基质固相分散萃取技术在样品前处理中的应用

1、基质固相分散萃取在样品前处理的中的应用摘要：基质固相分散萃取(MSPD )是1989年由Barker等发明的一种新型样品前处理方法，具有样品 量少、快速简便等突出优点。本文在介绍了MSPD技术的操作步骤、分离原理、分散/吸附剂与洗脱溶剂的选择及分散-吸附剂方面的最新进展的基础上，结合国内外 MSPD研究成果，综述了 MSPD在进行 药物残留、环境污染物、天然产物时在样品前处理中的应用情况。关键词：基质固相分散(MSPD)样品前处理 分子印迹聚合物1. 引言样品的处理和待检测组分的分离、富集往往是检测技术的关键。特别是各种有机污染物和其他人造 或天然有机产物，含量低，分离困难，可靠的分离和富集技

2、术对检测效率具有决定性意义。为了满足对 食品、药物、生物、环境保护和其他领域对痕量有机物日益增长的检测需求，近年来人们发展了以固相 萃取(SPE)、固相微萃取(SPME)、超临界流体萃取(SFE)、加速溶剂萃取(ASE)、微波辅助萃取(MAE)和 凝胶渗透色谱(GPC)、微波辅助萃取(MAE)等为代表的一系列高效快速提取富集方法。基质固相分散(Matrix Solid-Phase dispersion , MSPD)是 1989年由 Barker 等发明的一种新型样品前处理方法(Barker SA,Long AR, Short CR 1989 )。与其他前处理技术相比，MSPD技术样品和有机溶

3、剂用量少，并避免了对样品均化、沉淀、离心、转溶、孚L化、浓缩等环节可能造成的待测物的损失，操作简单快速，特别适合于固体、半固体和粘性样品(包括生物组织)的处理( Capriotti A.L. et al, 2010 )。MSPD技术自发明以来，其 与GC和GC-MS相结合，在环境、医药卫生、食品等方面得到了广泛的应用( Barker SA , 2000, 2007;Kristenson E.M. et al,2006; Capriotti A.L. et al, 2010 ),并有取代传统的索氏提取、 MAE 和 SFE 的趋势(Capriotti A.L. et al, 2010)。本文在介

4、绍了 MSPD 一般原理的基础上，结合 MSPD技术的最新进展，介绍了 MSPD技术在药物 分析、环境污染物和天然产物分析时样品前处理上的应用。2. MSPD勺基本原理2.1 操作方法(Barker SA , 2007)相对其他样品前处理方法，MSPD操作及其简便，不需要特殊的仪器设备，一般可以分为研磨分散、 转移、洗脱三个步骤。第一步研磨分散，将固体、半固体或粘滞性的样品(固体、半固体样品已经过适当的粉碎处理)置 于玻璃或玛瑙碾钵中，与适量的与分散剂(吸附剂)混合，手工研磨数十秒至数分钟，使分散剂与样品 均匀混合；常用的分散剂有衍生化/未衍生化硅藻土、弗罗里土、硅胶、石英砂、C8和C18填料

5、等(Barker SA , 2000)。在研磨前，可以向样品中加入内标样品。一般样品/分散剂按照1:4的比例混合，也可以根据实际研究的需要进行调节。研磨时加入适当的改性剂，如酸、碱、盐、螯合剂（如EDTA）有助于污染物回收率的提高 （Capriotti, A.L , 2010）。在瓷碾钵中研磨有可能造成目标物的丢失（Barker SA, 2000）。第二步转移，将上述研磨好的样品装入适当尺寸的层析柱中一一或其他尺寸适当的柱状物，柱底部事先安装了衬底，以利于萃取液与样品的分离。在层析柱底部还可以事先填充弗罗里土、硅土或其他吸附材料，从而对目标物进一步分离提纯。 整个分离过程甚至可以在经过处理的注

6、射器中进行(图 1) ( BarkerSA, 2000)。第三步洗脱，采用适当的溶剂对层析柱中的样品进行洗脱，收集滤液后进行进一步处理或经过定容后直接分析。根据具体分离物质的种类和研究的需要，还可以采用一定的溶剂组合进行顺序。可以采用混合有机溶剂对样品进行洗脱。有些情况下，热水也具有良好的洗脱效果（Bogialli , 2007)。SAMPLETRANSFER/soi rn supportBLEND WITHPESTLEHLKNDEDSAMPLESOIA EX rSAMPLE FOR AAl.YStSFRFT AND CO-COLUMNCOMPRESS WITHPLUNGERELUTE图1典型

