固相微萃取SPME技术
固相微萃取SPME
其它领域的应用
SPME在日用品有害物质的质量监测，纺织品 中偶氮染料的测定，建材中甲醛的分析以及烟 叶中有机酸含量的分析等各个方面都被广泛应 用。
第四组
展望
随着人们所面对的分析体系越来越复杂，人们采 用的分析手段越来越高。固相微萃取技术作为一 种真正的无溶剂萃取技术，随着性能更好的萃取 头涂层材料的出现，其技术、仪器装置等的不断 完善，它必将拥有更为广阔的发展前景。
第四组
顶空萃取（HS-SPME）
在顶空萃取模式中，萃取过程可以分为两个步骤：① 被分析组分从液相中先扩散穿透到气相中；②被分析 组分从气相转移到萃取固定相中。这种改型可以避免 萃取固定相受到某些样品基质（比如人体分泌物或尿 液）中高分子物质和不挥发性物质的污染。在该萃取 过程中，步骤②的萃取速度总体上远远大于步骤①的 扩散速度，所以步骤①成为萃取的控制步骤。因此挥 发性组分比半挥发性组分萃取速度快。实际上对于挥 发性组分而言，在相同的样品混匀条件下，顶空萃取 的平衡时间远远小于直接萃取平衡时间。
当萃取达到平衡时，进入萃取相的分析物的量为： N=KfsV1CoV2/（KfsV1+V2）
其中，Co为萃取前分析物在样品中的浓度；Kfs 为分析物在萃取相和试样间的分配系数； V1 为 萃取相的体积；V2为样品的体积。
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固相微萃取装置
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固相微萃取装置
SPME的装置由手柄和萃取纤维头两 部分构成,纤维头是一根1cm长涂有 不同色谱固定液的熔融石英纤维,装 在类似于微量注射器的针管内,针管 可以保护纤维头不易折断,当针头穿 过样品瓶中,压下管芯,使纤维头从针 管中伸出,浸入溶液中(浸入方式)或 置于易挥发样品的上部空间(顶空方
第四组
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固相微萃取技术
2.3 样品衍生化技术
在样品基质中直接进行衍生化。 在样品基质中直接进行衍生化。 在SPME萃取涂层纤维上进行衍生化：萃取的 SPME萃取涂层纤维上进行衍生化 萃取涂层纤维上进行衍生化： 同时衍生化、先萃取再进行衍生化。 同时衍生化、先萃取再进行衍生化。 在GC进样室中进行衍生化。 GC进样室中进行衍生化 进样室中进行衍生化。
萃取方式更灵活
与色谱联用为主
②
萃取方法
分离富集效果提高
SPME的发展 SPME的发展
1 装置改进技术
（1）萃取头内部冷却装置 ）
（2）萃取头内部加热装置 ）
（3）萃取头形式的改进 ）
2 方法改进技术
2.1 缩小液上空间技术
在样品瓶侧壁开孔，使SPME从侧面插入。 从侧面插入。 在样品瓶侧壁开孔， SPME从侧面插入 使纤维萃取头与顶空充分接触， 使纤维萃取头与顶空充分接触，又可以避免顶 空中浓度梯度带来的影响。 空中浓度梯度带来的影响。 有效地提高萃取效率。 有效地提高萃取效率。
3 联用技术的发展
3.1 SPME-GC SPME传统的SPME装置可在气相色谱仪的进样口直接 传统的SPME装置可在气相色谱仪的进样口直接 进样，不存在接口问题； 进样，不存在接口问题； SPME-GC是最早发展 较为完善、 SPME-GC是最早发展，较为完善、广泛应用的 是最早发展， 联用技术，现在也在不断地改进中； 联用技术，现在也在不断地改进中； 管内SPME技术： in-tube-SPME） 管内SPME技术：（in-tube-SPME）与气相色谱 技术 联用。 联用。
SPME商品化涂层缺点： SPME商品化涂层缺点： 商品化涂层缺点
1 推荐使用的温度偏低（200－280℃ 推荐使用的温度偏低（200－280℃）
固相微萃取分享
固相微萃取SPME是在固相萃取基础上 发展起来的一种新的萃取分离技术，SPME 是靠固体吸附剂萃取, 但SPME固体吸附剂 是一段细纤维表面涂层，涂层一般是高表 面积多孔聚合物材料。
萃取原理
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“相似者相溶”的 原则，基于萃取涂层与样品之间的吸附/溶 解-解吸平衡而建立起来的集进样、萃取、 浓缩功能于一体的技术。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。
类似现象的出现。
3. 农药残留分析中的应用
有机磷农药在世界上生产和使用最多 , 但目前低浓度、难挥发、热不稳定和强极 性农药分析方法不十分理想.
