第三章 固相微萃取

1、主要内容主要内容 SPME简介简介 固相微萃取装置固相微萃取装置 固相微萃取操作流程固相微萃取操作流程 常用萃取头类型及选择原则常用萃取头类型及选择原则 固相微萃取联用技术固相微萃取联用技术 影响萃取效率的因素影响萃取效率的因素 SPME应用应用 固相微萃取固相微萃取(SPME)(SPME)是近年来国际上兴起的一种简便、是近年来国际上兴起的一种简便、快速、无溶剂的样品分析前处理新技术。快速、无溶剂的样品分析前处理新技术。19901990年由加年由加拿大拿大 WaterlooWaterloo大学的大学的ArhturheArhturhe和和 PawliszynPawliszyn首首创创,1993,

2、1993年由美国年由美国 SupelcoSupelco公司推出商品化固相微萃取公司推出商品化固相微萃取装置装置,1994,1994年获美国匹兹堡分析仪器会议大奖。年获美国匹兹堡分析仪器会议大奖。 固相微萃取集固相微萃取集“采样、萃取、浓缩、进样采样、萃取、浓缩、进样”于一体，于一体，能够与气相色谱或高效液相色谱仪联用样品前处理技能够与气相色谱或高效液相色谱仪联用样品前处理技术。术。1 1 固相微萃取简介固相微萃取简介 与与SPE 相比相比SPME具有以下优点：具有以下优点：(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；(2) 操作时间短

3、，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；(3) 样品用量少，几样品用量少，几L几十几十L； (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 ； (5) 检测限达检测限达 /水平；水平； (6) 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。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。 最初的最初的SPMESPME是将高分子材料均匀涂渍在硅纤维上，是将高分子材料均匀涂渍在硅纤维上，形成圆柱形的涂层形成圆柱形的涂层, ,根据相似相溶原理进行萃取根据相似相溶原理进行萃取。 固相微萃取装置由手柄和萃取头或纤维头两部分固相微萃取装

4、置由手柄和萃取头或纤维头两部分组成。萃取头为一根组成。萃取头为一根1cm 1cm 长，涂上不同色谱固定相或长，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。吸附剂的熔融石英纤维，可在不锈钢套管内伸缩。 固相微萃取的使用，关键在于固相微萃取的使用，关键在于“纤维头的选择纤维头的选择”。这种情况类似于色谱柱的选择，主要根据分析对象的这种情况类似于色谱柱的选择，主要根据分析对象的分子量和极性。固相微处理技术适用于气体、水样、分子量和极性。固相微处理技术适用于气体、水样、生物样品（如血、尿、体液等）的萃取提取。生物样品（如血、尿、体液等）的萃取提取。2 2 固相微萃取装置固相微萃取装

5、置萃取模式的选择萃取模式的选择n 直接直接SPMESPME模式模式n 顶空顶空SPMESPME模式模式 通过装在注射器内石英纤维萃取头表面的高分子通过装在注射器内石英纤维萃取头表面的高分子涂层，对样品中的有机物进行选择性萃取和预富涂层，对样品中的有机物进行选择性萃取和预富集，然后将富集了分析物的涂层立即插入气相色集，然后将富集了分析物的涂层立即插入气相色谱进样口热解吸进样。谱进样口热解吸进样。固相微萃取组成固相微萃取组成手柄手柄萃取头萃取头手动固相微萃取辅助设备手动固相微萃取辅助设备3 3 固相微萃取操作过程固相微萃取操作过程固相微萃取操作过程固相微萃取操作过程4 4 常用萃取头类型及选择原则

6、常用萃取头类型及选择原则 聚二甲硅氧烷类聚二甲硅氧烷类 厚膜（100m）适用于分析水样中低沸点、低极性的物质，如苯类、有机合成农药等；薄膜（7m）适用于分析中等沸点高沸点的物质，如苯甲酸酯、多环芳烃等聚丙酸酯类聚丙酸酯类适用于分析强极性化合物如苯酚等活性炭活性炭适用于分析极低沸点的强亲脂性物质萃取头的选择原则萃取头的选择原则 5 5 固相微萃取联用技术固相微萃取联用技术SPME联用情况联用情况: : GC, HPLC, CE（毛细管电泳）, MSSPME与与HPLC联用联用手动式手动式SPME/HPLC联用操作方式联用操作方式自动进样自动进样SPME/HPLC联用操作方式联用操作方式-管内固相

7、管内固相微萃取微萃取(in tube SPME) 手动式手动式SPME/HPLC联用操作方式联用操作方式自动进样自动进样SPME/HPLC联用操作方式联用操作方式-管内固相微萃取管内固相微萃取(in tube SPME) u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u试样量试样量, ,容器体积容器体积u萃取时间萃取时间u无机盐无机盐upH值值u衍生化反应衍生化反应u温度以及外力的作用温度以及外力的作用 6 6 影响萃取效率的因素影响萃取效率的因素（1）液膜厚度及其性质的影响）液膜厚度及其性质的影响 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对于分析物

