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超詳盡干貨!微萃取新技術(shù)TF-SPME及其不同行業(yè)應(yīng)用匯總


TF-SPME是什么?

薄膜固相微萃取技術(shù)(Thin Film SPME),以下簡稱TF-SPME, 是以傳統(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)。SPME和TF-SPME都是由滑鐵盧大學(xué)的加拿大皇家科學(xué)院院士Janusz Pawliszyn教授發(fā)明,用于分析痕量VOCs和SVOCs等揮發(fā)性有機物。

 

1:TF-SPME薄膜固相微萃取


TF-SPME與SPME fiber的對比

為了解決SPME fiber有限的吸附容量萃取速率而開發(fā)了TF-SPME技術(shù),TF-SPME通過大大提高了其涂層的表面積/體積比Surface-volume vadio),不僅增加吸附容量,一定的預(yù)平衡時間內(nèi)具有更高的靈敏度。同樣為PDMS涂層,TF-SPME薄膜的表面積比100um SPME fiber的表面積增加了20倍[9]。

 

2:TF-SPME涂層表面積增加20倍[9]


TF-SPME優(yōu)勢匯總

TF-SPME一個突出的特點是吸附相的高表面積/體積比,帶來的不僅僅萃取容量和萃取效率的提升,對水基質(zhì)中萃取極性較強的化合物也有良好的效果,對萃取寬極性范圍化合物十分友好。


 

3:寬極性范圍萃取


●   縮短達到平衡所需的時間,萃取效率更高;

●   增大吸附容量,提高靈敏度,降低檢出限;

●   適用于極性和非極性的揮發(fā)性有機物和半揮發(fā)性有機物;(log P從0.34-6.53)

●   機械及化學(xué)穩(wěn)定性好,可以在惡劣環(huán)境中現(xiàn)場采樣;

●   TF-SPME應(yīng)用場景十分廣泛,適用于現(xiàn)場采樣、活體采樣及常規(guī)采樣。

●   是一種綠色環(huán)保的無溶劑萃取技術(shù)。

●  適用于所有標(biāo)準尺寸的熱脫附儀(3.5x1/4’’)。


TF-SPME類型及使用方法

英諾德提供兩種規(guī)格TF-SPME薄膜,分別是20 x4.7mm和40 x4.7mm。

 Part.1  涂層類型及規(guī)格

(1) PDMS:非極性VOCs和SVOCs;

(2) PDMS/DVB:揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機物VOCs和SVOCs;

(3) PDMS/HLB:更廣泛的極性和非極性揮發(fā)性有機物VVOCs、VOCs和SVOCs。

 Part.2  HLB涂層是什么?

HLB(Hydrophile Lipophilic Balance)是一種親水親油平衡顆粒,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)共聚而成,其特殊結(jié)構(gòu)同時保留非極性化合物和極性化合物[13]。

 

4:左圖為HLB親油性基團;右圖為HLB親水性基團

 Part.3  使用方法

TF-SPME可以從固體、液體、氣體中萃取揮發(fā)性有機物,是分析痕量揮發(fā)性有機物的新利器。

萃取——既可以頂空萃取或直接浸入式萃取,也可以作為被動采樣器進行TWA采樣。 

解析——吸附完成的TF-SPME置于空的脫附管中進行熱解析,英諾德生產(chǎn)的TF-SPME薄膜固相微萃取適用于市面上所有標(biāo)準尺寸的熱脫附儀(1/4 x 3.5’’的脫附管)。

 

應(yīng)用匯總

TF-SPME薄膜固相微萃取借助熱脫附設(shè)備把分析物引GC/GC-MS, 以實現(xiàn)更高的萃取效率和靈敏度,已被廣泛應(yīng)用于食品飲料、酒類、環(huán)境(水/空氣)、生物樣品等中的揮發(fā)性有機物分析。

 食品 

TF-SPME技術(shù)高效提取食品飲料(橙汁、葡萄汁、橄欖油、魚肝油)、酒類(啤酒、葡萄酒)中的各類揮發(fā)性香味有機化合物,在一定程度上降低檢出限和縮短萃取時間,對把關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量和了解不同品種的風(fēng)味特性以改善食品風(fēng)味起到了關(guān)鍵作用。


 

TF-SPME初次被用于測定不同品種的特級初榨橄欖油的風(fēng)味特性(M.Pilar Segura-Borrego,等人,2020)。(D.Gruszecka,等人,2021)使用PDMS/HLB涂層的TF-SPME直接浸提商業(yè)魚肝油樣品,測定5個多氯正構(gòu)烷烴(PCA)含量,以把關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量。

酒類的風(fēng)味與發(fā)酵原料的品質(zhì)和品種有直接的關(guān)系,例如葡萄的芳香成分會影響葡萄酒的品質(zhì), (Rom′an,S.M.等人,2022)使用TF-SPME技術(shù)測定葡萄汁中的揮發(fā)性成分分析。(M. N. Wieczorek等人,2022)使用兩片不同涂層的TF-SPME薄膜先后提取啤酒中非極性和極性化合物風(fēng)味物質(zhì),高性能提取寬極性范圍化合物(log P=0.34~6.53)

具體可閱讀文章1+1>2,分布TF-SPME法同時分析啤酒風(fēng)味物質(zhì)》(點擊鏈接可查看往期推文)。

 

5:分步TF-SPME提取啤酒VOCs


 環(huán)境 

TF-SPME技術(shù)特別適用于環(huán)境基質(zhì)樣品的現(xiàn)場采樣,以解決惡劣環(huán)境的采樣困難和減少采樣、運輸、儲存、轉(zhuǎn)移樣品時帶來的損失,同時可作為被動采樣裝置(TWA時間加權(quán)平衡采樣)對流動的水體或空氣污染物進行長期監(jiān)控。

