固相微萃取技術(shù)及其在微量烴類化合物碳同位素分析中的初步應(yīng)用

1、固相微萃取技術(shù)(SPME)及其在單分子化合物同位素分析中的初步研究1 匯 報(bào) 內(nèi) 容固相微萃取技術(shù)及其原理固相微萃取固定相的發(fā)展萃取效果的影響因素介紹在單分子化合物同位素分析中初步研究固相微萃取的未來(lái)發(fā)展方向2引 言 分析化學(xué)中所使用試劑在化學(xué)試劑中占很大比例,其中用于樣品前處理所用的試劑占有很大的比重?，F(xiàn)代色譜儀器對(duì)一個(gè)樣品的分析測(cè)定所用的時(shí)間越來(lái)越短,但是,樣品制備過(guò)程所用的時(shí)間卻仍然很長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì),在大部分的儀器分析實(shí)驗(yàn)室中,將一個(gè)原始樣品處理成可用于儀器分析測(cè)定的樣品狀態(tài),所消耗的時(shí)間約占整個(gè)分析時(shí)間6070 %。3 固相萃取技術(shù) 固相萃?。⊿olid Phase Extraction，

2、SPE），就是利用固體吸附劑將液體樣品中的目標(biāo)化合物吸附，然后再用洗脫液洗脫或加熱解吸附，達(dá)到分離和富集目標(biāo)化合物的目的。固相萃取作為樣品前處理技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。由于其具有高效、可靠、消耗試劑少等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域取代了傳統(tǒng)的液液萃取而成為樣品前處理的有效手段。 但固相萃取仍然需要柱填充物和使用溶劑進(jìn)行解吸。4 固 相 微 萃 取 固相微萃取(SolidphaseMicro-Extraction，SPME) 是在固相萃取基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,吸收了固相萃取的優(yōu)點(diǎn),摒棄了其需要柱填充物和使用溶劑洗脫解吸附的弊病,只要一支類似進(jìn)樣器的固相微萃取裝置即可完成全部前處理,通過(guò)色譜進(jìn)樣口

3、提供能量完成解吸附和進(jìn)樣 。1990 年加拿大Waterloo 大學(xué)的學(xué)者Pawliszyn教授第一次在Analytical Chemistry (IF5.0)提出并發(fā)展。5固相微萃取原理固相微萃取機(jī)制：利用待分析化合物在固定相中保留能力比原基質(zhì)要高，使化合物從原基質(zhì)轉(zhuǎn)移到固定相中。 固相微萃取是以涂漬在石英玻璃纖維上的固定相(高分子涂層或吸附劑) 作為吸附介質(zhì),對(duì)目標(biāo)分析物進(jìn)行萃取和濃縮,并在氣相色譜儀進(jìn)樣口中直接熱解吸,進(jìn)行分離檢測(cè),這一技術(shù)適合于揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)物。6固相微萃取裝置7固相微萃取裝置8SPME的發(fā)展及商品化 1992 年：Pawliszyn 等 和Varian 公司一起

4、把Hamilton 7005型注射器做了一些改進(jìn)后安裝到Varian 公司的8100 型自動(dòng)進(jìn)樣器里,形成SPME 的自動(dòng)進(jìn)樣裝置。1993 年：Supelco 公司把SPME 萃取裝置進(jìn)行了商品化的工作 1995 年：Pawliszyn 等把Supelco 公司的商品萃取絲安裝到氣體取樣罐中,進(jìn)行空氣中苯系物的分析,以FID、ECD 和MS 進(jìn)行檢測(cè)1997 年：Pawliszyn 等為了測(cè)定病人呼吸氣中的乙醇、丙酮和異戊二烯設(shè)計(jì)了一種新的SPME 萃取裝置在萃取介質(zhì)上的化合物2001 年：Pawliszyn 等設(shè)計(jì)了便攜式SPME裝置,測(cè)定氣體中的化學(xué)物質(zhì)2007年：設(shè)計(jì)的96 個(gè)SPME

