固相微萃取技术及其在刑事化验中的应用_杨瑞琴

2004年第2期No .22004 中国人民公安大学学报(自然科学版)

Journal of Chinese People 's Public Security University (

Science and Technology )

总第40期Sum 40

固相微萃取技术及其在刑事化验中的应用

杨瑞琴

(公安大学刑事科学技术系,北京,100038)

摘　要　固相微萃取技术是在固相萃取的基础上发展起来的新型萃取技术,该技术是一种集提取与浓缩为一体的简单方便、省时省力、不需溶剂的新型样品前处理方法,被评为20世纪最具潜力的

100项技术发明之一。该技术在食品、环保、农业等领域都得到了广泛应用,在法医毒物提取分析、微量物证分析中也得到了很好的应用。新型固相微萃取膜技术同时具备了固相微萃取技术和膜分离技术的优点,应用范围更为广泛。关键词　固相微萃取　应用中图分类号　O919.1

收稿日期　2003-10-25

作者简介　杨瑞琴(1971年—),女,山西人,分析化学博士,副教授。

0　引言

样品的前处理在刑事化验工作中占有重要的作用。由于近代科学的飞跃发展,各种大型分析仪器得到了普及,检测灵敏度也有了极大的提高。所以样品前处理工作已成为制约分析方法的瓶颈因素。国内外许多分析工作者都致力于分离方法的研究,Stevenson [1]

的调查表明样品的前处理工作量占整个分析工作的61%。在法庭科学领域内,由于受条件限制,经常需要对犯罪现场发现的毒物、毒品以及微

量物证进行鉴定。在所有的现场都有可能存在着许多不同的干扰物质,因此好的分离方法是确保鉴定结论正确的必要条件之一。目前常用的分离方法有液液萃取法、固相萃取法等。这些方法有的耗时长、劳动量大且需大量溶剂,有毒溶剂还会影响操作人员健康,污染周围环境,对提取液进行浓缩时,经常造成目的物损失,使鉴定结论的准确性受到影响。

Arthur 和Pawliszyn

[2]

提出了固相微萃取法

(SPME ),在分析化学领域得到广泛应用。特别是在刑事技术领域内,由于其需要检材量少而得到了更为广泛的应用[3～5]。该项技术可以直接与GC 或HPLC 联用,但需要一套专门的设备,价格较贵,仅适用于易挥发的物质或液体介质。该技术在国内外法庭科学领域已得到广泛应用。随后也相继出现了一些综述[6],由于价格因素,该技术在国内不能完全

得到普及。本课题组自行研制的固相微萃取膜结合了固相微萃取法和膜技术的优点,在刑事化验中已得到初步尝试,本文将固相微萃取技术在刑事化验

中的应用以及固相微萃取膜提取技术一并介绍。1　固相微萃取技术

固相微萃取法(Solid phase microextraction ,SPME )是一种新型的无溶液萃取技术。它通过一根长1c m 、直径约为0.3mm 的熔融石英纤维表面涂覆5～100μm 厚度不等的高分子聚合材料作为固定相,常用的固定相有Supelco 公司商品化的SPME 中使用的纤维,涂有100μm 、30μm 和7μm 三种厚度聚二甲基硅氧烷,分别用于吸附挥发物、非极性半挥发性化合物以及中等极性和非极性半挥发性化合物,涂有65μm 厚度的二甲基硅氧烷/二乙烯基苯乙烯聚合物和聚乙烯二醇/二乙烯基苯的纤维两种。前者针对极性挥发物,后者针对极性化合物。另外还有用于分析极性半挥发性物的涂有65μm 聚丙烯酸酯的纤维。采用顶空(Head Space ,HS )或直接浸入(Direct Immersion ,DI )方式与样品接触,萃取液相或气相中的被分析物。萃取头连接在一个不锈钢管套上并与一手柄连动,整个SPME 装置类似于一个微量进样器,见图1。使用时把针头刺入装好样品的密闭容器中,按下手柄,萃取头从针头中伸出,取样结束后,萃取头收纳于针头内;迅速从容器中拔出,