7、 MSPD的操作步骤 (Barker SA , 2007)2.2分离原理从而大大增加了萃取MSPD分离的原理在于分散剂对样品结构和生物组织的完全破坏和高度分散，溶剂的与样品中目标分子的接触面积，达到快速溶解分离的目的。此外，MSPD也具有类似色谱分离中的分离、吸附和离子对相互作用所构成的保留作用。基质分散的程度是 MSPD效果的关键因素，样品研磨混合时间的长度取决于样品本身的性质，研磨时间从数十秒到数分钟不等。有些生物样品由于结缔组织的存在，要想取得好的效果研磨分散要进行1h 以上(Barker SA , 2000 )。10般来说，40100 m的硅藻土具有良好影响MSPD分析效果的因素包括以

8、下几个方面：1）分散剂的尺寸，分散剂尺寸过小（3-10 m）会导致洗脱剂流速的下降和洗脱剂体积的增加或压力的增加。的分散效果；2)分散剂修饰的效果；3)有机物-分散剂表层的键合特征，与选择的分散剂的极性有关， 一般选择具有亲脂性的Ci8和C8填充料；4)分散剂的衍生化。没有经过衍生化的分散剂如石英砂，虽然具有对基质的机械分散作用，但不具备修饰后的分散剂所具有的表面相互作用而引起的分散。(Barker SA , 2007 )。2.3分散/吸附剂与洗脱溶剂的选择作为一种样品前处理方法，MSPD除了被用于不同样品、不同种类分析物的萃取，在方法学上的进展主要集中在分散剂的创新及与其他样品处理技术的联用

9、。新型分散剂的应用成为了MSPD研究的一个重要方向，活性炭、高分子材料、矶土等都被作为分散剂用于有机物的提取。2.3.1反相分散剂C18和C8修饰的硅藻土是应用最为广泛的亲脂性分散剂，这类分散剂被认为能够与细胞膜发生作 用因而能够破坏细胞结构，因此广泛应用于食物和高脂肪含量的物质中天然产物和人类污染物的提取， 最近也用于环境污染物的萃取。反相分散剂处理后的样品，洗脱溶剂的选择，主要取决于基质的性质和 目标物分子的极性。利用甲醇、乙睛或者6080 C热水就可以从高脂肪含量的基质样品中洗脱得到较纯净的中等极性的目标分子。某些情况下，为了得到较纯净的样品萃取液，还需要加入其他正相(亲水性 的)辅助吸

10、附剂。一般不需要在洗脱前用水洗脱盐和强极性分子，但使用GC作为检测器时，需要在样品中加入无水 Na2SO4以除去样品中的水分( Capriotti , 2010)。2.3.2正相分散剂矶土 ( Alumina )和弗罗里土 ( Florisil )是常用的正相分散剂，其表面有带有大量的酸碱中心，具 有很强的极性和亲水性。与反相分散剂相比，这类分散剂不能够对细胞机构进行有效破坏，其主要作用 是机械摩擦和对极性分子的吸附作用。正相分散剂主要用于环境样品中微量有机污染物的提取。在保证 细胞破碎污染物能够与吸附剂接触的前提下，正相吸附剂也越来越多地用于植物和东西组织中污染物的提取。洗脱剂的选择取决于目

11、标分子的极性，有时候会加入适量的反相吸附剂作为辅助。(Capriotti , 2010)没有经过衍生化的硅藻土或表面修饰了极性基团(如氨基酸)修饰的硅藻土也是常用的正相吸附剂，这类吸附剂与基质的作用比矶土和弗罗里土弱得多，这类吸附剂在农药残留检测中应用广泛。2.3.3无吸附分散剂中性吸附剂与基质或目标分子之间没有作用，因此也被认为是惰性分散剂。常用的无吸附分散剂包 括石英砂和硅藻土。使用无吸附分散剂会降低萃取的选择性。许多基于惰性分散剂的工作都是用热水作 为洗脱溶液。2.3.4分子印迹聚合物分散剂分子印迹聚合物(MIPs)因为其高度的结构特异性，在某些方面具有与抗体相似的性质，因此人工 合成的

