固相微萃取技術(shù)在苯系物分析中的應(yīng)用

龐　榕，龐　龍，信建豪

(1 黃河科技學(xué)院醫(yī)學(xué)院，河南　鄭州　450063；2 鄭州輕工業(yè)學(xué)院環(huán)境污染治理與生態(tài)修復(fù)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南　鄭州　453001)

?

固相微萃取技術(shù)在苯系物分析中的應(yīng)用

龐榕1，龐龍2，信建豪1

(1 黃河科技學(xué)院醫(yī)學(xué)院，河南鄭州450063；2 鄭州輕工業(yè)學(xué)院環(huán)境污染治理與生態(tài)修復(fù)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南鄭州453001)

樣品前處理是整個(gè)分析過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的樣品前處理技術(shù)需消耗大量萃取溶劑、操作繁瑣且難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。固相微萃取技術(shù)是一種新型無溶劑的樣品前處理技術(shù)，集采樣、萃取、濃縮和進(jìn)樣于一體，具有無萃取溶劑、可直接進(jìn)樣、操作簡(jiǎn)便快捷、靈敏的特點(diǎn)。本文簡(jiǎn)述了固相微萃取技術(shù)的基本原理，綜述了近幾年固相微萃取技術(shù)在苯系物分析中的應(yīng)用，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

固相微萃??；苯系物；前處理技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染問題已成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。苯系物是一類具有揮發(fā)性的環(huán)境污染物(BTEX)，通常包括苯，甲苯，乙苯，鄰、間、對(duì)位的二甲苯，異丙苯和苯乙烯8種化合物，苯系物被廣泛應(yīng)用于油漆、農(nóng)藥、有機(jī)化工等工業(yè)行業(yè)中[1]。由于嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，苯系物可以從人類的生存環(huán)境中被廣泛檢測(cè)出來[2]。苯系物會(huì)對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)、血液系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)產(chǎn)生較強(qiáng)的危害，尤其是苯，是一種致癌致畸化合物，具有較高的毒性，其他幾種化合物對(duì)人體和動(dòng)植物均有不同程度的毒副作用，因此苯系物的控制與檢測(cè)也越來越受到公眾的重視[3]。目前，我國(guó)已經(jīng)將部分苯系物列為優(yōu)先控制的污染物，已頒布相關(guān)法規(guī)對(duì)主要苯系物的各項(xiàng)指標(biāo)做出嚴(yán)格的限度規(guī)定[4-5]，因此建立一套快速、準(zhǔn)確、科學(xué)的苯系物分析方法已成為科學(xué)工作者的研究重點(diǎn)。

目前主要采用頂空法[6]、吹掃-捕集法[7]、液液萃取法[8]等方法測(cè)定苯系物的含量，這些傳統(tǒng)樣品前處理技術(shù)操作步驟繁瑣，消耗大量有機(jī)溶劑，無法滿足現(xiàn)階段對(duì)分析檢測(cè)技術(shù)的要求。目前，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)苯系物進(jìn)行測(cè)定的分析方法得到了很大程度的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新型的樣品前處理技術(shù)，如固相微萃取技術(shù)、膜分離技術(shù)[9]、攪拌棒吸附萃取[10]等。本文主要介紹固相微萃取技術(shù)在苯系物分析中的應(yīng)用。

1　固相微萃取技術(shù)

固相微萃取(solid phase micro-extraction，SPME)技術(shù)是20世紀(jì)90年代興起的一項(xiàng)新穎的樣品前處理技術(shù)[11]。自加拿大Waterloo大學(xué)的Pawliszyn等[12]提出后，由于其獨(dú)到的平衡方式與采樣方法，受到了科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注，近年來固相微萃取技術(shù)作為樣品前處理的新技術(shù)迅速發(fā)展和完善[13]。固相微萃取的分析過程集采樣、萃取、濃縮和富集于一體，在整個(gè)前處理過程中無需使用大量的有機(jī)溶劑，基本實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代綠色化學(xué)的要求，同時(shí)簡(jiǎn)化了操作步驟，進(jìn)而提高了處理效率。與其他萃取技術(shù)相比，固相微萃取具有操作簡(jiǎn)單、快速、無需有機(jī)溶劑等特點(diǎn)[14-15]，憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在食品、環(huán)境、藥品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

