（分析化学专业论文）毛细管电泳绿色样品预富集技术的研究.pdf

摘要 摘要 毛细管电泳( c e ) 是高效、快速、样品和试剂消耗少的一种分离技术。由于 c e 极小的样品注入体积和极短的吸收光程，导致常用的紫外可见吸收法的 检测灵敏度差。为此，常采用高灵敏的检测器和样品预富集技术来提高毛细 管电泳的检测灵敏度。本文综述了近年来液相微萃取技术和毛细管电泳在柱 电动富集技术的发展和应用。本文的主要研究内容包括液相微萃取中装置的 设计和制作、萃取条件的理论研究、一体化的顶空液相微萃取技术、液相微 萃取技术和在柱电动富集技术联用的研究等，主要研究成果如下： 1 设计并制作了液相微萃取装置，详细描述了其制作方法和要点。这些装置 能完美融合项空液相微萃取技术和毛细管电泳，以及实现液相微萃取技 术和碱堆积技术结合作为双重富集方法从而显著提高c e u v 的检测灵敏 度，同时也简化了样品前处理的操作步骤。 2 在顶空液相微萃取理论的基础上，深入研究了在项空液相微萃取中样品溶液 体积条件对萃取富集效率的影响，经过理论推导得到最佳样品体积条件，并 得到了以前多数文献结果和本论文实验结果的验证。 3 建立了一体化的顶空液相微萃取和毛细管电泳直接联用的方法，并成功用于 地表水中的常见酚类污染物的检测。我们研究了该技术中影响萃取效率的因 素，主要有萃取接受相的选择、萃取温度、样品液p h 值、搅拌速率、盐效应、 样品体积、萃取时间等。在最佳萃取条件下，对六种常见的酚类的富集倍数 达到5 2 0 1 2 7 0 。该技术对挥发性或半挥发性痕量物质，是一种富集倍数高、 操作简便的毛细管区带电泳样品预富集技术。 4 建立了液液液微萃取技术和碱堆积在柱富集技术联用的双重富集模式，并成 功用于蔬菜中氨基甲酸酯类农药残留的分析。我们研究了该技术中影响富集 倍数的因素，主要包括有机相的选择，萃取接受相的选择、样品体积、萃取 时间、碱堆积时间等。在最佳萃取条件下，对四种常见的氨基甲酸酯类农药 的富集倍数达到1 1 0 0 - 1 4 1 0 。该技术是一种能有效去除样品基体干扰、富集 倍数高，简便快速，操作简单的毛细管电泳在柱预富集技术。 5 进一步发展了一体化顶空液相微萃取技术，使之直接与胶束电动毛细管色谱 ( m e k c ) 联用对微量非极性化合物进行检测。对药品中的酯类防腐剂( 对 羟基苯甲酸甲、乙和丙酯) 的富集倍数达到2 5 8 6 。该技术能有效浓缩样品， 去除基体干扰，是一种富集倍数高、操作简便的m e k c 样品预富集技术。此 外，在一体化的顶空液相微萃取技术中，对于可离子化的分析物，可直接采 摘要 用运行缓冲液作为萃取接受相来富集分析物。我们用此技术在稀释的酱油样 品中富集测定了防腐剂山梨酸和苯甲酸的含量，并已取得重要进展。 关键词：毛细管电泳液相微萃取碱堆积技术样品预富集样品前处理 a b s t r a c t c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ( c e ) i sap o w e r f u ls e p a r a t i o nt e c h n i q u ew i t h h i g h s e p a r a t i o ne f f i c i e n c y ，f a s ts e p a r a t i o ns p e e da n dl o ws a m p l ec o n s u m p t i o n f o ri t s s m a l li n j e c t e ds a m p l ev o l u m ea n ds h o r to p t i c a lp a t h ，t h ed e t e c t i o ns e n s i t i v i t yo f u l t r a v i o l e t - v i s i b l e ( u v v i s ) s p e c t r o p h o t o m e t r yi s n o ts a t i s f i e d h i g hs e n s i t i v i t y d e t e c t o ra n ds a m p l e p r e c o n c e n t r a t i o nt e c h n i q u e sa r eo f t e na d o p t e dt oi m p r o v e c o n c e n t r a t i o nd e t e c t i o nl i m i t si nc e t h ea u t h o rr e v i e w st h e d e v e l o p m e n t sa n d a p p l i c a t i o n so fl i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ( l p m e ) a n do n c o l u m ns a m p l es t a c k i n g i nc ea n a l y s i s t h em a i nr e s e a r c hi nt h i st h e s i si n c l u d ed e s i g na n dp