新兴样品预处理技术—液相微萃取
液相微萃取是近年来新兴的一种微型化样品前处理技术。该技术集萃取、净化、浓缩于一体,具有溶剂耗量少、成本低廉、操作便捷、精确和灵敏度高的特点。本文全面深入地综述了液相微萃取的各种工作模式及其原理和特点,阐述了相关的联用分析技术和方法的适用性,归纳和分析了影响萃取的主要影响因素及优化的方法,突出了上述几方面中具有发展潜力的新进展,包括各种动态萃取模式与装置、与其他技术联用的新策略、离子液体作为萃取溶剂等,详细总结了近年来液相微萃取技术在环境、药物和食品等分析领域中的应用情况。
液相微萃取技术由Jeannot 等 在1996 年提出,它在液液萃取(LLE) 基础上发展起来,结合了LLE和SPME 的优点,溶剂用量少、快速、廉价,且萃取与进样都只需一个极简单的装置———微量进样器。其基本原理与LLE 相似,是有机物在不同相之间进行分配富集的过程。它是微型化了的液液萃取,但对微量待测物的富集作用是传统LLE 不能及的,不需要进一步浓缩过程,灵敏度与LLE 相当。因为液相微萃取的优点显著,它的发展非常迅速,目前越来越多的人开始研究LPME ,已经开发出多种不同萃取模式并在环境、药物和食品等复杂基质的样品分析领域中体现出优异的应用效果。
液相微萃取技术,将成为一种有极大应用潜力的样品前处理技术。
主要萃取模式及原理
1单滴微萃取(SDME)
SDME 是将萃取用的有机溶剂液滴悬挂在微量进样器的针端,同液2液萃取一样,SDME 的萃取也是基于分析物在不同相中分配系数不同而达到萃取的
目的。有机相液滴体积一般为1 —5μl ,远远小于样品体积,所以可以达到对待测物的富集。根据悬挂液滴的位置不同分为直接液相微萃取和顶空液相微萃取。前者将萃取溶剂液滴直接浸渍于样品中,对分离富集洁净样品中的低浓度分析物效果较好,但对含固体颗粒或含有能乳化有机溶剂的复杂基质样品的萃取效果较差;后者液滴与样品基质不直接接触, 适用于复杂基质中微量挥发性或半挥发性成分的萃取分析。
SDME 的具体工作过程又可分为静态( staticLPME) 和动态(dynamic LPME) 两种。早期使用静态模式是将有机溶剂液滴悬挂于微量进样器的针头上,萃取一定时间后将溶剂抽回针头中,直接进样分析。这种方式操作简单,但易受溶剂的溶解或挥发损失以及脱落的影响,同时富集
效果相对较差。最新的研究报道在增加液滴的稳定性方面SDME 有了重要进展 。Ye 等自行设计了一种喇叭状的小型器件,将其安装在注射器针尖处,可有效地增加液滴稳定性,并通过增大微液滴体积提高了萃取的灵敏度。Yao 等则用氯丁橡胶管代替注射器负载溶剂,同时将其与样品水平放置,增加了液滴的稳定性并使得溶剂的选择不受其密度影响。我们尝试用动态萃取模式萃取,用微量进样器抽取一定量溶剂,置于萃取位置后抽取空气或水样进入针头,停留一定时间,萃取被吸入微进样器的试样中的目标分析物,而后推出空气或水样但不推出溶剂,如此反复数次,最后将有机溶剂相直接进样分析。这种动态萃取形式通过变溶剂微滴为溶剂薄膜,大大增加了萃取的表面积, 使萃取效率得到了进一步的提高。Ouyang 等把上述动态模式称为非暴露动态液相微萃取(unexposed dynamic LPME) ,而若将溶剂推出针外暴露于空气之中,则称为暴露动态液相微萃取 (exposed dynamic LPME) 。通过对不同萃取模式的自动化和萃取条件优化研究,他们得出结论认为,对于直接液相微萃取技术来说,动态过程会得到比静态更好地萃取效率, 与static HS2LPME 和非暴露dynamic HS2LPME 相比,暴露dynamic HS2LPME 萃取效果最好。手动操作的dynamic LPME 较难保证重复性,人为因素高,一些自动化的LPME 装置先后问世。
2 中空纤维液相微萃取
