傅若农：一种灵巧的微量固相萃取技术（MEPS）

Kevin

2017/10/30

私聊

气相色谱（GC）

傅若农教授是我国老一辈色谱研究专家，见证了我国气相色谱研究的发展，为我国培养了众多色谱研究人才。此次仪器信息网特邀傅若农教授亲述气相色谱技术发展历史及趋势，以飨读者。
往期讲座内容见：傅若农老师讲[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱技术发展[/url]

第十九讲一种灵巧的微量固相萃取技术（MEPS）

　　大家知道在分析和生物分析方法的开发中，样品处理是十分重要的一步。现代分析对一个样品的分析测定所用的时间越来越短，但是，样品制备过程所用的时间却仍然很长。据统计，在大部分的仪器分析实验室中，将一个原始样品处理成可直接用于仪器分析测定的样品状态,所消耗的时间约占整个分析时间的60-70%。在各种样品前处理方法中，目前各种无(少)溶剂的绿色样品处理技术成为仪器分析主要的前处理方法。当然近年最具吸引力的技术是固相微萃取(SPME)，它是从固相萃取(SPE)衍生出来的一种无溶剂的样品处理技术，从SPE衍生出来的另一种微量固相萃取方法是填充吸着剂微萃取(Microextraction by packed sorbent ，MEPS )，它是2004年出现的一种精巧、环保、便利的固相萃取方法，(J Chromatogr B, 2004，801：317-321;J Mass Spectrom，2004，39 (12)：1488)由瑞典阿斯特拉公司研发部(AstraZeneca R&D Sodertalje)的Mohamed Abdel-Rehim首先提出的。Abdel-Rehim (现时在瑞典斯德哥尔摩大学分析化学系)在2015年发表一篇有关MEPS的综述文章(TrAC，2015，67：34-44)，讲述这一技术的发生和发展及其应用，这里以此文为主综合介绍MEPS的概况及应用。
　　MEPS是一种小型化的固相萃取(SPE)技术，用于样品的纯化，但与一般SPE有显著差异，它是把吸着剂直接集成到注射器中(BIN)，而不是一个单独的小柱子。因此，不需要使用一个单独的萃取装置。MEPS甚至可以用于血浆或尿液样进行100次以上的萃取纯化，而常规固相萃取小柱只能使用一次。MEPS 可以处理容量小的样品或容量大的样品(10μL -1000μL 血浆，尿或水样)，可与气相色谱/质谱，液相色谱/质谱，毛细管电色谱/质谱联用。可在反相、正相，混合离子交换模式下使用。用注射器作为进样装置，可以自动化，包括样品处理，萃取和注射等步骤。SPE的洗脱处理只能是从上到下，而MEPS可以从两个方向洗脱处理。
1 MEPS的装置
　　MEPS的装置是把大约2mg 固体吸着剂像塞子一样装到注射器(100，250μL)的筒和针之间，如图1所示，这种技术结合样品萃取、预浓缩和洗脱于一体，设备有两部分：MEPS注射器和MEPS床，也叫做BIN，BIN包括MEPS床(固体吸着剂)，和填充MEPS床的注射器针。BIN使用100-μL 或 250-μL气密MEPS注射器，它可以经受正常SPE的压力。

图 1 MEPS的装置

　　当BIN失效或需要更换其他吸着剂时，把螺母拧开更换旧的BIN，换上新的BIN。整个装置可以手动或在线使用，MEPS适合于使用反相、正相、和离子交换模式下进行萃取富集。一般上讲，MEPS可以适应SPE的特点要求，只是把有效体积缩小到10 μL，这样可以适应于LC或GC的自动进样注射器进样。MEPS的特点是使用很少量吸着剂，并且用很少量溶剂就可以把样品洗脱下来。
2 MEPS 的各种形式
　　MEPS经过多年的研究进化，从手动(装在注射器中，或叫BIN)到半自动和全自动装置，见图 2。

