固相萃取技术的应用与研究新进展

固相萃取技术的应用与研究新进展摘要:固相萃取技术(SPE)是近年来发展较快并得到广泛应用的一种新前处理方法，介绍了固相萃取技术的基本原理及方法。对固相萃取技术在食品、药品、和环境检测等领域的应用进行了综述，阐述了目前对固相萃取技术的研究开发和发展展望。Abstract:Solidphaseextraction(SPE)technologyisafast-developingsamplepreparationmethodwithwideapplication，andtheprincipleandmethodswereintroduced．TheapplicationsofSPEintheanalysisoffood，drugandenvironmentweresummarized，andthedevelopmentandprospectoftheresearchofsolidphaseextractionwasalsoreviewed．关键词:固相萃取;样品处理;应用概述固相萃取(solidphaseextraction，SPE)是近年来发展迅速的样品前处理方法，固相萃取技术就是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱或加热解吸附，达到分离和富集目标化合物的目的，大大增强对分析物特别是痕量分析物的检出能力，提高被测样品的回收率。固相萃取是一个包括液相和固相的物理萃取过程。在固相萃取中，固相对分离物的吸附力比溶解分离物的溶剂更大。当样品溶液通过吸附剂床时，分离物浓缩在其表面，其他样品成分通过吸附剂床;通过只吸附分离物而不吸附其他样品成分的吸附剂，可以得到高纯度和浓缩的分离物。它大大弥补了液液萃取法的缺陷，具有节省时间、溶剂用量少、不易乳化等优点，具有很好的通用性，可满足样品制备自动化的要求。多种新型固相萃取(SPE)的新方法如固相微萃取(SPME)、搅拌棒吸附萃取(SBSE)、基质固相分散萃取(MSPD)、分子印迹固相萃取(MISPE)、免疫亲和固相萃取(IASPE)、整体柱固相萃取(MonolithicSPE)、碳纳米管固相萃取(CNT－SPE)是近年发展起来的新型样品前处理方法。固相微萃取技术(SPME)中涂层是主宰萃取选择性、富集倍数、使用寿命等最重要的因素，具有操作简便、无需有机溶剂、萃取速度快、易于与仪器联用等特点。作为SPME技术基础上发展的一种类型，搅拌棒吸附萃取(SBSE)技术是一种无溶剂或少溶剂的样品前处理方法，SBSE一般是在内封磁芯的玻璃管上涂覆一层聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)或套上一定厚度的PDMS硅橡胶管制成。萃取时，搅拌棒在完成搅拌的同时吸附目标物，对目标组分的富集倍数提高了约100倍，因而更适合于样品中超痕量组分的分析。MSPD由美Louisiana州立大学Barker首先提出，它可同时分散和萃取固体、半固体样品，是一种简单高效的提取净化方法，这种技术的缺点是难以实现自动化，对脂肪含量高的样品经常需要多次净化处理才能进行分析。采用分子印迹材料作为一种特效的固相萃取吸附材料较好地克服了由于样品复杂所带来的内源性干扰问题，不仅能用于富集分析物，而且能有效地除去样品基质的干扰。净化后的样品可以直接注入色谱仪器中进行分析，由于预识别能力较强，其潜在的应用前景好而受到广泛的关注。免疫亲和固相萃取具有快速、无样品基干扰、对分析人员和环境无污染的优点。随着越来越多的新型吸附剂和新的操作模式的不断涌现，固相萃取作为样品前处理技术成为化学分离和纯化的一个强有力工具，从痕量样品的前处理到工业规模的化学分离，固相萃取技术在多个领域得到了广泛应用。本文对近年发展起来的多种新型固相萃取技术在食品、药品和环境等领域的应用1在食品分析中的应用由于食品中有毒有害物质严重危害人民的健康，而食品样品的基体和组成相当复杂，且被分析物处于痕量状态，需要富集才能被检出，测定时往往又存在相互干扰，这都给分析测试造成了一定困难。