固相萃取与固相微萃取.pptx

固相萃取固相萃取概概 述述固相萃取的基本原理、分离模式固相萃取的基本原理、分离模式固相萃取方法的建立及应用固相萃取方法的建立及应用 固相萃取的操作步骤固相萃取的操作步骤固相萃取的装置固相萃取的装置一、概述传统的液传统的液-液萃取法液萃取法 (LLE)用液体作为提取剂。用液体作为提取剂。固相萃取（固相萃取（Solid Phase Extraction,SPE）是是19世纪世纪70年代后期发展起来的样品前处理技术。年代后期发展起来的样品前处理技术。它发展迅速，广泛应用于环境、制药、临床医学、它发展迅速，广泛应用于环境、制药、临床医学、食品等领域食品等领域 。2借助SPE所要达到的目的是：1.从试样中除去对以后的分析有干扰物质；2.富集痕量组分，提高分析灵敏度；3.变换试样溶剂，使之与分析方法相匹配；4.原位衍生；5.试样脱盐。使用SPE方法，要尽可能避免柱因超载而被穿透，从而影响分析结果的准确性。3样品类型SPE可以用于所有类型样品的处理，但是液体样品是最容易处理的。Survey response%4 SPE是一种吸附剂萃取，样品通过填充吸附剂的一次性萃取柱，分析物和杂质被保留在柱上，然后分别用选择性溶剂去除杂质，洗脱出分析物，从而达到分离的目的。SPE的分离模式主要取决于填充剂的类型和溶剂的性质。5 SPE也是一个柱色谱分离过程，分离机理、固定相和溶剂的选择等方面与高效液相色谱（HPLC）有许多相似之处。但是SPE柱的填料粒径（40m）要比HPLC填料（310m）大。由于短的柱床和大的粒径，SPE柱效比HPLC色谱柱低得多。因此，用SPE只能分开保留性质有很大差别的化合物。与HPLC的另一个差别是SPE柱是一次性使用。6与液液萃取相比，固相萃取具有如下优点：与液液萃取相比，固相萃取具有如下优点：回收率和富集倍数高回收率和富集倍数高有机溶剂消耗量低，可减少对环境的污染有机溶剂消耗量低，可减少对环境的污染采用高效、高选择性的吸附剂，能更有效的将采用高效、高选择性的吸附剂，能更有效的将分析物与干扰组分分离分析物与干扰组分分离无相分离操作过程，容易收集无相分离操作过程，容易收集分析物，不出现分析物，不出现乳化现象乳化现象 能处理小体积试样能处理小体积试样操作简便、快速，费用低，易于实现自动化及操作简便、快速，费用低，易于实现自动化及与其他分析仪器连用。与其他分析仪器连用。7二、固相萃取的基本原理、分离模式及操作步骤 固相萃取（固相萃取（SPE）是利用固体吸附剂将液体样）是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离和和富集物分离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离和和富集的目的。先使液体样品通过一装有吸附剂（固相）的目的。先使液体样品通过一装有吸附剂（固相）小柱，保留其中某些组分，再选用适当的溶剂冲洗小柱，保留其中某些组分，再选用适当的溶剂冲洗杂质，然后用少量溶剂迅速洗脱，从而达到快速分杂质，然后用少量溶剂迅速洗脱，从而达到快速分离净化与浓缩的目的。离净化与浓缩的目的。81.固相萃取的基本原理固相萃取的基本原理是样品在两相之间的分配，即在固相固相萃取的基本原理是样品在两相之间的分配，即在固相（吸附剂）和液相（溶剂）之间的分配。（吸附剂）和液相（溶剂）之间的分配。固相萃取保留或洗脱的机制取决于被分析物与吸附剂表面固相萃取保留或洗脱的机制取决于被分析物与吸附剂表面的活性基团，以及被分析物与液相之间的分子作用力。的活性基团，以及被分析物与液相之间的分子作用力。洗脱模式有两种：一种是目标化合物比干扰物与吸附剂之洗脱模式有两种：一种是目标化合物比干扰物与吸附剂之间的亲和力更强，因而被保留，洗脱时采用对目标化合物间的亲和力更强，因而被保留，洗脱时采用对目标化合物亲和力更强的溶剂；另一种是干扰物比目标化合物与吸附亲和力更强的溶剂；另一种是干扰物比目标化合物与吸附剂之间的亲和力更强，则目标化合物被直接的洗脱。通常剂之间的亲和力更强，则目标化合物被直接的洗脱。通常采用前一种洗脱方式。采用前一种洗脱方式。92.固相萃取的分离模式反相固相萃取正相固相萃取离子交换萃取免疫亲和10有机溶剂非极性顺序 正己烷环己烷四氯化碳甲苯苯无水乙醚氯仿二氯甲烷四氢呋喃乙酸乙酯丙酮乙腈异丙醇甲醇水乙酸11反相固相萃取反相：吸附剂（固定相）是非极性或弱极性是非极性或弱极性的，如硅胶键合C18,C8,C4，C2,-苯基等。