中空纤维膜液相微萃取技术及其应用进展

宋 林，乐 健，洪战英

[1.福建中医药大学药学院，福州 350108；2.第二军医大学药学院药物分析学教研室，上海市药物(中药)代谢产物研究重点实验室，上海 200433；3.上海市食品药品检验所化学室，上海 200233]

样品前处理的主要目的是富集和纯化样品，并使待测物转化为便于后续分析的形式。液相微萃取(liquid-phase microextraction，LPME)技术是20世纪90年代中后期发展起来的一种新型样品前处理技术[1]，通过微升级的萃取溶剂来实现目标分析物的微萃取。中空纤维膜液相微萃取(hollow fiber membrane liquid-phase microextraction，HF-LPME)是一种以多孔中空纤维膜为载体的液相微萃取技术，该技术分析底物的范围广，对血样等复杂基质有较高的清除率，能够避免大分子物质的干扰，同时中空纤维膜均为一次性使用，可以避免交叉污染。HF-LPME不仅在处理复杂样品时具有较大优势，而且易与色谱联用，目前已被广泛用于分析不同生物样品中的碱性药物、手性药物以及一些中药有效成分等[2]。

1 HF-LPME的萃取装置及萃取模式

1.1 多孔中空纤维的结构 聚丙烯纤维是目前常用的一种中空纤维，它对多数有机溶剂有较强的结合力，萃取过程中不会发生有机溶剂渗漏。其内径常为600～1200 μm，壁厚多为200 μm，孔隙尺寸一般为0.2 μm，既保证了一定的机械强度，又使萃取时间在一个合理的范围内，同时可防止大分子或颗粒等杂质进入受体相[3]。近年有人利用聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、二甲基乙酰胺(DMAC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、次氯酸钠(NaClO)等共混制备多孔中空纤维膜[4]，并研究、确定了影响纤维膜性能的最佳纺丝工艺参数。另外，有人使用硅胶整体柱作为提取相支架，进行溶剂棒型液相微萃取[5]，可用于高温、强酸(碱)等苛刻条件以及多种有机溶剂。也有人采用碳纳米管强化的中空纤维固-液相微萃取与HPLC法联用，测定复杂样品中的咖啡酸等成分[6,7]。

1.2 HF-LPME的萃取装置 HF-LPME萃取装置一般由微量注射器、中空纤维、样品瓶、搅拌子和磁搅拌装置构成，见图1。萃取的具体过程为：超声清洗多孔中空纤维膜去除杂质，晾干后于有机溶液中超声浸泡，以在中空纤维壁孔上形成一层溶剂膜，然后将一定体积的有机溶剂注射至纤维膜空腔内，另一端密封，再将中空纤维膜浸入到样品溶液中进行萃取。在磁子搅拌下，分析物从中空纤维壁孔中的有机相进入纤维腔内，最终在两相中达分配平衡。萃取完成后可直接用注射器将有机溶剂注入仪器中进行气相或液相色谱分析，此为静态萃取模式。动态模式则需要一个泵带动注射器活塞运动。

图1 多孔中空纤维膜液相微萃取技术的装置

1.3 HF-LPME的萃取模式 HF-LPME的萃取模式分为两相模式、三相模式和载体转运等。

1.3.1 液-液两相微萃取模式 图1所显示的即为两相HF-LPME的静态模式，是比较经典的萃取模式。在两相动态模式中用一个泵与注射器活塞相连，中空纤维膜的另一端不封口。萃取时，泵以一定的速率带动活塞运动，反复将有机溶剂推出、吸回注射器，且每次推出或吸回之后都要停留一定的时间[8]。

1.3.2 液-液-液三相微萃取模式 在三相HF-LPME模式中，先用与水不混溶的有机溶剂在中空纤维壁孔上形成一层液膜，然后在中空纤维腔内注入水相受体相，之后再浸入水相供体相中进行萃取。分析物以有机液膜为中间转移相，从供体相被萃取进入受体相[9]。三相模式由于经历了两次萃取与富集，可以进一步阻止样品中的干扰物质进入受体相，从而有更好的样品净化能力；同时由于供体相与受体相的体积比较高，而且可以调节受体相的组成，因此有较高的富集因子。

