固相微萃取.ppt

固相固相微萃取技术微萃取技术固固相相微微萃萃取取(Solid-phase microextraction，，SPME)是是两两种种从从各各类类复复杂杂样样品品中中提提取取净净化化微微量量待待测测组组分分的的新新技技术术，，它它们们具具有有分分离离速速度度快快、、操操作作简简单单、、萃萃取取效效率率高高、、无无乳乳化化等等特特点点，，在在环环境境分分析析、、药药物物分分析析、、形形态态分分析析等等方方面面有有广广泛泛应应用用，，尤尤其其适适用用色谱分析样品前处理色谱分析样品前处理1990年由加拿大年由加拿大 Waterloo大学的大学的Arhturhe和和 Pawliszyn首创首创 1993年年由由美美国国 Supelco公公司司推推出出商商品品化化固固相相微微萃萃取取装装置置 ,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 固固相相微微萃萃取取集集“采采样样、、萃萃取取、、浓浓缩缩、、进进样样”于于一一体体，，能能够够与与气相色谱或高效液相色谱仪联用样品前处理技术气相色谱或高效液相色谱仪联用样品前处理技术固相微萃取装置固相微萃取装置v最初的最初的SPME是将高分是将高分子材料均匀涂渍在硅子材料均匀涂渍在硅纤维上纤维上 ，形成圆柱形，形成圆柱形的涂层的涂层,根据根据相似相溶相似相溶原理原理进行萃取的。

进行萃取的(1 ) 不使用有机溶剂萃取，降低了成本，避免了二次污不使用有机溶剂萃取，降低了成本，避免了二次污染；染；(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1ｈ；ｈ；(3) 样品用量少，几ｍ样品用量少，几ｍL—几十ｍ几十ｍL；； (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 μg/ＬＬ—ng/Ｌ水平；Ｌ水平； (6) 适于挥发性有机物、半挥发性有机物及不具挥发性适于挥发性有机物、半挥发性有机物及不具挥发性的有机物的有机物与SPE 相比SPME具有以下优点具有以下优点：利用特殊的固相利用特殊的固相对分析分析组分的吸分的吸附作用附作用,将将组分从分从试样基基质中萃中萃取出来取出来,并逐并逐渐富集富集,完成完成试样前前处理理过程 当萃取体系当萃取体系处于于动态平衡状平衡状态时，待，待测物的富集量：物的富集量：￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿n = kvfvsc0/(kvf+vs) 由由于于芯芯片片上上固固定定液液的的总体体积(Vf)仅几几十十微微升升，，远远地地小小于于水水相相的的体体积(Vs)，，而而多多数数有有机机待待测物物的的k值并并不不大大，，容容易易满足足Vf <

直接萃取直接萃取v直接萃取方法中，涂有萃取固定相的石英纤维直接萃取方法中，涂有萃取固定相的石英纤维被直接插入到样品基质中，目标组分直接从样被直接插入到样品基质中，目标组分直接从样品基质中转移到萃取固定相中品基质中转移到萃取固定相中v比较常用的混匀技术有：加快样品流速、晃动比较常用的混匀技术有：加快样品流速、晃动萃取纤维头或样品容器、转子搅拌及超声萃取纤维头或样品容器、转子搅拌及超声 v这些混匀技术一方面加速组分在大体积样品基这些混匀技术一方面加速组分在大体积样品基质中的扩散速度，另一方面减小了萃取固定相质中的扩散速度，另一方面减小了萃取固定相外壁形成的一层液膜保护鞘而导致的所谓外壁形成的一层液膜保护鞘而导致的所谓“损损耗区域耗区域”效应顶空萃取顶空萃取在顶空萃取模式中，萃取过程可以分为两个步骤：在顶空萃取模式中，萃取过程可以分为两个步骤：１、被分析组分从液相中先扩散穿透到气相中；１、被分析组分从液相中先扩散穿透到气相中；２、被分析组分从气相转移到萃取固定相中２、被分析组分从气相转移到萃取固定相中优点：避免了样品基质优点：避免了样品基质 中高分子物质和不挥发性中高分子物质和不挥发性物质的污染。