流动相为极性（水溶液）或中等极性样品基质。吸附剂的极性小于洗脱液的极性。应用：可以从强极性的溶剂中（如水样）萃取非极性或弱极性的化合物。作用机理：非极性-非极性相互作用，如范德华力或色散力。12正相固相萃取吸附剂：极性键合相，如硅胶键合NH2、CN，-Diol（二醇基）；极性吸附剂，如silica、florisil、(A-,N-,B-)alumina、硅藻土等。流动相为中等极性到非极性样品基质。作用机理：1）极性-极性相互作用2）表面硅羟基、铝羟基与极性化合物的极性官 能团之间相互作用，包括氢键，-键等。3）偶极-偶极相互作用4）偶极-诱导偶极相互作用应用：从非极性溶剂样品中萃取极性化合物13硅胶柱(silica)表面表面SiOHSiOH,中等强度的吸附剂，适用于从非极性基体中吸附极性化合中等强度的吸附剂，适用于从非极性基体中吸附极性化合物。物。硅胶是一种酸性吸附剂，可以吸附酸性（有机酸类）或中性的极性化硅胶是一种酸性吸附剂，可以吸附酸性（有机酸类）或中性的极性化合物，由于表面的硅醇基可以释放出弱酸性的氢离子，又作为一种弱合物，由于表面的硅醇基可以释放出弱酸性的氢离子，又作为一种弱酸性阳离子交换剂，吸附碱性化合物（生物碱类，胺类）。酸性阳离子交换剂，吸附碱性化合物（生物碱类，胺类）。活性（吸附性）与硅胶的含水量有关，根据其中含水量不同分为不同活性（吸附性）与硅胶的含水量有关，根据其中含水量不同分为不同的活性等级。的活性等级。硅胶的活化：加热到硅胶的活化：加热到100-110100-110度，除去表面吸附的水份，当温度升到度，除去表面吸附的水份，当温度升到500500度，表面的硅醇基脱水变成硅氧烷键，从而丧失吸附性。度，表面的硅醇基脱水变成硅氧烷键，从而丧失吸附性。硅胶极亲水：硅胶极亲水：分析的样品溶液必须无水分析的样品溶液必须无水。备注：硅胶净化时，一般杂质保留在柱上，目标化合备注：硅胶净化时，一般杂质保留在柱上，目标化合 物流出。物流出。14正相萃取或反相萃取选择原则总目的：杂质和待分析物分离1.受样品基体提取溶剂，要分离的杂质和目标化合物的性质制约2.物质在柱上的保留（或洗脱）取决于其与吸附剂和样品基体溶剂（或洗脱溶剂）之间亲和力的相对大小。3.样品基体是强非极性溶剂，如正己烷，二氯甲烷等，一般要选用正相柱分离。4.样品基体是强极性溶剂，如水和甲醇，乙腈及丙酮的混合液，要选用反相柱分离。15离子交换固相萃取离子交换固相萃取用于萃取分离离子交换固相萃取用于萃取分离带有电荷带有电荷的分析的分析物物固定相为带电荷的离子交换树脂，流动相为中等固定相为带电荷的离子交换树脂，流动相为中等极性到非极性样品基质。极性到非极性样品基质。分析物与吸附剂间的作用是分析物与吸附剂间的作用是静电吸引力静电吸引力。离子交换固相萃取分为阴离子交换固相萃取和阳离子交换固相萃取分为阴离子交换固相萃取和阳离子交换固相萃取。离子交换固相萃取。16三、固相萃取的操作步骤一个完整的固相萃取步骤包括固相萃取柱的预处一个完整的固相萃取步骤包括固相萃取柱的预处理、上样、洗去干扰物质、洗脱及收集分析物四理、上样、洗去干扰物质、洗脱及收集分析物四个步骤。个步骤。17a.固相萃取柱的预处理一是为了润湿和活化固相萃取填料，二是为了除去填料一是为了润湿和活化固相萃取填料，二是为了除去填料中可能存在的杂质，减少污染。中可能存在的杂质，减少污染。采取的方法是用一定量溶剂冲洗萃取柱。采取的方法是用一定量溶剂冲洗萃取柱。反相类型反相类型的固相萃取硅胶和非极性吸附剂介质，通常用的固相萃取硅胶和非极性吸附剂介质，通常用水溶性有机溶剂如甲醇预处理，然后用水或缓冲溶液替水溶性有机溶剂如甲醇预处理，然后用水或缓冲溶液替换滞留在柱中的甲醇换滞留在柱中的甲醇。正相类型正相类型的固相萃取硅胶和极性吸附剂介质，通常用样的固相萃取硅胶和极性吸附剂介质，通常用样品所在的有机溶剂来预处理。品所在的有机溶剂来预处理。离子交换离子交换填料一般用填料一般用3 35mL 5mL 去离子水或低浓度的离子去离子水或低浓度的离子缓冲溶液来预处理。缓冲溶液来预处理。固相萃取填料从预处理到样品加人都应保持湿润，如果固相萃取填料从预处理到样品加人都应保持湿润，如果在样品加人之前，萃取柱中的填料干了，需要重复预处在样品加人之前，萃取柱中的填料干了，需要重复预处理过程。