固相微萃取技术

2、顶空固相微萃取(HS-SPME)
与D-SPME不同之处在于石英 纤维萃取头不与样品接触，而是将 其置于固体样品或样品溶液的上方 进行顶空萃取。这种方法主要用于萃取易挥发、 半挥发性物质，对于D-SPME无法处理的污水、 油脂、血液、污泥、土壤等样品，采用该法可以 保护萃取纤维头不被污染破坏，避免基体的干扰， 延长其使用寿命。HS-SPME涉及分析物从样品 挥发至顶空、再扩散至萃取涂层以及在萃取涂层 中的扩散三个过程。分析物本身的性质、其与基 体间的作用力以及萃取涂层对分析物的萃取能力 都是影响 HS-SPME平衡速度的因素。
1、直接固相微萃取(D-SPME)：
将纤维头直接插入样品溶液中或暴 露于气样中，对目标组分进行萃取。 经过一定时间达到分配平衡，即可取出进行仪器 分析。该方法适用于气态样品和较洁净的液体样 品。D-SPME的萃取速度由分析物从样品基底到 萃取涂层的传质过程控制，涉及液体中的对流传 质和分析物在萃取涂层中的扩散。对于气体样品 或较干净的水样，能在1min内迅速达到萃取平 衡，因而常用该法。
固 相 微 萃 取 技 术
第一节 固相微萃取原理
固相微萃取法是在固相萃取的基 础上发展起来的。 固相微萃取技术多在一根纤维的熔融石英纤维表 面涂布一层聚合物并将其作为萃取介质（萃取头）， 再将萃取头直接浸入样品溶液采样。
由于聚合物的涂层的种类很多，因而可对样品组 分进行选择性富集和采集。
固相微萃取利用表面未涂渍或涂渍 吸附剂的熔融石英纤维或其它纤维材料 作为固定相，当涂渍纤维暴露于样品时， 根据“相似相溶”原理，水中或溶液中的 有机物以及挥发性物质，从试样基质中扩散吸附 在萃取纤维上逐渐浓缩富集。 萃取时，被测物的分布受其在样品基质和萃取介 质中的分配平衡所控制，被萃取量(n)与其他因素的关 系可以用下式描述：
n=kVfCoVs／(kVf+Vs)
k为被测物在基质和涂层间的分配系数， Vf和Vs分别为涂层和样品的体积。
若样品体积很大时(Vs>>kVf)上式 可以简化成： n=kVfC0
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。
由于分析物在气相和萃取涂层中的 扩散速度非常快，因此分析物从样 品基体扩散至顶空的传质速率成为 影响HS—SPME平衡的关键步骤。 实际应用中， 可以搅拌样品，或在液体样品中加入强电解质、 或加热样品，以增加分析物的顶空蒸气压，同时 加速传质过程。
3、衍生化固相微萃取(derivation SPME)
Fra Baidu bibliotek
二、萃取速度影响因素 1、加热：加热试样可以加速试样分子 运动的速度，尤其能使固体试样的 分析组分尽快从试样中释放出来， 增加蒸汽压，提高灵敏度，对于顶空分析尤为重要。 但过高的温度会降低石英纤维固定相对组分的吸附 能力。选择一个合适的温度非常重要。如果对装置 进行改造，可采用对试样加以高温，用液态CO2对 固定相降温的方法来提高分析能力。 2、磁力转子搅拌、高速匀桨、超声波 ：磁力转子搅拌 可促使试样均匀，尽快达到平衡，在很多试验中发 现能明显提高萃取效率，且转速越高，达到平衡的 速度也越快。使用高匀桨的出发点与磁力转子搅拌
当待萃取组分不适用气相色谱等
仪器分析，或是不适合直接萃取(例如
离子化合物)的时候，可以采用衍生化的方法将
某些官能团引入到样品中，以降低极性化合物
的极性并提高涂层／水的分配系数，从而提高萃 取效率并使后续的仪器分析过程易于进行。衍生
化可以通过在样品基质中加入衍生化试剂实现；
也可以先萃取然后在气相色谱进样口进行衍生;
第三节 实验设备与操作模式
固相萃取具有简单、费用少、 易于自动化等一系列优点。固相微萃取 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。
或者在萃取头的吸附涂层上进行衍生化，萃取
与衍生化过程可以同时进行或先后取极 性化合物，非极性涂层萃取非极性化合 物。 较长的纤维头和较厚的涂层可以富集更多的 样品，提高分析灵敏度，但长纤维头较易折断， 一般都用1cm长的纤维头。 涂层越厚，固相吸附量越大，有利于提高方 法的灵敏度，但由于待分析物进入涂层是扩散过 程，涂层越厚，达到平衡的时间越长，分析速度 越慢。 一般来说，对于小分子或挥发性物质常采用 厚膜涂层，较大分子或半挥发性物质采用薄膜涂 层。
3、萃取时间：萃取时间是从石英纤维 与试样接触到吸附平衡所需要的时间。 为保证试验结果重现性良好，应在试验 中保持萃取时间一定。影响萃取时间的 因素很多，例如分配系数、试样的扩散速度、 试样量、容器体积、试样本身基质、温度等。
4、使用无机盐：向液体试样中加入少量氯化钠、 硫酸钠等无机盐可增强离子强度，降低极性有机物 在水中的溶解度即起到盐析作用，使石英纤维固定 相能吸附更多的分析组分。一般情况下可有效提高 萃取效率，但并不一定适用于任何组分。
是一致的，但高速匀桨的速度远远高于
磁力转子搅拌，其效果更好，仅用磁力 转子搅拌萃取时间的1/3。使用超声头对 试样进行超声更有助于分析组分的吸附， 在三者中效果最好，同磁力转子搅拌相比
缩短时间90%。由于磁力转子搅拌同高速匀桨、
超声波相比所用设备最简单，所以基本上仍使用磁 力转子搅拌法。但搅拌法对于某些试样并不适合， 需要针对具体试样进行试验。
分析时先将试样放入带隔膜塞的 固相微萃取专用容器中，固相微萃取 分两步：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，推出石英纤维完成解吸，色谱分析等 步骤。
操作模式：
根据被分析样品的物理性质和状态，进行固 相微萃取时可采取不同的操作方式，常见的操作 方式有如下三种
5、改变pH值：改变pH值同使用无 机盐一样能改变分析组分与试样 介质、固定相之间的分配系数， 对于改善试样中分析成分的吸附 是有益的。由于固定相属于非离子型聚合物， 故对于吸附中性形式的分析物更有效。调节 液体试样的pH值可防止分析组分离子化，提 高被固定相吸附的能力。 6、衍生化 ： 衍生化反应可用于减小酚、脂肪酸等极 性化合物的极性，提高挥发性，增强被固定相吸附 的能力。在固相微萃取中，或向试样中直接加入衍 生剂，或将衍生剂先附着在石英纤维固定相涂层上， 使衍生化反应得以发生。
第二节 影响萃取过程的因素
一、萃取效果影响因素
1、纤维表面固定相：选用何种固定相 应当考虑分析组分在各组分的分配系数， 极性与沸点，根据“相似相溶”原则，选取 最适合分析组分的固定相。
2、试样量、容器体积 ：由于固相微萃取是一个固定 的萃取过程，为保证萃取的效果需要对试样量，试 样容器的体积进行选择。试样量与试样容器体积之 间存在有匹配关系，试样量增大的情况下，重现性 明显变好，检出量提高。