SPME vs Needle Trap：痕量VOCs该如何选前处理方法？

随着人们对绿色环保的重视，新的萃取技术追求小型化、无溶剂、简便，包括固相微萃取（SPME）和动态捕集针技术（Needle trap，NT）。分析痕量挥发性有机物，该这如何选择合适的前处理技术呢？我们先来分别了解一下这两种技术。

固相微萃取SPME

固相微萃取(Solid Phase micro extraction,SPME)原理: 通过纤维头上的涂层，直接浸入式或顶空式萃取待测物，依赖于涂层和样品之间的分配平衡，SPME纤维头插入GC进样口热解析后，分析物导入GC。

图1：固相微萃取SPME

公式（1）：

Kfs：目标物在样品中的分配系数

Vf：涂层体积

Vs：样品体积

C0：样品的初始浓度

固相微萃取的特点：

1. 非完全萃取，也称平衡萃取，灵敏度受样品与涂层之间的分配系数（Kfs）影响，；

2. 萃取量与样品体积无关，适用于野外采样；

3. 被动吸附，对于浓度非常低的样品，采样时间过长；

4. 仅能萃取游离化合物；

5. 多数用于实验室分析或借助便携式GC-MS现场分析。

动态捕集针 Needle trap

动态针捕集 (Needle Trap,NT)原理：把固体吸附剂装填在一根22号或23号规格的针内，通过注射器或采样器与针相连进行主动吸附气态样品，样品流连续地从针内穿过，目标物被针内的吸附剂所富集，由于NT针的规格与气相色谱进样针相似，可以直接将NT针插入GC进样口热解析，分析物导入GC分析。

图2：动态捕集针Needle Trap

公式（2）：

Vs：样品体积

C0：样品的初始浓度

动态针捕集的特点：

1. 完全萃取，灵敏度不受Kfs分配系数影响；

2. 萃取量与样品体积有关，可通过增加样品体积而提高灵敏度；

3. 主动吸附，特别适用于浓度非常低的样品，如植物源、昆虫中的挥发性有机物，可通过调节采样速率缩短采样时间，仅需少量样品即可实现高灵敏度；

4. 可萃取游离和与颗粒结合的化合物，如烟雾颗粒中的丙烯菊酯；

5. 兼容实验室分析和现场采样&分析。

Needle Trap VS SPME     

为了让大家更直观的了解Needle Trap和SPME的差别，帮助您选择出适合的前处理技术，我们特整理了下面这张对比表。

表1：SPME vs Needle Trap对比

总结

与固相微萃取相比，Needle trap动态捕集针的区别在于，它是一种完全萃取技术，分析挥发性较强的物质，可以通过增加样品体积提高灵敏度。同时简化了校准方法，允许富集颗粒结合的化合物，意味着可萃取气溶胶中的挥发性有机物。

Needle trap和SPME，具有一定互补性

采用SPME和Needle trap技术对大蒜油[1]、薄荷[2]、老鹰茶[3]等风味物质进行分析鉴定，动态针捕集技术能萃取到更多香气成分，在富集挥发性香气物质用于鉴定分析方面表现更强的完整性，和固相微萃取技术有一定的互补性，特别适用于非靶向研究或复杂基质的研究。

关于Needle trap技术

Needle trap技术提供更全面的检测结果

蚊香[4]样品使用固相微萃取（SPME）和动态针捕集（Needle trap）技术想结合来简单快速地测定游离和颗粒结合的化合物。下图结果表明，SPME对极易挥发的物质，由于Kfs值低，所以萃取效果不是很好，半挥发性物质因为挥发性弱，也不容易被萃取，对位于色谱图中间的挥发性有机物具有较高的萃取效率。NTD由于萃取相体积较大，对更易挥发的化合物的萃取率较高，而对颗粒结合的丙烯酸酯有更高的提取效率。

Needle trap技术可复合多种吸附剂涵盖更广的吸附范围

Needle trap技术可以复合多种不同的吸附剂填充在动态捕集针内，从而实现宽沸点范围（30-250℃）和更宽习性范围的化合物。常见的组合为Tenax TA(弱吸附剂)&Carbopack X或Carboxen1016（中等吸附剂）&Carboxen1000(强吸附剂)，对整个沸点范围内的挥发物有更好的萃取效果。

Needle trap应用范围

NTDs被广泛用于不同类型样品，在固体和液体样品中提取挥发性和半挥发性化合物气态化合物的应用，包括呼吸气、香气（植物，食品）、环境（水，土壤，空气等）和生物（尿液，血液等）等基质，表2[5]列出各种吸附剂类型用于不同基质的分析。

表2：Needle Trap应用举例

Needle trap（NT）动态针捕集技术

Sampling Case 动态针捕集采样器

Needle trap（NT）动态针捕集技术是一种新型的挥发性有机物（VOCs）的前处理手段，小型化的针捕集形式，是萃取气态混合物全新的选择。

参考文献：

[1] 乙醇浸提大蒜油工艺的研究及ＧＣ－ＭＳ呈香成分分析[J],中国调味品, 2017,４２(２):19-23;

[2] Needle trap－GC－MS 法分析云南不同产地薄荷的挥发性成分[J],云南大学学报,2015,37(2):265- 271;

[3] 老鹰茶游离和键合态挥发性成分的分析[J], 食品与发酵工业,2019 , 45 ( 3):254-259；

[4] Vadoud H. Niri, In-Yong Eom,Farhad Riazi Kermani,Janusz Pawliszyn;Sampling free and particle-bound chemicals using solid-phase microextraction and needle trap device simultaneously, J. Sep. Sci. 2009, 32, 1075 – 1080;

[5] Shakiba Zeinali, Janusz Pawliszyn ， Protocol for a needle-trap device coupled to GC for the analysis of volatile and semi-volatile compounds in solid and liquid samples,Green Analytical Chemistry 2，2022.