固相微萃取
固相微萃取技术
作为样品预处理过程，SPME是靠纤维对分析物的吸 附、吸收和解吸来完成的，所以萃取头是SPME装置 的核心，他决定了整个方法的灵敏性、结果可信度和 分析范围。 国内外学者的研究成果主要体现在： ➢ 1、纤维 ➢ 2、涂层 ➢ 3、涂层技术
• 纤维固相微萃取应用后的后续分析仪器
态分析中的应用 ➢ 固相微萃取技术在其他方面的应用
固相微萃取技术的特点与不足
• 特点
• 不足
工艺举例
结语
谢谢！
➢ 1、纤维SPME-GC ➢ 2、纤维SPME-HPLC ➢ 3、SPME-光谱 ➢ 4、SPME-CE
纤维固体微萃取的应用
➢ 固相微萃取技术在环境分析领域中的应用 ➢ 固相微萃取技术在食品检测领域中的应用 ➢ 固相微萃取技术在医药卫生领域中的应用 ➢ 固相微萃取技术在化工领域中的应用 ➢ 固相微萃取技术在金属及准金属化合物形
目录
固相微萃取技术概况 纤维固相微萃取理论 纤维固相微萃取技术的发展现状 纤维固相微萃取的应用 固相微萃取技术的特点与不足 工艺举例 结语
固相微萃取技术概况
• 发展概况
• 装置
• 操作过程
纤维固相微萃取理论
• 基本原理
• 影响维固体微萃取技术的发展现状
固相微萃取
利用特殊的固相对分析组分的吸 附作用,将组分从试样基质中萃 取出来,并逐渐富集,完成试样前 处理过程。
当萃取体系处于动态平衡状态时，待测物的富集量： n = kvfvsc0/(kvf+vs)
由于芯片上固定液的总体积(Vf)仅几十微升，远远地小 于水相的体积(Vs)，而多数有机待测物的k值并不大，容 易满足Vf <<Vs的条件，因此简化为
（2）石英纤维表面固相涂层的性质
固相涂层的性质对分析灵敏度影响很大。根 据相似相熔原理， ❖ 非极性固相涂层（如聚二甲基硅氧烷）有利于 对非极性或极性小的有机物的分离； ❖ 极性固相涂层（如聚丙烯酸酯）对极性有机度的重要因素。 ① 在理想搅拌状态下，平衡时间主要由分析物在固
② 但是升温会使被分离物质的分配系数减小，在 固相的吸附量减小。因此在使用此方法时应该寻 找最佳的工作温度。
盐的作用和溶液酸度的影响
① 由于被分离物质在固相和液相之间的分配 系数受基体性质的影响，当基体变化时分配系 数也会改变。 ② 在水溶液中加入NaCl，Na2SO4等可增强水 溶液的离子强度，减少被分离有机物的溶解度， 使分配系数增大提高分析灵敏度。 ③ 控制溶液的酸度也可改变被分离物在水中的 溶解度。
固相微萃取技术
固相微萃取(Solid-phase microextraction，SPME)是两种从 各类复杂样品中提取净化微量待测组分的新技术，它们具有 分离速度快、操作简单、萃取效率高、无乳化等特点，在环 境分析、药物分析、形态分析等方面有广泛应用，尤其适用 色谱分析样品前处理。
1990年由加拿大 Waterloo大学的Arhturhe和 Pawliszyn首创
膜保护萃取
❖ 膜保护SPME的主要目的是为了在分析很脏的样品时 保护萃取固定相避免受到损伤。
色谱科supelco 固相微萃取
色谱科Supelco固相微萃取一、概述色谱科（Supelco）是美国Sigma-Aldrich公司旗下的一个部门，主要致力于提供高质量的色谱产品和技术解决方案。
在色谱科的产品线中，固相微萃取（Solid Phase Microextraction, SPME）是一项重要的技术。
本文将对色谱科Supelco固相微萃取技术进行介绍，以及其在实际应用中的优势和发展前景。
二、固相微萃取概述1. 定义：固相微萃取是一种基于吸附分离原理的前处理技术，利用固相微萃取针（SPME fiber）将目标物质浓缩在针端上，达到富集和分离的作用。
2. 原理：SPME技术主要依赖于固相萃取材料对目标化合物的亲和力，通过吸附和解吸过程实现分析物质的富集和提取。
3. 类型：根据不同的固相材料和萃取方式，固相微萃取可分为直接固相微萃取、头空间固相微萃取、固相柱微萃取等不同类型。
三、色谱科Supelco固相微萃取技术1. 产品线：色谱科Supelco在固相微萃取领域拥有多种产品，包括SPME fiber、SPME针、SPME萃取仪等，涵盖了不同应用需求。
2. 技术优势：a. 高选择性：SPME fiber材料具有不同的亲和性，可选择性地提取目标化合物，减少干扰物质的干扰。
b. 高灵敏度：SPME技术能够将目标物质集中在针端，使样品预处理更为简化，提高了后续分析的灵敏度。
c. 环保节能：SPME技术可以在无需有机溶剂的情况下完成萃取和浓缩，符合绿色分析化学的发展理念。
3. 应用领域：色谱科Supelco固相微萃取技术在环境监测、食品安全、生物医学、药物分析等领域得到了广泛的应用，并取得了显著的效果。
四、色谱科Supelco固相微萃取技术的发展前景1. 技术改进：随着色谱科Supelco在固相微萃取领域的持续投入，技术不断改进，产品性能和稳定性得到了提升。
2. 专业定制：色谱科Supelco可以根据客户的具体需求，提供个性化的固相微萃取解决方案，满足复杂样品分析的要求。
固相微萃取
四、SPME萃取步骤方法
固相微萃取主要有 4种基本萃取方式：直接萃取(direct immersion, DI)、顶空萃取 (headspace, HS)、膜保护萃取和衍生化法。
直接萃取法：是将涂有萃取固定相的石英纤维直接插入到样品基质中， 目标组分 直接从样品基质中转移到萃取固定相中; 方法适用于气体样品或洁净水样品中有 机化合物的测定。
