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毛细管SPME的装置与操作过程

更新时间:2019-05-13 19:33

固相微萃取技术经过十几年的发展,已经十分成熟。特别是与GC的联用,可以使用商品化的自动进样器完成萃取和进样等步骤,但对于液相色谱,却一直没有适用的自动进样设备,只能使用手动进样器与HPLC接口完成直接进样。作为一种样品前处理技术,如果不能实现自动化进样,就很难用于常规分析,因此,Pawliszyn又于1997年首次提出毛细管固相微萃取(in-tube SPME)方法,将涂有固定相的GC毛细管柱用于样品萃取,并与商品化HPLC自动进样器相连,尤需使用特殊的接口进行解析,使固相微萃取与液相色谱的联用实现了自动化。同时还克服了纤维SPME的涂层经溶剂浸泡洗脱容易造成溶胀脱落的问题。也有人将此技术称为涂层毛细管微萃取(coated capillary microextrac-tion,CCME)。

由于任何GC开管毛细管柱都可以用于in-tube SPME,也大大拓宽了SPME-HPLC技术的应用范围。目前可供使用的GC毛细管柱多种多样,强极性的固定相种类更远远多于商品化的SPME纤维,使之更适合于强极性化合物的测定。

一、毛细管SPME的装置与操作过程

将一段GC开管毛细管柱安装在HPLC自动进样针和进样管之间,为避免计量泵的污染,进样管应一直置于流路中。毛细管的连接使用的是一小段聚醚醚酮(Polyether Ether Ketone,PEEK)材质的微管,再用一不锈钢箍与流路相连。萃取之前,需用流动相如甲醇等冲洗毛细管,并使流动相停留在毛细管中。萃取开始后.将六通阀扳到“Load”位置,进样针在微机的控制下,反复将样品瓶中的样品吸入、排出毛细管若十次。当样品被吸入毛细管时,分析物就被富集在管壁的固定相中,而当样品被排出毛细管,回到样品瓶中时,流动相又再次进入毛细管,固定相卜萃取的分析物就有可能解析下来,因此流动相造成的影响需通过优化试验加以解决。萃取结束后,进样针会从溶剂瓶中吸入流动相或其他溶剂洗脱固定相中富集的分析物,带入后面的进样管(Loop)中,待分析物解吸完全之后.将六通阀搬到“Injection”的位置.使流动相将进样管中的分析物带入液相色谱柱分离测定。整个装置和操作过程如图3-13所示。

图3-13 in-tube SPME操作和装置示意图

应用自动进样器可以使萃取、解吸和进样过程不问断进行,也提高了分析的准确度和精密度.多次测定的相对标准偏差小于6%。当样品中含有分配系数较高的分析物时。所需的平衡时间较长,但样品被反复吸入和排出毛细管,口丁以起到搅动样品的作用,缩短到达吸附平衡的时间。由于分析物在每次流动相排出毛细管时都会有部分解吸,所以in-tube SPME不能完全萃取样品中的分析物通常萃取的化合物量取决于涂层的极性、样品被吸入排出毛细管的次数和体积,以及样品的pH值。

毛细管内的涂层选择与纤维SPME方法相同,也遵循“相似相溶”的原则,针对极性的化合物,应选择极性的涂层。用于萃取的毛细管长度在60~60cm范围内是最好的。毛细管太短,萃取效率较低,毛细管太长,萃取的分析物在解析时过于分散,就会出现峰展宽的现象。样品总的吸排体积可以用进样针和毛细管的总体积来计算.增加吸排的次数和体积也能提高萃取效率,但经常使色谱峰展宽。样品吸排的流速会同时影响萃取率和方法的精密度,即较高的吸排速度一方面可以良好地搅动样品,使分析物的质量传递加快,增加萃取效率;另一方面。又会使流动相中产生气泡,降低萃取的效率和精密度。因此最优的吸排流速范围是50~100uL·min-1。低于此流速范围,萃取时问较长,不利于快速分析的进行。

平衡时间对in-tube SPME也十分重要。不同于纤维SPME,其萃取时间的优化需要通过萃取量对吸排样品的次数作优化曲线来进行选择:而其他的萃取条件如样品的pH值、盐度等.调节方式则与纤维SPME方法相同。

进样的体积就是完全解吸分析物所需的流动相体积。Gou等用60cm长的毛细管萃取分析物.之后再用不同体积的流动相洗脱,根据得到的色谱峰分析,发现洗脱曲线并非线性的开始的20uL,流动相使62%的分析物解吸,接下来的20uL才又解吸了24%的分析物,若使分析物达到100%解吸共需要60uL的流动相。

比较in-tube SPME方法与纤维 SPME法,二者各有各的优缺点,但最大的差别就在于萃取的化合物一个是富集在纤维的表面,另一个是富集在毛细管的内壁in-tube SPME使用细径毛细管,为防止柱和流路的堵塞,必须在萃取前去除样品中的颗粒物,因此in-tube SPME适合洁净水样的分析。而纤维SPME不用去除样品中的颗粒物,因为可以用顶空萃取消除干扰。或在直接萃取后用水冲洗纤维清除其上的颗粒物,但纤维易于折断,还会在进样和搅动中遭到破坏。

in-tube SPME和纤维SPME均可与HPLC联用,但二者的进样方式也存在差别。纤维SPME中.要将纤维暴露在进样接日中,用流动相或其他溶剂冲洗纤维,待分析物完个解吸后,再进入色谱柱分离。由于某些分析物从纤维上洗脱速度较慢,常常造成色谱峰展宽的现象而in-tube SPME中,用流动相或其他解吸溶剂通过毛细管柱,直接解吸并使分析物进入分离柱,实现了解吸、进样的一体化,峰展宽的现象得以缓解。

文章来源:《环境样品前处理技术》

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