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固相微萃取-液相色谱联用技术研究进展

来源:21世纪精细化工网 作者:蔡亚岐刘稷燕江桂斌 2007-5-18

摘要: 摘要本文较系统地介绍了固相微萃取-液相色谱联用技术的原理、特点、发展现状及其发展趋势,并对该技术在样品前处理,尤其是环境样品前处理中的应用作了较详细的综述。 固相微萃取(SPME) 技术是由加拿大的Pawliszyn 等[1 ] 于1990年提出的。该技术以固相萃取为基础发展而来,其做法是将吸附剂(高分子固定液膜) 涂在石英纤维......



    摘 要 本文较系统地介绍了固相微萃取-液相色谱联用技术的原理、特点、发展现状及其发展趋势,并对该技术在样品前处理,尤其是环境样品前处理中的应用作了较详细的综述。
           
    Progress of Coupling Solid2Phase Microextraction toLiquid Chromatography
 
    Abstract  Recently , solid-phase microextraction (SPME) has been
coupled with high performance liquid chroma-tography (HPLC) to determine non-volatile and thermally unstable compounds. The present
 paper reviews the status of
    SPME coupled with HPLC. It is emphasized that the coupling of
    SPME-HPLC is used for environmental and pharmaceutical analysis.
      
固相微萃取(SPME) 技术是由加拿大的Pawliszyn 等[1 ] 于1990年提出的。该技术以固相萃取为基础发展而来,其做法是将吸附剂(高分子固定液膜)
    涂在石英纤维或其它与石英纤维类似形状的材料表面,然后将该纤维插入被测物溶液中,经过一定时间被测物在溶液与吸附剂之间达到平衡(该过程也可采用顶空的方式进行),达到平衡后的萃取纤维可以直接插入气相色谱的进样口,则该纤维上的分析物可在加热解析后被载气送入气相色谱柱和检测器进行分离和测定。很明显,固相微萃取技术存在如下优点:纤维的几何形状加快了萃取和解析过程中溶质的传质速度,有利于快速平衡,节省分析时间;纤维涂层厚度很薄,可在一定程度上克服堵塞现象;解析方式是热解析,不使用有机溶剂,所以固相微萃取是一种无溶剂的对环境友好的分离富集技术。固相微萃取保留了固相萃取(SPE)的大部分优点,又克服了固相萃取的一些缺点,它将取样、萃取、富集分离和进样结合为一体,特别适合于水样中挥发性及半挥发性物质的分离富集。因而SPME-GC研究很多,应用广泛。显而易见,这种SPME-GC
的结合方式也存在着固有的局限性:不适用于热不稳定性物质的萃取测定,也不适用于极性大不易挥发物质的萃取测定。而好多的污染物质及其药物恰好就是这样的物质,如酚类、脂肪酸类、蛋白质类、苯基脲类、氨基甲酸酯类及无机离子等。测定这一类物质恰恰是液相色谱的优势, 正是在这种情况下,Pawliszyn 等人[2] 于1995年提出了固相微萃取-液相色谱联用技术,并设计出了联用的仪器接口。1996年Supelco 公司推出了商品化的固相微萃取2液相色谱联用的接口[3] 。从那以后,SPME2HPLC
技术已经在涂层材料和操作方式两方面获得了较大的发展。已经开发出一些比较适应液相色谱体系的涂层材料如聚丙烯酸酯(PA)、聚乙二醇模板树脂(CW-TPR) 、导电聚合物聚吡咯(PPY) 、聚乙二醇2聚二甲基硅氧烷(CW-PDMS) 等; 在操作方式上,除最初的手动SPME-HPLC 继续获得发展外, Eisert 和Pawliszyn 等人[4 ]又于1997 年提出了管内SPME-HPLC 操作方式(in-tube-SPME-HPLC) 。总之SPME-HPLC 技术的出现是固相微萃取技术的发展和完善,它扩大了固相微萃取技术的应用范围,具有独特的应用潜力。另外,固相微萃取技术2高效毛细管电泳(SPME-CE) 联用的有关研究也有少量报道[5 —7 ] 。本文重点介绍固相微萃取2液相色谱联用的操作方式、涂层材料及其应用。
一、固相微萃取2液相色谱的操作方式
1. 手动式SPME2HPLC 联用操作方式
