14第十一章 固相微萃取技术 SPME详解
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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℃）
(完整版)SPME
1987年加拿大的Pawliszyn等E23在研究气相色谱(GC)的快 速进样技术时，使用激光加热样品，使之快速汽化，这种 GC进样技术是把样品涂渍在激光光导纤维头部，把光导纤 维头置于GC汽化室中，用激光照射，使样品中的挥发性组 分进入色谱系统，在研究中发现样品汽化速度很快，但是 样品前处理却要耗费很长的时间。为了把样品处理时间缩 短，他们就把样品处理和GC进样合二为一。即把固定相(高 聚物或吸附剂)涂中，吸收(吸附)被分析物，二段时 间后取出石英丝置于GC汽化室中进行分析L3，4J，这就是 SPME的开始。
态、水体、固态样品中的挥发性和半挥发性有机物以及无机物的分析。 SPME可以对环境中的污染物进行检测，如：农药残留、酚类、多氯联 苯、多环芳烃、脂肪酸、胺类、醛类、苯系物、非离子表面活性剂以及
有机金属化合物、无机金属离子等，也可以用于有类似特点的领域，如 食品、医药、临床、法庭分析等方面。
SPME的问世
当样品体积很大时，也即Vs>>KfsVf则上式可简化为
n KfsVfc0
此时，涂层上待测物的萃取量样品体积无关，而与样品 中待测物的初始浓度呈线性关系，这是SPME方法的定量 基础。可见，通过检测萃取涂层上待测物的吸附量，即 可退职分析物在样品中的初始浓度c0。SPME的待测物萃 取量与试样体积无关的这一特性，再加上SPME装置简单 和携带方便，是的它非常适合现场采样，即可用萃取头 直接在环境中采集样品。
n
KVfVs
c0
KVf K1Vh Vs
…………….. ②
与①式相比，式②仅多出K1Vh这一项，它描述了平衡时萃 取量与初始浓度的关系，是顶空SPME法定量的基础。可 以看出，当实验条件相同时，顶空SPME方法的萃取量要 小于直接SPME法的萃取量。
态、水体、固态样品中的挥发性和半挥发性有机物以及无机物的分析。 SPME可以对环境中的污染物进行检测，如：农药残留、酚类、多氯联 苯、多环芳烃、脂肪酸、胺类、醛类、苯系物、非离子表面活性剂以及
有机金属化合物、无机金属离子等，也可以用于有类似特点的领域，如 食品、医药、临床、法庭分析等方面。
SPME的问世
当样品体积很大时，也即Vs>>KfsVf则上式可简化为
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此时，涂层上待测物的萃取量样品体积无关，而与样品 中待测物的初始浓度呈线性关系，这是SPME方法的定量 基础。可见，通过检测萃取涂层上待测物的吸附量，即 可退职分析物在样品中的初始浓度c0。SPME的待测物萃 取量与试样体积无关的这一特性，再加上SPME装置简单 和携带方便，是的它非常适合现场采样，即可用萃取头 直接在环境中采集样品。
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…………….. ②
与①式相比，式②仅多出K1Vh这一项，它描述了平衡时萃 取量与初始浓度的关系，是顶空SPME法定量的基础。可 以看出，当实验条件相同时，顶空SPME方法的萃取量要 小于直接SPME法的萃取量。
固相微萃取(SPME)技术
4、主要结论 A 在对水样中的三类农药的处理过程中， 从回收率看，GDX-403柱和C18柱比较并无 差异，可任意选择。 B 在GDX-403柱的情况下，水样中对有机 磷类农药，比较了6种洗脱剂，苯最差，其 余5种均可以，但以氯仿效果最好。 C 方法适合于水样和血样中上述三类农药 的检测
多氯有机化物 以往分析环境水样中微量有机物时，根据 污染物的极性、挥发性和高温稳定性等选择GC 或HPLC进行分析，但水样必须经过分离、富集、 纯化等前处理。例如，常采用液-液萃取、蒸馏、 结晶、过滤、预沉淀、离心等方法。这些步骤 烦琐、耗时，约占整个分析过程的三分之二时 间，也是不同实验室间误差的主要来源。使用 固相萃取技术则克服了上述前处理的缺点，该 技术设备简单、价廉、使用溶剂少，可高效率、 有选择性地分离和富集不同的样品。