理过程。18b.上样将样品倒入活化后的SPE 小柱，然后利用加压、抽真空或离心的方法使样品进入吸附剂。采取手动或泵以正压推动或负压抽吸方式，使液体样品以适当流速通过固相萃取柱，此时，样品中的目标萃取物被吸附在固相萃取柱填料上。1920c.洗去干扰物质目的是为了除去吸附在固相萃取柱上的少量基体干扰组分。一般选择中等强度的混合溶剂，尽可能除去基体中的干扰组分，又不会导致目标萃取物流失。反相萃取体系常选用一定比例组成的有机溶剂-水混合液，有机溶剂比例应大于样品溶液而小于洗脱剂溶液。21d.洗脱及收集分析物选择适当的洗脱溶剂洗脱被分析物，收集洗脱液，挥干溶剂以备后用或直接进行在线分析。为了尽可能将分析物洗脱，使比分析物吸附更强的杂质留在SPE 柱上，需要选择强度合适的洗脱溶剂。22四、固相萃取基本装置 固相萃取的基本装置包括固相萃取柱和固相萃取过滤装置。固相萃取柱是整个固相萃取装置的核心。23（1）固相萃取柱商品化的固相萃取柱（cartridge）外形类似于一个注射器针筒。还可自行填装固相萃取柱。24（2）固相萃取过滤装置固相萃取加样过程中，需通过适当的方法使样品溶液通过固相萃取柱，使待分析物吸附在填料上。洗脱过程中，同样需要使溶剂通过固相萃取住，使待分析物解析。以上步骤需借助于固相萃取过滤装置完成，采用柱前加压或柱后加负压抽吸的方式实现。25a.固相萃取过滤-加压操作固相萃取加压操作可通过在液体样品储液槽上方用高压空气或氮气施加一定压力来实现的。如果样品较少，可以用手动加压的方式实现。26美国Supelco公司提供的给单个固相萃取小柱加压的单管处理塞。27b.固相萃取过滤-负压抽吸负压抽吸是在固相萃取柱的出口用注射器手动抽负压，或与水泵或真空泵相连，用泵施加适当真空度，从而使样品溶液抽吸通过固相萃取柱。最常用的是用抽滤瓶实现负压抽吸。28也可以采用固相萃取过滤装置同时处理多个样品也可以采用固相萃取过滤装置同时处理多个样品29c.固相萃取过滤-离心法30全自动固相萃取仪全自动固全自动固相萃取仪相萃取仪能自动完能自动完成固相萃成固相萃取的全部取的全部步骤步骤31固相萃取联用装置32四、固相萃取方法的建立及应用固相萃取吸附剂的选择固相萃取吸附剂的选择固相萃取溶剂的选择固相萃取溶剂的选择固相萃取的应用固相萃取的应用331.固相萃取吸附剂的选择-固相萃取吸附剂的要求固相萃取吸附剂最好为多孔的、具有大的表面积的固相萃取吸附剂最好为多孔的、具有大的表面积的固体颗粒。固体颗粒。固相萃取吸附剂应有较低的空白值。固相萃取吸附剂应有较低的空白值。萃取吸附过程必须可逆且有高的回收率。萃取吸附过程必须可逆且有高的回收率。固相萃取吸附剂要有高的化学稳定性。固相萃取吸附剂要有高的化学稳定性。固相萃取吸附剂必须与样品溶液有好的界面接触固相萃取吸附剂必须与样品溶液有好的界面接触。34常用固相萃取吸附剂键合硅胶吸附剂键合硅胶吸附剂石墨碳石墨碳离子交换树脂离子交换树脂金属配合物吸附剂金属配合物吸附剂聚合物吸附剂聚合物吸附剂免疫亲和吸附剂免疫亲和吸附剂分子嵌入聚合物分子嵌入聚合物35键和硅胶吸附剂键和硅胶吸附剂常用的键合硅胶吸附剂表面积在常用的键合硅胶吸附剂表面积在5050500m500m2 2/g/g 之间，孔径为之间，孔径为5 550nm 50nm，粒径大于粒径大于40m 40m。一般应选择粒径小、比表面积大的吸附剂，以获得更。一般应选择粒径小、比表面积大的吸附剂，以获得更好的萃取效果。但要注意若粒径过细，萃取时阻力增加，萃取速度下好的萃取效果。但要注意若粒径过细，萃取时阻力增加，萃取速度下降。降。361.固相萃取吸附剂的选择应根据分析对象、检测手段及实验室条件合理选择。应根据分析对象、检测手段及实验室条件合理选择。372.2.固相萃取溶剂的选择固相萃取溶剂的选择在固相萃取固定相活化、上样富集、淋洗杂质、分析物洗脱过程中，都涉及到溶剂选择问题。38a.固定相活化溶剂的选择一般使用两种活化溶剂。第一种溶剂（初始溶剂）用于净化固定相，对于常用的C18键和硅胶固定相，可用甲醇有效地除去其所含杂质。第二种溶剂（终溶剂）使固定相溶剂化，以便样品中的分析物能更好的保留。39b.b.上样萃取溶剂的选择上样萃取溶剂的选择为了使分析物更好地保留在固相萃取柱上，上为了使分析物更好地保留在固相萃取柱上，上样萃取时应采用尽可能弱的溶剂。