1、固相微萃取技術固相萃取（spe）及固相微萃取（spme）技術簡介一、背景 環境樣品分析中所涉及的環境和生物等樣品基體復雜，且待測元素和物質在樣品中的含量一般都很低，所以往往需要對樣品進行分離預富集，其要求一般為：前言 試樣的預處理是樣品分析中至關重要的一環，傳統的樣品預處理方法往往手續復雜、耗時。具有溶劑消耗量少、對樣品污染少、預處理時間短等優點的固相萃取技術已廣泛地應用于環境的監測與分析中，成為一種常規分析方法。 傳統溶劑法的問題： 有機溶劑用量大 富集倍數低 操作繁瑣、費時 分析物的損失和污染二、固相微萃取（spme）和固相萃取（spe） 固相微萃取（solid phase microex

2、traction，spme）是在固相萃取（solid phase extraction，spe） 基礎上發展起來的一種新型萃取分離技術。固相微萃取（spme）是由加拿大waterloo大學pawliszyn于1990年提出（arthur c l, pawliszyn j. anal. chem. , 1990, 62: 2145）。美國supelco公司于1993年推出了商品化的固相微萃取裝置。 由于該法既不使用溶劑，也不需要復雜的儀器設備，它一經出現就得到迅速的發展。三、固相萃取（spe） 固相萃取（solid phase extraction，spe）是由液固萃取和柱液相色譜技術相結合發展

3、而來的。 其廣泛應用起始于1978年美國waters公司首先將商品sep-pak投放市場。它是一種填充固定相的短色譜柱，用于濃縮被測組分或除去干擾物質。 spe是一個柱色譜分離過程，分離機理、固定相和溶劑的選擇等方面與高效液相色譜（hplc）有許多相似之處。 不同之處是：spe柱的填料粒徑（40m）要比hplc（3-10 m ）大，由于短的柱床和大的填料粒徑，因此其柱效很低，一般為10-50塔板。1、用途： 分離效率低的spe技術主要用于處理試樣，其目的為：（1）從試樣中除去對以后分析有干擾的物質；（2）富集痕量組分，提高分析靈敏度；（3）變換試樣溶劑，使之與分析方法相適應；（4）原位衍生；（

4、5）試樣脫鹽；（6）便于試樣的儲存和運送。2、固相萃取的基本原理： 固相萃取的原理與液相色譜分離過程相仿，是一種吸附劑萃取，主要用于液體樣品的處理。 a：當試樣通過裝有合適的固定相時，被測組分由于與固定相作用力較強而被吸附留在柱上，并因吸附作用力的不同而彼此分離，樣品基質及其他成分與固定相作用力較弱而隨水流出萃取柱。 b：被萃取組分用少量的選擇性溶劑洗脫。 因此，spe技術不僅用于“清洗”樣品，除去干擾成分，而且可以使組分分離，達到濃縮或純化的目的。3、固相萃取的裝置固相萃取的裝置主要分柱型和盤型兩種 體材料通常是用醫用級聚丙烯，在兩片聚丙烯篩板之間填裝吸附劑。也可選用玻璃、純聚四氟乙烯（pt

5、fe）作為柱體材料。 吸附劑最多使用的是c18相，該吸附劑疏水性強，在水相中對大多數有機物顯示保留。此外，也使用其他具有不同選擇性和保留性質的吸附劑，如： c8、氰基、苯基、雙純基填料、活性碳、硅膠、氧化鋁、硅酸鎂、高分子聚合物、離子交換樹脂、排阻色譜吸附劑、親和色譜吸附劑等。 常用洗脫溶劑有：甲醇、水、乙酸、丙醇、異丁醇、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、乙醚、苯、甲苯、四氯化碳、環己烷、正己烷等。4、 spe的操作步驟及方法的建立： spe操作步驟包括有柱預處理、加樣、洗去干擾物和回收分析物四個步驟。（1）柱預處理 以反相c18spe柱的預處理為例。先使數毫升的甲醇通過萃取柱，再用水或緩沖溶液頂替