5、微阱盤自動(dòng)化進(jìn)樣裝置國(guó)內(nèi)研究情況：十.五科技攻關(guān)9S P M E 三種基本的萃取模式：直接萃?。―irect Extraction SPME）頂空萃取(Headspace SPME) 膜保護(hù)萃?。╩embrane-protected SPME）直接萃取頂空萃取膜保護(hù)萃取10 類似于色譜柱的固定相，但是比色譜柱涂層 要厚很多 SPME對(duì)有機(jī)物的萃取符合“相似相溶”原則，不同的涂層萃取不同的待測(cè)物： 二甲基硅氧烷（Polydimethysiloxane,PDMS)； 聚丙烯酸酯 （polyacrylate PA) 極性化合物； 碳分子篩：（Carboxen，CAR） 二乙烯基苯（ Divinylb

6、enzene DVB) 聚乙二醇 （Polyethylene Glycol ，PEG)聚吡咯及衍生物（Polypyrrole） ：1999 年P(guān)awliszyn 等 把導(dǎo)電聚合物用于SPME 涂層,他們把聚吡咯(PPY) 及其衍生物用電化學(xué)方法涂漬在金屬絲上, 于萃取極性多環(huán)芳烴。 固相微萃取萃取固定相的演變PDMSPA DVBPEG11限進(jìn)介質(zhì)吸附劑(RAM) 針對(duì)大分子的體積排阻功能和對(duì)小分子分析物的保留功能,使生物或環(huán)境樣品溶液中的大分子不能進(jìn)入吸附劑的內(nèi)孔中去.分子印跡技術(shù)(MIT) ：是一種高選擇性分離技術(shù)混合涂層的研發(fā)：同時(shí),由于分析物在高溫下易于解吸,因此針對(duì)不同的分析物可選擇多

7、種涂層,以適應(yīng)各種需要, 。首先開發(fā)的是混合型SPME 萃取涂層,如PDMS-DVB (聚二甲基硅氧烷-二乙烯基苯) 、PDMS- Carboxen (聚二甲基硅氧烷-碳吸附劑)。 目前為止沒有一種固定相可以適用于所有化合物的分析。固定相涂層首先要對(duì)有機(jī)分子有較強(qiáng)的萃取富集能力, 并在熱解析時(shí)能迅速脫離固定相涂層,而不會(huì)造成峰的擴(kuò)寬。 固相微萃取萃取固定相的演變 MITPolypyrrole12影響固相微萃取萃取率的因素萃取頭的種類及膜厚溫度 在萃取過(guò)程中對(duì)樣品進(jìn)行攪拌和加熱有助于樣品均一化,縮短平衡時(shí)間。對(duì)頂空固相微萃取( HS-SPME) 加熱可提高液面上易揮發(fā)有機(jī)化合物的濃度,而提高萃取

8、效率。無(wú)機(jī)鹽 向樣品中加入(NH4 ) 2SO4 ,Na2SO4 ,NaCl 和K2 CO3等無(wú)機(jī)鹽可降低有機(jī)化合物與基質(zhì)的親和力而提高萃取效率。p H 緩沖溶液 萃取酸性或堿性物質(zhì)時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)樣品的p H 值可改善組分的親脂性,從而大大提高萃取效率。13影響固相微萃取萃取率的因素萃取時(shí)間 萃取時(shí)間即萃取達(dá)到平衡所需的時(shí)間，由待分析物的分配系數(shù)、物質(zhì)的擴(kuò)散速率、樣品基質(zhì)、樣品體積、萃取頭膜厚等因素決定。一般萃取過(guò)程均在剛開始時(shí)吸附量迅速增加,出現(xiàn)一轉(zhuǎn)折點(diǎn)后上升就很緩慢。因此,可根據(jù)實(shí)際操作目的對(duì)靈敏度的需求不同,適當(dāng)縮短萃取時(shí)間。衍生化：衍生化方法可以改善待測(cè)體系中樣品極性14固相微萃取的應(yīng)用