样萃取时应采用尽可能弱的溶剂。40c.c.淋洗溶剂的选择淋洗溶剂的选择淋洗溶剂用于洗去吸附在固定相上的干扰组分。淋洗溶剂用于洗去吸附在固定相上的干扰组分。淋洗溶剂的强度选择非常重要，其强度不能太淋洗溶剂的强度选择非常重要，其强度不能太高，也不能太低，应大于或等于上样溶剂，又高，也不能太低，应大于或等于上样溶剂，又小于洗脱溶剂。淋洗溶剂的选择原则：尽可能小于洗脱溶剂。淋洗溶剂的选择原则：尽可能将干扰组分从固定相上洗脱完全，但又不能洗将干扰组分从固定相上洗脱完全，但又不能洗脱任何分析物。脱任何分析物。41d.洗脱溶剂的选择溶剂强度应足够大，以保证吸附在固定相上溶剂强度应足够大，以保证吸附在固定相上的分析物定量洗脱下来。的分析物定量洗脱下来。选择的洗脱溶剂应与后续的分析相适应。选择的洗脱溶剂应与后续的分析相适应。选择粘度小、纯度高、毒性小并与分析物和选择粘度小、纯度高、毒性小并与分析物和固定相不发生反应的溶剂。选择单一溶剂效固定相不发生反应的溶剂。选择单一溶剂效果不理想时，可以考虑使用混合溶剂进行洗果不理想时，可以考虑使用混合溶剂进行洗脱。脱。423.固相萃取的应用固相萃取在环境分析的应用固相萃取在环境分析的应用-多环芳烃、农多环芳烃、农药残留等有机污染物的检测。药残留等有机污染物的检测。固相萃取在生物样品分析中的应用固相萃取在生物样品分析中的应用-生物检生物检材中毒物和药物残留分析、血液中药物分析材中毒物和药物残留分析、血液中药物分析和药物动力学研究。和药物动力学研究。固相萃取在食品分析中的应用固相萃取在食品分析中的应用431 1）固相萃取测定生物检材中安眠酮（导数紫外）固相萃取测定生物检材中安眠酮（导数紫外）2 2）双柱富集固相萃取测定钯、锶（）双柱富集固相萃取测定钯、锶（FAASFAAS）3 3）固相萃取富集水中多环芳烃（）固相萃取富集水中多环芳烃（HPLC)HPLC)4 4）固相微萃取富集多环芳烃）固相微萃取富集多环芳烃GC-MSGC-MS44固相微萃取技术固相微萃取技术(SPME)solid phase micro-extraction1概述2SPME的原理3SPME装置及萃取步骤方法4SPME的影响因素5SPME与分析仪器的联用技术6SPME的应用7SPME的发展前景主要内容主要内容46与固相萃取技术相比其特点：固相微萃取操作更筒单、携带更方便、操作费用也更加低廉，另外克服了固相萃取回收率低、吸附剂孔道易堵塞的缺点，因此成为目前所采用的试样预处理中应用最为广泛的方法之一。SPME已开始应用于分析水、土壤、空气等环境样品的分析。一、概述47一、概述1989年；PawliszynSupelco1993年推出了商品化的SPME装置1995年Pawliszyn等；空气中苯系物分析；SPME在气相色谱中快速进样装置；萃取丝内用CO2冷却装置1997年Pawliszyn等；测定病人呼吸气中一些成分的SPME萃取装置2001年Pawliszyn等；便携式SPME装置2004年Pawliszyn等；加装聚四氟乙烯密封盖的便携式现场测试用SPME装置2007年；96个SPME微阱盘自动化进样装置固相微萃取(solid phase microextraction）48二、SPME的原理 以熔融石英光导纤维或其它材料为基体支持物，采取“相似相溶”的特点，在其表面涂渍不同性质的高分子固定相薄层，通过直接或顶空方式，对待测物进行提取、富集、进样和解析。然后将富集了待测物的纤维直接转移到仪器(一般是GC，或HPLC)中，通过一定的方式解吸附(一般是热解吸，或溶剂解吸)，然后进行分离分析。49 固相微萃取法（SPME）的原理与固相萃取不同，固相微固相微萃取不是将待测物全部萃取出来萃取不是将待测物全部萃取出来，其原理是建立在待测物在固定相和水相之间达成的平衡分配基础上。设固定相所吸附的待测物的量为WS，因待测物总量在萃取前后不变，固得到：C0V2=C1 V1+C2 V2 （1）式中，C0是待测物在水样中的原始浓度；C1、C2分别为待测物达到平衡后在固定相和水相中的浓度；V1、V2分别为固定相液膜和水样的体积。