多环芳烃 多环芳烃是在自然界中广泛存在的一类 有机污染物，其中某些化合物具有相当强的 致畸、致癌或致突变作用。它们现在水体中 都广泛存在，而且含量低、种类多。对其进 行快速、准确的定性定量一直是分析化学及 环境分析化学的前沿研究领域。与经典的液 -液萃取（LLE）相比，固相萃取具有节省时 间、溶剂用量少，不易乳化等特点。
农药 有机磷类、氨基甲酸酯类和拟除虫菊 酯类农药是目前国内常用的三大类农药， 在生产、运输和使用过程中可能引起中毒 或环境污染、中毒事件也屡有发生。建立 多类农药同时通过固相萃取和气相色谱进 行分析，对于毒物分析、临床急救都具有 实际意义，为系统分析有机农药提供一种 简便、快速的固相提取方法。
例2. 固相萃取法提取净化生物检材中三类农药的实验研 究（孙静等，环境化学，1995，14（3）：221-225） 1、固相萃取柱：GDX-403（PT系列小柱，500mg）， C18固相柱（MT型样品净化富集柱，250mg） 2、样品：四种氨基甲酸酯类农药、六种有机磷类农药、 五种拟除虫菊酯类农药分别在水样和血清样中。
新一代萃取分离技术──固相微萃取
Ｓ ｌｄ Ｐｈ ｓ Ｍ ｉｒ － ｔａ ｔｏ ｏ ｉ － ａ ｅ ｃ ｏ Ｅｘ ｒ ｃ ｉｎ
Ｌｕ ｎｉｇ ｉＪ ｔ ｕ ｎ
（ ｅａｔｅｔ Ｆ ｒ ｓ Ｃ ｅ ｉｒ， ｈ ａ ｄｃｌ ｉｅ ｉ ， ｎａ ｇ １ ００） Ｄ ｐ ｒ ｎ ｏ ｏ ｎｉ ｈｍ ｓｙ Ｃ ｉ Ｍｅｉ Ｕ ｕｒ ｔ Ｓ ｅｙｎ ， １０１ ｍ ｆ ｅ ｃ ｔ ｎ ａ ｎ ｓｙ ｈ Ａ ｓ ａｔ ｈ ｐｉ ｉｅ ｄ ｌａｏ ｏ ａ ｗ ｍ ｌ ｐｅａａ ｏ ｍ ｔｏ—ｓｌ－ｈｓ ｍｃｏ ｘｒ ｔ ｎ ｂｔ ｃ Ｔ ｅ ｎ ｐ ａ ａｐｉ ｔ ｎ ｎ ｓ ｐｅ ｐｒｔ ｎ ｈ ｄ ｏｄｐａｅ ｒ－ ｔ ｃ ｏ ｒ ｒ ｃ ｌ ｎ ｐ ｃ ｉ ｆ ｅ ａ ｒ ｉ ｅ ｉ ｉ ｅ ａｉ
～ ｍ 厚得多。 １ ） μ
３ ＭＥ法萃取条件的选择 Ｓ Ｐ
３ １ 萃取头 ．
装置， 在分析化学领域引 极大的反响。１９年 起了 ９４
被美国权威杂志《 ｅｅｒｈ＆Ｄｖｌ ｍ ｎ》 Ｒｓａｃ ｅｅ ｐ ｅｔ评为最 ｏ
优秀 的 １０ ０ 项新 产品之 一 。 Ｐ Ｓ ＭＥ法最 初只用于环
萃取头应由欲萃取组分的分配系数、 极性、 沸点 等参数来确立， 在同一个样品中， 因萃取头的不同可
（Ｐ ） ｉｒｄｃ ｉｔｉｐｐｒ Ａ Ｓ ＭＥ ｉｃｎｉｓ ａ ｔｎ ｇｈ ｆｓｄ ｃ ｆｅ ｃａ ｄ Ｓ ＭＥ ａｅ ｏｕｅ ｎ ｓ ｅ． ｎ ｒｎ ｔ ｄ ｈ ａ Ｐ ｕ ｔ ｓｔｏ ｃｒ ｉ ｌ ｔ ｏ ｕｅ ｓｉ ｉ ｒ ｔ ｎ ｏ ｓ ｆ ａ ｅ ｅ ｎ ｆ ｉ ａ ｏ ｅ ｌ ｂ
Ｓ ＭＥ的应用范围得到大大地扩展。 Ｐ
可改善组分 的亲脂性 ， 而大大提高萃取效率 。 从 表 １ 种萃取方法的比较 ３
目前 ，ａ ｌｚｎ在 这一 领 域仍 然处 于 领先 地 Ｐ ｗｉ ｙ ｓ
Ｌｕ ｎｉｇ ｉＪ ｔ ｕ ｎ
（ ｅａｔｅｔ Ｆ ｒ ｓ Ｃ ｅ ｉｒ， ｈ ａ ｄｃｌ ｉｅ ｉ ， ｎａ ｇ １ ００） Ｄ ｐ ｒ ｎ ｏ ｏ ｎｉ ｈｍ ｓｙ Ｃ ｉ Ｍｅｉ Ｕ ｕｒ ｔ Ｓ ｅｙｎ ， １０１ ｍ ｆ ｅ ｃ ｔ ｎ ａ ｎ ｓｙ ｈ Ａ ｓ ａｔ ｈ ｐｉ ｉｅ ｄ ｌａｏ ｏ ａ ｗ ｍ ｌ ｐｅａａ ｏ ｍ ｔｏ—ｓｌ－ｈｓ ｍｃｏ ｘｒ ｔ ｎ ｂｔ ｃ Ｔ ｅ ｎ ｐ ａ ａｐｉ ｔ ｎ ｎ ｓ ｐｅ ｐｒｔ ｎ ｈ ｄ ｏｄｐａｅ ｒ－ ｔ ｃ ｏ ｒ ｒ ｃ ｌ ｎ ｐ ｃ ｉ ｆ ｅ ａ ｒ ｉ ｅ ｉ ｉ ｅ ａｉ
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３ ＭＥ法萃取条件的选择 Ｓ Ｐ
３ １ 萃取头 ．
装置， 在分析化学领域引 极大的反响。１９年 起了 ９４
被美国权威杂志《 ｅｅｒｈ＆Ｄｖｌ ｍ ｎ》 Ｒｓａｃ ｅｅ ｐ ｅｔ评为最 ｏ
优秀 的 １０ ０ 项新 产品之 一 。 Ｐ Ｓ ＭＥ法最 初只用于环
萃取头应由欲萃取组分的分配系数、 极性、 沸点 等参数来确立， 在同一个样品中， 因萃取头的不同可
（Ｐ ） ｉｒｄｃ ｉｔｉｐｐｒ Ａ Ｓ ＭＥ ｉｃｎｉｓ ａ ｔｎ ｇｈ ｆｓｄ ｃ ｆｅ ｃａ ｄ Ｓ ＭＥ ａｅ ｏｕｅ ｎ ｓ ｅ． ｎ ｒｎ ｔ ｄ ｈ ａ Ｐ ｕ ｔ ｓｔｏ ｃｒ ｉ ｌ ｔ ｏ ｕｅ ｓｉ ｉ ｒ ｔ ｎ ｏ ｓ ｆ ａ ｅ ｅ ｎ ｆ ｉ ａ ｏ ｅ ｌ ｂ
