固相微萃取技术与应用
固相微萃取技术在水质分析中的应用
固相微萃取技术在水质分析中的应用一、前言水是人类生活中不可或缺的重要物质，然而，随着经济和社会的发展，环境污染问题越来越凸显，水体污染问题日益严重。
为了保护水资源，提高水质量监测的准确性和效率，需要利用现代化的分析技术以及良好的分析方法。
固相微萃取技术（SPE）是一种常用的高效分离、提纯和富集技术，在环境水质分析领域有着广泛应用。
二、固相微萃取技术的基本原理SPE 采用与传统固相萃取（SPE）类似的基本原理，利用柱填充物上的特定吸附剂，将有机化合物从样品中富集，并在适当的洗脱溶剂条件下将吸附物溶解出来，进而进行分析。
相比于传统的固相萃取技术，SPE 使用微小的颗粒作为填充物，比表面积更高，可提供更多的活性吸附相对较弱的物质。
SPE 可以被分为非极性，极性和离子交换三类。
非极性 SPE 主要富集非极性化合物，如多氯联苯，惰性有机物，蜡，类黄酮等，它主要是利用样品中非极性化合物在非极性吸附柱中的吸附能力强于其他的成分，从而实现分离；极性SPE 主要富集极性化合物，如吲哚，麻黄素，毒菇碱等，它利用特定的吸附柱（如氟化硅胶或离子交换树脂）的极性表面，特异性地吸附极性化合物；离子交换 SPE 主要富集离子化合物，比如草甘膦，农药，重金属等，它利用带电的离子吸附柱上的异味，通过离子交换吸附分离离子抽取物和其他基质成分。
三、固相微萃取技术在水质分析中的应用1、水中有机物的分析水中的有机物污染物种繁多，常见的有农药、挥发性有机物（VOCs）、多环芳烃（PAHs）、聚氯联苯（PCBs）等。
恰当的富集、分离和提取方法对检测分析有机污染物的精度和准确性至关重要。
固相微萃取技术具有高富集因子，对弱极性和极性化合物的富集效果好，因此被广泛应用于水样中有机污染物的分析。
2、水中金属元素的分析水中金属元素污染严重影响到生态环境、人类健康等方面，因此，对水中重金属元素的检测也越来越受到关注。
固相微萃取技术在水中重金属元素富集提取方面具有很好的分离和富集能力，并且可以与其他分析技术耦合使用，如电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）等分析技术，使检测结果更加准确。
固相萃取与固相微萃取应用之原理
固相萃取与固相微萃取应用之原理一固相萃取固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE）是一种基于液-固分离萃取的试样预处理技术，由柱液相色谱技术发展而来。
SPE技术自70年代后期问世以来，由于其高效、可靠及耗用溶剂量少等优点，在环境等许多领域得到了快速发展。
在国外已逐渐取代传统的液-液萃取而成为样品预处理的可靠而有效的方法。
SPE技术基于液相色谱的原理，可近似看作一个简单的色谱过程。
吸附剂作为固定相，而流动相是萃取过程中的水样。
当流动相与固定相接触时，其中的某些痕量物质（目标物）就保留在固定相中。
这时用少量的选择性溶剂洗脱，即可得到富集和纯化的目标物。
固相萃取可分为在线萃取线萃取前者萃取与色谱分析同步完成；而后者萃取与色谱分析分步完成，两者在原理上是一致的。
一般固相萃取的操作步骤包括固相萃取柱（即吸附剂）的选择、柱子预处理、上样、淋洗、洗脱。
在实验过程中需要具体考虑的因素如下：1）吸附剂的选择a.传统吸附剂在环境分析中最为常用的反相吸附剂较适用于水样中的非极性到中等极性的有机物的富集和纯化。
其中有代表性的键合硅胶C18和键合硅胶C8等。
该类吸附剂主要通过目标物的碳氢键同硅胶表面的官能团产生非极性的范德华力或色散力来保留目标物。
正相吸附剂包括硅酸镁、氨基、氰基、双醇基键合硅胶及氧化铝等，主要通过目标物的极性官能团与吸附剂表面的极性官能团的极性相互作用（氢键作用等）来保留溶于非极性介质的极性化合物。
由于其特殊的作用原理，在环境分析中常用于与其它类型的吸附柱联用，吸附去除干扰物，实现样品纯化。
