2006年9月Septe m ber 2006
谱
Chi n ese Journal of Chro m atography
Vo.l 24N o .5
516~523
收稿日期:2005 11 30
第一作者：王 春，男，博士研究生，讲师,Te:l (0312)7528292,E m a i :l w angc 69@yahoo .co m .通讯联系人：王 志，男，教授，博士生导师,T e:l (0312)7521513,E m ai:l w angzhi @ma i.l hebau .edu .
基金项目：河北省自然科学基金资助项目(B 2006000413)、河北省教育厅自然科学基金资助项目(2005113)和河北农业大学非生命学
科和新兴学科科研发展基金资助项目.
王 春1
, 吴秋华1
, 王 志1
, 韩丹丹2
, 胡彦学
2
(1.河北农业大学理学院河北省生物无机化学重点实验室，河北保定071001;
2.河北农业大学食品科技学院，河北保定071001)
摘要：基于中空纤维的液相微萃取集采样、萃取、浓缩于一体，具有成本低，溶剂用量少，易与高效液相谱、气相谱、毛细管电泳联用等特点。该技术不仅可实现较高的回收率和富集效率，而且具有突出的样品净化功能，是一种环境友好的样品前处理新技术。该文对基于中空纤维的液相微萃取的 装置、操作模式、基本原理及近年来应用研究的进展进行了综述。
关键词：中空纤维；液相微萃取；综述
中图分类号:O 658 文献标识码:A 文章编号:1000 8713(2006)05 0516 08 栏目类别：专论与综述
自动抄表水表Develop m e nts of L iqu id Phase M icroextraction
Based on Ho llow F iber
W ANG Chun 1
,WU Q iuhua 1
,WANG Zhi 1
,HAN Dandan 2
,HU Yanxue
2
会计凭证装订机
(1.H ebei K ey La bora tory of B io in organ ic Che m istr y,College of Scien ce ,A gr ic u lt u r a l Un iver sity of
板材矫直机
Hebei,Ba od in g 071001,Chin a;2.Co llege o f F ood Scien ce and T echn o l o gy,
A gr icu ltur a l Un iver sity of H ebei,Ba odin g 071001,Ch i n a )
A bstract :T he li q uid phase m icroextraction (LP M E),based on disposabl e hollo w fiber ,has been developed to be a new env iron m entally benign sam pl e preparation techni q ue which i n cor porat e sa m pli n g ,extracti o n and concentration into a sing le step .T he nove l techni q ue can be eas il y m ani p ulated i n co m bination w it h high perf or m ance liquid chro m atography ,gas chro m a tography and capillary e l e ctrophoresis ,and can prov i d e excellent sam ple clean up effect and hi g h degree of extracti o n recovery and enrich m ent .It is proved to be si m ple ,lo w cost and vir tuall y sol v ent free .T he extracti o n set up ,extraction m ode ,basic pri n c i p les and recent applica tions of the hollow fiber based liqui d phase m icroextraction are reviewed .K ey words :hollo w fi b er ;liqui d phase m icroextracti o n ;rev i e w 传统的样品前处理技术，如液 液萃取、沉淀和过滤等，存在操作繁琐耗时，需要使用大量对人体和环境有毒或有害的有机溶剂，难以实现自动化等缺点，因此发展省时高效、有机溶剂耗用量少的样品前处理新技术已成为分析化学研究的热点领域之一[1-3]