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可改善组分 的亲脂性 ， 而大大提高萃取效率 。 从 表 １ 种萃取方法的比较 ３
目前 ，ａ ｌｚｎ在 这一 领 域仍 然处 于 领先 地 Ｐ ｗｉ ｙ ｓ
固相微萃取SPME技术-PPT课件
（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。 （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。
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。
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
★体材料通常是用医用级聚丙烯，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： 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。
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）。 ★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。
试样 饮用水 饮用水 饮用水
SPME技术
GC
萃 取 头 57300U 57302
HPL C
产品描述
分析对象
价格
萃取 头 5730 3211.00 100μm PDMS 萃 取 头 挥发性物质 1 （PK/3） 5730 3211.00 7μm PDMS 萃取头（PK/3） 中极性和非极性半挥发 3 物质 57304 5730 3211.00 85μm PA 萃取头（PK/3） 极性半挥发物质 5 57306 5730 / 3211.00 85μm，7μm，100MM各一 7 支套装 57308 5730 3211.00 30μm PDMS 萃取头（PK/3） 非极性半挥发物质 9 57310 5731 3211.00 65μm PDMS/DVB 萃取头 极性挥发物质 1 （PK/3） 57312 5731 3211.00 65μm PDMS 萃取头（PK/3） 极性物质 3 57318 5731 3211.00 75μm Carboxen/PDMS 萃 气体硫化合物和VOC 9 取头（PK/3） / 5731 3211.00 50μm PEG/ 树 脂 萃 取 头 表面活性剂 5 （PK/3） 注：PDMS-聚二甲基硅氧烷；PEG-聚乙二醇2万；PA-聚丙烯 DVB-二乙烯苯；Carboxen-碳分子筛
SPME装置
SPME装置简单，操作方 便。它类似于一个气相色 谱微量进样器的萃取装置, 由手柄（Holder）和萃取 头（Fiber）两部分构成， 萃取头是一根熔融石英纤 维，纤维上涂不同色谱固 定相吸附剂，接在不锈钢 丝上，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，可永久使用。
可以降低有机化合物在溶液中的溶解度， 使极性有机物进入纤维涂层的分配常数增 大，从而提高萃取分离效率。
固相微萃取_SPME_在茶叶香气分析中的应用
Science and Technology of Food Industry
专题综述
的 萃 取 模 式 ，且 应 用 最 为 广 泛 ，有 三 种 基 本 的 萃 取 方式：直接萃取（Direct Ectraction SPME）、顶空萃取 （Headspace SPME）和膜保护萃取（Membrane-protected SPME）。
碳纳米管具有独特的管状结构，良好的化学稳 定 性 、热 稳 定 性 ，高 重 复 利 用 率 以 及 较 大 的 比 表 面 积，在分析非极性化合物方面具有良好的应用前景。 杨红丽等[27]采用碳纳米管（CNTs）制备二楼碳纳米管 固 相 微 萃 取 纤 维 ，对 该 纤 维 进 行 表 征 的 结 果 显 示 ： 自制碳纳米管固相微萃取纤维具有和商品聚二甲基 硅氧烷（PDMS）、聚乙二醇（PA）相当的吸附特性和重 现性。
reviewed.
