林穎悅 張 玉 陳家暢

河南文正檢測技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450048

樣品預(yù)處理是分離科學(xué)中至關(guān)重要的部分，特別是在生物樣本的分離分析中，更是處于關(guān)鍵的地位。由于傳統(tǒng)的樣品前處理技術(shù)具有諸多限制，已無法再適應(yīng)目前對于萃取的有關(guān)要求。如有機溶劑用量大，富集倍數(shù)較小，而且必須采用毒性較強和沸點較低的溶液，其固定與安全性將無法得到有效的保證。此外，在提純流程中很容易產(chǎn)生乳化問題，提純率低，重現(xiàn)性差，而且操作過程很復(fù)雜耗時，甚至于還會對分析物質(zhì)造成不必要的損耗與破壞。而且由于無法同步完成批量試樣的預(yù)處理工作，有能夠提供使用的固相萃取吸附劑品種很有限，使用領(lǐng)域狹小等一些較嚴(yán)重的問題缺陷［1］。

一、固相微萃?。⊿PME）技術(shù)概述

（一）固相微萃取（SPME）技術(shù)的發(fā)展歷程

固相微萃?。⊿PME）技術(shù)，由固相萃取（SPE）演變而來。1989年，Pawliszyn教授與Arthur等人最先研發(fā)出了固相微萃取（SPME）技術(shù)，固相微萃?。⊿PME）技術(shù)是一項新型的樣本前處理技術(shù)，具備操作簡便高效的優(yōu)勢。因此，該技術(shù)在20世紀(jì)90年代得到了廣泛使用［2］。相對于SPME技術(shù)實現(xiàn)了多個操作的集成，包括采樣、萃取、濃縮、進樣、解析等環(huán)節(jié)。將SPME技術(shù)與傳統(tǒng)的取樣預(yù)處理技術(shù)做對比，顯而易見的，SPME在操作上更加簡易、耗費時間上更少，并且檢測的效率以及分析靈敏度更高（測限可以滿足μg/L～ng/L水平）。此外，SPME技術(shù)在檢測過程中不用添加任何有機溶劑，更不需要額外的設(shè)備。因此，SPME技術(shù)所需設(shè)備更加簡易，也更綠色環(huán)保。同時，SPME技術(shù)所需設(shè)備能夠輕松實現(xiàn)與自動化GC、GC/MS、LC/MS/MS等儀器的聯(lián)用，對于待檢測樣品，只要求很小的體積就可以，也沒有對充分萃取和完全平衡的強制要求。諸多優(yōu)點，使得該技術(shù)很快變成了行業(yè)內(nèi)的主流樣品全處理技術(shù)，在保健食品、醫(yī)藥分析、環(huán)境監(jiān)測、法庭科學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域都能看見該技術(shù)的身影。

（二）固相微萃取的工作原理

首先借助吸收效應(yīng)，將在萃取纖維頭表面的固定物質(zhì)相對目標(biāo)組分從基體中萃取出，并逐步富集，進而進行化學(xué)與氣相色譜（GC）、有效液相分離色譜（HPLC）及氣相色譜－質(zhì)譜（GC-MC）聯(lián)用，從而完成后續(xù)樣品的分析檢測。

在法庭科學(xué)范圍內(nèi)，因為刑事案件的偵破需要，往往要求對在作案當(dāng)場發(fā)生的大量毒物、毒品和微量物證（火藥殘渣、助燃劑殘渣、人類氣息）、生物檢材（鮮血、尿液、毛發(fā)、唾液、胃內(nèi)容物等中的藥品）進行檢測分析。由于在任何的工作地點中都有產(chǎn)生多種干擾成分的可能性。所以，選擇一項好的分離技術(shù)，也是保證鑒別結(jié)論準(zhǔn)確的重要條件之一。對比過去的刑事案件化驗中所使用的分離技術(shù)液液萃取法、固相萃取法等，由于這種技術(shù)的使用比較費人、費時、費力，而且使用了大量溶劑，容易污染工作環(huán)境，對作業(yè)人員身體健康也產(chǎn)生了一定影響。同時，對萃取液進行濃縮后，會很容易產(chǎn)生目的物質(zhì)損失，使檢測結(jié)果的正確水平也遭到了很大的影響。而SPME技術(shù)則可大大提高樣本的分離效果、目標(biāo)分析物質(zhì)的純化率，以及分析結(jié)論的準(zhǔn)確性，因而可為刑事犯罪的偵查提供更準(zhǔn)確的指向。