物质的污染萃取过程中，步骤萃取过程中，步骤2的萃取速度总体上远远大于步的萃取速度总体上远远大于步骤１的扩散速度，所以步骤１成为萃取的控制步骤１的扩散速度，所以步骤１成为萃取的控制步骤因此挥发性组分比半挥发性组分有着快得多的萃因此挥发性组分比半挥发性组分有着快得多的萃取速度实际上对于挥发性组分而言，在相同的取速度实际上对于挥发性组分而言，在相同的样品混匀条件下，顶空萃取的平衡时间远远小于样品混匀条件下，顶空萃取的平衡时间远远小于直接萃取平衡时间直接萃取平衡时间 膜保护萃取膜保护萃取v膜保护膜保护SPME的主要目的是为了在分析很脏的样品时的主要目的是为了在分析很脏的样品时保护萃取固定相避免受到损伤保护萃取固定相避免受到损伤v与顶空萃取ＳＰＭＥ相比，该方法对难挥发性物质与顶空萃取ＳＰＭＥ相比，该方法对难挥发性物质组分的萃取富集更为有利组分的萃取富集更为有利v另外，由特殊材料制成的保护膜对萃取过程提供了另外，由特殊材料制成的保护膜对萃取过程提供了一定的选择性一定的选择性固相微萃取技术条件的选择固相微萃取技术条件的选择 纤维表面固定相表面固定相￿￿￿￿￿￿表表1 常用固定相和适用范常用固定相和适用范围 固定相类型固定相类型极性极性适用样品适用样品PDMS(聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷)PA(聚酰胺，尼龙聚酰胺，尼龙)（聚丙烯酸酯）（聚丙烯酸酯）聚乙二醇聚乙二醇/二乙烯基苯二乙烯基苯非极性非极性极性极性极性极性有机氯、有机磷、有机氮农药；有机氯、有机磷、有机氮农药；药品和麻醉品；食品中香味；药品和麻醉品；食品中香味；挥发物；食品中咖啡因、卤化挥发物；食品中咖啡因、卤化物物有机氮农药；脂肪酸；药物；有机氮农药；脂肪酸；药物；食品中香味、酚食品中香味、酚体液中乙醇体液中乙醇常用萃取头类型常用萃取头类型★聚二甲聚二甲规氧氧烷类厚膜（厚膜（100um）适用于分析）适用于分析水水样中低沸点、低极性的物中低沸点、低极性的物质，如苯，如苯类、有、有机合成机合成农药等；薄膜（等；薄膜（7um）适用于分析中）适用于分析中等沸点高沸点的物等沸点高沸点的物质，如苯甲酸，如苯甲酸酯、多、多环芳芳烃等等★★聚丙酸聚丙酸酯类适用于分析适用于分析强极性化合物如苯酚极性化合物如苯酚等等★★活性炭适用于分析极低沸点的活性炭适用于分析极低沸点的强亲脂性物脂性物质影响因素v 样品量、容器体积样品量、容器体积 v 萃取时间萃取时间 v 使用无机盐使用无机盐 v pH值值 v 衍生化衍生化 v 加热加热 v 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 影响因素（（1）液膜厚度及其性质的影响）液膜厚度及其性质的影响 石英纤维表面的固相液膜厚度对于分析石英纤维表面的固相液膜厚度对于分析物的固相吸附量和平衡时间都有影响。

液膜越物的固相吸附量和平衡时间都有影响液膜越厚，固相吸附量越大有利于提高方法灵敏度；厚，固相吸附量越大有利于提高方法灵敏度；但所需达到平衡的时间越长但所需达到平衡的时间越长（2）石英纤维表面固相涂层的性质 固固相相涂涂层层的的性性质质对对分分析析灵灵敏敏度度影影响响很很大大根根据相似相熔原理，据相似相熔原理，v非非极极性性固固相相涂涂层层（（如如聚聚二二甲甲基基硅硅氧氧烷烷））有有利利于于对非极性或极性小的有机物的分离；对非极性或极性小的有机物的分离；v极极性性固固相相涂涂层层（（如如聚聚丙丙烯烯酸酸酯酯））对对极极性性有有机机物物分离效果较好分离效果较好（3）搅拌效率的影响搅拌效率是影响分离萃取速度的重要因素搅拌效率是影响分离萃取速度的重要因素①①在理想搅拌状态下，平衡时间主要由分析物在固在理想搅拌状态下，平衡时间主要由分析物在固相中的扩散速度决定相中的扩散速度决定②② 在不搅拌或搅拌不足的情况下，被分离物质在液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有一层静相扩散速度较慢，更主要是固相表面附有一层静止水膜，难以破坏，被分离物质通过该水膜进入止水膜，难以破坏，被分离物质通过该水膜进入固相的速度很慢，使得萃取时间很长固相的速度很慢，使得萃取时间很长。

