液相色谱仪液体样品预处理技术--固相微萃取分析方法
固相微萃取(SPME)装置山手柄(holder)萃取头(fiber)两部分构成(如图1所示),形状类似于一支色谱注射器,萃取头是一根涂有不同色谱固定相或吸附剂的熔融石英纤维,接不锈钢丝,外套细的不锈钢针管(保护石英纤维不被折断及进样),纤维头可在针管内伸缩,手柄用于安装萃取头,可水久使用。
在样品萃取过程中首先将SPME针管穿透样品瓶隔垫,插入瓶中,推手柄杆使纤维头伸出针管,纤维头可以浸入水溶液中(浸入方式)或置于样品上部空间(顶空方式),萃取时间为2～30min,然后缩回纤维头,再将针管退出样品瓶,迅速将SPME针管插入GC仪进样口或HPLC的接口解吸池。推手柄杆,伸出纤维头,热脱附样品进色谱柱或用溶液洗脱目标分析物,缩回纤维头,移去针管。
由不同固定相所构成的萃取头对物质的萃取吸附能力是不同的,故萃取头是整个SPME装置的核心,包括固定相及其厚度的选择两个方面。萃取头的选择由欲萃取组分的分配系数、极性、沸点等参数共同确定。
图1 固相微萃取装置示意图
1—手柄;2—活塞;3—外套;4—活塞固定螺杆;5—Z形沟槽;6—观察窗口;
7—可调节针头导轨/深度标记;8—隔垫穿孔针头;9—纤维固定管;10—弹性硅纤维涂层
一般而言,纤维头上的膜越厚,萃取的目标组分越多,厚膜可有效地从基质中吸附高沸点组分。但是解吸时间相应要延长,并且被吸附物可能被带入下一个样品萃取分析中,薄膜纤维头被用来确保分析物在热解吸时较高沸点化合物的快速扩散与释放。膜的厚度通常在10～100μm之间。
固定相涂层按照聚合物的极性可分为3大类:极性涂层、非极性涂层和中等极性混合型涂层。表1中列出了几种常用萃取头的适用范围及性能。
表1 常用SPME-GC/MS萃取头
萃取头类别 | 具体描述 | 用途 | 极性 | 分子量范围 |
PDMS | 100μm,非键合 | 小分子、挥发性非极性物质 | 非极性 | 60~275 |
30μm,非键合 | 半挥发性、非极性物质 | 非极性 | 80~500 | |
7μm,键合 | 半挥发性、非极性物质 | 非极性 | 125~600 | |
PA | 85μm,部分交联 | 极性半挥发性物质,酚类 | 极性 | 80~300 |
PDMS/DVB | 65μm,部分交联 | 极性半挥发性物质,胺类,硝基芳香类化合物 | 中极性 | 50~300 |
CAR/PDMS | 75μm,部分交联 | 痕量VOC(挥发性有机化合物),气体硫化物 | 中极性 | 30~225 |
DVB/CAR/PDMS | 50μm/30μm,高度交联 | 挥发性物质 | 中极性 | C3~C20 |
CW/DVB | 85μm,部分交联 | 极性物质,尤其是醇类 | 中极性 | 40～275 |
注:PDMS——聚二甲基硅氧烷;CW——聚乙二醇;PA——聚丙烯;DVB——二乙烯苯;CAR碳分子筛。
萃取时间的确定:萃取时间主要是指达到或接近平衡所需要的操作时间。影响萃取时间的主要因素有萃取头的选择、分配系数、样品的扩散系数、顶空体积、样品萃取的温度等。萃取开始时萃取头固定相中物质浓度增加得很快,接近平衡时速度极其缓慢,因此一般的萃取过程不必达到完全平衡,因为平衡之前萃取头涂层中吸附的物质量与其最终浓度就已存在一个比例关系,所以在接近平衡时即可完成萃取操作。视样品的情况不同,萃取时间一般为2～60min。延长萃取时间也无坏处,但要保证样品的稳定性。
萃取温度的确定:萃取温度对吸附采样的影响具有双重性,一方面,温度升高会加快品分子运动,导致液体蒸气压的增大,有利于吸附过程,尤其是对顶空固相微萃取(HS-SPME);另一方面,温度升高也会降低萃取头吸附分析组分的能力,使得吸附量下降。实验过程中还要根据样品的性质而定,一般萃取温度为40～90℃。
样品的搅拌程度:样品经搅拌后可以促进萃取并相应地减少萃取时间,特别是对高分子量和高扩散系数的组分。一般搅拌形式有磁力搅拌、高速匀浆搅拌、超声波搅拌等方式,采取搅拌方式时一定要注意搅拌的均匀性,不均匀的搅拌比没有搅拌的测定精确度更差。
萃取方式、盐浓度和pH:SPME的操作方式有两种,一种为顶空萃取方式,另一种为浸入萃取方式,实验中采取何种萃取方式主要取决于样品组分是否存在蒸气压,没有蒸气压的组分只能采用浸入方式来萃取。在萃取前于样品中添加无机盐可以降低极性有机化合物的溶解度,产生盐析,提高分配系数,从而达到增加萃取头固定相对分析组分的吸附的目的,一般添加无机盐用于顶空方式,对于浸入方式,盐分容易损坏萃取头。此外调节样品的pH可以降低组分的亲脂性,从而大大提高萃取效率,注意pH值不宜过高或过低,否则会影响固定相涂层。
