薄膜固相微萃取技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

郭志勇, 姚秋虹, 林 奇, 陳 曦

(1. 廈門華廈學(xué)院檢測技術(shù)與智能儀器研究所, 福建 廈門 361024; 2. 廈門華廈學(xué)院環(huán)境與公共健康學(xué)院,福建 廈門 361024; 3. 自然資源部第三海洋研究所, 福建 廈門 361005;4. 廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 福建 廈門 361005)

固相微萃取(SPME)技術(shù)是整合了樣品凈化、分析物分離、分析物富集等樣品前處理過程中重要步驟的前處理方法[1-5]。SPME建立的初衷是應(yīng)用于氣相色譜,是對樣品中的有機(jī)化合物進(jìn)行萃取分離的方法。隨著近些年樣品前處理技術(shù)的快速發(fā)展,SPME技術(shù)與氣相色譜、液相色譜、液相色譜-質(zhì)譜、氣相色譜-質(zhì)譜、拉曼光譜及諸多儀器實現(xiàn)聯(lián)用,并廣泛應(yīng)用在環(huán)境、食品、藥物及臨床研究等多個不同領(lǐng)域[6-9]。

SPME技術(shù)的基體及修飾的萃取劑選取是其研究領(lǐng)域的重中之重。改變SPME材料的基體及修飾的萃取相等,可有效增大萃取體積,并可實現(xiàn)在實驗室及實時條件下對目標(biāo)物的快速無溶劑分離、富集。纖維、毛細(xì)管、攪拌棒及薄膜等材料及其相應(yīng)修飾材料等,可作為SPME的萃取材料[10-16]。而為了提高SPME萃取劑的有效萃取效率,常選用一些孔狀物質(zhì)或者可生成孔狀物質(zhì)如苯乙烯、碳分子篩、硅氧烷等聚合物、聚乙二醇、樹脂等修飾在基體表面,孔狀固定相的修飾可極大提高固定相的內(nèi)部表面積,并促進(jìn)固定相與分析物的離子作用和分子間作用力等增加對分析物的吸附能力[2,17,18]。雖然上述方法可提高對目標(biāo)物的吸附效率,然而存在的一些缺點也限制其適用性。例如,諸多吸附劑與目標(biāo)分析物的作用力較強(qiáng),從而導(dǎo)致分析物不易從萃取劑表面脫離,因此需要提高溫度等促進(jìn)分析物的解吸附,同時不可能避免地需要對基質(zhì)等進(jìn)行清潔等過程。同時固相萃取吸附劑的吸附能力較弱,在分析一些分析物或者干擾物質(zhì)含量較大的樣品時,會出現(xiàn)線性范圍小等缺點[19]。與固相修飾物相比,液相/膠體修飾物具有穩(wěn)定性強(qiáng)以及可以克服上述固相修飾的限制等特點。然而與固相修飾物修飾相比,液相修飾也在萃取效率等方面存在明顯缺陷[17]。

因此為了將SPME的高靈敏度及萃取效率高等特點一體化,需要采用更大體積萃取相等方法。薄膜固相微萃取(TFME)方法具有較大的有效萃取相體積、預(yù)萃取平衡時間較短以及較大的吸附容量等特點,同時也會增加與分析物的傳質(zhì)速度,快速達(dá)到最終相平衡階段[20-23]。因此通常與固相或液相修飾物相結(jié)合,為上述問題的解決提供思路。同時TFME技術(shù)可以與液相色譜、氣相色譜、質(zhì)譜、拉曼光譜等多種儀器聯(lián)用,增加有效的萃取體積以及分析檢測的靈敏度選擇性,使樣品前處理技術(shù)向著更高效、快捷方向發(fā)展。2012年P(guān)awliszyn等[19]綜述了薄膜固相萃取的相關(guān)萃取原理以及萃取裝置等。2016年P(guān)awliszyn等[24]重點介紹了TFME技術(shù)與LC-MS聯(lián)用方面的應(yīng)用。國內(nèi)有關(guān)TFME聯(lián)用技術(shù)的綜述尚未見報道。本文將介紹TFME的基本原理及器件裝置,并綜述近年來TFME聯(lián)用技術(shù)在不同領(lǐng)域應(yīng)用的進(jìn)展。

1 薄膜固相微萃取

相較于傳統(tǒng)樣品前處理方法,TFME技術(shù)在樣品前處理方面具有潛在的應(yīng)用優(yōu)勢。TFME技術(shù)是一種平衡萃取方法,所用的萃取相體積較小,在最小化基質(zhì)干擾的同時有效地增加凈化效果。另外,TFME技術(shù)是一種以敞開體系為萃取相的樣品前處理方法,這種體系應(yīng)用于大體積樣品萃取時,避免了由于突破體積限制造成的萃取效率降低的問題,同時這種敞開體系下可直接進(jìn)行樣品前處理并且避免了對基體的污染及堵塞[25-27]。