(Bragg等人, 2006;Qin等人,2009;F.Ahmadi,等人,2017;Jiang,R.2014)


 


TF-SPME已被廣泛用于監(jiān)測環(huán)境不同水體的污染物分析。

2003年,TF-SPME逐漸被用于以測定湖水的多環(huán)芳烴或地表水中的農(nóng)藥殘留 (Bruheim等人,2003,H.Piri-Moghadam等人,2017)。萃取法升級!TF-SPME法分析地表水農(nóng)殘的效率翻倍(點擊鏈接可查看往期推文)

2016年,在工廠附近的湖水檢測出甲苯、二甲苯等污染物,借助薄膜固相微萃取PDMS/DVB涂層和Needle Trap動態(tài)捕集針兩種技術(shù),實現(xiàn)便攜式GC-MS的現(xiàn)場采樣和分析(Grandy,J.J.等人,2016)。(Boyac1,E.等人,2016)測定海水中的石油工業(yè)廢棄物氟代苯甲酸(FBAs)。

2018年,誕生新的涂層PDMS/HLB現(xiàn)場萃取私人消毒熱水池中的消毒副產(chǎn)物(Grandy等人,2018)。VOC神器?TF-SPME破解游泳池消毒副產(chǎn)物的秘密(點擊鏈接可查看往期推文)

2020年,TF-SPME技術(shù)與無人機聯(lián)用,現(xiàn)場采樣水中的苯系物(Grandy等人,2020)。


 

6:環(huán)境水體現(xiàn)場采樣-無人機聯(lián)用


 生物樣品 

近年來,越來越多學(xué)者把SPME技術(shù)運用在活體/體內(nèi)采樣TF-SPME也不例外。TF-SPME技術(shù)是一種簡單的、非侵入性(無創(chuàng))的揮發(fā)性有機物分析方法,被應(yīng)用于分析皮膚、唾液、呼吸氣體等樣品,為疾病診斷提供新的可能性。

 

7:皮膚&唾液活體采樣


TF-SPME技術(shù)提取人體皮膚散發(fā)的VOCs成分和人體呼吸氣體中的33種VOCs(R.Jiang,等人,2013,K. Murtada,等人2021)。同時使用TF-SPME和Blade兩種薄膜(片)固相微萃取技術(shù)在人體內(nèi)快速提取唾液樣品5min,驗證49種違禁物質(zhì)和唾液中內(nèi)源性類固醇(V.Bessonneau,等人,2015)。

生物體內(nèi)散發(fā)的VOCs成分往往含量非常低,TF-SPME由于其較大表面積體積比,可以提供更高的萃取效率和靈敏度。


發(fā)展歷程

 


 INNOTEG 


 英諾德



英諾德(INNOTEG)是一家專業(yè)從事科學(xué)儀器設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)的高科技企業(yè),是集實驗室設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)、方法開發(fā)、實驗室儀器銷售和技術(shù)服務(wù)為一體的專業(yè)廠家。

公司重視技術(shù)的研究和儲備,一直保持高比例研發(fā)投入,創(chuàng)建了一支由博士、碩士和行業(yè)專家等構(gòu)成的經(jīng)驗豐富,技術(shù)精湛的研發(fā)團隊;與各大科研院所、高校合作,積極推進科技成果項目的產(chǎn)業(yè)化;同時,英諾德與國內(nèi)外知名儀器設(shè)備廠家建立長期戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系,為廣大客戶提供更多產(chǎn)品及一站式的解決方案。


參考文獻

[1] M. Pilar Segura-Borrego, Rocío Ríos-Reina, Cristina Ubeda, Raquel M. Callejón ,M. Lourdes Morales, Foods ,2020, 9(6), 748.

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[3] Sandra Marín-San Rom′an, Jos′e Miguel Carot, Itziar S′aenz de Urturi, Pilar Rubio-Bret′on,,Eva P. P′erez-′Alvarez , Teresa Garde-Cerd′an, Anal Chim Acta ,1226 (2022) 340254.

[4] M. N. Wieczorek , W.Zhou , J. Pawliszyn, Food Chemistry ,389 (2022) 133038.

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[6] Z. Qin, L. Bragg, G. Ouyang, V.H. Niri, J. Pawliszyn, J. Chromatogr. A. 1216 (2009) 6979.

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[8] R. Jiang,J.Pawliszyn, Anal Chem, (2014)86(1):403-10.

[9] Bruheim, X. Liu, J. Pawliszyn, Anal. Chem. 75 (2003) 1002.

[10] H.Piri-Moghadam, E.Gionfriddo, A. Rodriguez-Lafuente ,J. J. Grandy, H. L. Lord , T. Obal , J. Pawliszyn, Anal Chim Acta ,964(2017)74-78.

[11] J.J. Grandy, E。Boyac?, J. Pawliszyn, Anal. Chem, (2016)88(3):1760-7.

[12] E.Boyac?, K. Gory′nsk, C. R. Viteri, J.Pawliszyn, J.Chromatography A, 1436 (2016) 51–58.

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[14] J. J. Grandy, V.Galpin, V.Singh, J.Pawliszyn, Anal Chem, (2020)92(19):12917-12924.

[15] R. Jiang, E.Cudjoe, B.Bojko, T.Abaffy, J. Pawliszyn, Anal Chim Acta 804 (2013) 111– 119.

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[17] V.Bessonneau, E.Boyaci, , M.Maciazek-Jurczyk, J.Pawliszyn, Anal Chim Acta,856(2015)35-45.

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