离子交换吸附剂则主要包括强阳离子和强阴离子交换树脂，这些树脂的骨架通常为苯乙烯-二乙烯基苯共聚物，主要是通过目标物的带电荷基团与键合硅胶上的带电荷基团相互静电吸引实现吸附的。
b.抗体键合吸附剂（Immunosorbents-IS）这类新型吸附剂充分利用了生物免疫抗原-抗体之间的高灵敏性和高选择性，尤其适应于水中痕量有机物的富集与分离。
固相微萃取技术及其在分析中的应用
固相微萃取技术及其在分析中的应用(综述)作者：杨大进方从容王竹天来源：中国食品卫生杂志打印本文收藏到我摘收藏到新浪固相微萃取（Solid－Phase Microextraction，简写为SPME）是近年来国际上兴起的一项试样分析前处理新技术。
1990年由加拿大Waterloo大学的Arhturhe和Pawliszyn首创，1993年由美国Supelco公司推出商品化固相微萃取装置，1994年获美国匹兹堡分析仪器会议大奖。
〔1〕固相萃取是目前最好的试样前处理方法之一，具有简单、费用......固相萃取是最好的试样前处理方法之一，具有简单、费用少、易于自动化等一系列优点。
而固相微萃取是在固相萃取基础上发展起来的，保留了其所有的优点，摒弃了其需要柱填充物和使用溶剂进行解吸的弊病，它只要一支类似进样器的固相微萃取装置即可完成全部前处理和进样工作。
该装置针头内有一伸缩杆，上连有一根熔融石英纤维，其表面涂有色谱固定相，一般情况下熔融石英纤维隐藏于针头内，需要时可推动进样器推杆使石英纤维从针头内伸出。
分析时先将试样放入带隔膜塞的固相微萃取专用容器中，如需要同时加入无机盐、衍生剂或对pH值进行调节，还可加热或磁力转子搅拌。
固相微萃取两步，第一步是萃取，将针头插入试样容器中，推出石英纤维对试样中的分析组分进行萃取；第二步是在进样过程中将针头插入色谱进样器，推出石英纤维中完成解吸、色谱分析等步骤。
固相微萃取的萃取方式有两种：是石英纤维直接插入试样中进行萃取，适用于气体与液体中的分析组分；另一种是顶空萃取，适用于所有基质的试样中挥发性、半挥发性分析组分。
1原理固相微萃取主要针对有机物进行分析，根据有机物与溶剂之间“相似相溶”的原则，利用石英纤维表面的色谱固定相对分析组分的吸附作用，将组分从试样基质中萃取出来，并逐渐富集，完成试样前处理过程。
在进样过程中，利用气相色谱进样器的高温，液相色谱、毛细管电泳的流动相将吸附的组分从固定相中解吸下来，由色谱仪进行分析。
固相萃取技术与应用
固相萃取技术与应用
固相萃取技术是一种常用的样品前处理方法，用于分离、富集和净化目标化合物。
其基本原理是利用吸附剂（固相材料）对溶液中的目标化合物进行选择性吸附，并将其与其他成分分离。
固相材料常采用多孔性或非孔性材料，如硅胶、聚合物、环氧酚醛树脂等。
固相萃取技术主要包括两种形式：固相微萃取和固相萃取柱。
固相微萃取是将固相材料固定在适当的支撑体上，形成微量固相吸附剂，通过直接接触或间接扩散的方式，实现目标化合物的富集。
固相萃取柱则是将固相材料填充在柱内，通过液相的力驱动目标化合物在固相上进行吸附和洗脱。
固相萃取技术广泛应用于环境分析、食品安全、药物代谢研究等领域。
在环境领域，固相萃取常用于水体和土壤中有机物的萃取和浓缩，如挥发性有机物、农药残留等。
在食品安全领域，固相萃取被用于食品中有毒有害物质残留的分析，如重金属、农药残留、塑化剂等。
在药物代谢研究中，固相萃取则用于体内和体外样品中药物及其代谢物的富集。
固相萃取技术具有操作简单、富集效果好、选择性强等优点，因此得到了广泛的应用和发展。
未来，固相萃取技术还有望在蛋白质富集、环境污染物分析和分离纯化等方面有更多的应用。
固相微萃取(SPME)技术
酚类
酚类不仅是医药、染料、化工的中间体，而且还可 作杀虫剂和农药，如五氯酚是木材的防腐剂，饮用水氯 化处理产生卤代酚等。由于酚类化合物毒性较大，美国 EPA已将11种酚类化合物列入优先监测的有机污染物。 采用固相萃取（SPE）水中ng级的酚类化合物，结合 HPLC/紫外检测器分析，无需衍生化即可使苯酚等11种 酚类化合物获得良好的分离。