因此样品前处理方法已成为食品安全分析中一个十分重要的环节，是浓缩痕量组分、提高方法的灵敏度以及除去干扰物质的重要手段。传统的样品前处理技术包括液液萃取、蒸馏、结晶、过滤、预沉淀、离心、吸附、索氏提取等，普遍存在回收率低、样品用量大使用的有机溶剂多，并且操作复杂、费时甚至会使分析物分解或损失等缺点，而固相萃取(SPE)技术作为新近快速发展起来的样品前处理技术在食品行业得到了广泛的应用。HemandezBorges等报道了SPME和不同的在线预浓缩－超敏感毛细管电泳－紫外检测器联用技术，定量分析苹果和橙汁中的5种农残留，通过对4种不同在线预浓缩方法的比较，发现反极性去基质富集的灵敏度、有效性和重复性最好，检出限可达3.1μg/L，低于欧盟的最大残留量(MRLs)的要求。Huang等制备了一系列单体混合物，然后将其聚合形成整体柱搅拌棒固相萃取材料。这些材料对极性化合物的萃取效率优于PDMS涂层。该研究组［13］还以聚(乙烯基咪唑－二乙烯苯)整体柱材料作为搅拌棒固相萃取涂层材料，对牛奶中5种磺胺类药物残留进行了HPLC分析，加标样品的最低检出限和定量限分别为1.30～7.90ng/mL和4.29～26.3ng/mL，平均回收率为83%～99%，RSD(n=3)为1.3%～13%。Kristenson等用微量自动基质固相分散法提取柑橘中的有机磷、拟除虫菊酯类杀虫剂，萃取物可以不经后续净化而直接进行GC－MS分析。该方法仅需25mg样品和100μL有机溶剂，检出限为4～90μg/kg，回收率为83%～118%，RSD为10%～13%。用同样的方法测定了苹果、梨和葡萄中的有机磷、拟除虫菊酯类杀虫剂，均得到了较好的结果。Baggiani等以有孔氯甲基化聚苯乙烯为基质，甲基丙烯酸(MAA)为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂制备印迹聚合物，将其作为固相萃取柱的填料分离富集红酒中的杀菌剂嘧霉胺，并进行HPLC分析。该方法能选择性地检测出嘧霉胺和嘧啶胺杀菌剂，而非嘧啶胺类杀菌剂及其类似物均未检出。其检出限达到0.1μg/mL，回收率为80%～90%。GuzmanVazquezdePrada而先进分离技术如毛细管电泳法却存在着成本高、不利于大规模应用等诸多问题。因此，完善已有分离技术，寻找其他更有效的分离方法和技术，实现腐植酸的高效精细分级提纯仍面临挑战。随着新型分离技术的不断出现，反应与分离、电渗析与萃取、生物酶－膜分离、络合－超滤等耦合技术的快速发展，腐植酸的高效精细分级与纯化必有广阔的发展前景。发展了一种在线MISPE方法选择性地富集牛奶中痕量的磺胺甲基嘧啶，并用伏安法进行检测。这种方法的浓缩因子为45，平均回收率为97%～103%，RSD为28%，其检出限低于国际食品法典委员会(CodexAlimentariusCommission)标准规定的最大残留量25μg/L。Katsumata等将50mg多壁碳纳米管作为吸附剂装入玻璃固相萃取柱中，用于富集有机磷农药二嗪磷，获得了满意的结果。由于食品和农产品样品的多样性和复杂性，新型固相萃取技术作为一种样品前处理技术，因其独特的优势在食品分析中将得到更广泛的应用。2在药物分析中的应用在药物分析过程中，对被测样品的预处理是极为重要的一步，是分析过程成败与否的关键。由于固相萃取技术有诸多优点使其在药物分析和药物检测上发展迅速。朱炳辉等将含磷酸二氢钾的样品与甲醇的混合溶液流过Sep－ParkC18固相萃取小柱，牛磺胆酸被小柱饱和吸附后的流出液作反相高效液相色谱法测定用的供试液，结果在0.0253～0.253mg/mL质量浓度范围内，牛磺胆酸钠进样浓度与峰面积响应值呈良好的线性关系，r=0.999。该方法测定蛇胆川贝液和蛇胆汁中的牛磺胆酸含量，简便实用，分析结果准确可靠，可作为蛇胆川贝液和蛇胆汁的质量控制方法。