固相微萃取-液相色谱技术联用的研究进展

谢思思 杨贵金 韦雅楼 秦青青 吴晓燕

摘要：近年来随着现代分析技术的发展，固相微萃取技术作为一种简单有效的前处理手段被越来越多地应用于环境、食品、临床、生物学等方面的检测分析。本文主要综述固相微萃取-液相色谱技术联用原理和发展现状，介绍该技术在实际应用中的优化，并对其发展前景作展望。

关键词：固相微萃取;液相色谱;研究进展

固相微萃取（SPME）是在固相萃取（SPE）基础上发展起来的一种集采样、萃取、浓缩、进样于一体的萃取分离技术，它摒弃传统样品前处理方法的很多缺点，具有下述优点：操作简单，萃取速度快，样品需要量少，所需有机溶剂少，易于实现自动化，与当今国际上提倡的绿色环境友好型样品前处理要求相符[1-3]。随着液相—质谱技术的发展，SPME又越来越多地与液相色谱联用并取得很大进展。

1 与液相色谱联用的固相微萃取类型

1.1 纤维针式固相微萃取

SPME装置类似一个注射器，由手柄和萃取纤维头组成。萃取纤维头是涂有不同固定相或吸附剂的熔融石英纤维，外套不锈钢细管以保护石英纤维不被折断，纤维头在钢管内可伸缩，将SPME针管刺入样品瓶，推出纤维头浸入样品溶液，萃取一定时间后缩回纤维头退出样品瓶，插入SPME-HPLC专用接口。该接口由一个六通阀和解吸池组成，解吸池与进样管相连，将六通阀置于载样状态时，纤维头插入解吸池，六通阀置于进样状态，流动相冲洗纤维头洗脱富集的化合物并随流动相进入色谱柱和检测器进行分离和测定，纤维头退回钢针中，拔离进样口，此为动态洗脱。动态洗脱不彻底时可进行静态洗脱，即在六通阀置于载样状态时使用注射器吸取适量的洗脱溶剂注入并充满六通阀和接口的洗脱室，静态洗脱一定时间后将六通阀置于进样状态。为避免记忆效应，在下次萃取进行前需将纤维头洗净并晾干。此方法由于其经典性一直沿用至今。

1.2 管内固相微萃取

为使 SPME更好地与液相色谱在线耦合，Eisert等人发明管内固相微萃取装置，它将萃取固定相涂覆于GC毛细管柱内壁代替传统萃取头，一端插入试样溶液中，另一端与六通阀相连。六通阀置于进样位置时经自动进样系统控制注射器对试样溶液多次吸入和排出，使被测物在样品溶液和毛细管萃取涂层间达到平衡，再将样品溶液更换为洗脱溶剂，将六通阀先后置于加载和进样位置，流动相将被测物导入色谱柱进行检测。管内固相微萃取与液相色谱联用除实现分析自动化，减少人为误差外，还可以克服现有商品SPME纤维种类不多的局限性;GC毛细管柱可以适当增加长度，提高富集倍数;再次，由于采用自动进样装置进行萃取和解吸，其解吸过程可定量进行，防止超载的发生;进样针和毛细管柱每处理完一个样品后都会自动清洗，减少待测物的残留，克服记忆效应对样品检测的干扰。

1.3 针内固相微萃取

Abdel-Rehim等在一个100—250μL的玻璃注射器内填充约1mg吸附剂制成针内固相微萃取装置，与LC-MS/MS在线联用检测人血浆中的罗哌卡因及其代谢产物，结果良好。很快，这种填充式注射器微萃取技术以其简便、样品和溶剂使用量少、全面自动化等诸多优点引起临床、法医毒理学、环境等领域的广泛关注。

1.4 管尖固相微萃取

管尖固相微萃取是近年来新发展起来的一项SPME技术，目前主要被应用于生物样品的检测。它通过在移液管尖端插入或吸取一段吸附材料形成一萃取吸头与带有机械臂的96孔萃取装置联用实现自动化。移液管一般为一次性聚丙烯材料，吸附剂为大孔径的硅胶颗粒或其他整体柱材料（如甲基丙烯酸酯）。Xie等将其与LC-MS/MS联用检测人血浆中的药物MK-0533和MK-0974，效果良好。总而言之，In-tip SPME是一项新型、高效、发展前景良好的前处理技术，它在实现SPME全面自动化的同时体现真正的样品平行性。

