簡述固相微萃取技術(shù)的原理、條件選擇以及影響因素
固相微萃取技術(shù)是近年來國際上興起的一項新的試樣分析前處理技術(shù)。它在1990年由加拿大Waterloo大學(xué)的Arhturhe和Pawliszyn首創(chuàng)，1993年美國Supelco公司推出商品化固相微萃取裝置，1994年獲美國匹茲堡分析儀器會議大獎。
固相萃取是目前最好的試樣前處理方法之一，具有簡單、費用少、易于自動化等一系列優(yōu)點。而固相微萃取是在固相萃取基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，保留了其所有的優(yōu)點，摒棄了其需要柱填充物和使用溶劑進行解吸的弊病，它只要一支類似進樣器的固相微萃取裝置即可完成全部前處理和進樣工作。該裝置針頭內(nèi)有一伸縮桿，上連有一根熔融石英纖維，其表面涂有色譜固定相，一般情況下熔融石英纖維隱藏于針頭內(nèi)，需要時可推動進樣器推桿使石英纖維從針頭內(nèi)伸出。
分析時可以先將試樣放入帶隔膜塞的固相微萃取專用容器中，如需要同時加入無機鹽、衍生劑或?qū)H值進行調(diào)節(jié)，還可加熱或磁力轉(zhuǎn)子攪拌。固相微萃取分為兩步，第一步是萃取，將針頭插入試樣容器中，推出石英纖維對試樣中的分析組分進行萃??；第二步是在進樣過程中將針頭插入色譜進樣器，推出石英纖維中完成解吸、色譜分析等步驟。固相微萃取的萃取方式有兩種：一種是石英纖維直接插入試樣中進行萃取，適用于氣體與液體中的分析組分；另一種是頂空萃取，適用于所有基質(zhì)的試樣中揮發(fā)性、半揮發(fā)性分析組分。
一、原理
固相微萃取主要針對有機物進行分析，根據(jù)有機物與溶劑之間“相似者相溶”的原則，利用石英纖維表面的色譜固定相對分析組分的吸附作用，將組分從試樣基質(zhì)中萃取出來，并逐漸富集，完成試樣前處理過程。在進樣過程中，利用氣相色譜進樣器的高溫，液相色譜、毛細管電泳的流動相將吸附的組分從固定相中解吸下來，由色譜儀進行分析。
二、固相微萃取技術(shù)條件的選擇
1. 萃取效果影響因素的選擇
1.1 纖維表面固定相選用何種固定相應(yīng)當綜合考慮分析組分在各相中的分配系數(shù)、極性與沸點，根據(jù)“相似者相溶”的原則，選取最適合分析組分的固定相，常用固定相、適用試樣及參考文獻見表1。但這并不是絕對的，需要在實驗中根據(jù)所分析的組分具體研究，例如，根據(jù)香味組成成分的化學(xué)性質(zhì)使用非極性的PDMS與極性的PA均可，但Steffen等在對橘子中17種香味進行分析時發(fā)現(xiàn)雖然二者效果相近，可PA比PDMS萃取時間長20min，且檢測不出β－香葉烯，〔2〕而Verhoeven等卻在草莓香味分析中發(fā)現(xiàn)PA效果更好，〔3〕Fisher使用PDMS和PA檢測由軟木塞對酒帶來污染物時發(fā)現(xiàn)前者比后者的萃取效率高10%。〔4〕此外，還需考慮石英纖維表面固定相的體積，即石英纖維長度和涂層膜厚，如非非凡定做，一般石英纖維長度為1cm，膜的厚度通常在10～100mm之間，小分子或揮發(fā)性物質(zhì)常用厚膜，大分子或半揮發(fā)性物質(zhì)常用薄膜，綜合考慮試樣的揮發(fā)性還可選擇中等厚度，如Field在檢測啤酒花中香精油時發(fā)現(xiàn)使用PDMS100mm比30mm膜厚萃取效率要高10～20倍，〔5〕Young在使用PDMS20mm、30mm、100mm檢測有機氯農(nóng)藥中得出30mm效果最好的結(jié)論?！?〕具體選擇可以查閱有關(guān)文獻并需要結(jié)合試樣情況進行摸索。
