你知道嗎？

啤酒的風(fēng)味物質(zhì)組成十分復(fù)雜，主要由如醇類、脂類、醛類、酮類等物質(zhì)組成，這些物質(zhì)的種類和數(shù)量直接決定了啤酒的風(fēng)味特性。風(fēng)味化合物除了有非極性的揮發(fā)性有機(jī)物VOCs和半揮發(fā)性有機(jī)物SVOCs以外，還有一部分是極性的揮發(fā)物質(zhì)難以被萃取分析。

那么，我們可以設(shè)想一下，有沒有一種技術(shù)可以同時(shí)萃取非極性和極性的風(fēng)味化合物？

小編舉手回答：TF-SPME薄膜固相微萃取技術(shù)可以幫到您。

 問： 請(qǐng)問什么是TF-SPME薄膜固相微萃取技術(shù)？

 答： TF-SPME技術(shù)是一種具有高萃取相體積與高表面積的新型無溶劑萃取技術(shù)。

 問： TF-SPME的適用范圍？

 答  (1) 痕量VOCs或SVOCs分析

      (2) 同時(shí)萃取低分子量極性和非極性分析物。

 問： 還想請(qǐng)問一下TF-SPME薄膜有哪幾種填料類型？

 答： (1) PDMS：非極性VOCs和SVOCs;

      (2) PDMS/DVB：VOCs和SVOCs的一般分析;

      (3) PDMS/HLB：更廣泛的極性和非極性化合物分析。

SPME固相微萃取技術(shù)

圖1：固相微萃取纖維SPME fiber

SPME固相微萃取技術(shù)是基于分析物在樣品基質(zhì)與吸附劑之間的分配平衡，已被廣泛應(yīng)用于風(fēng)味物質(zhì)分析。然而，SPME fiber具有一定的局限性，小型化的設(shè)計(jì)限制了吸附劑涂層的表面積和體積，從而限制了萃取相的吸附容量和影響分析物的萃取速率。

近年來，以傳統(tǒng)Fiber為原型，把吸附相涂在碳網(wǎng)片上的固相微萃取新技術(shù)——薄膜固相微萃取技術(shù)(簡(jiǎn)稱TF-SPME或Thin Film SPME)，大大提高了吸附劑的萃取相體積和比表面積，從而增加吸附容量，通過熱脫附設(shè)備熱解析與GC-MS耦合，降低GC-MS的檢測(cè)限。

TF-SPME裝置

TF-SPME由加拿大皇家科學(xué)院院士Janusz Pawliszyn教授發(fā)明，用于分析超痕量的VOCs和SVOCs等揮發(fā)性有機(jī)物。具有以下特點(diǎn)：

●   減少達(dá)到平衡所需的時(shí)間，萃取效率更高；

●   增大吸附容量，提高靈敏度；

●   適用于極性和非極性的揮發(fā)性有機(jī)物和半揮發(fā)性有機(jī)物；

●   機(jī)械及化學(xué)穩(wěn)定性好，可以在惡劣環(huán)境中現(xiàn)場(chǎng)采樣；

●   適用于所有標(biāo)準(zhǔn)尺寸的熱脫附儀（3.5x1/4’’）。

圖2：TF-SPME使用方法

這時(shí)候，一定有人要質(zhì)疑了——為什么TF-SPME能同時(shí)萃取極性和非極性VOCs呢？

答：想要同時(shí)萃取非極性和極性揮發(fā)性化合物，可以通過涂有PDMS/HLB的固相微萃取薄膜來實(shí)現(xiàn)，HLB顆粒是專為提取低分子量極性和非極性化合物而設(shè)計(jì)的。

HLB顆粒是什么？

HLB是Hydrophile Lipophilic Balance的縮寫，HLB是一種親水親油平衡顆粒，近年來逐漸被作為吸附劑填料，專門為萃取低分子量極性和非極性化合物而設(shè)計(jì)。

