王旭，馮曉翔

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300402）

固相微萃取技術(shù)在色譜分析中的研究進展

王旭，馮曉翔

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300402）

固相微萃取是近十年來發(fā)展起來的新型分離富集技術(shù)，簡便快速、無污染、易于和其它技術(shù)聯(lián)用。文中對固相微萃取的裝置原理、涂層材料、涂漬技術(shù)、萃取方式及其在分析檢測樣品預(yù)處理中的應(yīng)用發(fā)展方向進行了探討。

固相微萃取；色譜分析；涂層

在色譜分析環(huán)境中痕量物質(zhì)時，樣品前處理效果好壞對于能否得到準確而又重現(xiàn)性好的結(jié)果具有決定性作用。理想的痕量樣品處理技術(shù)應(yīng)具備以下特點：費用低廉，操作簡單，適應(yīng)性和重復(fù)性效果好，且少用或不用有害溶劑[1]。固相微萃取技術(shù)（SPME）克服了傳統(tǒng)的液-液萃取法等需使用大量溶劑和樣品處理時間長、操作步驟煩瑣等缺點，發(fā)展至今形成一種快速、靈敏、方便、無溶劑、易于實現(xiàn)自動化并適用于氣體、液體和固體樣品分析的前處理技術(shù)。

1 SPME工作原理

固相微萃取技術(shù)主要針對有機相進行分析。是利用表面未涂漬或涂漬吸附劑的熔融石英纖維作為固定相，當涂漬纖維暴露于樣品時，根據(jù)有機相和溶劑間“相似相溶”原理，將組分從試樣基質(zhì)中萃取出來，并逐漸富集，完成試樣前處理過程。萃取時，被測物的分布受其在樣品基質(zhì)和萃取介質(zhì)中的分配平衡所控制[2]。被萃取量（no）與其他因素的關(guān)系可以用下式描述：

K：為被測物在基質(zhì)和涂層間的分配系數(shù)，

Vf：涂層體積，

Vs：樣品體積，

C0：被測物在樣品中的濃度。

如果樣品體積很大時（Vs＞＞kVf），（1）式可以簡化成：

萃取的被測物量與樣品的體積無關(guān)，而與其濃度呈線性關(guān)系，因而從分析結(jié)果中得到的石英纖維表面的吸附量，就能算出被萃取物在樣品中的含量，可方便地進行定量分析。

2 SPME涂層材料與涂漬技術(shù)

固相微萃?。⊿PME）核心裝置是在一根長約1 cm長的熔融的石英纖維表面涂上一層厚度為30～100 μm高聚物固定相涂層。目前世界上已有的商品萃取頭的涂層固定相可分為非健合型、健合型、部分交聯(lián)型以及交聯(lián)型四種[3]。SPME通常采用的涂層技術(shù)有直接涂漬、健合法和交聯(lián)固化，涂層在有機溶劑中的穩(wěn)定性遵循以下規(guī)律：健合相＞部分交聯(lián)＞非健合相。常用的有機涂層如PDMS（聚二甲基硅氧烷）、PA（聚丙烯酸酯）、DB/TR（聚乙二醇/模板樹脂）等，無機涂層主要有石墨炭黑和活性炭。

溶膠-凝膠（sol-gel）技術(shù)[4]在材料合成和表面涂料方面由于化學(xué)鍵合作用使涂層對基質(zhì)有強烈的黏附性，固相涂層與石英光纖表面形成強烈的化學(xué)鍵，大大提高了涂層的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，擴大了SPME探頭的使用范圍；涂層形成三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能大大加快傳質(zhì)速度，減少萃取時間，并且增大表面積，提高萃取能力；形成的有機-無機聚合物能達到分子水平上的同一性，提高了探頭的重現(xiàn)性。隨著方法的改進，出現(xiàn)了萃取相涂漬在毛細管內(nèi)的管內(nèi)SPME（in-tube SPME）[5]，它易于操作，是試樣與固相涂層直接作用，幾乎不消耗溶劑，一般在2～30 min內(nèi)即可達到平衡。該技術(shù)適用于微量或痕量組分的富集，減少了對環(huán)境的污染。

3 SPME萃取操作方式

根據(jù)被分析樣品的物理性質(zhì)和狀態(tài)，進行SPME時可以采取不同的操作方式。萃取方式的選擇主要與待測物的揮發(fā)性、基質(zhì)和探針固定相涂層的性質(zhì)有關(guān)。常見的操作方式有3種。

3.1 直接SPME法

對于半揮發(fā)性和不揮發(fā)性樣品來說，典型的SPME萃取方式就是直接固相微萃取，即把SPME探針直接插入水相或暴露于氣體中進行萃取。它要求所萃取的基質(zhì)比較干凈，否則有嚴重的基體干擾。

3.2 頂空SPME法

把SPME纖維頭置于待測物樣品的上部空間進行萃取的方法，對于揮發(fā)性和半揮發(fā)性樣品來說，是典型的SPME萃取方式，即頂空萃取。該方法只適于被分析物容易逸出樣品進入上部空間的揮發(fā)性分析物。

3.3 衍生化SPME法

對于極性特別強的待測物通過衍生化反應(yīng)，即在其水溶液基質(zhì)中加入衍生劑或?qū)⒗w維涂層浸入適當?shù)难苌噭┍谎苌筮M行萃取，降低其極性，增加了分析物的涂層/水或涂層/氣相的分配系數(shù)，提高了SPME的萃取效率和方法的靈敏度[6]。衍生化后極性分析物極性降低，萃取后更易于色譜分析。

