内容发布更新时间 : 2024/5/4 19:46:23星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

固相微萃取技术装置、工作原理及影响因素分析

摘要:固相微萃取(SPME)技术归属于非溶剂型选择性萃取法，是一种新型的、适用于GC的样品制备技术，具有使用便捷无需使用有机溶剂的特点，而且可应用的领域十分广泛。本文就其装置、原理及相关的影响因素进行分析和介绍。

关键词:固相微萃取 技术装置 工作原理 影响因素 分析介绍

固相微萃取技术几乎可以运用于任何状态下的样品中的挥发性、半挥发性物质的分析，自1993年美国Supelco公司实现商品化以来，已发展成为环境、生物、医学等各个领域的主导技术。在其发展过程中，主要涉及了探针的固相涂层材料及涂渍技术、萃取方法、联用技术的发展等几个方面。

1 固相微萃取技术的装置

固相微萃取技术的装置非常的小巧便于携带，略似进样器，具有免溶剂、快速、萃取简单、可现场携带采样的仪器，主要由手柄和萃取纤维头两部分构成。

其中，手柄用于安装固定萃取纤维头，可永久使用。而纤维头是一根1cm长、涂有不同色谱固定相(或吸附剂)的熔融石英纤维，外套细不锈钢管以保护石英纤维头不被折断，而且纤维头可在钢管内自由

伸缩，用于萃取、吸附样品。

2 固相微萃取技术的工作原理

固相微萃取技术的工作原理就是待测物的样品基质和萃取介质(涂层)间的分配，分吸附过程和解吸过程两个步骤进行。

吸附过程，就是将纤维头浸入样品溶液中(或顶空气体中)一段时间，同时搅拌溶液以加速两相间达到平衡的速度，待测物在样品及石英纤维头外涂渍的固定相液膜中平衡分配，遵循相似相溶原理，将纤维头取出插入气相色谱汽化室，热解吸涂层上吸附的物质。

解吸过程会因SPME后续分离手段的不同而不同。对于气相色谱(GC)，萃取纤维插入进样口后进行热解吸，而对于液相色谱(LC)，则是通过溶剂进行洗脱。被萃取物在汽化室内解吸后,靠流动相将其导入色谱柱,完成提取、分离、浓缩的全过程，有手动或自动两种操作方式，让更多的分析工作者从重复、烦琐的操作中解脱出来。

固相微萃取技术有3种基本的萃取模式，即直接萃取、顶空萃取和膜保护萃取。

直接萃取是一种将萃取纤维直接暴露在样品中的萃取模式，适于分析气体样品和洁净水样中的有机化合物。顶空萃取是将纤维暴露于样品顶空中的萃取模式，广泛适用于废水、油脂、高分子量腐殖酸及固体样品中挥发、半挥发性的有机化合物的分析。膜保护萃取是以保

护萃取固定相在分析很脏的样品时免受损伤的萃取模式，对难挥发性物质组分的萃取富集更为有利。

3 固相微萃取技术的影响因素 3.1 萃取时间的影响

萃取时间就是指待测物在各相中达到平衡所需要的时间，与待测物的分配系数、样品基质、物品的扩散速率等多种因素有关。纤维头涂层对待测物吸附的初始时是一段快速吸附期，随之就会进入一个平稳期，吸附的速度也会变得缓慢。

对挥发性有机物进行分析时，一般10min左右就可以到达平衡阶段;而较复杂的基质或半挥发性有机物，其达到平稳所需时间会延长到30min～60min。因此，可以根据实际操作目的对灵敏度的需求不同适当的缩短萃取时间，还需要严格控制萃取时间的一致性，以保证分析工作具有良好的重视性。

3.2 纤维表面固定相的影响

选用固定相时应当遵循相似相溶的原则，综合考虑和分析各组分在各相中的极性、沸点和分配系数，以选取最适合分析组分的固定相。目前常用的涂层有聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚甲基丙烯酸甲酷(PA)，因其在有机溶剂中具有较大的溶胀性，从而提高了涂层的稳定性和萃取效率。

此外，还需要考虑石英纤维表面固定相的体积，包括石英纤维的长度和涂层的膜厚。一般情况下，石英纤维的长度为1cm，膜厚为10mm～100mm之间。对于涂层膜厚的选择应将根据实际情况区分开来，小分子和挥发性的物质常用厚膜，而大分子和半挥发性的物质常用薄膜，综合考虑式样的挥发性还可以选择中等厚度的。

3.3 萃取温度的作用

固相微萃取技术的提取、富集样品是一个动态平衡的过程，萃取效率由待测物质于各相之中的分配系数决定。而分配系数就是热力学常数，直接影响分配系数的重要参数就是温度。

由于分配系数与温度密切相关，应当通过适当的加热升高样品的温度，促进挥发性化合物到达顶空和萃取纤维的表面，加快分析物的扩散速度，从而缩短平衡时间。然而涂层的吸附过程一般是放热反应，低温适合于放热反应的进行，过高的温度反而会使分配系数下降，直接导致检测的灵敏度下降。因此，实践中应当综合考虑参数条件，使萃取介质温度较高，而萃取纤维的表面保持低温。

3.4 无机盐效应与pH值的影响

在萃取前于样品中添加无机盐，如NaCl、Na2SO4等，可使样品体系水溶液的离子浓度增大、有机待测物溶解度降低而产生盐析，分配系数得到提高，从而增加萃取纤维头固定相对分析组分的吸附，可提高萃取效率和分析的灵敏度。一般情况下，添加无机盐的方法适用

于顶空方式，而对于侵入方式，无机盐的存在容易损坏萃取纤维头。而且过高的盐浓度会增加体系的粘度，影响扩散的速度，会产生负效果。

控制pH值的大小也可以改变有机物在水中的溶解度。适当的调节体系的pH值，可避免液体试样中待测物质的离子化，使其处于离子状态，增加亲脂性，降低有机物在水中的溶解度，增大分配系数，从而提高萃取效率和分析的灵敏度。对于弱酸和弱碱性的化合物，pH值会直接影响其存在的状态，因此，调节体系的pH值是很有必要的。但是值得一提的是，pH值过高或过低都会影响固定相涂层的使用寿命。

3.5 衍生化反应的作用

衍生化反应可应用于减小极性化合物的极性，如酚、脂肪酸等，提高其发挥性，从而增强被固定相吸附的能力。在固相微萃取中，无论是直接向试样中加入衍生剂，还是将衍生剂附着于石英纤维固定相涂层上，都能使衍生化反应得以产生。典型的例子有:对短链脂肪酸的衍生化反应常使用重氮化五氟苯乙烷，对长链脂肪酸的衍生化反应常使用季铵碱，而对短链和长链脂肪酸使用重氨甲烷和芘基重氮甲烷都有效。

3.6 搅拌基质的影响

搅拌基质有助于待测物分布均匀实现均一化，增加基质的传递速