二、固相微萃取裝置及主要操作方式

（一）固相微萃取裝置

固相微萃取設(shè)備主要由手柄和萃取頭所組成，萃取頭通常為一條長度一厘米的熔融石英絲，外面則是涂有各種性質(zhì)的固定相涂層。石英絲安裝在一個不銹鋼軸上，主要是用來確保石英絲不被打斷，而不銹鋼軸則和萃取樣機直接連接。而固相微萃取的基本原理則是建立在萃取探頭所吸附的待檢測物質(zhì)與樣品的溶劑相或氣體相之間達(dá)成的平衡分配基礎(chǔ)上的。先選擇富集試樣中的待檢測物質(zhì)，再采用熱解吸附或溶劑解吸附的方法，將待測物分離并遷移到檢測設(shè)備中進行研究。固相微萃取設(shè)備在萃取試樣時要首先將石英絲縮回針管內(nèi)，用針管伸入取樣盒的隔墊，隨后再將涂有固定相涂層的探針顯露于試樣或頂空間，在萃取規(guī)定時間后將探針縮回到針管內(nèi)，從取樣盒中抽出針管，隨后再將萃取頭伸入解析設(shè)備的進樣口，在經(jīng)過解溶以后再開始分離分析。相較于一般固相含量萃取的吸附劑萃取流程，為了給數(shù)據(jù)的真實性和結(jié)果的再現(xiàn)性提供保障，保證萃取時間、萃取溫度以及萃取頭浸入深度的統(tǒng)一性，對于固相微萃取流程來說是十分關(guān)鍵的。在實際使用時，因分析物質(zhì)通過萃取涂層表面的水膜達(dá)到萃取涂層的速率較慢，人們往往用超聲振動、磁力攪動的方法加快這一進程。

（二）萃取操作方式的主要類別

SPME技術(shù)在萃取操作過程中，當(dāng)下比較主流的方法大致包括直接浸入萃取式（不揮發(fā)組分）、頂空萃取式（易揮發(fā)組分）和膜保護萃取式（雜質(zhì)干擾多的組分）三種類別。

1.直接萃取模式。直接萃取模式（Directimmersion，DI-SPME），即涂有萃取固化相的石英纖維被徑直伸入到試樣基體中，將目標(biāo)組分徑直從試樣基體中遷移到萃取固化相中。直接萃取模式主要適合對不易揮發(fā)性的待測物以及較清潔的樣品基質(zhì)進行分析。

2.頂空萃取模式。頂空萃取模式（Headspace，HS-SPME），首先是將被解析組織成分先從液相滲透到氣相中，再將被解析組織成分從氣相遷移到提純的固定相中。實際操作過程中，要將萃取物纖維和待測的樣品按照一上一下的順序擺放，然后借助待測樣品的容易揮發(fā)性質(zhì)，從頂空瓶上面將其吸收。頂空萃取模式能夠減少化學(xué)雜質(zhì)影響和對復(fù)雜基質(zhì)干擾，主要適合對易揮發(fā)性的待測物以及較復(fù)雜的樣品基質(zhì)進行分析。

3.膜保護萃取。作為一個較新的分離技術(shù)，固相微萃取膜技術(shù)主要是利用定向合成的方式，把固相微萃取技術(shù)的吸附性與膜分離技術(shù)的選擇性，進行有機結(jié)合。故膜保護萃取技術(shù)能夠兼具固相微萃取技術(shù)的吸附性與膜分離技術(shù)的選擇性。而這種方式多用于將具有復(fù)雜性、多樣性、微量性以及未知性的物質(zhì)進行分離。

在具體的試驗過程中，對易揮發(fā)的被測試物質(zhì)既可以直接萃取又可以頂空萃取的，則通常選擇頂空萃取。因為頂空萃取時分析產(chǎn)物就能夠更快彌散到萃取相上，和直接萃取時一樣也可以更快獲得萃取平衡，并能夠更有效降低解析影響，因而增加了萃取頭的壽命；難揮發(fā)性的物料，通常使用直接萃取法；而針對主要存在于液體當(dāng)中的分析物料，直接萃取方法相較頂空萃取更為靈敏。