4 SPME在分析檢測中的應(yīng)用及發(fā)展

4.1 SPME與其他分析儀器的聯(lián)用

SPME與氣象色譜（GC）的聯(lián)用是應(yīng)用最普遍的一種方法，這是因為SPME與GC的聯(lián)用所需附加設(shè)備最少，操作最為簡單，而方法的靈敏度卻可大大提高。目前，相應(yīng)于SPME-GC聯(lián)用檢測器多為質(zhì)譜（MS）和氫火焰檢測器（FID），SPME-GC被廣泛應(yīng)用于樣品中易揮發(fā)或可衍生為易揮發(fā)成分有機物的分析。除此之外，還有其它一些檢測器也被應(yīng)用。

SPME固相微萃取器經(jīng)過改進使用合適的接口后也可與液相色譜（HPLC）聯(lián)用，廣泛用于某些藥物、蛋白質(zhì)、氨基酸等，多為半揮發(fā)性或不揮發(fā)性化合物質(zhì)。特別是管內(nèi)微萃取技術(shù)發(fā)明之后，其峰形更尖銳對稱[6]。高效的富集能提高微量物質(zhì)的分析靈敏度，在弱揮發(fā)性或熱不穩(wěn)定性化合物的分析中SPME-HPLC在線聯(lián)用迅速發(fā)展。

另外，SPME與電泳（CE）的聯(lián)用也被廣泛使用。它的優(yōu)點是可以檢測復(fù)雜體系中的高沸點物質(zhì)，可用于分離測定環(huán)境中樣品中的表面活性劑、酚類、染料、殺蟲劑等。有人用SPME-CE測定了酵母核糖體基體中的75種蛋白質(zhì)，其中80%的蛋白質(zhì)被檢測出來，具有一定成效。

4.2 SPME技術(shù)現(xiàn)狀及展望

SPME被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如環(huán)境樣中各類有機污染物、苯及取代物的預(yù)處理、食品分析中的各類揮發(fā)性香料、殺蟲劑殘留、食品顏料添加劑中的六氯苯以及煙草中的有機酸、生物堿和乙酸鹽等，飲料中咖啡因的分析以及在紡織皮革制品中各種有機染料殘留等均有使用。

固相微萃取技術(shù)，作為分析化學(xué)研究的一個新的熱門課題，已引起人們對它的廣泛關(guān)注，近幾年來在主要的國際分析化學(xué)刊物上發(fā)表的論文呈指數(shù)增加。新的研究領(lǐng)域?qū)⒅饕獓@以下幾點進行：

（1）對萃取頭涂層材料、涂漬方式的研究：SPME技術(shù)發(fā)展主要取決于萃取頭涂層性質(zhì)，它決定了該方法的檢測范圍和檢測濃度。目前有些研究還剛剛起步，研制新型高選擇性、高靈敏度、耐高溫的固相微萃取涂層，提高涂層的富集倍數(shù)，用于元素有機物形態(tài)分析的高選擇性涂層的研制將成為固相微萃取今后發(fā)展的重要方向之一。

（2）衍生技術(shù)的進一步發(fā)展：SPME衍生化是近幾年才發(fā)展起來的技術(shù)，有關(guān)金屬及類金屬元素的形態(tài)分析大多需要衍生化后才能檢測分析。

（3）與其他色譜分析儀器的聯(lián)用拓展：目前利用固相微萃取技術(shù)開展的工作尚有一定的局限性，主要使用在分析揮發(fā)性、半揮發(fā)性物質(zhì)，因此文獻報道較多與氣相色譜聯(lián)用的技術(shù)有關(guān)，與液相色譜和毛細管電泳聯(lián)用的技術(shù)尚不很成熟，文獻報道較少。

綜上，雖然固相微萃取技術(shù)近幾年剛起步，但由于其具有方法簡單、無需試劑、提取效果好、變異系數(shù)小等諸多優(yōu)點，已在環(huán)境、食品、生化、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有所應(yīng)用，今后相關(guān)研究將會有更大空間。

［1］ PAWLISZYN J.New.directions in sample preparation foranalysis of organic compounds[J].Trends Anal.Chem.,1995,14(3):113-122.

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［3］ FONTANALS N,MARCE RM,BORRULL F.New materials in sorptive extraction techniques for polar compounds[J].J. Chromatogr.A,2007,1 152(1-2):14-31.

［4］ Chang S L,Wand D X,Hayes SD.Sol-gel coating technology for the preparation of solid-phase micro-extraction fibers of enhanced thermal stability[J].Ana.I Chem.,1997,69:3889.

［5］ EisertR,Pawlyiszyn J.Automated in-tube solid-phase microextraction coupled to high-performance liquid chromatography[J]. Ana.I Chem.,1997,69:3 140.

［6］ 張莘民.固相微萃取技術(shù)在我國環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2001，2（6）：57-64.

Developments in chromatography of solid phase microextraction

WANG Xu,FENG Xiao-xiang
(1.Tianjin Bohai Vocational Technical College,Tianjin 300402)

Solid-phase microextraction is a new technology of solvent-free alternative for sample preparation developed from 1990．SPME has the advantages of simplicity,fast speed,easy to automate and less risk of contamination．The paper discussed the principles,coating materials,coating operation,extraction of the SPME,and taken into considerations in the pretreatment of analytical process of solid-phase microextion．

solid-phase microextraction;chromatography;coating

book=2010,ebook=9

10．3969/j．issn．1008-1267．2010．02．002

O657．3

A

1008-1267（2010）02-0005-03

2009-10-20