单滴微萃取在实际样品分析中的研究进展

王 丽， 邹 娟， 邓艾平*

(1.华中科技大学附属武汉中心医院药学部，湖北武汉 430014；2.武汉科技大学附属天佑医院药剂科，湖北武汉 430064)

1 前言

样品前处理在复杂基质样品的痕量分析中占据着非常重要的地位，而传统的液相萃取及固相萃取技术存在消耗高、污染大、操作麻烦、耗时长等缺点[1]，因此，微萃取技术应运而生，主要包括液相微萃取和固相微萃取[2]。1990年，Arthur和Pawliszyn首次提出固相微萃取(Solid-phase Microextraction,SPME)技术[3]，他们用聚合物涂覆的玻璃纤维作为萃取介质，实现了水样中多种挥发性有机物的萃取，高效灵敏且无需使用有机溶剂，但是这种方法存在纤维易折损，且成本较高的缺点[4]。Dasgupta课题组于1995年率先开发液相微萃取(Liqild-phase Microextraction,LPME)技术，他们设计了一种气体感应器，将毛细硅胶管末端悬挂的水滴作为萃取空气中氨气和SO2的介质[5]，灵敏度高而成本更低，这成为液相微萃取的雏形；在1996年他们又提出一种drop-in-drop的液相微萃取技术，用1.8 μL氯仿萃取十二烷基磺酸钠[6]。此后，关于LPME技术不断发展成熟起来。LPME萃取模式大致可分为三类：单滴微萃取、中空纤维液相微萃取、分散液-液微萃取[2,4,7]。其中，单滴微萃取(Single-drop Microextraction，SDME)由于消耗有机溶剂极少，操作简便且易于实现与多种检测手段的联用[8]，得到了快速的发展和广泛的应用[9]。SDME技术通常以进样针或细管为支持物，将作为萃取介质的液滴悬挂于其末端，将其浸没于样品基质中或悬挂于上方以萃取待分析物，再将富集了分析物的液滴吸回，引入检测系统(色谱、光谱和质谱等)中实现定性定量分析。

SDME根据萃取过程中涉及的物相数量分为两相单滴微萃取和三相单滴微萃取，前者包括：直接浸没单滴微萃取、连续流动液相微萃取、液相微萃取、动态液相微萃取；后者包括：顶空单滴微萃取、液相微萃取[10]。Jeannot等[10]对各种模式SDME的应用进行统计分析，发现顶空单滴微萃取和直接浸没单滴微萃取分别占据41%和38%的比例。下面将详细介绍顶空单滴微萃取和直接浸没单滴微萃取两种微萃取模式，并根据其应用的样品基质进行分类综述。

2 直接浸没单滴微萃取(DI-SDME)

1996年，Dasgupta课题组提出一种Drop-in-drop的液相微萃取的概念，用1.3 μL氯仿浸没在大量的水溶液液滴中，实现了十二烷基磺酸钠的萃取[6]。同年，Jeannot等[11]将8 μL辛醇悬挂于四氟乙烯杆的末端，并浸没于搅拌状态下的样品溶液中，待萃取完成后，吸取该液滴用气相色谱(GC)进行定量测定。针对这些方法存在的最大弊端，即萃取和进样需分两步进行，操作不够简便且易带来样品损耗，Jeannot又提出以GC进样针代替四氟乙烯杆作为液滴的支持物[12]，先用GC进样针吸取微升级别的有机溶剂，将其穿过密封的样品瓶瓶盖，使针尖浸没于样品溶液中，将有机溶剂推出，液滴悬挂于针尖，对样品溶液进行升温及搅拌以加速传质，待萃取完成后，将针尖悬挂的液滴吸回，从样品溶液中取出后直接GC进样，这也成为后来DI-SDME的主流应用模式。该方法实现了萃取和进样一体化，使得SDME的应用更为简便。