    手动式SPME-HPLC 操作方式的联用接口是由Chen 和Pawliszyn 等人[2]首先提出设计的。该操作方式中的萃取方式与气相色谱-固相微萃取操作方式(GC-SPME)中的萃取方式一样,可以将纤维直接插入溶液进行直接萃取,也可以进行顶空萃取。两者区别主要是解析方式的差异: GC-SPME 操作方式中的解析方式是热解析;而SPME-HPLC 操作方式中的解析方式则是溶剂洗脱。目前已有商品化的SPME-HPLC接口,该接口由一个六通阀和一个特别设计的解吸池组成。解吸池与进样管相连,当六通阀置于采样(load)状态,将已经萃取了被测化合物的纤维插入解吸池,六通阀旋至进样( injection)状态,流动相开始冲洗纤维,使富集的化合物洗脱下来,并随流动相进入色谱柱和检测器进行分离和测定;之后,将纤维再次退回到钢针中,拔离进样口,即完成洗脱和进样过程,这就是SPME-HPLC 操作方式中的动态洗脱方式。在SPME-HPLC操作方式中,当流动相动态洗脱方式不能很快地将被测物定量洗脱时,可以进行静态洗脱。进行静态洗脱时,将已经萃取了被测化合物的纤维插入解吸池,扣上固定扣使其固定好,使六通阀处于载样(load) 状态。用大约015 mL注射器吸满合适的洗脱溶剂,将该注射器插入六通阀的进样口,将解析溶剂注射并充满六通阀以及接口的洗脱室,此时即开始了被测物的静态洗脱过程。静态洗脱一定时间后,就可以将六通阀扳至进样(injection)位置,则在静态条件下被完全洗脱的分析物就可以被流动相带入色谱柱和检测器进行分离和测定。需要注意的是在SPME-HPLC操作方式中,纤维上存在的有机溶剂可能会影响下一次萃取,因此在接下来的萃取过程前,需将纤维晾干。Chen 和Pawliszyn 等人[2] 利用其建立的SPME-HPLC操作方式,使用7μm 聚二甲基硅氧烷( PDMS) 涂层萃取纤维萃取富集了13种多环芳烃,并用液相色谱-荧光检测器进行了检测,与直接HPLC 分析相比,SPME-HPLC 联用技术的灵敏度提高了10 倍。21 自动进样SPME-HPLC 操作方式———管内固相微萃取(in-tube SPME)
手动式SPME-HPLC
    操作方式中的萃取和解析过程是不连续的,该特点必然导致该技术在分析速度、效率及自动化等方面的巨大潜力不能充分体现,同时也会造成较差的精密度;现有的商品固相微萃取纤维种类极其有限,对于极性较大的化合物的萃取效果大多不尽如人意,且它们大多无法承受较苛刻的解析溶剂,在极性大,有机相比例高的流动相中易发生溶胀、溶解或脱落,缩短使用寿命;另外萃取纤维的长度有限,一般仅1—2 cm ,涂层的厚度最多也不过100 μm,这就导致了该方法的萃取容量有限,富集倍数和测定灵敏度也必然受到影响。为克服纤维固相微萃取的上述不足,Eisert 和Pawliszyn 等人[4 ] 于1997 年提出了in-tube SPME 技术。他们的依据是:既然涂在纤维外表面的涂层可以对待测物进行萃取及解析,那么涂在毛细管内壁的涂层应当同样具有相同的作用。基于这种思路, Eisert 和Pawliszyn 等人使用了一根内壁涂有0.25μm 厚的Omegawax 250 固定相,长60cm , 内径0.25mm 的气相色谱毛细管(该毛细管总体积2915μL , 固定相总体积59nL)作分离富集装置,并将其与HPLC 系统相连接,他们使该气相色谱毛细管处于一般液相色谱六通阀中的进样环的位置,构成了一个in-tube
SPME-HPLC 分析体系。在萃取时,可将毛细管一端插入试样溶液中,在六通阀处于进样(injection)位置时经过自动进样系统控制注射器对试样溶液进行反复吸入和排出,重复此操作一定次数后,则被分析物在样品溶液和毛细管内涂层之间达到平衡,然后将样品溶液更换为洗脱溶剂,在六通阀处于载样(load)位置时用注射器将解析溶剂吸入毛细管,将吸附萃取于毛细管内壁的分析物洗脱并吸入进样环,最后将六通阀转至进样(injection)位置,这样就可以将洗脱下来的分析物用流动相送入色谱柱及检测器进行分析测定。他们利用此in-tube SPME-HPLC系统成功地分析测定了水样中6 种苯基脲类及八种氨基甲酸酯类农药,结果令人满意。
    不难看出, in-tube SPME-HPLC 除保持了SPE 及fiber SPME的大多数优点外,还明显具有以下特点:可用于非挥发性物质及热不稳定性物质的分离富集;易于实现分析自动化;容易与HPLC 检测手段相结合;涂层选择范围广泛,很多气相色谱用的毛细管均可使用,可以克服现有商品固相微萃取纤维种类不多的局限性;使用的毛细管长度可以适当加长,从而增加富集倍数,提高测定灵敏度;
    in-tube SPME-HPLC 系统为自动化操作,可在一定程度上克服人为误差,从而提高分析测定的精密度和重现性[8] ;
