固相微萃取

固相微萃取（精选8篇）

固相微萃取 篇1

样品的分析过程主要包括:样品的采集、样品预处理、进样分析和数据处理4 个阶段。近年来随着现代分析技术, 特别是各种选择性高、灵敏度高、简便快捷的分析仪器的发展, 使得样品进样分析和数据处理这两个阶段所用时间越来越短, 然而样品的预处理过程所用时间依然很长, 繁多的处理步骤使它成为样品分析过程中最耗时的环节, 也是最关键的环节。传统的样品预处理方法是溶剂萃取, 它往往需要使用一些有毒溶剂, 不但容易导致被测组分损失, 而且对实验操作人员的健康和环境也会产生不利影响。因此, 积极研制和开发高效、快捷的样品预处理方法成为当代分析化学领域的一个热点和“瓶颈”问题[1,2]。

1 固相微萃取技术的基本原理和影响因素

1.1 基本原理

固相微萃取 (Solid phase microextraction, SPME) 技术是以熔融石英光导纤维或者其它材料作为基体支持物, 以高分子涂层作为吸附介质, 根据相似相溶的原理[3], 通过直接或顶空方式对样品中的目标分析物进行萃取和浓缩, 然后与色谱分析仪器联用直接进样进行分离检测[4]。SPME理论主要包括Louch和Arthur等[5]早期提出的平衡理论 (平衡态下直接固相微萃取) 和1997年Ai[6]基于扩散理论提出的稳态非平衡直接和顶空固相微萃取理论。后来Go'recki等[7]提出了SPME多空涂层的吸附萃取理论。

对于一个单组分的单相体系, 当待测组分在萃取头和萃取体系之间达到平衡时, 可得到待测物与萃取头之间的分配系数K, 待测物在萃取体系中的量与此分配系数的关系如下:

公式中:N为萃取头上吸附的待测物质的量;K为待测物在萃取头和样品基质中的分配系数;C0为萃取前待测物质在样品中的浓度;Vf为萃取头的体积;Vs为样品的体积;Cs为萃取后样品中待测物的浓度;Cf为萃取头中待测物的浓度。由于KVf< <Vs, 因此公式 (1) 可以近似为N=KC0Vf。

分配系数K在一定的浓度范围内是恒定的, 因为它一般只取决于萃取头的固定相类型[8], 对于一定的萃取头其体积Vf是恒定不变的。所以萃取头上吸附的待测物质的量N和萃取前样品中待测物的浓度C0成正比例线性关系, C0可以通过气相色谱测得。公式 (1) 的推导是对于单组分单相体系而言, 但是实际分析的样品大多是多组分共存的, 组分的K值不但与同一组分不同相内的含量有关, 还与其他多种组分的含量有关。由于所分析的样品中待测物的含量一般较低, 其相互之间的作用可以忽略不计, 所以公式 (1) 仍然具有一定代表性。

1.2 影响因素

1.2.1 萃取时间 萃取时间是指待测物质在样品基质和固定高分子涂层之间达到分配平衡所需要的时间, 众多因素决定着萃取时间, 例如样品基质、萃取头性质、物质的分配系数、扩散速度等[9]。萃取开始时萃取头中待测物质的浓度增加非常快, 但接近平衡的时候速度变得很缓慢[10]。实际萃取时间可由萃取量和萃取时间的吸附平衡曲线来决定, 一般为2~60min。

1.2.2 温度 萃取原理公式中分配系数属于热力学常数, 所以温度是影响分配系数的重要参数[2]。适当地升高萃取温度可以加快样品分子运动, 加快分子扩散速度, 缩短萃取平衡时间。但是温度升高也会降低萃取头吸附待测组分的能力, 使检测灵敏度下降。

1.2.3 搅拌 对于高分子量和高扩散系数的组分使用磁力搅拌、声波振摇可以使样品分子分布更均匀, 可以缩短萃取时间, 但是搅拌一定要均匀, 否则会使SPME的精确度降低。

1.2.4 盐效应和pH影响 酸性化合物在酸性基质中容易被吸附, 碱性化合物在碱性基质中容易被吸附, 因此在萃取前改变溶液中无机盐浓度和酸碱度将改变溶液的离子强度[11], 对被分析物的溶解度产生影响, 也就会对萃取头的萃取量产生影响。

1.2.5 萃取涂层种类 SPME涂层的种类和厚度是影响分析选择性和灵敏度的重要因素, 所以萃取涂层是固相微萃取装置的心脏。具有选择性的萃取涂层不但可以提高固相微萃取的分离能力, 还可以扩大它的应用范围[12]。近年发展的新型优良涂层主要有PI/SiO2SPME涂层、石墨烯、离子液体、分子筛、纳米阵列材料等[13,14]。也有学者以改性的铜导线作为固相微萃取的萃取纤维来选择性地萃取有机胺[15]。

分析工作者可以根据自己分析物质的性质、物质扩散速度和样品基质等因素选择合适的萃取涂层, 并且可以从萃取温度、搅拌速度、pH值、离子强度等方面优化萃取方法, 以便更加简洁、准确地开展工作。

2 萃取方式

固相微萃取技术最初采用的pH都是把萃取头直接浸入液体样品中或暴露于气体样品中来吸附、浓缩、提取待测物质, 尤其适用于干净基体的液态样品和气态样品, 这种提取方式称为直接- 固相微萃取 (direct-inmersion, DI-SPME) [16]。分析物从样品基底到萃取高分子涂层的传质过程控制着DI-SPME的萃取速度, 实际应用中, 萃取涂层通常在10~100μm[17], 大多数分析物在不到1min的时间就可以在萃取涂层中达到扩散平衡。但是萃取涂层表面常覆盖一层静止的水膜, 影响了待测分析组分在固定液中的扩散, 平衡时间长, 致使其扩散萃取速度缓慢, 这也成为了影响DI-SPME平衡速度的关键因素。

顶空-固相微萃取法 (Headspace-SPME) 是将萃取头垂直放入样品的上方, 萃取头不接触基质, 避免基质中不挥发的、大分子量的物质被污染, 延长萃取头的寿命[18], HS-SPME萃取技术其气相传质阻力小, 所以与复杂基质的分离过程相对DI-SPME更加简捷方便, 它比较适用于分析具有高的亨利常数、疏水性较强的有机物, 特别是气体样品[19], 并且此种有机分析物在萃取高分子涂层和顶空气氛之间的分配系数不能太大[4]。HS-SPME涂有萃取层的石英纤维位于样品基质的上方气态中, 只要分析组分能释放进入到顶端空间, SPME法就可以从任何基质中萃取挥发性或者半挥发性的有机化合物[20], 尤其是DI-SPME无法处理的污水、油脂、血液等基体不纯净的样品[21]。