温度的影响 ①① 温度升高，被分析物扩散系数增大，扩散速度温度升高，被分析物扩散系数增大，扩散速度随之增大，同时升温加强了对流过程，因此升温随之增大，同时升温加强了对流过程，因此升温有利于缩短平衡时间，加快分析速度有利于缩短平衡时间，加快分析速度②② 但是升温会使被分离物质的分配系数减小，在但是升温会使被分离物质的分配系数减小，在固相的吸附量减小因此在使用此方法时应该寻固相的吸附量减小因此在使用此方法时应该寻找最佳的工作温度找最佳的工作温度盐的作用和溶液酸度的影响 ①① 由于被分离物质在固相和液相之间的分配由于被分离物质在固相和液相之间的分配系数受基体性质的影响，当基体变化时分配系系数受基体性质的影响，当基体变化时分配系数也会改变数也会改变 ②② 在水溶液中加入在水溶液中加入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 ③③ 控制溶液的酸度也可改变被分离物在水中的控制溶液的酸度也可改变被分离物在水中的溶解度固相微萃取法在农药残留分析中的应用固相微萃取法在农药残留分析中的应用 农药类别分析条件 除草剂除草剂有机磷杀虫剂有机磷杀虫剂 有机磷农药有机磷农药 有机氯农药有机氯农药PDMS、、PA、、PDWS/DVB、、CW/DVB,浸入式，萃取时间浸入式，萃取时间30min，解吸附温度，解吸附温度280℃，，NaCl浓度浓度4M，，GC 65μm CW/DVB,萃取时间大于萃取时间大于30min，解吸附（，解吸附（5min，，240C），），NaCl浓度浓度0.3g/ml,GC85μm PA, 萃取时间萃取时间30min,解吸附（解吸附（2min，，250℃））, GC60μm PDMS, 萃取时间萃取时间40min,HPLC85μm PA, 浸入式，萃取浸入式，萃取(45min,55℃),解吸附（解吸附（2～～5min，，250℃）萃取头使用前在）萃取头使用前在300℃老化老化3h，，GC 15μm XAD，，85μm PA，，30μm PDMS，萃取时间，萃取时间5～～180min不等，不等，GC20种有机氯农药的测定在种有机氯农药的测定在20min内完成，内完成，GC管内固相微萃取管内固相微萃取(in-tube-SPME)(in-tube-SPME)Ø 将萃取涂将萃取涂层涂在毛涂在毛细管的内表面，可采用气相色管的内表面，可采用气相色谱毛毛细管管Ø￿ ￿优点：毛点：毛细管柱方便易得，使用寿命管柱方便易得，使用寿命长，内径小涂，内径小涂层薄，薄，样品品扩散快，平衡散快，平衡时间短。

短In-tube-SPME－GC联用方式Ø 热解析解析：用注射器将：用注射器将样品溶液注入毛品溶液注入毛细管柱，萃取管柱，萃取平衡后将水吹出，然后用石英平衡后将水吹出，然后用石英压接接头将萃取柱与分析将萃取柱与分析柱柱连接，放入气相色接，放入气相色谱仪炉箱中炉箱中热解吸这种方法不种方法不适于日常分析适于日常分析Ø￿ ￿溶溶剂解吸解吸：水：水样用氮气以极用氮气以极缓慢的流速吹入毛慢的流速吹入毛细管萃取柱中，再将水吹出萃取柱，将适当溶管萃取柱中，再将水吹出萃取柱，将适当溶剂注入萃注入萃取柱中解吸，收集解吸溶液注入气相色取柱中解吸，收集解吸溶液注入气相色谱中分析说明：明：1）萃取毛）萃取毛细管柱管柱为长33cm，内径，内径0.53mm，膜厚，膜厚3.5µm的的OV-1毛毛细管柱；管柱；￿ ￿2）在）在11处与与GC冷柱冷柱头进样器相器相连，，实现柱上柱上进样￿￿￿￿将管内固相微萃取与将管内固相微萃取与GC法法结合，采用溶合，采用溶剂解吸，通解吸，通过两个六通两个六通阀的切的切换及气相色及气相色谱柱内柱内进样技技术，，实现水中痕量有机物的在水中痕量有机物的分分析 三三￿ ￿种不同涂种不同涂层的毛的毛细管柱：管柱：OV-1、、SE-54、、FFAP对5种芳种芳烃的萃取效率比的萃取效率比较。

￿￿￿￿结果表明，果表明，￿ ￿OV-1、、SE-54萃取效率高于萃取效率高于FFAP，，符合相似相溶原符合相似相溶原则应用1）固相萃取固相萃取测定生物定生物检材中安眠材中安眠酮（（导数紫外）数紫外）2）双柱富集固相萃取）双柱富集固相萃取测定定钯、、锶（（FAAS））3）固相萃取富集水中多）固相萃取富集水中多环芳芳烃（（HPLC)4）固相微萃取富集多）固相微萃取富集多环芳芳烃GC-MS。