r o d u c t i o no f l i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a c t i o nu n i t ，s t u d yo fe x t r a c t i o nc o n d i t i o n si nh e a d s d a c e l i q u i d - p h a s e m i c r o e x t r a c t i o n ，t h e i n t e g r a t i o n o f h e a d s p a c e l i q u i dp h a s e m i c r o e x t r a c t i o nw i t h c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ， a n d t h ec o m b i n a t i o no f l i q u i d - l i q u i d l i q u i dm i c r o e x t r a c t i o nw i t hb a s es t a c k i n g 淞ad u a lp r e c o n c e n t r a t i o n m e t h o df o rc a p i l l a r yz o n ee l e c t r o p h o r e s i s t h ed e t a i l so ft h ec o n t e n t sa n dr e s u i t so f t h et h e s i sa r ea sf o l l o w s ： 1 w ed e s i g na n d p r o d u c et w ol i q u i d p h a s em i c r o e x t r a c t i o nu n i t sa n dd e s c r i b e t h em e t h o da n dt h ek e yp o i n ti nd e t a i l t h e s el i q u i d p h a s em i c r o e x t r a c t i o nu n i t s r e a l i z et h e i n t e g r a t i o no fh e a d s p a c el i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a c t i o nw i t hc a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i s ，a n dt h ec o m b i n a t i o no fl i q u i d l i q u i d 1 i q u i dm i c r o e x t r a c t i o nw i t hb a s e s t a c k i n ga sad u a lp r e c o n c e n t r a t i o nm e t h o df o rc a p i l l a r yz o n ee l e c t r o p h o r e s i s ，w h i c h h i g h l yi m p r o v et h ed e t e c t i o nl i m i t si nc ea n ds i m p l i f yt h es a m p l ep r e t r e a t m e n ts t e p s 2 o nt h eb a s i so fh e a d s p a c el i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a c t i o nt h e o r y ，t h ee f f e c to f t h es a m p l ev o l u m eo nt h ee n r i c h m e n tf a c t o ro fh s l p m ew a ss t u d i e db yb o t h t h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a lm e t h o d s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so fo u rw o r ka n dm o s t o ft h ea n a l y t e si nr e p o r t e dw o r k w a sc l o s et oo u r p r e d i c t i o n 3 a na n a l y t i c a l t e c h n i q u e o fi n - l i n e c o u p l i n gh e a d s p a c el i q u i d p h a s e m i c r o e x t r a c t i o n ( h s - l p m e ) w i t hc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ( c