膜保护-固相微萃取法 (Membrane-protected-SPME) 主要是用于萃取、分析被严重污染的样品中的待测组分[22]。严重污染的样品容易造成石英纤维萃取头的损坏, Zhang等[23]设计了一种中空纤维膜, 目的是防止石英纤维上的萃取涂层受到破坏。这种纤维膜作为固相微萃取石英纤维的同心护套, 可以阻止高分子物质的通过, 但允许待测物质分子自由扩散, 同时也能从复杂的液体基质中萃取出高沸点物质。

衍生化-固相微萃取法 (Derivatization-SPME) 对于强极性的待测组分, 为了降低其极性可以在其水溶液基质中加入适当的衍生化试剂使其被衍生化后再进行萃取, 这样可以增加待测物的涂层/水或涂层/气相的分配系数, 从而提高固相微萃取技术的萃取效率和方法灵敏度[24]。衍生化按衍生部位的不同可分为进样口衍生化、萃取头衍生化、基质内衍生化。

3 固相微萃取与其他分析仪器联用

3.1 SPME与其他分析仪器联用

SPME与GC-MS相结合是研究最早也是目前发展最成熟、应用最广泛的分析技术之一。固相微萃取装置类似注射器, 主要分手柄和萃取纤维头两部分[25]。其中纤维头和其外围的不锈钢细管构成针式结构, 纤维头可在钢管内伸缩, 萃取样品时将针管刺入样品瓶后推出纤维头, 待萃取平衡后缩回萃取头退出样品瓶。固相微萃取的针状钢管正适合成为质谱仪的进样工具, SPME萃取头上的待测物在GC-MS进样口进行热解吸后, 随载气迅速导入离子化池。由于SPME与GC-MS联用使分析工作量大大减少, 而且操作方便简洁, 所以此种方法被广泛应用于各个方面。

SPME-GC虽然已经发展较为完善, 但仍然存在其固有的局限性, 不适用于热不稳定和极性大不易挥发的化合物的萃取测定[26]。Chen和Pawliszyn[27]在1995年设计出了固相微萃取- 高效液相色谱联用的接口装置, SPME与HPLC结合起来后溶剂解吸取代了热解吸, 很好地解决了以上这些问题, 并扩大了固相微萃取技术的应用范围。随着固相微萃取的发展, 出现了管内固相微萃取装置, 实现了更好地与液相色谱在线耦合, 并与液质联用取得了很大进展[28,29]。直至今日与液相色谱联用的SPME类型有纤维针式固相微萃取、管内固相微萃取、针内固相微萃取、管尖固相微萃取[30]。最近John Jairo Rios Acevedo等[31]又发现了一种新的固相微萃取- 高效液相色谱法联用的热脱附接口, 这种接口克服了传统萃取装置接口的局限性, 特别是避免了光纤盒有机溶剂的接触。

3.2 SPME在各学科中的应用

SPME在农药残留的预处理方面, 对样品有很强的富集作用, 而且萃取材料和纤维表面涂层种类丰富, 对混合成分的待测样品有选择性好、分离效率高等特点[32]。环境监测涉及到多个方面, 特别是在大气、土壤和水源方面都能使用到固相微萃取法, 它能以最快的速度测量并确定介质中的有机物浓度, 并检测出具体形态、分布规律和组织结构, 能更好地反映出环境质量与未来的发展趋势[33,34]。在预处理生物样品方面, SPME不需要任何溶剂, 样品需要量少, 尤其适用于含有挥发性和半挥发性待测物的生物样品[35], 在测定血液、尿液、毛发、唾液中的药物分布等方面占有重要地位, 如Anzillotti等[36]利用SPME-GC-MS技术快速检测司机体内是否有大麻类成分, 该方法快速、准确。在食品分析中, SPME与气相色谱-质谱技术联用在测定食品中残留农药、防腐剂和食品风味方面发挥巨大作用, Perez-Gonzalez等[37]运用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用对加工的杏仁饮料进行分析, 研究出了可用于杏仁饮料大生产时质量控制的方法。

4 结语

固相微萃取技术是一种极具发展潜力的样品前处理技术, 随着其应用领域的不断扩大, 其萃取纤维本身的一些局限性导致新问题和新要求不断出现。随着性能更好、选择性更强的涂层材料出现, 必将带动固相微萃取技术在稳定性、选择性及使用寿命方面的改进。继续研究固相微萃取技术与其他仪器的在线联用技术, 使易于组装拆卸的接口更标准化和商品化, 促进仪器设备的微型化和集成化, 相信今后固相微萃取技术将在许多分析领域中取代传统的样品预处理方法, 成为一种高效常规的分析手段。

摘要：固相微萃取技术是一种绿色、高效的样品前处理技术。由于它操作简便、分析速度快、不用或少用溶剂、易于与其它分析仪器联用等优点, 已经成为各分析领域检测分析的重要手段。

关键词：固相微萃取,萃取方式,影响因素

固相微萃取 篇2

固相微萃取-气相色谱法联用测定水中氯苯系化合物

摘要：采用顶空固相微萃取与气相色谱联用技术对水中九种氯苯进行测定.优化了SPME的萃取条件,选用65 μmPDMS-DVB萃取涂层,在加入1.5 g NaCl,温度为20℃的条件下萃取15 min,280℃解吸4 min.该方法的`相对标准偏差小于8%,相关系数大于0.998 8.将该方法应用于湘江水中氯苯的测定,回收率分别为79.4%～99.9%,证明了该方法对痕量氯苯分析的可行性与可靠性.作 者：霍雪莲    Huo Xuelian  作者单位：湖南机电职业技术学院,湖南,长沙,410151;武汉大学,化学与分子科学学院,湖北,武汉,430072 期 刊：环境科学与管理   Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT 年，卷(期)：, 35(1) 分类号：X830.2 关键词：固相微萃取    气相色谱    氯苯    水   

固相微萃取 篇3

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p H值的影响

在萃取前于样品中添加无机盐, 如Na Cl、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p H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p H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, p H值会直接影响其存在的状态, 因此, 调节体系的p H值是很有必要的。但是值得一提的是, p H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, 增加基质的传递速度, 使得基质于搅拌的作用下更快的达到平衡分配, 从而提高萃取的效率。通过超声振荡可以更好地促使待测物迁移吸附到涂层纤维上, 以增加有机物在气相中的浓度, 更有利于提高萃取的效率和分析的准确性。但是超声振荡效果会随着平衡温度的升高而逐渐减低。

4 结语

固相微萃取技术是在固相萃取的基础上发展起来的, 是一种响应现代仪器的要求而产生的样品前处理新技术, 因其集采样、萃取、浓缩、进样于一体的优点而被各个领域广泛运用。固相微萃取技术的发展及应用使更多的分析工作者从繁琐、重复的操作中解脱出来, 是非常实用的应用技术, 在将来的各个领域中会得到更好的运用。

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

参考文献

[1]庞建峰.固相微萃取技术及其在环境样品分析中的应用[J].科学导刊, 2010 (10) :29 (5) .