三相HF-LPME的静态模式与两相静态模式相似，萃取完之后，吸回受体相进行分析。三相动态模式所用的中空纤维另一端同样不封口，用注射器按顺序吸入一定量的受体相、有机溶剂和少量水，然后插入中空纤维，在其壁孔上形成一层液膜后，依次推出注射器中的水(用于清洗中空纤维内壁)、有机溶剂，而水相受体相始终留在注射器中。

1.3.3 载体转运模式 载体转运液相微萃取技术通过将一种相对疏水的离子对试剂作为载体加入到样品溶液中，形成一种反离子对运输的转运机制[10]。该模式允许离子化分析物从供体相水溶液经纤维膜萃取到受体相水溶液中，弥补了前两种萃取模式的不足，使得分配系数低的分析物易于被高效萃取。

2 影响萃取效率的因素

影响HF-LPME萃取效率的因素主要有：萃取溶剂的选择、供体相与受体相的体积比、萃取时间和搅拌速率、pH值的选择、盐效应、温度及其他因素(如受体相组成等)。

2.1 萃取溶剂的选择 萃取溶剂应满足如下条件：在水中的溶解度小，对分析组分有足够的溶解度，同时与中空纤维有较强的亲和力，在此基础上尽量选择黏度小、毒性低、不易挥发的溶剂。目前，常用的有机溶剂有正辛醇、甲苯和乙酸乙酯，其他有机溶剂还有氯仿、正己烷、正己醚以及离子液体等。张静等[11]在探讨HF-LPME对药根碱、黄连碱、巴马汀、小檗碱的萃取行为时，考察了苯系物及醇类等10种有机溶剂对上述生物碱的萃取效率的影响，结果发现，正辛醇的萃取效率最高，因此最终选择正辛醇作为萃取溶剂。

2.2 供体相与受体相的体积比 适当地增大供体相与受体相的体积比，既可以有足够的回收率，又能得到大的富集倍数。田杰等[12]采用HF-LPME对大鼠体内大黄素及其代谢物进行分析时，分别考察了在一定的受体相体积下，不同体积的血浆样品(1.5、3、5、10、15 ml)及尿液样品(1.5、3、5、10、15、20 ml)对大黄素及其代谢物萃取效率的影响,结果表明，血浆和尿液的最佳供体相体积分别为5和10 ml。

2.3 萃取时间和搅拌速率 萃取是一个分配平衡的过程，适当延长萃取时间可以提高待分析物的回收率，但若萃取时间过长，会造成中空纤维膜上的有机相损失而降低萃取效率。搅拌或振动可以使萃取表面持续暴露在未被萃取的水样中，从而增大扩散系数，提高萃取效率，但搅拌速率过快会在中空纤维表面产生大量的气泡，同时促进溶剂的挥发，导致萃取效率降低[13]。刘敏等[14]采用HF-LPME与HPLC联用技术分析牛奶中的痕量雌二醇时，分别考察了不同时间点(20、40、60、90、120 min)萃取效率的变化，以及不同转速(100、300、500、700、900、1000 r/min)对萃取效率的影响，最终发现，当萃取时间为1 h、转速为600 r/min时，萃取效率最高且萃取达到平衡。

2.4 pH值的选择 供体溶液与受体溶液的pH值均会影响萃取效率。对于酸、碱性分析物，适当改变供体相与受体相的pH值，使分析物在两相中分别以非离子化、离子化状态存在，可提高分析物在受体相中的分配系数，进而提高其萃取效率；而对亲水性较强的带电荷物质，可考虑使用载体转运三相模式。王嘉宁等[15]在应用HF-LPME测定尿样中的苦参碱和槐果碱时，分别考察了供体溶液和受体溶液不同pH值的影响。结果表明，最佳样品溶液和受体溶液的pH值分别为13.7(NaOH浓度为0.5 mol/L)和1.5(H3PO4浓度为100 mmol/L)。

