固相微萃取SPME技術(shù).ppt

固相微萃取技術(shù),固相萃?。⊿PE）及固相微萃取 （SPME）技術(shù)簡介,一、背景 環(huán)境樣品分析中所涉及的環(huán)境和生物等樣品基體復(fù)雜，且待測元素和物質(zhì)在樣品中的含量一般都很低，所以往往需要對(duì)樣品進(jìn)行分離預(yù)富集，其要求一般為： 高的富集效率 分離富集過程中需保持真實(shí)樣品中各物質(zhì)之間的平衡 盡可能消除雜質(zhì)或溶劑的影響，減小基體效應(yīng),前言,試樣的預(yù)處理是樣品分析中至關(guān)重要的一環(huán)，傳統(tǒng)的樣品預(yù)處理方法往往手續(xù)復(fù)雜、耗時(shí)。具有溶劑消耗量少、對(duì)樣品污染少、預(yù)處理時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)的固相萃取技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于環(huán)境的監(jiān)測與分析中，成為一種常規(guī)分析方法。,傳統(tǒng)溶劑法的問題： 有機(jī)溶劑用量大 富集倍數(shù)低 操作繁瑣、費(fèi)時(shí) 分析物的損失和污染,二、固相微萃取（SPME）和固相萃?。⊿PE） 固相微萃?。⊿olid Phase Microextraction，SPME）是在固相萃?。⊿olid Phase Extraction，SPE） 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型萃取分離技術(shù)。 固相微萃?。⊿PME）是由加拿大Waterloo大學(xué)Pawliszyn于1990年提出（Arthur C l, Pawliszyn J. Anal. Chem. , 1990, 62: 2145）。 美國Supelco公司于1993年推出了商品化的固相微萃取裝置。 由于該法既不使用溶劑，也不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，它一經(jīng)出現(xiàn)就得到迅速的發(fā)展。,三、固相萃取（SPE） 固相萃?。⊿olid Phase Extraction，SPE）是由液固萃取和柱液相色譜技術(shù)相結(jié)合發(fā)展而來的。 其廣泛應(yīng)用起始于1978年美國Waters公司首先將商品sep-pak投放市場。它是一種填充固定相的短色譜柱，用于濃縮被測組分或除去干擾物質(zhì)。 SPE是一個(gè)柱色譜分離過程，分離機(jī)理、固定相和溶劑的選擇等方面與高效液相色譜（HPLC）有許多相似之處。 不同之處是：SPE柱的填料粒徑（40m）要比HPLC（3-10 m ）大，由于短的柱床和大的填料粒徑，因此其柱效很低，一般為10-50塔板。,1、用途： 分離效率低的SPE技術(shù)主要用于處理試樣，其目的為： （1）從試樣中除去對(duì)以后分析有干擾的物質(zhì)； （2）富集痕量組分，提高分析靈敏度； （3）變換試樣溶劑，使之與分析方法相適應(yīng)； （4）原位衍生； （5）試樣脫鹽； （6）便于試樣的儲(chǔ)存和運(yùn)送。,2、固相萃取的基本原理： 固相萃取的原理與液相色譜分離過程相仿，是一種吸附劑萃取，主要用于液體樣品的處理。 A：當(dāng)試樣通過裝有合適的固定相時(shí)，被測組分由于與固定相作用力較強(qiáng)而被吸附留在柱上，并因吸附作用力的不同而彼此分離，樣品基質(zhì)及其他成分與固定相作用力較弱而隨水流出萃取柱。 B：被萃取組分用少量的選擇性溶劑洗脫。 因此，SPE技術(shù)不僅用于“清洗”樣品，除去干擾成分，而且可以使組分分離，達(dá)到濃縮或純化的目的。,3、固相萃取的裝置 固相萃取的裝置主要分柱型和盤型兩種,體材料通常是用醫(yī)用級(jí)聚丙烯，在兩片聚丙烯篩板之間填裝吸附劑。也可選用玻璃、純聚四氟乙烯（PTFE）作為柱體材料。 吸附劑最多使用的是C18相，該吸附劑疏水性強(qiáng)，在水相中對(duì)大多數(shù)有機(jī)物顯示保留。此外，也使用其他具有不同選擇性和保留性質(zhì)的吸附劑，如： C8、氰基、苯基、雙純基填料、活性碳、硅膠、氧化鋁、硅酸鎂、高分子聚合物、離子交換樹脂、排阻色譜吸附劑、親和色譜吸附劑等。 常用洗脫溶劑有：甲醇、水、乙酸、丙醇、異丁醇、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、乙醚、苯、甲苯、四氯化碳、環(huán)己烷、正己烷等。