    另外,in-tube SPME-HPLC 系统自动化的操作还有利于减少色谱峰的展宽现象[9 ] 。
    目前,使用in-tube SPME 技术研究的样品及化合物有:水样中的氨基甲酸酯类农药[10 ,11] 、苯基脲类农药[4]、几种常见的易挥发芳香烃[14] 、尿样及血清样中的β阻滞剂[8] 、尿样及药片中的雷尼替丁[61] 、尿样中的苯异丙胺、脱氧麻黄碱及其衍生物、尿样中的抗抑郁剂等[49] 。也有人[43] 将in-tube SPME 与电喷雾质谱相结合对三甲基铅和四甲基铅的测定作了初步研究。
    到目前为止in-tube SPME 技术采用的气相色谱毛细管的长度大多为60cm ,少数为100cm、20cm 或30cm ,毛细管内径多为0.25mm 和0.32mm ,固定液涂层厚度大多数为0.25μm ,极少数使用1.0μm 和3.5μm;使用过的涂层种类有:聚二甲基硅氧烷、聚已二醇、聚吡咯及Omegawax 250 等。
3. 其他SPME2HPLC 联用操作方式
    除上述两种SPME-HPLC 联用操作方式外,也有少量的其他操作方式。如Saito 等[33 ,34 ] 将in-tubeSPME技术与纤维SPME 技术结合起来,将大约280根直径为11. 5μm 的聚(对-苯撑-2 ,6 苯并双恶唑) 细丝纤维插入0.25mm的PEEK细管中,建立了管内纤维SPME 萃取技术(fiber in-tube SPME) 。相对于开管式in-tube SPME技术,该技术由于增大了萃取接触面而具有很强的富集能力,萃取率可达到50 %。
二、固相微萃取2液相色谱联用中的萃取涂层材料
    固相微萃取-液相色谱联用分析方法中,萃取的选择性和富集能力的大小主要取决于涂层材料的性质和厚度。选择涂层材料的原则仍然是相似相容原理:极性大的分析物应该选择极性大的涂层材料,极性小的分析物应该选择极性小的涂层材料。SPME-HPLC 联用中被富集于萃取纤维上的分析物的解析一般使用溶剂洗脱方式。因此涂层材料不但要对分析物有强的萃取富集能力,而且要能够经受解析溶剂尤其是强极性溶剂及其流动相的腐蚀和溶解,即在这些溶剂中不发生容胀、溶解或脱落。现有的商品纤维涂层并不能在任何条件下都能满足这些要求,使用时要格外注意。
    聚二甲基硅氧烷(PDMS) 和聚丙烯酸酯(PA) 是最早出现的固相微萃取涂层材料,它们也可以在SPME-HPLC 联用中获得应用[4 ,9 ] 。这两种涂层材料中,聚二甲基硅氧烷( PDMS) 极性较小,多用于非极性化合物如芳香烃和多环芳烃的萃取[2];而聚丙烯酸酯(PA)极性略大,较适合于极性较大的化合物如苯酚类、三嗪类和苯基脲类物质的萃取测定。随着极性化合物测定的需求和SPME-HPLC联用技术的发展,许多新型的商品固相微萃取涂层材料如聚二甲基硅氧烷-二乙烯基苯(PDMS-DVB) 、聚乙二醇-二乙烯基苯(CW-DVB)、聚乙二醇-聚二甲基硅氧烷(CW-PDMS) 以及聚乙二醇模板树脂(CW-TPR) 等相继出现, 它们均可以在特定的合适条件下用于SPME-HPLC联用体系。在以上几种萃取纤维中,聚二甲基硅氧烷-二乙烯基苯(PDMS-DVB) 适用于极性较小的芳烃的萃取,聚乙二醇-二乙烯基苯(CW-DVB) 和聚乙二醇-聚二甲基硅氧烷(CW-PDMS) 适用于极性较大的醇类化合物的萃取,而聚乙二醇模板树脂(CW-TPR) 则适用于极性大的离子性化合物如表面活性剂的萃取测定。
    虽然以上商品固相微萃取纤维可以在一定条件下在PME-HPLC联用体系中应用,但是它们中的某些涂层在有机相比例较大的极性强的溶剂中仍然不是特别稳定,存在涂层溶胀、溶解或脱落,好多纤维在使用几十次后就不能再使用了。因此近几年人们在如何提高萃取涂层的极性、稳定耐用性等方面作了较多的研究。从与液相色谱联用的固相微萃取纤维涂层制作的方法来说,值得特别提及的是溶胶-凝胶(sol-gel) 涂层制作技术和电镀涂层制作技术。
1. 溶胶-凝胶( sol-gel) 涂层制作技术
    溶胶-凝胶(sol-gel)技术制备简单、操作方便,能在温和的条件下使无机介质表面有机化,在材料合成和表面修饰方面具有独特的优越性,已经广泛用于毛细管气相色谱和毛细管电泳中毛细管内壁的修饰。溶胶-凝胶涂层技术,主要是利用含羟基的甲基聚硅氧烷预聚物作为基本骨架,由预聚物、涂层主成分、催化剂、溶剂和钝化剂组成的溶胶-凝胶溶液,于酸性或碱性条件下经过水解和浓缩,形成凝胶,再经老化、缩聚、交联,形成网状高分子结构,即可简便快速地在石英纤维表面上修饰需要的化学结构。该方法的特点是制作成本低而且快速;制作过程简单且易于控制,可根据分析需要合理控制、选择和改变萃取的选择性和灵敏度;涂层表面在分子水平上具有同一性,呈多孔结构,显著提高了涂层的表面积,使纤维有较大的萃取容量,在萃取容量不减少的情况下,涂层厚度可以适当降低,这样就可以加速试样在固定相中的扩散速度,使萃取平衡时间缩短[12] ;另外溶胶-凝胶方法制作的涂层纤维中有机相(即固定相) 与无机相(石英纤维) 之间通过化学键键合,故得到的纤维有热稳定性好、耐溶剂冲洗及使用寿命长等优点。如用溶胶-凝胶技术制作的PDMS 涂层可以耐320 ℃的高温,而目前商用涂层在250 ℃就开始流失。Gbatu 等人[13 ]