1.1 TFME基本原理

SPE技術(shù)的基本原理主要是分析物通過界面層從樣品基質(zhì)擴(kuò)散到萃取相,并達(dá)到相平衡過程。對于直接萃取過程,相平衡時的萃取效率可以根據(jù)公式(1)[10]得到:

(1)

其中平衡相的萃取效率(n)與分配系數(shù)(Kes)、萃取相體積(Ve)、分析物在樣品基質(zhì)中的質(zhì)量濃度(Cs)以及分析物體積(Vs)成比例關(guān)系。因此,在較低樣品基質(zhì)濃度下可以采用提高分析物的分配系數(shù)或者增加萃取相體積等增加萃取效率。其中,分配系數(shù)是一個熱力學(xué)參數(shù)主要與包覆材料的物理性質(zhì)有關(guān)。因此,增加萃取相體積是提高固相微萃取技術(shù)有效萃取效率的重要方法。

包覆材料的固相微萃取裝置的萃取相體積主要是由其外部包覆材料的尺寸決定,因此可以增加外部材料的層厚度等增加萃取相體積。然而根據(jù)萃取動力學(xué)理論公式發(fā)現(xiàn)(公式(2)[21,28]),在增加層厚度時萃取的平衡時間也會相應(yīng)增加。

(2)

其中t95%為平衡時間;b-a是萃取相的層厚度;Kes為分配系數(shù);δ為界面層的厚度;D為分散系數(shù)。

而TFME通常將具有較高比表面積的片狀薄膜材料平鋪在基質(zhì)材料表面,以提高裝置的有效萃取相體積。通過片狀薄膜材料的包覆,包覆層的厚度通常會保持恒定不變或者更薄,因此根據(jù)公式(2)萃取平衡時間也會相應(yīng)地降低。同時,根據(jù)分析物的分散系數(shù)以及萃取相的表面積(A)與初始萃取率(dn/dt)的比例關(guān)系(公式(3)[21]),較高比表面積的萃取相可以有效地增加萃取效率。

(3)

Bruheim等[21]將上述公式應(yīng)用于TFME,并通過相應(yīng)的實驗結(jié)果等證實,在直接膜萃取過程中,實驗結(jié)果與公式的理論預(yù)測等保持一致。因此相對于TFME也存在著如下結(jié)論,初始萃取效率和膜的表面積呈線性關(guān)系,萃取時間增加后膜的萃取效率與膜體積之間成正比。

1.2 TFME裝置

1.2.1TFME器件裝置

TFME技術(shù)有多種不同的樣品取樣技術(shù),如直接將薄膜至于樣品基質(zhì)中,或涂覆萃取涂層到萃取基質(zhì)上進(jìn)行萃取。通常TFME會采用不銹鋼管柱、不銹鋼片、玻璃片、玻璃纖維等作為基質(zhì),并在基質(zhì)上涂覆靈活性較強(qiáng)的聚二甲氧基硅烷(PDMS)膜。然而上述基質(zhì)在進(jìn)行樣品取樣時,樣品會發(fā)生聚集從而導(dǎo)致膜折疊情況出現(xiàn),因此一些質(zhì)地較硬的膜也被開發(fā)出來并被涂覆在不銹鋼網(wǎng)及玻璃片表面。Pawliszyn等[29]將可折疊的銅網(wǎng)等作為基質(zhì),用來固定薄膜及降低微生物的增長,并將銅網(wǎng)附著于棒狀體上,有效地降低在取樣過程中樣品的聚集,同時可以容易地控制取樣位點。在頂空萃取取樣時,通常會將薄膜至于不銹鋼銅網(wǎng)上并放置在蓋帽上,采用上述裝置不僅具有簡便、重現(xiàn)性高等特點,同時該裝置可用在活體的可揮發(fā)性物質(zhì)的頂空萃取過程中。最近,96孔板-固相微萃取裝置被廣泛用于實現(xiàn)高通量、自動化的樣品前處理過程[30-32]。TFME通過選用96片薄膜置于不銹鋼棒上,制備該96孔板TFME裝置,而后為了提高96孔板-TFME的穩(wěn)定性及重現(xiàn)性,將薄膜固定在不銹鋼片上。與棒狀負(fù)載薄膜相比,片狀負(fù)載薄膜可以有效地提高萃取效率2倍左右,同時薄膜更加穩(wěn)定。我們在圖1中總結(jié)了幾種TFME的器件裝置[19,29,33,34]。

圖 1 不同種薄膜固相微萃取裝置Fig. 1 Different formats of thin-film microextraction (TFME) a. stainless steel sheet supported format[19]; b. serum bottle supported format[33]; c. 96-blade supported format[34]; d. copper mesh supported format[29].