。为了实现样品前处理的自动化、在线化以及尽量减少有机溶剂的使用，近年来发展了多种微萃取技术，例如固相微萃取(soli d phase m icroex
喷粉流水线traction ,SP M E)[4]
、悬滴微萃取(single drop m i
croextraction ,S DME)[5]、膜萃取[6]
等。 固相微萃取是一种无溶剂的样品前处理技术,
它集采样、萃取、浓缩于一体，自1990年提出[4]
以来，已广泛用于环境样品、食品和临床分析。但
SP M E 装置的萃取头较昂贵，使用寿命较短，多次使
用还存在交叉污染问题。将SP M E 与气相谱(GC )联用有较大的优势，而与高效液相谱(HPLC)联用时还需要一个专门的解吸装置。膜萃取技术具有溶剂用量少，可实现自动化且易与仪器实现在线联用的优点，但它一般需要一个特殊设计的装置，且存在稳定性较差，痕量富集时耗时较长，适用底物的范围有限等缺点[7]
。到目前为止，液相微萃取技术主要有悬滴微萃取和以中空纤维为载体的液相微萃取两种形式。
悬滴微萃取技术[5]
是1996年开始发展起来的，一般是将有机溶剂悬挂在谱微量进样器的针头上对分析物进行萃取。该技术具有装置简单(一般只
需一个普通的微量进样器)和有机溶剂需要量极少等特点，目前已应用于一些难挥发和半挥发性的环境污染物以及生物样品中药物的分析，但该技术需要精确的人工操作，对复杂基质样品需进行过滤等操作，且灵敏度和准确度较差，液滴在萃取过程中可能会损失甚至掉落，在加速搅拌以提高萃取效率的
过程中尤其如此[6]
。
模杯为克服悬滴微萃取技术存在的缺点,1999年
Pedersen B jergaard 等[8]
首次提出了以中空纤维为载体的液相微萃取技术(hollo w fiber based li q uid phase m icroextracti o n ,
HF LP ME )，即以多孔的中空纤维为微萃取溶剂(受体溶液)的载体，它集采样、萃取和浓缩于一体，具有成本低、装置简单、易与GC 、HPLC 、毛细管电泳(CE)联用等优点；同时由于微萃取是在多孔的中空纤维腔中进行，并不与样品溶液直接接触，从而避免了悬滴萃取中溶剂容易损失的缺点；而且由于大分子、杂质等不能进入纤维孔，因此还具有SP M E 、SD M E 不具备的突出的样品净化功能，适用于复杂基质样品的直接分析。HF LP M E 可在多种模式下操作，适用底物的范围较广，具有较高的富集率和灵敏度。此外，纤维是一次性使用的，避免了固相微萃取中可能存在的交叉污染问题。HF LP ME 所需要的有机溶剂很少(几至几十微升)，所以是一种环境友好的样品前处理新技术，在痕量分析领域具有广泛的应用前景。本文对近年来基于中空纤维的液相微萃取技术的研究进展图1 基于中空纤维的液相微萃取装置 F ig .1 Instrum ents of liqu id phase m icroextraction based on hollo w fi ber
进行了评述。
要达到良好的萃取效果，基于中空纤维的液相微萃取体系要求多孔性的中空纤维应有合适的孔径和壁厚，且对有机溶剂有很强的束缚力。目前常用的中空纤维是聚丙烯纤维，一是因为它对多数有机溶剂有较强的结合力，二是纤维孔隙尺寸一般为0 2 m，这样小的孔径可强有力地固定有机溶剂以确保在萃取过程中有机溶剂不会渗漏，尤其是在为提高萃取效率而进行剧烈搅拌和用于可使有机溶剂乳化的样
品(如血浆)时，这一点显得更为关键。 中空纤维的内径通常为600~1200 m，使用长度多为1 5~10c m，可容纳4~110 L 萃取溶剂(受体溶液)。一般选用商品化的壁厚为200 m 的中空纤维，以保证其既有一定的机械强度，萃取时间又在一个合理的范围内，因为壁厚大于200 m 时，由于有机溶剂体积和厚度的增加，会使萃取时间延长和回收率降低。