Key words：tea；aroma compounds；solid phase microextractoin；GC/MS
中 图 分 类 号 ：TS272
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号：1002-0306（2014）02-0346-05
固相微萃取（Solid Phase Microextractoin，SPME） 是由加拿大Waterloo大学的Pawliszyn教授等[1]提出的 一种新型样品前处理技术，一般是将吸附剂涂附在 石英纤维或其他与石英纤维类似的材料表面，然后 将其插入样品溶液或气样中，也可以停放在溶液上 方，根据“相似相溶”原理，被测物在样品与吸附剂之 间进行分配，达到平衡后，将萃取纤维直接插入色谱 进样口，萃取纤维上的待测组分被溶剂或热解析后 由载气送入色谱柱和检测器进行分离、鉴定[2-3]。茶叶 香 气 是 茶 叶 品 质 的 指 标 之 一 [4-5]，其 组 成 复 杂 、含 量 少，固相微萃取集采样、萃取、浓缩、进样于一体，对 于茶叶香气成分分析具有显著优势，能较真实地反 映茶叶的香气特征，是近年来香气成分分析的主要 富集手段[6-10]。目前，还没有专门针对固相微萃取在 茶叶香气分析中应用的综合性报道。了解固相微萃 取在茶叶香气分析中的应用对于固相微萃取技术以 及茶叶香气分析的研究可以起到互相推动的作用。
SPME技术
SPME技术的理论基础
固相微萃取的理论发展分为平衡理论和非平衡理论两 个阶段： 平衡理论认为，在吸附过程中固-液或固-气相间建立 了吸附平衡，当吸附达到平衡时，涂层吸附的待分析 物的量与样品中该物质的初始浓度之间呈线性关系， 而与样品溶液的体积无关，通过检测分析物的量，即 可推测该分析物在样品中的初始浓度 非平衡理论则认为，在一定时间内，由于慢传质过程， 平衡未能完全达到。采样时，不一定要求分析物质完 全被萃取或一直进行到平衡的建立，只要求在严格的 条件下获得可靠且稳定的响应值阈浓度之间的线性关 系。
血样 尿样 呼出的气体 唾液 奶液 头发
实验设计与影响因素
样品处理 萃取头的选择 萃取时间和温度的选择 解吸条件的选择 线性关系、精密度、检测限、回收率
样品处理
向待分析物溶液中加入无机盐（NaCl或 Na2SO4 ),以增大溶液的离子强度 控制溶液的pH值
可以降低有机化合物在溶液中的溶解度， 使极性有机物进入纤维涂层的分配常数增 大，从而提高萃取分离效率。
第二部分
固相微萃取技术 在体内药分中的应用
目前SPM E技术在生物样品分析应用上的研究还 比较少，有关文献报道的应用主要有如下方面：
治疗药物监测和药动学研究
抗抑郁剂 麻醉剂 巴比妥酸盐 类固醇类
药物滥用监测
大麻的化学成分 可卡因、海洛因 安非他明 美沙酮
毒物分析
毒鼠强 有机磷农药
处理的样本种类
萃取头的选择
纤维涂层萃取待分析物质的量与涂层的 体积成正比，当涂层体积增大时，固定 相吸附量增大，有利于提高灵敏度 涂层对分析物的亲和力大小也很重要， 根据相似相容原理，非极性固定相涂层 有利于非极性或弱极性有机物的分离， 极性固定相涂层对极性有机物分离效果 较好
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② 在水溶液中加入NaCl，Na2SO4等可增强水溶液的离子强 度，减少被分离有机物的溶解度，使分配系数增大提高分析 灵敏度。 ③ 控制溶液的酸度也可改变被分离物在水中的溶解度。例如， 采用固相微萃取分离法分离脂肪酸时需要控制溶液较小的 pH值使溶液中脂肪酸主要是以分子形式存在，以降低溶解 度，增大分配系数，提高分离萃取效率。
气体萃取（顶空技术）
取样品基质（液体和固体）上方的气相部分进行色谱分析。 用途：痕量高挥发性物质的分析测定，气体是挥发性物质的最 理想的溶剂。
分类
静态顶空过程
静态顶空：在一个密闭的容器中，样品与样品上方气体逐渐达到平衡。
分类
动态顶空过程
捕集阱中捕集浓缩。
连续气体萃取方法，经捕集浓缩后进行测定：
原理是基于待测物质在样品及微型萃取涂层中的
平衡分配进行萃取。不要求将待测组分全部分离 出来，而是通过样品与固相涂层间的平衡来达到
分离。
通过控制萃取纤维的长度、厚度，取样时间，调 节酸碱度、温度等萃取参数，实现痕量组分的可重现性、准确测定。