    以三甲氧基甲基硅烷为前体和封端试剂,以正辛基三甲氧基硅烷为涂层物质,用溶胶-凝胶法制得了固相微萃取纤维,该纤维中涂层与纤维基体之间为化学键结合,所以稳定性极好,可在二甲苯、二氯甲烷等有机溶剂中稳定地使用,也可在较强的酸性(pH = 0.3) 和碱性(pH = 13) 溶液中使用,这是商品固相微萃取纤维所无法比拟的。
2. 电镀涂层制作技术
     一般商品固相微萃取纤维的基体材料为石英纤维,所以在使用中易于折断损坏,纤维的使用寿命极其有限。金属基固相微萃取纤维的出现可在一定程度上克服此缺点,当使用金属基固相微萃取纤维时,涂层的制作可以采用电镀制作技术来完成。所谓电镀涂层制作技术是指利用电化学的方法使有关的单体在金属纤维表面发生电化学聚合反应,从而在其表面形成对特定化合物具有萃取能力的聚合物涂层。如Wu 和Pawliszyn 等人[14 ] 通过电化学方法将吡咯(PPY) 和N2苯基吡咯(PPPY)分别聚合在金属丝上,并用此纤维萃取了多种化合物。结果表明,PPY和PPPY对极性化合物、芳香族化合物、碱性和阴离子化合物有较高的选择性,并且由于它们的多功能特征,可以通过引入不同的功能团和改变涂层的厚度,使纤维对不同种类的化合物具有不同的选择性和灵敏度。Wu 和Pawliszyn 等人[15]还研究了电化学聚合涂层纤维对常见无机阴离子的萃取性能。由于该聚吡咯导电聚合物为主体带正电荷的阳离子,故该纤维对一些常见的无机阴离子如Cl - 、F- 、Br - 、NO3- 、PO42 - 、SO42 - 、SeO42 - 、SeO32 - 具有良好的萃取性能,它们将此固相微萃取方法与离子色谱-电导检测相结合,建立了测定这些阴离子的方法。Wu 和Pawliszyn 等人[16 ] 还使用电化学方法将聚吡咯电镀到一段长60 cm、内径0.25 mm 的石英毛细管内,并将此段毛细管与六通阀、液相色谱-电喷雾质谱结合构成in-tube SPME- HPLC分析体系。他们用此体系成功地萃取测定了4 种有机砷化合物,与其他商品毛细管相比,该聚吡咯涂层毛细管对这4种有机砷化合物的萃取更加有效,该方法的测定灵敏度更高。另外,Wu 和Pawliszyn 等人[17 ] 最近将制得的聚吡咯涂层铂丝纤维与一极性可以反转的电源相连,构成一新颖的电化学固相微萃取器。该萃取纤维在一种电位极性下,聚吡咯涂层带正电荷,此时纤维可很容易地萃取以阴离子状态存在的物质。萃取完成后,将萃取纤维插入充满解析溶剂的解析室,并调节电化学萃取器的电位,使其电位极性发生逆转。此时聚吡咯涂层变为中性,对阴离子的静电吸引力消失,这种条件极有利于萃取在纤维上的分析物的洗脱。他们将此体系与LC-MS相连,研究测定一甲基砷、高氯酸根和多巴胺等物质,结果令人满意。
    其他类型涂层纤维的研究也有报道。Pawliszyn等人[18 ] 将PDMS 涂层用液体离子交换剂2-乙基-2-乙基磷酸(HDEHP)改性,产生具有离子交换功能的微萃取纤维,他们用该纤维萃取光度法检测测定了水溶液中的Bi ( Ⅲ)
            离子。后来该小组还开发了一种Nafion 全氟化树脂涂层,可以从液相中萃取极性化合物[19 ] 。Koster 等人[20 ]
            最近研制了针对药物克仑特罗的分子印迹聚合物固相微萃取纤维。他们的研究结果表明:如果从水溶液中直接萃取目标化合物,与作为对照的非分子印迹聚合物相比,分子印迹聚合物涂层对目标化合物未表现出选择性;如果从合适的有机溶剂如乙腈中萃取目标化合物,与非分子印迹聚合物相比,分子印迹聚合物涂层对目标化合物则表现出了非常明显的选择性,此时分子印迹聚合物涂层和非分子印迹聚合物涂层对目标化合物的萃取率分别为75和5%。虽然关于分子印迹聚合物固相微萃取纤维的研究工作还很少,但从这篇文献的结果和以往分子印迹聚合物在固相萃取中应用的情况来看,分子印迹聚合物在固相微萃取中的应用还具有相当的潜力。Boyd2Boland和Pawliszyn 等人[21]还尝试了β2环糊精涂层萃取纤维对环境水样及污泥提取液中烷基乙氧酸盐表面活性剂的萃取情况。Mullett 和Pawliszyn 等人[22 ]最近研制了新颖的具有生物相容性的限进介质填料涂层固相微萃取纤维。他们首先用粘结剂将具有生物相容性的限进介质填料烷基二醇硅胶固定在石英纤维表面,从而制成萃取纤维。此纤维具有良好的生物相容性,可以直接萃取生物体液中的小分子目标分析物,而其中的蛋白质等大分子既不能被萃取,也不会在萃取纤维表面发生变性而堵塞萃取纤维表面的微孔,因而该纤维对于生物体液的测定具有很好的优越性。他们使用该萃取纤维,并与HPLC-UV 结合,直接萃取并测定了人尿样中的5 种药物,该方法快速简便,灵敏度也令人满意。
