單滴微萃取在實(shí)際樣品分析中的研究進(jìn)展

王 麗， 鄒 娟， 鄧艾平*

(1.華中科技大學(xué)附屬武漢中心醫(yī)院藥學(xué)部，湖北武漢 430014；2.武漢科技大學(xué)附屬天佑醫(yī)院藥劑科，湖北武漢 430064)

1 前言

樣品前處理在復(fù)雜基質(zhì)樣品的痕量分析中占據(jù)著非常重要的地位，而傳統(tǒng)的液相萃取及固相萃取技術(shù)存在消耗高、污染大、操作麻煩、耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)[1]，因此，微萃取技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，主要包括液相微萃取和固相微萃取[2]。1990年，Arthur和Pawliszyn首次提出固相微萃取(Solid-phase Microextraction,SPME)技術(shù)[3]，他們用聚合物涂覆的玻璃纖維作為萃取介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了水樣中多種揮發(fā)性有機(jī)物的萃取，高效靈敏且無(wú)需使用有機(jī)溶劑，但是這種方法存在纖維易折損，且成本較高的缺點(diǎn)[4]。Dasgupta課題組于1995年率先開發(fā)液相微萃取(Liqild-phase Microextraction,LPME)技術(shù)，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種氣體感應(yīng)器，將毛細(xì)硅膠管末端懸掛的水滴作為萃取空氣中氨氣和SO2的介質(zhì)[5]，靈敏度高而成本更低，這成為液相微萃取的雛形；在1996年他們又提出一種drop-in-drop的液相微萃取技術(shù)，用1.8 μL氯仿萃取十二烷基磺酸鈉[6]。此后，關(guān)于LPME技術(shù)不斷發(fā)展成熟起來(lái)。LPME萃取模式大致可分為三類：?jiǎn)蔚挝⑤腿?、中空纖維液相微萃取、分散液-液微萃取[2,4,7]。其中，單滴微萃取(Single-drop Microextraction，SDME)由于消耗有機(jī)溶劑極少，操作簡(jiǎn)便且易于實(shí)現(xiàn)與多種檢測(cè)手段的聯(lián)用[8]，得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用[9]。SDME技術(shù)通常以進(jìn)樣針或細(xì)管為支持物，將作為萃取介質(zhì)的液滴懸掛于其末端，將其浸沒(méi)于樣品基質(zhì)中或懸掛于上方以萃取待分析物，再將富集了分析物的液滴吸回，引入檢測(cè)系統(tǒng)(色譜、光譜和質(zhì)譜等)中實(shí)現(xiàn)定性定量分析。

SDME根據(jù)萃取過(guò)程中涉及的物相數(shù)量分為兩相單滴微萃取和三相單滴微萃取，前者包括：直接浸沒(méi)單滴微萃取、連續(xù)流動(dòng)液相微萃取、液相微萃取、動(dòng)態(tài)液相微萃??；后者包括：頂空單滴微萃取、液相微萃取[10]。Jeannot等[10]對(duì)各種模式SDME的應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)頂空單滴微萃取和直接浸沒(méi)單滴微萃取分別占據(jù)41%和38%的比例。下面將詳細(xì)介紹頂空單滴微萃取和直接浸沒(méi)單滴微萃取兩種微萃取模式，并根據(jù)其應(yīng)用的樣品基質(zhì)進(jìn)行分類綜述。

2 直接浸沒(méi)單滴微萃取(DI-SDME)