三、SPME的涂層材料發(fā)展及聯(lián)用技術(shù)

（一）SPME的萃取涂層發(fā)展

涂層材料的結(jié)構(gòu)特性和設(shè)計方案是固相微萃取技術(shù)研發(fā)的核心，材質(zhì)的構(gòu)造和特性影響著SPME萃取的可能性和適用范圍，也在極大程度上決定著整體研究結(jié)論的正確性和敏感度。當(dāng)下商品萃取頭的種類非常少，也很難滿足市場需要，尤其是對于某些產(chǎn)品選擇性需要特別大的萃取，傳統(tǒng)萃取頭已不適合。

商品化涂層的問世，在較大程度上推動了固相微萃取頭在食品、環(huán)保、藥品、法醫(yī)等方面的廣泛應(yīng)用。為了很好地解決當(dāng)下萃取頭的一些缺點與不足，如機械性能較差，熱固定性表現(xiàn)差，選擇性有限，對急性機制中的極性物質(zhì)萃取利用率低下，以及價格高昂等缺陷，對于還面臨著熱固定性和機械性能較差、化學(xué)選擇性較差、對急性機制中的極性物質(zhì)萃取利用率低下、價格昂貴等各種問題，業(yè)內(nèi)的研究重點聚焦于SPME涂層材料的研發(fā)。目前被用于研發(fā)涂層的材料豐富，包含分子印跡聚合物、離子液體、各類碳納米材料、無機納米材料、各種金屬及有機框架物質(zhì)等新材料。

其中，聚合離子液體在近年來，受到許多研究學(xué)者的重視。聚合離子液體是一類新興SPME涂層材質(zhì)，其熱固定性好、蒸氣壓低、水解功能強。通常情況下，是借助水溶膠－凝膠法完成聚合離子液體SPME涂層物質(zhì)的制備。

經(jīng)過試驗比較表明，由聚合離子液體制成的SPME涂層有良好的熱固定性，其用途廣泛、萃取速率較快，不易受到基體中不揮發(fā)性化合物的污染，減少了背景吸附和基質(zhì)影響，增長了萃取頭的使用壽命，減少了平衡時間。當(dāng)前，業(yè)內(nèi)有學(xué)者將含有離子液極性基團的三烷氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷作為前提，利用氣溶膠凝膠法，生產(chǎn)了一類含鍵合離子液和苯基雙功能基的SPME涂層，該SPME涂層具有多孔結(jié)構(gòu)且離子液不易散失。并且該涂層能在大于300℃的溫度環(huán)境中使用。對萃取條件進行優(yōu)選后，通過頂空固相微萃取技術(shù)結(jié)合GC/FID的方法，測得了水樣中五種多環(huán)芳烴的檢出限為0.002～0μg/L，且相關(guān)系數(shù)分析的平方均等于0.9973。除此之外，目前業(yè)內(nèi)另一種較為新穎的技術(shù)，是基于聚吡咯（PPY）涂層毛細(xì)管的管內(nèi)固相微萃取技術(shù)。已有學(xué)者利用該技術(shù)，對內(nèi)過渡元素和芳香族化合物的萃取過程開展了深入研究。試驗結(jié)果表明，PPY涂層相較于商業(yè)用毛細(xì)管涂層，具備更好的萃取效能，特別是針對多環(huán)芳香族化合物和極性芳香族化合物。而通過調(diào)節(jié)涂層厚度也能夠調(diào)節(jié)萃取效能和選擇性，同時該涂抹料也可以進行對水樣中極性和非極性芳烴的同時萃取研究。而另一種利用循環(huán)伏安法制備的新型聚吡咯－離子液體涂層，附著于不銹鋼絲表面，能夠?qū)⑽宸N不同的苯類化合物作為目標(biāo)分析物。該涂層區(qū)別于傳統(tǒng)的聚二甲基硅氧烷材質(zhì)，由于其適應(yīng)的溫度可以高達(dá)285℃，且具備優(yōu)異的化學(xué)固定性，因此該涂層表現(xiàn)出了更好的萃取效果。