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不经任何溶剂洗脱而直接插入气相色谱进样口,再伸出萃取头,被分析物在一定温度下热解吸附进入色谱柱。Zhang 和Pa wliszyn 于1995年又提出一种

SPME 的新变体,即内冷SP ME [7]。此方法是在涂有纤维涂层的毛细管内插入一根细的毛细管(外径375μm ,内径50μm )用来通入冷却剂(液态CO 2),以冷却纤维涂层,使冷的纤维涂层与加热的样品顶空之间产生温差,这样可以增加分析物的分配系数,使分析物更有利于从基体中释放出来。用这个方法可以在5min 内从气体、水或土壤样品中定量地抽提出甲苯、二甲苯异构体,这个方法可以测到如粘土之类较麻烦的基体中含有低于1×10-12

g /g 浓度的分析

物。

SPME 于1994年开始兴起,并获得美国R —D100创造性技术奖,它所用的纤维和注射用的附件已由Supelco 公司商品化。SP ME 优于SPE 的特点是质传递快,避免了堵塞,操作步骤简单,只有样品在吸着剂和样品之间的分配作用以及浓缩分析物的脱附作用。同时SP ME 不需要溶剂。SPME 不仅可与GC 联用,还能与HPLC 相联,从而扩大了SPME 技术在分析化学领域的应用范围

。

图1　固相微萃取装置

1.推进杆的帽;

2.环氧树脂胶;

3.推进杆;

4.注射器外套;

5.可移动的注射针头;

6.不锈钢管;

7.样品瓶;

8.萃取头;

9.样品

2　固相微萃取膜技术

由于分析技术的多样性和分析对象的复杂性,

特别是在刑事技术领域内分析对象的不可知性、多样性、微量化,就需要一种可广泛适用,并对不同介质中的目的物进行分离的全新方法。固相微萃取膜是一种全新的分离方法,该项技术将固相微萃取技术的吸附性和膜分离的选择性通过定向合成的方法

有机地结合在一起,同时具备了这两种方法的优点,既方便简单,又节省溶剂,同时可减少对环境的污染。该技术可对生物样品中的微量物质进行分离,不需要专用设备,费用比利用溶剂提取时低,是最经济的提取方法。在公安部部级课题支助下,我们自行研制了一系列新型固相微萃取膜,是一种非常具有潜力的分离方法

[8～9]

。目前主要应用于一些含

氮、磷、硫的化合物。固相微萃取膜也可以在药物分析、环境保护、商品检验、农业化学、临床医学等许多领域内应用,实验表明该技术有很好的应用前景。

受固相微萃取膜用量和吸附容量的限制,该方法只能用做样品定性分析的前处理,不适于定量分析。但是当目标物浓度很低时,加入合适内标,也可进行定量分析。例如当尿液中的吗啡浓度低于1μg /ml 时,采用内标法进行5次实验,回收率平均值为82.45%。但当吗啡浓度大于2μg /ml 时,受膜吸附容量限制,回收率快速下降,当然如果加大膜的使用量,可以提高样品回收率。该项技术已经通过公安部项目鉴定,并被列为重点推广项目,随着研究工作的逐步成熟,该项技术的应用范围也会进一步扩大。

对于液体样品可以直接将固相微萃取膜放入,如果是固体样品如泥土样品。首先在样品中需加入1.5倍清水,从而增加被分离物质的扩散速度,使被分离物质更快地与原载体分离,从而可以很好地吸附在膜上。

将固相微萃取膜利用无水乙醇浸泡约半小时,以洗去残留的杂质和激活其吸附性。剪取多个1cm ×1mm 固相微萃取膜小条,放入待处理的样品中,常温常压下静态吸附一定时间,取出用清水漂洗,用滤纸吸干其表面的水。然后将固相微萃取膜置入10ml 小试管中,加入0.1ml 乙醇或丙酮,在超声波作用下解析一定时间,静置后用于分析。该技术使用微量溶剂,操作简便,成本较低,值得推广。3　固相微萃取技术的应用