e ) w a sp r o p o s e dt o d e t e r m i n ev o l a t i l ea n a l y t e s t oe v a l u a t et h ep r o p o s e dm e t h o d ，p h e n o l sw e r eu s e da s m o d e la n a l y t e s t h ep a r a m e t e r sa f f e c t i n gt h ee x t r a c t i o ne f f i c i e n c yw e r ei n v e s t i g a t e d ， i n c l u d i n gt h ec o n f i g u r a t i o no fa c c e p t o rp h a s e ，k i n da n dc o n c e n t r a t i o no fa c c e p t o r s o l u t i o n ，e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r ea n dt i m e ，s a l t o u te f f e c t ，s a m p l ev o l u m e 。e t c u n d e r t h es e l e c t e dc o n d i t i o n s ，t h ee n r i c h m e n tf a c t o r sw e r eo b t a i n e df r o m5 2 0t o12 7 0 t h e p r o p o s e dm e t h o dw a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so ft h ep h e n o l s i n t a pw a t e r ，a n dp r o v e d t ob ea s i m p l e ，c o n v e n i e n ta n dr e l i a b l es a m p l e i i i a b s t r a c t p r e c o n c e n t r a t i o na n dd e t e r m i n a t i o nm e t h o df o rv o l a t i l ea n a l y t e si nw a t e rs a m p l e s 4 as i m p l ea n de f f i c i e n td u a l p r e c o n c e n t r a t i o nm e t h o do fo n c o l u m n l i q u i d - l i q u i d - l i q u i dm i c r o e x t r a c t i o n ( l l l m e ) c o u p l e dw i t hb a s es t a c k i n gw a s d e v e l o p e df o rc a p i l l a r yz o n ee l e c t r o p h o r e s i s ( c z e ) i nt h i sp a p e r f o u rn m e t h y l c a r b a m a t e sw e r eu s e da st a r g e tc o m p o u n d st oe v a l u a t et h ee n r i c h m e n tm e a n s t h e p a r a m e t e r sa f f e c t i n gt h ee x t r a c t i o ne f f i c i e n c yw e r e i n v e s t i g a t e d ，i n c l u d i n gt h e s e l e c t i o no fo r g a n i cp h a s e ，k i n da n dc o n c e n t r a t i o no fa c c e p t o rs o l u t i o n ，e x t r a c t i o n t i m e ，s a m p l ev o l u m ea n dt h ei n j e c t i o nt i m ei nb a s es t a c k i n ge t c u n d e rt h es e l e c t e d c o n d i t i o n s ，t h ee n r i c h m e n tf a c t o r so ft h ec a r b a m a t e sw e r eo b t a i n e df r o m110 0t o1410 t h ea n a l y t i c a lr e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a tt h el l l m e c o u p l e dw i t hb a s es t a