50 吸附达到平衡时，待测物在固定相与水样间的分配系数K有如下关系：K=C1/C2 （2）平衡时固相吸附待测物的量WS=C1 V1，固C1=WS/V1由式（1）得：C2=（C0 V2 C1 V1）/V2将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）二、SPME的原理51 由式（4）：WS=K C0 V1，可知WS与C0呈线性关系，并与K和V1呈正比。决定K值的主要因素是萃取头固定相的类型，因此，对某一种或某一类化合物来说选择一个特异的萃取固定相十分重要。萃取头固定液膜越厚，WS越大。由于萃取物全部进入色谱柱，一个微小的固定液体积即可满足分析要求。通常液膜厚度为5-100um，这一已比一般毛细管柱的液膜厚度（0.2-1um）厚得多。二、SPME的原理52 该装置类似微量注射器，由手柄和萃取头（纤维头）两部分组成。萃取头是一根长约1cm、涂有不同固定相涂层的熔融石英纤维，石英纤维一端连接不锈钢内芯，外套细的不绣钢针管（以保护石英纤维不被折断）。手柄用于安装和固定萃取头，通过手柄的推动，萃取头可以伸出不锈钢管。三、SPME装置及萃取步骤方法53萃取步骤萃取步骤SPME方法是通过萃取头上的固定相涂层对样品中的待测物进行萃取和预富集。SPME操作包括三个步骤：A涂有固定相的萃取头插入样品或位于样品上方；B待测物在固定相涂层与样品间进行分配直至平衡；C将萃取头插入分析仪器的进样口，通过一定的方式解析后进行分离分析。三、SPME装置及萃取步骤方法54萃取方法萃取方法直接法（直接法（Di-SPME）适合于气体基质或干净的水基质顶空法（顶空法（HS-SPME）适合于任何基质，尤其是直接SPME无法处理的脏水、油脂、血液、污泥、土壤等中的挥发性目标物膜保护法（膜保护法（membrane-protected-SPME）通过一个选择性的高分子材料膜将试 样与萃取头分离，以实现间接萃取，膜的 作用是保护萃取头使其不被基质污染，同时提高萃取的选择性。衍生化法（衍生化法（derivatization SPME）冷冷SPME法（法（cooled SPME）三、SPME装置及萃取步骤方法5556四、SPME的影响因素萃取温度萃取温度温度是直接影响分配系数的重要参数升高温度会促进挥发性化合物到达顶空及萃取纤维表面，然而SPME表面吸附过程一般为放热反应，低温适合于反应进行57萃取时间萃取时间不同的待测物达到动态平衡的时间长短,取决于物质的传递速率和待测物本身的性质、萃取纤维的种类等因素。挥发性强的化合物在较短时间内即可达到分配平衡，而挥发性弱的待测物质则需要相对较长的平衡时间。四、SPME的影响因素58搅拌强度搅拌强度增加传质速率,提高吸附萃取速度,缩短达到平衡的时间磁力搅拌，高速匀浆，超声波。采取超声振动就比电磁搅拌达到平衡的时间大大缩短四、SPME的影响因素59盐效应盐效应盐析手段(加NaCl或Na2SO4)可提高本体溶液的离子强度,使极性有机待萃物(非离子)在吸附涂层中的K值增加,提高萃取灵敏度溶液溶液pH值值对不同酸离解常数的有机弱酸碱选择性萃取。溶液酸度应该使待萃物呈非聚合单分子游离态,使涂层与本体溶液争夺待萃物的平衡过程极大的偏向吸附涂层四、SPME的影响因素60衍生化衍生化减小酚、脂肪酸等极性化合物的极性，提高挥发性，增强被固定相吸附的能力。SPME前衍生和SPME后衍生萃取头的选择萃取头的选择固定液涂渍在一根熔融石英(或其他材料)细丝表面构成萃取头内部涂有固定相的细管或毛细管，这种设备称为管内SPME(in-tube SPME）四、SPME的影响因素61四、SPME的影响因素涂层涂层 SPME萃取过程依赖于分析物在涂层和样品两相中的分配系数，因此萃取的选择性取决于涂层材料的特性，故涂层材料是SPME技术的核心。涂层的选择和设计可以基于色谱经验，一般来说，不同种类的分析物要选择不同性质的涂层材料，选择的基本原则是“相似相溶”。选择涂层时应注意：对有机分子有较强的萃取富集能力 合适的分子结构，有较快的扩散速度 良好的热稳定性62商品化涂层 一般可以分为非极性、中等极性和极性3种涂层非商品化涂层 到目前为止,科研工作者已开发了多种具有优良性能的涂层 涂层的体积（厚与薄）也决定方法的灵敏度。