顶空萃取法： 其模式分为两步: 一是被分析组分从液相中先扩散穿透到气相中， 二是被分析组分从气相转移到萃取固定相中。方法可避免萃取固定相受到某些样 品基质中高分子物质和不挥发性物质的污染; 方法适应脏水、 油脂、 血液、 污泥、 土壤的前处理。
膜保护萃取 ：是通过一个选择性的高分子材料膜将试样与萃取头分离从而实现萃 取; 在分析很脏的样品时可使萃取固定相不受到污染; 方法对难挥发性物质组分的 萃取富集更为有利。 衍生化法 ：根据 SPME 特点和衍生化反应发生的位置，衍生化萃取法分为在样 品基质中直接进行衍生化、 在萃取涂层纤维上进行衍生化( 即萃取的同时衍生化 或先萃取再进行衍生化) 、 在 GC 进样室中进行衍生化等 3 种方式。衍生化与 SPME 的结合为极性、 难挥发性有机物的分析提供了可能性。
二、SPME的萃取原理
固相微萃取主要针对有机物进行分析， 根据有机 物与溶剂之间“相似者相溶” 的原则， 利用石英纤维表 面的色谱固定相对分析组分的吸附作用， 将组分从试 样基质中萃取出来， 并逐渐富集， 完成试样前处理过 程。在进样过程中， 利用气相色谱进样室的高温将吸 附的组分从固定相中解吸下来由色谱仪进行分析。
五、固相微萃取的影响因素
表 1 典型的固相微萃取萃取头涂层及其应用
1. SPME 萃取涂层的选择原则 涂层的种类是影响分析灵敏度和选 择性的最重要因素。涂层的选择遵 循“相似者相溶” 这一规则， 表 1 列出了典型的 SPME 萃取头涂层及 其应用 。
固相萃取和固相微萃取
固相萃取和固相微萃取一、概述固相萃取（SPE）和固相微萃取（SPME）是两种常见的样品前处理技术，它们可以用于分离和富集目标化合物。
SPE通常用于大样品量的分析，而SPME则适用于小样品量的分析。
二、固相萃取1. 原理固相萃取是一种样品前处理技术，通过将目标化合物从复杂的混合物中吸附到特定的固相材料上，然后再用洗脱剂将其洗脱出来。
这种技术可以有效地去除其他干扰物质，并提高目标化合物的浓度。
2. 步骤（1）选择适当的固相材料；（2）将样品加入到固相柱中；（3）用洗脱剂洗脱目标化合物；（4）将洗脱液收集并进行进一步分析。
3. 固相材料常见的固相材料包括C18、C8、Silica gel等。
不同的固相材料具有不同的亲水性和疏水性，因此可以选择适当的材料来富集不同类型的化合物。
4. 应用领域SPE广泛应用于环境、食品、药物等领域的样品前处理中。
例如，可以用SPE技术来富集水中的有机污染物、食品中的农药残留等。
三、固相微萃取1. 原理固相微萃取是一种无机溶剂的萃取技术，通过将特定的固相材料包裹在针头上，然后将其插入样品中进行吸附和富集目标化合物。
这种技术可以有效地去除其他干扰物质，并提高目标化合物的浓度。
2. 步骤（1）选择适当的固相材料；（2）将固相材料包裹在针头上；（3）将针头插入样品中进行吸附和富集目标化合物；（4）用洗脱剂洗脱目标化合物；（5）将洗脱液收集并进行进一步分析。
3. 固相材料常见的固相材料包括PDMS、CAR等。
不同的固相材料具有不同的亲水性和疏水性，因此可以选择适当的材料来富集不同类型的化合物。
4. 应用领域SPME广泛应用于环境、食品、药物等领域的样品前处理中。
例如，可以用SPME技术来富集水中的有机污染物、食品中的农药残留等。
四、比较1. 样品量SPE适用于大样品量的分析，而SPME则适用于小样品量的分析。
2. 富集效率SPE和SPME都可以有效地去除其他干扰物质，并提高目标化合物的浓度。
固相微萃取
固相微萃取固相微萃取（Solid－Phase Microextraction，SPME）是在固相萃取基础上发展起来的，保留了其所有的优点，摒弃了其需要柱填充物和使用溶剂进行解吸的弊病，它只要一支类似进样器的固相微萃取装置即可完成全部前处理和进样工作。
该装置针头内有一伸缩杆，上连有一根熔融石英纤维，其表面涂有色谱固定相，一般情况下熔融石英纤维隐藏于针头内，需要时可推动进样器推杆使石英纤维从针头内伸出。
分析时先将试样放入带隔膜塞的固相微萃取专用容器中，如需要同时加入无机盐、衍生剂或对pH值进行调节，还可加热或磁力转子搅拌。
固相微萃取分为两步，第一步是萃取，将针头插入试样容器中，推出石英纤维对试样中的分析组分进行萃取；第二步是在进样过程中将针头插入色谱进样器，推出石英纤维中完成解吸、色谱分析等步骤。
固相微萃取的萃取方式有两种：一种是石英纤维直接插入试样中进行萃取，适用于气体与液体中的分析组分；另一种是顶空萃取，适用于所有基质的试样中挥发性、半挥发性分析组分。
1．原理固相微萃取主要针对有机物进行分析，根据有机物与溶剂之间“相似者相溶”的原则，利用石英纤维表面的色谱固定相对分析组分的吸附作用，将组分从试样基质中萃取出来，并逐渐富集，完成试样前处理过程。
在进样过程中，利用气相色谱进样器的高温，液相色谱、毛细管电泳的流动相将吸附的组分从固定相中解吸下来，由色谱仪进行分析。
2．固相微萃取技术条件的选择2.1.萃取效果影响因素的选择2.1.1.纤维表面固定相选用何种固定相应当综合考虑分析组分在各相中的分配系数、极性与沸点，根据“相似者相溶”的原则，选取最适合分析组分的固定相。
还需考虑石英纤维表面固定相的体积，即石英纤维长度和涂层膜厚，如非特殊定做，一般石英纤维长度为1 cm，膜的厚度通常在10～100 mm之间，小分子或挥发性物质常用厚膜，大分子或半挥发性物质常用薄膜，综合考虑试样的挥发性还可选择中等厚度。
具体选择可以查阅有关文献并需要结合试样情况进行摸索。