1994年固相微萃取技术首次应用在有机 磷农药的分析中 , EVSOR等用100μm聚二 甲基硅氧烷萃取头萃取河水中六种有机磷 农药.此后 ,固相微萃取技术在有机磷农药残 留分析中的应用日益增多
为了提高分析方法的敏感性及选择性， 在食品香味成分分析前常需对样品预纯化 或预浓缩富集。
天然调料中的风味物质分析
样品中的小分子成分挥发快，SPME平衡时 间较短；增加顶空气体流动，可以提高吸附速率。
SPME优点： 1.敏感
2.操作步骤少、省时省力 3.不会引入任何干扰物于分析体系 4.避免了在水蒸汽蒸馏时形成水解或重排产物等
表１萃取平衡时间对萃取量的影响曲线
Table 1 Effect of balance time on extraction 单位：mv·s
10min 20min 30min 40min 50min
DCP
18.1
28
30
31
31.5
TCP
24
35
39
40
GC-MS分析样品前处理方法——固相微萃取（SPME）
GC-MS分析样品前处理⽅法——固相微萃取（SPME）固相微萃取（Solid－Phase Microextraction，简写为SPME）是⽬前较为常⽤的⾹⽓⾹味提取技术，具有简单，快速，集采样、萃取、浓缩、进样与⼀体的特点。
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。
内容提要：⼀、固相微萃取 (SPME)基本原理⼆、固相微萃取(SPME)操作⽅法三、固相微萃取(SPME)特点四、固相微萃取(SPME)应⽤范围五、固相微萃取(SPME)操作条件选择六、固相微萃取(SPME)操作注意事项七、固相微萃取(SPME)定量⽅法⼋、固相微萃取(SPME)⼲扰物九、固相微萃取(SPME)应⽤实例⼀固相微萃取 (SPME)基本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“相似者相溶”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将吸附的组分从固定相中解吸下来，由GC/GCMS来进⾏分析。
⼆固相微萃取(SPME)操作⽅法有⼿动和全⾃动两种⽅式，下⾯以⼿动操作为例。
1、样品萃取①将SPME针管穿透样品瓶隔垫，插⼊瓶中。
②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），萃取时间⼤约2-30分钟。
③缩回纤维头，然后将针管退出样品瓶2、GC/GCMS分析①将SPME针管插⼊GC/GCMS仪进样⼝。
②推⼿柄杆，伸出纤维头，热脱附样品进⾊谱柱。
③缩回纤维头，移去针管。
3、全⾃动固相微萃取(SPME)，⾃动提取和进样解析：三固相微萃取(SPME)特点简单，快速，集采样、萃取、浓缩、进样与⼀体。
⼀般不需要有机溶剂。
⼀般⾹⽓⾹味组分（挥发性特强的部分除外）提取⽐静态顶空的灵敏度⾼好多倍或能够提取出来。
色谱科supelco 固相微萃取
色谱科Supelco固相微萃取一、概述色谱科（Supelco）是美国Sigma-Aldrich公司旗下的一个部门，主要致力于提供高质量的色谱产品和技术解决方案。
在色谱科的产品线中，固相微萃取（Solid Phase Microextraction, SPME）是一项重要的技术。
本文将对色谱科Supelco固相微萃取技术进行介绍，以及其在实际应用中的优势和发展前景。
二、固相微萃取概述1. 定义：固相微萃取是一种基于吸附分离原理的前处理技术，利用固相微萃取针（SPME fiber）将目标物质浓缩在针端上，达到富集和分离的作用。
2. 原理：SPME技术主要依赖于固相萃取材料对目标化合物的亲和力，通过吸附和解吸过程实现分析物质的富集和提取。
3. 类型：根据不同的固相材料和萃取方式，固相微萃取可分为直接固相微萃取、头空间固相微萃取、固相柱微萃取等不同类型。
三、色谱科Supelco固相微萃取技术1. 产品线：色谱科Supelco在固相微萃取领域拥有多种产品，包括SPME fiber、SPME针、SPME萃取仪等，涵盖了不同应用需求。
2. 技术优势：a. 高选择性：SPME fiber材料具有不同的亲和性，可选择性地提取目标化合物，减少干扰物质的干扰。
