摘 要：
固相微萃取技術是一種新型的樣品前處理技術, 具有操作簡單、無需溶劑、設備低廉、能夠直接用于色譜和色質聯用儀進樣等特點, 自出現以來就受到人們廣泛關注, 目前已在食品、醫藥、環境、法醫毒物等方面的檢測中得到了很好的應用。對固相微萃取技術進行了綜述, 主要介紹了固相微萃取裝置、萃取原理和萃取方式, 并對涂層材料的研究進展及其在法醫毒物檢測方面中的應用進行了總結。
固相微萃取 (SPME) 技術是在固相萃取 (SPE) 基礎上發展起來的一種簡單、有效的樣品吸附/脫附前處理技術。該技術是1989年由加拿大Waterloo大學Pawliszyn及其合作者Arthur等人提出并逐步發展完善起來的。傳統的樣品前處理技術存在有機溶劑用量大, 富集倍數低, 操作繁瑣、費時, 有時還會出現分析物的損失和污染等較為嚴重的缺點[1-3], 相比于傳統的樣品前處理技術, SPME技術將取樣、萃取、濃縮和進樣集于一體, 具有操作方便, 耗時短, 測定快速高效, 無需任何有機溶劑等優點；同時該技術所需設備簡單, 操作快速, 無需其他附屬設備, 且分析靈敏度高, 檢測限能夠達到μg/L~ng/L水平, 分析所需樣品的體積小, 不需要完全萃取或者完全平衡等特點。
1 固相微萃取裝置
固相微萃取裝置由手柄和萃取頭構成, 其結構如圖1所示。萃取頭是一根長1cm的熔融石英絲, 外表可涂有不同性質的固定相涂層。石英絲固定在一根不銹鋼軸上, 目的是保護石英絲不被折斷, 不銹鋼軸又與取樣器相連。固相微萃取的原理是建立在待測物在萃取探頭固定相和樣品溶劑相或氣相之間達成的平衡分配基礎上, 選擇富集樣品中的待檢測物質, 隨后通過熱解吸或溶劑解吸的方式將待檢測物質分離出來并轉移到檢測儀器中進行分析。
固相微萃取裝置在萃取樣品時要先將石英絲縮回針管內, 用針管穿透樣品瓶的隔墊, 然后將涂有固定相涂層的探頭暴露在樣品或頂空中, 萃取一定時間后將探頭縮回到針管, 從樣品瓶中拔出針管, 之后將萃取頭插入分析儀器的進樣口, 通過解吸之后進行分離分析。相比較于傳統固相萃取的吸附劑萃取過程, 為了保證數據的準確性與結果的重現性, 保持萃取時間、萃取溫度和萃取頭浸入深度的一致性對于固相微萃取過程是非常重要的。在實際應用中, 由于分析物穿過萃取涂層上的水膜到達萃取涂層的速度很緩慢, 人們通常用超聲波震蕩、磁力攪拌等方式加速這一過程[4]。SPME過程中常用的三種操作方式為:直接萃取、頂空萃取和膜保護萃取[5], 在具體的實驗過程當中, 對于易揮發的被檢測物既可以直接萃取也可以頂空萃取時, 一般采用頂空萃取。頂空萃取時分析物可以更快擴散到萃取相上, 與直接萃取相比能夠更快達到萃取平衡, 且可以有效地減少分析干擾, 延長萃取頭的使用壽命；難揮發性的物質一般采用直接萃取法；對于主要存在于液體當中的分析物, 直接萃取方式相比較頂空萃取更加靈敏。
2 SPME涂層材料
涂層材料的性質和制備方法是固相微萃取技術研究的核心內容, 材料的結構和性能直接影響了SPME萃取的選擇性和應用范圍, 在很大程度上決定了整個分析結果的準確性和靈敏度。目前商品化的涂層主要有以下幾種:聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯 (PDMS/DVB) 、聚乙二醇/模板樹脂 (CW/TPR) 、聚二甲基硅氧烷/碳分子篩 (PDMS/CAR) 、聚乙二醇/二乙烯基苯 (CW/DVB) 、聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯/碳分子篩 (PDMS/DVB/CAR) 。其中PDMS和PA的應用較為普遍, 二者均可用于氣相和液相色譜, PDMS多應用于非極性化合物, PA多應用于極性化合物[6]。
商品化涂層的出現在很大程度上促進了固相微萃取在食品、環境、醫藥、法醫等方面的應用, 但因為其耐高溫性和耐溶劑性較差、價格昂貴等因素, 故促進了價格低廉、耐高溫、具有更高選擇性涂層的研究, 目前對于SPME涂層材料的研究主要以聚合離子液體、聚吡咯和分子印跡等材料的為主。