固相微萃取法在水质监测中的应用 篇4

1 固相微萃取法的意义

萃取技术是利用一些手段, 从样品中分离出被测化合物, 方便进行试验。传统的萃取方法比较多, 但大多数都具有操作繁琐、耗时以及误差比较大等缺陷, 并且需要消耗具有毒性有机溶剂的原料, 不但危害人身健康, 同时还会造成环境的污染。随着科技的不断提高, 通过对无溶剂萃取技术的探索和研究, 固相萃取技术实现了这一突破, 它是通过将吸附剂填充在管中, 当被测样品通过时, 对分析物进行吸附萃取, 并通过根据分析物选择不同的溶剂进行洗脱。固相萃取一般应用于现场的预处理, 但由于其操作比较复杂, 而且容易堵塞, 所以不是最理想的萃取方法。

固相微萃取是目前国际上流行的一种新型萃取技术, 它通过将萃取、浓缩、解析和进样融合一身, 通过以固相萃取为基础, 去劣取优, 成为一种实效性的萃取技术。采用固相微萃取法对样品需求少, 选择性较广, 操作方便快捷等优点, 能够适应于气态、固态和水体等的挥发性、半挥发性有机物及无机物。随着固相微萃取法的应用逐渐推广, 这种方法将比固相萃取更好的实用性。

2 固相微萃取法的原理

随着固相微萃取法的全面推广, 得到了很好的效果。固相微萃取是通过以固相萃取技术为基础, 采用固相微萃取装置便可以完成全部的萃取过程。在固相微萃取装置中有一个伸缩杆, 伸缩杆上连着一根熔融石英纤维, 并在表面涂着色谱固定相, 通常情况下, 熔融石英纤维存在于伸缩杆内, 需要时可以推动进样器将纤维取出。固相微萃取主要通过对有机物进行分析, 根据相溶性原则, 将组分从试样中萃取出来, 并富集起来, 从而完成试样前的处理过程。在进样时, 采用高温色谱进样器, 将吸附的组分通过流动相采集出来, 并通过色谱仪进行分析。固相微萃取法的取分一般分为两个步骤: (1) 萃取部分。通过在试样容器中插入针头, 将熔融石英纤维推出, 对试样进行分组萃取。 (2) 进样过程。将针头插入到色谱进样器中, 推出熔融石英纤维, 从而进行解吸过程, 并对色谱进行分析。固态微萃取的待测化合物通常分为三种方式, 包括直接浸入式萃取、顶空辞去、膜保护萃取。直接浸入萃取适用于气体和液体的组分。顶空萃取适用于具有挥发性和半挥发性组分的萃取。

3 固相微萃取法在水质监测中的应用

在水质的监测中, 固相微萃取法能够定量水体中的可挥发性有机污染物, 有效的水质进行监测。应用固相微萃取法对水质的监测可以实现含有多种化合物的检测, 并具有较高的灵敏度和线型范围。在水质的监测中, 一般采用固相微萃取法中的直接萃取模式或者顶空萃取模式, 对不同的污染物采用新的技术和涂层。利用固定相的毛细管置于取样针中作为萃取管, 建立固相微萃取方式, 进行水质的监控, 能够有效的提高实验的准确性和可靠性。采用固相微萃取技术进行水质监测, 有效提高水质分析的灵敏度。并建立在线采集、萃取、分离和检测技术。该技术能够进行直接和顶空萃取, 可以监控水中的多种污染物, 监控的稳定性可以达到RSD<2%。

针对性选择不同的萃取涂层, 同时选择合适的萃取模式和相应的检测装置。目前的大部分水质监测中都采用固相微萃取法来完成对污染物的检测, 包括河水、湖水、饮用水等环境下的水质。具有良好的检测效果。

起初, 固相微萃取法只应用于一些易挥发化合物在水体中的提取, 随着科技的不断发展, 固相微萃取技术不断的完善, 其应用范围越来越广, 已经应用到食品、医学、临床和生物化学等大部分领域中, 并都起到良好的使用效果, 随着不断的研究, 固相微萃取技术的应用正在向大气污染、土壤污染、食品分析以及复杂液体分析等多个方面延展, 此项技术对我国的科技发展具有重要的意义。

4 结束语

目前, 固相微萃取技术的应用在我国还不够普及, 但是应用固相微萃取技术能够起到良好的效果, 由于它具备操作简单, 不需要采用一些有毒的化学溶液、提取效果好、可靠性高等特点, 以及逐渐被大部分领域所应用。随着固相微萃取技术的应用, 对水质的监测可以实现有效的污染物分析, 从而及时采取污水的处理措施。固相微萃取技术对污染水的处理有着重要意义, 随着科技的不断进步, 固相微萃取技术的不断完善和发展将对我国的社会发展具有重要意义。

摘要：随着我国经济的不断发展, 水质的监测技术需求也在不断的提高, 由于目前我国的工业发展迅猛, 造成了严重的水污染, 已经引起了相关部门的高度重视。随着对水质监测技术的发展, 推出了固相微萃取技术, 这项技术是一种现代化的产品处理技术, 固相微萃取法具有方便、快捷、高灵敏度、价格低廉等特点, 并且不使用有机溶剂, 并且同时广泛的应用于对样品的分析监测中。通过对固相微萃取技术的开发与推广, 能够有效进行水质污染检测, 在水质监测中具有重要意义。本文对固相微萃取法对水质中含有污染物的监测应用进行分析, 并对固相萃取法在水质监测中应用前进进行展望。

关键词：固相微萃取法,水质监测,应用,展望

参考文献

[1]宋昌慧, 蔡英, 陈波, 姚守拙.固相微萃取-气相色谱法同时测定水中17种有机污染物[J].中国卫生检验杂志, 2010 (17)

[2]徐雪丽, 于淑池, 叶杰君, 沈燕霞, 彭忠.蚕豆根尖细胞微核技术监测南太湖水质污染状况的研究[J].安徽农业科学, 2009 (19)

[3]肖俊峰.固相微萃取技术应用于有机氯农药分析的研究[D].中国科学院研究生院 (大连化学物理研究所) , 2004

固相微萃取 篇5

固相微萃取技术 (SPME) 是在固相萃取 (SPE) 的基础上发展起来的一种新型的样品预处理技术, 该技术与传统的萃取技术相比, 具有操作简捷、携带方便、选择性和适应性好、灵敏度高等优点, 且易于与气相色谱 (GC) 、高效液相色谱 (HPLC) 、质谱仪 (MS) 等分析仪器联用。

SPME装置主要由手柄和萃取头两部分构成。萃取头为表面涂有特定涂层的熔融石英纤维。萃取样品时, 将萃取头从手柄中推出, 浸入样品中直接萃取或置于样品上空进行顶空萃取。基于“相似相溶”原理, 待测物质从样品基质中向涂层扩散并富集, 一段时间后达到平衡。随后将萃取头收缩于手柄内, 插入分析仪器的进样室中, 推出萃取头, 使被富集的化合物进入分析仪器完成分析检测。