以Fiber-SPME为例
固相微萃取装置由手柄和萃取头或纤维头两部分组成。萃取头
为一根1cm 长，涂上不同色谱固定相或吸附剂的熔融石英纤维， 可在不锈钢套管内伸缩。 5
SPME的优点
(1 ) 不使用有机溶剂萃取，降低了成本，避免了二次污染； (2) 操作时间短，从萃取进样到分析结束不足1ｈ； (3) 样品用量少，几ｍL—几十ｍL； (4) 操作简便，可减少待测组分的挥发损失 ； (5) 检测限达 μｇ/Ｌ—ｎｇ/Ｌ水平； (6) 适于挥发性有机物、半挥发性有机物及不具挥发性的 有机物。
用流动的气体将样品中的挥发性成分“吹扫”出来，再用一个捕集器将吹出来的物 质吸附下来。关闭吹扫气，由切换阀将捕集器接入GC，然后经热解吸将样品送入GC进 行。
管内固相微萃取(in-tube-SPME)
将萃取涂层涂在毛细管的内表面。
优点：毛细管柱方便易得；更牢固 的涂层，使用寿命长；内径小涂层薄， 表面积大，样品扩散快，平衡时间短；
1 将已经准确截取长度为4.5 cm的中空纤维浸入溶有Aliquat-336的二己基醚溶 液中，一定时间后取出，用水将纤维的外壁和内壁冲洗干净。再将吸有20 μL接受 相的微量进样器的针头与洗净的纤维连接起来，推动进样器的进样手柄使得纤维内 部充满接受相溶液。 2 纤维的另一端用加热过的镊子热封。通过这种方法制备的中空纤维支载液膜 萃取装置，纤维的有效长度约为4.0 cm，内部的接受相体积约为10 μL。 3 然后，中空纤维连同液相色谱进样针被固定在铁架台上某一固定位置。
极性很关键！
萃取头的选择
关键：萃取头石英纤维上的涂层 原则：相似相溶，目标化合物是 非极性时选择非极性涂层（如聚
二甲基硅氧烷）；目标化合物是
极性时选择极性涂层（如聚丙烯
酸酯）。活性炭适用于分析极低
沸点的强亲脂性物质。
固相萃取的过程
萃取 热解吸 溶剂解吸
直接SPME 顶空SPME
隔膜SPME
基本原理
固相微萃取技术
主 要 内 容
固相微萃取技术（SPME）及装置
基本理论及影响萃取效率的因素
SPME技术 纤维针式SPME（Fiber-SPME） 管内SPME
(In-Tube-SPME) 固态搅拌棒萃取 (SBSE)
SPME的发展历史
1989-1993年，Pawliszyn
应用实例-香料测定
进样口 老化
磁力搅拌 顶空萃取 40min
进样口 热解吸 3mim
中空纤维支载液膜萃取技术富集环境样品中的全氟辛基磺酸和全氟辛酸
对于痕量的PFOS及PFOA，进行萃取富集时，常用的方法有 液-液萃取，固相萃取。但用纤维液膜萃取，可以大大提高富集倍数及 提高萃取的选择性。将Aliquat-336(三辛基甲基氯化铵) 溶于二己 基醚, 固载于聚丙烯中空纤维的膜孔中形成液膜，并在纤维内部 充满1 mol/L的NH4Br作为接受相，做成萃取纤维。
1 聚丙烯中空纤维(内径600 μm，壁厚200 μm，孔径0.2 μm) 。 2 25-μL液相色谱微量进样器(进样器针头外径为0.5 mm) 用于冲洗纤维的内壁，并将接受相溶液引入纤维内部的空腔中，也用于萃取后吸取反 萃取液进入HPLC-QTOF分析。 3 三辛基甲基氯化铵 “相似相溶”的原理，PFOS和PFOA极性物质易溶于极性溶剂中， 4 NH4Br 但采用三相LPME时，分析物通过扩散作用从样品溶液相进入中空 纤维膜孔中的有机液膜相，再进入接受相溶液中，这个过程可以用 sample←→organic liquid memberane←→A stripping表示。
固定相体积大，富集倍数大。
搅拌棒式吸附微萃取（SBSE）
搅拌棒代替纤维
内有铁芯的玻璃棒，表面涂有吸附
层 特点：微型可搅拌的吸附棒，表面
积大，富集倍数大，避免另加搅拌子
的影响
SPME-GC/LC 联用装置
无接口问题
解吸室
In-tube-SPME-GC联用方式
热解析：用注射器将样品溶液注入毛细管柱，萃
4 萃取时，于20 mL萃取瓶中加入15 mL样品溶 液，再将制备好的中空纤维支载液膜浸入样品中， 开动搅拌器开始萃取。萃取一定时间后，将纤维从 样品溶液中取出，并将热封的一端用剪刀剪开，用 另一个液相色谱进样针吸回接受相溶液，进入 HPLC-QTOF分析测定。
1、SMPE、in-tube SMPE、SBSE的概念
固相微萃取(SPME)技术集萃取、富集和解吸于一体,具有 无溶剂!可直接进样!操作简便快捷!灵敏的特点.