9、領(lǐng)域1 在有機(jī)化合物分析中的應(yīng)用2 水中有機(jī)物分析中的應(yīng)用3 空氣和水中有機(jī)揮發(fā)物分析中的應(yīng)用4 在氣體中有機(jī)蒸汽分析中的應(yīng)用5 環(huán)境分析中除草劑的分析6 環(huán)境分析中的樣品處理方法7 在室內(nèi)空氣分析中的應(yīng)8 在農(nóng)藥殘留分析中的應(yīng)用9 在農(nóng)藥殘留分析中的應(yīng)用10 液相微萃取在農(nóng)藥殘留分析中的應(yīng)用11 在食品分析中的應(yīng)用12 在食品分析中的應(yīng)用13 在食品痕量污染物分析中的應(yīng)用14 在生物分析中的應(yīng)用15 在活體生物樣品化學(xué)分析中的應(yīng)用16 在活體進(jìn)樣分析中的應(yīng)用17 在生物樣品分析中的應(yīng)用18 在生物醫(yī)學(xué)分析中的應(yīng)用19 在藥物分析中的應(yīng)用20 在生物液體和材料分析中的應(yīng)用21 在生物基體中藥物

10、分析中的應(yīng)用22 在藥物溶劑分析中的應(yīng)用23 在藥物分析中的應(yīng)用24 在炸藥分析中的應(yīng)用25 在痕量元素分析中的應(yīng)用26 在有毒金屬離子分析中的應(yīng)用27 在天然產(chǎn)物揮發(fā)性物質(zhì)分析中的應(yīng)用28 在原位分析中的應(yīng)用29 在痕量分析中的應(yīng)用30 頂空微萃取環(huán)境分析中的應(yīng)用31 在環(huán)境樣品預(yù)處理中的應(yīng)用32 在環(huán)境樣品中的應(yīng)用33 在有機(jī)磷農(nóng)藥殘留分析中的應(yīng)用34 在農(nóng)藥殘留分析中的應(yīng)用35 在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用36 在農(nóng)藥殘留分析中的應(yīng)用37 在檢驗(yàn)檢疫中的應(yīng)用38 在生物醫(yī)藥分析領(lǐng)域中的應(yīng)用39 在藥物分析中的應(yīng)用40 在生物樣品分析中的應(yīng)用41 在生物材料檢測(cè)中的應(yīng)用42 在天然產(chǎn)物揮發(fā)性成分

11、分析中的應(yīng)用43 在分析化學(xué)中的應(yīng)用15固相微萃取的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單、快速和簡(jiǎn)化了樣品預(yù)處理操作步驟, 縮短了預(yù)處理時(shí)間.(2) 萃取、凈化、濃縮、進(jìn)樣功能于一體,無(wú)需溶劑、用樣量少、選擇性強(qiáng)(3) 易于與其他儀器聯(lián)用 ,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化在線分析16 單分子化合物同位素分析領(lǐng)域方面探索 在國(guó)內(nèi)外，目前利用SPME技術(shù)進(jìn)行單分子同位素分析研究，基本還沒有報(bào)道。常規(guī)分析：目前單分子化合同位素分析基本局限于常規(guī)量樣品的分析。學(xué)科性質(zhì)決定：?jiǎn)畏肿踊衔锿凰胤治鍪菍儆诘厍蚩茖W(xué)與分析化學(xué)之間的交叉領(lǐng)域，往往注重了地球科學(xué)上傳統(tǒng)的分析方法。 這一定程度上反映了現(xiàn)的新技術(shù)引入到同位素分析中的必要性。17油氣同位素研究領(lǐng)域

12、1. 天然氣中微量組分（如：輕烴）的同位素分析 .傳統(tǒng)的富集方法的不足 .對(duì)于天然氣同位素測(cè)試本身的優(yōu)勢(shì)2.石油及沉積物頂空樣品的同位素分析3.油田水中微量有機(jī)組分的同位素分析4.原油或沉積物樣品非常規(guī)化合物同位素分析（如：脂肪酸，甾萜類，芳烴等樣品） 研究意義 SPME如能充分的應(yīng)用于油氣同位素測(cè)試領(lǐng)域，則能開辟一個(gè)新的油氣同位素地球化學(xué)研究領(lǐng)域。18 需要解決的問題關(guān)于吸附劑的類型的選擇吸附-脫附時(shí)間的研究吸附-解吸過(guò)程作用機(jī)理如何處理吸附-解吸過(guò)程中可能導(dǎo)致的同位素分餾19利用SPME技術(shù)進(jìn)行天然氣中微量組分同位素分析初步研究氣體樣品來(lái)源：勝利油田天然氣固相微萃取固定相的選擇（復(fù)合型）：