12、分子印迹聚合物在 MSPD中具有高度的选择性和分离性。在某些生物样品中，分子印迹分散剂对目标物分子的回收率要显著优于C18、硅酸、弗罗里土和石英砂 (Yan H et al, 2007)。分子印迹聚合物甚至能够从血清中分离出6种FQs而不受基质的干扰(Sun H et al,2008)。2.3.5多层碳纳米管分散剂理论上，由于多层碳纳米管(MWCNT )具有的巨大的比表面积和结构特异性，将是 MSPD理想的 分散/吸附材料。MWCNT已被用于杀虫剂和除草剂的固相萃取( SPE)研究。使用 MWCNT作为分散 剂，其对农产品中31种杀虫剂的萃取效果要优于 C18硅藻土填充料（Fang G et

13、al, 2009），证实了 MWCNT 在MSPD上的应用潜力。2.4与其他萃取技术的联用与其他萃取技术的联用，可以进一步提高 MSPD的萃取效率。当分散剂与目标分子相互作用过强时， 与加压溶剂萃取（PLE）的联用，可以充分利用高温高压下溶剂的洗脱性能，提高目标分子的回收率， 与此同时对目标分子的选择性则得到了保持（Kristenson et al, 2006 ;游辉等，2010;宋兴良等，2010）。此外，对混合后的基质和分散剂的混合物进行超声波处理，也有利于提高分散剂的提取效果。通过分散 性固相萃取与固相萃取技术结合，能够有效去除样品杂质的干扰，结合高效液相色谱，能够使样品中的 三聚割胺得

14、到较好的保留和分离（王洪涛等，2010 ）。3. MSP雎样品前处理中的应用从1989年Barker SA等发明MSPD技术以来，MSPD得到了快速的发展和广泛的应用。至2009年9月，以“ MSPD”为检索词，在 SciFinder Scholar共有477条结果，其中360条为英文的研究论文或综 述（Capriotti, A.L , 2010），可见MSPD技术应用的广泛。经过不断的摸索和完善，MSPD从最初应用于生物样品中微量有机物的提取，而发展为在生物、环境、食品样品处理中具有广泛适用性的高效样品分 离技术，不仅可以用于天然产物、药物的萃取和分析，也广泛用于微量环境污染物的萃取和分析。

15、3.1生物样品中药物残留的提取MSPD技术发明之初，被广泛用于生物体中药物的分析，并已成为牛奶和动物组织中药物分析的常 规方法。在抗生素、杀菌剂和3 -受体阻断剂等药物的提取效果方面，MSPD与传统的LSP+SPE萃取效果相当，但操作简单得多。分析此类药物，常用的分散剂为 C18反相分散剂，常用的洗脱剂有水、甲醇、 乙睛、乙酸乙酯等。在进行色谱分析前，往往还需要对目标物分子进行衍生化（Kristenson et al, 2006）。MSPD萃取磺胺类药物及其简便，基质经石英砂分散剂和水洗脱后可直接进入LC ,但对氯霉素的提取和分析就要复杂得多（Drincic HK, et al, 2003 ）

16、。由于药物的分子量较大，一般采用LC进行检测分析。以C18填料为分散剂进行 MSPD ,经正己烷洗涤后以乙酸乙酯为洗脱剂，洗脱液浓缩后经正己烷液-液萃取后进行 HPLC分析，奶粉中左旋咪哇和甲苯咪哩的平均回收率为71.67%和78.87% （辛丹敏等，2008）。以弗罗里土和中性氧化铝为分散剂，将 MSPD的牛肉样品以乙睛为溶剂加压萃取后进行HPLC分析，其中弗罗里土对磺胺嚅嚏等五种磺胺类药物的回收率为92%98%,而中性氧化铝的回收率为72%89% （游辉等，2010）。以硅胶和氯仿为分散剂和洗脱剂，通过 MSPD+GC-MS方法，Zhang L.等 动物组织中甲状腺毒素残留，其中猪肉、牛肉

17、、猪甲状软骨样品的甲状腺毒素回收率在70%至97%之间，而猪肝样品中甲状腺毒素回收率低于70%，可能与猪肝基质的复杂性有关（ Zhang L., 2005）3.2环境污染物的提取对环境样品中痕量污染物进行快速萃取和分析，是近年来环境分析科学的热点，同时也是MSPD应用领域的热点。由于环境样品性质相差很大，环境污染物极性各不相同，因此MSPD时使用的分散剂和 洗脱液也各不相同。一般情况下，不需要在洗脱前对基质-固相混合物进行洗涤。对环境样品的分析，根据目标物的性质，通常采用LC/GC进行分析，常用的检测器为MS和ECD （电子捕获检测器）。大量的研究，为MSPD作为常规的实验室污染物检测方法奠定