二、固相微萃取技术在食品分析的应用

农药残留

固相微萃取在农残检测中的应用多是针对饮用水、蔬菜、水果、酒类、及草药等, 分析的对象主要是有机氯、有机磷及氨基甲酸酯等各类杀虫剂, 还有少数除草剂、杀菌剂等。不同的农药应采用相应的检测方式进行分析[1]。例如对于具有低沸点、热稳定性质的有机磷、有机氯类农药首选GC或GC-MS分析;而多数氨基甲酸酯类农药对热不稳定, 不易挥发, 应采用HPLC分析。Joana[2]等建立了一种同时检测多种农药的方法, 检测了白酒中六种杀菌剂和一种杀螨剂的含量, 该方法将固相微萃取技术与气质联用结合, 具有较高的灵敏度和选择性。

食品风味

食品的风味组分含量多为微量或痕量级别, 但其分析却是质量控制的重要组成部分。目前的研究主要是针对水果类、蔬菜类、酒类、乳类、肉类食品挥发物的分析。Lina等[3]采用顶空SPME法分析了新鲜石榴的芳香性挥发物的成分, 结合GC-MS法, 检测出该挥发物中的23种化学成分。此外, 通过该方法作者还确定了石榴中具有芳香活性的几种化学物质为己醛和β-蒎烯、2-乙基己醇等。刘敬科[4]等将SPME与GC-MS技术联用, 对小米粥的挥发性成分进行鉴定, 并对比了三种不同涂层的萃取头的吸附效果。结果显示, 小米粥的挥发性成分主要为醛、醇、碳氢化合物和酮等物质, 且三种萃取头从小米粥中提取的挥发性成分有较大差异。

防腐剂

食品防腐剂的使用可防止食品因微生物引起的变质, 提高食品保存性能, 而一旦超标会对人体产生毒副作用。目前采用SPME技术已对多种防腐剂进行了研究。如对羟基苯甲酸乙酯、氨基甲酸乙酯、苯甲酸、山梨酸等。贾丽[5]等建立SPME和GC-MS联用技术测定明胶中的对羟基苯甲酸乙酯。该方法测定对羟基苯甲酸乙酯的线性范围为0.05~5μg/m L, 检出限为0.03μg/m L, 可成功地用于明胶样品中对羟基苯甲酸乙酯的测定。

三、小结

固相微萃取技术已广泛应用于食品风味、食品中农药残留和添加剂的分析。但是食品样本组成复杂, 杂质种类多, 对定性分析和定量检测造成很大干扰, 同时, 高沸点、热不稳定组分的检测是一个有待克服的难点, 因此开发新涂层、推出新装置以提升其分离性能, 将是今后研究的热点。

摘要：固相微萃取技术是一种新型的样品预处理技术, 该技术集取样、浓缩、解析、进样于一体, 具有便于操作和携带、选择性高、无需有机溶剂等优点, 文章对该技术在食品分析领域中的应用情况进行了探讨。

关键词：固相微萃取,食品分析,应用

参考文献

[1]付颖, 王常波, 叶非.固相微萃取技术在农药残留分析中的应用[J].理化检验-化学分册, 2006, 42 (10) :867-869.

[2]Joana M., Cristina E., etc.Analysis of six fungicides and one acaricide in still and fortified wines using solid-phase microextraction-gas chromatography/tandem mass spectrometry[J].Food Chemistry, 2012, 132 (1) :630–636.

[3]Lina M, Zipora T, etc.Identification of aroma-active com?pounds in‘wonderful’pomegranate fruit using solvent-assisted flavour evaporation and headspace solid-phase micro-extraction methods[J].Eur Food Res and Technol, 2012, 235 (2) :277-283.

[4]刘敬科, 赵巍, 刘莹莹, 张玉宗.不同萃取头的固相微萃取提取小米粥中挥发性成分的研究[J].河北农业科学, 2010, 14 (11) :142-144.

固相微萃取 篇6

20世纪70年代,固相萃取(SPE)技术被提出,它可以减少和克服液液萃取(LLE)分离时间长、使用有毒溶剂多等缺陷,大大减少了有机溶剂的用量,能处理微升级的样品。但SPE技术本身仍是一种多步骤的分离制备方法,存在易堵塞、回收率低、重现性差等缺陷。1989年加拿大Waterloo大学的Janusz B.Pawliszyn及其同事于提出了固相微萃取(SPME)技术[1],其属于非溶剂型选择性萃取技术,该技术将取样、萃取、浓缩等过程合并在一个操作步骤中完成,快速地处理样品并直接将其送入色谱分析仪器,有效的克服了SPE的多种弊端。固相微萃取技术几乎可以用于气体、液体、生物、固体等样品中各类挥发性或半挥发性物质的分析。1993年美国的Supelco公司将SPME技术实现了商品化。

2 固相微萃取技术简述

2.1 固相微萃取技术工作原理

SPME主要利用的是吸附原理。SPME将表面涂有色谱固定相(液)的熔融石英纤维作为固相吸附剂,样品中的待测组分作为吸附质,通过传质、扩散效应达到吸附平衡。在进样过程中,利用气相色谱进样器,或液相色谱、毛细管电泳的流动相将吸附的组分从固定相中解吸下来,由后续的气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)、质谱仪(MS)、毛细管电泳(CE)等检测仪器进行分析。

2.2 固相微萃取技术设备

固相微萃取装置类似于气相色谱的微量进样器,主要由两部分构成一部分是萃取头,另一部分是微量注射器。萃取头是一根长1 cm涂渍有不同固定相的熔融石英纤维,通过不锈钢管将它安装到微量注射器上。平时萃取头收于注射器针头内,以免受到污染。当萃取样品的时候,推出萃取头,使萃取头浸渍在样品中或置于样品上空进行萃取。待测组分就会吸附在萃取头上,经过2~60 min待有机物在两相达到吸附平衡后,将固相微萃取装置撤离样品,就完成样品的萃取过程[2]。进样时,将该注射器直接插入气相色谱仪的进样室,推出萃取头直接在进样口进行热解析即可。

2.3 固相微萃取技术特点[3]

分析时间短,操作简便;无需使用有机溶剂;选择与待测组份性质相似的萃取头,缩短进样时间,可较好分离各组份;制作固相微萃取头困难,且萃取头易碎,价格贵;萃取头上的固定液高温流失和吸附的其它杂质可对测定结果造成干扰;解析进样时间长,峰扩展变宽,有时变成拖尾峰;随着使用次数增多,萃取能力减弱,萃取头的使用寿命短。

3 固相微萃取技术主要影响因素

3.1 涂层的影响

萃取涂层是影响SPME萃取选择性和灵敏度的核心部分,通常对萃取涂层的选择基于分析物和萃取涂层的相似相溶原理来确定。用极性涂层萃取极性化合物,非极性涂层萃取非极性化合物。涂层厚度对待测组分的吸附量和平衡时间也有一定影响,涂层越厚,固相吸附量越大,有利于提高方法的灵敏度,但由于待测组分进入萃取涂层是扩散过程,涂层越厚,达到平衡的时间就越长,分析速度也越慢,因此在分析不同待测组分时应选择不同厚度的涂层[4]。一般来说,对于小分子或挥发性物质常采用厚膜的涂层,较大分子或半挥发性物质采用薄膜涂层。