固相微萃取技術(shù)是根據(jù)色譜分離原理，分離兩相中分配平衡的待測(cè)物。通過有效的分析方法，將具有吸附萃取功能的涂層材料，固載在纖維表面，與樣品直接或間接接觸[16]。根據(jù)“相似相溶”原理，樣品中的待測(cè)物，從樣品基質(zhì)中擴(kuò)散吸附在萃取涂層上并逐漸富集濃縮，然后在高溫條件下進(jìn)行解吸附，達(dá)到準(zhǔn)確分析樣品中待測(cè)物的目的[1]。

影響固相微萃取技術(shù)萃取效率的主要因素有萃取溫度、樣品鹽度、萃取時(shí)間、解吸溫度、解吸時(shí)間等[17]。較高的萃取溫度有利于縮短平衡時(shí)間，但溫度過高會(huì)減小待測(cè)物在涂層和樣品中的分配系數(shù)，導(dǎo)致靈敏度下降[18]。增加樣品鹽度有利于降低有機(jī)物在水中溶解度，起到鹽析的作用，但對(duì)于非極性或弱極性化合物，鹽析效應(yīng)并不明顯。在檢測(cè)分析苯系物時(shí)，科學(xué)工作者研究過程中沒有增加鹽度，但這并不會(huì)影響萃取效果[19]。萃取時(shí)間指待測(cè)物達(dá)到分配平衡時(shí)所需的時(shí)間，它決定萃取量的多少，對(duì)于揮發(fā)性的苯系物，適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)萃取時(shí)間可提高萃取量。

2　固相微萃取在苯系物分析中的應(yīng)用

隨著固相微萃取技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，越來越多科學(xué)工作者對(duì)其進(jìn)行研究和改進(jìn)。周濤等[19]采用頂空-固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)同時(shí)測(cè)定海水中常見的 13 種痕量苯系物。采用100 μm PDMS頂空萃取樣品，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)待測(cè)物進(jìn)行分析，該方法簡(jiǎn)便、快捷、環(huán)保。

張秋菊等[20]采用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定苯，甲苯，乙苯，鄰、間、對(duì)位的二甲苯，異丙苯和苯乙烯等9種苯系物，對(duì)影響固相微萃取技術(shù)萃取效率的條件進(jìn)行了優(yōu)化，該方法前處理步驟簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確。

吳金浩等[21]采用頂空固相微萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測(cè)定海洋沉積物中的苯，甲苯，乙苯，鄰、間、對(duì)位的二甲苯和苯乙烯等7種苯系物。對(duì)影響固相微萃取技術(shù)萃取效率的主要影響條件進(jìn)行了優(yōu)化，該方法快速、靈敏、簡(jiǎn)便，適合海洋沉積物樣品中苯系物的痕量分析。

張娟等[22]采用固相微萃取-氣相色譜/氫火焰離子化檢測(cè)法測(cè)定空氣中的苯系物。對(duì)主要萃取條件進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)采樣袋的氣密性和穩(wěn)定性進(jìn)行了考察，該方法簡(jiǎn)便、快捷，適合空氣中苯系物的分析。

楊宇川等[23]采用固相微萃取-標(biāo)準(zhǔn)加入法檢測(cè)空氣中的苯系物，對(duì)多組分苯系物標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行了研究，并優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件，取得了較好的分析效果。

王艷麗等[4]采用固相微萃取-氣相色譜法測(cè)定水中苯，甲苯，乙苯，鄰、間、對(duì)位的二甲苯，異丙苯等7種苯系物的含量。為使固相微萃取達(dá)到更高的效率，選擇75 μm的CAR/PDMS作為萃取頭的涂層材料。