目前所用的萃取装置多是自制的，形式多种多样。最早报道的装置是将U 型纤维的两个末端连接在两根不锈钢针上(如图1 a 所示)，一根针用于由微量进样注射器注入受体溶液，另一根针用作受体溶液的出口管，萃取完成后在纤维的一端施加压力，受体溶液从出口管流出被收集在样品瓶中，直接用于谱和电泳分析[8]板胡制作
。虽然该装置取得了较好的萃取效果，但操作相对繁琐，难以自动化。 为了实现液相微萃取的自动化，人们又设计了
置，即将棒状接口接于纤维一端，使微量进样器可插入纤维腔底部以注入或移出受体溶液(如图1 b所示)。M ller等[11]则将纤维的一端连接于GC自动进样系统的漏斗状不锈钢导入器上，用微量进样注射器注入或移出受体溶液，纤维的另一端连接在导入器上的一个凹槽内，与空气相通，这样就消除了受体溶液中形成气泡的可能。萃取完成后整个装置连接至气相谱 质谱(GC M S)的自动进样系统，直接进样分析，纤维的另一端可以是开口的，也可以是封闭的(如图1 c所示)。
Zhu等[12]则直接将中空纤维插接于进样注射器的针头上进行液相微萃取(如图1 d所示)，即先将受体溶液吸入进样注射器，然后插入中空纤维，再将受体溶液推入纤维孔腔，并将纤维浸入有机溶剂中数秒，以使有机溶剂将纤维孔充满，形成一层有机液膜，然后再将连有进样器的纤维浸入样品溶液中进行萃取。萃取完成后将溶液吸入注射器，弃去纤维，将受体溶液直接引入谱系统进行分离分析。 前面介绍的萃取系统都是在静态模式下进行的,HF LP M E也可在动态模式下进行。例如,Zhao 等[13]设计了一种程序控制的往复泵，用于操纵微量进样器推杆来回运动，实现了微萃取在动态模式下进行。Lee等[14]报道了一种操作更为简便的动态微萃取方法：将装有受体溶液的一小段中空纤维两端密封，置于快速搅拌的样品溶液中，中空纤维像搅拌子一样在样品溶液中高速旋转运动进行萃取。由于纤维两端是密封的，所以用于泥浆等较脏样品的萃取效果也很好。与液滴微萃取和静态HF LP M E 相比，动态HF LP M E取得了更高的富集倍数，并且重现性好、效率高，作者将这种萃取模式称为溶剂棒微萃取(sol v ent barm icroextraction,SBM E)。
2 基于中空纤维的液相微萃取的模式
2.1 液 液两相微萃取
萃取前先将多孔纤维浸入到有机溶剂中使纤维孔充满，再将适量的有机溶剂注入到一定长度的多孔中空纤维空腔中，然后将萃取纤维放进样品溶液(一般为1~4m L)中，在充分搅拌条件下，样品中的分析物经纤维孔中的有机相进入纤维腔内的受体溶液中，分析物在两相中进行分配，这与一般萃取的原理相同。液 液两相微萃取可用于在有机相中有较高溶解度的样品萃取[10,13-14]。对于可离子化的样品(如酚、羧酸)，样品溶液的pH值要调节到使分发，将萃取物溶于适当的水溶液中。
2.2 液 液 液三相微萃取
纤维腔中的受体溶液也可与纤维孔中的有机溶剂不同，从而形成液 液 液三相萃取体系。分析物从样品水溶液中被萃取，经过纤维孔中的有机溶剂薄膜进入水溶性的受体溶液。这种模式仅限于能离子化的酸碱性样品。对于酸性分析物，样品水溶液的pH值要低以降低分析物在样品中的溶解度，而受体溶液的pH值要高以增大分析物在受体溶液中的溶解度[16-17]；对于碱性分析物则正好相反[9,18-19]。萃取后的受体溶液可直接用于反相高效液相谱(RP HPLC)或CE分析。
2.3 载体转运
液 液两相微萃取和液 液 液三相微萃取均是依据扩散原理，萃取效率的高低取决于分析物在各相中的分配系数。分配系数低的分析物很难被有效萃取，而基于载体转运的中空纤维液相微萃取可解决这一问题。
在样品溶液中加入一种相对疏水的离子对试剂(如辛酸盐)，使其与分析物形成离子对，离子对被萃取进入纤维孔中的有机相，在有机相与受体溶液接触时，分析物被释放进入受体溶液，受体溶液中的反离子(如H+)与载体又形成新的离子对，又被反萃取进入样品溶液，载体释放出运输的反离子，再与新的分析物分子形成新的离子对，如此循环往复[20] (见图2)。
图2 载体转运模式的基本原理
F i g.2 Bas ic pri n ciple of acti ve tran sportm ode
A:analyte.