3.2 萃取温度的影响

温度升高,可使待测组分的扩散系数增大,有利于缩短平衡时间,加快分析速度;但随着温度的升高,又会导致待测组分在顶空气体与涂层间的分配系数减小,引起涂层吸附能力下降,进而影响萃取灵敏度[5]。在进行多组分同时测定时,选择适宜的萃取温度至关重要。

3.3 萃取时间的影响

萃取时间即萃取达到平衡所需的时间。萃取属动力学过程,因此萃取平衡所需的时间就由待测组分的传质、扩散速度来决定。传质、扩散速度与分子热运动有关,因此加热、超声波、搅拌、微波等增加分子热运动的方式可使萃取吸附的平衡时间缩短。实际工作中,常通过吸附量-萃取时间曲线[5]来确定最佳萃取时间。

4 固相微萃取技术在环境分析中的应用

4.1 SPME技术在水环境分析中的应用

黄卫等[6]针对地表水特定项目有机物中硝基苯类和氯苯类的测定,采用固相微萃取(SPME)前处理技术,萃取头选择65μm PDMS/DVB,萃取时间20 min,用毛细管色谱柱进行色谱分离,用ECD检测器进行测定。研究结果表明:该方法简单快捷、无污染;富集效率高,可达118~1352倍,检出限低至0.00004~0.05μg/L,方法的线性好,相关系数为0.9963~0.9999,精密度好,RSD在2.0%~11.0%之间;回收率高达87.0%~108%。该方法能满足地表水环境质量标准的分析要求。

刘燕群[7]采用固相微萃取(SPME)技术纯化和富集废水中的二噁英类化合物,以HRGC-HRMS技术进行分析。研究结果表明:萃取头选择100μm PDMS,最佳萃取温度和时间分别为45℃、30 min。检测限为0.05 pg/μL,相对标准偏差<10%,回收率为99%~102%,样品中二噁英类物质总的浓度为0.78 pg/μL。

杨红斌等[8]采用固相微萃取-毛细管气相色谱法同时分析水中9种挥发性卤代烃、氯苯类化合物。移取水样4 m L到样品瓶中,插入涂有100μm PDMS的萃取头,并使涂层浸入水样,在加热搅拌板上高速振摇5 min,取出针头后,在气相色谱进样口(200℃)脱附1 min,直接进样进行色谱分离分析。研究结果表明:整个分析过程只需20 min,检出限可达0.01~0.3μg/L,已用于自来水、地面水源中挥发性卤代烃、氯苯类化合物含量的测定。

路荣春[9]采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术对自来水和造纸厂污水中的痕量苯酚进行了萃取与分析。研究结果表明:100 m L水样,利用聚二甲基硅氧烷涂层纤维(100μm PDMS),p H值在2~3,并加入饱和的Na Cl,在搅拌的条件下,萃取温度为90℃,萃取时间为40 min的萃取效果较好。本方法的检测限为0.5μg/L,在线性范围49~200μg/L内具有较好的线性关系,相关系数为0.9984。

钟明等[10]应用PDMS/DVB固相微萃取探头,结合GC/FID测定水中的苯胺、吡啶。首先取待测水样10 m L于15 m L样品瓶中,密封,置于磁力搅拌器上,搅拌,水浴控温30℃,用固相微萃取头萃取30 min后进行气相色谱分析,解吸3 min。每两次萃取过程之间将萃取头在250℃下烘烤15 min以去除残留。研究结果表明:该方法对苯胺和吡啶的检测限分别为0.050、0.065 mg/L,相对标准偏差6.44%~8.67%,具有快速、准确和方便等优点。

梅明[11]等采用顶空-固相微萃取(HS-SPME)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)检测技术对垃圾渗滤液中挥发性和半挥发性物质进行了分析,所运用的SPME萃取纤维是非键合聚二甲基硅氧烷(以下简称PDMS),涂层厚度分别为100μm(主要适合挥发性)和7μm(主要适合半挥发性),在室温下搅拌(1200 r/min)5 min后,顶空萃取60 min后,迅速在GC-MS进样口250℃解析5 min后进行分析检测。检出挥发性有机物有8种,其中主要类别是酮类、酚类和醇类等3种。

叶鹏飞等[12]采取新型大容量固相微萃取器与热解吸/气相色谱联用技术,测定饮用水源地水样中的多环芳烃(主要是微量的萘、联苯及菲)。首先将微型磁转子、新型固相微萃取器分别浸入含100μg/L的萘、联苯、菲的5 m L重蒸水或5 m L饮用水源地水样中,然后置于磁力搅拌台上,以一定的搅拌速度,在室温下直接萃取90 min,用镊子将固相微萃取器取出,拭去表面水分,置于热解吸仪衬管中加热脱附5 min,后进入色谱装置进行分析。研究结果表明,该方法具有线性良好、检出限低(2.0~3.0μg/L)、精密度高(RSD=3.39%~15.90%)等优点。

4.2 SPME技术在大气环境分析中的应用

虞爱娜等[13]采用固相微萃取-气相色谱/质谱(SPME-GC/MS)法测定博物馆室内空气中总挥发性有机物(TVOC)的含量。对7种挥发性有机物标样进行SPME-GC/MS定性定量分析,萃取头分别采用PDMS/DVB型65μm,CAR/PDMS型75μm,DVB/CAR/PDMS型50/30μm,PDMS型100μm,进样口温度230℃,柱温:起始温度45℃,保持3 min,以16℃/min的速率程序升温至250℃,保持5 min。研究结果表明:该方法在0.014~0.914 g/L浓度范围内具有良好的线性关系,最低检出限在1.4~14 ng/L之间,相对标准偏差小于5.28%。

袁丽华等[14]采用固相微萃取法与GC/MS联用,测定了室内空气中的挥发性有机物。采样高度为1.2 m,纤维头涂层采用聚二甲基硅氧烷,厚度为100μm,采样前将纤维头置于GC进样口(250℃)老化30 min,解析温度为150℃,解析时间为40 S。研究分析结果表明:在办公室中由于有吸烟者,尼古丁,取代萘,吡嗪类化合物较多。在新装修居室共检出33种有机污染物,除了蒈烯,雪松醇等天然化合物外,还发现室内空气中有大量的二氯甲烷,乙苯,二甲基苯,邻苯二甲酸二丁酯等油漆中的成分。