1996年，Dasgupta課題組提出一種Drop-in-drop的液相微萃取的概念，用1.3 μL氯仿浸沒(méi)在大量的水溶液液滴中，實(shí)現(xiàn)了十二烷基磺酸鈉的萃取[6]。同年，Jeannot等[11]將8 μL辛醇懸掛于四氟乙烯桿的末端，并浸沒(méi)于攪拌狀態(tài)下的樣品溶液中，待萃取完成后，吸取該液滴用氣相色譜(GC)進(jìn)行定量測(cè)定。針對(duì)這些方法存在的最大弊端，即萃取和進(jìn)樣需分兩步進(jìn)行，操作不夠簡(jiǎn)便且易帶來(lái)樣品損耗，Jeannot又提出以GC進(jìn)樣針代替四氟乙烯桿作為液滴的支持物[12]，先用GC進(jìn)樣針吸取微升級(jí)別的有機(jī)溶劑，將其穿過(guò)密封的樣品瓶瓶蓋，使針尖浸沒(méi)于樣品溶液中，將有機(jī)溶劑推出，液滴懸掛于針尖，對(duì)樣品溶液進(jìn)行升溫及攪拌以加速傳質(zhì)，待萃取完成后，將針尖懸掛的液滴吸回，從樣品溶液中取出后直接GC進(jìn)樣，這也成為后來(lái)DI-SDME的主流應(yīng)用模式。該方法實(shí)現(xiàn)了萃取和進(jìn)樣一體化，使得SDME的應(yīng)用更為簡(jiǎn)便。

與SPME相比，DI-SDME的優(yōu)勢(shì)顯而易見，可隨時(shí)更換的有機(jī)溶劑液滴，比涂覆介質(zhì)的纖維成本低得多，μL級(jí)別用量的有機(jī)溶劑不僅環(huán)保，還可得到很高的富集倍數(shù)，提高了檢測(cè)方法的靈敏度。DI-SDME在應(yīng)用中最大的限制在于為了加速傳質(zhì)，在萃取時(shí)樣品溶液需不停攪拌，而高速攪拌會(huì)使得液滴懸掛不穩(wěn)定，萃取的重現(xiàn)性會(huì)受到影響[13]。為改善這一問(wèn)題，Assadi等[14]嘗試使用更小容量的1 μL進(jìn)樣針完成DI-SDME的操作,樣品溶液在1 300 r/min的攪拌下，實(shí)現(xiàn)了富集倍數(shù)為540～830的萃取效率，且實(shí)驗(yàn)中采用的0.9 μL四氯化碳幾乎占據(jù)了進(jìn)樣針的最大容積(1 μL)，液滴體積和進(jìn)樣體積的準(zhǔn)確性、重復(fù)性得以提升。

3 頂空單滴微萃取(HS-SDME)

在HS-SDME模式中，作為萃取介質(zhì)的液滴不直接與樣品溶液接觸，而是懸掛于其上方，在使用HS-SDME進(jìn)行萃取時(shí)，進(jìn)樣針穿過(guò)樣品瓶的瓶蓋后不插入樣品溶液中，停留于樣品溶液上方，作為萃取相的有機(jī)液滴被推出并懸掛于樣品溶液上空以完成萃取。相比DI-SDME中待分析物從水溶液直接傳質(zhì)到有機(jī)液滴中，在HS-SDME中分析物的傳質(zhì)則經(jīng)過(guò)了三相：水溶液-頂空-有機(jī)液滴。2001年，Theis等[15]首次應(yīng)用HS-SDME模式對(duì)水溶液中的苯系物進(jìn)行萃取富集。與DI-SDME相比，HS-SDME中萃取介質(zhì)與樣品溶液的分離降低了樣品基質(zhì)中揮發(fā)性干擾物質(zhì)的影響，且可通過(guò)高速攪拌樣品溶液加快傳質(zhì)以提高萃取效率，而不影響液滴的穩(wěn)定性。但是這種方法僅適合于揮發(fā)性或半揮發(fā)性物質(zhì)的分析；同時(shí)也要求作為萃取介質(zhì)的液滴具備較低的蒸氣壓以減少萃取過(guò)程中的揮發(fā)損失，而GC檢測(cè)通常需要具較高蒸氣壓的溶劑，因此溶劑的選擇會(huì)受到一定限制。直至現(xiàn)在，HS-SDME仍被廣泛的應(yīng)用于多種樣品分析中[16 - 17]。

