品的顶空的体积．

从（１），（２）式中可以看出，平衡时有机溶剂（或受体）中所萃取到的分析物的量与样品的初始浓度呈线性关系．１．２ＬＰＭＥ实验条件的优化

影响ＬＰＭＥ萃取的因素有很多，如有机溶剂种类、液滴大小。搅拌速率、萃取时间、萃取温度和离子强度等．现简要概括如下：

１．２．１有机溶剂与液滴大小

选择合适的有机溶剂是提高萃取效率的关键。根据相似相溶原理，溶剂的性质必须与分析物的性质相匹配，才能保证溶剂对分析物有较强的萃取富集能力。另外还需要考虑以下几点：（１）除顶空液相微萃取外，溶剂与样品溶液（一般是水溶液）一定不能混溶；（２）在进行后续仪器的分析时，溶剂必须易于与分析物分离；（３）如果使用多孔性的中空纤维．溶剂必须易于充满纤维壁上的孔穴，且必须在较短的时间内（几秒）固定在纤维上：（４）对于顶空ＬＰＭＥ，有机溶剂还需有较高的沸点和较低的蒸汽压，以减少在萃取过程中的挥发；（５）在同样的萃取效率前提下，尽可能选取毒性小、对环境危害小的溶剂。

液滴大小对分析的灵敏度影响很大。一般来说，液滴体积越大，分析物萃取结果的响应值越大，有利于提高方法的灵敏度。但液滴太大时，对于静态ＬＰＭＥ或连续流动微萃取而言，难以悬挂，而且由于分析物进入液滴是扩散过程，液滴体积越大，萃取速率越小．达到平衡所需的时间也就越长．

１．２．２搅拌速率

为促使样品均一化，尽快达到分配平衡，缩短萃取平衡时间，通常在萃取过程中要对样品进行搅拌。搅拌速率是影响ＬＰＭＥ分析速度的重要因素。在不搅拌和搅拌不足的情况下，分析物在液相扩散速度较慢，而且在水相与有机液滴之间有一扩散层，分析物需通过该扩散层进入有机相。有效的搅拌可加速分析物的扩散速度并减小扩散层的厚度．从而大大缩短了达到平衡的时间，提高萃取效率，但如果搅拌速率过快，有可能破坏萃取液滴的稳定性，增大有机溶剂在样品溶液中的溶解。

１．２．３萃取时同

由于ＬＰＭＥ过程是一个基于分析物在样品与有机溶剂（或受体）之间分配平衡的过程，所以分析物在萃取平衡时的萃取量将达到最大。对于分配系数较小的分析物需要较长的时间才一能达到平衡，此时可以选择较短的非平衡状态下的时间进行萃取．在这种情况下，为保证得到良好的重

一■论丘・２００８年第４期ｌ下ｌ　万方数据

现性数据，操作过程中应必须严格控制萃取时间．另外，萃取时间也会对有机液滴大小产生影响。虽然有机相在水中有较小的溶解度，但随着萃取时问的增加，体积本来就不大的有机液滴就会出现较为明显的损失．为校正这种变化，常在萃取溶剂中加入内标．

１．２．４温度

一般来说。温度对ＬＰ姬萃取过程有双重影响。一方面，温度升高，分子运动加剧，分析物的扩散系数增大。扩散速度随之增大，同时加强了对流过程，有利于缩短平衡时间，对于ＨＳ—ＬＰＭＥ，升温使分析物到顶空的传质加快．另一方面，升温会使分析物的分配系数Ｋ减小，导致其在溶剂中的萃取量减少．所以，萃取量和萃取效率随温度的变化是两种趋势共同作用的结果，实验时应兼顾萃取时间和萃取效果，寻找最佳的工作温度。

１．２．５离子强度和ｐＨ值

在萃取体系中加入一定量的电解质（如ＮａＣＩ，Ｎａ２Ｓ０４等），可以增加基体溶液的离子强度，增大分配系数．减少待测物在基体中的溶解度，进而增加有机溶剂的萃取效率。但在液相微萃取的实验中，发现离子强度的增大会限制一些分析物的萃取，这种现象被推测为盐的存在改变了萃取膜的物理特性，从而改变了分析物在有机液滴中的扩散速率．调整样品溶液ｐＨ值，可以提高酸性或碱性分析物的灵敏度。控制溶液的ｐＨ值能够改变一些酸性或碱性分析物在溶液中的电离平衡，使其更多的向中性分子方向转变，在实际操作中，可供调节的ｐＨ值范围并不宽．采用适当的缓冲剂可增加测量的重现性。

