第十一章+固相微萃取技术+SPME

1、 固相微萃取技术 主主 要要 内内 容容n固相微萃取技术（固相微萃取技术（SPME）及装置）及装置n基本理论及影响萃取效率的因素基本理论及影响萃取效率的因素nSPME技术技术纤维针式纤维针式SPME（Fiber-SPME）管内管内SPME (In-Tube-SPME)固态搅拌棒萃取固态搅拌棒萃取 (SBSE) SPME的发展历史的发展历史1989-19931989-1993年，年，Pawliszyn 提出石英纤维提出石英纤维SPMESPME，商品化，商品化Fiber-SPME；1996-19971996-1997年，年，SPMESPME与与GC/LCGC/LC联用装置：商品联用装置：商品化化F

2、iber-SPME-HPLC 的的Fiber-SPME-GC1993-20011993-2001年年， Pawliszyn 提出毛细管提出毛细管SPME ，相继开发，相继开发In-Tube-SPME GC，In-Tube-SPME-HPLC19991999年，年，搅拌棒式吸附微萃取（搅拌棒式吸附微萃取（SBSE）( (Solid Phase Solid Phase Microextraction,Microextraction, SPME SPME是从是从SPESPE发展而来的发展而来的, ,将固定相微型化（萃取纤维）将固定相微型化（萃取纤维）, ,克服了克服了SPESPE容容易被固体或油状物

3、堵塞易被固体或油状物堵塞, ,大大降低空白值大大降低空白值, ,缩短分析时间的新型前处理方法。缩短分析时间的新型前处理方法。 基本过程：萃取纤维浸入样品中基本过程：萃取纤维浸入样品中有机污染物扩散吸附涂层有机污染物扩散吸附涂层达到平达到平衡衡取出玻璃纤维取出玻璃纤维洗脱洗脱GC/LCGC/LC分析。分析。 原理是基于待测物质在样品及微型萃取涂层中的原理是基于待测物质在样品及微型萃取涂层中的平衡分配进行萃取。不要求将待测组分全部分离平衡分配进行萃取。不要求将待测组分全部分离出来，而是通过样品与固相涂层间的平衡来达到出来，而是通过样品与固相涂层间的平衡来达到分离。分离。 通过控制萃取纤维的长度、厚

4、度，取样时间，调通过控制萃取纤维的长度、厚度，取样时间，调节酸碱度、温度等萃取参数，实现痕量组分的可重现性、准确测定。节酸碱度、温度等萃取参数，实现痕量组分的可重现性、准确测定。5以以Fiber-SPME为例为例n固相微萃取装置由手柄和萃取头或纤维头两部分组成。萃取头固相微萃取装置由手柄和萃取头或纤维头两部分组成。萃取头为一根为一根1cm 长，涂上不同色谱固定相或吸附剂的熔融石英纤维，长，涂上不同色谱固定相或吸附剂的熔融石英纤维，可在不锈钢套管内伸缩。可在不锈钢套管内伸缩。SPME的优点n(1 ) 不使用有机溶剂萃取，降低了成本，避免了二次污染；不使用有机溶剂萃取，降低了成本，避免了二次污染；

5、n(2) 操作时间短，从萃取进样到分析结束不足操作时间短，从萃取进样到分析结束不足1；n(3) 样品用量少，几样品用量少，几L几十几十L； n(4) 操作简便，可减少待测组分的挥发损失操作简便，可减少待测组分的挥发损失 ； n(5) 检测限达检测限达 /水平；水平； n(6) 适于挥发性有机物、半挥发性有机物及不具挥发性的适于挥发性有机物、半挥发性有机物及不具挥发性的有机物。有机物。n固相微萃取固相微萃取(SPME)(SPME)技术集萃取、富集和解吸于一体技术集萃取、富集和解吸于一体, ,具有具有无溶剂无溶剂! !可直接进样可直接进样! !操作简便快捷操作简便快捷! !灵敏的特点灵敏的特点.