b. 高灵敏度：SPME技术能够将目标物质集中在针端，使样品预处理更为简化，提高了后续分析的灵敏度。
c. 环保节能：SPME技术可以在无需有机溶剂的情况下完成萃取和浓缩，符合绿色分析化学的发展理念。
3. 应用领域：色谱科Supelco固相微萃取技术在环境监测、食品安全、生物医学、药物分析等领域得到了广泛的应用，并取得了显著的效果。
四、色谱科Supelco固相微萃取技术的发展前景1. 技术改进：随着色谱科Supelco在固相微萃取领域的持续投入，技术不断改进，产品性能和稳定性得到了提升。
2. 专业定制：色谱科Supelco可以根据客户的具体需求，提供个性化的固相微萃取解决方案，满足复杂样品分析的要求。
固相微萃取
主要内容
一．概述 二．SPME的原理 三．SPME装置及萃取步骤方法 四．SPME的影响因素 五．SPME与分析仪器的联用技术 六．SPME的应用 七．SPME的发展前景
一、概述
与固相萃取技术相比其特点：
固相微萃取操作更筒单、 携带更方便、操作费用也更 加低廉，另外克服了固相萃 取回收率低、吸附剂孔道易 堵塞的缺点，因此成为目前 所采用的试样预处理中应用 最为广泛的方法之一。 SPME已开始应用于分析水、 土壤、空气等环境样品的分 析。
设固定相所吸附的待测物的量为WS，因待测物总量在萃取 前后不变 ，固得到：
C0•V2=C1 •V1+C2 •V2
（1）
式中， C0是待测物在水样中的原始浓度； C1 、 C2分别为 待测物达到平衡后在固定相和水相中的浓度； V1 、 V2分别为 固定相液膜和水样的体积。
二、SPME的原理
吸附达到平衡时，待测物在固定相与水样间的分配系数K 有如下关系：
一、概述
固相微萃取(solid phase microextraction）
• 1989年；Pawliszyn首次开发研究 • Supelco1993年推出了商品化的SPME装置 • 1995年Pawliszyn等；空气中苯系物分析；SPME在气相
色谱中快速进样装置； 萃取丝内用CO2冷却装置 • 1997年Pawliszyn等；测定病人呼吸气中一些成分的
涂层的选择和设计可以基于色谱经验，一般来说，不同种 类的分析物要选择不同性质的涂层材料，选择的基本原则是 “相似相溶”。选择涂层时应注意： • 对有机分子有较强的萃取富集能力 • 合适的分子结构，有较快的扩散速度 • 良好的热稳定性
涂层介绍
固相微萃取 环糊精 多环芳烃
固相微萃取环糊精多环芳烃
固相微萃取（SPME）是一种无溶剂的样品净化和预处理技术，常
用于环境分析、食品安全和生命科学研究中。
该技术通过在纤维上涂
覆吸附剂，将目标化合物从样品中吸附到纤维上，并通过吸附剂的选
择性特性来选择性富集目标化合物。
环糊精是一种具有空心环形结构的天然配合物，可以形成包络复
合物，通过包络效应提高分析物的稳定性和选择性。
在固相微萃取中，环糊精通常用作纤维涂层的一部分，以增强对目标化合物的吸附能力。
多环芳烃（PAHs）是一类广泛存在于环境中的有机化合物，由苯
环和脂环结构组成。
PAHs常用于环境污染的评估和监测，因为它们具
有持久性、生物累积性和毒性。
在固相微萃取中，环糊精可以用来选
择性吸附和富集PAHs，以增强其检测和测量的敏感性和准确性。
固相微萃取技术结合环糊精和多环芳烃分析，可以实现样品的净化、预处理和富集，为环境和食品安全领域的分析提供一种高效、无
溶剂的方法。
固相微萃取
固相微萃取8．1．4．1 固相微萃取的原理固相微萃取(solid—phase microextraction，SPME)技术是20世纪90年代初期兴起的一项样品前处理与富集技术，它最先由加拿大Waterloo大学Pawliszyn教授的研究小组于1989年首次研制成功，属于非溶剂型选择性萃取法，是一种集采样、萃取、浓缩、进样于一体的分析技术。
SPME装置略似进样器，在特制注射器筒内的不锈钢细管顶端分别连接一根穿透针和纤维固定针，针头上连接一根熔融石英纤维，上面涂布一层多聚物固定相，注射器的柱塞控制纤维的进退。
当纤维暴露在样品中时，涂层可从液态／气态基质中吸附萃取待测物，经过一段时间后，已富集了待测物的纤维可直接转移到仪器(通常是气相色谱仪，即SPME—GC) 中，通过一定的方式解吸附，然后进行分离分析。