魏恩棋等[24]采用頂空-固相微萃取-氣相色譜法測(cè)定水中痕量苯系物。對(duì)影響固相微萃取技術(shù)萃取效率的條件進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的萃取條件適用于多種類型水體中痕量苯系物的分析測(cè)定。

申書昌等[16]以有機(jī)硅改性的聚酰亞胺作為固相微萃取中萃取頭的涂層材料。通過有效的分析方法對(duì)此涂層進(jìn)行了全面的分析，證明了通過聚合反應(yīng)將有機(jī)硅鏈段引入到聚酰亞胺結(jié)構(gòu)中可增加鏈的柔韌性，減少分子鏈間的極性作用，改善其吸附性能，而且經(jīng)高溫脫水反應(yīng)使涂層鍵合在石英纖維表面，使其性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫落[16]。將其應(yīng)用于水中7種苯系物的測(cè)定，取得良好的分離效果。

3　結(jié)　語

目前，固相微萃取技術(shù)已成為現(xiàn)代發(fā)展快速的樣品前處理技術(shù)之一。采用固相微萃取技術(shù)進(jìn)行樣品分析的關(guān)鍵在于萃取頭的涂層材料，涂層材料是固相微萃取技術(shù)使用壽命和應(yīng)用范圍的決定因素，因此，研制具有更高萃取效率、更高穩(wěn)定性和更低成本的新型萃取涂層材料已成為當(dāng)今科學(xué)工作者的研究熱點(diǎn)，不同性質(zhì)涂層的出現(xiàn)大大拓寬了固相微萃取技術(shù)的應(yīng)用范圍[3]。為提高固相微萃取技術(shù)的優(yōu)越性，應(yīng)不斷加強(qiáng)與其他樣品前處理技術(shù)，如超臨界流體萃取、加壓流體萃取等聯(lián)用，以提高萃取效率。此外，對(duì)萃取裝置進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)固相微萃取在線、原位和自動(dòng)化分析，也是未來固相微萃取技術(shù)發(fā)展的重要方向。

[1]張俊花,張洪林,李長(zhǎng)波.固相微萃取技術(shù)在水中苯系物測(cè)定中的應(yīng)用[J].化學(xué)與黏合,2011,33(1):73-75.

[2]畢鵬禹,齊婧,吳昱,等.固相微萃取技術(shù)在環(huán)境污染物檢測(cè)中的應(yīng)用[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè),2015,51(10):1487-1492.

[3]白沙沙.固相微萃取-氣相色譜法在幾種有機(jī)污染物分析中的應(yīng)用[D].保定:河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,2013.

[4]王艷麗,李利榮,王華.固相微萃取-氣相色譜法測(cè)定水中痕量苯系物[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè), 2011,47(10):1195-1197.

[5]劉保獻(xiàn),王小菊,常淼,等.自動(dòng)頂空-氣相色譜法測(cè)定水質(zhì)中苯系物的研究[J].現(xiàn)代儀器,2012,8(3):30-33.

[6]王臻,賴少陽,葉敏.自動(dòng)頂空氣相色譜法測(cè)定水中苯系物的研究[J].中國(guó)熱帶醫(yī)學(xué),2008,8(1):128-129.

[7]劉金巍,劉芃巖,李超,等.吹掃捕集-GC/MS測(cè)定水中的揮發(fā)性鹵代烴和苯系物[J].分析試驗(yàn)室,2008,28(8):75-78.

[8]賈金平,何翊,黃駿雄.固相微萃取技術(shù)與環(huán)境樣品前處理[J].化學(xué)進(jìn)展,1998,10(1):74-84.

[9]王華,劉艷飛,彭東明,等.膜分離技術(shù)的研究進(jìn)展及應(yīng)用展望[J].應(yīng)用化工,2013,42(3):532-534.