2.5 盐效应 在样品溶液中加入盐对不同分析物的萃取效率有不同的影响。为得到最佳萃取效率，应根据实际情况在实验过程中找出最适合的离子浓度。

3 应 用

3.1 环境水样测定 有机污染物的监测是环境分析领域中的研究重点。HF-LPME的两相模式可用于测定有机氯[16]、多环芳烃[17]、水果和蔬菜中残留的杀菌剂[18]、饮料与河水样品中的农药残留[19]。Sanagi等[20]用两相HF-LPME以及GC-离子捕获检测器，实现了对三种杀虫剂的提取、分离和分析。三相HF-LPME模式的应用也较多，如对三嗪类[21]、酚类[22]等的测定。彭晓俊等[23]通过三相HF-LPME与HPLC联用测定了环境水样中的7种苯氧羧酸类除草剂。结果显示，7种除草剂在相应的线性范围内线性良好，检出限为0.2～l.0 μg/L，富集倍数为76.7～121。

3.2 生物体液样品测定 生物体液样品(如血浆、尿样等)由于基质比较复杂，易干扰萃取，其预处理多采用抗干扰能力更强的三相HF-LPME模式，分析对象为各种药物。

Hadjmohammadi等[24]利用三相HF-LPME，将人血浆中的华法林从pH=2.3的水相(供体相)经过中空纤维膜壁孔中的正辛醇，被萃取到中空纤维膜腔内pH=11.0的受体相中，萃取结束后受体相直接进入HPLC系统定量分析。张成功等[25]建立了以液-液-液三相液相微萃取技术与HPLC法联用，测定尿样中的安非他明和氯胺酮的方法，将其用于戒毒人员尿样的测定并得到了阳性结果。该方法还可用于体液中其他药物，如曲马多[26]、吡格列酮[27]等的测定。Cui等[28]首次通过自动聚偏氟乙烯HF-LPME与GC-MS/MS联用，测定了血浆和尿样中的氟硝西泮。Al Azzam等[29]利用HF-LPME分别与毛细管电泳(capillary electrophoresis,CE)和HPLC联用，测定了生物体液中的痕量罗格列酮，富集因子达到了280，HPLC和CE法达到的检测限分别为0.18 ng/ml和0.56 ng/ml。Ghasemi等[30]利用顶空HF-LPME与GC-MS联用，对生物样品和环境水样中两种含硒类有机化合物进行了分离测定。

另外，Zhang等[31]建立了两相HF-LPME与HPLC-ESI-MS联用的方法，测定大鼠血浆中的白茅苷(imperatorin)及其代谢物花椒毒酚，并将HF-LPME与甲醇沉淀蛋白质的血浆前处理方法对比，结果表明前者不仅浓缩效果更好(灵敏度更高)，而且基质效应更小。Hadjmohammadi等[32]通过三相HF-LPME与HPLC-UV联用测定了EchinophoraplatylobaDC.和薄荷中的黄酮类化合物，并对有机溶剂种类、供体相和受体相pH值、搅拌速率等因素进行了优化，其中有机溶剂采用正辛醇，供体相、受体相分别用盐酸、硼酸盐溶液将pH调至2和9.75，且在优化条件下各物质富集因子为146～311，检测限为0.5～7.0 ng/ml。

综上所述，HF-LPME技术发展至今，已引起了人们的广泛关注，且预处理的对象范围正在迅速扩大。该技术操作简单、模式多样，并且多与色谱、质谱等技术的联用，在环境水样和生物样品测定等领域的应用更为广泛。但由于其萃取效率的影响因素较多，必须在进行多因素综合探索之后确定稳定、可控的最佳萃取条件。HF-LPME技术是一种具有很大潜力的样品预处理手段，在今后的分析领域中将会得到更多的应用。

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