固相萃取分类
固相萃取分类固相萃取（Solid-phase extraction，简称SPE）是一种常用的样品前处理方法，广泛应用于化学分析、环境监测、食品安全等领域。
它通过将待分析样品中的目标化合物吸附到固定相上，再用洗脱剂将目标化合物从固相上洗脱下来，从而实现对目标化合物的分离和富集。
固相萃取的分类主要包括以下几种：1. 正相固相萃取（Normal phase solid-phase extraction）：正相固相萃取是指固定相表面具有极性官能团，适用于极性化合物的富集。
常用的固定相材料包括硅胶、氨基硅胶等。
正相固相萃取的原理是通过样品溶剂与固定相之间的亲和作用，使样品中的目标化合物在固定相上发生吸附。
随后，使用洗脱剂将目标化合物从固定相上洗脱下来。
2. 反相固相萃取（Reverse phase solid-phase extraction）：反相固相萃取是指固定相表面具有疏水性官能团，适用于非极性或疏水性化合物的富集。
常用的固定相材料包括C18、C8等疏水性材料。
反相固相萃取的原理是通过样品溶剂与固定相之间的疏水作用，使样品中的目标化合物在固定相上发生吸附。
随后，使用洗脱剂将目标化合物从固定相上洗脱下来。
3. 混合模式固相萃取（Mixed-mode solid-phase extraction）：混合模式固相萃取是指固定相表面同时具有正相和反相性质的官能团，适用于同时富集极性和非极性化合物的样品。
通过在固定相上引入具有不同官能团的化合物，可以实现对不同性质的化合物的选择性富集。
4. 选择性固相萃取（Selective solid-phase extraction）：选择性固相萃取是指通过选择特定的固定相材料或添加适当的修饰剂，实现对特定化合物的选择性富集。
常用的选择性固相萃取方法包括分子印迹固相萃取、固相微萃取等。
分子印迹固相萃取通过在固相上引入与目标化合物具有亲和性的模板分子，实现对目标化合物的高选择性富集。
固相微萃取法
固相微萃取法固相微萃取法是一种新型的样品前处理技术，它将传统的液液萃取方法简化为一步操作，具有操作简便、时间短、灵敏度高、选择性好等优点。
本文将从以下几个方面详细介绍固相微萃取法。
一、固相微萃取法的基本原理固相微萃取法是利用固定在小柱或膜上的吸附剂对样品中的目标物进行富集和分离。
其基本原理是，将样品溶解于适当的溶剂中，通过注射器或自动进样器将样品进入吸附柱或吸附膜中，在适当条件下使目标物质被吸附在柱或膜上，然后用洗脱剂将目标物质洗出，并进行分析。
二、固相微萃取法的优点1. 操作简便：只需将样品加入到吸附柱或膜中即可完成富集和分离过程，省去了传统液液萃取方法复杂的步骤。
2. 时间短：整个富集和分离过程只需几分钟至几十分钟不等。
3. 灵敏度高：由于富集的目标物质被高度净化和富集，所以检测灵敏度得到大幅提高。
4. 选择性好：通过选择不同的吸附剂，可以实现对不同化合物的选择性富集和分离。
5. 可靠性高：固相微萃取法不受样品矩阵的影响，因此在复杂矩阵中也能实现目标物质的富集和分离。
三、固相微萃取法的应用1. 环境监测：固相微萃取法可用于水、土壤、空气等环境样品中有机污染物的富集和分离。
2. 食品安全：固相微萃取法可用于食品中农药、兽药、食品添加剂等有害物质的检测。
3. 药物分析：固相微萃取法可用于药物血浆、尿液等生物样品中药物代谢产物的富集和分离。
4. 化学分析：固相微萃取法可用于化学反应体系中产生的有机产物或催化剂残留等有害成分的富集和分离。
四、固相微萃取法与其他技术的比较1. 与传统液液萃取法相比，固相微萃取法操作简便、时间短、灵敏度高、选择性好。
2. 与固相萃取法相比，固相微萃取法使用的吸附剂量更少，富集时间更短，且不需要使用大量有机溶剂。
3. 与固相微萃取法相比，固相微萃取-气相色谱/质谱联用技术具有更高的灵敏度和更好的分离效果。
五、总结固相微萃取法作为一种新型的样品前处理技术，在环境监测、食品安全、药物分析、化学分析等领域得到了广泛应用。
固相微萃取
有机氯农药
管内固相微萃取(in-细管的内表面，可采用气相色谱毛细管
优点：毛细管柱方便易得，使用寿命长，内径小涂层薄，样
品扩散快，平衡时间短。
In-tube-SPME－GC联用方式
热解析：用注射器将样品溶液注入毛细管柱，萃 取平衡后将水吹出，然后用石英压接头将萃取柱与分 析柱连接，放入气相色谱仪炉箱中热解吸。这种方法
盐的作用和溶液酸度的影响
① 由于被分离物质在固相和液相之间的分配 系数受基体性质的影响，当基体变化时分配系 数也会改变。
② 在水溶液中加入NaCl，Na2SO4等可增强水 溶液的离子强度，减少被分离有机物的溶解度， 使分配系数增大提高分析灵敏度。 ③ 控制溶液的酸度也可改变被分离物在水中的 溶解度。
与气相色谱或高效液相色谱仪联用样品前处理技术。
固相微萃取装置
最初的SPME是将高分 子材料均匀涂渍在硅 纤维上 ，形成圆柱形 的涂层,根据相似相溶 原理进行萃取的。
与SPE 相比SPME具有以下优点：
(1 ) 不使用有机溶剂萃取，降低了成本，避免了二次污 染； (2) 操作时间短，从萃取进样到分析结束不足1ｈ； (3) 样品用量少，几ｍL—几十ｍL； (4) 操作简便，可减少待测组分的挥发损失 ； (5) 检测限达 μg/Ｌ—ng/Ｌ水平；
(6) 适于挥发性有机物、半挥发性有机物及不具挥发性
的有机物。
利用特殊的固相对分析组分的吸
附作用,将组分从试样基质中萃 取出来,并逐渐富集,完成试样前