与SPME相比，DI-SDME的优势显而易见，可随时更换的有机溶剂液滴，比涂覆介质的纤维成本低得多，μL级别用量的有机溶剂不仅环保，还可得到很高的富集倍数，提高了检测方法的灵敏度。DI-SDME在应用中最大的限制在于为了加速传质，在萃取时样品溶液需不停搅拌，而高速搅拌会使得液滴悬挂不稳定，萃取的重现性会受到影响[13]。为改善这一问题，Assadi等[14]尝试使用更小容量的1 μL进样针完成DI-SDME的操作,样品溶液在1 300 r/min的搅拌下，实现了富集倍数为540～830的萃取效率，且实验中采用的0.9 μL四氯化碳几乎占据了进样针的最大容积(1 μL)，液滴体积和进样体积的准确性、重复性得以提升。

3 顶空单滴微萃取(HS-SDME)

在HS-SDME模式中，作为萃取介质的液滴不直接与样品溶液接触，而是悬挂于其上方，在使用HS-SDME进行萃取时，进样针穿过样品瓶的瓶盖后不插入样品溶液中，停留于样品溶液上方，作为萃取相的有机液滴被推出并悬挂于样品溶液上空以完成萃取。相比DI-SDME中待分析物从水溶液直接传质到有机液滴中，在HS-SDME中分析物的传质则经过了三相：水溶液-顶空-有机液滴。2001年，Theis等[15]首次应用HS-SDME模式对水溶液中的苯系物进行萃取富集。与DI-SDME相比，HS-SDME中萃取介质与样品溶液的分离降低了样品基质中挥发性干扰物质的影响，且可通过高速搅拌样品溶液加快传质以提高萃取效率，而不影响液滴的稳定性。但是这种方法仅适合于挥发性或半挥发性物质的分析；同时也要求作为萃取介质的液滴具备较低的蒸气压以减少萃取过程中的挥发损失，而GC检测通常需要具较高蒸气压的溶剂，因此溶剂的选择会受到一定限制。直至现在，HS-SDME仍被广泛的应用于多种样品分析中[16 - 17]。

4 单液滴微萃取(DME)在实际样品中的应用

4.1 SDME在环境样品中的应用

Pena-Pereira等[18]和Demeestere等[19]总结了SDME在环境基质样品，包括水体、土壤、空气中的应用，其中水样(海水、河水、湖水、自来水、游泳池水、污水等)的应用比例最高。由于在环境中广泛分布，对有机体的危害性较高，有机农药或杀虫剂[14,20 - 26]、金属离子[27 - 31]成为最多的目标萃取对象。Saraji等[32]采用DI-SDME与GC-MS联用技术检测水样中的氯乙酸，在加入衍生化试剂和内标物质的情况下，检测限低至0.1～1.2 μg/L。Deng等[33]采用HS-SDME与GC-MS联用技术检测水中短链脂肪胺类物质。Vidal课题组先后以甲苯[34]和更为环保和稳定的离子液体[35]作为萃取剂，采用HS-SDME模式萃取水样中的氯苯类化合物，在样品溶液转速超过1 000 r/min时仍能获得较好的重现性和萃取效率。紫外吸收剂[36]、多环芳烃[37]等物质也可采用DI-SDME或者HS-SDME进行萃取。

4.2 SDME在食品中的应用

4.3 SDME在生物样品中的应用

由于医疗或者研究需要，需要对生物样品(主要包括血样、尿样)中的药物浓度进行监测。国际奥委会医学委员会明令禁止使用的蛋白同化激素、中枢神经系统药物、其他成瘾性药物等均可通过对尿样进行LPME进行富集检测[46 - 47]。He等[48]以H3PO4为萃取剂，对尿样中的苯丙胺和甲基苯丙胺萃取富集，而后采用高效液相色谱-紫外法定量检测。血浆中的己醛、庚醛及丙二醛可作为肿瘤标检测记物，它们的浓度高于异常则提示肿瘤的发展，Li等[49]提出以HS-SDME和GC-MS联用技术，萃取检测血样中的己醛、庚醛，萃取在6 min 内即可完成，为癌症诊断提供了一种有效且快速的指标检测方法。金丝桃中的金丝桃素被发现有光感性抗肿瘤的作用，Gioti等[50]通过DI-SDME与HPLC联用技术，实现了健康志愿者的血样和尿样中的金丝桃素等相关化合物的萃取富集检测，为此类化合物的有效血药浓度及代谢研究奠定了基础。