三、SPME-HPLC 联用技术的应用
    SPME-HPLC 联用技术自1995年出现以来,引起了分析工作者的重视,并在理论、操作方式、纤维涂层及其应用等方面取得了很大的进展。下面我们以不同的样品基体如环境、生物等为类别,对SPME-HPLC
联用技术的应用情况作一简单的介绍。
1.SPME-HPLC 联用技术在环境样品分析中的应用
    环境样品分析是SPME-HPLC 联用技术最早也是应用最多的领域。目前SPME-HPLC 联用技术测定的物质主要包括多环芳烃[2 ,6 ,14 ,23 ,24 ] 、酚类化合物[25 —27 ] 、芳胺化合物[28 ,29 ] 、表面活性剂[21 ,30 ,31 ] 、酞酸酯[32 —34 ] 、除草剂[4 ,35 —37 ] 、杀虫剂[3 , 11 ,37 —41 ] 、羟基取代芳香化合物[42 ] 、爆炸物[8 ] 、金属有机化合物[13 ,43 ] 和无机离子[15 ,18 ] 等,测定过的样品主要为水样,包括河水、池塘水、湖水、废水、稻田水和土壤浸提液等,也测定过污泥样品。多环芳烃是最令人关注的一类持久性污染物,关于它们的SPME-HPLC 联用技术测定已有多篇文献报道。例如文献[ 2 ,23 ,24 ]均使用PDMS
    涂层的萃取纤维研究了环境水样中多环芳烃的萃取情况。他们的实验结果表明该萃取纤维能够很好地萃取环境水样中的这类化合物,该萃取方法与HPLC-UV-DAD和HPLC-FLD 等分析检测手段相结合,可取得对这类化合物的灵敏、简单、快速的测定。文献[15 ]使用电化学聚合方法分别制得聚吡咯和聚N2苯基吡咯涂层毛细管,然后与HPLC 组成in-tube SPME-HPLC 分析系统,并考察该系统对16 种多环芳烃的萃取测定情况,结果发现,该涂层纤维对16 种多环芳烃的萃取情况好于Host 、Omeg、SPB21、SPB25 等涂层的毛细管的萃取情况,而且发现随着多环芳烃分子的增大, 萃取效率逐渐提高。文献[6 ]则将PDMS 涂层纤维固相微萃取与胶束电动毛细管电泳相结合萃取测定了水样中的多环芳烃,方法的检测限在8 —75 ngPmL 之间。酚类化合物是另一类人们关注的污染物,其中有些酚类物质如辛基酚、壬基酚和双酚A 等为内分泌干扰物,因此这类物质的测定具有重要的环境意义。Sarrion 等人[26 ] 比较了3 种商品萃取纤维50μmCW-TPR、60μm PDMS-DVB、85μm PA 分别对几种氯酚的萃取情况,结果发现,50μm CW-TPR 萃取纤维的分析表现最好。他们还将该固相微萃取体系与高效液相色谱2电化学检测器结合,测定了环境水样中这几种氯酚物质的浓度。该方法快速方便,灵敏度高,对几种氯酚物质的检测限在3—8 ngPmL 之间。Gonzalez-Toledo 等人[25 ] 评价了两种商品萃取纤维CW-TPR 和PDMS-DVB 对几种烷基酚、氯酚和硝基酚的萃取性能,并将该体系与LC-DAD 结合,建立了这些物质的简单快速的分析方法。虽然CW-TPR的萃取性能优于PDMS-DVB ,但其对这些酚类物质的萃取率仍然相对较低,萃取回收率在1% —16%之间,但对好多环境水样来说,该回收率仍然可以保证对水样中这些物质的准确测定。
    Wu 和Huang 等人[28 ] 利用SPME-HPLC-UV 联用系统, 较详细地考察了CW-TPR、CW-DVB、PDMS-DVB和PA 4 种涂层纤维对环境水样中6种芳香胺的萃取性能,研究结果表明萃取效果以PDMS-DVB涂层纤维为最好,该方法对这几种化合物的检测限在ngPmL 浓度级。
    各种表面活性剂在工业和民用中的广泛使用已经引起了严重的环境污染问题,SPME-HPLC
    联用系统在该类物质的环境检测中必将发挥重要作用。Boyd2Boland 和Pawliszyn 等人[21 ] 使用CW-TPR和CW-DVB 涂层萃取纤维萃取了污泥浆液中的烷基酚聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂。研究结果说,CW-TPR