处理过程。
当萃取体系处于动态平衡状态时，待测物的富集量： n = kvfvsc0/(kvf+vs) 由于芯片上固定液的总体积 (Vf) 仅几十微升，远远地 小于水相的体积 (Vs)，而多数有机待测物的 k值并不大， 容易满足Vf <<Vs的条件，因此简化为 n = kvfc0
固相微萃取原理及使用
固相微萃取原理及使用固相微萃取（SPME，Solid-Phase Microextraction）是一种新型的样品前处理技术，通过固定在纤维上的固相吸附剂从气态、液态或固态样品中萃取目标分析物，并将其直接转移到气相色谱仪（GC）或液相色谱仪（LC）进行定性和定量分析。
固相微萃取的原理基于固相吸附剂对目标分析物的亲合性。
通常使用的固相吸附剂是聚二甲基硅氧烷（PDMS）或其他官能化的聚合物。
PDMS 纤维富含非极性表面，能够吸附疏水性的目标分析物。
在样品中，目标分析物与固相吸附剂表面发生吸附作用，达到平衡后，可以将纤维直接放入分析仪器进行进一步分析。
固相微萃取的使用步骤包括样品处理、纤维曝气和分析步骤。
样品处理通常涉及样品的预处理，如溶解、稀释、搅拌等，以便将目标分析物从样品基质中释放出来。
然后将固相吸附剂纤维插入样品中，使其与目标分析物接触，并允许吸附达到平衡。
曝气步骤是将纤维暴露在空气或惰性气体中，以去除吸附在纤维上的水分和挥发性杂质。
最后，将纤维放入色谱仪进行分析。
固相微萃取的优点包括简便、快速、高效、灵敏、环境友好以及无需有机溶剂等。
相比于传统的样品前处理方法，如液-液萃取和固相萃取，固相微萃取不需要大量的溶剂、操作步骤和设备，大大简化了样品前处理的流程。
此外，由于固相微萃取仅使用微量吸附剂，其分析结果更具可重复性和可比性。
同时，固相微萃取可以在不破坏或减少样品中目标分析物含量的情况下实现富集，避免了样品基质对分析结果的干扰。
固相微萃取在环境、食品、生物、医药等领域中得到了广泛应用。
例如，可以用于食品和饮料中残留农药和有害物质的分析，环境水样中的挥发性有机物的监测，空气中的挥发性有机物的测定，以及生物样品中药物或代谢物的分析等。
此外，固相微萃取还可以与其他技术结合，如气相色谱质谱联用、高效液相色谱质谱联用等，以实现更高的分析灵敏度和选择性。
总之，固相微萃取是一种新颖的样品前处理技术，具有简便、高效、灵敏且环境友好的特点，被广泛应用于各种样品的分析和监测，并为分析化学领域带来了极大的便利。
固相萃取的概念、步骤和操作
固相萃取的概念、步骤和操作概念：利用固体吸附剂将样品中的目标分析物吸附，与样品的基质和干扰物分离，然后再用有机溶剂或加热解吸附，达到分离、纯化及浓缩目标物的目的。
固相萃取（SPE）是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离和富集的目的。
先使液体样品通过一装有吸附剂（固相）小柱，保留其中某些组分，再选用适当的溶剂冲洗杂质，然后用少量溶剂迅速洗脱，从而达到快速分离净化与浓缩的目的。
SPE可以用于所有类型样品的处理，但是液体样品是最容易处理的与液液萃取(LLE)相比，固相萃取具有如下优点：①回收率和富集倍数高；②有机溶剂消耗量低，减少对环境的污染；③更有效的将分析物与干扰组分分离；④无相分离操作过程，容易收集分析物；⑤能处理小体积试样；⑥操作简便、快速，费用低，易于实现自动化及与其他分析仪器联用。
固相萃取的基本原理：吸附剂上的活性部分对目标物和样品基质的分子作用力存在差异固相萃取保留或洗脱的机制取决于被分析物与吸附剂表面的活性基团，以及被分析物与液相之间的分子作用力。
洗脱模式：一种是目标化合物比干扰物与吸附剂之间的亲和力更强，因而被保留，洗脱时采用对目标化合物亲和力更强的溶剂；另一种是干扰物比目标化合物与吸附剂之间的亲和力更强，则目标化合物被直接的洗脱。
通常采用前一种洗脱方式。
一、固相萃取的分离模式：反相固相萃取、正相固相萃取、离子交换萃取、免疫亲和1、反相固相萃取：吸附剂（固定相）是非极性或弱极性的，如硅胶键合C18, C8, C4，C2,-苯基等。
流动相为极性（水溶液）或中等极性样品基质。
吸附剂的极性小于洗脱液的极性。
应用：可以从强极性的溶剂中（如水样）萃取非极性或弱极性的化合物。
作用机理：非极性-非极性相互作用（疏水作用），如范德华力或色散力。
例如水中PAHs，利用C18柱，甲醇洗脱剂洗脱。
2、正相固相萃取：（1）吸附剂：极性键合相，如硅胶键合氨基－NH2、氰基－CN，-Diol（二醇基）；（2）极性吸附剂，如silica、Florisil、(A-,N-,B-)alumina、硅藻土等。
固相微萃取技术
固相萃取的分类
• 按照操作的不同,固相萃取可分为离线萃 取和在线萃取。
• 离线萃取是指萃取过程完成后再使用一 些分析手段进行分析;在线萃取出现于 80年代,萃取和分析同步完成,可靠性、 重现性、以及操作性能和工作效率都得 到很大程度的提高。
四、固相萃取的操作步骤
• 典型的固相萃取一般分为四个基本步骤： 1、吸附剂的选择 • 目标物的最佳保留（即最佳吸附）取决于目标 物极性与吸附剂极性的相似程度，两者极性越 相似，则保留越好（即吸附越好）。 • 选择固相萃取中的固定相吸附剂时，要尽量选 择与目标物极性和样品溶剂极性相似的吸附剂。 • 当目标物极性适中时，正、反相固相萃取都可 使用。 • 吸附剂的选择还受样品溶剂洗脱强度的制约。
SPME 萃取头的选择依据
固定相的处理