4.4 SDME在药品中的应用

药品中残留溶剂的检测通常使用顶空GC法[51 - 54]，但额外配备顶空GC进样器提高了检测成本，HS-SDME则成为一种可选的更经济的方案。2006年，由Wang等人[55]首次提出采用HS-SDME与GC联用的模式对药品中的甲醇、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷四种残留溶剂进行了检测并取得了较为满意的结果，线性范围为1～1 000 mg/L,检测限达到0.2～2 mg/L。Yu等[56]以DMSO为萃取剂，环己烷为内标物，采用HS-SDME和GC-MS联用测定了固体药物中甲醇、乙醇的残留浓度，对萃取过程中的各影响因素进行了优化，并进行了方法学考察，该方法操作简便，成本低廉，检测限低至0.001 μg，为药品质量检测提供了新的技术手段。Saraji等[57]通过对比HS-SDME和动态顶空液相微萃取(DHS-LPME)两种方法对药品中残留溶剂进行萃取，发现两种方法都适用，但HS-SDME更快速灵敏，经济简便。

4.5 SDME在化妆品中的应用

在关于化妆品样品前处理报道中，SPME和LPME是应用最多的两种前处理方法，分别占22%和25%的比例[58]。2009年，Saraji等[59]采用DI-SDME对卸妆油、漱口水和发胶中的对羟基苯甲酸类抑菌剂进行萃取富集并引入GC-MS检测[59]。后来，他们又通过HS-SDME与GC联用对清洁用品中的1,4-二恶烷进行分离检测[60]。Cabaleiro等[61 - 62]采用HS-SDME与荧光检测法联用对防晒霜、面霜、洗面奶、香体剂中的萜类和乙醇进行分离检测。

4.6 SDME在天然产物中的应用

随着天然产物的不断深入开发研究，复杂基质中痕量成分的检测成为一大难题，液相微萃取技术(包括SDME、DLLME和HF-LPME)逐渐被应用到这个领域中来，特别是植物中挥发性或半挥发性成分的测定[7,63]。Deng课题组将植物进行微波辅助萃取后，再应用HS-SDME对中药、牡丹中的芍药醇、茵陈蒿中的挥发性化合物进行萃取富集，再通过GC-MS法检测[64 - 65]，该方法为天然产物的活性成分的提取分离鉴定奠定了有效基础。

4.7 SDME在其他样品中的应用

此外，Li等[66]以3 μL正丁醇作为萃取剂，采用HS-SDME与GC联用技术检测沥青中RuO4氧化产物中的短链脂肪酸。Hansson等[67]以2 μL醋酸丁酯萃取聚合物聚苯乙烯中未聚合的苯乙烯单体。

5 结论与展望

单滴微萃取(SDME)经过近20年多年的发展，技术日趋成熟，分析对象和领域非常广泛，已涉及到与生活、生产及研究等诸多方面。它集萃取、富集、纯化、进样于一体，简便高效，经济环保。目前SDME已实现与高效液相色谱、气相色谱、质谱[68]、毛细管电泳及多种光谱[69]等检测手段的联用，成为现代样品前处理领域里的关键技术。采用更为稳定环保的萃取溶剂，如离子液体[70]，成为当前的研究热点；另外，分析工作者们还在继续探索开发更为新颖高效的单滴微萃取模式[71]，并一定程度上实现SDME的自动化[72]。