1.2.2TFME器件基底

在TFME技術(shù)當(dāng)中,器件基體以及修飾材料的選取等是使材料具有靈活特性、高靈敏度、高穩(wěn)定性以及實現(xiàn)對目標(biāo)物選擇性分離的關(guān)鍵。而在報道的許多研究工作中[35]經(jīng)常選用PDMS作為固相萃取薄膜,PDMS膜具有熱穩(wěn)定強(qiáng)、易于再利用以及易制備等特點。而一些經(jīng)過修飾的PDMS膜等也具有較好的萃取效果,其中經(jīng)過環(huán)糊精修飾的PDMS用于酚類物質(zhì)采樣時[36],其萃取效率與普通PDMS相比明顯提高。而在實驗研究的基礎(chǔ)上,一些商用的薄膜等被開發(fā)出來,其中主要以聚合物的基底物質(zhì)如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚亞乙烯基材料等為主[26,38],同時一些具有纖維狀結(jié)構(gòu)的尼龍材料以及纖維材料等也被廣泛用于TFME薄膜。而以聚合物或者纖維作為TFME薄膜材料時,通常具有易于修飾以及材料有效表面積較大等特點。而近年來也合成出了多種不同的金屬薄膜以及含碳物質(zhì)薄膜等[31,32,35,36]。本綜述也總結(jié)了一些相應(yīng)的TFME基底及修飾物等,如表1所示。

1.2.3TFME器件裝置制備方法

在TFME技術(shù)中,薄膜固相萃取涂層的制備是其中的重中之重[40]。通?？筛鶕?jù)萃取相材料的特性以及應(yīng)用方法等選用不同的涂覆方法,制備TFME裝置。物理沉積法、溶膠-凝膠法、化學(xué)鍵合法等被廣泛用于TFME涂層的涂覆[43-45]。物理沉積法通常采用商業(yè)用膠作為黏附劑用于基質(zhì)與萃取相結(jié)合,因此會出現(xiàn)重復(fù)性差及化學(xué)穩(wěn)定性低等情況。Mirnaghi等[46]采用浸漬、涂刷、噴涂等多種方式用于固定顆粒狀的聚丙烯腈涂層的涂覆,并考察其理化穩(wěn)定性以及耐久性。實驗結(jié)果顯示,通過浸漬以及噴涂等方式固定薄膜時通常裝置的穩(wěn)定性較差,在經(jīng)過70次使用之后材料的回收率降低明顯。溶膠-凝膠法通過在氧化金屬基底水解-Si-O-Si-鍵,形成化學(xué)、物理穩(wěn)定性較強(qiáng)及可重復(fù)使用且高度交聯(lián)的聚合物膜。Cudjoe等[47]采用溶膠-凝膠法,制備基于C18的96孔板TFME裝置。在制備該裝置時,考察了不同的溶膠-凝膠成分、老化時間、涂覆速度以及干燥條件等對涂層萃取效果的影響。Mirnaghi等[48]也利用溶膠-凝膠方法將C18-聚丙烯腈體系應(yīng)用到96孔板-薄膜固相萃取體系中,該裝置具有較好的穩(wěn)定性、較強(qiáng)的生物相容性以及可重復(fù)利用性。而化學(xué)聚合方法是在高溫條件下用于聚丙烯腈和功能化納米粒子的涂覆,該方法具有較高的理化穩(wěn)定性及重復(fù)使用性。最近靜電紡絲技術(shù)也被應(yīng)用在制備TFME薄膜中,該方法的原理與電噴射原理相類似,將聚合物溶液置于通有高壓電的電極中間,納米纖維會均勻的覆蓋在平整的基質(zhì)表面并形成該萃取相。

表 1 薄膜固相微萃取相關(guān)文獻(xiàn)總結(jié)

VOCs: volatile organic chemicals; DMSO: dimethylsulfoxide; BPA: bisphenol A; IMS: ion mobility spectroscopy; DCBI-MS: desorption of corona beam ion source mass spectrometry; SERS: surface enhanced Raman scattering; PDMS: polydimethyl siloxane;HS: headspace; SWV: square wave voltammetric; PDVB: polydivinyl benzene; PE: polyethylene; MOF: metal organic framework; PAN: polyacrylonitrile; ODS: ostadecyl silane; Nio-66: Nylon-66; PS: polystyrene; NPs: nano particles; CNTs: carbon nano tube; MIPs: molecularly imprinted polymers.