• 固相微萃取中的关键部位是石英纤维固 定相, 靠它来对分析组分吸附和解吸, 如 果曾用过但上面的组分未被解吸掉则会 对以后的分析结果有干扰。每次使用前 必须将其插入气相色谱进样器, 在250℃ 左右置1h 以去除上面吸附的干扰物, 如 果曾分析过衍生化组分则需要放置更长 时间。
反相固相萃取
• 反相固相萃取所用的吸附剂和目标化合 物通常是非极性的或较弱极性的，反相 萃取过程中目标物质的碳氢键与吸附剂 表面官能团产生非极性作用(包括范德华 力或色散力),使得极性溶剂中的非极性 以及弱极性的物质在吸附剂表面吸附、 富集。
离子交换固相萃取
• 离子交换固相萃取又可分为强阳离子固 相萃取和强阴离子固相萃取两种,作用机 理都是目标物质的带电荷基团同吸附剂 表面的带电基团发生离子静电吸引,从而 实现吸附分离。
固相微萃取的装置
SPME装置略似进样器,典型的SPME装置见右图。特制 不锈钢穿透针A为中空结构，纤维固定针B和萃取纤维C 能在其中移动，熔融石英纤维C上面涂布用于萃取的固 定相，柱塞D控制固定针B的移动使纤维C伸出或退回穿 透针中。当纤维暴露在样品中时，涂层可从液态-气态 基质中吸附萃取待测物。吸附完毕后，萃取纤维C退回 到穿透针中被保护起来，己富集了待测物的纤维可直接 转移到仪器(气相色谱仪，液相色谱仪等)进样口，通过 仪器进样口的能量解吸附，然后进行分离分析。
固相萃取与固相微萃取应用之原理
固相萃取与固相微萃取应用之原理固相萃取（solid-phase extraction，简称SPE）和固相微萃取（solid-phase microextraction，简称SPME）是目前广泛应用于化学分析中的两种常用技术。
它们利用固定在固相材料上的吸附剂对样品中的目标分析物进行富集和分离，从而实现样品的前处理和富集分析。
固相萃取的原理是利用固相吸附剂对溶液中的目标分析物进行富集和分离。
通常，固相萃取分为两个步骤：样品的吸附和洗脱。
首先，样品与固相吸附剂接触，目标分析物被吸附到固相材料上，而其他干扰物质则被排除。
接着，通过洗脱溶剂将目标分析物从固相材料上洗脱出来，得到富集后的目标物。
固相材料常用的类型包括吸附树脂、吸附剂和固相薄膜等，选择合适的固相材料可以根据目标物的性质和样品矩阵的组成决定。
固相微萃取是一种在固定相微量化身上进行的全固相萃取技术。
它将固定在微量化身上的吸附剂直接暴露于样品中，通过吸附分析物质进行富集。
SPME的原理可分为两个步骤：样品的吸附和洗脱。
首先，将固相微萃取针（包含固相吸附剂）插入待分析的样品中，样品中的目标分析物质会通过扩散过程进入固相材料中，并被固相吸附剂吸附。
接着，将针引出，固相吸附剂直接进入气相色谱柱或液相色谱柱，通过洗脱溶剂将目标物洗脱，得到富集后的分析物。
这两种技术在分析化学领域有着广泛的应用。
其主要应用包括环境样品分析、食品安全检测、生物样品分析等。
例如，固相萃取可以用于提取土壤、水样中的有机物、无机物、金属离子等。
而固相微萃取则可以用于分析空气中的挥发性有机化合物、食品中的香味物质、生物样本中的代谢产物等。
这些富集后的分析物可进一步通过气相色谱-质谱联用或液相色谱-质谱联用等仪器进行进一步的定性和定量分析。
固相萃取和固相微萃取的优点在于操作简便、富集效率高、回收率高、能够实现对复杂样品基质的选择性富集等。
同时，它们还可以与各种分析仪器（如气相色谱仪、液相色谱仪、质谱仪）联用，提高分析的灵敏度和准确性。
固相微萃取原理与应用
固相微萃取原理与应用固相微萃取（SPME, solid-phase microextraction）是一种无溶剂、非破坏性的预处理技术，用于提取和浓缩分析样品中的目标化合物。
它采用了一种特殊的固相纤维，通常是聚二甲基硅氧烷（PDMS），将目标分析化合物从样品中以固相吸附的方式捕集起来。
其优点包括简便、快速、高效，可以应用于多种样品类型和化合物类别。
SPME的原理基于分配系数（partition coefficient）的概念。
分析目标物分布在气相、液相和固相之间，SPME纤维通过吸附和解吸过程在气相和固相之间平衡分配，实现了目标物从样品到纤维上的转移。
SPME的应用广泛涉及环境、食品、药物、生物、石油化工等领域。
例如在环境领域中，SPME可用于挥发性有机化合物（VOCs）和揮發性残留有机物（VROs）的分析。
在食品领域中，SPME被广泛应用于食品中的香气和风味分析，如葡萄酒、咖啡、奶制品等。
SPME的操作流程简单。
首先，选择合适的纤维类型和形式，比如直接插入纤维或通过样品瓶盖压合等方式使纤维与样品接触。
然后，通过吸附、温度控制、搅拌等条件，使目标化合物在固相纤维上固定。
最后，将纤维转移到分析设备中，如气相色谱（GC）、液相色谱（HPLC）等进行分析。
SPME的优点包括：1.无需溶剂：与传统的液液萃取相比，SPME不需使用有机溶剂，减少了对环境的污染。
2.非破坏性：SPME不需要破坏样品结构，适用于有限样品量或不可再生样品。
3.高灵敏度：SPME可实现对低浓度目标物的捕集和浓缩，提高了灵敏度。
4.快速：SPME操作简便，分析时间短。
5.可在线监测：SPME技术可以与其他分析方法（如气相色谱质谱联用）相结合，实现实时或在线分析。
然而，SPME技术也存在一些限制：1.纤维选择：选择合适的纤维类型和形式对于捕集目标物的选择性和灵敏度至关重要。
没有一种纤维可以适用于所有化合物。
2.矩阵效应：复杂样品基质中的共存物可能会影响分析结果，例如干扰分析目标物的捕集或解吸。
固相微萃取仪说明