3 基于中空纤维的液相微萃取的基本原理
在两相LP M E中，分析物在样品溶液和受体溶液两相间的分配系数K a/d为达到平衡时分析物在受体溶液中的浓度C a q,a和在样品溶液中的浓度C eq,d 的比值，即K a/d=C aq,a/C eq,d，萃取回收率R= (100K a/d V a) (K a/d V a+V d)，富集倍数E=V d R/ (100V a)，其中V a,V d分别为受体溶液和样品溶
液
与分析物在有机相和样品溶液间的分配系数K org/d
有关，还与在受体溶液和有机相两者间的分配系数K a/org有关，三相LP M E体系中萃取回收率可按R= 100K a/d V a
K a/d V a+K org/d V org+V d
(其中K a/d=K a/org K org/d)计算，富集倍数仍可按E=V d R/(100V a)计算[21]。 由于在液相微萃取中，受体溶液与样品溶液的体积比V a/V d一般较高，所以当萃取回收率R也较高时，该方法就有较高的富集倍数，这是液相微萃取引人关注的一个重要原因。基于中空纤维的液相微萃取，分析物的萃取回收率受多种因素(如分析物的性质、样品溶液与受体溶液的组成、有机溶剂的种类、萃取时间、搅拌方式与速度、样品基质的性质等)的影响[22-23]。
基于中空纤维的液相微萃取的有机溶剂的选择至关重要。有机溶剂不仅要与纤维有良好的亲和力，而且要不溶于水、挥发性低以及有适当的粘度，以防止扩散损失。最常用的萃取溶剂为正辛醇、正己基醚和甲苯，也有使用其他溶剂(如CHCl3[10]、乙酸十二烷基酯[9]等)的报道。
对两相LP M E，分配系数K a/d的大小是决定萃取回收率高低的关键因素。研究表明，两相LP M E 只适用于具有强亲脂性或中等程度亲脂性的分析物(K a/d>500)[21]，对于强亲水性的中性分析物是不适用的；而对于酸碱性分析物，可通过控制样品溶液的p H值使分析物以非离子化状态存在来提高分配系数。对于亲水性较强的带电荷成分，可利用基于载体转运的三相模式进行，这方面的报道还很少[20,24]，有待深入研究。对于K org/d值较低的酸碱性物质，只要分析物在受体溶液中能发生配合或质子化反应生成新的物质，就会有较高的K org/d值,K a/d 值就会较大(远远大于1)，这些物质即可在三相LP M E中得到有效的萃取。
样品溶液和受体溶液的性质(尤其是p H值)和纤维孔中有机溶剂的种类也决定萃取回收率的高低[25]。对于弱碱性物质，样品溶液的p H应在碱性范围，而受体溶液的pH应使分析物能离子化，即应在酸性范围[9,18-19]。对于酸性物质，则需要酸性的样品溶液，受体溶液的p H应在碱性范围，而且溶液的p H值一般要与分析物的p K a值相差2~3个pH 单位[16-17,25]。所选用的有机溶剂对分析物要有合适的溶解度，既不能太低也不能太高，以保证分析物既能从样品溶液中被萃取，也能被反萃取进入受体溶液。提高萃取速度和回收率，但搅拌速度也不能太高，否则易产生气泡并吸附在纤维表面，会促进溶剂的挥发。由于振动可影响整个溶液体系，而搅拌只影响样品溶液，所以振动的效果比搅拌更胜一筹[25]。