c k i n gw a sa s i m p l e ，c o n v e n i e n ta n dr e l i a b l eo n c o l u m ns a m p l ep r e t r e a t m e n tm e t h o df o r t h e a n a l y s i so fa n i o n i ca n a l y t e si nc z e 5 w ed e v e l o p e di n l i n eh e a d s p a c el i q u i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o nt e c h n i q u e ，a n d r e a l i z e dt h ed i r e c t p r e c o n c e n t r a t i o nt h en o n 。p o l a rc o m p o u n d si nm i c e l l a r e l e c t r o k i n e t i cc a p i l l a r yc h r o m a t o g r a p h y ( m e k c ) t h em e t h o dw a sa p p l i e dt ot h e a n a l y s i so fp h y d r o x y b e n z o a t ep r e s e r v a t i v e si nm e d i c i n e t h ee n r i c h m e n tf a c t o r so f m e t h y l 。，e t h y l 。a n dp r o p y l - p a r a b e n sr a n g e df r o m2 5t o8 6 t h ei n t e g r a t i v ec o u p l i n g t e c h n i q u ew a sa b l et oc o n c e n t r a t ea n a l y t e sa n de l i m i n a t et h em a t r i xi n t e r f e r e n c e e f f e c t i v e l y , a n db eu s e dt od e t e r m i n en e u t r a la n a l y t e si nc o m p l e xs a m p l e sb yc e t h e r u n n i n gb u f f e rc o u l db ea d o p t e da sa c c e p t o rp h a s ei nt h ea n a l y s i so fi o n i z e d c o m p o u d si nt h ei n t e r g r a t i v eh e a d s p a c el i q u i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o nt e c h n i q u e m o r er e c e n t l y , b e n z o i ca c i da n ds o r b i ca c i dp r e s e r v a t i v e si nd i l u t e d s o ys a u c es a m p l e s w e r ea n a l y z e db yt h et h i sm e t h o d ，a n dw eh a v em a d es o m ei m p o r t a n t p r o g r e s s k e yw o r d s ：c a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i s ，l i q u i d p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ，s a m p l e p r e t r e a t m e n tt e c h n i q u e i v 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文- ，不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确 的说明。 作者签名：签字日期：塑丝：兰： 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为中请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术人学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借测，可以将学位论文编入中国学 位论文全文数据库等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 目么歼口保密( 年) 作者签名： 搬越 导师签名： 签字日期：塑! ! ：墨：墨 签字日期： 第一章毛细管电泳样品预富集技术及其进展 1 1 引言 第一章毛细管电泳样品预富集技术及其进展 高效毛细管电泳( h i g hp e r f o r m a n c ec a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ，h p c e ) 是近年来 发展十分迅速的高效分离技术【l ，2 】。