典型的SPME装置如图8一12所示。
SPME熔融石英纤维涂布固定相与样品或其顶空充分接触，待测物在两相间分配达到平衡后，两相中待测物浓度关系如下式：N。
一KⅥV。
C。
／(KU+V。
) (8—2)式中，N。
为固定相中待测物的分子数；K为两相间待测物的分配系数；V。
为固定液体积；U为样品体积；c。
为样品中待测物浓度。
因为U》V。
，故式(8—2)可简化为：N。
=Ku％(8-3)由式(8-3)可知，固定液吸附待测物分子数与样品中待测物浓度呈线性关系，即样品中待测物浓度越高，SPME吸附萃取的分子数越多。
当样品中待测物浓度一定时，萃取分子数主要取决于固定液体积和分配系数。
同时，方法的灵敏度和线性范围的大小也取决于这两个参数。
固定液厚度越大(即y。
越大)，萃取选择性越高(K越大)，则方法的灵敏度越高。
由此可见，选择合适的固定液对于萃取结果是很重要的。
目前，SPME装置已实现商品化。
该装置主要由两部分组成：一部分是作为支撑用的微量注射器底座；另一部分是类似于注射针头形状的熔融石英纤维，其半径一般为15mm，上面涂布着固定体积(／g 度为10～100ttm)的聚合物固定液。
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（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。
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加到萃取柱上的试样量取决于萃取柱尺寸（填料量）和类 型、在试样溶剂中试样组分的保留性质和试样中分析物及基质 组分的浓度。
（3）除去干扰杂质
用中等强度的溶剂，将干扰组分洗脱下来，同时保持分析 物仍留在柱上。对反相萃取柱，清洗溶剂是合适浓度有机溶剂 的水或缓冲溶液，通过调节清洗溶剂的强度和体积，尽可能地 除去能被洗脱的杂质。
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。
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4、 SPE的操作步骤及方法的建立：
固相微萃取技术
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前言
试样的预处理是样品分析中至关重 要的一环，传统的样品预处理方法往 往手续复杂、耗时。具有溶剂消耗量 少、对样品污染少、预处理时间短等 优点的固相萃取技术已广泛地应用于 环境的监测与分析中，成为一种常规 分析方法。
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固相萃取（SPE）及固相微萃取 （SPME）技术简介
环境水样从野外采集后，由于条件限制不能马上分 析，需存放在冰箱内送往实验室，造成运输、保存的极 大困难。而固相萃取技术可以在野外直接萃取水样，将 萃取后的介质送往实验室，这样，不但极大地缩小了样 品体积，方便运输，而且污染物吸附在固相介质上比存 放在冰箱的水样中更为稳定。
（2）除环境水样外，SPE也被用于大气样品的前处 理，用于萃取大气污染物。
为： （1）从试样中除去对以后分析有干扰的物质； （2）富集痕量组分，提高分析灵敏度； （3）变换试样溶剂，使之与分析方法相适应； （4）原位衍生； （5）试样脱盐； （6）便于试样的储存和运送。
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2、固相萃取的基本原理：
固相萃取的原理与液相色谱分离过程相仿，是一种吸 附剂萃取，主要用于液体样品的处理。
A：当试样通过装有合适的固定相时，被测组分由于 与固定相作用力较强而被吸附留在柱上，并因吸附作用力 的不同而彼此分离，样品基质及其他成分与固定相作用力 较弱而随水流出萃取柱。
B：被萃取组分用少量的选择性溶剂洗脱。
因此，SPE技术不仅用于“清洗”样品，除去干扰成 分，而且可以使组分分离，达到浓缩或纯化的目的。