4 單液滴微萃取(DME)在實(shí)際樣品中的應(yīng)用

4.1 SDME在環(huán)境樣品中的應(yīng)用

Pena-Pereira等[18]和Demeestere等[19]總結(jié)了SDME在環(huán)境基質(zhì)樣品，包括水體、土壤、空氣中的應(yīng)用，其中水樣(海水、河水、湖水、自來(lái)水、游泳池水、污水等)的應(yīng)用比例最高。由于在環(huán)境中廣泛分布，對(duì)有機(jī)體的危害性較高，有機(jī)農(nóng)藥或殺蟲劑[14,20 - 26]、金屬離子[27 - 31]成為最多的目標(biāo)萃取對(duì)象。Saraji等[32]采用DI-SDME與GC-MS聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)水樣中的氯乙酸，在加入衍生化試劑和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的情況下，檢測(cè)限低至0.1～1.2 μg/L。Deng等[33]采用HS-SDME與GC-MS聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)水中短鏈脂肪胺類物質(zhì)。Vidal課題組先后以甲苯[34]和更為環(huán)保和穩(wěn)定的離子液體[35]作為萃取劑，采用HS-SDME模式萃取水樣中的氯苯類化合物，在樣品溶液轉(zhuǎn)速超過(guò)1 000 r/min時(shí)仍能獲得較好的重現(xiàn)性和萃取效率。紫外吸收劑[36]、多環(huán)芳烴[37]等物質(zhì)也可采用DI-SDME或者HS-SDME進(jìn)行萃取。

4.2 SDME在食品中的應(yīng)用

4.3 SDME在生物樣品中的應(yīng)用

由于醫(yī)療或者研究需要，需要對(duì)生物樣品(主要包括血樣、尿樣)中的藥物濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。國(guó)際奧委會(huì)醫(yī)學(xué)委員會(huì)明令禁止使用的蛋白同化激素、中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物、其他成癮性藥物等均可通過(guò)對(duì)尿樣進(jìn)行LPME進(jìn)行富集檢測(cè)[46 - 47]。He等[48]以H3PO4為萃取劑，對(duì)尿樣中的苯丙胺和甲基苯丙胺萃取富集，而后采用高效液相色譜-紫外法定量檢測(cè)。血漿中的己醛、庚醛及丙二醛可作為腫瘤標(biāo)檢測(cè)記物，它們的濃度高于異常則提示腫瘤的發(fā)展，Li等[49]提出以HS-SDME和GC-MS聯(lián)用技術(shù)，萃取檢測(cè)血樣中的己醛、庚醛，萃取在6 min 內(nèi)即可完成，為癌癥診斷提供了一種有效且快速的指標(biāo)檢測(cè)方法。金絲桃中的金絲桃素被發(fā)現(xiàn)有光感性抗腫瘤的作用，Gioti等[50]通過(guò)DI-SDME與HPLC聯(lián)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了健康志愿者的血樣和尿樣中的金絲桃素等相關(guān)化合物的萃取富集檢測(cè)，為此類化合物的有效血藥濃度及代謝研究奠定了基礎(chǔ)。