涂层所使用的主要材料：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）涂层介绍涂层介绍涂层介绍涂层介绍63四、SPME的影响因素64其他非商品化涂层溶胶-凝胶技术(Sol-Gel)TPA（3-氨丙基三乙氧基硅烷）和DDP（二乙氧基二苯硅烷）纳米结构二氧化铅（附着于铂丝上）四、SPME的影响因素65Ali Mehdinia,Mir Fazllolah Mousavi,Mojtaba Shamsipur.Nano-structured lead dioxide as a novel stationary phase forsolid-phase microextraction.Journal of Chromatography A 1134(2006)四、SPME的影响因素66主要特点主要特点集取样、萃取、浓缩和进样于一体，操作方便，测定快速高效。无需任何有机溶剂，是真正意义上的固相萃取，避免了对环境的二次污染。仪器简单，适于现场分析，也易于操作。缺点缺点定量检测精确度不高；可重复性不高；商业可用负载聚合物品种少。SPME的优缺点6768五、SPME与分析仪器的联用技术 SPME-GC技术 SPME-HPLC技术 SPME-MS技术 SPME/EC联用69固相微萃取与气相色谱技术的联用SPME-GCSPME-GC SPME与GC联用是研究最早也是目前发展得最成熟的技术。这一领域的研究目前主要集中在接口研制、萃取头的制备。采用顶空法（headspace），吸附具有挥发性或半挥发性的化合物；再在GC的气化室里脱附气化进行分析。缺点缺点：适用的范围较窄；挥发/半挥发物（20%）；不能分析生物大分子及对温度敏感的物质（如蛋白质）。70使用SPME-GC 联用分析US EPA 524.2 方法规定的挥发性气体样品的情况利用该方法有效地分离出了60 种化合物固相微萃取与气相色谱技术的联用71固相微萃取与液相色谱技术的联用SPME-HPLC SPME技术也已成功地与HPLC联用并应用于非挥发性/离子型金属化合物形态分析，这为在GC条件下难以分析的试样中半挥发性和非挥发性待测物的分析提供了可能性。SPME与与HPLC联用的关联用的关键在于键在于SPME的解吸过程是否能与的解吸过程是否能与HPLC的进样系统匹配的进样系统匹配，即能否使解吸液的体，即能否使解吸液的体积足够小，以避免在进样后产生明显的积足够小，以避免在进样后产生明显的柱外效应或出现超负荷现象而导致色谱柱外效应或出现超负荷现象而导致色谱峰拓宽，使分辨率下降，直接影响分析峰拓宽，使分辨率下降，直接影响分析的灵敏度。的灵敏度。72capilary coated polymeric material固相微萃取与液相色谱技术的联用 萃取头直接接触样品，等到吸附平衡后，送入到进样器内进行脱附后分析。这种联用技术正好和SPME-GC互补。缺点缺点：吸附平衡时间长，脱附条件不易优化，萃取头负载材料可用的不多。73固相微萃取与液相色谱技术的联用74SPME-HPLC-MRM分析环境水中的雌激素ESI(-),MRM，five 50 pg/mL 雌激素标样 雌激素酮,17-雌二醇,雌激素三醇,乙炔基雌二醇 和二乙基已烯雌酚 K.Mitani et al./J.Chromatogr.A 1081(2005)218224XDB-C8(50mm2.1 mm),0.01%氨水/乙睛(60/40),0.2 mL/min.Supel-Q PLOT(60 cm0.32mm,厚 12 um)萃取柱;40l 样品,100ul/min,20 次反复萃取,扳阀进样。线性范围：10-200 pg/ml(r0.9996),检测限 2.7 to 11.7 pg/ml.86%回收率，RSD 0.98.8%.固相微萃取与液相色谱技术的联用75固相微萃取与质谱技术的联用76Pesticides analysis by SPME/Ion Trap MS固相微萃取与质谱技术的联用77SPE、SPME的简单比较待测物被介质萃取洗脱非待测成分换洗脱液洗脱待测成分待测物被介质萃取待测成分解吸附（无须clean-up）SPE SPME78SPE SPME吸附剂可能吸附非待测成分吸附剂一般不吸附非待测成分Break-through现象平衡式萃取，无此现象封闭式开放式(micro)SPESPME(micro)SPESPME79六、SPME的应用在环境水、气中痕、微量有机物吸萃分析在食品添加剂中香味成分的分析应用在法医、临床检验中的分析应用在金属离子及其螯合分析中的应用80六、SPME的应用81固相萃取搅拌棒萃取固相萃取搅拌棒萃取-气相色谱分析海水中的多环气相色谱分析海水中的多环芳烃芳烃 固相微萃取(SPME)是一种无溶剂萃取技术,对PAHs的富集倍数一般在103 以内,但是定量重复性较差。