6、滯留在柱中的甲醇。柱預處理有兩個目的： 除去填料中可能存在的雜質； 使填料溶劑化，提高固相萃取的重現性。 填料未經預處理或未被溶劑潤濕，能引起溶質過早穿透，影響回收率。（2）加樣 預處理后，試樣溶液被加至并通過spe柱，在該步驟，分析物被保留在吸附劑上。 加到萃取柱上的試樣量取決于萃取柱尺寸（填料量）和類型、在試樣溶劑中試樣組分的保留性質和試樣中分析物及基質組分的濃度。（3）除去干擾雜質 用中等強度的溶劑，將干擾組分洗脫下來，同時保持分析物仍留在柱上。對反相萃取柱，清洗溶劑是合適濃度有機溶劑的水或緩沖溶液，通過調節清洗溶劑的強度和體積，盡可能地除去能被洗脫的雜質。（4）分析物的洗脫和收集 這一

7、步驟的目的是將分析物完全洗脫并收集在最小體積的餾分中，同時使比分析物更強保留的雜質盡可能多地留在spe柱上。5、 spe的應用： （1） spe在環境樣品中的主要應用是對環境水樣的預處理，如： 盤式spe的使用，可使1l水的處理時間縮短到10min，與通常的液-液萃取相比，減少了大量的時間和勞動強度，減少使用大量的有機溶劑，降低了對人體和環境的影響。 環境水樣從野外采集后，由于條件限制不能馬上分析，需存放在冰箱內送往實驗室，造成運輸、保存的極大困難。而固相萃取技術可以在野外直接萃取水樣，將萃取后的介質送往實驗室，這樣，不但極大地縮小了樣品體積，方便運輸，而且污染物吸附在固相介質上比存放在冰箱的

8、水樣中更為穩定。 （2）除環境水樣外，spe也被用于大氣樣品的前處理，用于萃取大氣污染物。epa方法分析物試樣spe固定相506鄰苯二甲酸酯和己酸酯飲用水c18550.1多環芳烴飲用水c18549.1鹵代乙酸和茅草枯飲用水陰離子交換劑553聯苯胺和含氮殺蟲劑飲用水c18或ps-dvb1658苯氧基酸除草劑廢水c181656有機鹵化物殺蟲劑廢水c181657有機磷殺蟲劑廢水c188440石油烴總量沉積物、土壤、淤泥硅膠t013苯并芘及其它多環芳烴空氣xad-2樹脂美國epa使用spe技術凈化和富集的部分方法 與固相萃取技術相比其特點： 固相微萃取操作更筒單、攜帶更方便、操作費用也更加低廉，另外克

9、服了固相萃取回收率低、吸附劑孔道易堵塞的缺點，因此成為目前所采用的試樣預處理中應用最為廣泛的方法之一。spme已開始應用于分析水、土壤、空氣等環境樣品的分析。四、固相微萃取（spme）1、固相微萃取（spme）裝置該裝置類似微量注射器，由手柄和萃取頭（纖維頭）兩部分組成。萃取頭是一根長約1cm、涂有不同固定相涂層的溶融石英纖維，石英纖維一端連接不銹鋼內芯，外套細的不繡鋼針管（以保護石英纖維不被折斷）。手柄用于安裝和固定萃取頭，通過手柄的推動，萃取頭可以伸出不銹鋼管。 2、spme操作過程及方式spme方法是通過萃取頭上的固定相涂層對樣品中的待測物進行萃取和預富集。spme操作包括三個步驟：a涂

10、有固定相的萃取頭插入樣品或位于樣品上方；b待測物在固定相涂層與樣品間進行分配直至平衡；c將萃取頭插入分析儀器的進樣口，通過一定的方式解析后進行分離分析。 spme萃取有三種操作方式，及直接法、頂空法和膜保護法直接法：是將spme纖維頭直接插入水相或暴露于氣體樣品中進行萃取的方法。頂空法：是將spme萃取頭置于分析樣品的上部空間進行萃取。膜保護法：是通過一個選擇性的高分子材料膜將試樣與萃取頭分離，以實現間接萃取，膜的作用是保護萃取頭使其不被基質污染，同時提高萃取的選擇性。涂層： spme萃取過程依賴于分析物在涂層和樣品兩相中的分配系數，因此萃取的選擇性取決于涂層材料的特性，故涂層材料是spme技

11、術的核心。 涂層的選擇和設計可以基于色譜經驗，一般來說，不同種類的分析物要選擇不同性質的涂層材料，選擇的基本原則是“相似相溶”。 涂層的體積（厚與薄）也決定方法的靈敏度。 涂層所使用的主要材料： 聚二甲氧基硅烷（pdms）、二乙烯基苯（dvb）、聚乙二醇（cw）、聚丙烯酸酯（pa）3、固相微萃取法原理 固相微萃取法（spme）的原理與固相萃取不同，固相微萃取不是將待測物全部萃取出來，其原理是建立在待測物在固定相和水相之間達成的平衡分配基礎上。 設固定相所吸附的待測物的量為ws，因待測物總量在萃取前后不變 ，固得到： c0v2=c1 v1+c2 v2 （1） 式中， c0是待測物在水樣中的原始濃