6、. PDMS PDMS (聚二甲基硅氧烷）聚二甲基硅氧烷）, PA , PA (聚丙烯酸酯聚丙烯酸酯 )PDMS-DVB (PDMS-DVB (聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷/ /二乙烯基苯）二乙烯基苯）CW-DVB CW-DVB （聚乙二醇（聚乙二醇/ /二乙烯基苯）二乙烯基苯）CW-TRP CW-TRP （聚乙二醇（聚乙二醇/ /模板树脂）模板树脂）极性很关键极性很关键！关键：萃取头关键：萃取头石英纤维上的涂层石英纤维上的涂层原则：原则：相似相溶，相似相溶，目标化合物是非目标化合物是非极性时选择非极性涂层（如聚二甲极性时选择非极性涂层（如聚二甲基硅氧烷）；目标化合物是极性时基硅氧烷）；目标化

7、合物是极性时选择极性涂层（如聚丙烯酸酯）。选择极性涂层（如聚丙烯酸酯）。活性炭适用于分析极低沸点的强亲活性炭适用于分析极低沸点的强亲脂性物质。脂性物质。固相萃取的过程萃取热解吸溶剂解吸直接直接SPME顶空顶空SPME隔膜隔膜SPME基本原理基本原理? ? ? ? ? ? ? 液液分配液液分配平衡理论平衡理论 液液分配液液分配平衡理论平衡理论0f sfsf sfskvcvnkvv0fsfnkv cn：涂层上吸附量：涂层上吸附量Kfs:待测物在涂待测物在涂层和样品溶液（或层和样品溶液（或气体）中的分配系气体）中的分配系数数Vf: 涂层体积涂层体积Vs: 样品的体积样品的体积C0:样品中待分析样品中

8、待分析物质的初始浓度物质的初始浓度 当单组分体系达到平衡时，液态聚合物涂层上富集的待测物量与样品当单组分体系达到平衡时，液态聚合物涂层上富集的待测物量与样品中的待测物的总浓度成正比。中的待测物的总浓度成正比。 利用特殊的固定相对分析组分的吸收或吸附作用，将组分从试样基质中利用特殊的固定相对分析组分的吸收或吸附作用，将组分从试样基质中萃取出来萃取出来,并富集。并富集。V Vs sKfsVf影响萃取效率的因素影响萃取效率的因素萃取头的选择萃取头的选择, ,即纤维表面涂层及其厚度即纤维表面涂层及其厚度样品量样品量, ,容器体积容器体积萃取时间萃取时间无机盐浓度无机盐浓度pH值值衍生化反应衍生化反应温

9、度以及外力的作用温度以及外力的作用磁力转子搅拌、高速匀浆、超声波磁力转子搅拌、高速匀浆、超声波 0fsfnk v c 石英纤维表面的石英纤维表面的固相液膜厚度固相液膜厚度对于分析物的固相对于分析物的固相吸附量吸附量和平衡时间和平衡时间都有影响。液膜越都有影响。液膜越厚厚，固相，固相吸附量越大吸附量越大有利于提有利于提高方法灵敏度，但所需达到平衡的时间越长。高方法灵敏度，但所需达到平衡的时间越长。液膜厚度的影响液膜厚度的影响搅拌效率的影响搅拌效率的影响 搅拌效率搅拌效率是是影响分离萃取速度影响分离萃取速度的的重要因素重要因素。 在理想搅拌状态下，平衡时间主要由分析物在固相中的扩散在理想搅拌状态下

10、，平衡时间主要由分析物在固相中的扩散速度决定。速度决定。 在在不搅拌或搅拌不足不搅拌或搅拌不足的情况下，被分离物质在液相扩散速的情况下，被分离物质在液相扩散速度较慢，更主要是度较慢，更主要是固相表面附有一层静止水膜固相表面附有一层静止水膜，难以破坏，被，难以破坏，被分离物质通过该水膜进入固相的速度很慢，使得萃取时间很长。分离物质通过该水膜进入固相的速度很慢，使得萃取时间很长。温度的影响温度的影响 温度升高，待分析物温度升高，待分析物扩散系数扩散系数增大，扩散增大，扩散速速度度随之增大，同时升温随之增大，同时升温加强了对流加强了对流过程，因过程，因此此升温有利于缩短平衡时间，加快分析速度升温有利