１．３ＬＰＭＥ萃取方式的发展

萃取方式的选择在ＬＰＭＥ中也是非常重要的．ＬＰＭＥ萃取方式的选择主要与待测物的挥发性及基质的性质有关。一般来说，ＬＰＭＥ有五种不同的萃取方式：静态微萃取法（Ｓ－－ＬＰＭＥ）：顶空微萃取法（ＨＳ－－ＬＰＭＥ）；空心纤维膜微萃取法（ＨＦＭＭＥ）：动态微萃取法（Ｄ—ＬＰＭＥ）；连续流动微萃取（ＣＦＭＥ）。对挥发性特别强的样品，如苯系物。可采用项空或静态微萃取。对于半挥发性和不挥发性样品来说，当基质比较干净时可采用静态微萃取，而当基质比较复杂时可采用空心纤维膜微萃取。

１．３．１静态液相微萃取（ＳｔａｔｉｃＬｉｑｕｉ枇加口∞劬嘞ｃｔｉ∞．Ｓ－－ＬＰＭＥ）

对于半挥发性和不挥发性样品来说，典型的ＬＰＭＥ萃取方式就是静态液相微萃取（ｓ——ＬＰＭＥ）（见图Ｉ），即直接利用悬挂在色谱微量进样器针头或Ｔｅｆｌｏｎ棒端的有机溶剂对溶液中的分析物直接进行萃取。这种方法一般比较适合于萃取较为洁净的液体样品或气体样品，否则有严重的基体干扰。

图１ｓ—ＬＰ＾伍萃取装王目

１３２顶空蒗相徽萃取（ＨｃＭｓｐ戤ＬｉｑＩｌｉｄｌ加瞰Ｍｉａ研锄嘲．Ｈｓ．Ｕ悃

有机溶剂微滴悬于待测物样品的上部空间而进行萃取的方法为顶空液相微萃取法（见图２）。这种方法适用于分析物容易进入样品上方空间的挥发性或半挥发性有机化合物．挥发性化合物在液上空间的传质速度非常快，从水中到液上空间再到有机溶剂比从水中直接进入有机溶剂的传质速度快得多，所以对于水中的挥发性有机物，项空液相微萃取法比直接液相微萃取法更快捷．由于直接液相微萃取法在萃取样品时，不可避免的会在有机液滴外围形成一层稳定的扩散层①，这会阻碍分析物向有机溶剂液滴的扩散迁移，而项空萃取法克服了这一局限，由于分析物在气相的扩散系数是其在凝聚相的１０４倍，因此对于扩散系数较大的挥发性物质，项空液相微萃取大大缩短了到达平衡所需的时间，同时还可以消除样品基质的干扰．因此在一般情况下它被优先采用．

图２Ｈｓ—ＬＰＭＥ萃取装置图

１３３空心纤维膜徽萃取（ＨｏｌｌｏｗＦｉｌ圮ｒＭｅｍｂｒａｎｅⅦ四∞柚麓ｃｌｉ∞．瑚ｍｍ吧！

这是一种新型的微膜萃取技术，即将萃取溶剂放入多孔的空心纤维管中，再将其插入溶液中进行萃取（见图３）．空心纤维膜可用于保护和容纳有机溶剂，同时由于纤维上的多孔性，增加了溶剂与样品接触的表面积，从而提高了萃取效率。与气相色谱（ＧＣ）联用时分析物被萃取到空心纤维管中的微量有机溶剂中，然后直接用于分析。当与高效液相色谱（ＨＰＬＣ）、毛细管电泳（ＣＥ）等联用时．较多采用三相萃取体系．即液一液一液微萃取（Ｌｉｑｕｉｄ．１ｉｑｕｉｄ・ｌｉｑｕｉｄＭｉｃｒｏｃｘｒｔａｃｔｉｏｎ，ＬＬＬＭＥ），样品中的分析物首先被萃取到有机溶剂中，接着又被后萃取到空心纤维管中的水相受体．这种方式一般适用于在有机溶剂中富集效率不是很高的分析物，需要通过后萃取来进一步提高富集倍数．

图３ＨＦＭＭＥ萃取装置图

１３．４动态截萃取（ＤｙｎａｍｉｃＬｉｑｕｉｄ－ｐｈａｓｅＨｉｃｒｏｅｘｔｘａｃｔｉｏｎ．Ｄ－－Ｌ刚Ｅ）

Ｈｃ和Ｈ．Ｋ．Ｌｅｅ等固提出了一种动态的微滴萃取（见图４）．即在致秒内将样品溶液吸入含有此级有机溶剂的微量进样器中停置数秒，再将其推出，反复进行，从而实现微滴溶剂的动态萃取，与静态徽萃取相比，动态徽萃取所需时间

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