固相萃取搅拌棒(SBSE)是在SPME基础上发展的一种新技术,萃取时吸附搅拌棒自身完成搅拌,可避免SPME中搅拌子对PAHs的竞争吸附;同时,由于SBSE中的PDMS萃取固定相体积一般为50250L,比SPME所用固定相量大50500倍,表面积也提高100倍,因此提高萃取量50倍以上,更适合痕量有机物的萃取富集。利用固相萃取搅拌棒(SBSE)萃取海水中的多环芳烃,然后用热解吸脱附-气相色谱分析。82自制固相微萃取装置-气相色谱法测定空气中痕量苯1、萃取头：自制的固相微萃取装置:选取日本产的2HSAKURA 的2H0.3mm 的自动铅笔芯作萃取头。因为铅笔芯本身就是石墨化活性炭纤维,它是优良的固体吸附剂,可以吸附多种气体和有机物质,并且它的吸附作用是范德华力作用的结果,不会跟有机物相互作用。同时,使用寿命较长。具体的处理方法如下：将铅笔芯放入50%的HF溶液中浸泡24h后,取出冲洗；放入马弗炉中高温(500)煅烧45h,取出用水冲洗。经过一系列处理后,萃取头通过一次性注射器的针孔,用强力胶固定在推杆上,能自由伸缩，待用。832、采样：自制的固相微萃取装置经老化后,直接对一新装饰的房间(一星期内无人居住)进行现场吸附取样,室内温度20,湿度60%。3、结果和讨论：对影响SPME的因素(空气柱、萃取时间、解吸时间和温度)进行了讨论；对所建立的方法进行了系统评价,结果表明：建立的方法对空气中苯的测定具有良好的线性关系(相关系数R=0.9998),检出限为0.01mg/L,3个含量点的相对标准偏差在允许的范围7%以内,回收率为98.18%。84例4.固相微萃取-高效液相色谱联用测定环境水样中双酚A 的自由溶解态浓度（胡霞林等，分析实验室，2006，25（7）：14-17）自由溶解态浓度(Freely Dissolved Concentration)是自由溶解在水相,而不与任何介质或系统组分结合的物质的浓度。它不仅与分析物的总浓度有关,而且与基体介质浓度和容量,及其对分析物的亲和力相关。研究表明,化合物的自由溶解态浓度是其在环境中迁移和分配,以及在生物中累积的驱动力,是解释化合物的可给性的关键参数。因此,自由溶解态浓度的测定越来越受到环境科学工作者的重视,并已经发展了多种分析方法。双酚A(BPA)是一种内分泌干扰物,它的长期低剂量暴露对生物的影响是当今环境化学研究的热点问题之一,测定环境中BPA 的自由溶解态浓度,对其环境化学行为研究和风险评价具有十分重要的意义。851、仪器：高效液相色谱系统(美国安捷伦公司),由Agilent 1100 型单元泵和Agilent 1100 型荧光检测器组成；SPME-HPLC 接口、手动57331 型固相微萃取纤维手柄、商品固相微萃取纤维50 m CWPTPR(美国Supelco 公司)。SPME-HPLC 接口由一个Rheodyne 六通阀和一个60L 解吸室构成,该解吸室取代了一般液相色谱仪中的进样环。2、实验方法：在100 mL 萃取瓶中加入搅拌磁子和100 mL分析液,盖上带有聚四氟乙烯隔膜的有孔盖子，将SPME 不锈钢针管插入瓶中,推出萃取头,调节萃取头的位置,使搅拌磁子在搅拌时不会损伤萃取头,且萃取头完全浸入溶液中。萃取4 h 后,收回并取出萃取头,插入解吸室进行动态解吸测定。863、实验结果：。在环境水样常见pH(58)、缓冲容量(5200 mmol/L)和盐度(0500 mmol/L)条件下,4h 可以达到萃取平衡。100 mL 样品足以避免样品耗损。pH 为6.4 时,方法的线性范围为0.1250g/L,检出限为0.03g/L,相对标准偏差(5g/L,n=3)为1.1%。采用本方法测定了污水处理厂排水口的双酚A 的自由溶解态浓度。87例5.固相微萃取-气相色谱-质谱联机测定饮用水中的嗅、味化合物 近年来饮用水的水质问题已成为国内外研究的热点。原水水质不断恶化与不断提高的出水水质之间的矛盾日益突出。我国生活饮用水卫生标准中对水的嗅、味做了规定，但是对产生嗅、味的化合物没有做出具体说明。虽然某些嗅、味的来源与工业污水或消毒工艺的副产品有关,但用户的意见主要是自然发生的嗅、味,特别是土腥味和霉烂味。