（二）SPME的聯(lián)合使用方法

當(dāng)下一般是為了SPME與GC、HPLC等藥品的聯(lián)合使用，但近些年來又有一些聯(lián)合使用方法相繼問世。一般有：SPME－分光光度法、SPME－紅外光譜法（IR）、SPME－電解分析、SPME－毛細(xì)管電泳（CE）、SPME-ICP-MS、SPME－微波輔助萃?。∕AE）-GC等。覆纖維對四環(huán)素類和分子物質(zhì)構(gòu)成相同的土霉素、多西環(huán)素、金霉素等表現(xiàn)了獨特的選擇性。由于各種生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，很多上述涂層以外的新涂層生產(chǎn)技術(shù)也正在源源不斷地涌現(xiàn)，如電沉積法、黏合劑法、膜輔助生產(chǎn)法等。不過在萃取性能、萃取效果、熱固定性、價格等方面仍存在著許多缺陷，新涂層技術(shù)還必須進一步開發(fā)。

四、固相微萃取在法醫(yī)毒物鑒定中的應(yīng)用

對法醫(yī)毒物進行分析，主要是以能破壞人類生命或正常活動的毒物為主要研究對象。以分析化學(xué)為理論基礎(chǔ)，并借助現(xiàn)代儀器，對這類研究對象做出定量與定性評價，對我國社會主義法治建設(shè)而言具有實質(zhì)性的作用。本文中所研究的毒物，是指凡是可以經(jīng)由化學(xué)或物理化學(xué)影響而破壞主體的正?；顒?，從而導(dǎo)致人類身體內(nèi)部器官等出現(xiàn)功能障礙或器質(zhì)性病變甚至導(dǎo)致死亡的物質(zhì)。在對有關(guān)法醫(yī)毒物和其代謝成分進行收集的過程中，因為所涉及目標(biāo)物質(zhì)的濃度一般較低，且可以獲得的檢材數(shù)量一般也較小，還有部分分析實驗結(jié)果具備不可逆性等特征。因此，在法醫(yī)毒物數(shù)據(jù)分析中對采集樣本加以分離純化，是其數(shù)據(jù)分析流程中最為關(guān)鍵的一個階段。同時更是必須耗費許多人力物力以及時間去深入研究和進一步發(fā)展的最關(guān)鍵的重要環(huán)節(jié)之一。法醫(yī)毒物研究領(lǐng)域內(nèi)，使用頻率最高的提純辦法是快速溶劑萃取、固相微萃取、高固相含量萃取、液液萃取和模板拆除后吸附萃取等技術(shù)。在上述技術(shù)中，由于固相微萃取技術(shù)具備的所需試樣小、無須溶劑、應(yīng)用范圍廣泛、再現(xiàn)性強等一系列優(yōu)勢，已被大量用到了法醫(yī)毒物的實際檢驗應(yīng)用當(dāng)中。當(dāng)下，我國國內(nèi)盡管仍未形成系統(tǒng)的法醫(yī)毒物分析系統(tǒng)，但是固相微萃取技術(shù)因為特有的專一性、高靈敏度以及高精度等優(yōu)勢在法醫(yī)分析方法體系中占有著關(guān)鍵的地位，同時由于新SPME涂層材料的問世及其對萃取條件優(yōu)化等的進一步發(fā)展，也有助于提高對目標(biāo)物質(zhì)的萃取效果、提純選擇性以及檢測精度。［3］

五、結(jié)束語

固相微萃取技術(shù)作為一個新興的樣品前處理技術(shù)，集合了采樣、萃取、濃縮、進樣多個環(huán)節(jié)。由于該技術(shù)很好地解決了在傳統(tǒng)前處理過程中花費時間過大、要用到大量的表面活性劑、造成嚴(yán)重的環(huán)境污染等問題，因此獲得了許多研究工作者的認(rèn)可。固相微萃取技術(shù)的適用范圍也在逐步擴大，研究范圍由原有的揮發(fā)性有機物質(zhì)逐步延伸至非揮發(fā)性無機毒（藥）物質(zhì)，萃取效果與萃取選擇性也得到了顯著的改善。同時，伴隨現(xiàn)代科技的日益完善，固相微萃取技術(shù)同樣得到了進一步的發(fā)展完善，堅信固相微萃取技術(shù)將會在法醫(yī)毒物領(lǐng)域得到更加廣泛的運用。