1.2 樣量、容器體積由于固相微萃取是一個固定的萃取過程，為保證萃取的效果需要對試樣量，試樣容器的體積進行選擇，Denis在利用頂空法檢測14種半揮發(fā)性有機氯農(nóng)藥的研究中指出，試樣量與試樣容器的體積對于保證結(jié)果有很大關(guān)系，試樣量與試樣容器體積之間存在有匹配關(guān)系，試樣量增大的情況下，重現(xiàn)性明顯變好，檢出量提高。
1.3 萃取時間萃取時間是從石英纖維與試樣接觸到吸附平衡所需要的時間。為保證試驗結(jié)果重現(xiàn)性良好，應(yīng)在試驗中保持萃取時間一定。影響萃取時間的因素很多，例如分配系數(shù)、試樣的擴散速度、試樣量、容器體積、試樣本身基質(zhì)、溫度等。在萃取初始階段，分析組分很輕易且很快富集到石英纖維固定相中，隨著時間的延長，富集的速度越來越慢，接近平衡狀態(tài)時即使時間延長對富集也沒有意義了，因此在摸索實驗方法時必須做富集—時間曲線，從曲線上找出最佳萃取時間點，即曲線接近平緩的最短時間。一般萃取時間在5～60min以內(nèi)，但也有非凡情況。
1.4使用無機鹽向液體試樣中加入少量氯化鈉、硫酸鈉等無機鹽可增強離子強度，降低極性有機物在水中的溶解度即起到鹽析作用，使石英纖維固定相能吸附更多的分析組分。一般情況下可有效提高萃取效率，但并不一定適用于任何組分，如Boyd-Boland在對22種含氮殺蟲劑檢驗中發(fā)現(xiàn)使用多數(shù)組分在加入氯化鈉后會明顯提高萃取效果，但對惡草靈、乙氧氟甲草醚等農(nóng)藥無效；〔20〕Fisher在分析酒中污染物時，加入無機鹽的比不加的分析結(jié)果高25%?！?〕加入無機鹽的量需要根據(jù)具體試樣和分析組分來定。
1.5 改變pH值改變pH值同使用無機鹽一樣能改變分析組分與試樣介質(zhì)、固定相之間的分配系數(shù)，對于改善試樣中分析成分的吸附是有益的。由于固定相屬于非離子型聚合物，故對于吸附中性形式的分析物更有效。調(diào)節(jié)液體試樣的pH值可防止分析組分離子化，提高被固定相吸附的能力。例如，Garcia在實際檢測中發(fā)現(xiàn)，pH=4時對酒香味組成成分檢測效果最好；〔24〕Pan在分析極性化合物脂肪酸時選用了一系列pH值，其中pH＝5.5效果最佳。
1.6 衍生化衍生化反應(yīng)可用于減小酚、脂肪酸等極性化合物的極性，提高揮發(fā)性，增強被固定相吸附的能力。在固相微萃取中，或向試樣中直接加入衍生劑，或?qū)⒀苌鷦┫雀街谑⒗w維固定相涂層上，使衍生化反應(yīng)得以發(fā)生。如對短鏈脂肪酸衍生化常用溴化五氟苯甲烷或重氮化五氟苯乙烷，對長鏈脂肪酸衍生化常用季銨堿和季銨鹽，對短鏈和長鏈脂肪酸使用重氮甲烷和芘基重氮甲烷均有效。
2. 萃取速度影響因素的選擇
2.1 加熱加熱試樣可以加速試樣分子運動的速度，尤其能使固體試樣的分析組分盡快從試樣中釋放出來，增加蒸汽壓，提高靈敏度，對于頂空分析尤為重要。但過高的溫度會降低石英纖維固定相對組分的吸附能力。選擇一個合適的溫度非常重要。假如對裝置進行改造，可采用對試樣加以高溫，用液態(tài)CO2對固定相降溫的方法來提高分析能力。對于有些試樣，例如土壤，由于分析組分與基質(zhì)之間的結(jié)合力非常強，即使高溫效果也不好，但在試樣中加入10%的水或其它表面活性物質(zhì)并加以高溫將有助于分析組分的釋放從而提高靈敏度。