★SPE是一个柱色谱分离过程，分离机理、固定 相和溶剂的选择等方面与高效液相色谱（HPLC）有许 多相似之处。
★不同之处是：SPE柱的填料粒径（>40µm）要比 HPLC（3-10 µm ）大，由于短的柱床和大的填料粒径， 因此其柱效很低，一般为10-50塔板。
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1、用途： 分离效率低的SPE技术主要用于处理试样，其目的
★美国Supelco公司于1993年推出了商品化的固相微萃取装 置。
由于该法既不使用溶剂，也不需要复杂的仪器设备，它 一经出现就得到迅速的发展。
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三、固相萃取（SPE）
固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE）是由液 固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来的。
★其广泛应用起始于1978年美国Waters公司首先 将商品sep-pak投放市场。它是一种填充固定相的短色 谱柱，用于浓缩被测组分或除去干扰物质。
（4）分析物的洗脱和收集
这一步骤的目的是将分析物完全洗脱并收集在最小体积的 馏分中，同时使比分析物更强保留的杂质尽可能多地留在SPE 柱上。
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5、 SPE的应用：
（1） SPE在环境样品中的主要应用是对环境水样的 预处理，如：
盘式SPE的使用，可使1L水的处理时间缩短到10min， 与通常的液-液萃取相比，减少了大量的时间和劳动强度， 减少使用大量的有机溶剂，降低了对人体和环境的影响。
一、背景
环境样品分析中所涉及的环境和生物等样品基体复杂， 且待测元素和物质在样品中的含量一般都很低，所以往往 需要对样品进行分离预富集，其要求一般为：
★高的富集效率
★分离富集过程中需保持真实样品中各物质之间的平 衡
★尽可能消除杂质或溶剂的影响，减小基体效应
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• 传统溶剂法的问题： • ★有机溶剂用量大 • ★富集倍数低 • ★操作繁琐、费时 • ★分析物的损失和污染
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美国EPA使用SPE技术净化和富集的部分方法
EPA方法
分析物
试样
506 邻苯二甲酸酯和己酸酯
饮用水
550.1
多环芳烃
饮用水
549.1
卤代乙酸和茅草枯
饮用水
553 联苯胺和含氮杀虫剂
饮用水
1658
苯氧基酸除草剂
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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。
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二、固相微萃取（SPME）和固相萃取（SPE）
固相微萃取（Solid Phase Microextraction，SPME）是在 固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE） 基础上发展起来的 一种新型萃取分离技术。
★固相微萃取（SPME）是由加拿大Waterloo大学Pawliszyn 于1990年提出（Arthur C l, Pawliszyn J. Anal. Chem. , 1990, 62: 2145）。
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3、固相萃取的装置 固相萃取的装置主要分柱型和盘型两种聚丙烯，在两片聚丙烯 筛板之间填装吸附剂。也可选用玻璃、纯聚四氟乙烯 （PTFE）作为柱体材料。
★吸附剂最多使用的是C18相，该吸附剂疏水性 强，在水相中对大多数有机物显示保留。此外，也使 用其他具有不同选择性和保留性质的吸附剂，如：