HF_LPME 液相微萃取

中空纤维—液相微萃取法在农药检测前处理中的应用【摘要】：农药在造福人类的同时也对人类的健康生活带来不可忽视的危害。

食品中残留的微量农药对人体的健康负面影响也是巨大的，但其检测却是非常困难。

因此检测前处理显得尤为重要。

本文将介绍一种高效环保的农药检测前处理方法——中空纤维—液相微萃取法。

它克服了传统液—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的发展要求,是一种集萃取、富集、进样于一体,环境友好的样品前处理新技术。

【关键词】：农药中空纤维液相微萃取前处理
农药的广泛使用为人类粮食增产作出了重要的贡献，于此同时，由于它所具有的高毒性很难降解性，又使得环境和食品受其污染。

虽然食物中残留的农药量极低，但是与其同系物、异构体、降解产物等共存，将会严重危害人体健康，因此受到了世界各国的高度关注，食物和环境中含农药样品检测的前处理技术变得非常重要。

近年来，有很多关于环境样品和食物样品中农药的前处理的技术的综述。

随着科学技术的发展，一些新的前处理技术被应用到该领域，比较有代表性的是固相萃取、固相微萃取、加速溶剂萃取、顶空液相微萃取、分散液相微萃取和中空纤维—液相微萃取等。

本文就近年来新兴高效的液相微萃取技术中的中空纤维——液相微萃取及其在农药残留物检测中的应用进行简单介绍。

1996年Cantwell等提出一种新的前处理方法——液相微萃取法（FPME）。

最初提出的LPME形式是微液（MD）—液相微萃取法（MD—LPME），MD—LPME 避免了SPE 使用中存在的残留量的问题，有机接收相溶液的变换提高了方法的选择性。

但MD - LPM E 也存在一些问题。

1999年Pedersen - B jergaard等提出了LPM E 技术的另一种形式, 就是中空纤维—液相微萃取法( HF -LPM E)，其主要装置如图1所示。

HF—LPM E就是将一定长度(一般约为1cm )的中空纤维膜的一端插在微量进样器针头上，密封膜的另外一端。

在进行萃取之前把中空纤维膜
浸入到作为接收相萃取剂的有机溶液中，使有机溶液被固定在中空纤维膜的微孔之中。

在HF—LPM E中，待测物能通过被固定在中空纤维膜微孔中不溶于水的有机接收相溶剂，进入到中空纤维膜内部的注射器中。

在MD - LPM E基础上发展起来的HF —LPM E，由于中空纤维膜的保护，使有机相比较稳定，解决了MD -LPM E中MD 不稳定的问题以及容易被杂质污染的问题，得到了根理想的结果。

一、HF—LPME的原理
HF—LPME的萃取模式有两种，一种是两相萃取（如图一）；另一种是三相萃取（如图二）。

在两相的液相微萃取模式中，待测物质被固定在中空纤维膜微孔中不溶于水的有机相。

此时，有机相与接收相为相同的有机溶剂。

待测物质的伏击过程发生在两相溶液之中，并且伏击系数主要取决于待测物质在两相之间的分配系数K接收/水值得大小。

K接收/水值是由平衡条件下待测物质在两相中的平衡浓度所决定的。

如公式：K接收/水=C 接受/C水所示。

三相萃取模式与两相不同的是，在中空的纤维膜里面接收相不是有机相，而是水相，待测物质通过固定在膜小孔中的有机相进入到内部的水相。

三相萃取与两相一样，萃取效果同样是由分配系数决定的，不同的是，三相中萃取的分配系数K水/接收等于待测物质在水样/有机相的分配系数与在接收相/有机相分配系数的乘积，而且K水/接收的值越小，萃取效率越高。

如公式：K水/接收=K水/有机*K 接收/有机所示。

提高分配系数的数值是得到良好萃取效果的常用方法，例如调整接收溶剂的pH
值，使得待测物质质子化，或者发生络合反应等等。

因此，选者待测物在水样/有机相中底分配系数K水/有机以及在接收相/有机相中高分配系数K接收/有机，能保证较低的总分配系数K水/接收，提高中空纤维—液相微萃取的萃取效率。

简单的把中空纤维—液相微萃取法模式从两相萃取改为三相萃取，以获得较低的分配
图二
系数K水/接收，对于将中空纤维—液相微萃取技术扩展到离子化的待测物是非常重要的环节，而这也是中空纤维—液相微萃取技术运用于许多药物分析的根据所在。

二、HF-LPME的影响因素
选择一种合适的有机溶液是很重要的。

J ingfu L等提出了用离子液体代替有机溶液固定在中空纤维上，离子液体具有以下几个无与伦比的优势：几乎没有蒸气压，不易挥发，从而在使用过程中增加了固定相的稳定性，同时也不会给环境造成污染：( 2)具有较大的稳定温度范围( -100 - 200℃) ，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口，扩大了同种离子溶液的适用范围；(3)通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度甚至可调到超酸性，因此可通过一定的阴阳离子的组合设计构筑“需求特定”或“量体裁衣”的离子液体,使萃取更为完全。

1、pH值
在萃取过程中，为了得到更好的萃取效果，提高待测物在各相间的分配系数，
通常都是通过调整样品溶液的pH值来得到的。

而调整pH值对于三相HF - LPME 萃取来说则更为重要，可以使待测物很好的通过有机相，并且在进入接收相前后又不会由于反萃取作用而重新回到有机相或者样品溶液中，因此样品溶液以及接收相溶液pH值的确定就成为了决定萃取效率的一个重要环节。