11、于缩短平衡时间，加快分析速度。但是升温可能会但是升温可能会使被分离物质在涂层的分配使被分离物质在涂层的分配系数减小，固相的吸附量减小系数减小，固相的吸附量减小。 因此在使用此方法时应该因此在使用此方法时应该寻找最佳的工作温寻找最佳的工作温度度。盐的作用和溶液酸度的影响盐的作用和溶液酸度的影响 由于被分离物质在固相和液相之间的分配系数受由于被分离物质在固相和液相之间的分配系数受基体性基体性质（溶液背景）的影响，当基体变化时质（溶液背景）的影响，当基体变化时分配系数也会改变。分配系数也会改变。 在水溶液中在水溶液中加入加入NaCl，Na2SO4等可增强水溶液的离子强等可增强水溶液的离子强度，减少被

12、分离有机物的溶解度，度，减少被分离有机物的溶解度，使分配系数增大提高分析使分配系数增大提高分析灵敏度灵敏度。 控制溶液的酸度控制溶液的酸度也可改变被分离物在水中的溶解度。例如，也可改变被分离物在水中的溶解度。例如，采用固相微萃取分离法分离脂肪酸时需要控制溶液较小的采用固相微萃取分离法分离脂肪酸时需要控制溶液较小的pH值使溶液中脂肪酸主要是以分子形式存在，以降低溶解值使溶液中脂肪酸主要是以分子形式存在，以降低溶解度，增大分配系数，提高分离萃取效率。度，增大分配系数，提高分离萃取效率。 取样品基质（液体和固体）上方的气相部分进行色谱分析。取样品基质（液体和固体）上方的气相部分进行色谱分析。用途：痕

13、量高用途：痕量高挥发性挥发性物质的分析测定，气体是挥发性物质的最物质的分析测定，气体是挥发性物质的最理想的溶剂。理想的溶剂。静态顶空：静态顶空：在一个密闭的容器中，样品与样品上方气体逐渐达到平衡。在一个密闭的容器中，样品与样品上方气体逐渐达到平衡。捕集阱中捕集浓缩。捕集阱中捕集浓缩。连续气体萃取方法，经捕集浓缩后进行测定：连续气体萃取方法，经捕集浓缩后进行测定： 用流动的气体将样品中的挥发性成分用流动的气体将样品中的挥发性成分“吹扫吹扫”出来，再用一个捕集器将吹出来的物出来，再用一个捕集器将吹出来的物质吸附下来。关闭吹扫气，由切换阀将捕集器接入质吸附下来。关闭吹扫气，由切换阀将捕集器接入GC，

14、然后经热解吸将样品送入，然后经热解吸将样品送入GC进行进行。管内固相微萃取(in-tube-SPME) 将萃取涂层涂在毛细管的内表面。将萃取涂层涂在毛细管的内表面。 优点：毛细管柱方便易得；更牢固优点：毛细管柱方便易得；更牢固的涂层，使用寿命长；内径小涂层薄，的涂层，使用寿命长；内径小涂层薄，表面积大，样品扩散快，平衡时间短；表面积大，样品扩散快，平衡时间短；固定相体积大，富集倍数大。固定相体积大，富集倍数大。搅拌棒式吸附微萃取（搅拌棒式吸附微萃取（SBSE）搅拌棒代替纤维搅拌棒代替纤维内有铁芯的玻璃棒，表面涂有吸附层内有铁芯的玻璃棒，表面涂有吸附层 特点：微型可搅拌的吸附棒，表面特点：微型可