2 薄膜固相萃取聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

通過不同的薄膜萃取相的涂覆可以使TFME技術(shù)應(yīng)用在多個不同領(lǐng)域,以及包括氣相、液相及固相等多種樣品基質(zhì)中。同時TFME聯(lián)用技術(shù)在生物、食品、環(huán)境、活體以及多種不同領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。根據(jù)樣品的不同基體，以及分析物的性質(zhì)及檢測特性等,選擇合適的聯(lián)用技術(shù)及方法。TFME技術(shù)可與氣相色譜法[49]、液相色譜法[50]、質(zhì)譜法[51,52]及離子淌度譜法[53,54]等多種方法結(jié)合,并可有效地提高檢測靈敏度以及縮短分析時間。表1總結(jié)了TFME技術(shù)與多種不同技術(shù)的聯(lián)用方法,并應(yīng)用于多種不同樣品的檢測分離分析當(dāng)中。接下來我們結(jié)合TFME在多種不同樣品中的應(yīng)用情況對其有效的聯(lián)用方法進(jìn)行論述。

2.1 生物樣品分析

生物樣品主要包括一些植物樣品、體液、組織液、血漿及血清等。使用TFME技術(shù)與不同聯(lián)用方法可用于諸如植物葉片、根莖中揮發(fā)氣體的檢測,尿液中的毒品、藥品、醛類物質(zhì)等檢測,以及血液中的藥物檢測。根據(jù)不同的樣品基體、待分析物特點等,選用不同的聯(lián)用方式以及TFME基底等實現(xiàn)高效檢測。

2.1.1植物樣品

TFME聯(lián)用技術(shù)對植物體中的揮發(fā)性化合物及攝取的化學(xué)物質(zhì)等的萃取分離檢測具有重大意義。TFME聯(lián)用技術(shù)可用于植物的根、莖、葉片以及藤蔓中化合物的萃取分析,通過對收集的樣品采用直接采樣、凍干后溶解采樣以及升溫加熱采樣等方式用于待測物質(zhì)的分離、富集。Rebecca等[55]采用直接采樣的方式,并與GC-MS聯(lián)用,用于番茄莖中攝取的化感素桉樹腦、樟腦、薄荷醇、香豆素和香芹醇的檢測。該方法采用PDMS膜為萃取層,并直接將該薄膜置于番茄莖。通過TFME萃取后發(fā)現(xiàn),桉樹腦會被攝取到番茄莖中,其最低檢出濃度可以達(dá)到50 nmol/L,同時發(fā)現(xiàn)樟腦、薄荷醇和香豆素等存在于番茄莖,而香芹醇未被攝取。Wei等[56]采用凍干溶解后采樣的方式并與GC聯(lián)用,用于花生葉片中的甲基菊酯的檢測。該實驗采用PDMS膜為TFME薄膜,并將該薄膜置于樣品溶液中直接進(jìn)行萃取,后采用氣相色譜法檢測。在以1∶5(v/v)的甲醇水為萃取溶液時,該方法對甲基菊酯的檢出限可以達(dá)到0.2 ng/mL,精密度低于6.4%,相對回收率為89.4%。利用TFME和GC-MS/GC的聯(lián)用方式可實現(xiàn)多種揮發(fā)物以及植物中酯類殘留的可靠檢測,并在復(fù)雜樣品中的組分分析方面具有廣泛的應(yīng)用優(yōu)勢。

2.1.2人體尿液、血液樣品

血液樣品以及尿液是較常見的生物樣品,其中的藥物、疾病標(biāo)志物、毒品、酒精含量等的檢測、分離十分必要。生物樣品基質(zhì)也較為復(fù)雜,因此樣品中的生物基質(zhì)也會對檢測分離有較大的影響。Hashemian等[57]采用基于適配體修飾的纖維TFME材料,并結(jié)合電噴射離子淌度色譜法用于人尿液中殘留的毒品可待因的分離檢測。該方法將對可待因特異性強(qiáng)的抗可待因適配體修飾在沃特曼纖維薄膜上,制備該TFME材料。利用抗體抗原之間的特異性結(jié)合,對尿液中可待因的檢出限可達(dá)到3.4 ng/mL, RSD為6.8%,回收率可達(dá)90.1%。該TFME-IMS聯(lián)用方法具有較低的檢出限,并且與高效液相色譜等方法相比具有分析快速簡便等優(yōu)點,同時該方法也是尿液樣品分析中復(fù)雜、繁復(fù)萃取和濃縮方法的替代技術(shù)。Liu等[58]采用靜電紡絲方法,制備了基于聚苯乙烯薄膜-金屬有機(jī)骨架的薄層吸附薄膜,并與高效液相色譜法聯(lián)用,應(yīng)用于人尿液中醛類代謝物質(zhì)檢測。該方法直接將MOF-199與聚苯乙烯材料混合,采用靜電紡絲方式將上述材料噴射在鋁膜表面形成固相微萃取薄膜。將該方法用于健康人以及肺癌患者的6種醛類代謝物的檢測時,發(fā)現(xiàn)健康人和肺癌患者尿液中的正丁醛、庚醛、辛醛、壬醛等沒有明顯差別,而肺癌患者的庚醛和己醛含量明顯偏高。該方法的檢出限為4.2～17.3 nmol/L,回收率在82%～112%, RSD在2.1%～13.3%。因此與普通的MSPE方法相比,該方法中基質(zhì)的影響較小,同時該TFME-HPLC-UV聯(lián)用方法具有較低的檢出限以及較高的靈敏度等特點,而且該方法對檢測復(fù)雜基質(zhì)中的疏水性化合物具有較大潛力。