,4、 SPE的操作步驟及方法的建立：,SPE操作步驟包括有柱預(yù)處理、加樣、洗去干擾物和回收分析物四個(gè)步驟。 （1）柱預(yù)處理 以反相C18SPE柱的預(yù)處理為例。先使數(shù)毫升的甲醇通過萃取柱，再用水或緩沖溶液頂替滯留在柱中的甲醇。柱預(yù)處理有兩個(gè)目的： 除去填料中可能存在的雜質(zhì)； 使填料溶劑化，提高固相萃取的重現(xiàn)性。 填料未經(jīng)預(yù)處理或未被溶劑潤濕，能引起溶質(zhì)過早穿透，影響回收率。 （2）加樣 預(yù)處理后，試樣溶液被加至并通過SPE柱，在該步驟，分析物被保留在吸附劑上。,加到萃取柱上的試樣量取決于萃取柱尺寸（填料量）和類型、在試樣溶劑中試樣組分的保留性質(zhì)和試樣中分析物及基質(zhì)組分的濃度。 （3）除去干擾雜質(zhì) 用中等強(qiáng)度的溶劑，將干擾組分洗脫下來，同時(shí)保持分析物仍留在柱上。對(duì)反相萃取柱，清洗溶劑是合適濃度有機(jī)溶劑的水或緩沖溶液，通過調(diào)節(jié)清洗溶劑的強(qiáng)度和體積，盡可能地除去能被洗脫的雜質(zhì)。 （4）分析物的洗脫和收集 這一步驟的目的是將分析物完全洗脫并收集在最小體積的餾分中，同時(shí)使比分析物更強(qiáng)保留的雜質(zhì)盡可能多地留在SPE柱上。,5、 SPE的應(yīng)用： （1） SPE在環(huán)境樣品中的主要應(yīng)用是對(duì)環(huán)境水樣的預(yù)處理，如： 盤式SPE的使用，可使1L水的處理時(shí)間縮短到10min，與通常的液-液萃取相比，減少了大量的時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度，減少使用大量的有機(jī)溶劑，降低了對(duì)人體和環(huán)境的影響。 環(huán)境水樣從野外采集后，由于條件限制不能馬上分析，需存放在冰箱內(nèi)送往實(shí)驗(yàn)室，造成運(yùn)輸、保存的極大困難。而固相萃取技術(shù)可以在野外直接萃取水樣，將萃取后的介質(zhì)送往實(shí)驗(yàn)室，這樣，不但極大地縮小了樣品體積，方便運(yùn)輸，而且污染物吸附在固相介質(zhì)上比存放在冰箱的水樣中更為穩(wěn)定。 （2）除環(huán)境水樣外，SPE也被用于大氣樣品的前處理，用于萃取大氣污染物。,美國EPA使用SPE技術(shù)凈化和富集的部分方法,與固相萃取技術(shù)相比其特點(diǎn)： 固相微萃取操作更筒單、攜帶更方便、操作費(fèi)用也更加低廉，另外克服了固相萃取回收率低、吸附劑孔道易堵塞的缺點(diǎn)，因此成為目前所采用的試樣預(yù)處理中應(yīng)用最為廣泛的方法之一。SPME已開始應(yīng)用于分析水、土壤、空氣等環(huán)境樣品的分析。,四、固相微萃?。⊿PME）,1、固相微萃?。⊿PME）裝置,該裝置類似微量注射器，由手柄和萃取頭（纖維頭）兩部分組成。萃取頭是一根長約1cm、涂有不同固定相涂層的溶融石英纖維，石英纖維一端連接不銹鋼內(nèi)芯，外套細(xì)的不繡鋼針管（以保護(hù)石英纖維不被折斷）。手柄用于安裝和固定萃取頭，通過手柄的推動(dòng)，萃取頭可以伸出不銹鋼管。,2、SPME操作過程及方式,SPME方法是通過萃取頭上的固定相涂層對(duì)樣品中的待測物進(jìn)行萃取和預(yù)富集。SPME操作包括三個(gè)步驟：A涂有固定相的萃取頭插入樣品或位于樣品上方；B待測物在固定相涂層與樣品間進(jìn)行分配直至平衡；C將萃取頭插入分析儀器的進(jìn)樣口，通過一定的方式解析后進(jìn)行分離分析。,SPME萃取有三種操作方式，及直接法、頂空法和膜保護(hù)法 直接法：是將SPME纖維頭直接插入水相或暴露于氣體樣品中進(jìn)行萃取的方法。 頂空法：是將SPME萃取頭置于分析樣品的上部空間進(jìn)行萃取。 膜保護(hù)法：是通過一個(gè)選擇性的高分子材料膜將試樣與萃取頭分離，以實(shí)現(xiàn)間接萃取，膜的作用是保護(hù)萃取頭使其不被基質(zhì)污染，同時(shí)提高萃取的選擇性。,涂層： SPME萃取過程依賴于分析物在涂層和樣品兩相中的分配系數(shù)，因此萃取的選擇性取決于涂層材料的特性，故涂層材料是SPME技術(shù)的核心。 涂層的選擇和設(shè)計(jì)可以基于色譜經(jīng)驗(yàn)，一般來說，不同種類的分析物要選擇不同性質(zhì)的涂層材料，選擇的基本原則是“相似相溶”。 涂層的體積（厚與薄）也決定方法的靈敏度。 