    涂层的萃取效果更好。他们将该萃取方法与HPLC-UV 系统联用,建立的分析方法的线性范围在0.1 —100 mg/L 之间,检测限在ng/mL 浓度级。Aranda 等[30 ] 用PDMS-DVB 涂层纤维萃取了水样中Brij 56非离子表面活性剂,再将萃取了分析物的纤维插入已经充满衍生试剂和催化剂的解析室中进行在线衍生,衍生完全后,开启色谱泵将分析物的荧光衍生物送入HPLC-FLD进行分析检测,该方法的检测限为0.1mg/L 。Ceglarek 等[31 ] 使用CW-TPR涂层纤维和直接浸入法萃取了城市污水处理厂的进口出口水样中的线型烷基苯磺酸阴离子表面活性剂,并用HPLC-FLD和HPLC-API-MS 进行检测。他们建立的SPME-HPLC-API-MS 方法的检测限为0.5 ng/mL 。
    Kelly 和Larroque 等[32 ] 比较了几种商品萃取纤维对水溶液中酞酸二乙酯的萃取情况,实验结果说明PDMS-DVB涂层的萃取效果最好。他们采用乙腈静态解析方法解析被纤维萃取的分析物,解析液被送入HPLC-UV 系统进行测定,方法的检测限为1
ng/mL 。由于除草剂在农业中的广泛使用,造成的污染问题不容忽视。一般除草剂具有较大的极性,其萃取应该使用极性较大的涂层纤维如CW-TPR等。Eisert 等[35 ] 使用50 μm CW-TPR 涂层纤维从稻田水样中萃取了profoxidym,萃取于纤维上的分析物用甲醇静态解析法解析后可用HPLC-UV 系统进行测定,该测定方法的检测限为3.3 ng/mL 。Reyzer 等[36 ] 使用50μm CW-TPR 和65μm PDMS-DVB 涂层纤维萃取了水样中的除草剂阿维菌素B1和伏蚁腙,并与HPLC-MS 结合建立了这两种物质的分析方法,该方法的检测限在0.1 —1.0 ng/mL 之间。Moder 等[37] 使用50μm CW-TPR 涂层纤维从土壤浸提液中萃取了几种阿特拉津,并与HPLC-MS结合对该样品进行了测定,该方法的检测限在0.1 —50 ng/mL 之间。Eisert 和Pawliszyn 等[4 ] 则利用长60cm ,内径0.25 mm的Omegawax 250 涂层气相色谱毛细管作为萃取元件与HPLC-UV 结合构成in-tubeSPME-HPLC-UV 分析系统,萃取测定了水溶液中的6 种较强极性的苯基脲除草剂。杀虫剂的萃取和测定是SPME-HPLC应用最多的领域之一[3 ,11 ,37 —41 ] 。如文献[ 3 ,11 ,37 ,39 —41]涉及均为极性较大的氨基甲酸酯类杀虫剂的SPME-HPLC 分析测定。文献[ 3 ,11 ,40 ]利用in-tube SPME-HPLC-UV 萃取测定了水样中的6 种氨基甲酸酯类杀虫剂,由于测定对象氨基甲酸酯的极性较大,所以萃取时采用了极性较大的长60 cm ,内径0. 25 mm 的Omegawax 250
     涂层气相色谱毛细管作为萃取元件。该方法萃取效率较一般商品萃取纤维高,因此灵敏度精密度均令人满意,方法的检测限在几十个pg/mL到ng/mL之间。文献[37 ,39 ,41 ]评价了几种商品萃取纤维对氨基甲酸酯类物质的萃取情况,结果说明萃取效果较好的为CW-TPR 和PA涂层萃取纤维,而纤维上分析物的解析使用甲醇即可获得,将该萃取方法与HPLC-MS结合,可获得好的分析结果。该方法已经被用于环境水样和土壤样品中氨基甲酸酯类物质的测定。Salleh 等[38 ] 使用85μm PA
    涂层商品纤维萃取了河水样品中的有机磷杀虫剂,并与HPLC-UV-DAD 结合,建立了河水样品中这些物质的测定方法,该方法的检测限在40—600 ng/mL 之间。Wu 等[41 ] 使用50 μm CW-TPR 和65 μm PDMS-DVB
    涂层纤维萃取了湖水样品中的羟基取代芳香化合物,对使用CW-TPR 的萃取,分析物的解析需要用静态解析,而对于使用PDMS-DVB的萃取,分析物的解析则需要用动态解析。该方法的检测限在0.66 —4.2 ng/mL 之间。Gbatu 等[13 ]