针对产生嗅、味的化合物进行分析,确认带有土腥味和霉烂味的两种主要化合物是土味素(geosmin)和2-甲基异冰片(MIB)。这些有机物是放线菌和兰-绿藻的代谢产物,嗅阈浓度很低。881、仪器与试剂：saturn 2200 瓦里安GC-MS 气相色谱-质谱联机；采用电子流轰击离子化(EI)和离子阱检测器(EITM)；PC-420 型SPME 固相微萃取操作平台；微型磁转子(美国SUPELCO 公司)，SPME 装置的萃取头为75m Carboxen 萃取头(PK/3)2、试验方法：在容积为40mL 的萃取瓶中加入10.0g NaCl、一个转子和30mL 样品溶液或待测水样,立即用带有硅橡胶垫的瓶盖封闭。如果水样的pH 值不在5.07.0 之间，用稀HCl 或稀NaOH 预先调整。将固相微萃取装置的不锈钢针管插入瓶中，设定温度为60,调节转速为1500r/min，,推出萃取头，调节萃取头的位置,使其接近液面,但不能浸入溶液。30min 后收起萃取头,拔出针管,迅速插入气相色谱汽化室内进行热解析，并进行GC-MS 分析。893、结论：本文采用SPME-GC-MS 方法对饮用水中的嗅、味化合物进行分析，方法简便,检出限低，并打出最佳的检测条件:萃取头涂层为arboxen；顶空萃取法的萃取量为浸入式的2 倍;萃取平衡时间30min；搅拌速度为1500r/min；pH 值为5.07.0；温度为60。90例6.固相微萃取-气相色谱/质谱(SPME-GC/MS)联用分析海水中痕量有机磷农药1、实验方法：取8ml萃取液置于15ml萃取瓶中,加入磁力搅拌子(长约1cm,直径约3mm),用顶端带有孔和聚四氟乙烯隔垫的盖子密封,电磁搅拌,将SPME萃取纤维(85m厚涂层的聚丙烯酸酯)直接插入萃取瓶中,保持涂层完全进入水相,萃取针套管的其它部分不与萃取液接触,防止水进入萃取针管.在室温下萃取30min,将SPME直接插入GC进样口热解吸10min,用GC-MS进行定性与定量分析。该法简便、高效、无需有机溶剂，适合于海洋水体中痕量有机磷农药的分析。912、SPME条件的选择：萃取涂层：聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚丙烯酸酯(PA)两种萃取头由于极性不同,对有机磷杀虫剂的萃取效果也不同.研究表明:各有机磷化合物对应的PA 的响应值普遍高于PDMS,这是因为OPPs为极性化合物,与极性PA 涂层有较大的吸引力。由于PA 对甲基对硫磷和毒死蜱有更好的萃取效率,因此,选择PA萃取涂层。两种萃取纤维对于乐果基本表现不出富集效果。萃取时间：根据SPME的非平衡理论,在达到SPME萃取平衡之前,如保持操作条件一致,纤维上待测物的含量正比于其在水相的初始浓度,因此,可进行定量分析。由于敌敌畏易水解,且随温度升高,分解速度加快,综合考虑灵敏度和分析速度,选择30min萃取时间,在室温20 2下进行实验。92图图1.SPME萃取的海水空白GC-MS图图图7.SPME萃取添加有机磷混标的天然海水GC-MS图93例7.固相微萃取GC-MS快速分析火场残留物中的汽油成分 火场残留物如碳灰、烧残物等通常经过样品预处理后进行分析鉴定。传统的样品预处理方法往往操作繁琐、费时、重复性差，而且往往需要用大量有机溶剂，不利于分析人员的身体健康，对环境也造成一定污染。通过控制SPME萃取头固定相的极性、取样时间、萃取温度等萃取参数，可实现对火场残留物汽油成分的高重复性、高准确性的测定，最小检测限可达ppm级。941、实验仪器：2、样品采集：95 将93号汽油2滴滴入500g砂土中，采用100um聚二甲氧基硅氧烷萃取头，按前述样品采样方法进行采样测定，获得相应的总离子流色谱图，图1，鉴定了其中13种化合物。分别取两个火灾现场进行分析。火灾现场残留物分别按前述样品采集方法进行采样测定，获得相应的总离子流图，图2、图3，将其与汽油标样的总离子流图（图1）进行对比。3、结论：9697七、SPME的发展前景随着SPME-联用技术的发展及SPME本身和萃取方式的改进,经过分析工作者和厂商的努力,SPME与分析仪器联用的适用性也会逐步扩大和成熟。SPME、联用技术以及理论研究必将会有大的发展,成为环境、医药、生物材料、食品、精细化工、农业等领域实验检测的有力手段。98思考题1.SPE与SPME的原理、区别和优缺点2.SPME的影响因素3.微固相萃取与固相微萃取的关系99