2.2 磁力轉(zhuǎn)子攪拌、高速勻槳、超聲波磁力轉(zhuǎn)子攪拌可促使試樣均勻，盡快達到平衡，在很多試驗中發(fā)現(xiàn)能明顯提高萃取效率，且轉(zhuǎn)速越高，達到平衡的速度也越快。使用高勻槳的出發(fā)點與磁力轉(zhuǎn)子攪拌是一致的，但高速勻槳的速度遠遠高于磁力轉(zhuǎn)子攪拌，其效果更好，僅用磁力轉(zhuǎn)子攪拌萃取時間的1/3。使用超聲頭對試樣進行超聲更有助于分析組分的吸附，在三者中效果最好，同磁力轉(zhuǎn)子攪拌相比縮短時間90%。由于磁力轉(zhuǎn)子攪拌同高速勻槳、超聲波相比所用設(shè)備最簡單，所以基本上仍使用磁力轉(zhuǎn)子攪拌法。
2.1～2.2中的所有條件對于改善試樣中分析組分的萃取是有作用的，但必須要結(jié)合起來才能發(fā)揮最大效應(yīng)。在設(shè)計實驗方案時需要綜合考慮以上各種因素，篩選出最優(yōu)化法。
3. 固定相的處理
固相微萃取中的關(guān)鍵部位是石英纖維固定相，靠它對分析組分吸附和解吸，假如曾用過而上面的組分未被解吸掉，則會對以后的分析結(jié)果有干擾。每次使用前必須將其插入氣相色譜進樣器，在250℃左右置1h，以去除上面吸附的干擾物，假如曾分析過衍生化組分則需要放置更長時間。〔22〕
三、定量方法
由于固相微萃取屬于一種動態(tài)平衡技術(shù)，因此定量需要對某些外部條件進行校正。當分析氣體試樣時，因為試樣既不是在開放的空間，體積又不是很大，結(jié)果只與分析組分與固定相之間的分配系數(shù)有關(guān)，它決定于溫度和濕度，故分析結(jié)果在對溫濕度校正后直接以氣相色譜測定值定量。分析雜質(zhì)較少的液體試樣可采用外標法，將標準加至相對清潔的基質(zhì)中進行固相微萃取，制作校正曲線，試樣通過查找校正曲線上的點而定量。基質(zhì)比較復(fù)雜的試樣一般使用標準添加法或內(nèi)標法。使用標準添加法需注重，試樣中的分析組分不一定能象加入的標準那樣輕易被提取，分析時要篩選條件保證分析組分的提取率。
四、結(jié)語
固相微萃取技術(shù)很輕易把握。如在對美國、加拿大、德國以及意大利等6個國家11家實驗室進行的一次含量在μg/kg級有機氯、有機磷、有機氮農(nóng)藥考核中，無論是曾用過還是第一次使用，分析結(jié)果均沒有明顯差異。但是目前利用固相微萃取技術(shù)開展的工作尚有一定的局限性，目前主要使用在分析揮發(fā)性、半揮發(fā)性物質(zhì)方面，因此文獻道較多與氣相色譜聯(lián)用的技術(shù)有關(guān)，與液相色譜和毛細管電泳聯(lián)用的技術(shù)尚不很成熟，文獻道較少。雖然固相微萃取技術(shù)近幾年剛起步，但由于其具有方法簡單、無需試劑、提取效果好、變異系數(shù)小等諸多優(yōu)點，已在環(huán)境、食品、生化、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有所應(yīng)用。鑒于食品領(lǐng)域中具有干擾成分較多的特點，該技術(shù)在食品衛(wèi)生檢驗中廣泛應(yīng)用還需要進一步做工作。