固相微萃取仪说明1. 固相微萃取工作原理固相微萃取（Solid Phase Micro Extration）简称SPME，是在固相萃取基础上发展起来的一种新的萃取分离技术。
与液－液萃取和固相萃取相比，具有操作时间短、样品量小、无须萃取溶剂、重现性好等优点，适于分析挥发性与非挥发性物质。
2. SPME装置结构SPME装置外形如一只微量进样器，由手柄和萃取头或纤维头两部分构成。
萃取头是一根1 cm长、涂有不同吸附剂的熔融纤维，接在不锈钢丝上，外套为细不锈钢管（保护石英纤维不被折断），纤维头在钢管内可伸缩或进出，细不锈钢管可穿透橡胶或塑料垫片进行取样或进样，手柄用于安装或固定萃取头。
手动操作如图1所示。
图1 固相微萃取装置示意图（a）固相微萃取装置（b）局部放大图1—手柄 2—活塞 3—外套 4—活塞固定杆 5—Z沟槽6—连接器观察窗口 7—可调节针头导轨8—不锈钢隔垫穿孔针头 9—不锈钢纤维套管10—带涂层的硅纤维/萃取头SPME的关键是石英纤维上的涂层（吸附剂），涂层只吸附目标化合物，不吸附干扰化合物和溶剂。
通常而言，涂层的极性应与目标物一致，即非极性涂层适用于吸附非极性的目标物，极性涂层适用于吸附极性的目标物。
目前已有的商品萃取头涂层及其应用列于表1中。
表1 已有的商品萃取头涂层及其应用注：PDMS—聚二甲基硅氧烷； PA—聚酰胺； DVB—二苯乙烯； PEG —聚乙二醇； Carboxen—碳分子筛；BTEX—苯系物； PCB—多氯联苯。
3. SPME的采样和进样SPME的采样方法是将针管（不锈钢套管）穿过样品瓶密封垫，插入样品瓶中，然后推出萃取头，将萃取头浸入样品（浸入方式）或置于样品上部空间（顶空方式），进行萃取，萃取时间以达到目标化合物吸附平衡为准，一般2~30min，最后缩回萃取头，将针管拔出，该萃取过程如图2。
图2 SPME的采样和进样操作过程示意图固相微萃取采样完成后，进一步利用色谱进行测定，可用于GC，也可用于HPLC，如图2－20所示。
固相微萃取
固相萃取概述固相萃取是建立在传统的液液萃取基础上，填料为一般硅胶基键合固定相，基于spe 固体填料与样品中的目标化合物产生各种作用力，将目标物与样品基质分离，再用洗脱液洗脱，达到分离和富集目标化合物的目的。
固相萃取是一种纯化提取物，改善结果准确度和重现性的快速而经济的技术。
1.固相萃取分类及萃取柱填料选取根据分离模式不同，固相萃取可分为正相、反相、离子交换、混合机理分离模式。
（1）反相固相萃取填料硅胶表面的亲水硅醇基通过硅烷化学反应，键合非极性烷基或芳香基、聚合物等材料作为反相固定相，被测物的碳氢键与固定相表面官能团产生非极性的范德华力或色散力，使得极性溶剂中的非极性以及弱极性的物质保留在固定相上，达到净化、富集样品的目的。
反相固相萃取萃取柱填料一般有以下几种：C18、C8、C4、CN、Ph。
（2）正相固相萃取正相固相萃取利用被测物的极性官能团与填料表面的极性官能团通过氢键、π-π键间、偶极-偶极和偶极-诱导偶极相的相互作用力保留溶于非极性介质中的极性物质，常用极性溶剂作为洗脱液。
反相固相萃取萃取柱填料一般有以下几种：极性官能团键合硅胶（如 CN、NH2、二醇基）和极性吸附物质（Al2O3、硅、硅酸镁、活性炭等）（3）离子交换固相萃取根据被测物的带电荷基团与键合硅胶上的带电荷基团相互静电吸引实现吸附分离。
离子交换分为阴离子(WAX、SAX)和阳离子(WCX、SCX)交换，阳离子填料通常用硅胶上键合磺酸钠盐、碳酸钠盐等作为阳离子交换固定相，阴离子常用脂肪族季铵盐、氨基键合作为固定相，离子型化合物在柱中的保留与洗脱与其pH、离子强度和反离子强度有关，对于酸性分析物在离子交换柱中保留时，样品溶液pH要比其pKa大2个单位，并有低的离子强度，处于离子状态的目标物才能靠静电吸引到键合填料中，在洗脱该药物时，洗脱液pH应小于其pKa 2个单位或加入高离子强度溶液，分析物才能被洗脱。
碱性分析物则相反。
（4）混合型固相萃取随着固相萃取技术的发展，多种萃取模式相结合的固相萃取柱也渐渐被商品化，为了实现多残留同时检测，混合型固相萃取柱为多残留技术的研究提供了有利的工具。
固相微萃取原理
固相微萃取原理
固相微萃取（SPE）是一种用于样品前处理的技术，它在分析化学领域中得到
了广泛的应用。
固相微萃取的原理是利用固相萃取材料对目标化合物进行选择性吸附和脱附，从而实现对样品的富集和净化。
这种方法具有操作简便、富集效果好、消耗少量有机溶剂等优点，因此在环境监测、食品安全、药物分析等领域得到了广泛的应用。
固相微萃取的原理基于化学吸附和脱附过程。
在固相微萃取过程中，样品溶液
首先通过固相萃取柱，目标化合物会与固相材料发生化学吸附，而其他干扰物质则会被排除。
接着，通过改变溶剂的极性或pH 值等条件，使得目标化合物发生脱附，从而得到富集的目标化合物。
固相微萃取的原理主要包括亲合吸附、离子交换、疏水相互作用等。
亲合吸附
是指固相萃取材料与目标化合物之间存在化学亲和力，从而实现选择性吸附。
离子交换则是利用固相材料上的功能基团与溶液中的离子发生反应，实现目标离子的选择性吸附。
疏水相互作用则是通过固相材料的疏水性实现对目标化合物的富集。
固相微萃取的原理虽然简单，但在实际应用中需要根据样品的特性选择合适的
固相材料、溶剂和萃取条件。
固相微萃取技术的发展也在不断完善，例如固相萃取柱的材料不断更新，新型固相萃取材料的研发等，为该技术的应用提供了更多的选择。
总的来说，固相微萃取技术以其简便、高效、环保的特点，成为了样品前处理