12、度； c1 、 c2分別為待測物達到平衡后在固定相和水相中的濃度； v1 、 v2分別為固定相液膜和水樣的體積。 吸附達到平衡時，待測物在固定相與水樣間的分配系數k有如下關系： k= c1 / c2 （2）平衡時固相吸附待測物的量ws= c1 v1，固c1 = ws / v1由式（1）得： c2= （ c0 v2 c1 v1 ） / v2將c1、 c2代入式（2）并整理后得： k= ws v2/v1 （ c0 v2 c1 v1 ） = ws v2/（ c0 v2 v1 c1 v1 2） （3） 由于v1v2，式3中c1 v1 2可忽略，整理后得： ws =k c0 v1 （4） 由式（4）：

13、ws =k c0 v1 ，可知ws與c0呈線性關系，并與k和呈正比。決定k值的主要因素是萃取頭固定相的類型，因此，對某一種或某一類化合物來說選擇一個特異的萃取固定相十分重要。萃取頭固定液膜越厚， ws越大。由于萃取物全部進入色譜柱，一個微小的固定液體積即可滿足分析要求。通常液膜厚度為5-100um，這一已比一般毛細管柱的液膜厚度（0.2-1um）厚得多。4、固相微萃取法萃取條件的選擇（1）萃取頭 萃取頭應由萃取組分的分配系數、極性、沸點等參數決定，在同一個樣品中因萃取頭的不同可使其中某個組分得到最佳萃取，而其它組分則可能受到抑制。目前最常用的萃取頭有如下幾種： （a）聚二甲氧基硅烷（pdms）

14、類：厚膜（100um）適于分析水溶液中低沸點、低極性的物質，如苯類，有機合成農藥等；薄膜（7um）適于分析中等沸點和高沸點的物質，如苯甲酸酯，多環芳烴等； （b）聚丙烯酸酯（pa）類：適于分離酚等強極性化合物。（2）萃取時間 萃取時間主要是指達到平衡所需要的時間。而平衡時間往往取決于多種因素，如分配系數，物質的擴散速度、樣品基體、樣品體積、萃取膜厚、樣品的溫度等。實際上，為縮短萃取時間沒有必要等到完全平衡。通常萃取時間為5-20min即可。但萃取時間要保持一致，以提高分析的重現性。 （3）改善萃取效果的方法 （a）攪拌：攪拌可促進樣品均一化和加快物質的擴散速度，有利于萃取平衡的建立； （b）加

15、溫：尤其在頂空固相微萃取時，適當加溫可提高液上氣體的濃度，一般加溫50-90。（c）加無機鹽：在水溶液中加入硫酸銨、氯化鈉等無機鹽至飽和可降低有機化合物的溶解度，使分配系數提高；（d）調節ph值：萃取酸性或堿性化合物時，通過調節樣品的ph值可改善組分的親脂性，從而大大提高萃取效率。 （e）衍生化：在元素形態分析中，由于大多數目標化合物以離子形式存在，衍生尤為重要。 在實際分析應用中，對于一個給定的分析物，首先應根據分析物選擇合適的萃取涂層和涂層厚度，然后根據樣品的基質和待測物的揮發度來選擇適當的萃取方式。5、應用 由于固相微萃取（spme）具有操作簡單、快速、不需用溶劑洗脫、萃取后即可將它直接插入gc（包括gc-ms）和hplc的進樣室，經熱解樣品即進入色譜柱，減少了很多中間步驟，而且測定靈敏度高。因此迅速又廣泛地被應用于環境樣品有機污染物的分析中。包括固態（如沉積物、土壤等）、液態（地下水、地表水、飲用水、廢水）及氣態（空氣及廢氣）中的鹵代烴（包括鹵代芳烴）、有機氯農藥、多環芳烴、胺類化合物以及石油類等。（1）spme-gc聯用 spme與gc聯用是研究最早也是目前發展得最成熟的技術。這一領域的研究目前主要集中在接口研制、萃取頭的制備和有機金屬化合物形態分析應用這幾個