图 2 MEPS 的各种形式

　　MEPS的最重要的部分是吸着剂，重要的吸着剂见图3，最常用的是以硅胶为基质的键合于硅胶表面的烷烃固定相C2、C8和C18，很多研究者也喜欢使用聚酯类吸着剂。

　　通用型吸着剂的缺点是没有选择性，为了克服这个问题，人们选择分子印迹聚合物(MIPs)，用以识别特异性的目标化合物。另一方面MEPS 也使用聚吡咯或聚酰胺类吸着剂，它们成功地用于杀虫剂和水性样品的分离。此外有人合成了聚苯胺(PANI)纳米丝，做成网络用于从水样中选择性分离三嗪、有机氯、有机磷农药。
　　近来Abdel-Rehim 研究组合成了一些适合于MEPS的新型吸着剂，具有高效、耐用、易于使用的特点，例如碳基吸着剂材料、针内溶胶凝胶MIP、溶胶凝胶MIP修饰的膜、和溶胶凝胶MIP 点纺丝吸着剂。有关样品萃取吸着剂有多种多样品种可供选择(Trends in Analytical Chemistry， 2016，77：23-43)，下一讲讨论这一问题。
3 MEPS装置的自动化应用举例
　　MEPS自动化是把MEPS与自动进样器结合起来组成一个系统，来完成MEPS的所有步骤，包括样品的保温、萃取、清洗、温度控制、萃取和解析的时间控制，通过计算机上的操作系统来进行整个分析过程，这种设备有多家公司的商品仪器出售。
　　这种自动化的MEPS再与96微盘进样结合起来，可以大大缩短总分析时间，构成高通量分析模式。 MEPS 自动化可以使用多支萃取头组成萃取头集合，如图3的A，也可以和管尖填充固定相微萃取(MEPS)，如图3的F，它的结构是萃取头放在微量吸液管的管尖处。也可以使用管内SPME或固相微萃取棒与HPLC组成自动化系统。

图 3 MEPS的自动化设备

图 3 的说明：
　　A-- 多个萃取头集合;B--96支微管机械手操作台：(1)96-TFME(薄膜微萃取)设备，(2,4,5)是轨道搅拌器，分别用于预处理、萃取、和解析，(3)是固定相洗涤台，(6)是96支微管的氮气排空设备，(7)是注射器臂，(8)是XYZ行程臂，用于TFME或氮气排空设备准确地定位，置于多管萃取瓶(2-5)上;C—是B图中TFME设备的详图;D—是TFME与 DESI (脱附电喷雾电离)结合图，其中(1)电喷雾器，(2)进样毛细管，(3)是TFME设备固定于台子上，(4)是旋转台，(5)是按XYZ方向运行的样品台，(6)是气源，(7)是溶剂瓶;E—处于轨道搅拌器位置的活体SPME 96微管解析设备;F--管尖填充固定相微萃取设备详图;G--管尖固相微萃取设备与商品Tomtec Quadra 96结合使用图。
　　(Vuckovic D，TrAC,2013,45:136-153)
4 MEPS在各个方面的应用举例
　　MEPS 近年有很多应用，下表1列出100例的应用实例。
表 1 近年 MEPS 应用举例