HLB親水親油平衡調(diào)料由特殊的共聚合技術(shù)制備而成，由二乙烯基苯結(jié)構(gòu)和N-乙烯基吡咯烷酮骨架結(jié)構(gòu)共聚合技術(shù)制備而成。由于二乙烯基苯中的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)保留非極性化合物，N-乙烯基吡咯烷酮的內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)保留極性化合物，所以在HLB顆粒中該骨架結(jié)構(gòu)在疏水性和親水性相互作用之間提供了平衡。

圖3：左圖為HLB親油性基團(tuán)；右圖為HLB親水性基團(tuán)

應(yīng)用案例

分步TF-SPME（Sequintal TF-SPME）分析啤酒樣品中的極性和非極性化合物

Pawliszyn教授團(tuán)隊(duì)近日提出，使用分步TF-SPME薄膜固相微萃取法分析啤酒中的極性和非極性化合物，在提高萃取能力的同時(shí)，可以有效消除復(fù)雜樣品萃取過程中由于基質(zhì)成分競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)而導(dǎo)致的的取代（displacement）和飽和（saturation）現(xiàn)象，提高了對(duì)復(fù)雜食品樣本定量分析的靈敏度和準(zhǔn)確性。

萃取過程：

將樣品至于10/20ml頂空瓶中，400 rpm攪拌，并加熱樣品至40℃，把TF-SPME裝置浸入/頂空萃取樣品萃取。

連續(xù)TF-SPME步驟如下：

第一步：采用PDMS TF-SPME薄膜萃取食品基質(zhì)中高濃度存在的非極性化合物和其他化合物；

第二步：使用PDMS/HLB TF-SPME薄膜萃取第一步剩余的化合物，包括極性化合物；

第三步：萃取結(jié)束時(shí)使用去離子水去除TF-SPME薄膜表面殘留物質(zhì)，把第一步和第二步的TF-SPME薄膜放入同一個(gè)空熱脫附管中進(jìn)行熱解析。

結(jié)論

使用順序TF-SPME分析啤酒中的糠醛（LogP=0.34）、甲縮醛（LogP=0.34）、芳樟醇（LogP=2.823）、苯乙醇（LogP=1.36）、己酸乙酯（LogP=2.823）、大馬士酮（LogP=4.042）、香蘭素（LogP=1.21）、α-葎草烯（LogP=6.53）和苯乙烯（LogP=2.95）等物質(zhì)。

圖4：分析化合物的結(jié)構(gòu)和logP值

PDMS涂層的TF-SPME薄膜對(duì)非極性分析物表現(xiàn)出良好的選擇性和萃取性能，但對(duì)于低LogP的糠醛、甲縮醛、苯乙醇、香蘭素等極性分析物幾乎沒有萃取效果，所以需要疊加使用PDMS/HLB涂層的TF-SPME薄膜對(duì)其極性化合物進(jìn)行萃取。下圖表示，使用分步TF-SPME薄膜固相微萃?。t色）提取的極性化合物（包括糠醛、苯乙醇和香草醛）的量明顯高于單獨(dú)使用 HLB/PDMS TF-SPME （藍(lán)色）萃取的量，達(dá)到了1+1＞2的效果！

圖5 添加了所有分析物（50ppb）和葎草烯（15ppb）的10ml標(biāo)準(zhǔn)混合物中萃?。凰{(lán)色：僅使用一個(gè)PDMS/HLB TF-SPME薄膜萃取，紅色：使用PDMS TF-SPME薄膜&PDMS/HLB TF-SPME 薄膜順序萃取

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參考文獻(xiàn)

[1] Jonathan J. Grandy, Varoon Singh, Maryam Lashgari, Mario Gauthier, and Janusz Pawliszyn. Development of a Hydrophilic Lipophilic Balanced Thin Film Solid Phase Microextraction Device for Balanced Determination of Volatile Organic Compounds. Doi:10.1021/acs.analchem.8b04544

[2]Martyna N. Wieczorek , Wei Zhou , Janusz Pawliszyn.Sequential thin film-solid phase microextraction as a new strategy for addressing displacement and saturation effects in food analysis. Doi:https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.133038