C8、氰基、苯基、双纯基填料、活性碳、硅胶、 氧化铝、硅酸镁、高分子聚合物、离子交换树脂、排 阻色谱吸附剂、亲和色谱吸附剂等。
★常用洗脱溶剂有：甲醇、水、乙酸、丙醇、异 丁醇、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、乙醚、苯、甲苯、 四氯化碳、环己烷、正己烷等。
4、 SPE的操作步骤及方法的建立：
SPE操作步骤包括有柱预处理、加样、洗去干扰物和 回收分析物四个步骤。
（1）柱预处理
以反相C18SPE柱的预处理为例。先使数毫升的甲醇通 过萃取柱，再用水或缓冲溶液顶替滞留在柱中的甲醇。柱 预处理有两个目的：
★除去填料中可能存在的杂质；
★使填料溶剂化，提高固相萃取的重现性。
填料未经预处理或未被溶剂润湿，能引起溶质过早穿 透，影响回收率。
（2）加样
预处理后，试样溶液被加至并通过SPE柱，在该步骤， 分析物被保留在吸附剂上。
例3. 固相萃取技术在水体有机物分析中的应用（董玉瑛
等，环境科学进展，1999，7（4）：84-90）分析。
1、实验方法：用甲醇活化了的SPE(C18 ) 柱富集1L 水 样中PCOCs (控制流速在1L/h) ,提取结束时将柱用氮气 吹干后,分别以二氯甲烷、二氯甲烷：正己烷(1：1) 各 5ml 进行洗脱(控制流速2ml/min) ,洗脱液经无水硫酸钠 脱水后,进行旋转蒸发,浓缩约至0. 5ml 时,加入150μl 壬 烷,再继续旋转蒸发浓缩约至200μl ,改用N2 缓慢吹至 100μl 左右。加入含有五氯甲苯(PCT) 和十氯联苯(DCB) 两种内标物的混合液10μl (浓度为:10ng/μl) ,充分均匀后, 转入小样品瓶中,进行GC 分析。
固相微萃取原理及使用
固相微萃取原理及使用固相微萃取（SPME，Solid-Phase Microextraction）是一种新型的样品前处理技术，通过固定在纤维上的固相吸附剂从气态、液态或固态样品中萃取目标分析物，并将其直接转移到气相色谱仪（GC）或液相色谱仪（LC）进行定性和定量分析。
固相微萃取的原理基于固相吸附剂对目标分析物的亲合性。
通常使用的固相吸附剂是聚二甲基硅氧烷（PDMS）或其他官能化的聚合物。
PDMS 纤维富含非极性表面，能够吸附疏水性的目标分析物。
在样品中，目标分析物与固相吸附剂表面发生吸附作用，达到平衡后，可以将纤维直接放入分析仪器进行进一步分析。
固相微萃取的使用步骤包括样品处理、纤维曝气和分析步骤。
样品处理通常涉及样品的预处理，如溶解、稀释、搅拌等，以便将目标分析物从样品基质中释放出来。
然后将固相吸附剂纤维插入样品中，使其与目标分析物接触，并允许吸附达到平衡。
曝气步骤是将纤维暴露在空气或惰性气体中，以去除吸附在纤维上的水分和挥发性杂质。
最后，将纤维放入色谱仪进行分析。
固相微萃取的优点包括简便、快速、高效、灵敏、环境友好以及无需有机溶剂等。
相比于传统的样品前处理方法，如液-液萃取和固相萃取，固相微萃取不需要大量的溶剂、操作步骤和设备，大大简化了样品前处理的流程。
此外，由于固相微萃取仅使用微量吸附剂，其分析结果更具可重复性和可比性。
同时，固相微萃取可以在不破坏或减少样品中目标分析物含量的情况下实现富集，避免了样品基质对分析结果的干扰。
固相微萃取在环境、食品、生物、医药等领域中得到了广泛应用。
例如，可以用于食品和饮料中残留农药和有害物质的分析，环境水样中的挥发性有机物的监测，空气中的挥发性有机物的测定，以及生物样品中药物或代谢物的分析等。
此外，固相微萃取还可以与其他技术结合，如气相色谱质谱联用、高效液相色谱质谱联用等，以实现更高的分析灵敏度和选择性。
总之，固相微萃取是一种新颖的样品前处理技术，具有简便、高效、灵敏且环境友好的特点，被广泛应用于各种样品的分析和监测，并为分析化学领域带来了极大的便利。