是在SDME 基础上发展起来的,进一步地改进和扩大了LPME 前处理技术的应用。HF2LPME 以中空纤维稳定和保护萃取液滴,萃取是在多孔的中空纤维腔中进行,不与样品直接接触,从而避免了悬滴萃取中溶剂容易损失的缺点,使之免于脱落并可以增加搅拌速度等,对外界条件要求降低。而且由于大分子、杂质等不能进入纤维孔,因此HF2LPME 还具有SPME、SDME 不具备的突出的样品净化功能,适用于复杂基质样品的直接分析, 特别是生物样品的分析。因为中空纤维价格便宜,可以每次使用后直接抛弃,从而避免交叉污染,提高了分析结果的准确性和灵敏度。
根据接受相与微孔中溶剂的异同,HF2LPME 分为三相液相微萃取和两相液相微萃取,萃取的富集效果因在各相中分配系数不同而实现。三相模式经历了两次萃取与富集,具有较高的料液相与接受相的体积比,并可调节接受相组成,可以获得较高的富集因子。而分配系数低的极性物质等分析物萃取效率很低,则需要运用基于载体转运的中空纤维液相微萃取模式。载体转运LPME 允许离子化分析物从水溶液中通过液膜萃取到接受相水溶液中。在样品溶液中加入一种相对疏水的离子对试剂作为载体, 通过反离子对运输形成转运机制。
HF2LPME 的萃取装置有以下几种: U 型[13 ] 、单进样器型[18 ] 和溶剂棒型[19 —21 ] 。
U 型HF2LPME 是将U 型纤维的两个末端连接在两根导入针上,用微量进样器通过一根导入针注入受体溶液,萃取完成后从作为出口管的另一根针抽出受体溶液,进样分析。虽然该方式取得了较好的萃取效果,但操作相对繁琐,难以实现自动化。因此更多的研究者选用单进样器型HF2LPME ,直接将中空纤维插于微量进样器的针头上,将受体溶液推入纤维空腔进行萃取,具体工作过程与SDME 类似。萃取完成后将受体溶液吸回微量进样器中,移走中空纤维,萃取液直接进样分析,该模式操作较为简捷并易于实现自动化。
新近开发出的溶剂棒型液相微萃取( solvent barmicroextracton , SBME) 是一种动态模式的液相微萃取。这种方法是将充满有机溶剂的小段中空纤维两端密封形成一个溶剂棒,然后置于快速搅拌的样品溶液中,中空纤维在样品溶液中自由翻转运动进行萃取,萃取后将溶剂提取到微量进样器中直接进样分析。与一般的HF2LPME 相比,SBME 更稳定、所需样品量低、达到平衡所需时间更短、可以得到更高的富集因子,但对操作的要求也更高。由于纤维两端是密封的,因此可用于如泥浆等复杂基质中分析物的萃取,效果也很好。
3 　连续流动微萃取
连续流动液相微萃取法是在直接液相微萃取方法上改进而来的一种新型微萃取法。其工作过
程如图3 所示。先用泵将被萃取的水溶液充满PEEK管以及萃取单元的玻璃容器中,再将所需体积的有机溶剂用微量注射器从玻璃容器的注射口注射到样品水溶液中,并在针尖形成液滴悬挂,在蠕动泵的作用下,不停流动的水溶液不断与有机液滴接触,分析物不断被富集到微滴中,萃取完成后将有机液滴吸回,直接进样分析。
在CFME 萃取过程中xposed,注射阀门的应用,可以精确控制溶剂液滴的大小而且可避免形成干扰的空气气泡的引入,与其他萃取方法相比,萃取所需溶液体积更小。同一溶液不断地被泵入液滴周围,溶剂完全且不断地与新鲜流动样品溶液接触,机械力引起的扩散和分子动力使分析物有效地被萃取。因而CFME 的富集因子更高,在最佳条件下,CFME 可以预富集稀释物超过1 000倍[22 ] ,更有利于对低水溶性痕量待测物的检测,比如水中的硝基芳胺和氯苯, CFME 和GC2ECD 联用检测限可达到fgPml 水平。CFME 的萃取机理和所能达到的高萃取性能仍待研究。
4 　分散液2液微萃取
近来有研究者运用分散液2液微萃取模式进行萃取。在这种新方法中,萃取溶剂与少量分散剂混合,经注射器注入到样品溶液中时,被雾化形成很多细小的液滴,因此相当于多个液滴的微萃
取,离心聚集后,溶剂可被抽出用于进样分析。除可获得高的富集因子外,这种方法最大的特点是传质速度快,可迅速达萃取平衡,萃取平衡时间可低至几秒。另外不存在其他萃取模式中液滴脱落或产生气泡的影响。