固相微萃取-液相色谱联用技术研究进展（二）
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。
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