18、了基础。MSPD常用于食品或其他环境样品中杀虫剂、除草剂、PCB、PAHs、PCDD/Fs等污染物的提取（Kristenson et al, 2006 ）。Ferrer C等利用MSPD对橄榄和橄榄油进行处理后，用 GC-MS和LC-MS-MS分析了多种农药和除草剂残留，回收率 85%-115% , RSDv 10% （ Ferrer C, 2005）。国内的研究主要集中在有机磷农药和除草剂方面，使用MSPD对PCB、PAHs、PCDD/Fs很少见。如薛平等利用硅胶、中性氧化铝和弗罗里土做分散剂，以 0.5g样品+2g硫酸钠+2g吸附剂，从5种基质 （白菜、梨、鸡肉、玉米、紫甘蓝）中萃取了19

19、种有机磷农药残留进行GC分析，发现弗罗里土对19种农药具有较好的回收率，当19种农药添加量为 0.02mg/kg和0.05mg/kg时，19种有机磷农药的回收率在77.38%109.16% 之间，RSD V 16.78% （薛平等，2010年）。而其他实验则表明，以乙睛作为 洗脱液，中性氧化铝对牛奶中13种有机磷农药的回收率要优于弗罗里土（陈美瑜等，2010）。蔬菜样品经中性氧化铝和石墨化炭黑研磨，乙酸乙酯淋洗，洗脱液浓缩定容后，经超高效液相色谱-串联质谱测定， 9种杀虫剂在1100 g/L质量浓度范围内有良好的线性关系，在 1、5、10、100 g/kg4个加标水平上 的回收率为 78.5%

20、112.8%;相对标准偏差为 2.3%10.2%,检出限为0.51.0 g/kg （韩笑，2010）。MSPD 也被用于烟草（范逸平，2009）和茶叶中有机磷农药的检测分析（杨阳，2010）,均有较好的回收率和重现性。六六六（BHC）具有脂溶性高、化学性质稳定、难于降解等特点，具有致癌、致畸、致突变效应。 海洋底泥也因长期吸附，富集了大量的有机氯农药，能够在环境中稳定存在并通过食物链富集。将1g样品+0.5g铜粉+0.5gC18-硅胶研磨混匀后加压溶剂萃取后进行GC-MS分析，2种海产品（蛤蜥和海兔）中a -BHC的加标量为0.06-0.12 g/g时，回收率介于87.3%-97.8%之间，具

21、有较好的检出效果 （宋兴良， 2010）。 与环境样品的索氏提取相比，在回收率略低的情况下，MSPD大大缩短了操作时间和有机溶剂的使用量。随着MSPD操作技术的完善和标准化，MSPD有可能成为未来环境样品快速检测的标准化方法。3.3天然产物的分析 由于MSPD对基质结构的完全破坏， 基质中所含有的天然产物应具有良好的洗脱性能。因此，MSPD在天然产物的研究上具有广阔的应用前景。但实际上，MSPD在天然产物研究的应用在 21世纪以来才逐渐推广，研究的目标物主要包括维生素、类黄酮、生物毒素、类胡萝卜素等。Blesa等将2g花生+2gC18吸附剂+0.5g石英砂混合后进行 MSPD并进行LC分析，检

22、测了 11种花生中B1、B2、 G1、 G2四种 黄曲霉素的含量，并与免疫荧光法（ ELISA ）的检测结果进行了对比，其结果与 ELISA的检测结果有较 好的一致性，同时避免了ELISA的假阳性错误。因此将 ELISA作为初筛，以 MSPD+LC-MS作为进一步检验的方法，将大大提高黄曲霉素检测的效率和可靠性（Blesa, 2003）。通过优化的MSPD+LC -QqQ-MS/MS , Rubert等实现了谷物中 5种毒枝菌素的同时提取和检测（ Rubert et al, 2010）。 对中药中有效成分的提取和确认是药理学研究的重要基础。Shi X等使用中性氧化铝、碱性氧化、C18填料和硅胶