涂層所使用的主要材料： 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）,3、固相微萃取法原理 固相微萃取法（SPME）的原理與固相萃取不同，固相微萃取不是將待測物全部萃取出來，其原理是建立在待測物在固定相和水相之間達(dá)成的平衡分配基礎(chǔ)上。 設(shè)固定相所吸附的待測物的量為WS，因待測物總量在萃取前后不變 ，固得到： C0V2=C1 V1+C2 V2 （1） 式中， C0是待測物在水樣中的原始濃度； C1 、 C2分別為待測物達(dá)到平衡后在固定相和水相中的濃度； V1 、 V2分別為固定相液膜和水樣的體積。,吸附達(dá)到平衡時(shí)，待測物在固定相與水樣間的分配系數(shù)K有如下關(guān)系： K= C1 / C2 （2） 平衡時(shí)固相吸附待測物的量WS= C1 V1，固C1 = WS / V1 由式（1）得： C2= （ C0 V2 C1 V1 ） / V2 將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）,由式（4）： WS =K C0 V1 ，可知WS與C0呈線性關(guān)系，并與K和呈正比。決定K值的主要因素是萃取頭固定相的類型，因此，對(duì)某一種或某一類化合物來說選擇一個(gè)特異的萃取固定相十分重要。萃取頭固定液膜越厚， WS越大。由于萃取物全部進(jìn)入色譜柱，一個(gè)微小的固定液體積即可滿足分析要求。通常液膜厚度為5-100um，這一已比一般毛細(xì)管柱的液膜厚度（0.2-1um）厚得多。,4、固相微萃取法萃取條件的選擇 （1）萃取頭 萃取頭應(yīng)由萃取組分的分配系數(shù)、極性、沸點(diǎn)等參數(shù)決定，在同一個(gè)樣品中因萃取頭的不同可使其中某個(gè)組分得到最佳萃取，而其它組分則可能受到抑制。目前最常用的萃取頭有如下幾種：,（a）聚二甲氧基硅烷（PDMS）類：厚膜（100um）適于分析水溶液中低沸點(diǎn)、低極性的物質(zhì)，如苯類，有機(jī)合成農(nóng)藥等；薄膜（7um）適于分析中等沸點(diǎn)和高沸點(diǎn)的物質(zhì)，如苯甲酸酯，多環(huán)芳烴等； （b）聚丙烯酸酯（PA）類：適于分離酚等強(qiáng)極性化合物。,（2）萃取時(shí)間 萃取時(shí)間主要是指達(dá)到平衡所需要的時(shí)間。而平衡時(shí)間往往取決于多種因素，如分配系數(shù)，物質(zhì)的擴(kuò)散速度、樣品基體、樣品體積、萃取膜厚、樣品的溫度等。實(shí)際上，為縮短萃取時(shí)間沒有必要等到完全平衡。通常萃取時(shí)間為5-20min即可。但萃取時(shí)間要保持一致，以提高分析的重現(xiàn)性。,（3）改善萃取效果的方法 （a）攪拌：攪拌可促進(jìn)樣品均一化和加快物質(zhì)的擴(kuò)散速度，有利于萃取平衡的建立； （b）加溫：尤其在頂空固相微萃取時(shí)，適當(dāng)加溫可提高液上氣體的濃度，一般加溫50-90。,（c）加無機(jī)鹽：在水溶液中加入硫酸銨、氯化鈉等無機(jī)鹽至飽和可降低有機(jī)化合物的溶解度，使分配系數(shù)提高； （d）調(diào)節(jié)pH值：萃取酸性或堿性化合物時(shí)，通過調(diào)節(jié)樣品的pH值可改善組分的親脂性，從而大大提高萃取效率。,（e）衍生化：在元素形態(tài)分析中，由于大多數(shù)目標(biāo)化合物以離子形式存在，衍生尤為重要。 在實(shí)際分析應(yīng)用中，對(duì)于一個(gè)給定的分析物，首先應(yīng)根據(jù)分析物選擇合適的萃取涂層和涂層厚度，然后根據(jù)樣品的基質(zhì)和待測物的揮發(fā)度來選擇適當(dāng)?shù)妮腿》绞健?5、應(yīng)用 由于固相微萃?。⊿PME）具有操作簡單、快速、不需用溶劑洗脫、萃取后即可將它直接插入GC（包括GC-MS）和HPLC的進(jìn)樣室，經(jīng)熱解樣品即進(jìn)入色譜柱，減少了很多中間步驟，而且測定靈敏度高。因此迅速又廣泛地被應(yīng)用于環(huán)境樣品有機(jī)污染物的分析中。包括固態(tài)（如沉積物、土壤等）、液態(tài)（地下水、地表水、飲用水、廢水）及氣態(tài)（空氣及廢氣）中的鹵代烴（包括鹵代芳烴）、有機(jī)氯農(nóng)藥、多環(huán)芳烴、胺類化合物以及石油類等。,（1）SPME-GC聯(lián)用 SPME與GC聯(lián)用是研究最早也是目前發(fā)展得最成熟的技術(shù)。這一領(lǐng)域的研究目前主要集中在接口研制、萃取頭的制備和有機(jī)金屬化合物形態(tài)分析應(yīng)用這幾個(gè)方面。,（2）