4.3 SPME技术在固相环境分析中的应用

李勇等[15]采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱法(HS-SPME-GCMS),对激光打印机和复印机硒鼓中的挥发性有机物进行了分析测定。将萃取针头在气质联用仪的气相色谱进样口中老化,老化温度为250℃,老化时间5 min。将激光打印机旧硒鼓拆解后倒出里面的墨粉,称取2 g迅速放入20 m L顶空瓶中,密封备用。将固相微萃取器的萃取针头插入到顶空瓶中,推出纤维头,注意不要使萃取头碰到墨粉,80℃吸附40 min。随后抽回纤维头,从样品瓶上拔出萃取针头,再将萃取头插入进样口推出纤维头,于250℃解吸2 min,同时启动仪器采集数据。分析结果表明:共有50种有机化合物,这些有机物主要可以分为4类,其中苯系物16种,烷烃烯烃类15种,醇类9种,其他10种(包括醛类4种,酯类3种,酮类1种,酸类1种,酰胺1种)。

魏黎明等[16]采用固相微萃取与气相色谱联用技术,对塑料制品—保鲜薄膜、牛奶包装袋中的痕量挥发性有机物异丙醇、乙酸乙酯、丁酮、甲苯进行定量测定。分析中首先将食品保鲜膜、牛奶包装袋分别裁成30 mm×20 mm碎片,置于50 mL顶空瓶中,密封后在(80±2)℃恒温水浴中恒温30 min,取出放置室温后,再放入40℃水浴中恒温萃取30 min,后进入气相色谱分析。研究结果表明:食品保鲜膜和牛奶包装袋中异丙醇、乙酸乙酯、丁酮、甲苯四种挥发性有机物的含量均小于贸易出口对其残留的要求(8 mg/m2)。该方法的线性范围大于102数量级,检出限低于4.4 ng/mL水平,相对标准偏差为2.3%~4.7%,方法灵敏度高、重现性较好。

高丽荣等[17]采用大体积顶空固相微萃取-气相色谱/质谱联用技术,建立测定纺织品中总挥发性有机物、总芳香烃化合物和4种单体(甲苯、乙烯基环己烯、苯乙烯、4-苯基环己烯)的方法。分析过程中待顶空采样仪升至120℃后,放入试样,盖好顶盖后,由顶盖进样口注入内标溶液,平衡60 min,再将已净化的SPME萃取头(75μm Carboxen/PDMS作为SPME的萃取头涂层)由顶盖采样口插入,萃取20 min后立即将其插到GC/MS进样口中,进行热解析和色谱分析,内标法定量。研究结果表明:所建方法对甲苯、乙烯基环己烯、苯乙烯、和4-苯基环己烯的检出限低于0.001 mg/m2,回收率93.5%~107.8%。

李宁等[18]采用顶空固相微萃取-气相色谱法测定环保水性涂料中的挥发性有机物。在分析过程中首先称取0.15 g水性涂料置于50 mL锥形瓶中,加入20 mL蒸馏水和2.0 g NaCl混合,加盖橡胶塞,插入SPME装置(选择涂层厚度为70μm的聚乙二醇-二乙烯苯(CW-DVB)萃取纤维),在室温搅拌状态下萃取30 min后,取出萃取器,然后迅速插入气相色谱进样口,解吸3 min。研究结果表明:该法相对标准偏差小于10%,样品的加标回收率大于72.2%,已成功地测定了11种水性涂料中苯系物和卤代烷。

5 固相微萃取技术展望

(1)随着离子交换涂层(无机物萃取)及生物亲和力涂层(生物样品萃取)的不断推出可将SPME直接结合到原子吸收仪、电感耦合等离子体仪、火花放电仪等仪器等装置上,使得SPME的应用可以拓宽到环境样品中的无机物分析。

固相微萃取法在环境监测中的应用 篇7

我国环境污染的主要来源是严重的工业废水排放以及生活污水排放和化肥农药的滥用等。有些环境污染物质的性质相对稳定, 降解十分困难, 大部分残留在大气、水分以及土壤之中, 并且透过食物入侵到人体内, 从而对人们的生命健康安全造成严重威胁。所以, 使用灵敏度较高的环境监测分析方式, 强化对环境中残留污染物质的监控力度, 具有十分重要的意义。但是, 在一般的情况之下, 环境介质下的污染物质有较低的含量, 样品中的成分相对复杂, 造成环境污染物的测量工作难度较大, 所以需要在检测环境污染物样品之前开展预处理操作。

1 固相微萃取法在环境监测中的应用

实际上, 环境监测中牵涉到的工作是十分复杂多样的, 任何一个方面都可以使用固相微萃取法。

1.1 应用在大气环境的监测

长期以来, 各种形态的有机污染对人们来说都是致命性的杀手, 对人们的器官肌体造成十分严重的影响, 并且造成胎儿畸形、以及癌变等。因此, 对大气环境中的有机物质做监控显得十分重要, 同时也是环境监测问题中的一个难以攻克的问题。目前固相微萃取法取得了较大的进展, 使用固相微萃取法对大气样品进行分析的过程中, 只需准备一定浓度的标准气态, 这是分析定量的首要步骤也是必然步骤[1]。对于标准的气态混合物需要具备的条件有几个方面:第一, 提升气体浓度的标准性质;第二, 保证在一定时间内气体浓度有恒定性特征;第三, 在试验的过程之中, 得到浓度同等的气态混合物质, 同时需要根据温度、压强以及质量计算等因素确定气体的浓度。假若要提升固相微萃取法对气态进行监测, 就需要连续地提升实际的气态分析方式和样品采集的过程。

1.2 应用在水源环境上的检测

在各种污染之中, 最为严重的就是水源污染, 如今很多地方都在大力对水源污染做治理, 所以检测水源环境是非常重要的。

监测水源环境大部分是使用顶空萃取法进行直接的萃取操作, 具体使用何种方式要视具体污染物而定, 不一样的污染物检测模式各有差异。在最近几年, 使用的最新的涂层以及联用操作技术, 为更加深入地引导固相微萃取法的全面整体性技术有促进性作用[2]。

1.3 应用在土壤环境的监测

实际上, 土壤环境监测过程中并不会直接使用固相微萃取法, 而是使用加热样品, 把固体挥发出来的化合物质集中到顶空位置, 之后再使用顶空法做萃取操作。同时还能够使用浸取浸提液的方式, 将分析液导进液相之中, 之后使用固相微萃取法。第一种方式一般是使用在土壤的样品之中, 有一些相关的研究者使用了溶胶-凝胶的方式, 从而研制出了固相微萃取法探头, 这种操作方式在监测土壤样品上有较显著效果, 并且能够萃取出多环芳烃。这种涂层有较高的耐热性, 能够耐380℃的高温, 而且寿命较长。这种方法和PDMS相比较, 有一定的固相微萃取法的优势, 同时检出限也大大降低, 并且重复性较好, 回收率大约在70%~105%。与传统常规的顶空固相微萃取法相比, 能够较大程度地降低吸附过程中的使用时间。

2 固相微萃取技术的使用现状

固相微萃取法能够以最快的速度测量确定介质中有机物的浓度, 监测出具体形态、组织结构与分布规律等, 从而更好地反映出环境质量情形与未来的发展趋势, 为了环境管理、污染源控制、预计环境规划等研究提供了科学客观的依据。固相微萃取法分析技术具有无溶剂、抗干扰能力突出等特点, 已使用在越来越多的研究领域之中, 但固相微萃取技术的优点如今还没完全发挥出来。