    以正辛基三甲氧基硅烷为涂层物质,用溶胶-凝胶技术制作得到了固相微萃取纤维。该纤维中涂层与纤维基体之间为化学键结合,所以稳定性极好,可在二甲苯、二氯甲烷等有机溶剂中稳定地使用,也可在较强的酸性(pH= 0.3) 和碱性(pH= 13) 溶液中使用,这是商品固相微萃取纤维所无法比拟的。该纤维可以成功地应用在SPME-HPLC 联用体系中,并用于水溶液中有机砷、有机汞、有机锡等化合物的萃取。萃取于纤维上的分析物可用静态法以流动相(乙腈+ 水,80 + 20)定量洗脱下来,最后用HPLC-UV 进行分离检测。该方法对于三苯基砷、二苯基汞和三甲基苯基锡的检测限分别为80、412和647μg/mL ,该结果优于商品萃取纤维的分析表现。Mester 和Pawliszyn 等[43 ] 使用in-tube SPME-HPLC-ES-MS 分析系统,分别考察了Supel-Q Plot 多孔DVB 聚合物涂层毛细管、Omegawax 250 键合聚乙二醇涂层毛细管和Nukol型硝基对苯二酸修饰的聚乙二醇涂层毛细管对三甲基铅和三乙基铅的氯化物的萃取情况,实验结果证明使用Nukol型硝基对苯二酸修饰的聚乙二醇涂层毛细管时萃取效果最好。作者认为原因是Nukol型硝基对苯二酸修饰的聚乙二醇涂层毛细管具有羧基官能团,其与两种分析物之间具有一定的离子交换作用,而Supel-Q Plot 多孔DVB聚合物和megawax 250 键合聚乙二醇涂层毛细管与分析物之间的作用则主要是较弱的疏水性作用。该方法可以在5 min 内完成一次测定,其对三甲基铅和三乙基铅的测定的检测限分别为11.3 和12.6 ng/mL 之间。另外,关于使用SPME-HPLC 联用技术萃取测定爆炸物[8 ] 和无机离子[15 ,18 ] 等的研究也有少量报道。
2. SPME2HPLC 联用技术在生物及食品样品分析中的应用
    生物样品分析是SPME-HPLC
    联用技术应用较多的另一个重要领域。目前已经萃取测定过的分析对象主要有药物、内源性物质及其有害性物质如农药等。测定过的样品大多数为尿样[8 ,22 ,44 —51 ] ,也有少量血样[8 , 50 ,52 ,53 ] 、植物样[54 ] 、动物组织样[55 ,56 ] 、水果样[57 ] 、食品样[58 ,59 ] 和药品样[60 —62 ] 等。
    例如文献[22 ,44 ,45 ]涉及的均是尿样中苯[ 并]二氮类药物的固相微萃取及测定。Mullett 和Pawl-iszyn 等[22 ]最近研制了新颖的具有生物相容性的限进介质填料涂层固相微萃取纤维。他们将具有生物相容性的限进介质填料烷基二醇硅胶粘结在石英纤维表面,从而制成萃取纤维。此纤维具有良好的生物相容性,可以直接萃取尿样中苯[并]二氮类药物,而不受蛋白质等大分子的影响。他们将该萃取方法与HPLC-UV 结合,直接萃取测定了人尿样中五种苯[并]二氮类类药物。而Jinno 等[44 ] 和Aresta 等[45 ] 则分别利用85μm PA 和60μm PDMS-DVB 涂层纤维萃取了尿样中的苯[并]二氮类药物,被萃取于纤维上的分析物的解析则均使用乙腈来进行。他们将建立的固相微萃取方法分别与HPLC-MS 和HPLC-UV 结合,测定了尿样中的目标分析物,该测定方法的检测限为几个ng/mL 。Van Hout 等[46 ] 使用100μm
    PDMS涂层纤维萃取了尿样中药物利多卡因,分析物的解析均采用以乙腈为主的流动相的静态解析,最后的分离测定则分别采用了HPLC-UV/DAD 和HPLC-MS ,他们获得的检测限分别为25 和0.4 ng/mL 。McCoo-eye 等[47 ] 使用100μm PDMS
    涂层纤维萃取了尿样中药物安菲他明、甲基安菲他明及其衍生物,萃取于纤维上的分析物则采用0.25 mmol/L的醋酸铵的甲醇溶液在自己设计的3.0μL 解析室中来进行。他们将该萃取方法与HPLC-MS结合,对尿样中的目标分析物进行了测定,方法的检测限在0.2 —7.5 ng/mL 之间。Satterfield 等[48 ] 使用50μm CW/TPR 涂层纤维萃取了尿样中的染料木黄酮和黄[ 豆]苷元,被萃取的分析物的解析使用甲醇和水的混合物(55 + 45) 来用动态方法来完成,分析检测则使用HPLC-MS 进行,该方法的检测限为pg/mL 。Saito 等[49 ] 采用了改进的in-tube
    SPME 技术与微柱液相色谱结合萃取测定了尿样中的几种抗抑郁药物。他们在一聚二甲基硅氧烷涂层毛细管中插入一根同样长度的内径为0.20 mm 不锈钢丝,用此元件构成萃取器件,并与微柱液相色谱联用,使用UV检测器进行检测,建立了这几种抗抑郁药物的萃取测定方法。这种方法等于在体积不变的情况下,增大了萃取的接触面积,提高了萃取效率和解析效率,也有利于节约有机溶剂。Wu 等[50 ] 用化学氧化法在长60 cm ,内径0.25 mm 的石英毛细管内壁沉积一聚吡咯涂层,并用此毛细管构成的in-tube SPME系统萃取了尿样和血清样中的β2阻滞剂。他们将此萃取体系与HPLC-ESI-MS 联用,建立了测定这些物质的分析方法,与商品的Omegawax 250 气谱毛细管相比,该聚吡咯涂层毛细管对分析物的萃取效果更好,因而该测定方法具有更低的检测限(检测限小于0.1 ng/mL) 。