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液相微萃取(LPME) 或溶剂微萃取(SME) 是上世纪九十年代年开始出现一种新的样品前处理技术,由Jeannot和Cantwell首先提出。该技术是由液液萃取(Liquid-liquid extraction,LLE)演化而来的,LLE技术需要使用大量有机溶剂易造成环境污染和引发安全事故,并且用时长,操作繁琐,很难实现自动化或与分析仪器联用。
相比之下,LPME技术具有试剂用量少,无需专用设备；萃取、纯化、浓缩同时进行,操作简单,劳动强度小；通过调节溶剂的极性或者酸碱性可进行选择性萃取；基质干扰小,成本低廉,方便快捷等特点。适合于低含量目标物的测定。
自上世纪90年代问世以来,液相微萃取技术得到了快速的发展,新型萃取模式不断涌现,可以分为三大类:直接液相微萃取、中空纤维液相微萃取和分散液液微萃取。最终制成很小体积的萃取剂可直接进入色谱或电泳系统进行分析。
--液相微萃取的理论基础--
液相微萃取是一个基于目标物在样品及小体积的有机溶剂之间平衡分配的过程。
平衡态直接液相微萃取(Direet-LPME)
对于Direct-LPME体系,目标物在样品水溶液和有机液滴两相间分配,系统达到平衡后, 目标物在有机液滴中的含量由与其在样品溶液中的初始含量存在线性关系, 据此进行LPME方法的定量。
平衡态顶空液相微萃取(HS-LPME)
HS-LPME是三相萃取体系,包括溶液相、顶空相和微滴萃取剂相,还有两个界面:溶液/顶空相界面和顶空相/萃取剂相界面。当目标物质在该体系中达到平衡时,萃取量与初始溶液中目标物的浓度成正比。
其余还有平衡态液一液一液三相液相微萃取(LLL-LPME)即对于液一液一液三相LPME微萃取。
--液相微萃取的方式--
直接液相微萃取
在该技术中,一个单液滴被用作萃取相,暴露在样本水溶液中,基于目标物在水相和萃取相之间不同的亲和性实现目标物向萃取相中的转移。萃取完成后,小液滴通过微量进样针回收,注入仪器进行分析叫做直接液相微萃取法。这种方法适合于萃取较为洁净的液体样品。但随着技术的发展,这种方法的局限性如悬在色谱微量进样器针头上的有机液滴在样品搅拌时易于脱落、萃取时间长、液滴不稳定等也逐渐显现出来,目前该方法正逐步被新型液相微萃取技术所取代。
分散液液微萃取
分散液液微萃取(DLLME)是Rezaee等于2006年基于由样本溶液、萃取剂(与水互不相溶)和分散剂(与水相和萃取剂混溶)组成的三重溶液系统开发的一种新型LPME技术。在该技术中,使用注射器将萃取剂与分散剂的混合物快速注入样本溶液中,会产生高强度的瑞流,从而将萃取剂以小液滴的形式完全分散到样本溶液中,形成由萃取剂、分散剂和样本溶液组成的乳浊液体系。由于萃取剂小液滴与样本溶液之间极大的接触面积,使疏水性目标物迅速在两相之间达到萃取平衡,实现向萃取剂中的富集。萃取结束后,经离心分层,萃取剂聚集、沉淀到离心管底部,用微量注射器收集后,可直接进样分析。
DLLME继承了其他LPME技术中操作简单、富集倍数高、分析成本低等优点,并且由于在DLLME中萃取可以在极短的时间内达到平衡,使得萃取时间大大缩短。此外,DLLME中不存在SDME中悬挂液滴脱落以及HF-LPME中气泡影响方法重现性等问题。因此本方法在很多领域中得到了广泛的应用。
中空纤维液相微萃取( HF -LPME )
方法将萃取剂固定在中空纤维的微孔结构中,形成分离相-萃取剂-固定相的三液相体系,由于中空纤维的结构可以实现对大分子化合物、大颗粒杂质的阻挡,使目标物在三液相体系中传递,实现分离和富集。与SDME相比,HF-LPME有如下优点：一是萃取剂存在于中空纤维腔中,与样品溶液不直接接触,可通过加速搅拌,实现提高萃取效率；二是实验使用的中空纤维是商品化的聚丙烯纤维,它对大多有机溶剂具有较强的结合能力,在萃取过程中不会发生有机溶剂渗出。