2 与液相色谱联用的固相微萃取涂层

2.1 非特异性涂层

涂层是SPME的核心部分，它决定SPME萃取过程的选择性、灵敏度和萃取容量，通常实验中选择涂层材料的原则都遵循“相似相溶”原理。目前常用的商品化有机涂层主要有聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯、聚乙二醇/二乙烯基苯、聚乙二醇/聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇/模板树脂、聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯/聚乙二醇等。前2种为均相聚合物涂层，往往只能通过增加涂层厚度来增加萃取容量;后5种为多孔颗粒聚合物，可以通过增加涂层的多孔性来增加萃取容量及提高对被分析物的保留能力。虽然这些纤维涂层对PME 的发展作出巨大贡献，但仍存在吸附质成本高、价格昂贵、吸附容量小、耐溶剂性差、使用寿命短等缺点。

碳纳米管（CNTS）是当前研究者们比较感兴趣的一类涂层材料，最早是由 Iijima发现的，CNTS是一种由石墨片按一定螺旋度卷曲成无缝纳米级圆筒的大分子，根据石墨片层数的不同，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。Ma等人利用单壁碳纳米管检测水样中的内分泌干扰化合物，对自来水和海水的样品加标回收率可达81.8%—97.3%。

2.2 特异性涂层

分子印迹技术是指以目标分子为模板，与功能单体、交联剂进行聚合反应。印迹分子（模板）除去后，聚合物中留下大量空穴，这些空穴和模板分子在大小和形状方面完全匹配，即该聚合物具有反结合模板分子的特异性能。分子印迹- 固相微萃取（MIP-SPME）技术因同时具备SPME的高灵敏度和分子印迹聚合物的高选择性而受到广泛关注。

3 SPME-HPLC 装置优化

SPME-HPLC技术发展至今，除萃取涂层的研制更新，萃取支持物的材料、联用接口、萃取进行位置、仪器设备等方面也不断得到优化和发展。萃取支持物从早期较脆易断的熔融石英纤维发展到后来的不锈钢纤维、碳质基体、石墨碳纤维、玻璃—陶瓷棒、改性的笔状铅纤维、硫化铜选择性纤维等，在增加机械强度提高使用寿命的同时，拓展分析范围。SPME-HPLC的传统接口由一个六通阀和脱附室组成，Wu等人采用一根3cm的C8柱、一个十通阀及双泵（解吸泵、分析泵）构造整个解吸及进样系统，有效抑制色谱峰的拓展效应，提高灵敏度，可惜此方法仍沿用手动方式。

4 展望

固相微萃取和液相色谱技术联用的十几年发展进程中，鉴于其操作简单、高效、环保等优点，被广泛应用于各个领域。为进一步推动其发展、扩大其应用范围，SPME-HPLC可朝以下几方面发展：（1）继续发展新型涂层，提高纤维涂层的萃取容量和灵敏度，延长涂层寿命，扩大萃取对象;（2）继续发展在线联用技术，这也是当前检测分析技术的热点。研制易于组装拆卸的接口及接口的商品化和标准化将受到关注，开展联用技術的自动化和数字化研究，仪器设备的微型化和集成化研究，将人为误差降至最低。（3）加强与其他先进的前处理萃取技术（例如超临界流体萃取）的联用研究。相信 SPME-HPLC必定会有更好的发展前景。

参考文献：

[1]王锡昌，陈俊卿.固相微萃取技术及其应用[J].上海水产大学学报，2004，13（4）：348-352.

[2]胡国栋.固相微萃取技术的进展及其在食品分析中应用的现状[J].色谱，2009，27（1）：1-8.

[3]吴继红，胡小松，周珊，等.固相微萃取和气-质联用技术在快速测定苹果中挥发性成分中的应用[J].饮料工业，2003（03）：42-44+50.