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。

圖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. 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。

圖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. 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 Trap和SPME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。

表1：SPME 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 trap和SPME，具有一定互補(bǔ)性

采用SPME和Needle 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]樣品使用固相微萃取（SPME）和動(dòng)態(tài)針捕集（Needle trap）技術(shù)想結(jié)合來簡(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 X或Carboxen1016（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。

表2：Needle Trap應(yīng)用舉例

Needle trap（NT）動(dòng)態(tài)針捕集技術(shù)

Sampling Case 動(dòng)態(tài)針捕集采樣器

Needle trap（NT）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(２):19-23;

[2] Needle trap－GC－MS 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 2，2022.