固相微萃取技术及其在药物分析中的应
用
摘要：固相微萃取(SPME)技术作为一种样品前处理方法，能够对样品中的痕
量分析物进行富集，具有操作简单、高通量、有机溶剂用量少、易自动化的特点。
该技术集提取、浓缩、进样于一体，大幅提高了萃取效率。
关键词：固相；微萃取技术；药物分析
引言
箭型固相微萃取技术是近几年发展起来的一项新型样品前处理技术，灵敏度高，机械性能好，无需使用有机溶剂，利用该技术对生活饮用水中的异味物质进
行富集，然后通过三重四极杆气质联用系统进行高通量筛查和定量分析。
对萃取
过程中的萃取温度、萃取时间、进样口解吸的深度等影响因素进行了优化。
1固相微萃取技术的历史概况和操作原理
1.1历史概况
自从Ｐａｗｌｉｓｚｙｎ在２０世纪９０年代早期介绍ＳＰＭＥ以来，在对
目标分析物进行ＧＣ－ＭＳ分析之前，要对目标分析物进行采样和预浓缩。
与其
他传统技术相比，ＳＰＭＥ是一种简单的方法，不需要溶剂解吸阶段或复杂的提
取设备。
利用ＳＰＭＥ从火灾残留物中提取挥发性有机助燃剂，以满足快速无溶
剂样品制备的需求，为火场中的燃烧残留物中的挥发性和非挥发性成分提供同时
分离和预浓缩。
在传统的纤维涂层ＳＰＭＥ中，ＳＰＭＥ装置是由一根上涂有吸
附剂作为萃取相的细熔融石英纤维制作而成的。
在这种技术中，萃取相暴露于燃
烧残留物基质中一段具体给定的时间，达到平衡后，通过将纤维放入气相色谱仪（ＧＣ）的进样口来分析吸附的化合物。
1.2操作原理
ＳＰＭＥ最开始可能源于气相色谱毛细管柱的概念。
ＳＰＭＥ仪器是一个非
常简单的装置。
它由一个相涂层熔融石英纤维组成，该纤维涂有暴露于样品顶部
空间的聚合物。
通过吸收到涂覆在石英纤维上的聚合物中，分析物从顶部空间中
被提取出来，石英纤维放置在类似于注射器针头的针内。
几分钟之内，被吸附的
目标分析物可以在气相色谱进样口通过热脱附而脱附，并直接插入进行分析。
有
两种典型的ＳＰＭＥ应用，采样气体和采样溶液。
在任何一种情况下，将ＳＰＭ
Ｅ针插入合适的位置，保护纤维的针缩回，纤维暴露在环境中。
聚合物涂层通过
吸收／吸附过程浓缩分析物。
提取基于与色谱相似的原理。
取样后，纤维缩回到
金属针中，之后是将提取的分析物质从纤维转移到色谱仪中。
气相色谱（ＧＣ或
ＧＣ／ＭＳ）是优先使用的技术之一，也是火灾调查技术中鉴定燃烧残留物成分
最常用的仪器，分析物的热解吸发生在提前加热好的ＧＣ进样器中。
将针头插入
注射器后，纤维被推出金属针头。
从而进行燃烧残留物的定性分析。
2实验条件的优化
固相微萃取技术中吸附效率的影响因素主要包括萃取头涂层（固定相）、萃
取时间、萃取温度、样品pH值和离子强度等. 本方案中着重考察了萃取时间、
萃取温度、样品pH的影响. 另外在实验过程中发现了萃取头在进样口进入的深
度对解析效率有显著影响，因此也对萃取头在进样口的深度进行了优化.萃取涂
层的选择上考虑到水中的异味物质既有极性化合物，也有弱极性和非极性化合物，分子量比较小，沸点较低，所以一般选用三相复合涂层DVB/CAR/PDMS来满足多
种异味物质的萃取要求.Arrow萃取头的长度为2 cm，直径为1.1 mm和
1.5 mm两种型号，比表面积大，吸附速度快，涂层体积大，灵敏度高. 本实验中，选择了1.1 mm直径的DVB/CAR/PDMS作为萃取涂层，能够得到非常优异的
结果.