4.4 SDME在藥品中的應(yīng)用

藥品中殘留溶劑的檢測(cè)通常使用頂空GC法[51 - 54]，但額外配備頂空GC進(jìn)樣器提高了檢測(cè)成本，HS-SDME則成為一種可選的更經(jīng)濟(jì)的方案。2006年，由Wang等人[55]首次提出采用HS-SDME與GC聯(lián)用的模式對(duì)藥品中的甲醇、乙醇、四氫呋喃、二氯甲烷四種殘留溶劑進(jìn)行了檢測(cè)并取得了較為滿意的結(jié)果，線性范圍為1～1 000 mg/L,檢測(cè)限達(dá)到0.2～2 mg/L。Yu等[56]以DMSO為萃取劑，環(huán)己烷為內(nèi)標(biāo)物，采用HS-SDME和GC-MS聯(lián)用測(cè)定了固體藥物中甲醇、乙醇的殘留濃度，對(duì)萃取過(guò)程中的各影響因素進(jìn)行了優(yōu)化，并進(jìn)行了方法學(xué)考察，該方法操作簡(jiǎn)便，成本低廉，檢測(cè)限低至0.001 μg，為藥品質(zhì)量檢測(cè)提供了新的技術(shù)手段。Saraji等[57]通過(guò)對(duì)比HS-SDME和動(dòng)態(tài)頂空液相微萃取(DHS-LPME)兩種方法對(duì)藥品中殘留溶劑進(jìn)行萃取，發(fā)現(xiàn)兩種方法都適用，但HS-SDME更快速靈敏，經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便。

4.5 SDME在化妝品中的應(yīng)用

在關(guān)于化妝品樣品前處理報(bào)道中，SPME和LPME是應(yīng)用最多的兩種前處理方法，分別占22%和25%的比例[58]。2009年，Saraji等[59]采用DI-SDME對(duì)卸妝油、漱口水和發(fā)膠中的對(duì)羥基苯甲酸類抑菌劑進(jìn)行萃取富集并引入GC-MS檢測(cè)[59]。后來(lái)，他們又通過(guò)HS-SDME與GC聯(lián)用對(duì)清潔用品中的1,4-二惡烷進(jìn)行分離檢測(cè)[60]。Cabaleiro等[61 - 62]采用HS-SDME與熒光檢測(cè)法聯(lián)用對(duì)防曬霜、面霜、洗面奶、香體劑中的萜類和乙醇進(jìn)行分離檢測(cè)。

4.6 SDME在天然產(chǎn)物中的應(yīng)用

隨著天然產(chǎn)物的不斷深入開發(fā)研究，復(fù)雜基質(zhì)中痕量成分的檢測(cè)成為一大難題，液相微萃取技術(shù)(包括SDME、DLLME和HF-LPME)逐漸被應(yīng)用到這個(gè)領(lǐng)域中來(lái)，特別是植物中揮發(fā)性或半揮發(fā)性成分的測(cè)定[7,63]。Deng課題組將植物進(jìn)行微波輔助萃取后，再應(yīng)用HS-SDME對(duì)中藥、牡丹中的芍藥醇、茵陳蒿中的揮發(fā)性化合物進(jìn)行萃取富集，再通過(guò)GC-MS法檢測(cè)[64 - 65]，該方法為天然產(chǎn)物的活性成分的提取分離鑒定奠定了有效基礎(chǔ)。

4.7 SDME在其他樣品中的應(yīng)用

此外，Li等[66]以3 μL正丁醇作為萃取劑，采用HS-SDME與GC聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)瀝青中RuO4氧化產(chǎn)物中的短鏈脂肪酸。Hansson等[67]以2 μL醋酸丁酯萃取聚合物聚苯乙烯中未聚合的苯乙烯單體。

5 結(jié)論與展望

單滴微萃取(SDME)經(jīng)過(guò)近20年多年的發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，分析對(duì)象和領(lǐng)域非常廣泛，已涉及到與生活、生產(chǎn)及研究等諸多方面。它集萃取、富集、純化、進(jìn)樣于一體，簡(jiǎn)便高效，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。目前SDME已實(shí)現(xiàn)與高效液相色譜、氣相色譜、質(zhì)譜[68]、毛細(xì)管電泳及多種光譜[69]等檢測(cè)手段的聯(lián)用，成為現(xiàn)代樣品前處理領(lǐng)域里的關(guān)鍵技術(shù)。采用更為穩(wěn)定環(huán)保的萃取溶劑，如離子液體[70]，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)；另外，分析工作者們還在繼續(xù)探索開發(fā)更為新穎高效的單滴微萃取模式[71]，并一定程度上實(shí)現(xiàn)SDME的自動(dòng)化[72]。