[10]汪怡,馮曉青,王芹,等.攪拌棒吸附萃取-熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定水中54種揮發(fā)性有機(jī)物[J].中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志,2015,25(23):3998-4003.

[11]龐雪莉,胡小松,廖小軍,等.熱敏性果蔬香氣特征及其在加工過程中的變化研究新進(jìn)展[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2011,37(5):127-138.

[12]Arthur CL, Pawliszyn J. Solid phase microextraction with thermal desorption using fused silica optical fibers[J].Analytical Chemistry,1990,62(19):2145-2148.

[13]趙高峰,徐盈,惠陽,等.杯[4]芳烴頂空固相微萃取-氣相色譜法快速分析環(huán)境樣品中的多氯聯(lián)苯[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào),2004,20(6):561-564.

[14]姜洋,房麗萍,楊剛,等.水體中揮發(fā)性有機(jī)物分析方法研究進(jìn)展[J].環(huán)境化學(xué),2015,34(9): 1611-1618.

[15]Vas G, Vekey K.Solid-phase micro extraction:a powerful sample preparation tool prior to mass spectrometric analysis[J].J Mass Spectrom,2004,39:233-254.

[16]申書昌,蘇源,鄭建華.有機(jī)硅改性聚酰亞胺固相微萃取涂層的制備及其應(yīng)用[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè),2014,50(1):15-18.

[17]劉海芳,馬軍輝,馮海強(qiáng),等.固相微萃取法(SPME)在茶葉農(nóng)殘檢測(cè)上的應(yīng)用[J].茶葉,2007,33(3):136-139.

[18]賴永忠.固相微萃取法同時(shí)分析源水中54種揮發(fā)性有機(jī)物[J].中國(guó)給水排水,2012,28(8):94-102.

[19]周濤,韓彬,白紅妍,等.頂空-固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法快速分析海水中13種苯系物[J].分析測(cè)試學(xué)報(bào),2014,33(1):1-6.

[20]張秋菊,樊珠鳳,曹林波,等.SPME-GC-MS測(cè)定塑料食品包裝材料中的苯系物[J].中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志,2014,24(7):923-926.

[21]吳金浩,王召會(huì),王擺,等.頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定海洋沉積物中的苯系物[J].色譜,2013,31(12):1218-1223.

[22]張娟,王永花,孫成.固相微萃取-氣相色譜法測(cè)定空氣樣品中的苯系物[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào),2010,26(4):379-382.

[23]楊宇川,何小波,輝永慶,等.固相微萃取-標(biāo)準(zhǔn)加入法檢測(cè)空氣中的苯系物[J].分析試驗(yàn)室,2009,28(7):46-48.

[24]魏恩棋,李利榮,王艷麗,等.頂空-固相微萃取-氣相色譜測(cè)定水體中痕量苯系物[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),2010,23(3):41-47.

Applications of Solid Phase Micro-extraction on the Analysis of Benzene Series

PANG Rong1, PANG Long2, XIN Jian-hao1

(1 School of Medicine, Huanghe S & T College, Henan Zhengzhou 450063；2CollaborativeInnovationCenterofEnvironmentalPollutionControlandEcologicalRestoration,ZhengzhouUniversityofLightIndustry,HenanZhengzhou450001,China)

Sample pretreatment technologies are crucial step in analysis process. Traditional sample pretreatment technologies need large volume of extraction solvent, complex and hard to be automatic. Solid phase microextraction technology is a novel sample pretreatment technology with advantages of solvent free, directly injection, simple operation, and sensitive. The basic theory of SPME was introduced, and the applications of SPME on the analysis of benzene series were summarized. Furthermore, the development prospect of SPME was also introduced.

solid phase micro-extraction; benzene series compounds; sample preparation methods

龐榕(1987-)，女，講師，主要從事藥物分析。

O65

A

1001-9677(2016)014-0033-02