固相微萃取装置
Fiber-SPME的萃取涂层
涂层固定化有两种方式：
键合、交联
PDMS (聚二甲基硅氧烷）, PA (聚丙烯酸酯 ) PDMS-DVB (聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯） CW-DVB （聚乙二醇/二乙烯基苯） CW-TRP （聚乙二醇/模板树脂）
Vs >> Kfs Vf
n k fs v f c0
中的待测物的总浓度成正比。
当单组分体系达到平衡时，液态聚合物涂层上富集的待测物量与样品
影响萃取效率的因素
萃取头的选择,即纤维表面涂层及其厚度 样品量,容器体积 萃取时间 无机盐浓度 n k v c fs f 0 pH值 衍生化反应 温度以及外力的作用 磁力转子搅拌、高速匀浆、超声波
温度的影响
① 温度升高，待分析物扩散系数增大，扩散速 度随之增大，同时升温加强了对流过程，因
此升温有利于缩短平衡时间，加快分析速度。
②
但是升温可能会使被分离物质在涂层的分配
系数减小，固相的吸附量减小。
因此在使用此方法时应该寻找最佳的工作温 度。
盐的作用和溶液酸度的影响
① 由于被分离物质在固相和液相之间的分配系数受基体性 质（溶液背景）的影响，当基体变化时分配系数也会改变。
固相微萃取(Solid Phase Microextraction,SPME)
SPME是从SPE发展而来的,将固定相微型化（萃取纤维）,克服了SPE容
易被固体或油状物堵塞,大大降低空白值,缩短分析时间的新型前处理方法。
基本过程：萃取纤维浸入样品中→有机污染物扩散吸附涂层→达到平 衡→取出玻璃纤维→洗脱→GC/LC分析。
取平衡后将水吹干，然后用石英接头将萃取柱与分析
柱连接，气相色谱仪炉箱中热解吸。
溶剂解吸：水样用氮气以极缓慢的流速吹入毛细
管萃取柱中，再将水吹出萃取柱，将适当溶剂注入萃 取柱中解吸，收集解吸溶液注入气相色谱中分析。
应 用
● 固相微萃取分离法可用于环境污染物、 农药、食品饮料及生物物质的分离与富集的 分离分析。例如：有机污染物苯及其同系物、 多环芳烃、硝基苯、氯代烷烃、多氯联苯、 有机磷和有机氯农药的分离。
提出石英纤维 SPME，商品化Fiber-SPME； 1996-1997年，SPME与GC/LC联用装置：商品 化Fiber-SPME-HPLC 的Fiber-SPME-GC 1993-2001年， Pawliszyn 提出毛细管 SPME ，相继开发In-Tube-SPME –GC， In-Tube-SPME-HPLC 1999年，搅拌棒式吸附微萃取（SBSE）
液膜厚度的影响
石英纤维表面的固相液膜厚度对于分析物的固相吸附量 和平衡时间都有影响。液膜越厚，固相吸附量越大有利于提 高方法灵敏度，但所需达到平衡的时间越长。
搅拌效率的影响
搅拌效率是影响分离萃取速度的重要因素。 在理想搅拌状态下，平衡时间主要由分析物在固相中的扩散 速度决定。 在不搅拌或搅拌不足的情况下，被分离物质在液相扩散速 度较慢，更主要是固相表面附有一层静止水膜，难以破坏，被 分离物质通过该水膜进入固相的速度很慢，使得萃取时间很长。
٭٭٭ ٭٭ ٭ ٭
液液分配
平衡理论 液液分配
平衡理论
利用特殊的固定相对分析组分的吸收或吸附作用，将组分从试样基质中 萃取出来,并富集。
n
k fs v f c0 vs k fs v f vs
n：涂层上吸附量 Kfs: 待测物在涂 层和样品溶液（或 气体）中的分配系 数 Vf: 涂层体积 Vs: 样品的体积 C0:样品中待分析 物质的初始浓度
2、 fiber-SMPE固相萃取的装置及操作程序
3、以fiber-SMPE为例，介绍固相微萃取的原理及影
响萃取的因素
气体萃取（顶空技术）
取样品基质（液体和固体）上方的气相部分进行色谱分析。 用途：痕量高挥发性物质的分析测定，气体是挥发性物质的最 理想的溶剂。
分类
静态顶空过程
静态顶空：在一个密闭的容器中，样品与样品上方气体逐渐达到平衡。
分类
动态顶空过程
捕集阱中捕集浓缩。
连续气体萃取方法，经捕集浓缩后进行测定：
原理是基于待测物质在样品及微型萃取涂层中的
平衡分配进行萃取。不要求将待测组分全部分离 出来，而是通过样品与固相涂层间的平衡来达到
分离。
通过控制萃取纤维的长度、厚度，取样时间，调 节酸碱度、温度等萃取参数，实现痕量组分的可重现性、准确测定。
以Fiber-SPME为例