例如在三相萃取中，如待测物为一酸性物质时，样品溶液应调到酸性环境下，以避免待测物的电离，降低其在样品溶液中的溶解度等。

同时，为了避免接收相中的待测物被反萃取回到有机相，接收相中应为中性或者碱性条件而让待测物被电离，增加待测物在接收相中的溶解度，提高分配系数K的值。

2、萃取时的搅拌速度
为了使待测物质能更容易通过两相的界面、缩短萃取时间，得到更好的重现性，通常在萃取操作的过程中，大都需要对样品溶液进行搅拌。

在HF - LPME中，有机相被固定在中空纤维膜的微孔中，所以加大搅拌强度对其影响较小。

搅拌通常存在两种形式，一种是通过摆动，另一种则是通过磁力搅拌。

对于HF – LPME，摆动搅拌具有污染小、对中空纤维膜影响小等特点，比磁力搅拌更具优势。

3、萃取时间
萃取时间主要由平衡过程所决定，当待测物在各相之间的分配达到平衡以后，理论上增加萃取时间对其影响并不是很大。

例如在LPME与GC联用的情况下，为了提高GC的工作效率，一般希望将萃取时间调整到少于GC的分析时间，以保证GC不间断的运行，但是也不能无限制地追求效率而过分缩短萃取时间。

研究表明不同中空纤维膜的内径，接触表面积，膜厚度等会对萃取时间有影响，增大膜的接触表面积等能缩短萃取时间。

因此，应该准确地控制好萃取时间。

4、样品盐度
提高盐度能通过盐析等反应降低某些待测物在水溶液中的溶解度，得到所需要的分配系数。

因此可以根据待测物的性质，适当提高样品溶液中的盐度。

这在两相和三相萃取中都是可行的。

因
为样品溶液中过多的离子态化合物也许会对萃取产生较大的影响，而这也主要由待测物自身的性质所决定。

三、中空纤维膜材料
HF - LPME技术中所采用的中空纤维膜大都为多孔憎水性聚丙烯中空纤维膜。

聚丙烯中空纤维膜属于一种有机高分子材料，具有良好的化学稳定性，能耐酸碱以及各种有机溶液；而且具有较大的比表面积，同时价格也相对便宜。

而且每次使用的中空纤维膜在长度、厚度等变化非常小，所以被固定在微孔中的有机溶剂体积变化也相应很小，减少了由此带来的误差,提高了实验的重现性。

中空纤维膜可分为亲水性和憎水性两种，亲水性材料与水接触时的表面能比憎水性材料的大，水溶液能较容易的穿过微孔而进入到膜的内部，而且亲水性材料的泡点位压比憎水性的要小，当压力过大时在膜内部容易产生气泡,影响萃取的平衡。

所以，一般都选择使用憎水性材料。

聚丙烯中空纤维膜的膜厚度一般为200μm，也有研究使用膜厚度为150μm的膜材料，减少膜厚度也就是减少有机相的厚度，这样能减少待测物从溶液相进入接收相的距离，缩短萃取时间。

但是，膜厚度的减少同时也降低了膜的机械强度，所以，应当根据需要确定所需的材料厚度。

膜的微孔半径一般为0. 2μm或0. 45μm等，微孔的作用有两个：一是固定有机相溶液；二是过滤样品溶液中脂肪、蛋白质等大分子物质或是悬浮物等杂质，解决了SPME 在处理生物样品时经常遇到的问题，而且由于中空纤维膜只使用一次而不再重复，很好地解决了SPME存在的残留量的问题，这也是LPME比SPME更具优势的一方面。

四、HF-LPME在农药检测方面的应用
Lee 等用HF-LPME方法对土壤中的痕量农药进行富集浓缩，选择最佳有机溶剂，优化提取时间，样品中腐植酸和盐的浓度等因素。

结果表明，该方法能在4 min 内准确的检出土壤中的痕量农药。

之后，该课题组[22]将改进的动态中空纤维液相微萃取成功地应用于土壤中的半挥发性有机物。

对有机溶剂的选择、提取周期与时间、温度和盐的添加量等因素进行探讨和优化，从土壤中提取出多环芳烃（PAHs）结果要好于单滴液相微萃取，见下表
中空纤维液相微萃在环境样品分析中的应用
HF-LPME是在纤维腔中进行，不与样品溶液直接接触，因此避免了微滴液相微萃取液中溶剂容易损失的缺点。

HF-LPME集采样、萃取、浓缩于一体，具有成本低，溶剂用量少，易与高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳联用，具有较高的富集倍数和灵敏度等特点。

该技术不仅具有较高的回收率和富集效率，而且具有突出的样品净化功能，是一种环境友好的绿色样品前处理技术。

它在痕量、超痕量有机物污染物（农药）分析领域有着广阔的应用前景。

【参考文献】
【1】崔伟伟、张强斌，农药残留分析前处理技术研究进展，安徽农业科学，2009，第37期【2】苏文辉、郭玉华、侯绍刚，液相微萃取一种新的样品前处理技术，安阳工学院学报，2006.08，第4期
【3】赵汝松、徐晓白、刘秀芬，液相微萃取技术的研究进展，分析化学评述与进展，2004.09，第9期
【4】漆爱明，液相微萃取技术与GC-MS联用在食品药品分析中的应用，2009.05.01
【5】熊玉宝、张勇、廖春华、邱清权，液相微萃取在农药残留物检测中的应用，现代农药，2011 .03.003。