由于其具有高效、快速和样品用量少等特点， 是一种绿色分析技术，特别适用于生命科学研究领域，同时也适用于其它研究领 域，包括食品化学、药物化学、环境化学、毒物学、医学和法医学等。然而， h p c e 的不足之处在于检测灵敏度较低和重现性不好。所以在痕量分析物直接测 定方面存在局限性，如测定食品或环境样品中的有害物、污染物和药物残留，以 及它们的代谢物残留等。h p c e 检测灵敏度差主要有两方面原因： ( 1 ) 毛细管内径小。h p c e 中，分离毛细管的内径通常为2 5 - - - 1 0 0i x m 。由于 受毛细管的曲率影响，实际检测光程总是小于毛细管的内径。因此在c e 的紫外 可见吸收( u v 二v i s ) 检测中，光程短是限制检测灵敏度的主要原因。此外，分析 物在分离过程中可能受到区带扩散或管壁吸附的影响，使得检测的浓度往往低于 样品的实际浓度。 ( 2 ) 毛细管的样品负载能力小。样品注入在p l n l 量级范围，即使采用 u v - v i s 在柱检测技术，其检测灵敏度依旧较差。过度增加进样体积并非是有效 的改进措施，在c e 分离中合适的样品塞长度非常重要，如果样品带长度超过因 纵向扩散造成的区带分散，其分离效率和分离度将造成损失。在理想状态下，样 品塞长度必须小于扩散引起的区带展宽。实际操作中一般进样长度需小于毛细管 长度l 2 。 增大毛细管内径可延长吸收光程，可以提高c e u v 的检测灵敏度。然而增 大毛细管的内径也会使电泳电流和由此产生的焦耳热增大。例如，毛细管内径增 大为两倍可使紫外吸收强度增大两倍，但同时会使电泳电流增大四倍。c e 仪器 和文献中均有延长吸收光程的特殊类型检测池的配置和报道，如泡型池【3 】、z 型 池【4 】、多次反射池【5 】和矩形池【6 8 】等，但是会带来背景吸收变大、分离度下降等 方面问题。光路调节和检测池的制作难度也会影响这些检测器在c e 分析中的应 用。近年来，采用高灵敏检测器c e 分析仪器的推出以及这些检测器联用研究方 面也有较多报道，如使用激光诱导荧光( l i f ) 9 - 1 5 】、化学发光( c l ) 1 6 - 1 9 、质谱 ( m s ) 2 0 ，2 1 1 、电化学( e c ) 2 2 2 6 1 等检测器可将毛细管电泳的检测灵敏度问题得到 显著改善。但仍存在样品需衍生、仪器联用接口制备及改进、设备价格昂贵、多 试剂引入和定量分析性能等诸多问题，要求c e 分析仪器的高灵敏检测技术进一 第一章毛细管电泳样品预宦集技术技其进展 步改进和发展。 另一类提高c e u v 榆测灵敏度的方法是对分析样品进行预富集。在富集技术 上主要是采用萃取或电动原理来增加毛细管电泳的进样量并压缩样品区带的长 度。总的来说，这些预富集技术与c e 分离有以下几种结合方式 2 7 】( 1 ) o f f - l l n e 方式。富集技术与电泳分离分别独立进行；( 2 ) a t - l i n e 方式富集技术和电泳分离 经自动化装置衔接；( 3 ) o i l 一1 i n e 方式，富集技术和电泳分离经流动分析系统连接 实施：( 4 ) i n l i n e 方式富集技术在分离毛细管的进样端实施。由于i n - l i n e 方式简 便、有效、快速和易自动化，是c e 预富集技术的发展方向和推荐方法。 s 蜘山 e e m o d u l o 图l1 预富集技术和毛细管电泳的联用模式【2 7 l2 液相微革取预富集技术 l2l 液相微革取技术的发展和兴起 液液萃取作为分析过程中的常规样品前处理技术，数十年来被广泛用于去除 样品基体干扰，提取和富集样品中分析物等。由于其操作过程冗长，富集倍数低， 且需消耗大量有机溶剂，并不符合绿色分析化学发展的要求。2 0 世纪9 0 年代以来， 分析化学领域不断涌现新型微型化的样品前处理技术。1 9 9 5 年l i u 和d a s g u p t a 在 圈囹羽 苛话嵯囹篡字 第一章毛细管电泳样品预富集技术及其进展 液液萃取和固相微萃取技术的基础上首次提出了一种微型化的液相萃取技术悬 滴液相萃取分析系统( d r o p l e t b a s e da n a l y s i ss y s t e m ) j 2 8 。该分析系统中采用了体 积为微升量级的有机溶剂作为萃取接受相。与传统的液液萃取技术相比，液相微 萃取技术具有以下特点： 1 有机溶剂消耗小，污染排放少。采用体积仅为纳升或微升量级的有机溶剂， 甚至采用水基萃取相，符合绿色分析化学的要求，是一项环境友好的样品前 处理技术，是当代分析化学的发展趋势。 2 微型化的样品前处理技术。萃取效率高，富集倍数大。样品溶液与有机溶剂 的体积比悬殊，使液相微萃取具有较高的富集倍数，能大大提高分析仪器的 检测灵敏度。 3 该样品前处理技术集采样、提取和富集过程于一体。