中的重要手段。
通过对固相微萃取原理的深入理解，可以更好地应用该技术于实际分析中，为分析化学领域的发展提供更多可能性。
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8．1．4．1 固相微萃取的原理固相微萃取(solid—phase microextraction，SPME)技术是20世纪90年代初期兴起的一项样品前处理与富集技术，它最先由加拿大Waterloo大学Pawliszyn教授的研究小组于1989年首次研制成功，属于非溶剂型选择性萃取法，是一种集采样、萃取、浓缩、进样于一体的分析技术。
SPME装置略似进样器，在特制注射器筒内的不锈钢细管顶端分别连接一根穿透针和纤维固定针，针头上连接一根熔融石英纤维，上面涂布一层多聚物固定相，注射器的柱塞控制纤维的进退。
当纤维暴露在样品中时，涂层可从液态／气态基质中吸附萃取待测物，经过一段时间后，已富集了待测物的纤维可直接转移到仪器(通常是气相色谱仪，即SPME—GC)中，通过一定的方式解吸附，然后进行分离分析。
典型的SPME装置如图8一12所示。
SPME熔融石英纤维涂布固定相与样品或其顶空充分接触，待测物在两相间分配达到平衡后，两相中待测物浓度关系如下式：N。
一KⅥV。
C。
／(KU+V。
) (8—2)式中，N。
为固定相中待测物的分子数；K为两相间待测物的分配系数；V。
为固定液体积；U为样品体积；c。
为样品中待测物浓度。
因为U》V。
，故式(8—2)可简化为：N。
=Ku％(8-3)由式(8-3)可知，固定液吸附待测物分子数与样品中待测物浓度呈线性关系，即样品中待测物浓度越高，SPME吸附萃取的分子数越多。
当样品中待测物浓度一定时，萃取分子数主要取决于固定液体积和分配系数。
同时，方法的灵敏度和线性范围的大小也取决于这两个参数。
固定液厚度越大(即y。
越大)，萃取选择性越高(K越大)，则方法的灵敏度越高。
由此可见，选择合适的固定液对于萃取结果是很重要的。
目前，SPME装置已实现商品化。
该装置主要由两部分组成：一部分是作为支撑用的微量注射器底座；另一部分是类似于注射针头形状的熔融石英纤维，其半径一般为15mm，上面涂布着固定体积(／g度为10～100ttm)的聚合物固定液。
操作时，只需将熔融石英纤绷插入样品或样品上层气体(即顶空)中，平衡一段时间，使萃取物富集于固定液后，即可取出直接进样至GC或HPLC仪中进行分析。
SPME法与其他萃取方法的比较见表8—12第3章固相微萃取仪器与装置固相微萃取(Solid Phase Microextraction，SPME)是20世纪90年代初发展起来的一种样品前处理技术。
由加拿大Pawliszyn研究小组首次进行了开发研究[1]，美国Supelco公司看好其应用前景，于1993年推出了商品化的SPME装置，此举在分析化学领域引起了极大的反响。
1994年权威杂志《Research& Development)}将其评为最优秀的100项新产品之一。
与其他的样品前处理技术相比，SPME法具有操作简单方便、分析时间短、样品需要量小、无需萃取溶剂、重现性好、特别适合现场分析等优点[z-5]。
目前，固相微萃取主要是利用气相色谱、高效液相色谱等作为后续分析仪器，实现对多种样品的快速分离分析。
通过控制萃取纤维的极性、厚度、维持取样时间的稳定以及调节酸碱度、温度等各种萃取参数，可实现对痕量被测组分的高重复性、高准确度的测定。
从1990年到2000年十年间，已经有400多篇有关SPME的文献发表，内容涉及环境、食品、天然产物、制药、生物、毒理和法医学等多个方面[6f。
现美国环保署(EPA)已采取该技术作为测定水中挥发性化合物(USA EPA method 524．2)和半挥发性化合物(USA EPA method 625)的标准方法[川。
3．2 固相微萃取的基本装置和操作步骤固相微萃取装置类似于色谱微量注射器，由手柄和萃取头两部分构成。
萃取头是一根长约lcm、涂有不同固相涂层的熔融石英纤维，石英纤维一端连接不锈钢内芯，外套有细的不锈钢针管，以保护石英纤维不被折断。
手柄用于安装和固定萃取头，通过手柄的推动，萃取头可伸出不锈钢针管。
固相微萃取主要是通过萃取头表面的高分子固相涂层，对样品中的有机分子进行萃取和预富集。
用于3C和HPLC的商品化SPME装置在手柄的设计上略有不同，如图3-1和图3-2听示。
SPME操作步骤简单，主要分为萃取过程和解吸过程两个步骤[8]，如图3-3听示。
①萃取过程将萃取器针头插入样品瓶内，压下活塞，使具有吸附涂层的摹取纤维暴露在样品中进行萃取。
经一段时间后，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。
②解吸过程将已完成萃取过程的萃取器针头插入分析仪器的进样口，当待测物解吸后，可进行分离和定量检测。
SPME与GC联用时，通过将萃取涂层插入进样口进行热解吸；与HPLC联用时，则通过溶剂洗脱，并分为动态和静态两种解吸模式。
SPME萃取操作有三种模式[3](如图3—4所示)：一种是将SPME萃取纤维直接插入液体样品中，称为直接SPME法；另一种是将SPME萃取纤维置于液体或固体样品的顶空进行萃取，即顶空SPME法(Headspace SolidPhase Microextraction，HS-SPME)；还有隔膜保护SPME萃取。
其中直接SPME法和顶空SPME法是最常用的模式。