固相微萃取装置由手柄和萃取头或纤维头两部分组成。萃取头
为一根1cm 长，涂上不同色谱固定相或吸附剂的熔融石英纤维， 可在不锈钢套管内伸缩。 5
SPME的优点
(1 ) 不使用有机溶剂萃取，降低了成本，避免了二次污染； (2) 操作时间短，从萃取进样到分析结束不足1ｈ； (3) 样品用量少，几ｍL—几十ｍL； (4) 操作简便，可减少待测组分的挥发损失 ； (5) 检测限达 μｇ/Ｌ—ｎｇ/Ｌ水平； (6) 适于挥发性有机物、半挥发性有机物及不具挥发性的 有机物。
用流动的气体将样品中的挥发性成分“吹扫”出来，再用一个捕集器将吹出来的物 质吸附下来。关闭吹扫气，由切换阀将捕集器接入GC，然后经热解吸将样品送入GC进 行。
管内固相微萃取(in-tube-SPME)
将萃取涂层涂在毛细管的内表面。
优点：毛细管柱方便易得；更牢固 的涂层，使用寿命长；内径小涂层薄， 表面积大，样品扩散快，平衡时间短；
1 将已经准确截取长度为4.5 cm的中空纤维浸入溶有Aliquat-336的二己基醚溶 液中，一定时间后取出，用水将纤维的外壁和内壁冲洗干净。再将吸有20 μL接受 相的微量进样器的针头与洗净的纤维连接起来，推动进样器的进样手柄使得纤维内 部充满接受相溶液。 2 纤维的另一端用加热过的镊子热封。通过这种方法制备的中空纤维支载液膜 萃取装置，纤维的有效长度约为4.0 cm，内部的接受相体积约为10 μL。 3 然后，中空纤维连同液相色谱进样针被固定在铁架台上某一固定位置。
极性很关键！
萃取头的选择
关键：萃取头石英纤维上的涂层 原则：相似相溶，目标化合物是 非极性时选择非极性涂层（如聚
二甲基硅氧烷）；目标化合物是
极性时选择极性涂层（如聚丙烯
酸酯）。活性炭适用于分析极低
沸点的强亲脂性物质。
固相萃取的过程
萃取 热解吸 溶剂解吸
直接SPME 顶空SPME
隔膜SPME
基本原理
固相微萃取技术
主 要 内 容
固相微萃取技术（SPME）及装置
基本理论及影响萃取效率的因素
SPME技术 纤维针式SPME（Fiber-SPME） 管内SPME
(In-Tube-SPME) 固态搅拌棒萃取 (SBSE)
SPME的发展历史
1989-1993年，Pawliszyn
应用实例-香料测定
进样口 老化
磁力搅拌 顶空萃取 40min
进样口 热解吸 3mim
中空纤维支载液膜萃取技术富集环境样品中的全氟辛基磺酸和全氟辛酸
对于痕量的PFOS及PFOA，进行萃取富集时，常用的方法有 液-液萃取，固相萃取。但用纤维液膜萃取，可以大大提高富集倍数及 提高萃取的选择性。将Aliquat-336(三辛基甲基氯化铵) 溶于二己 基醚, 固载于聚丙烯中空纤维的膜孔中形成液膜，并在纤维内部 充满1 mol/L的NH4Br作为接受相，做成萃取纤维。
1 聚丙烯中空纤维(内径600 μm，壁厚200 μm，孔径0.2 μm) 。 2 25-μL液相色谱微量进样器(进样器针头外径为0.5 mm) 用于冲洗纤维的内壁，并将接受相溶液引入纤维内部的空腔中，也用于萃取后吸取反 萃取液进入HPLC-QTOF分析。 3 三辛基甲基氯化铵 “相似相溶”的原理，PFOS和PFOA极性物质易溶于极性溶剂中， 4 NH4Br 但采用三相LPME时，分析物通过扩散作用从样品溶液相进入中空 纤维膜孔中的有机液膜相，再进入接受相溶液中，这个过程可以用 sample←→organic liquid memberane←→A stripping表示。
固定相体积大，富集倍数大。
搅拌棒式吸附微萃取（SBSE）
搅拌棒代替纤维
内有铁芯的玻璃棒，表面涂有吸附
层 特点：微型可搅拌的吸附棒，表面
积大，富集倍数大，避免另加搅拌子
的影响
SPME-GC/LC 联用装置
无接口问题
解吸室
In-tube-SPME-GC联用方式
热解析：用注射器将样品溶液注入毛细管柱，萃
4 萃取时，于20 mL萃取瓶中加入15 mL样品溶 液，再将制备好的中空纤维支载液膜浸入样品中， 开动搅拌器开始萃取。萃取一定时间后，将纤维从 样品溶液中取出，并将热封的一端用剪刀剪开，用 另一个液相色谱进样针吸回接受相溶液，进入 HPLC-QTOF分析测定。
1、SMPE、in-tube SMPE、SBSE的概念
固相微萃取(SPME)技术集萃取、富集和解吸于一体,具有 无溶剂!可直接进样!操作简便快捷!灵敏的特点.
