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SPME vs Needle Trap:痕量VOCs該如何選前處理方法?


隨著人們對(duì)綠色環(huán)保的重視,新的萃取技術(shù)追求小型化、無(wú)溶劑、簡(jiǎn)便,包括固相微萃取(SPME)和動(dòng)態(tài)捕集針技術(shù)(Needle trap,NT。分析痕量揮發(fā)性有機(jī)物,該這如何選擇合適的前處理技術(shù)呢?我們先來(lái)分別了解一下這兩種技術(shù)。


固相微萃取SPME

固相微萃取(Solid Phase micro extraction,SPME)原理: 通過纖維頭上的涂層,直接浸入式或頂空式萃取待測(cè)物,依賴于涂層和樣品之間的分配平衡,SPME纖維頭插入GC進(jìn)樣口熱解析后,分析物導(dǎo)入GC

 

1:固相微萃取SPME

公式(1):

 

Kfs目標(biāo)物在樣品中的分配系數(shù)

Vf涂層體積

Vs樣品體積

C0樣品的初始濃度

固相微萃取的特點(diǎn):

1. 非完全萃取,也稱平衡萃取,靈敏度受樣品與涂層之間的分配系數(shù)(Kfs)影響,;

2. 萃取量與樣品體積無(wú)關(guān),適用于野外采樣;

3. 被動(dòng)吸附,對(duì)于濃度非常低的樣品,采樣時(shí)間過長(zhǎng);

4. 僅能萃取游離化合物;

5. 多數(shù)用于實(shí)驗(yàn)室分析或借助便攜式GC-MS現(xiàn)場(chǎng)分析。


動(dòng)態(tài)捕集針 Needle trap

動(dòng)態(tài)針捕集 (Needle Trap,NT)原理:把固體吸附劑裝填在一根22號(hào)或23號(hào)規(guī)格的針內(nèi),通過注射器或采樣器與針相連進(jìn)行主動(dòng)吸附氣態(tài)樣品,樣品流連續(xù)地從針內(nèi)穿過,目標(biāo)物被針內(nèi)的吸附劑所富集,由于NT針的規(guī)格與氣相色譜進(jìn)樣針相似,可以直接將NT針插入GC進(jìn)樣口熱解析,分析物導(dǎo)入GC分析。

 

2:動(dòng)態(tài)捕集針Needle Trap


公式(2):

 

Vs樣品體積

C0樣品的初始濃度

動(dòng)態(tài)針捕集的特點(diǎn):

1. 完全萃取,靈敏度不受Kfs分配系數(shù)影響;

2. 萃取量與樣品體積有關(guān),可通過增加樣品體積而提高靈敏度;

3. 主動(dòng)吸附,特別適用于濃度非常低的樣品,如植物源、昆蟲中的揮發(fā)性有機(jī)物,可通過調(diào)節(jié)采樣速率縮短采樣時(shí)間,僅需少量樣品即可實(shí)現(xiàn)高靈敏度;

4. 可萃取游離和與顆粒結(jié)合的化合物,如煙霧顆粒中的丙烯菊酯;

5. 兼容實(shí)驗(yàn)室分析和現(xiàn)場(chǎng)采樣&分析。


Needle Trap VS SPME     

為了讓大家更直觀的了解Needle TrapSPME的差別,幫助您選擇出適合的前處理技術(shù),我們特整理了下面這張對(duì)比表。

 

1SPME vs Needle Trap對(duì)比


總結(jié)

與固相微萃取相比,Needle trap動(dòng)態(tài)捕集針的區(qū)別在于,它是一種完全萃取技術(shù),分析揮發(fā)性較強(qiáng)的物質(zhì),可以通過增加樣品體積提高靈敏度。同時(shí)簡(jiǎn)化了校準(zhǔn)方法,允許富集顆粒結(jié)合的化合物,意味著可萃取氣溶膠中的揮發(fā)性有機(jī)物。

