固相微萃取技术装置、工作原理及影响因素分析

1、固相微萃取技术装置、工作原理及影响因素分析摘要:固相微萃取（SPME）技术归属于非溶剂型选择性萃取法，是一种新型的、适用于GC的样品制备技术，具有使用便捷无需使用有机溶剂的特点，而且可应用的领域十分广泛。本文就其装置、原理及相关的影响因素进行分析和介绍。关键词：固相微萃取技术装置工作原理影响因素分析介绍固相微萃取技术几乎可以运用于任何状态下的样品中的挥发性、半挥发性物质的分析，自1993年美国Supelco公司实现商品化以来，已发展成为环境、生物、医学等各个领域的主导技术。在其发展过程中，主要涉及了探针的固相涂层材料及涂渍技术、萃取方法、联用技术的发展等几个方面。1固相微萃取技术的装置固相微萃

2、取技术的装置非常的小巧便于携带，略似进样器，具有免溶剂、快速、萃取简单、可现场携带采样的仪器，主要由手柄和萃取纤维头两部分构成。其中，手柄用于安装固定萃取纤维头，可永久使用。而纤维头是一根1cm长、涂有不同色谱固定相（或吸附剂）的熔融石英纤维，外套细不锈钢管以保护石英纤维头不被折断，而且纤维头可在钢管内自由伸缩，用于萃取、吸附样品。2固相微萃取技术的工作原理固相微萃取技术的工作原理就是待测物的样品基质和萃取介质(涂层)间的分配，分吸附过程和解吸过程两个步骤进行。吸附过程，就是将纤维头浸入样品溶液中(或顶空气体中)一段时间，同时搅拌溶液以加速两相间达到平衡的速度，待测物在样品及石英纤维头外涂渍的

3、固定相液膜中平衡分配，遵循相似相溶原理，将纤维头取出插入气相色谱汽化室，热解吸涂层上吸附的物质。解吸过程会因SPME后续分离手段的不同而不同。对于气相色谱(GC)，萃取纤维插入进样口后进行热解吸，而对于液相色谱(LC)，则是通过溶剂进行洗脱。被萃取物在汽化室内解吸后，靠流动相将其导入色谱柱，完成提取、分离、浓缩的全过程，有手动或自动两种操作方式，让更多的分析工作者从重复、烦琐的操作中解脱出来。固相微萃取技术有3种基本的萃取模式，即直接萃取、顶空萃取和膜保护萃取。直接萃取是一种将萃取纤维直接暴露在样品中的萃取模式，适于分析气体样品和洁净水样中的有机化合物。顶空萃取是将纤维暴露于样品顶空中的萃取模

4、式，广泛适用于废水、油脂、高分子量腐殖酸及固体样品中挥发、半挥发性的有机化合物的分析。膜保护萃取是以保护萃取固定相在分析很脏的样品时免受损伤的萃取模式，对难挥发性物质组分的萃取富集更为有利。3固相微萃取技术的影响因素3.1萃取时间的影响萃取时间就是指待测物在各相中达到平衡所需要的时间，与待测物的分配系数、样品基质、物品的扩散速率等多种因素有关。纤维头涂层对待测物吸附的初始时是一段快速吸附期，随之就会进入一个平稳期，吸附的速度也会变得缓慢。对挥发性有机物进行分析时，一般10min左右就可以到达平衡阶段;而较复杂的基质或半挥发性有机物，其达到平稳所需时间会延长到30min60min。因此，可以根据

5、实际操作目的对灵敏度的需求不同适当的缩短萃取时间，还需要严格控制萃取时间的一致性，以保证分析工作具有良好的重视性。3.2纤维表面固定相的影响选用固定相时应当遵循相似相溶的原则，综合考虑和分析各组分在各相中的极性、沸点和分配系数，以选取最适合分析组分的固定相。目前常用的涂层有聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚甲基丙烯酸甲酷(PA),因其在有机溶剂中具有较大的溶胀性，从而提高了涂层的稳定性和萃取效率。此外，还需要考虑石英纤维表面固定相的体积，包括石英纤维的长度和涂层的膜厚。一般情况下，石英纤维的长度为1cm，膜厚为10mm100mm之间。对于涂层膜厚的选择应将根据实际情况区分开来，小分子和挥发性的物质

6、常用厚膜，而大分子和半挥发性的物质常用薄膜，综合考虑式样的挥发性还可以选择中等厚度的。3.3萃取温度的作用固相微萃取技术的提取、富集样品是一个动态平衡的过程，萃取效率由待测物质于各相之中的分配系数决定。而分配系数就是热力学常数，直接影响分配系数的重要参数就是温度。由于分配系数与温度密切相关，应当通过适当的加热升高样品的温度，促进挥发性化合物到达顶空和萃取纤维的表面，加快分析物的扩散速度，从而缩短平衡时间。然而涂层的吸附过程一般是放热反应，低温适合于放热反应的进行，过高的温度反而会使分配系数下降，直接导致检测的灵敏度下降。因此，实践中应当综合考虑参数条件，使萃取介质温度较高，而萃取纤维的表面保持

7、低温。3.4无机盐效应与pH值的影响在萃取前于样品中添加无机盐，如NaCI、Na2SO4等，可使样品体系水溶液的离子浓度增大、有机待测物溶解度降低而产生盐析，分配系数得到提高，从而增加萃取纤维头固定相对分析组分的吸附，可提高萃取效率和分析的灵敏度。一般情况下，添加无机盐的方法适用于顶空方式，而对于侵入方式，无机盐的存在容易损坏萃取纤维头。而且过高的盐浓度会增加体系的粘度，影响扩散的速度，会产生负效果。控制pH值的大小也可以改变有机物在水中的溶解度。适当的调节体系的pH值，可避免液体试样中待测物质的离子化，使其处于离子状态，增加亲脂性，降低有机物在水中的溶解度，增大分配系数，从而提高萃取效率和分

8、析的灵敏度。对于弱酸和弱碱性的化合物，pH值会直接影响其存在的状态，因此，调节体系的pH值是很有必要的。但是值得一提的是，pH值过高或过低都会影响固定相涂层的使用寿命。3.5衍生化反应的作用衍生化反应可应用于减小极性化合物的极性，如酚、脂肪酸等，提高其发挥性，从而增强被固定相吸附的能力。在固相微萃取中，无论是直接向试样中加入衍生剂，还是将衍生剂附着于石英纤维固定相涂层上，都能使衍生化反应得以产生。典型的例子有：对短链脂肪酸的衍生化反应常使用重氮化五氟苯乙烷，对长链脂肪酸的衍生化反应常使用季铵碱，而对短链和长链脂肪酸使用重氨甲烷和芘基重氮甲烷都有效。3.6搅拌基质的影响搅拌基质有助于待测物分布均匀实现均一化，增加基质的传递速度，使得基质于搅拌的作用下更快的达到平衡分配，从而提高萃取的效率。通过超声振荡可以更好地促使待测物迁移吸附到涂层纤维上，以增加有机物在气相中的浓度，更有利于提高萃取的效率和分析的准确性。但是超声振荡效果会随着平衡温度的升高而逐渐减低。4结语固相微萃取技术是在固相萃取的基础上发展起来的，是一种响应现代仪器的要求而产生的样品前处理新技术，因其集采样、萃取、浓缩、进样于一体的优点而被各个领域广泛运用。固相微萃取技术的发展及