聚合離子液體是近年來廣受關注的一種新型SPME涂層材料之一, 具有熱穩定性好、蒸汽壓低、溶解能力強等特點。聚合離子液體SPME涂層材料的合成一般采用溶膠-凝膠法來制備, 周欣等[7]以1-羥乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸 (HEMIM[BF4]) 和1-羥乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺 (HEMIM-[N (SO2CF3) 2]) 離子液體為涂層材料, 采用溶膠-凝膠方法制備了兩種新型的離子液體-羥基硅油 (OH-TSO) 復合涂層固相微萃取探頭, 并且通過實驗對比發現HEMIM[BF4]具有更好的熱穩定性, 其使用溫度最高可達到360℃, 對水中芳胺進行檢測得到了較好的分析靈敏度和重現性, 檢測限為6.3~201.3ng/L, 線性范圍為3~4個數量級, 相對標準偏差均在7%以內。周瑞娟等[8]以含離子液體基團的三烷氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷為前體, 通過溶膠凝膠法制備了一種含鍵合離子液體和苯基雙功能基的SPME涂層, 該涂層具有多孔結構且離子液體不易流失, 其使用溫度可達340℃；對萃取條件進行優化后采用頂空固相微萃取結合GC/FID的方法, 測得水樣中5種多環芳烴的檢出限為0.002~0.083μg/L, 相關系數的平方均大于0.9973。
Wu等[9]研究了基于聚吡咯 (PPY) 涂層毛細管的管內固相微萃取技術, 使用該技術對水溶液中芳香族化合物的萃取進行了研究。實驗表明, 與商業毛細管涂層相比, PPY涂層具有更高的萃取效率, 尤其是對于多環芳香族化合物和極性芳香族化合物；通過改變涂層厚度可以調節萃取效率和選擇性, 并且該涂層材料還能夠用于水樣中極性和非極性芳烴的同時萃取分析。梁小丹等[10]通過循環伏安法在不銹鋼絲表面制備了新型聚吡咯-離子液體涂層, 以5種苯類化合物為目標分析物, 測得該涂層具有良好的穩定性, 使用溫度可達到290℃, 相比較于聚二甲基硅氧烷材料, 聚吡咯涂層對苯類化合物表現出了更高的萃取能力。
Pawliszynt等[11]合成了一種分子印跡聚合物 (MIP) 材料, 首次與固相微萃取結合用作管內固相微萃取吸附劑, 對血漿中的β-受體阻滯劑體現了良好的選擇性。胡小剛等[12]以丙二醇為模板分子合成了撲滅津分子印跡涂層, 對三嗪農藥和混有參考物 (苯) 的溶液進行萃取, 實驗結果表明用MIP包覆纖維對丙二醇的萃取率是未印跡聚合物 (NIP) 包覆纖維的10倍, 且對干擾物苯的萃取含量并沒有增加, 體現了良好的萃取選擇性；在對三嗪農藥進行萃取之后, 又對四環素類藥物進行了分析, 使用MIP包覆纖維對四環素和結構相似的土霉素、多西環素、金霉素體現了特殊的選擇性[13]。
3 固相微萃取在法醫毒物檢測中的應用
法醫毒物分析是以分析化學尤其是現代儀器分析技術為基礎, 以能損害生命正常活動的毒物為研究對象并對其進行定量和定性判定, 是服務于國家法制建設的一門應用性學科。文章所指的法醫毒物是指凡是能夠通過化學或物理化學作用而損害生命正常活動, 引發功能障礙或器質性病變乃至造成死亡的物質。在收集涉及法醫毒物以及其代謝物的過程中, 由于涉及目標物的含量較低且能夠得到的檢材量也較少, 另外部分分析實驗具有不可逆性等特點, 所以, 在法醫毒物分析中對收集樣品進行分離提純是其分析階段最關鍵的一環, 也是需要花費大量時間去研究和發展的重要的、不可缺少的步驟之一。法醫毒物分析領域內最常使用的提純方法有快速溶劑萃取、固相微萃取、固相萃取、液液萃取及攪拌棒吸附萃取等技術。在這些方法中, 由于固相微萃取技術具有所需樣品少、無需溶劑、使用范圍廣、重現性好等諸多優點已被大量用于法醫毒物的實踐檢測應用當中
目前, 國內雖然還沒有建立系統的法醫毒物分析方法體系, 但固相微萃取技術由于其專一性、靈敏性較高等特點在法醫分析方法體系中占據了重要的地位, 并且隨著新型SPME涂層材料的出現以及對萃取條件優化等的研究將會進一步提高目標化合物的萃取效率、萃取選擇性和檢測靈敏度。
4 結束語
固相微萃取技術是集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體的樣品前處理新技術, 克服了傳統前處理過程當中耗費時間長、需要有機溶劑、污染環境等弊端, 受到了廣大研究人員的青睞, 其應用范圍在不斷擴大, 分析對象從以前的揮發性有機化合物擴展到非揮發性無機毒 (藥) 物, 萃取效率和萃取選擇性也有了明顯的提高, 并且隨著科學技術的不斷發展, 固相微萃取技術也在不斷的完善, 相信固相微萃取技術在法醫毒物方面的應用將會發揮越來越重要的作用。