相較于尿液樣品,血液樣品中存在更多干擾物質(zhì)以及蛋白質(zhì)等生物大分子,因此需要特異性更強(qiáng)以及抗基質(zhì)干擾能力強(qiáng)的方法對血液中的物質(zhì)進(jìn)行分析檢測。Li等[59]將磁性納米顆粒與十八烷基硅烷修飾的聚丙烯腈通過噴涂的方式結(jié)合,制備出具有磁學(xué)特性的新型TFME材料,并將其與高效液相色譜聯(lián)用,用于人血液樣品以及尿液樣品中氯氮平的分離檢測。該方法對血液和尿液樣品中的氯氮平的檢出限可以達(dá)到0.013 g/mL和0.03 g/mL,其RSD皆低于9.23%,回收率在99%～110%之間。該方法所制備的磁性O(shè)DS-PAN TFME薄膜材料具有制備簡單、快速以及易于操作等特點,同時該方法在日常的血液以及尿液的藥物診療等方面具有潛在的應(yīng)用優(yōu)勢。在與其他多種不同碳鏈鍵合的固相萃取薄膜以及不同儀器的聯(lián)用對比下,該材料以及聯(lián)用方法具有較高的精密度以及準(zhǔn)確性,因此可以廣泛的用于臨床藥物的分離檢測中。Chen等[60]以有序介孔碳薄膜為固相微萃取薄膜,并結(jié)合解析電暈束電離質(zhì)譜對人血漿樣品中抗抑郁藥物進(jìn)行檢測。該TFME薄膜具有快速的孔交換能力、良好的水潤性能以及較好的尺寸排阻特性,因此使材料之間具有較高的傳質(zhì)速度以及較好的排阻生物大分子能力,同時該TFME-DCBI-MS聯(lián)用方法也具有抗干擾能力強(qiáng)、分析快速等特點。

2.1.3活體及活體代謝物樣品分析

TFME方法在生物樣品中的應(yīng)用也逐漸向活體樣品及活體代謝物樣品方向應(yīng)用。TFME方法在活體樣品中應(yīng)用也逐漸增多,因此分析物的收集、萃取等方法也逐漸趨于穩(wěn)定,而活體樣品主要是一些生物體樣品及生物體代謝物樣品等。

人表皮揮發(fā)性的有機(jī)化合物的監(jiān)控診斷在判斷人體皮膚疾病方面具有潛在的應(yīng)用優(yōu)勢。然而人表皮揮發(fā)性的有機(jī)化合物的濃度相對較低、不易檢測,因此采用有效的方法對該揮發(fā)性化合物進(jìn)行分離分析等具有重要意義。Jiang等[61]采用PDMS作為固相微萃取薄膜材料,而后結(jié)合GC-MS方法用于人表皮中揮發(fā)性的標(biāo)志物檢測。該方法可以有效地檢測到經(jīng)過酒精或者蒜攝入之后人表皮所產(chǎn)生的相應(yīng)生物標(biāo)志物,以及酒精或者蒜代謝產(chǎn)生的二甲亞砜、甲基丙烯酸硫化物以及烷基硫醇等物質(zhì)。在對人體后背、大腿前側(cè)以及前臂等3處易收集樣品位置采樣檢測時,發(fā)現(xiàn)后背位置的揮發(fā)性化合物量較其他兩處位置含量大,而且在后背位置檢測到約77種揮發(fā)性化合物,大腿前側(cè)和前臂分別約檢測到51種和55種。該方法可以有效地用于人體表皮揮發(fā)性的有機(jī)化合物的檢測,并對人體表面的皮膚病進(jìn)行有效監(jiān)控,同時該TFME薄膜對人體皮膚無傷害。