	分析物	吸着剂	基体	方法	文献
1	利多卡因，甲哌卡因、布比卡因，罗哌卡因	C18	人血浆	Gc-MS	J Chromatogr B，2004, 801：317-321
2	肌氨酸	MIP	人血浆，尿液	LC-MS/MS	J Sep Sci，2014, doi:10.1002/jssc.201401116
3	局部麻醉药	硅基苯磺酸阳离子交换剂	人血浆	LC-MS/MS	J Chromatogr，2004， B 813：129-135.
4	6-(苄基氨基)-2(R)-氨基]-9-异丙基嘌呤（Roscovitine）	聚苯乙烯聚合物ISOLUTE ENV +	血浆，尿液	LC-MS/MS	J Chromatogr B，2005， 817：303-307
5	奥罗莫星（Olomoucine）	聚苯乙烯聚合物	人血浆	LC-MS/MS	Anal Chim Acta，2005， 539： 35-39
6	罗哌卡因，利多卡因，代谢物（甘氨酰二甲苯胺，甘氨酸二甲代苯胺，3-OH-利多卡因）	硅胶基（C8），聚合物（ ENV+），和甲基丙烯酸甲酯的有机整体柱	血浆，尿液	LC-MS/MS	J Liq Chromatogr Relat Technol，2006，29：829-840.
7	醋丁洛尔，美托洛尔	聚苯乙烯聚合物	血浆，尿液	LC-MS/MS	J Liq Chromatogr Relat Technol， 2007，30：575-586
8	美沙酮	Csilica-C8	血浆，尿液	GC/MS	J Sep Sci，2007，30：2501-2505
9	环磷酰胺	C2-吸附剂	病人血浆	LC-MS/MS	J Liq Chromatogr Relat Technol， 2008，31： 683-694.
10	AZD3409（ N--5--2-吡咯啉]甲基]氨基]苄基]-L-蛋氨酸 1-甲基乙酯）	C2, C8, 聚苯乙烯聚合物	大鼠，狗和人血浆样品	LC-MS/MS	J Chromatogr Sci，2008，46：518-523.
11	布比卡因和 -甲哌卡因	C18羟基化聚苯乙烯二乙烯基本共聚物(ENV+)	血浆样品	LC-MS/MS	Anal Chim Acta，2008， 630 ： 116-123
12	氟喹诺酮类	C18	尿样	CE-MS	Anal Chem，2009，81：3188-3193
13	可卡因及其代谢物	C8 , ENV+ ,Oasis MCX，Clean Screen DAU	人尿样	MS-TOF	J Am Soc Mass Spectrom，2009，20：891-899
14	麻醉药品	C18	人血浆	CE-MS	Electrophoresis， 2009，30 ：1684-1691
15	甲基安非他明和安非他明	C18	头发	MiAMi-GC/MS	J Chromatogr A，2009， 1216 ：4063-4070
16	溶解性有机物和天然有机物	C18	河水海水样品	FT-ICR-MS	Anal Bioanal Chem， 2009， 395：797-807
17	单萜类代谢产物	C18	人尿样	GC/MS	Microchim Acta，2009，166：109-114
18	有机优先污染物和暴露的化合物	C18硅胶	废水和雪水	GC/MS	J Chromatogr A，2010， 1217 ：6002-6011
19	抗抑郁药	C8	人血浆	LC-UV	J Chromatogr B，2010， 878：2123-2129
20	利培酮及其代谢产物	C8	血浆和唾液	LC库伦检测器	Talanta，2010，81：1547-1553
21	紫外滤光片和多环麝香化合物	C8，C18	水样	GC-MS	J Chromatogr A，2010，1217：2925-2932
22	奥卡西平及其代谢物	C18	血浆和唾液	LC-DAD	Anal Chim Acta，2010， 661：222-228
23	可替宁	C2, C8, C18，硅胶，C8/SCX	人尿样	GC-MS	Anal Bioanal Chem，2010，396：937-941
24	甾体代谢物	C18	动物尿样	GC-MS	J Chromatogr A，2010，1217：6652-6660
25	利培酮和9-羟利培酮	C8	人血浆、尿样，唾液	LC-UV	J Chromatogr B，2011，879：167-173
26	氟喹诺酮类化合物	MIP	水样	LC-MS/MS	Anal Chim Acta，2011，685：146-152
27	非极性杂环胺	C18	尿样	μLC-荧光检测	Talanta，2011，83：1562-1567
28	瑞芬太尼	C8	人血浆	LC-MS/MS	J Chromatogr B，2011，879：815-818