固相微萃取装置
Fiber-SPME的萃取涂层
涂层固定化有两种方式：
键合、交联
PDMS (聚二甲基硅氧烷）, PA (聚丙烯酸酯 ) PDMS-DVB (聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯） CW-DVB （聚乙二醇/二乙烯基苯） CW-TRP （聚乙二醇/模板树脂）
Vs >> Kfs Vf
n k fs v f c0
中的待测物的总浓度成正比。
当单组分体系达到平衡时，液态聚合物涂层上富集的待测物量与样品
影响萃取效率的因素
萃取头的选择,即纤维表面涂层及其厚度 样品量,容器体积 萃取时间 无机盐浓度 n k v c fs f 0 pH值 衍生化反应 温度以及外力的作用 磁力转子搅拌、高速匀浆、超声波
温度的影响
① 温度升高，待分析物扩散系数增大，扩散速 度随之增大，同时升温加强了对流过程，因
此升温有利于缩短平衡时间，加快分析速度。
②
但是升温可能会使被分离物质在涂层的分配
系数减小，固相的吸附量减小。
因此在使用此方法时应该寻找最佳的工作温 度。
盐的作用和溶液酸度的影响
① 由于被分离物质在固相和液相之间的分配系数受基体性 质（溶液背景）的影响，当基体变化时分配系数也会改变。
固相微萃取(Solid Phase Microextraction,SPME)
SPME是从SPE发展而来的,将固定相微型化（萃取纤维）,克服了SPE容
易被固体或油状物堵塞,大大降低空白值,缩短分析时间的新型前处理方法。
基本过程：萃取纤维浸入样品中→有机污染物扩散吸附涂层→达到平 衡→取出玻璃纤维→洗脱→GC/LC分析。
取平衡后将水吹干，然后用石英接头将萃取柱与分析
柱连接，气相色谱仪炉箱中热解吸。
溶剂解吸：水样用氮气以极缓慢的流速吹入毛细
管萃取柱中，再将水吹出萃取柱，将适当溶剂注入萃 取柱中解吸，收集解吸溶液注入气相色谱中分析。
应 用
● 固相微萃取分离法可用于环境污染物、 农药、食品饮料及生物物质的分离与富集的 分离分析。例如：有机污染物苯及其同系物、 多环芳烃、硝基苯、氯代烷烃、多氯联苯、 有机磷和有机氯农药的分离。
提出石英纤维 SPME，商品化Fiber-SPME； 1996-1997年，SPME与GC/LC联用装置：商品 化Fiber-SPME-HPLC 的Fiber-SPME-GC 1993-2001年， Pawliszyn 提出毛细管 SPME ，相继开发In-Tube-SPME –GC， In-Tube-SPME-HPLC 1999年，搅拌棒式吸附微萃取（SBSE）
液膜厚度的影响
石英纤维表面的固相液膜厚度对于分析物的固相吸附量 和平衡时间都有影响。液膜越厚，固相吸附量越大有利于提 高方法灵敏度，但所需达到平衡的时间越长。
搅拌效率的影响
搅拌效率是影响分离萃取速度的重要因素。 在理想搅拌状态下，平衡时间主要由分析物在固相中的扩散 速度决定。 在不搅拌或搅拌不足的情况下，被分离物质在液相扩散速 度较慢，更主要是固相表面附有一层静止水膜，难以破坏，被 分离物质通过该水膜进入固相的速度很慢，使得萃取时间很长。
٭٭٭ ٭٭ ٭ ٭
液液分配
平衡理论 液液分配
平衡理论
利用特殊的固定相对分析组分的吸收或吸附作用，将组分从试样基质中 萃取出来,并富集。
n
k fs v f c0 vs k fs v f vs
n：涂层上吸附量 Kfs: 待测物在涂 层和样品溶液（或 气体）中的分配系 数 Vf: 涂层体积 Vs: 样品的体积 C0:样品中待分析 物质的初始浓度
2、 fiber-SMPE固相萃取的装置及操作程序
3、以fiber-SMPE为例，介绍固相微萃取的原理及影
响萃取的因素