Kataoka 和Pawliszyn 等[51 ] 利用in-tube SPME-HPLC-ESI-MS 分析系统萃取并测定了尿样中的苯丙胺、甲基苯丙胺及其它们的衍生物。利用SPME-HPLC 系统分析测定血液样品的研究也有少量报道。如Kataoka 等[8 ] 利用Omegawax250 气谱毛细管构成in-tube SPME 系统萃取了尿样和血清样中的β2阻滞剂,并用HPLC-ESI-MS 进行了测定,方法的检测限在0.1 —1.2 ng/mL 之间。Yuan等[52 ] 利用长60 cm ,内径0. 25 mm 的Supelco2Q Plot毛细管作为萃取器件,构建了in-tube SPME-HPLC-ESI-MS 分析系统,利用此系统同时测定了血清样品中7 种苯[并]二氮类药物。Queiroz 等[53 ] 利用50μmCWPTPR 涂层纤维萃取了血浆样品中的药物Lam-otrigine ,萃取于纤维上的分析物可以用流动相解析后,用HPLC-UV 进行测定,该方法的定量限在50 —1 000 ng/mL 之间。Jaillais 等[54 ] 首先将Allium 植物切细、磨碎,将该样品盛于一置于液氮上的烧瓶中,接上真空泵,则样品中的挥发性物质和一些水分就可以在冷冻状态下被收集起来;再使冷冻物慢慢升温至刚刚融化,将其转入一2mL 固相微萃取瓶中; 插入50 μm CW/TPR涂层纤维进行顶空固相微萃取,萃取一定时间后就可进行HPLC-UV 测定。该分析方法的一个特点是使用的样品量较少。
    利用SPME-HPLC 系统分析测定动物组织样品的研究也有报道。Mullett 等[55 ] 利用聚吡咯涂层构成的in-tube  SPME-HPLC-UV 分析系统萃取测定了实验鼠肝脏中的几种N2亚硝胺物质。该方法简化了这类物质的测定过程,具有一定的应用价值。Auger等[56 ]以50μm CW/TPR 涂层纤维萃取了实验鼠大脑组织提取液中的多巴胺和52羟基色胺,并用高效液相色谱-电化学检测进行了测定,结果表明该方法有很好的选择性和灵敏度。Falqui-Cao 等[57] 利用SPME-HPLC 系统分析测定了水果中的农药残留。他们以60μm PDMS/DVB 为萃取纤维,以HPLC-UV/DAD 为分离检测手段,分析了草莓中的除草剂残留,该方法的检测限在ng/g 浓度级。Zambonin 等[58 ] 用50 μm CW/TPR 作为萃取纤维,以HPLC-UV/DAD 为分离检测手段,分析测定了奶酪中的圆弧偶氮酸,该方法的检测限为7 ng/mL 。他们[59]还用同样的萃取纤维和仪器测定了奶酪中的麦考酚酸,方法的检测限在为ng/mL 。Kataoka 等[60] 使用in-tube-SPME-HPLC-ESI-MS联用方法测定了药片中的雷尼替丁。
四、SPME-HPLC 联用技术发展展望
综上所述,SPME-HPLC
    联用技术作为一种将样品前处理与分离检测结合为一体的新型分析技术已经获得了一定的发展,其具有的优点主要是方便快速、节约样品溶液和溶剂、易于实现自动化、人为误差小、分析精密度好;更由于采用了HPLC作为分离检测手段,可在一定程度上克服SPME-GC 的不足,可以用在极性较大的药物和环境污染物质的萃取测定。由于SPME-HPLC联用技术的这些突出优点,自其出现以来就引起人们极大的兴趣,并获得了一定的发展。但固相萃取也仍然存在某些不足,有待于
进一步发展完善,如:其应用范围还不够广泛;结果的可靠性有待进一步提高,还不能作为标准方法为人们接受;商品纤维的涂层种类仍然十分有限,纤维涂层易于发生溶胀脱落,因而其寿命较短;萃取的富集倍数和选择性仍有待进一步提高等等。
    应继续开展SPME-HPLC 联用技术的应用研究,扩大该方法测定的化合物和样品范围,提高方法的可靠性,争取人们在更大程度上对该方法的接受。我们认为,应加强对涂层材料的研究,提高纤维涂层的萃取容量,改善富集倍数和测定的灵敏度;开展对如分子印迹、免疫亲和等具有一定分子识别能力的特殊涂层材料研究,以期提高萃取的选择性;进一步提高纤维的耐用性,延长使用寿命;加强对新的联用技术如SPME-CE和SPME-μHPLC 等的研究;加强与其他的新型的样品前处理方法如超临界流体萃取,尤其是超临界水或过热水萃取的联用研究,提高测定灵敏度;继续研究发展广谱通用型固定微萃取涂层材料,争取研究出可以同时对酸性、碱性和中性组分进行有效萃取的涂层纤维。
    经过分析工作者不断地努力,SPME-HPLC 联用技术必将获得更大的发展,必将成为环境监测、食品监测和医药检测的有力手段。
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