1) 固相微萃取技术仅仅是依靠在萃取头涂层涂料的合成, 而如今的商品化涂层类型并不多, 这对于测定出种类形式繁多的有机物, 局限性非常突出。所以研究全新的萃取涂层, 尤其是针对某一特别组分的涂层必要性更加突出。

2) 在环境监测工作中, 固相微萃取法只要受到实验室研究测量的限制, 等到测量分组的检测条件和自然界中的条件不一样时, 尤其是一些容易挥发的有机物, 其真实的浓度已经出现较大的变化了。所以, 实验室测量确定和户外现场的实地测定之间是存在一定的差异性的。固相微萃取法原位技术的发展是十分必要的, 把固相微萃取技术应用在野外现场的使用中, 完成原位操作, 也就是即时地测定出污染物的类型和浓度, 这是未来固相微萃取法的发展趋势。

3) 海水中有多种离子存在, 有机物的污染物浓度突出, 这种能够被监测出的物质浓度较低, 基础体的使用情况使得测定海水中的物质难度较大。固相微萃取法的特点就是能够将这些问题解决, 使其更加深入细致地研究海洋生态环境成为了现实。

3 结语

固相微萃取技术是一项新型的处理技术, 不但具有传统常规的固相萃取技术的特点, 同时还具备成本较低、毒性较低以及安全性较突出的特点, 已成为了环境监测中使用最多的一项方式, 为环境监测和分析提供了必要的物质基础和具有促进性意义[3]。研究出更加全面、高效以及使用周期长的涂层, 对固相微萃取技术在环境分析中的使用以及推广具有显著性意义。与此同时, 需要依据标准化的装置设备, 做整体性的分析, 提升环境中有机物质污染的监测水平, 更加深入地引导我国的环境, 实现优化操作。

参考文献

[1]郭兆凯, 朱英存, 杨旭, 等.固相微萃取 (SPME) 技术在水质监测中的应用[J].中国环境管理干部学院学报, 2010, 12 (23) .

[2]傅彦斌.固相微萃取分析条件的优化[J].干旱环境监测, 2012, 1 (11) .

固相微萃取 篇8

国外有采用超临界提取法分析鉴定山核桃的香气成分的相关研究报道, 国内对山核桃香气成分的研究报道较少, 有气相色谱分析法、色谱-质普联用仪法和顶空固相微萃取的方法对山核桃仁油中挥发性成分进行了确定和分析。据相关报道可知山核桃香气物质大多是微量或痕量成分, 这给分析带来了一定的困难, 每一种方法亦有其自身的优点和不足。质谱图提供了有关物质的分子量、元素组成及分子结构等样品的碎片信息, 从而鉴定出物质的分子结构, 由此可对样品中各组分进行定性和定量分析。质谱具有灵敏度高和定性能力强的特点, 而气相分离效率高和定量分析简便。气质联用既发挥了色谱法的高分离能力, 又发挥了质谱法的高鉴别能力, 二者功能相辅相成, 分析数据的可靠性极大提高, 甚至能检测出气相色谱未分离的色谱峰。本文采用顶空固相微萃取与气相色谱-质谱 (HS/SPME-GC/MS) 联用技术, 通过单因素试验, 确立山核桃香气成分分析方法, 并对临安山核桃香气成分进行分析。

1 试验材料与方法

1.1 样品及来源

山核桃, 产地浙江临安横路。

1.2 主要试剂

色谱乙醇;标准品:正己醛、辛醇、壬醛和庚醇 (上海安谱) 。

1.3 主要仪器

电子天平;恒温培养箱;手动固相微萃取装置, 美国supelco公司;萃取头, 50μm/30mm DVB/CAR-PDMS, PA (聚丙烯酸酯) , CAR/PDMS萃取头和PDMS DVB萃取头;岛津气相色谱质谱 (GC-MS) 联用仪。

1.4 试验方法

1.4.1 样品前处理

山核桃成熟采摘→去外皮晒干→萃取前剥壳取仁→切片→用研磨机磨粉待用 (现用现磨, 以减少香气的流失)

1.4.2 顶空固相微萃取条件的优化

(1) 萃取头对萃取效果的影响。

分别选用CAR/PDMS萃取头, PDMS/DVB萃取头, PA (聚丙烯酸酯) 萃取头和50μm/30mm DVB/CAR-PDMS萃取头, 通过测定各芳香成分的萃取效果, 确定最佳萃取头。

(2) 萃取温度对萃取效果的影响。

温度设置40、50、60和70℃4个水平, 通过测定芳香成分的萃取效果, 确定最佳萃取温度条件。

(3) 萃取时间对萃取效果的影响:

萃取时间设置10、20、30和40min 4个水平, 通过测定芳香成分的萃取效果, 确定最佳萃取时间。

1.4.3 顶空固相微萃取的操作

取样品2g置于15mL样品萃取瓶中, 充分摇匀, 加入磁力转子后, 置于固相微萃取工作台 (加热磁力搅拌器) 上预热;将固相微萃取器的萃取头通过瓶盖的聚四氟乙烯隔垫插入样品萃取瓶的顶空, 在此条件下保持10min, 然后推出吸附头使其暴露于萃取瓶顶空蒸汽中 (注意萃取头不要碰到粉末, 以免污染萃取头) 。当样品萃取完成后, 缩回纤维头, 迅速将针管插入气相色谱仪的进样口, 推出纤维头解析3min, 同时启动气相色谱仪采集数据。

1.4.4 山核桃油脂香气成分的GC-MS分析

岛津GC-2010气相质谱仪, 气相色谱 (GC) 条件:进样口温度为250℃;毛细管柱:HP-5MS (30.0m×250μm×0.25μm) ;程序升温:起始温度40℃, 保持8min, 以10℃/min的速度升温至230℃。质谱 (MS) 条件:辅助接口温度为280℃, 离子源温度230℃, 四极杆离子源温度为150℃。

利用GC-MS进行定性分析, 通过计算机检索与NIST02版本质谱库提供的标准质谱图对照, 鉴定结果。

2 试验结果与分析

2.1 固相微萃取的优化条件

2.1.1 萃取头对萃取效果的影响

由图1可知:在50μm/30mm DVB/CAR/PDMS、PA (聚丙烯酸酯) PDMS/DVB和CAR/PDMS这4种萃取头中, 50μm/30mm DVB/CAR/PDMS萃取头的萃取效果最佳, 因此, 本试验选用50μm/30mm DVB/CAR/PDMS萃取。

2.1.2 萃取温度对萃取效果的影响

萃取温度对萃取头吸附具有两面性的影响:一方面, 温度高有利于吸附;另一方面温度太高又会造成吸附物的解析。因此本试验采用50μm/30mm DVB/CAR/PDMS萃取头在不同的温度下进行试验。由图2可知:采用50μm/30mm DVB/CAR/PDMS萃取头在60℃下进行吸附是更适合山核桃样品中挥发性香气成分的吸附。