同时，根据各目标成分的离子化能力强弱，采用强阳离子固相萃取柱进行预分组和净化处理，建立了一种固相萃取－高液相色谱测定保健品中格列吡嗪、格列齐特、格列本脲、格列喹酮、盐酸二甲双胍、盐酸苯乙双胍和瑞格列奈7种降糖化学药物的方法，此方法能够对非法掺入合成药的降糖样品进行快速地筛查和定量分析。Hu等以莱克多巴胺为模板分子，采用微波辅助加热制备了磁性分子印迹微球，并采用分散固相萃取、液相色谱、荧光检测法萃取分离了猪肉和猪肝中的多种激动剂类药物残留，回收率为82.0%～92.0%，RSD为5.8%～10.0%。磁分离技术和分散固相萃取方法的结合避免了柱填充过程并且吸附剂可以多次重复使用。Xu等制备了一种新颖的具有均匀分子印迹涂覆层的吸附搅拌棒，并应用于吸附搅拌萃取猪肉、猪肝和饲料中痕量的莱克多巴胺等β－激动剂类药物，方法的回收率为73.6%～92.3%，RSD为2.9%～8.1%。在内填磁芯的玻璃毛细管表面合成的莱克多巴胺印迹层厚度(20.6μm)均匀，结合牢固，表现出很好的萃取容量和选择性，并且可重复使用40次以上。利用固相微萃取技术还可以分析人体体液中的抗抑郁和抗组胺等药物，如Namera等用一种简单的方法即顶空－固相微萃取－气质联用分析血液中的四环抗抑郁剂。他们将0.5mL血液用0.5mL1mol/LNaOH处理后加入内标，再置于密封的12mL的顶空瓶中，加热至120℃，用100μL聚二甲氧基硅烷纤维萃取45min，采用GC分离后，用选择离子检测方式下的质谱法(SIM－MS)进行分析。该方法的检测限低于ng/g级，线性范围达3个数量级，RSD为5%～10%。3在环境分析中的应用近年来随着化学工业的发展和农药的大量使用导致自然环境中某些水体、土壤、大气和生物体中有机污染物超过法定限量。而且现在对环境中有机污染物的控制越来越严格，要求检测技术更加快速方便、灵敏可靠。由于环境样品的复杂性使得测定的灵敏度和选择性受到限制。作为一种样品前处理技术，固相萃取技术因其独特的优势在环境分析中得到了广泛的应用。为环境分析工作者提供一种较为理想的前处理技术，以代替传统的提取、净化和浓缩方法。固相萃取作为一种新型的样品处理技术已广泛用于水中有机污染物的痕量富集。分析水中以苯并芘为代表的多环芳烃的关键在于富集水中苯并芘和与其他有机物进行分离。采用传统荧光分光光度法测定苯并芘不仅安全性差，且操作繁琐，耗时较长。叶振福采用SPE和HPLC，建立了一种较为完善的分析水中苯并芘的方法。贾瑞宝采用SPE技术作为样品前处理方式，甲醇和水作为流动相进行梯度洗脱，建立了EPA优先监控的16种PAHs同时分析的HPLC方法，16种PAHs的回收率为79%～104%，相对标准偏差为5.2%～19.5%。Bulut等以安伯莱特XAD－2000为固相萃取剂，富集了Mn(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)与DDTC的螯合物，用1mol/L硝酸洗脱后火焰原子吸收光度法测定，该法用于水样和蔬菜样品中铅的测定，回收率在90%～94%。Alonso等［27］以［1，5－二(2－吡啶)－3－磺基苯亚甲基］硫代卡巴腙修饰氨丙基微孔玻璃为固相萃取剂在线预富集铅，用10%HNO3为洗脱剂后，ETAAS法测定了海水和生物样品中的铅，方法的线性范围是0.012～10ng/mL，富集时间为90s，富集倍率为20.5倍，检出限和检测限分别为0.012、0.14ng/mL。Yaneira等［28］以二硫代氨基甲酸吡咯铵为填充剂，在线富集了水样中的Pb(Ⅱ)，以火焰原子吸收法测定，线性范围5～120μg/L，检出限1.4μg/L。Waters公司推出采集空气中醛/酮小柱Sep－PakDNPH－硅胶，这种小柱在硅胶表面涂布了一层2，4－二硝基苯肼(DNPH)，采样时空气中醛/酮组分在小柱上与DNPH发生衍生反应，用有机溶剂洗出衍生物在HPLC系统上进行分离测定，对甲醛和酮的检测限可达3×10－12，可用于汽车尾气、工业区、居民区、室内等环境空气中醛/酮的分析。4展望在化学分析中，仪器与信息技术的发展大大推动