这使得采用该萃取技术 的分析仪器系统自动化程度高，并易于与各种分析仪器方法在线联用。 4 该样品前处理技术的操作模式多。包括悬滴液相微萃取( s d m e ) 、中空纤维 液相微萃取( h f l p m e ) 、顶空液相微萃取( h s l p m e ) 和液液液微萃取 ( l l l ) 等，使该样品前处理技术可适应不同样品前处理和分析物测定的 需求。 由于上述的优点，液相微萃取技术作为一种样品前处理技术被广泛运用于食 品、药品、环境中痕量分析物的富集和样品基体组分的分离。 1 2 2 液相微萃取技术的模式 1 2 2 1 悬滴液相微萃取( s i n g l ed r o pm i c r o e x t r a c t i o n ，s d m e ) 液相微萃取的最初模式是悬滴液相微萃取。1 9 9 6 年l i u 和d a s g u p t a 报道了一 种流动相内悬挂萃取微液滴的流动分析系统( d r o p i n d r o ps y s t e m ) 用于萃取十二 烷基硫酸钠【2 8 】。在该分析系统中，1 3 此的有机相悬滴浸入一个流动的样品溶 液内进行萃取富集。样品溶液不断从萃取装置的半月形底部抽走并使其不断更 新，如图1 2 所示。同年，j e a n n o t 和c a n t w e l l 报道了溶剂微萃取( s o l v e n t m i c r o e x t r a c t i o n ) 技术 2 9 】。8 此的正辛醇在聚四氟乙烯( p t m e ) 棒末端形成悬 滴后浸入搅拌的样品溶液内进行萃取富集，用微量注射器来收集悬滴后供g c 进 行分离测定。微萃取装置如图1 3 所示。 第章毛细管电泳样品预富集技术及其进展 图12d r o p - m - d r o ps y s t e m q l 苹取头的示意国【2 8 】 il 廿 眵 圈i3 济剂礅萃取装置的侧面示意圈2 9 这种萃取模式的缺点是萃取富集和样品进样是各自分开进行的。1 9 9 7 年， j e a n n o t 课题组和l e e 课题组提出用微量注射器( m i e r o s y r i n g e ) f e 替t e f l o n 棒作为液 相微萃取技术中有机相液滴的悬挂支撑杆( h o l d e r ) 3 0 ，3 1 1 ，如图】4 所示。在萃取 过程中，先用微量注射器吸八有机相，当注射器针端浸入样品溶液后，将有机相 推出，在针尖形成悬滴进行萃取富集，萃取完毕后再将有机相吸入针管内直接注 入g c 或h p l c 等分析仪器。微量注射器在此过程既是革取微液滴的形成和保持器 ( s o l v e n th o l d e r ) 又起到了分析仪器进样针的作用，这样萃取和进样就可以在同 一个微注射器上完成。这种技术上的改进大大简化了液相微萃取富集和分析仪器 注入的操作衔接，使得该萃取技术能广泛地运用在g c 和f i p i 。c 等高效分离方法的 样品前处理步骤。 第章毛细管电泳样品预宦集技术及兑进展 s y r i n s en e e d l e r o 镕kd f o p 一 a q u e o u ss a m d e 凋l _ 4 悬滴微萃取装置示意图【3 0 】 为了提高萃取效率1 9 9 7 年h e 和l e e 在此基础上提出动态液相微萃取技术 ( d y n a m i cl p m e ) 3 1 。在该技术中微量注射器类似于微分液漏斗 ( m i c r o s e p a r a t o r y f u n n e l ) ，且萃取过程是在微注射器内进行的，见图l5 。 乜) 犯) o r g a n i cs o l v e m 锄r j c i 叫w i ma n a l y t 图1 5 动态液相微萃取的操作步骤口 其富集步骤如下：首先将一定体积的有机相吸入微型注射器内，然后在吸入 定量样品溶液并保持一段时间，此时分析物会被萃取到形成于微注射器壁上的 墨翟 | ! 一g 茌； 蓦： 善： 第一章毛细管电泳样品预富集技术及其进展 有机相薄膜上，之后将样品溶液推出注射器并保持一段时间，这时有机相和有机 相薄膜又融合一起。如此反复2 0 次，完成萃取富集过程。与传统的静态悬滴式微 萃取技术相比，该方法的特点是：( 1 ) 较大的有机相薄膜面积能提高分析物在样 品溶液和有机相之间的传质速率，从而提高液相微萃取效率。( 2 ) 可以采用程 序控制的微注射器泵进行样品镕液和有机溶剂的吸取和推出步骤，实现样品前处 理技术的自动化并提高重现性。由于柱塞需要反复推动，故该技术并不适合对含 有杂质样品的液相微萃取富集，以防微小杂质颗粒损坏微注射器。对于此类样品 可采用三相液相微萃取或顶空液相微萃取技术。 悬滴液相微萃取由于需要较高的搅拌速率来提高萃取效率，在萃取过程中液 滴不稳定而滑落的风险始终存在。一般通过以下三种方式来改善：( 1 ) 适当的搅拌 速率，以避免过大搅拌速率使悬滴从针尖滑落：( 2 ) 适当的微液滴体积，采用1l x l 的微量注射器代替常见的l o 此的微量注射器，减小悬滴体积可使其在搅拌的样 品溶液中保持稳定；( 3 ) 提高微液滴与针尖的接触面积，以提高它们的接触紧密 性，通常采用气相色谱使用的斜形截面针尖微量进样注射器。 