Needle trapSPME,具有一定互補(bǔ)性

采用SPMENeedle trap技術(shù)對(duì)大蒜油[1]、薄荷[2]、老鷹茶[3]等風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析鑒定,動(dòng)態(tài)針捕集技術(shù)能萃取到更多香氣成分,在富集揮發(fā)性香氣物質(zhì)用于鑒定分析方面表現(xiàn)更強(qiáng)的完整性,和固相微萃取技術(shù)有一定的互補(bǔ)性,特別適用于非靶向研究或復(fù)雜基質(zhì)的研究。


關(guān)于Needle trap技術(shù)

Needle trap技術(shù)提供更全面的檢測(cè)結(jié)果

蚊香[4]樣品使用固相微萃?。?/span>SPME)和動(dòng)態(tài)針捕集(Needle trap)技術(shù)想結(jié)合來(lái)簡(jiǎn)單快速地測(cè)定游離和顆粒結(jié)合的化合物。下圖結(jié)果表明,SPME對(duì)極易揮發(fā)的物質(zhì),由于Kfs值低,所以萃取效果不是很好,半揮發(fā)性物質(zhì)因?yàn)閾]發(fā)性弱,也不容易被萃取,對(duì)位于色譜圖中間的揮發(fā)性有機(jī)物具有較高的萃取效率。NTD由于萃取相體積較大,對(duì)更易揮發(fā)的化合物的萃取率較高,而對(duì)顆粒結(jié)合的丙烯酸酯有更高的提取效率。

 

Needle trap技術(shù)可復(fù)合多種吸附劑涵蓋更廣的吸附范圍

Needle trap技術(shù)可以復(fù)合多種不同的吸附劑填充在動(dòng)態(tài)捕集針內(nèi),從而實(shí)現(xiàn)寬沸點(diǎn)范圍(30-250℃)和更寬習(xí)性范圍的化合物。常見的組合為Tenax TA(弱吸附劑)&Carbopack XCarboxen1016(中等吸附劑)&Carboxen1000(強(qiáng)吸附劑),對(duì)整個(gè)沸點(diǎn)范圍內(nèi)的揮發(fā)物有更好的萃取效果。

 

Needle trap應(yīng)用范圍

NTDs被廣泛用于不同類型樣品,在固體和液體樣品中提取揮發(fā)性和半揮發(fā)性化合物氣態(tài)化合物的應(yīng)用,包括呼吸氣、香氣(植物,食品)、環(huán)境(水,土壤,空氣等)和生物(尿液,血液等)等基質(zhì),表2[5]列出各種吸附劑類型用于不同基質(zhì)的分析。

 

2Needle Trap應(yīng)用舉例


Needle trapNT)動(dòng)態(tài)針捕集技術(shù)

 

Sampling Case 動(dòng)態(tài)針捕集采樣器

Needle trapNT)動(dòng)態(tài)針捕集技術(shù)是一種新型的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的前處理手段,小型化的針捕集形式,是萃取氣態(tài)混合物全新的選擇。


參考文獻(xiàn):

[1] 乙醇浸提大蒜油工藝的研究及GC-MS呈香成分分析[J],中國(guó)調(diào)味品, 2017,42():19-23;

[2] Needle trapGCMS 法分析云南不同產(chǎn)地薄荷的揮發(fā)性成分[J],云南大學(xué)學(xué)報(bào),2015,37(2):265- 271;

[3] 老鷹茶游離和鍵合態(tài)揮發(fā)性成分的分析[J], 食品與發(fā)酵工業(yè),2019 , 45 ( 3):254-259;

[4] Vadoud H. Niri, In-Yong Eom,Farhad Riazi Kermani,Janusz Pawliszyn;Sampling free and particle-bound chemicals using solid-phase microextraction and needle trap device simultaneously, J. Sep. Sci. 2009, 32, 1075 – 1080;

[5] Shakiba Zeinali, Janusz Pawliszyn , Protocol for a needle-trap device coupled to GC for the analysis of volatile and semi-volatile compounds in solid and liquid samples,Green Analytical Chemistry 22022.