2.1.3 萃取时间对萃取效果的影响

由图3可知:在萃取时间为30min前, 随着吸附时间的延长, 总峰面积随之增加;在萃取时间超过30min后, 总峰面积下降。这说明在设计的4个时间段中, 吸附的时间为30min时, 萃取的效果最好, 本试验确定30min为最佳吸附时间。

综上所述采用50um/30mm DVB/CAR/PDMS在60℃的温度下萃取30min的条件是最佳的萃取条件。

2.2 方法验证

标准溶液的配制:将壬醛、己醛、辛醇和庚醇按一定量的比例溶于乙醇溶液配制成标准溶液, 然后配制6个不同浓度的溶液。

向2g山核桃粉末中加入一定量的标准溶液, 在相同的色谱条件下和最佳萃取条件下进行固相微萃取, 然后将加入前后的浓度差除以加入的量得到回收率。

回收率= (M1-M0) /M×100%

式中:M1为添加标样后样品中该物质检测到的含量;M0为样品中该物质的含量;M为该物质添加量。3次试验数据的响度标准偏差作为该方法的精确度, 结果见表1。

通过本试验, 对HS-SPME/GC-MS测定方法的有效性进行了验证, 包括线性范围和线性相关性系数等。将一系列不同浓度的标准溶液在确定好的色谱条件下检测分析, 结果显示标准曲线的线性相关系数R2的变化范围在0.99, 说明所得到的标准曲线的线性较好, 同时标准曲线的线性范围包含了样品挥发性物质的浓度范围。该方法的回收率大于80%, 相对标准偏差在10%以内, 精确度较好, 能够满足微量香气物质的分析要求, 结果的准确度较好。

2.3 山核桃香气成分分析

应用优化的HS-SPME条件捕集山核桃香气物质, 热脱附后进行GC-MS分析, 通过对检出物质总离子色谱图的分析与色谱图数据库 (NISTO8) 的检索, 取匹配度在80%以上的化合物, 在样品中共鉴定了53种的香气组分 (见图4, 表2) 。

3 结论与讨论

(1) 固相微萃取头是在一段细纤维表面涂渍高表面积多孔聚合物材料的装置, 其吸附强度主要取决于涂层材料的性质和厚度。根据相似相容原理, 不同极性的涂层可以吸附不同极性的香气物质, 本试验中通过比较不同萃取头萃取条件下, 香气物质总离子流量大小, 选用50μm/30mm DVB/CAR/PDMS萃取头, 该萃取头兼有极性和非极性涂层, 吸附范围较广, 这与山核桃香气成分复杂, 组分间极性差异较大有关。

(2) 萃取温度不仅对香气成分的含量有影响, 还对其具体组分的分析有影响。温度低时, 目标组分挥发速度慢, 且有利于低沸点的香气成分被吸附, 反之温度太高, 则会使不稳定的香气成分发生异构化或裂解, 影响分析结果。本试验采用50μm/30 mm DVB/CAR/PDMS萃取头, 以萃取香气成分总峰面积最大时为60℃作为最佳萃取温度。

(3) 在萃取时间对香气成分的影响表现为特定温度下时间短, 则吸附没有进行完全, 而时间太长则会使一些香气成分发生解析等变化, 从而影响总的香气含量。本试验中30min前, 随着吸附时间的延长, 总峰面积随之增加;在萃取时间超过30min后, 总峰面积下降, 故选用萃取时间30min, 萃取效果最好。

(4) 经过对山核桃53种香气成分归类分析可知山核桃主要香气成分中含量较多的是醛类 (7种, 相对含量36.630%, ) 、烯烷烃类 (13种, 相对含量24.955%) ;其次为醇类 (9种, 相对含量14.407%) 、酸类 (11种, 相对含量13.075%) 、酯类 (7种, 相对含量6.603%) ;含量较少的是酮类、芳香族及酚类化合物以及呋喃等其他类 (共6种, 相对含量4.330%) 。53种香气成分中单物质含量较高的有己醛、辛醛、壬醛和D-柠檬烯, 含量分别为10.110%、8.383%、15.225%和13.644%, 为本试验中山核桃的特征香气, 这与王丽霞山核桃油脂中的成分差异较大, 究其原因可能是: (1) 油脂制作过程中成分变化; (2) 不同的提取温度和时间造成了香气成分的差异。

摘要：本文采用顶空固相微萃取与气相色谱-质谱 (HS-SPME/GC-MS) 联用技术, 通过单因素试验, 确立山核桃香气成分分析方法, 并对临安山核桃香气成分进行分析。研究表明:2g山核桃仁粉末样, 采用50μm/30mmDVB/CAR/PDMS萃取头, 提取温度为60℃, 吸附时间为30min时达到最佳提取效果, 香气物质色谱峰面积最大。应用顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用对临安山核桃的香气物质做了定性分析, 共检出53种香气化合物, 包括醛类、醇类、烃类、酯类、脂肪酸类、芳香族及酚类化合物以及其他类。

关键词：固相微萃取,气相色谱-质谱联用,香气成分,山核桃

参考文献

[1]申东, 沈强, 潘科, 等.基于HS-SPME/GC-MS定性半定量分析藤茶特征香气[J].贵州农业科学, 2010, 38 (11) :67-70.

[2]张岱, 王方, 王伟, 等.顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用技术比较赤霞珠干化葡萄和干化葡萄酒香气成分[J].食品与发酵工业, 2010, 36 (2) :168-177.

[3]N.L.Rozzi and R.K.Singh.Comprehensivr reviews in food science and food safe[J].Supercritical Fluids and the Food Industry, 2002 (1) :33-44.

[4]陆浩, 杨会芳, 毕艳兰, 等.山核桃油的理化性质及脂肪酸组成分析[J].中国油脂, 2010, 35 (5) :73-76.

[5]韩喜江, 彭刚华, 邵铁华.山核桃仁油中未知成分的确定及含量分析[J].精细化工, 2001, 18 (6) :566-368.

[6]王丽霞, 盛希茜, 吴峰华, 等.浙江山核桃油脂香气萃取条件优化及组分分析[J].食品与机械, 2010, 26 (1) :38-40.

[7]Conteed, Conwaysc, Millerdw, et al.Determination of methy lisoborneol in channel catfish pond water by solid phase extraction followed by gas chromatography-mass spectrometry[J].Water Res, 1996, 30 (9) :2125-2127.

[8]Varletv, Knockaertc, Prostc, et al.Comparison ofodour-active volatile compounds of fresh and smoked salmon[J].J Agric Food Chem, 2006, 54 (9) :3391-3401.

[9]Desideripg, Lepril, Checchinil.A new apparatus for the extraction of organic compounds from aqueous solutions[J].Mikrochim Acta, 1992, 107 (1-2) :55-63.