固相微萃取-液相色谱联用技术研究进展（一）
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
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 ] 。