然而,活體樣品的取樣時間也相對較長因此極大地削弱了分析效率,同時薄膜材料也很難進(jìn)入組織或者血管樣品進(jìn)行采樣,因此也對活體樣品的檢測帶來極大困難。Xu等[62]采用具有較好生物相容性以及水穩(wěn)定性的聚多巴胺修飾的聚苯乙烯材料作為固相微萃取薄膜,該方法不僅可以實現(xiàn)對肌肉樣品組織的直接取樣,同時在與LC-MS/MS聯(lián)用時可以有效地對魚肌肉組織中多種物質(zhì)進(jìn)行檢測。

2.2 食品樣品分析

食品與人體的健康狀態(tài)等息息相關(guān),因此食品中的物質(zhì)分析一直是研究的熱門。然而食品樣品具有基體復(fù)雜、待分析物種類繁雜、基體干擾嚴(yán)重等許多問題需要考慮。食品樣品的復(fù)雜性以及待分析物的大量干擾意味著在食品樣品分析中,需要根據(jù)基質(zhì)的性質(zhì)等選用靈敏度高以及選擇性好的聯(lián)用方法[7,63]。

TFME是可從食品中有效分離待分析物并且降低基質(zhì)干擾的重要方法。Zhao等[64]將分子印跡技術(shù)與TFME技術(shù)相結(jié)合,在Pt電極表面修飾該分子印跡薄膜,并與方波伏安法聯(lián)用,用于牛奶和蜂蜜樣品中氯霉素的檢測。該薄膜采用Pt薄膜微電極為載體,隨后將氯霉素的分子印跡聚合物沉積在電極表面,制備該固相微萃取薄膜。利用氯霉素分子印跡膜與氯霉素的識別作用以及方波電位的變化情況等對氯霉素進(jìn)行了分析檢測,該方法的檢出限可達(dá)到0.39 nmol/L。將該方法用于牛奶、蜂蜜樣品分析時,發(fā)現(xiàn)牛奶中的氯霉素含量約為4.60 g/mg,蜂蜜中未檢出,同時牛奶樣品和蜂蜜樣品的加標(biāo)回收率分別在89.0%～107.3%和97.0%～105.0%之間,RSD分別為9.3%和4.0%。通過該TFME與方波伏安法聯(lián)用可以有效地增加方法的靈敏度,與常用的HPLC-MS法相比,該方法也具有較高的準(zhǔn)確性、可靠性,并且未觀察到相應(yīng)基質(zhì)成分的干擾。

值得注意的是,在食品生產(chǎn)以及儲存過程中會產(chǎn)生一些雌激素以及硝基芬等物質(zhì)。而在茶葉生長、生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生內(nèi)分泌干擾物(EDCs)等,對人體產(chǎn)生畸形、內(nèi)分泌紊亂、新陳代謝紊亂以及致癌等多種影響。雙酚A、雌二醇和己烯雌酚是茶葉中3種最普遍的EDCs。Cai等[65]利用十八烷基硅烷以及聚丙烯腈制備固相微萃取薄膜,并結(jié)合HPLC-UV對茶葉中的BPA、17雌二醇和己烯雌酚進(jìn)行檢測,得到了較好的回收率以及準(zhǔn)確度。在油類儲運時候,會產(chǎn)生酚類物質(zhì),尤其是硝基芬等,造成人體的肝、腎損傷以及神經(jīng)系統(tǒng)較大影響。Ye等[66]利用纖維素為基體并修飾聚多巴胺,以此作為TFME薄膜并與HPLC-UV聯(lián)用,用于油中的4-硝基芬和2,4-二硝基酚檢測。該方法對4-硝基芬和2,4-二硝基酚的檢出限分別為1.54 g/L和2.16 g/L,富集因子在146～179之間,回收率在84.37%～100.85%之間,RSD低于4.31%。該聯(lián)用方法具有簡單、快捷、環(huán)境友好等特點,對油樣品中硝基芬類物質(zhì)具有較好的富集效果。

Cai等[67]將聚丙烯腈非編織織物作為基底,并通過原位生長自組裝的方法在基體表面沉積銀納米顆粒,制備可用于SERS的靈活性固相微萃取薄膜。同時將該薄膜與SERS聯(lián)用,并采用擦拭取樣的方式對水果表皮的獸藥進(jìn)行分離分析檢測,可實現(xiàn)對4種有機(jī)氯類獸藥p,p′-對氯苯基三氯乙烷、水胺硫磷、氰戊菊酯及碳酰氯的有效分離檢測,并且在樣品質(zhì)量濃度低至5 ng/mL且檢測時間低于1分鐘的條件下仍具有較明顯的拉曼信號增強(qiáng)。