8、的固相于分析物的固相吸附量和平衡时间吸附量和平衡时间都有都有影响。液膜越影响。液膜越厚厚，固相，固相吸附量越大吸附量越大有利有利于提高方法灵敏度；但所需达到平衡的于提高方法灵敏度；但所需达到平衡的时间越长。时间越长。（2 2）石英纤维表面固相涂层的性质）石英纤维表面固相涂层的性质 固相涂层的性质对固相涂层的性质对分析灵敏度分析灵敏度影响很影响很大。根据相似相溶原理，大。根据相似相溶原理，非极性固相涂非极性固相涂层（如聚二甲基硅氧烷）有利于对非极层（如聚二甲基硅氧烷）有利于对非极性或极性小的有机物的分离；极性固相性或极性小的有机物的分离；极性固相涂层（如聚丙烯酸酯）对极性有机物分涂层（如聚丙烯酸

9、酯）对极性有机物分离效果较好。离效果较好。（3）搅拌效率的影响）搅拌效率的影响 搅拌效率是影响搅拌效率是影响分离萃取速度分离萃取速度的重要因素。的重要因素。在理想搅拌状态下，平衡时间主要由分析物在理想搅拌状态下，平衡时间主要由分析物在固相中的扩散速度决定。在固相中的扩散速度决定。 在不搅拌或搅拌不足的情况下，被分离物质在不搅拌或搅拌不足的情况下，被分离物质在液相扩散速度较慢，更主要是固相表面附在液相扩散速度较慢，更主要是固相表面附有一层静止水膜，难以破坏，被分离物质通有一层静止水膜，难以破坏，被分离物质通过该水膜进入固相的速度很慢，使得萃取时过该水膜进入固相的速度很慢，使得萃取时间很长。间很长

10、。（4）温度的影响）温度的影响 温度升高，被分析物温度升高，被分析物扩散系数扩散系数增大，增大，扩散扩散速度速度随之增大，同时升温随之增大，同时升温加强了对加强了对流流过程，因此过程，因此升温有利于缩短平衡时间，升温有利于缩短平衡时间，加快分析速度加快分析速度。 但是升温会但是升温会使被分离物质的分配系数使被分离物质的分配系数减小，在固相的吸附量减小减小，在固相的吸附量减小。因此在使。因此在使用此方法时应该用此方法时应该寻找最佳的工作温度。寻找最佳的工作温度。（5）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由于被分离物质在固相和液相之间的分配系数

11、受数受基体性质的影响，当基体变化时基体性质的影响，当基体变化时分配系数分配系数也会改变也会改变。 在水溶液中在水溶液中加入加入NaCl，Na2SO4等可增强水等可增强水溶液的离子强度，减少被分离有机物的溶解度，溶液的离子强度，减少被分离有机物的溶解度，使分配系数增大提高分析灵敏度使分配系数增大提高分析灵敏度。 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也可改变被分离物在水中的溶解度。溶解度。 液相微萃取液相微萃取(LPME)两相两相LPME三相三相LPMEacceptorOrganicSampleAA_acceptorAqueousphaseOrganicSampleAAA_ 液相微

12、萃取技术液相微萃取技术直接液相微萃取直接液相微萃取(Direct LPME)液相微萃取液相微萃取/ 后萃取后萃取(LPME/BE)顶空液相微萃取顶空液相微萃取(HS LPME)（室温离子液体是一种理想的顶空液相微萃取剂）（室温离子液体是一种理想的顶空液相微萃取剂） 液相微萃取的方式液相微萃取的方式:中空纤维中空纤维有机溶剂与液滴大小有机溶剂与液滴大小搅拌速率搅拌速率盐效应与盐效应与pH值值萃取温度萃取温度萃取时间萃取时间影响萃取效率的因素影响萃取效率的因素 液相微萃取技术液相微萃取技术7 固相微萃取典型应用固相微萃取典型应用 表面活性剂表面活性剂 环境水样环境水样 食品、香精、香料食品、香精、

13、香料 法庭样品法庭样品 血、尿和体液中毒品或药物血、尿和体液中毒品或药物 聚合物和固样中痕量杂质（顶空聚合物和固样中痕量杂质（顶空方式）方式） 药物中残留溶剂药物中残留溶剂 气体硫化物及挥发物（气体硫化物及挥发物（VOC）新增方法介绍新增方法介绍 固相微萃取固相微萃取GC SPME采用一种略似进样器的装置，用一根涂布多采用一种略似进样器的装置，用一根涂布多聚物固定相的熔融石英纤维从液、气态基质中萃聚物固定相的熔融石英纤维从液、气态基质中萃取待测物；然后将富集了待测物的纤维直接转移取待测物；然后将富集了待测物的纤维直接转移到仪器到仪器(一般是一般是GC，或，或HPLC)中，通过一定的方式中，通过一定的方式解吸附解吸附(一般是热解吸，或溶剂解吸一般是热解吸，或溶剂解吸)，然后进行分，然后进行分离分析。离分析。 直接直接SPME：适合于气体基质或干净的水基质：适合于气体基质或干净的水基质 顶空顶空SPME：适合于任何基质，尤其是直接：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、土壤无法处理的脏水、油脂、血液、污泥、土壤 等等生活饮用水卫生标准生活饮用水卫生标准 检验方法检验方法（GB/T5750-2006）固相微萃取技术小结固相微萃取技