固相微萃取原理及使用
四、SPME的影响因素
萃取温度
• 温度是直接影响分配系数的重要参数 • 升高温度会促进挥发性化合物到达顶空及萃取纤
维表面，然而SPME表面吸附过程一般为放热反应， 低温适合于反应进行
四、SPME的影响因素
萃取时间
• 不同的待测物达到动态平衡的时间长短,取决于物 质的传递速率和待测物本身的性质、萃取纤维的 种类等因素。
五、SPME与分析仪器的联用技术
• SPME-GC技术 • SPME-HPLC技术 • SPME-MS技术 • SPME/EC联用
固相微萃取与气相色谱技术的联用
SPME-GC SPME与GC联用是研究最早也是目前
发展得最成熟的技术。这一领域的研究目 前主要集中在接口研制、萃取头的制备。
采用顶空法（headspace），吸附具有 挥发性或半挥发性的化合物；再在GC的气 化室里脱附气化进行分析。
SPE
SPME
例2. 固相萃取搅拌棒萃取-气相色谱分析海水中的多环芳烃
（3）
由于V1«V2，式3中C1 • V1 2可忽略，整理后得：
WS =K • C0 • V1
（4）
二、SPME的原理
由式（4）： WS =K • C0 • V1 ，可知WS与C0呈线性关系，并 与K和呈正比。决定K值的主要因素是萃取头固定相的类型，因 此，对某一种或某一类化合物来说选择一个特异的萃取固定相 十分重要。萃取头固定液膜越厚， WS越大。由于萃取物全部进 入色谱柱，一个微小的固定液体积即可满足分析要求。通常液 膜厚度为5-100um，这一已比一般毛细管柱的液膜厚度（0.21um）厚得多。
三、SPME装置及萃取步骤方法
该装置类似微量注射器， 由手柄和萃取头（纤维头）两 部分组成。萃取头是一根长约 1cm、涂有不同固定相涂层的 溶融石英纤维，石英纤维一端 连接不锈钢内芯，外套细的不 绣钢针管（以保护石英纤维不 被折断）。手柄用于安装和固 定萃取头，通过手柄的推动， 萃取头可以伸出不锈钢管。
固相萃取基本原理与应用
固相萃取基本原理与应用固相萃取（Solid-Phase Extraction，SPE）是一种常用的样品前处理技术，用于分离和富集目标物质。
固相萃取基于样品中不同成分的物理化学性质的差异，通过选择或调整萃取剂和固相材料，实现对目标物质的选择性富集和净化。
固相萃取广泛应用于环境监测、食品安全、药物分析、生物医学等领域，其原理和应用如下：1.基本原理固相萃取的基本原理是通过液相萃取的方式将待分析样品中的目标化合物以固相吸附剂的形式富集在其表面，而非直接溶解在溶剂中。
固相吸附剂通常为固体颗粒，其表面具有一定的化学性质，使其可以选择性吸附目标物质。
固相吸附剂选择应根据目标物质的化学性质、样品基质的复杂性以及目标物质与基质之间的亲疏水性等因素进行合理选择。
固相萃取通常包括以下几个步骤：样品预处理、样品加载、洗脱和目标物质的Elution。
首先，在样品处理之前需要对样品进行预处理，如固体样品的研磨和溶液样品的过滤。
然后，将样品与固相吸附剂接触，目标物质由样品基质中被吸附在固相吸附剂上。
洗脱步骤是为了去除干扰物质，保留目标物质。
最后，目标物质以合适的溶剂进行洗脱，得到净化的目标物质。
2.应用领域固相萃取广泛应用于不同领域的样品前处理和分析中。
以下是一些常见的应用：2.1环境监测固相萃取在环境监测中扮演了重要角色。
它可以应用于水体、土壤、大气等样品中有机污染物的富集和分离。
比如，对于水样品，固相萃取通常用于分离和测定有机污染物如农药、药物残留、挥发性有机物等。
2.2食品安全固相萃取在食品安全领域中也有广泛应用。
食品中的农药残留、有害物质和食品添加剂等可通过固相萃取富集和分离。
固相萃取的优点在于其选择性、灵敏度和高效性，可以满足对食品安全的严格监测要求。
2.3药物分析固相萃取在药物分析领域也有重要应用。
药物在生物样品中的富集和分离可通过固相萃取实现。
例如，对于尿液样品，固相萃取被广泛应用于药物代谢产物、毒性物质和药物残留的分析。