2.3 環(huán)境樣品分析

工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的固液氣等廢棄物會對人體以及環(huán)境造成嚴(yán)重危害。水環(huán)境中的酚類、醛類物質(zhì)等以及氣體環(huán)境中的醇類、酚類醛類等皆會產(chǎn)生較大的危害,而TFME聯(lián)用方法是分離分析不同基質(zhì)(空氣、水、固體廢棄物)中污染物質(zhì)的有效方法之一。

Zhu等[68]通過在ZnO薄膜上負(fù)載納米TiO2,有效地增加了氣體中揮發(fā)性有機(jī)化合物乙醇以及丙酮的檢測靈敏度。該方法通過調(diào)節(jié)TiO2的相結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)以及電導(dǎo)率等實現(xiàn)對氣體傳感檢測,在TiO2的摻雜量在5%～10%左右時,會形成尖晶石相同時具有較高的氣體負(fù)載濃度。對于環(huán)境樣品中,對汽車尾氣的排放吸收檢測也尤為重要。Jiang等[69]將聚二乙烯基苯納米顆粒裝載于PDMS基質(zhì)的薄膜上,并結(jié)合GC-MS方法用于室外氣體中苯類物質(zhì)的采集檢測。該聯(lián)用方法對苯類氣體的吸附效率可以提高兩個數(shù)量級,并且與原PDMS薄膜相比,修飾了DVB的薄膜的萃取效率提高,且有效的檢出限可以達(dá)到0.03 ng/mL。該聯(lián)用方法采用的材料具有較高的熱穩(wěn)定性,可以直接與GC或者M(jìn)S以及一些帶有熱解吸過程的儀器聯(lián)用,因此可用于污染物的原位分析當(dāng)中。

相較于空氣來說,水環(huán)境或工業(yè)廢水中也含有大量的污染化合物。其中酚類物質(zhì)是水體中存在較多的一類化合物,水中的酚類物質(zhì)的檢測方法也相對較多,其中TFME聯(lián)用的相關(guān)方法也可對水體中酚類物質(zhì)進(jìn)行有效分離檢測[70]。Sun等[71]以聚亞乙烯基氟化物為固相微萃取薄膜,并結(jié)合HPLC-UV用于水體中4種酚類物質(zhì)(雙酚A、4-辛基酚、壬基苯酚及4-壬基酚)的檢測。雙酚A、4-辛基酚、壬基苯酚及4-壬基酚的檢出限分別為0.2、0.4、0.4和0.4 ng/mL,加標(biāo)回收率分別為95.3%～98.2%、89.3%～96.6%、97.6%～100.8%和99.0～99.3%, RSD分別為6.6%～6.8%、6.7%～7.0%、6.8%～7.4%和6.9%～7.2%。該PVDF-TFME-HPLC聯(lián)用方法與其他樣品前處理方法相比,具有相對較低的檢出限,同時該方法采用的PVDF膜可以隨意處理,對環(huán)境的污染性較低,價格低廉。

Mohammad等[72]以十八烷基硅烷與尼龍66結(jié)合制備的固相萃取薄膜與HPLC-UV聯(lián)用也可用于水體中雙酚A的檢測。Pamornrat等[73]在PDMS膜上修飾羧基化的多層碳納米管材料,包覆在96孔板上用于水體中酚類的檢測。Deng等[74]采用功能化的單層碳納米管制備的便攜式試紙條作為固相微萃取薄膜,結(jié)合SERS對湖水中的西草凈進(jìn)行分離檢測。通過簡單的一步萃取法,直接用于湖水中待檢測物采樣,同時該方法的檢出限可達(dá)2 μg/L,回收率在70%～80%, RSD在2.5%～12.9%。該TFME-SERS聯(lián)用方法為復(fù)雜基質(zhì)樣品中三嗪類物質(zhì)的分析提供了一種新型方法。

2.4 其他分析

化妝品是現(xiàn)代生活的必需品,它會直接與人體產(chǎn)生接觸,因此其安全性問題也逐漸得到關(guān)注。化妝品中常常會添加重金屬、激素、防腐劑等物質(zhì),其添加會對人體產(chǎn)生較大危害。TFME技術(shù)已經(jīng)廣泛用于化妝品中禁用、違禁物質(zhì)的檢測。Wang[75]將沉積重金屬汞離子的玻碳電極作為固相微萃取薄膜材料,并與HPLC聯(lián)用對化妝品中的視黃醛、視黃醇、維甲酸等物質(zhì)進(jìn)行分析檢測。該方法對視黃醛、視黃醇、維甲酸的檢出限可分別達(dá)到2.51、2.10和6.00 μg/mL,比常用的萃取方法提高10個數(shù)量級。