1 2 2 2 顶空悬滴液相微萃取技术( h e a d s p a c e ，h s s d m e ) 2 0 0 1 年，t h e i s 和j e a n n o t 在顶空取样和液相微萃取技术的基础上提出顶空液 相微萃取技术【3 2 】。将有机溶剂液滴悬挂在顶空萃取小瓶内样品溶液的上方，或 用含有一定量有机溶剂的微量注射器反复抽取和排出样品溶液项空气体中的挥 发或半挥发性成分。由于悬滴萃取接受相对样品的顶空成分进行萃取，并非直接 接触样品溶液，该微萃取技术能极大降低样品不挥发组分的基体干扰，非常适合 复杂基质样品中挥发性或半挥发性成分的富集分析。通过改变萃取溶剂的种类和 组分，可实现对分析物的选择性萃取。该萃取技术既能用于液态样品中挥发性组 分的提取，也可以用于固态样品中挥发性组分的顶空取样。 c _ - cm i e r o s y r i n g e k a d s p a c e a q u e o u ss a m p l e s t i 聊 图1 6 项空悬滴微萃取示意图【3 2 】 6 超 薹： 第一章毛细管电泳样品预富集技术及其进展 顶空液相微萃取的特点在于：( 1 ) 由于萃取接受相与样品溶液并非直接接触 故可以在萃取过程中采用较大的搅拌速率来提高萃取效率：( 2 ) 可以减少样品中 不挥发基体组分的干扰；( 3 ) 和顶空固相微萃取相比，其有机溶剂的选择范围广， 操作方便、且消耗量小。由于具有上述优点，且又具备顶空周相微萃取的分析速 度快和精度高的特点，该微萃取技术在近年得到持续的关注和广泛的应用。 顶空液相微萃取的缺陷在于：为了避免有机相在萃取时的挥发，一般用低挥 发性的有机相来作为萃取接收相，但是这样的萃取溶剂并不适用于g c 分析对高 挥发性有机溶剂的要求。为了克服这一问题，s h e n 和l e e 提出动态顶空液相微革 取技术v m m * s d m e f o rh e a d s p a c ee x ”a c t i o n ) 3 3 1 q 女“o l 日 m 咖咐m d 辨“ 23 图17 动态顶空 瘦相微萃取操作示意图【3 列 与动态液相微萃取技术一样，该技术中的萃取过程也是在微注射器内壁上完 成的。此外，该技术是通过自动装置实现萃取过程中注射器塞的推拉过程，以保 证实验结果的重现性。萃取操作过程包括咀下几步：( 1 ) 将2 皿的有机试剂吸入 微注射器；( 2 ) 将微注射器穿透顶空萃取小瓶瓶盖，针尖位于样品溶液液面的上 方。( 3 ) 以l0 l s 的速度拉动微注射器塞使得5 山的样品气体进入微注射器。 ( 4 ) 5 s 以后将气体推出然后重复上述4 个步骤。一次萃取过程需要数次这样循环 过程。由于萃取过程是在注射器内进行的，有机相受萃取温度的影响不大故而 萃取溶剂的选择范围更宽。另外这种方法还可以通过程序控制来实现自动化或者 半自动化的样品前处理过程从而使富集技术的重现性改善。目前已有基于使用 动态顶空液相微萃取的样品前处理技术实际分析应用的报道，如从血浆中检测丙 酮 3 4 】，从中药中提取人参炔酮或香精油【3 5 ，3 6 】。 第一章毛细管电泳样品预富集技术及其进展 1 2 2 3 连续流动液相微萃取技术( c o n t i n u o u s f l o wm i c r o e x t r a c t i o n ，c f m e ) 2 0 0 0 年l i u 和l e e 在液相微萃取技术的基础上首次提出连续流动液相微萃取 技术【3 7 】，其原理如图1 8 所示： w a s t e g l a s se x t r a c t i o nc h a m b e r e x t r a c t a n ts o l v e n td r o p s a m p l es o l u t i o ni n 图1 8 连续流动液相微萃取示意图 3 7 】 通过h p l c 的溶剂传输系统，样品溶液以固定的速率流过p e e k 管进入玻璃萃 取腔中。当萃取腔中充满样品溶液后，将注射器中的有机相推出针尖形成悬滴进 行萃取。萃取完毕再将有机相吸入注射器后，进入分离仪器的分析环节。由于萃 取过程中，有机相接触到的是不断流动的新鲜样品溶液，故而能在很短的萃取时 间内获得很高的富集倍数。例如在硝基苯和氯代苯的富集中，在l o 分钟内能达到 2 6 0 - - 一1 6 0 0 倍。该方法和g c e c d 的联用能达到f g m l 级别的检出限 3 8 】。l i a n g 和 l e e 曾将该技术和) l c 联用对有机氮类和有机磷类化合物等常用的农药进行富 集分离测定 3 9 ，4 0 ，达到n g m l 量级的检出限。 x i a 等对该萃取装置进行一些改进【4 l 】，使从玻璃萃取腔中流出的样品溶液 再进入样品池中，形成循环流动系统。这种方法使得样品溶液的需求量变小，并 且不用担心样品池在没有补充溶液的情况下干涸。 1 2 2 4 膜萃取技术 根据液膜的形成方式可将膜萃取技术分为三类：平膜分隔液液萃取，微孔膜 支撑液液萃取，中空多孔纤维膜液相微萃取。 ( 1 ) 渗析法( d i a l y s i s ) 渗析法常用来从具有复杂基体干扰的生物样品中提取药物及其代谢物等。作 第一章毛细管电泳样品预富集技术及其进展 为一种分离技术，其原理主要是利用渗透膜相隔的两相( 两相既可以是静态的， 也可以是流动的) 之间的传质过程。