另外，样品溶液的性质(如样品的粘度、样品基质的种类、盐的浓度等)也会影响萃取速度和回收率。对高粘度样品(如血浆)，萃取前应进行适当的稀释。虽然基于中空纤维的液相微萃取具有良好的样品净化功能，对复杂基质样品一般不需过滤、离心等前处理，但对于有些能与分析物产生较强的相互作用的样品，需要进行适当的处理以避免回收率的降低，如奶样中含有组成复杂的脂肪就需要通过离心将它除去[26]。对于许多能与生物样品中的蛋白质产生一定结合作用的药物，一般的萃取方法需要加入有机溶剂并离心除去蛋白后再进行萃取，而采用HF LP M E，对多数药物只需通过调节血样的p H 值和萃取前对样品进行适当的稀释就可消除药物与蛋白的相互作用，因而可直接进行HF LP M E[18,27]。对于一些能与蛋白质强烈结合的药物，则需加入5%~50%(体积分数)的甲醇后再进行HF LP M E，以提高萃取回收率[28]。
利用盐效应提高萃取回收率是经常采用的方法，但是对于HF LP M E的研究[18,27]表明，在样品溶液中加入盐对不同分析物萃取效率的影响不同，有的提高，有的无变化，有的则降低[22]。
4 基于中空纤维的液相微萃取的应用
基于中空纤维的液相微萃取体系，不仅可实现较高的回收率和富集倍数，而且由于大分子、颗粒杂质等不能进入纤维孔，使其净化样品的功能突出。价格低廉的中空纤维是一次性使用的，因此不会引起交叉污染。HF LP M E的萃取时间多为30~60 m i n，但因为可以同时平行展开实验，所以萃取工作效率较高，尤其适合于大批量样品的处理。与现有仪器的自动进样系统配套设计的微萃取装置，使基于中空纤维的液相微萃取实现自动化成为可能。HF LP M E作为一种新颖的样品前处理技术，在药物分析、环境分析等领域得到了广泛的应用，已报道的一些关于三相和两相液相微萃取的应用分别列于表1和表2。
4.1 药物分析
在药物分析领域,HF LP M E体系已应用于血样、尿样、唾液、水样等样品中各种药物的分析，采用
1999年Pedersen B j e rgaard等[8]首次将中空纤维用于液相微萃取，采用U型中空纤维装置及液 液 液三相静态萃取模式，以正辛醇作为填充纤维空隙的有机溶剂，纤维孔腔内为25 L0 1m ol/L 的HC,l2 5m L生物样品溶液(p H13)，采用毛细管电泳 紫外检测法测定了血浆和尿样中的含量，检出限为5ng/m L。文献[29]以同样的样品萃取方法，利用CE、HPLC、GC测定了尿样、血样中的多种药物。毛细管电泳法测定血样中的碱物，萃取时间为45m i n，富集倍数为75倍，检出限为3ng/mL，由于大分子、酸性及中性组分不能进入纤维孔腔内，所以即使在200n m下检测杂质峰也很少;CE法测定尿样中的酸物萘普生，富集倍数为125倍，由于尿样中含有较多酸性成分，使LP M E的选择性降低，因此谱图上出现多个杂峰; HPLC 荧光检测法测定血样中的C italopram及其代谢物，检出限为0 7ng/mL[29]；以正己醚代替正辛醇，用毛细管电泳 紫外检测法测定了血样中降压药C italopram及其代谢物，纤维腔内的受体溶液为酸性的磷酸盐(p H2 75)，于1200r/m i n的搅拌速度下萃取60m i n，分析物的富集倍数为25~30倍，测定的线性范围为20~1000ng/m L，检出限为5~ 5 5ng/m L，测定结果与HPLC方法相当[18]。
此外，还有采用三相微萃取模式，利用毛细管电泳 紫外检测法测定手物M ianserin[27]和Cit a lopra m[9]对映体含量的报道。生物样品中、等[20]，、、异丙嗪、哌替啶和氟醇[28]，萘普生、布洛芬和酮洛芬[16]，人奶样品中C italopram等4种降压药物[26]含量的测定也有报道。