进行SPME萃取时，采取何种萃取模式主要根据待测物性质及基体复杂性来定。
一般来说，直接SPME法适用于较洁净的液体样品，顶空SPME法的适用范围是样品复杂且有大分子干扰的情况。
在后一种情况下，如果采用直接SPME法，干扰物质容易吸附在熔融石英纤维上，影响其吸附性能并在色谱中产生不稳定基线或杂质峰等。
顶空SPME避免了上述不良后果，但是当待测物质具有高沸点(大于450℃)时，顶空SPME耗时长且灵敏度低。
这是由于待测物沸点越高，越难于挥发，因而顶空中待测物的浓度低，富集倍数低。
升高温度有助于加速样品至顶空的整体迁移，但也可能会使顶空与涂层间待测物的分配系数降低。
因此，选择直接SPME法还是顶空SPME法需根据实际样品测定需要确定。
．3 固相微萃取的理论基础及其发展Louch等[9]最早开展了SPME方法的理论基础研究，他们提出了直接SPME法的数学模型，Arthur等[10]在此基础上做了大量工作。
固相微萃取是一个基于待测物质在样品及萃取涂层中的分配平衡的萃取过程。
对于一个单组分的单相体系，当系统达到平衡时，涂层中所吸附的待测物质的质量托可由下式决定：式中，yf、砜和V。
分别为涂层、顶空、样品的体积；Kf。
和Kh。
为待测物在涂层／样品、顶空／样品两相中的分配系数；CO为待测物在样品中的最初浓度。
由式(3—1)可以看出，体系中的Kf。
及Vf值是影响方法灵敏度的重要因素。
所以在实际中一般采用对待测物具有较强吸附作用的涂层、增加萃取纤维的长度及增加涂层厚度的办法，来提高萃取的富集效果和灵敏度。
当样品体积V。
≥Kf。
Vf时，式(3—1)可近似简写为：以一Kf。
Vfco (3-2)式(3—2)为SPME的野外取样提供了理论依据，即可将萃取纤维置于自然环境中直接取样。
SPME目前更多地用于包括气一液或气一固两相同时存在的顶空取样系统，Zhang等[11]将上述理论扩展到样品一顶空一涂层的三相体系，并提出了顶空SPME 的模型：COVlVzKlKz ／q。
、以一面瓦形再永万丽¨。
’“K1K2V1+K2V3+V2 (7)K1一cf／c季Kz—f尹／cF式中，行为涂层上吸附的待测物的质量；CO为待测物在样品中的初始浓度；V1、V2、V。
分别为涂层、溶液(或固相)、顶空的体积；K1、Kz分别为待测物在涂层与顶空气相中的分配系数及在气相与溶液(或固相)中的分配系数；cT、c尹、c于分别为待测物在涂层、溶液(或固相)、顶空气相中的平衡浓度。
式(3-3)的推导从化学热力学平衡态化学势相等的原理不难得出，但是实际体系中往往是多组分共存。
因此，K1、Kz不仅与同一组分在不同相内的浓度有关，而且与其他组分的浓度也有关，实际的数学表达式更为复杂。
随后Pawl—iszyn等在此基础上进行完善，提出了吸收型涂层的完整理论。
Ai发展了非平衡的古撼蕞陆[123 平衙和非平街的而密蕞酌硼诊[133四、固相微萃取简介1．固相微萃取的基本原理固相微萃取(solid phase micro extraction，简称SPME)技术最早于1989年加拿大Waterloo大学的Pawliszyn教授提出的，是在固相萃取(SPE)的基础上发展起来的新型萃取分离技术，具有固相萃取操作简单、成本低廉、无需溶剂等优点，避免了固相萃取中样品高空白及萃取柱易阻塞的特点，是一种简便、快速、选择性高的新型萃取分离技术，可替代大多数常规使用的样品萃取。
固相微萃取无需溶剂，实现了真正意义上的固相萃取，适用于挥发性与非挥发性物质的分析，且具有良好的重现性；在离子强度、pH一定的条件下，受基体影响小，其它有机组分对靶组分干扰小；所需样品体积小，仅需l～lo mL，且固相微萃取纤维可重复使用。
固相微萃取易于实现自动化及与其它分析技术联用，与固相萃取相比所需的设备及资金投入较少。
固相微萃取的萃取方式主要与待测物的挥发性、基质和探针固定相涂层的性质有关，可分为直接固相微萃取和顶空固相微萃取两种。
对于半挥发性和不挥发性样品一般采用直接固相微萃取法(Direct—SPME)，就是将纤维直接插人样品溶液中进行萃取，达到分配平衡后即可取出进行色谱分析，此种方式萃取时间短，富集速度快，但要求所萃取的基质比较干净，否则有严重的基体干扰。
对于挥发性和半挥发性样品一般采用顶空固相微萃取(HS—sPME)方法，就是把固相微萃取的萃取头置于待测样品的上部空间进行萃取，可避免基体干扰和提高分析速度，缩短了样品萃取时间，具有较好的精确度，而且可以适宜地降低检出限，易于测定各种介质中挥发性有机物。
顶空固相微萃取法广泛应用于多种类型的样品，包括固态样品、非匀质混悬液等。
固相微萃取不是将样品中的待测物全部分离出来，而是依据相似相溶原理，利用固定相功能层有机物对分析组分的吸附作用，使样品中的目标物在功能层和样品基质中达到吸附平衡。
当达到分配平衡时，萃取平衡的分配系数K为固相涂层中分析物的质量浓度f0，与样品溶液中分析物的质量浓度10。
的比值：式中：10。
——萃取前分析物在样品中的质量浓度，mg·L；p——分析物在萃取后样品中的质量浓度，mg·L ；p，——分析物在萃取头中的质量浓度，mg·L ；V。
——萃取头的体积，L；v。
——样品的体积，L；K——分析物在萃取头和样品间的分配系数；D'／，——一吸附于萃取头上分析物的质量，mg。
分配系数K一般仅取决于萃取头的固定相类型，在一定的浓度范围内是常狮：而对干一帘的苯取头来说，其涂层的体积V，也是固定的，所以萃取涂层中目标物的质量rn，与样品溶液中目标物的初始质量浓度P。