2.1萃取温度
萃取温度对固相微萃取有双重作用：温度升高，可以加快目标物的分子扩散
速度，有利于尽快达到平衡，但是温度的升高，又使得涂层对待测物的吸附减弱，降低了灵敏度. 在本实验中，考察了萃取温度对57种分析物的影响，考察的温
度范围从30 ℃到70 ℃.结果表明，对于保留时间在21.0 min之前的化合
物，萃取温度40 ℃能够达到最优的萃取效果. 当萃取温度高于40 ℃后，随
着萃取温度的升高，这些化合物的响应值逐渐降低，这是由于温度的升高减弱了
目标物在涂层上的吸附而导致的结果。
2.2萃取时间
萃取时间即萃取达到平衡所需的时间，由待分析物的分配系数、物质的扩散
速率、样品基质、样品体积、萃取头膜厚等因素决定. 本实验中，考察了萃取
时间对萃取效率的影响，考察的时间范围从10 min到50 min. 结果表明，对
于出峰时间较短的化合物，萃取时间10 min能够达到最优的萃取效果.而对于
出峰时间较长的化合物，随着萃取时间的加长，萃取效率一直是升高的趋势。
2.3盐析效应和pH的影响
两者在实质上是一样的，都是影响了基质的离子强度，从而影响了待分析物
在样品和顶空气相之间的分配系数. 盐析是向待测样品中加入氯化钠或其他盐，使得溶液中的离子强度增加，从而减少了待测物在基质中的溶解，提高了待测物
在顶空气相中的含量，从而提高了萃取效率. 本实验中向待测溶液中加入20%的
氯化钠，增强离子强度，从而提高萃取效率。
3SPME技术在药物分析领域的应用
3.1检测水中的残留药物
水资源是地球上最重要的资源之一。
由于世界各地大量使用农药以及不合理
排放污水，目前水质已受到严重污染。
因此，检测水中残留的各类药物是非常有
必要的。
被作为杀虫剂、除草剂、防腐剂、消毒剂广泛使用，性质较稳定，能够
在环境中相对持久地存在，对人类和野生动物的健康造成不利影响，包括慢性毒性、致癌性、致突变性等。
美国国家环境保护局和我国生态环境部均将多种氯酚
类化合物列入优先控制的毒性污染物名单。
3.2检测生物组织中的残留药物
复杂生物基质中的药物及其代谢物分析对于新药开发、生物监测、法医诊断等工作有重要意义，因此有必要建立可靠的定性和定量方法。
BAKHSHIZADEH等[22]首次制备了碳化纤维素纳米颗粒并将其作为萃取涂层，采用SPME技术检测植物组织中的残留药物。
通过“分散固相萃取”(将萃取涂层制备为颗粒，分布在样品溶液中，再通过搅拌等手段加速萃取过程，最后富集颗粒进行检测。
该法属于对固相微萃取的改良)结合GC-FID检测蔬菜和果汁中的二尼康唑、氯萘酚、草酮和氯吡硫磷等农药残留。
使用分散固相萃取法能增强富集因子并获得更低的LOD(0.2～1.2μg/L)和良好的重现性。
此外，该涂层使用乙腈1ml和去离子水
5ml反复冲洗，可有效延长涂层寿命，同时不影响分析物的提取效率，相较于其他分析方法，具有更宽的线性范围以及更低的LOD。
3.3SPME技术检测药物中的杂质
对于药物中的杂质含量，各国药典及药品管理机构均有较高要求。
对此，应开发灵敏的分析方法以严格控制。
ZHAO等制备了共价有机纳米球(covalentorganicnanospheres，CONs)作为纤维涂层，使用SPME从药物活性成分中萃取具有遗传毒性的2种类型杂质，即烷基卤化物(1-碘辛烷、1-氯苯、1-溴十二烷、1,2-二氯苯、1-溴辛烷、1-氯己烷、1,8-二溴辛烷)和磺酸酯(对甲苯磺酸甲酯、对甲苯磺酸乙酯)，并结合GC-MS进行检测。
结果表明，CONs具有优越的热稳定性和高耐酸、耐碱性，能够改进分析物在GC及复杂基质中的分析效果。
试验组还将CONs与其他商用纤维进行比较，结果表明，CONs的萃取性能优于其他材料，如富集因子为PDMS的2.04～6.30倍、PDMS/二乙烯基苯的1.88～4.60倍、聚丙烯酸酯的2.00～9.43倍。
该检测方法在0.2～200ng/g内线性关系良好，LOD为0.04～2.0ng/g，能准确测定药物中具有遗传毒性杂质的含量。
结语
不同的操作模式，如直接萃取、顶空萃取和膜保护萃取，与传统前处理方法相比更高效，已被广泛用于水样、土壤、空气、生物组织样品中痕量分析物的提取。
但该技术仍然存在一些问题需要解决，例如更高选择性和更高萃取效率的涂层材料的发现与合成、在药物中痕量杂质(致癌、致畸变杂质)分析检测方面的进一步应用以及在活体检测中使用的可行性等。
参考文献
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[2]朱帅, 贾静, 饶竹, 等. 吹扫捕集-气相色谱-质谱法联用测定水中典型的嗅味物质[J]. 环境化学, 2016, 35（10）: 2127-2133.
[3]吕建霞, 梁立娜. 吹扫捕集-气相色谱/质谱联用法测定水中臭味物质[J]. 环境化学, 2013, 32（11）: 2223-2224.。