三相微萃取使用的有机溶剂除了常用的正辛醇和正己醚外，还有乙酸十二烷基酯[9]、聚硅氧烷AR20[26]。最近,Pedersen Bjergaard等[30]还考察了在三相微萃取模式中用植物油代替有机溶剂的可能性。研究结果表明，用香精油作萃取剂可取得与常用有机溶剂相近的萃取效果，而用脂肪油作萃取剂的萃取效果较差。
Lee等[19]将2c m长的聚丙烯纤维插在微量进样器针头上，以正辛醇为填充纤维孔的有机溶剂，采用三相微萃取模式，并结合CE在线场放大堆积，测定了水样和尿样中的P indol o l等3种碱物，实现了72~110倍的富集倍数，线性范围为0 5~10基 2 (4 氯苯氧)丙酸，灵敏度提高了15000倍[31]。 2003年Ho等[20]首次报道了基于载体转运的三相微萃取模式萃取血样、尿样中的亲脂物、和Pract olo,l在p H7的样品溶液中加入离子对试剂辛酸钠，辛酸钠与药物形成的亲脂性配合物被萃取到纤维孔中的有机相正辛醇中，有机相在与纤维腔中0 05mol/L HC l溶液接触时，分析物被释放，并直接用于CE分析。最近,Ho等[24]还首次将载体转运三相微萃取技术用于液相谱 质谱分析，测定了单滴血样中的西米替丁、索他洛尔、阿替洛尔、间羟胺、苯丙醇胺等药物，检出限在25~50ng/mL。
de Jager等采用两相HF LP ME，通过气相谱法测定了尿样[10]、唾液[32]中的及其代谢物, M ller等[11]测定了水样中布洛芬、卡马西平等药物。
4.2 环境分析
在环境分析领域,HF LP M E已用于测定各种水样、土壤、牛奶等样品中的有机污染物，如多环芳烃(PAH s)、酚类、多氯芳烃、芳香胺、苯氧醚类除草剂和酞酸酯等。对各种不同基质的样品进行测定，目的是考察样品基质对HF LP M E的影响，结果表明萃取回收率基本不受基质变化的影响[12,33]。
将聚丙烯中空纤维直接插接在微量进样注射器针头上进行液 液两相微萃取，采用气相谱法测定环境污染物的应用最多。例如以甲苯作两相微萃取中的有机相，采用GC M S法测定了水样中的酞酸酯，测定的线性范围与灵敏度和SP M E的结果相当[34]；相同的方法用于测定水样和土样中的8种三嗪类除草剂，富集倍数达到150倍以上，线性范围为0 5~50ng/m L，检出限为0 007~0 063 ng/m L[35]；在700r/m i n转速下萃取35m i n，测定雨水中的16种多环芳烃和12种有机氯农药的线性范围为0 5~100ng/mL，检出限分别为0 002~ 0 047ng/m L和0 013~0 059ng/mL，萃取回收率分别为73%~115%和75%~113%，富集倍数为46 ~167倍[36]；用于测定海水中12种有机氯农药的线性范围为5~100ng/m L[37]；最近,Lee等[38]将微波萃取与中空纤维液相微萃取结合起来，采用GS M S 法测定了水体沉积物中的持久性有机污染物，萃取效果优于索氏提取 固相微萃取，检出限达0 07~ 0 70ng/g。Andre w s等[39]则将6 5c m长的聚丙烯中空纤维的一端封上，并安装在一个22mL的样品瓶上，用进样注射器自上口注入和移出受体溶液,
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