15、搅拌的吸附棒，表面积大，富集倍数大，避免另加搅拌子积大，富集倍数大，避免另加搅拌子的影响的影响SPME-GC/LC 联用装置无接口问题无接口问题解吸室解吸室In-tube-SPME-GC联用方式联用方式 热解析热解析：用注射器将样品溶液注入毛细管柱，萃用注射器将样品溶液注入毛细管柱，萃取平衡后将水吹干，然后用石英接头将萃取柱与分析取平衡后将水吹干，然后用石英接头将萃取柱与分析柱连接，气相色谱仪炉箱中热解吸。柱连接，气相色谱仪炉箱中热解吸。 溶剂解吸溶剂解吸：水样用氮气以极缓慢的流速吹入毛细水样用氮气以极缓慢的流速吹入毛细管萃取柱中，再将水吹出萃取柱，将适当溶剂注入萃管萃取柱中，再将水吹出萃取柱

16、，将适当溶剂注入萃取柱中解吸，收集解吸溶液注入气相色谱中分析取柱中解吸，收集解吸溶液注入气相色谱中分析。应应 用用 固相微萃取分离法可用于环境污染物、固相微萃取分离法可用于环境污染物、农药、食品饮料及生物物质的分离与富集的农药、食品饮料及生物物质的分离与富集的分离分析。例如：分离分析。例如：有机污染物有机污染物苯及其同系物、苯及其同系物、多环芳烃、硝基苯、氯代烷烃、多氯联苯、多环芳烃、硝基苯、氯代烷烃、多氯联苯、有机磷和有机氯农药的分离。有机磷和有机氯农药的分离。应用实例-香料测定 进样口进样口老化老化磁力搅拌磁力搅拌顶空萃取顶空萃取40min进样口进样口热解吸热解吸3mim中空纤维支载液膜萃

17、取技术富集环境样品中的全氟辛基磺酸和全氟辛酸中空纤维支载液膜萃取技术富集环境样品中的全氟辛基磺酸和全氟辛酸 对于痕量的对于痕量的PFOS及及PFOA，进行萃取富集时，常用的方法有，进行萃取富集时，常用的方法有液液-液萃取，固相萃取。但用液萃取，固相萃取。但用纤维液膜萃取，可以大大纤维液膜萃取，可以大大提高富集倍数及提高富集倍数及提高萃取的选择性。将提高萃取的选择性。将Aliquat-336(三辛基甲基氯化铵三辛基甲基氯化铵) 溶于二己溶于二己基醚基醚, 固载于聚丙烯中空纤维的膜孔中形成液膜，并在纤维内部固载于聚丙烯中空纤维的膜孔中形成液膜，并在纤维内部充满充满1 mol/L的的NH4Br作为接

18、受相，做成萃取纤维。作为接受相，做成萃取纤维。 1 聚丙烯中空纤维聚丙烯中空纤维(内径内径600 m，壁厚，壁厚200 m，孔径，孔径0.2 m) 。2 25-L液相色谱微量进样器液相色谱微量进样器(进样器针头外径为进样器针头外径为0.5 mm) 用于冲洗纤维的内壁，并将接受相溶液引入纤维内部的空腔中，也用于萃取后吸取反用于冲洗纤维的内壁，并将接受相溶液引入纤维内部的空腔中，也用于萃取后吸取反 萃取液进入萃取液进入HPLC-QTOF分析。分析。3 三辛基甲基氯化铵三辛基甲基氯化铵 4 NH4Br“相似相溶相似相溶”的原理，的原理，PFOS和和PFOA极性物质易溶于极性溶剂中，极性物质易溶于极性溶剂中，但采用三相但采用三相LPME时，分析物通过扩散作用从样品溶液相进入中空时，分析物通过扩散作用从样品溶液相进入中空纤维膜孔中的有机液膜相，再进入接受相溶液中，这个过程可以用纤维膜孔中的有机液膜相，再进入接受相溶液中，这个过程可以用sampleorganic liquid memberaneA stripping表示。表示。1 将已经准确截取长度为将已经准确截取长度为4.5 cm的中空纤维浸入溶有的中空纤维浸入溶有Aliquat-336的二己基醚溶的二己基醚溶液中，一定时间后取出，用水将纤维的外壁和内壁冲洗干净。再将吸有液中，一定时间后取出，用