尺寸超过孔径的大分子是不能穿过渗透膜的， 而小分子由于浓度差会进入另一个相中。根据渗透膜孔径大小可对不同尺寸的一 些生物分子进行分离富集。渗析法的缺点是富集时间长，选择性差，回收率低， 以及富集倍数低等。 ( 2 ) 支撑液膜( s u p p o r t e dl i q u i dm e m b r a n e ，s l m ) s l m s 的结构是两层水相间夹一层有机相液膜，形成“三明治”式的三相萃取 体系。有机相液膜是膜孔内充满疏水性有机溶剂后在支撑膜壁上形成一层有机相 液膜。通常扁平膜的材料为疏水性的多孔聚四氟乙烯膜，而有机溶剂必须满足不 溶于水、难挥发、粘度小等要求。常用的有机溶剂有正十一烷、正己醚、三辛基 磷酸酯等。聚合物支撑膜固定在两块惰性材料模块之间，两模块上均有流体槽来 形成流体通道，其体积范围在l o 1 0 0 0 此之间。萃取方式如下：流动的样品溶 液由泵输入萃取通道；中性的分析物被萃取入有机液膜相；分析物穿过液膜扩散 进入反萃取溶液。其中，反萃过程是不可逆的。对于碱性分析物，首先将样品溶 液的p h 值调节至碱性，使分析物转化为中性分子的形式，中性分析物被萃取进 入有机液膜相，然后通过扩散与酸性的接受相溶液中的旷结合。同样，萃取酸性 分析物，液膜两边溶液的p h 值均与上述碱性的条件相反。通过向水样中加入离 子对试剂或配位试剂，s l m s 也可用来萃取各种离子态的化合物和金属离子。 p o r o u sm e m b r a n o 图1 9s l m s 萃取装置示意图 9 第一章毛细管电泳样品预富集技术丑其进展 图l 1 0 s l m s 苹取装置示意尉 与渗析法相比，s l m s 具有很高的选择性和回收率。比如，可以向样品溶蔽 加入离子对试剂或者配位试剂则s l m s 就会选择性的萃取可以形成螯合物的离 子。s l m s t 9 液膜两边的两相一般均为液相，也有相是气相的情况。 0 ) 中空纤维膜液相微革取( h o l l o w f i b e rb a s e dl i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a e t i o n ， h i ：l p m e l 中空纤维膜辅助液相微萃取技术是p e d e r s e n b j e r g a a r d 在液相微萃取和膜萃 取技术的基础上提出的 4 2 】。该技术是采用一段中空的聚丙烯多孔纤维( 图l1 1 ) 作为液膜萃取的支撑管。它既可以用于液液两相萃取，也可用于苹取一反萃的三 相萃取，其机理如图1 1 2 所示： 藤幽 圈i1 1l p m e 中多孔纤维膜的横截而照片 4 3 第一章毛细管电泳样品预富集技术及其进展 ( a )fb 】 图11 2 三相( 旬和两相渡相微莘取的原理h 刖 在图( a ) 中，中空纤维膜壁的小孔内舍有有机相样品溶液和接收相均为水 相。样品分析物趴本体溶液中被萃取至有机相膜后再被反革至接收相中。在图( b ) 中，中空纤维膜的管内和多孔壁的小孔内均为同一有机相，在萃取过程中，样品 分析物从水相进入有机相从而被富集。与悬滴微萃取技术相比中空纤维膜液相 微萃取的特点在于： ( 1 ) 由于萃取相或接受相受到多孔纤维膜保护，故而能提高萃取过程中样品 溶液的搅拌速率从而提高萃取效率。另外，在萃取过程中，接受相的损失风险大 大降低。 ( 2 ) 2 由于多孔纤维膜壁上的孔径在02 9 m 左右，在萃取过程中使一些生物大 分子不能通过微孔进入萃取相，所以具有一定的清除基体干扰能力。 唧_ l p m e 主要有r o d - l i k e 4 5 和u s h a p e 4 6 两种萃取装置形式，如图11 3 和图 1 1 4 所示： 图i 1 3r o d - l i k e h f l p m e 模式h 5 l 第一章毛细管电泳样品预富集技术及其进展 i n j e c t i o no f a c c e p t o rs o l u l j 。习 i 卜一 1 ：毳 一一， c j 图1 1 4u s h a p eh f - l p m e 模式 4 2 】 在u s h a p e 装置中，首先将中空纤维膜浸入有机相中，使其壁上微孔中充满 有机溶剂，然后将中空纤维膜放入样品溶液并通过左端的注射器将接受相注入纤 维膜管内，萃取完毕后需要用右端的注射器收集接受相。在这种情况下的多孔纤 维膜的长度可以达到几十厘米，萃取容量大，但是操作上不方便。相比之下， r o d - l i k e 型装置萃取时将多孔纤维膜的一端封住，只采用一个注射器从另一端来 推出和吸入接受相，在萃取操作上要简便很多，同时也容易实现自动化 4 6 】，如 图1 1 5 所示。 r r e r 图1 1 5 动态h f - l p m e 模式示意图 4 6 】 ( 4 ) e l e c t r om e m b r a n ei s o l a t i o n 萃取技术( e m i ) 传统膜萃取技术的机理是样品在浓度梯度作用下的传质过程。目前已有在膜 1 2 第一章毛细管电泳样品预富集技术及其进展 萃取的基础上施加电压( 3 0 0 v d c ) 来加快