13、 (DVB):二乙烯基苯 （CAR):碳分子篩 (PDMS)：聚二甲基硅氧烷同位素分析范圍：C1-C820儀器條件的選擇氣相色譜：的型號(hào)為Agilent 6890，色譜柱為熔融彈性石英毛細(xì)管柱，型號(hào)為 PLOT Al2O3（50m0.32m20m）。升溫程序：30保持5min，以15/min 升溫至180，保持10min.分流比：0.1吸附時(shí)間的選擇：5分鐘；10分鐘；20分鐘； 35分鐘; 60分鐘;360分鐘解析溫度：200 ？2122不同吸附時(shí)間對(duì)應(yīng)單體碳同位素值時(shí)間C1C2C3iC4nC4iC5nC5C6C7C85min-43.8 -27.9 -28.0 -27.0 -26.2 -25

14、.3 -25.0 -10min-42.3 -28.5 -27.7 -26.9 -26.2 -25.4 -25.1 -24.3 -23.9 -24.2 -20min-41.3 -28.5 -27.3 -27.3 -26.3 -25.4 -25.4 -24.3 -23.9 -24.3 -23.9 -21.7 35min-42.4 -28.2 -27.5 -27.0 -26.3 -25.7 -24.8 -24.4 -24.0 -24.3 -23.9 -20.5 60min-40.6 -28.2 -27.5 -27.3 -26.5 -25.5 -24.6 -24.1 -23.8 -24.2 -24.3

15、 -21.4 360min？-28.0 -27.3 -27.4 -26.1 -25.7 -24.8 -24.4 -24.1 -24.5 -24.0 -21.1 23單體烴碳同位素隨碳數(shù)增加變化趨勢(shì)24吐哈盆地柴達(dá)木盆地部分盆地的微量組分同位素分析25塔里木盆地松遼盆地26限制性因素樣品量：?jiǎn)畏肿踊衔锿凰胤治鲂枰獦悠妨勘葌鹘y(tǒng)的GC-MS分析要大的多，雖然利用此項(xiàng)新技術(shù)使同位素分析成為可能，但吸附樣品量在有些情況下依然較少。 根據(jù)需要如何改造？同位素分餾：吸附-脫附對(duì)于可能造成的同位素分餾及影響機(jī)理及如何解決使用次數(shù)：材料價(jià)格：27發(fā)展方向1.SPME涂層的開發(fā) 在萃取纖維涂層方面，由于熔融石

16、英具有很好的耐熱性及化學(xué)穩(wěn)定性，所以選擇了以它為材質(zhì)的光纖作為萃取器的萃取介質(zhì)。目前使用較多的涂層是非極性的聚二甲基硅氧烷和極性的聚丙烯酸醋及聚乙二醇。但是目前對(duì)于纖維涂層的應(yīng)用仍有一定局限性，如現(xiàn)有涂層不能被加熱到300以上，而且對(duì)于某些特定化合物的專有特效涂層不易實(shí)現(xiàn)商品化，這就限制了方法的應(yīng)用范圍。鑒于這些原因，進(jìn)一步開發(fā)出適用性好，價(jià)廉易得的新型萃取介質(zhì)及涂層非常重要。開發(fā)高選擇性、高穩(wěn)定性和高效的涂層是SPME 方法研究的重要內(nèi)容。282）在萃取方式方面，為了更好地分析固體樣品及復(fù)雜樣品，發(fā)展了頂空法。對(duì)于強(qiáng)極性待測(cè)物還發(fā)展了現(xiàn)場(chǎng)衍生化的方法，通過(guò)衍生反應(yīng)來(lái)降低待測(cè)物的極性，使得易于分析。為了提高高分子涂層對(duì)有機(jī)物的萃取能力，通過(guò)在水樣中加入鹽類(NaCI、Na2SO4)調(diào)節(jié)樣品離子強(qiáng)度達(dá)到這一目的。 3)在后序儀器分析的變化方面，隨著對(duì)SPME-GC研究的日臻成熟，SPME-HPLC、SPME-CE的研究也逐漸增多，