被動樣品富集器相比之下更易于使用和安裝，目前樣品的解吸附和制備成可用于分析的形態是更耗時和更費力的工作。GSF環境與健康研究中心的科學家們最近展示了他們富集和分析持久性有機物染污(POP)的簡單快速方法。
有一些物質人們不再賜福給它們，2004年5月17日，150多個國家簽署了斯德哥爾摩公約，旨在讓這類物質——持久性有機物染污（POPs）從地球上消失。確切地說，POPs是12類化學物質，包括9種含氯殺蟲劑、一類屬于化學工業產品的多氯聯苯和兩組不希望出現的副產物多氯二苯并呋喃和多氯二苯并二。由于其對人類健康和環境的致命作用，這十二類POPs被稱為“罪惡的一打”。POPs富集于脂肪組織中，與激素類結合，可導致惡性腫瘤和發育畸形，并造成免疫系統傷害。
雖然斯德哥爾摩公約簽署后潘多拉的盒子已經被關上，但問題將長期存在。顯然，這個“罪惡的一打”將需要花費我們幾代人的努力，另外，有害物質的成員可能還會增多。POPs很難降解，并在環境中富集，且可以通過大氣流動越過北海，經過愛斯基摩進入北極地區。換句話說，POPs無處不在。
可靠性問題
為了確定斯德哥爾摩公約中的成員能夠出現在多遠的范圍，需要進行一個覆蓋面的監測。Neuherberg GSF環境和健康研究中心生態化學研究所的科學家們認為：雖然基于半透膜（SPMD）或聚尿烷泡沫的大氣氣態有害物質監測被證明是有效的，但都存在不同程度的缺陷。前Neuherberg GSF研究中心毒理學和有機痕量分析研究組成員Bernhard Henkelmann（從2008年1月1日起在慕尼黑Helmholtz中心德意志健康與環境研究中心有限公司工作）是這樣描述的：“為了確定被富集組分的濃度，需要花費進行大量的工作，花費很長時間進行樣品準備。”
在尋找靈敏、簡單或易于自動化處理方法的過程中，課題組長Karlwerner Schramm教授發現了磁力攪拌棒吸附萃取（Stir-Bar Sorptive Extraction, SBSE），并與雅典國家技術大學的同行合作研究了有機氯殺蟲劑（OCP）和多環芳烴類化合物（PAH）。在磁力攪拌器上放置一個特殊的磁力攪拌棒，攪拌棒表面帶有一個聚二甲基硅烷（PDMS）涂層，可以很有效地從水基質中萃取有機組分（見圖1）。Henkelmann說：“估計這種方法可以用于被動采樣。”此方法用于大氣POPs分析非常有效，對一些組分的分析靈敏度比SPME高上千倍，且萃取組分完全不用進行樣品準備，可直接進行全自動熱解吸附和分析。
圖1. 帶有聚二甲基硅氧烷涂層的攪拌棒已經受住了多次水相有機物萃取的考驗。
理論和實驗
對其推測的檢驗，科學家們首先選擇了一組美國環保局（EPA）列入的有機氯殺蟲劑和多環芳烴進行試驗。科學家們一兩個步驟開始進行：因為被吸附物質的定量測定應當借助同位素稀釋，即加入同位素標記物作為內標。首先采用各種不同分析物的不同含量和等量的同位素標記物檢驗方法的線性度，然后是考查PDMS涂層作為萃取介質在氣相中的行為。他們將非標記的不同濃度的標準樣品溶液準入小樣品瓶，將攪拌棒安放的小樣品瓶中，但不和樣品溶液接觸，封閉小樣品瓶放置5天。樣品的定性和定量分析使用安捷倫GC 5890 Serie II系統進行自動分析，系統配有Gerstel公司的多功能進樣器（MPS）、熱解吸附單元（TDU）和冷凍富集系統（KAS）（見圖2）。在分析前將同位素標記標準樣OCP/PAH加到攪拌棒上。
圖2. GSF研究中心檢測POP的GC/MS系統：SBSE技術借助于Gerstel公司的MPS和TDU實現全自動化。
技術細節
為了盡可能完全地將分析物從PDMS上解吸附到GC-分離柱上，需要尋找優化的分析條件，Henkelmann和其同事們試驗了各種分析條件，包括熱解吸附溫度、熱解吸附時間及載氣。OCP的最佳分析條件為280℃熱解吸附8min，分析物通過70ml/min的氦氣為載氣導入KAS，并于-30℃冷凍富集。PAH同樣在280℃解吸附，用70ml/min的載氣只需6min即可導入KAS，冷凍富集溫度為-65℃。被冷凍富集的分析物通過加熱KAS到280℃導入分離柱，然后經程序升溫分離。OCP的分離條件為：起始溫度60℃保持2min，12℃/min到140℃，6℃/min到300℃，保持10min。PAH的分離條件為：起始溫度60℃保持2min，然后5℃/min到160℃，最后5℃/min到310℃，保持15min。
所用GC-分離柱為Restek Rtx-Pesticides2 30m x 0.25mm, 0.20mm涂層厚度，載氣流量為16psi，約合1.1bar。檢測器為Thermo Scientific MAT 95高分辨率質譜儀，SIM檢測模式分辨率8000以下。對于含氯組分檢測其兩個分子離子峰簇和一個最強的碎片離子峰；而對于PAH則檢測其特定的分子離子峰。第三步是考察氣相物質的吸附速度，以確定PDMS吸附的平衡時間。為此將標準溶液（1000pg）放入小樣品瓶中，將攪拌棒固定在樣品瓶中且不與樣品接觸，然后將樣品瓶放到頂空儀（Headspace）上，分別保溫6h、1天、2天、3天、4天、8天和14天（見表2）。分析前在攪拌棒上加上同位素標記標準樣。
圖3. OCP-分析色譜圖。
實驗結果
Bernhard Henkelmann說：“經過對所有實驗數據的處理，可以肯定地說，我們的估計是對的。即：攪拌棒或者說是SBSE是監測大氣有機污染物更有希望的方法。”
吸附在攪拌棒PDMS涂層上的POPs的定量分析表明其具有更寬的線性范圍（10~4000pg）。通過模擬空氣污染程度的不斷增加，證明此方法可用于不同地區不同污染程度的大氣污染物的監測。
Henkelmann解釋說：“通過不同吸附時間的實驗證明，對于易揮發組分在攪拌棒PDMS涂層與氣相間的物質交換可以在24h內達到平衡。”一些難揮發組分即使14天也無法達到平衡。科學家們對他們的實驗結果感到很興奮：“攪拌棒吸附技術可以節省時間，減少工作量，樣品分析可以自動進行，保證了大的樣品通量，也為處理其它工作提供了工作空間。”