23、为分散剂，采用MSPD+LC的方法，从桃儿七（Sinopodophyllum emodi Wall.）中提取并分析了木酚素（Lignan）具有抗癌症、抑制有丝分裂、抗滤过性病原体的作用（ Shi X, 2010）。使 用MSPD对样品进行前处理，对比发现，对于鬼臼毒背，以硅胶作为分散剂，以甲醇或乙醇作为洗脱剂 时其提取率最高；对于异鬼臼苦酮，以硅藻土作为分散剂，以甲醇或乙醇作为洗脱剂时其提取率最高（金永日，2011）。MSPD也可以用于烟草中天然成分的提取。将样品与石墨化碳黑球(W/W1: 4)充分研磨后装柱，用热水洗脱，洗脱液中的糖用离子色谱测定，可实现卷烟样品中甘油、丙二醇、木糖醇、山梨醇

24、、葡萄 糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和半乳糖9种成分的同时测定，方法加标回收率在94.6%105.7% ,因此可用于实际烟草样品中糖和多元醇的测定(曹红云，2010)。4. 结语MSPD最大的优势在于其对固体、半固体样品处理时只需要很小的样品和溶剂量、简便快速、条件 温和。利用MSPD对样品进行前处理，需要根据样品的性质和待分析的物质，对分散剂、洗脱溶剂进行 优化，必要时还需要对洗脱液进行进一步的处理和纯化。虽然与SPE、SFE、索氏提取、超声波等传统的样品萃取方法相比，其萃取效率有时不能令人满意。但随着分子印迹聚合物、多层碳纳米管等新型分 散剂/吸附剂的应用，以及 MSPD和其他萃取方法(如超声)

25、的结合， MSPD高效、快速的特长将会进 一步发挥，它在药物、天然产物和环境污染物检测领域的应用将越来越广泛。参考文献Barker SA, Long AR, Short CR. Isolation of drug residues from tissues by solid phase dispersion. J Chromatogr 1989;475:353 书1 Barker SA. Matrix solid phase dispersion (MSPD). J. Biochem. Biophys. Methods 70(2007) 151162Barker SA. Matrix soli

26、d-phase dispersion. Journal of Chromatography A, 885 (2000) 115 T27Barker SA. Applications of matrix solid-phase dispersion in food analysis. Journal of Chromatography A, 880 (2000) 63 书8 Blesa J. , Soriano J.M. , Molto J.C. et al. Determination of aflatoxins in peanuts by matrix solid-phase dispers

27、ion and liquid chromatography. Journal of Chromatography A, 1011 (2003) 49 -54Bogialli S., Corcia A. Di, J. Biochem. Biophys. Methods 70 (2007) 163Capriotti Anna Laura, Cavaliere Chiara, Giansanti Piero, et al. Recent developments in matrix solid-phase dispersion extraction.Journal of Chromatography

28、 A, 1217 (2010) 2521 芝532Drincic H. K., Bazulic D., Postruznik J. S., Grubelic M.et al, J. Agric. Food Chem. 51 (2003) 871Fang G., Min G., He J., Zhang C., Qian K., Wang S., J. Agric. Food Chem. 57 (2009) 3040Ferrer C., G omez M. J. , Garc ' -Rayes J. F., et al. Determination of pesticide residu

29、es in olives and olive oil by matrix solid phase dispersion followed by gas chromatography/mass spectrometry and liquid chromatography/tandem mass spectrometry.Journal of Chromatography A, 1069 (2005) 183 194Kristenson E. Maria, Ramos Lourdes, Brinkman Udo A. Th. Recent advances in matrix solid-phas

30、e dispersion. Trends in Analytical Chemistry, 25(2006)96-111Rubert J., Soler C. , Ma?nes J. Optimization of Matrix Solid-Phase Dispersion method for simultaneous extraction of aflatoxins and OTA in cereals and its application to commercial samples. Talanta 82 (2010) 567 -574Shi X., Li X., Liu J., et

31、 al. Lignan Extraction from the Roots of Sinopodophyllum emodi Wall by Matrix Solid-Phase Dispersion. Chromatographia 2010, 72 (7/8):713-717Sun H., Qiao F., Liu G., Liang S. Simultaneous isolation of six fluoroquinolones in serum samples by selective molecularly imprinted matrix solid-phase dispersion. Anal. Chim. Acta 625 (2008) 154-159Yan H, Qiao. F, Row K.H. Molecularly Imprinted-Matrix Solid-Phase Dispersion for Selective Extraction of Five Fluoroquinolones in Eggs and Tissue. Anal. Chem. 79 (2007) 8242-8248Zhang L., Liu