3.1　固相微萃取技术在检验生物样品中滥用药物的应用

SPME 已被成功应用于血、尿和毛发中的安非他明、氟苯丙胺[10～12]、摇头丸[13]、可卡因、杜冷丁[14～15]、尼古丁和大麻酚[15]、美沙酮[16]等。Sporkert

[15]

在检验毛发中大麻的有效成分时发现,用

顶空固相微萃取技术只能测得大麻二酚,可卡因用

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该技术效果较差,回收率和重复性均很差,必须采用浸入法。提取上述药物大多使用非极性萃取头PD MS(100μm)萃取15min(HS)或30min(DI)。在尿中检测药物采用顶空固相微萃取法(HS-SP ME)与一般的顶空方法相比,灵敏度可以提高20倍。另外目前共有4种三环类抗抑郁药[17]、8种苯二氮类药物[18]、5种酚噻嗪类[19]被利用SPME成功萃取检验。在萃取这些药物的实验中,人们发现在提取过程中,如果在样品中加入碱或碱盐合用均可改善萃取效果,所加的盐不同,效果也不同。例如在提取三环类抗抑郁药时,在相同条件下,单独加NaOH效果最理想,Na OH+NaCl效果优于NaOH+K2CO3。用顶空固相微萃取技术萃取尿中苯二氮类药物时,不同的盐(NaCl,NaHCO3,K2CO3,(NH4)2SO4)对萃取效果有不同程度的改善,其中NaCl的效果最佳。

3.2　固相微萃取技术在检验农药方面的应用

日本的一些学者[20,21]利用SP ME技术对尿、血中的9种有机磷农药、6种氨基甲酸酯类农药以及一些除草剂进行了提取分离,并进行了分析,取得了不俗的结果。但是SP ME技术在农药提取方面的应用不及滥用药物的报道多,还有待于进一步研究。

3.3　固相微萃取技术在检验其他物质方面的应用

SPME不仅可与GC联用,还能与HPLC相联分析水中炸药的组成。弗顿、布鲁纳等人在分析火灾残留物样本中的助然物时,将使用固相微萃取得到的结果与常用的活性碳条提取结果进行比较,结果表明,使用固相微萃取方法可以精确识别研究中的全部助燃物,灵敏度只高不低。使用该提取方法,只需采集少量的样本,就可以直接将极微量的较轻油脂提取出来。梁克伟等人[22]利用SPME技术从血中快速提取16种高挥发性碳氢化合物,简化了样品的前处理步骤,取得了较好的效果。周红等人[23]应用该技术成功地分离提取了火场残渣中的助燃剂,对火场调查和纵火案侦破具有重要的意义。

4　结论

固相微萃取技术操作简单,速度快,并且不需任何溶剂处理,集采样、萃取、浓缩、进样于一体。但该技术也有一定局限性,萃取头的液膜种类较少,限制了其应用范围。目前还无法用于生物大分子,随着生物亲和涂层、耐热涂层材料的开发利用,将进一步扩大其应用范围。另外,对于浸入法提取血中分析物时,萃取头寿命大大缩短。我们自行研制的固相微萃取膜在一定程度上克服了一些固相微萃取技术的缺点,但是还需进行进一步的研究。

参考文献

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20　Guan F,Watanabe Y K,IshiiA,etc,Jpn.J.Forensic Toxicol., 1997,15:152

21　Lee X P,Ku mazawa T,Furuta S,etc,Jpn.J.Forens ic Toxicol., 1997,15:21

22　梁克伟,刘俊亭,胡润平.血中十六种挥发性碳氢化合物的固相微萃取.中国法医学杂志.2001,16(4):218

23　周红,孙玉友,徐建中.应用固相微萃取技术(SPME)分析火场残渣中的助燃剂.第四届全国微量物证检验学术

交流会论文汇编.1999:117

(责任编辑　李记松)

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