在HF-LPME萃取技术中,样品溶液和中空纤维空腔中的萃取溶剂分别作为给出相和萃取相,给出相中的目标物经由中空纤维孔隙的有机液膜再转移到萃取相中,完成萃取过程。若HF-LP ME中空纤维壁和空腔内的溶液为同一溶剂,则构成两相LPME模式；若中空纤维壁和空腔内所承载的是不同溶剂,则形成三相LPME萃取模式。萃取的富集效果因在各相中分配系数不同而实现。目前,HF-LPME已广泛应用于在痕量、超痕量物质分析中。
萃取效率的影响因素
影响LPME萃取效果的个因素主要有：有机溶剂种类、液滴体积、搅拌程度、萃取时间、萃取温度、pH值以及盐效应等。
有机溶剂的影响
基于“相似相溶原理”，合适有机溶剂的选择是提高萃取效果的关键。常用的有机溶剂有：甲苯、二氯甲烷、四氯化碳、正辛醇、正己烷等。萃取溶剂应对目标物有良好的选择性和溶解度、低的挥发性和水溶性以及良好的色谱分析效果,另外对于HF-LPME还要求有机溶剂与中空纤维有良好的亲和力；对于HS-LPME,有机溶剂还需有较低的蒸汽压,以减少挥发。
液滴体积的影响
液滴体积的大小对萃取效果影响很大。液滴体积越大,目标物的萃取量越大,有利于提高分析的灵敏度。但由于目标物进入液滴是扩散过程,液滴体积越大,萃取速度越慢,平衡时间也就越长。因此应该选择合适的液滴大小。
搅拌程度的影响
为使样品均匀,尽快达到分配平衡,缩短平衡时间,通常在处理中要对样品进行搅拌。搅拌程度是影响LPME分析速度的重要因素。有效的搅拌可加速目标物的扩散速度、减小扩散层的厚度,从而缩短平衡时间,提高萃取效率,但如果搅拌程度过大,有可能破坏萃取液滴的稳定性,降低萃取效果。
萃取时间的影响
对于溶解度较小的目标物,一般达到平衡需要较长的时间,选择的萃取时间应该在平衡之前。萃取时间直接影响到分析结果重现性,须注意控制时间。另外,虽然有机溶剂在水溶性差,但会随着时间的延长,出现体积损失的现象,通常需要加入内标以修正这种变化,
萃取温度的影响
萃取温度从两方面的影响萃取效果，温度升高,目标物向有机相的扩散加快,萃取速度增快,可以缩短平衡时间；但是同时,升温会降低目标物的分配系数,减少其在有机溶剂中的分配。所以,应同时考虑萃取时间和萃取效果,确定最佳的萃取温度。
pH值与盐效应
溶液的基体效应会影响目标物在有机溶剂和样品之间的分配系数。通过调节溶液的pH值,能够改变某些化合物在水溶液中的溶解度,促进目标物向有机相扩散。通过加入无机盐,可以增加溶液的极性,也可以提高目标物向有机相扩散。
---液相微萃取的行业应用--
随着液相微萃取技术的不断发展,其应用领域也越来越广泛。LPME 最初多用于分析水样等清洁的样品中的有机化合物,主要应有于食品分析、环境监测等方面。DLLME和 HF-LPME技术的出现,拓展了它的应用范围,使LPME在生物及医药样品分析方面得以广泛应用,同时在环境监测方面也大大扩展了分析物的范围。现在LPME技术已在环境分析、生物分析、食品分析、药物分析、医学及法医鉴定等领域得到广泛地应用。
环境监测
在环境监测领域LMPE方法应用较多,例如：环境水样中的有机污染物的检测、土壤中污染物检测等。液相微萃取技术还有分析环境中的一些重金属离子及其有机物的应用，例如：采用LMPE技术测定水样中的甲基汞,取得了很好的试验效果。
食品分析
有实验表明，在采用平衡态顶空液相微萃取-气相色谱法对啤酒中的多种醇类进行分析时，通过优化溶剂的极性、搅拌程度、萃取温度、萃取时间以及离子强度等条件, 可以得到了满意的结果。该实验表明LPME技术在食品分析领域具有巨大的潜力。
生物分析
由于生物样品基质复杂，基体干扰强烈, 对生物样品的前处理存在着手工操作多 , 步骤繁琐等缺点 , 而且灵敏度也很低。近年来越来越多的实验者们尝试着将LPME技术用于生物分析领域。
