顶空单液滴微萃取法的优化

（一）简介

顶空单液滴微萃取（HS-SDME），又称顶空液相微萃取（Headspace Liquid Phase Mi-croextraction，HS-LPME），最早由Jennot Michael A和Cantwell Frederick F于1996年提出。该方法是指将注射器插入到样品瓶中，让一滴萃取溶剂悬挂于注射器针尖的顶端，吸附萃取一定的时间后，将液滴吸回到进样针中的萃取过程。该技术将液相微萃取和顶空取样技术结合，适于分离富集复杂基质包括黏稠液体、固体等样品中的挥发性、半挥发性成分。通过改变萃取溶剂，还可实现对目标成分的选择性萃取。HS-SDME具有简单、快速、灵敏度高、环境友好、样品萃取完成可在GC和GC-MS上直接进样分析的优点。HS-SDME的基本原理如下：

HS-SDME是基于分析物在样品、顶空气相、萃取溶剂三者之间的平衡分配过程，如式（6-6）所示。

式中 n——萃取溶剂萃取的分析物的量；

k_odw——分析物在萃取溶剂与样品之间的分配系数；

k_hs——分析物在顶空气相与样品之间的分配系数；

C₀——分析物在样品基质中的初始浓度；

V_d、V_h和V_s——分别为萃取溶剂、顶空气相、样品的体积。

按照萃取方式，HS-SDME可分为静态顶空单液滴微萃取（Static-Headspace Single Drop Microextraction，Static-HS-SDME）和动态顶空单液滴微萃取（Dynamic Headspace Single Drop Microextraction，Dynamic-HS-SDME）两种方式。

（二）影响萃取效率的因素

影响HS-SDME的主要因素有萃取溶剂的种类及用量、萃取溶剂温度、样品温度、萃取时间、盐效应、搅拌等。

1.萃取溶剂的种类及用量

萃取溶剂的选择遵循“相似相溶”的基本原则，选用的萃取溶剂应满足以下要求：①能对目标分析成分很好地萃取；

②具有较好的色谱行为，不干扰待测物的检测；

③具有较高的沸点、较小的黏度和较低的蒸气压，以减少萃取过程中萃取液滴的挥发。

通过改变溶剂的种类及调节溶剂的极性，来实现对不同化合物的选择性萃取。使用单一种类的溶剂在一定程度上具有很大的局限性，近年来混合溶剂被应用于HS-SDME，通过调节混合溶剂中各溶剂的比例及酸碱度，极大地增加了萃取溶剂的种类及适用范围。此外，如果萃取溶剂的沸点较低，可采取在样品中加入一定量的萃取溶剂的方法增加顶空的蒸气压，从而减少萃取过程中溶剂的损失。尽管样品中加入溶剂会降低萃取效率，这个缺点可通过调节影响萃取的其他参数来弥补。

萃取溶剂量对萃取效率也有一定的影响。一般来说，萃取溶剂量越大，越有利于对分析物的萃取，因此，适当地增加溶剂量可提高萃取效率。但对于Static-HS-SDME，萃取溶剂量越大，液滴体积就越大，从而使得萃取物进入液滴的速率就会变小，达到萃取平衡所需时间也就越长。另外，萃取溶剂量过大，液滴就会过大，液滴就很难稳定地悬挂在针尖上。(www.xing528.com)

2.萃取溶剂的温度及样品温度

一般说来，萃取溶剂的温度较高时会使萃取溶剂挥发，从而导致萃取效率降低。相反，样品温度较高有利于样品中挥发性物质的释放，增加萃取物的蒸气压及其在顶空中的含量，可缩短达到平衡所需的时间，提高萃取效率。因此，保持样品温度较高的同时使萃取溶剂的温度较低，将会有利于分析物在萃取溶剂中的浓缩富集。

3.萃取时间

HS-SDME的萃取是分析物在样品、顶空气相和萃取溶剂之间的平衡分配过程，达到此平衡需要一定的萃取时间。但时间过长也会导致溶剂液滴的挥发，因此HS-SDME的萃取时间应针对不同的样品及萃取溶剂而定。

4.盐效应

一般而言，水相样品中加入无机盐能够改变样品的离子强度，增大分配系数，从而提高分析物的萃取率。最常用的盐为氯化钠和硫酸钠。但应注意，某些样品体系，随着盐的加入，萃取率会出现下降。

5.搅拌

搅拌能促使样品中挥发物的释放，在顶空中形成对流，有利于挥发物在样品溶液和顶空气相之间快速达成平衡，减少萃取时间。

（三）HS-SDME在香气分析中的应用

HS-SDME最初主要用于分析环境样品，如水中痕量污染物和生物样品，如血样中的药物。目前，此技术已在芳香植物、鲜花等天然香料及酒类等食品的香成分分析上得到了一定的应用。

1.天然香料成分分析

Cao J等分别用HS-SDME、固相微萃取和水蒸气蒸馏法分析了温郁金（Curcuma wenyujin Y.H.Chen et C.Ling）的挥发性成分，三种萃取方法得到的挥发性成分基本相同。但HS-SDME具有简单、廉价、样品用量小的优点。另外，HS-SDME重复性好、精度高。

Deng C等采用先加压热水萃取（Pressurized Hot Water Extraction，PHWE）再采取Dynamic-HS-SDME的方法，通过气-质联机分析了豆蔻（Fructus amomi）精油的组成。优化的萃取条件：样品量取2.0mL；样品温度60℃；加热时间10min；搅拌速率1100r/min；萃取溶剂为环己烷，用量1.0μL；活塞抽动速率1.0μL/s；停留时间5.0s；重复萃取20次。在此萃取条件下，对5个不同地区所产豆蔻中的樟脑、龙脑、乙酸龙脑酯三个成分进行定量分析，发现海南产豆蔻的质量最好，且定量结果与采用水蒸气蒸馏法极为相近。

与现有的其他样品进样分析方法相比，HS-SDME的萃取条件温和、样品用量少、快速、准确、精度高，使其在新鲜植物的挥发性成分分析上更有优势。

2.酒类香成分分析

Xiao Q等用HS-SDME、直接单液滴微萃取（Direct-SDME）、顶空固相微萃取（HS-SPME）三种方法分析了啤酒中的含硫挥发性成分。通过加样回收法对比，发现HS-SDME和HS-SPME的加样回收率均可达到100%。此外，HS-SDME的样品萃取量远大于Direct-SDME，若用萃取前后目标组分的色谱峰面积比值表示浓缩倍数，HS-SDME在5min内可达到1432倍，而Direct-SDME却只达到30倍，这表明HS-SDME更适合于挥发性化合物的萃取。A Tankeviciute等研究了HS-SDME在白酒和啤酒香成分分析中的应用，对比了HS-SDME和Direct-SDME两种方法分析白酒中酯类香成分乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯、乙酸戊酯的结果，发现HS-SDME的RSD（n=5）一般小于Direct-SDME的分析结果；并采用HS-SDME法萃取分析了由乙醇、正丙醇、异丁醇、异戊醇四个标准品配制的水溶液，证明了HS-SDME适合分析啤酒中的醇类香成分。