一些常用藥物有效成分的分離檢測也至關(guān)重要[76,77]。Neeta等[78]在玻碳電極表面修飾NiO以及ZrO2納米氧化物,并用于固相微萃取薄膜材料,與循環(huán)伏安(CV)法結(jié)合用于艾滋病治療藥物依非韋倫(EFV)的檢測。將該方法與采用紫外可見光譜法進(jìn)行對比時發(fā)現(xiàn),TFME-CV可以實現(xiàn)尿液中依非韋倫的高靈敏度檢測。該方法對EFV的檢出限可以達(dá)到10 nmol/L左右,同時RSD在3.6%以內(nèi),回收率在97.6%～102.8%之間。該TFME-GCE(玻璃碳電極,glassy carbon electrode)聯(lián)用方法可以作為新型的潛在工具用于分析多種不同藥物。Dong等[77]在玻璃片表面修飾海膽狀的ZnO納米材料并沉積金納米顆粒用做TFME材料,結(jié)合HS-SERS方法用于中草藥中的硫酸鹽的檢測。該方法的檢出限可達(dá)到6 mg/kg,回收率在77.4%～104.4%, RSD在3.5%～11.6%。該HS-SERS-TFME聯(lián)用方法具有薄膜易制備、分析快速以及基體干擾小等特點,同時該聯(lián)用方法也可用在其他多種樣品中硫酸鹽的檢測。

一些酒水飲料中所含的氣體及酸類物質(zhì)的檢測也具有重要意義。SO2是在酒類制備過程中的一種重要添加劑,因此需要采用有效的方法對其進(jìn)行分離檢測。Deng等[33]將海膽狀的ZnO作為薄膜基體,并通過ZnO表面的刺狀結(jié)構(gòu)吸附金納米顆粒用于SERS增強(qiáng),同時結(jié)合頂空固相微萃取法用于酒類樣品中的SO2檢測。其中SO2的特征SERS增強(qiáng)吸收峰在600 cm-1,該方法對SO2檢出限可以達(dá)到0.1 μg/mL, RSD在5.2%～14.7%。該HS-TFME-SERS聯(lián)用方法具有操作簡便、分析速度快、樣品消耗量低以及經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點,并且該方法可作為一種新型方法用于揮發(fā)類化合物的分離分析。苯甲酸(BA)類物質(zhì)是食品以及碳酸飲料中常用到的抗菌性物質(zhì),然而BA類物質(zhì)雖然可有效地降低菌含量,但是也會造成相應(yīng)的腹痛、腹瀉等其他癥狀,因此有效地方法對其檢測至關(guān)重要。Cai等[79]以硅膠作為基底,并在其表面固定金納米顆粒作為固相微萃取薄膜材料,并與SERS結(jié)合用于碳酸飲料中的BA檢測。通過該方法制備的固相微萃取薄膜具有較強(qiáng)的SERS增強(qiáng)信號以及較好的重現(xiàn)性。該方法對BA的檢出限可達(dá)3.6 μg/mL,且回收率在85.0%～103.0%, RSD在2.0%～7.4%。該TFME-SERS方法可以在無樣品預(yù)處理條件下對碳酸飲料中的BA類物質(zhì)進(jìn)行快速、高靈敏度檢測。

3 結(jié)論與展望

作為一種常用的樣品前處理方法,薄膜固相萃取技術(shù)可以完成對樣品基質(zhì)的快速萃取分離,并且具有高效、靈敏和選擇性好的優(yōu)點。近年來,薄膜固相萃取技術(shù)廣泛用于酚類、醛類、重金屬、硝基化合物等物質(zhì)的分析中,在生物、食品、活體、藥品、環(huán)境等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

由于各行業(yè)對分析技術(shù)的更高要求,TFME技術(shù)將更著重于在線聯(lián)用的操作方式以及實驗室應(yīng)用的方式發(fā)展,并發(fā)展新型解析和分析聯(lián)用方式。另一方面,新型的固相微萃取涂層的研制以及新型TFME裝置的開發(fā)也是其發(fā)展的重點。同時也應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)展TFME技術(shù)向國土安全、法院鑒定、毒理學(xué)以及藥物研究等方面發(fā)展。在藥物的發(fā)現(xiàn)診療方面,新型無害性的TFME診療工具用于呼吸氣體、表皮以及唾液等活體樣品的直接檢測分離,將會極大提高TFME方法的應(yīng)用范圍。