29	氯氮平及其代谢产物	--	干血斑	LC库伦检测器	J Chromatogr A，2011，1218：2153-2159
30	阿托伐他汀及其代谢产物	C8	病人血清	UHPLC-MS/MS	J Pharm Biomed Anal，2011，55：301-308
31	氯贝酸，布洛芬，萘普生，双氯芬酸和布洛芬	C18	水样	PTV-GC-MS	J Chromatogr A，2011，1218：9390-9396
32	雌激素类化合物的17β-雌二醇	MIP，C18-硅胶（改性）	水样	GC-MS	Anal Chim Acta，2011，703 41-51
33	阿片类药物	C8	海洛因成瘾患者血浆	LC-CD	Anal Chim Acta，2011，702：280-287
34	(E)-白藜芦醇	C2, C8, C18, SIL（未改性硅胶）, M1（80% C8 和 20% SCX)	酒	UPLC-PDA	J Sep Sci，2011，34 ：2376-2384
35	美沙酮	C18	干血斑（美沙酮维持治疗患者）	LC库伦检测器	Anal Bioanal Chem，2012，404：503-511
36	黑索金，TNT	C18	人血浆，火药	LC-UV	Chromatographia，2012，75：739-745
37	多环芳烃	C18	水	GC-MS	Talanta，2012， 94：152-157
38	免疫抑制药物	C8	全血	LC-MS/MS	J Chromatogr B，2012，897：42-49
39	生物相关的酚类成分	C2, C8, C18, SIL, and M1	酒	UPLC-PDA	J Chromatogr A，2012，1229：13-23
40	哌嗪类兴奋剂	C18	人尿样	LC-DAD	J Pharm Biomed Anal，2012，61：93-99
41	精神治疗药	C18, C8,和 C8-SCX	人血清	LC-DAD	Anal Bioanal Chem，2012，402：2249-2257
42	普萘洛尔、美托洛尔、维拉帕米	C2, C8, C18, 1M（阳离子交换剂）和Sil	尿样	微量毛细管阵列电离质谱	Rapid Commun Mass Spectrom，2012，26：297-303
43	普伐他汀普伐他汀内酯	C8	大鼠血清和尿样	UHPLC-MS/MS	Talanta，2012，90：22-29
44	酚酸	C18	血浆	GC-MS	J Chromatogr A，2012 1226：71-76
45	抗癫痫剂	C18	人血浆和尿样	LC-UV	J Sep Sci，2012，35：359-366
46	离子液体	硅胶	河水	CE	Talanta，2012， 89：124-128
47	有机磷农药	聚吡咯/尼龙	水样	GC-MS	J Sep Sci，2012，35：114-120
48	挥发性和半挥发性成分	C2, C8, C18, 硅胶和 M1 (混合 C8-SCX)	酒	GC-MS	Talanta，2012，88：79-94
49	哌嗪类兴奋剂	C8， C18	人尿样	UPLC-DAD	J Chromatogr A，2012，1222：116-120
50	感觉神经元特异性受体激动剂BAM8-22和拮抗剂BAM22-8	C2, C8和ENV+	血浆	GC-MS, LC-MS	Biomed Chromatogr， 27，2013：396-403
51	大环麝香香水	C18	废水	GC-MS	J Chromatogr A，2012，1264：87-94
52	多环芳烃	C8	水	GC-MS	J Chromatogr A，2012，1262：19-26
53	抗癫痫药物	C18	人血浆和尿液	GC-MS	J Sep Sci，2012，35：2970-2977
54	卤代苯甲醚	C18	酒	GC- ECD	J Chromatogr A，2012，1260：200-205
55	芳香胺	C18	环境水样	GC-MS	Anal Bioanal Chem，2012，404：2007-2015
56	农药	聚苯胺纳米线	水样	GC-MS	Anal Chim Acta，2012，739：89-98
57	黄酮醇	C2、C8、C18和C8 / SCX，SIL	葡萄酒	UPLC-DAD	Anal Chim Acta，2012， 739：89-98
58	褪黑素与其他抗氧化剂	C8	食品	LC-荧光检测	J Pineal Res，2012，53：21-28
59	L-抗坏血酸的测定	C2, C8, C18和含C8的硅胶类似M1	饮料	LC-UV	Food Chem，2012，135：1613-1618
60	卤代乙酸	C18	氯化水	GC-MS	J Chromaogr A，2013，1318：35-42
61	局部麻醉剂：利多卡因，甲哌卡因和布比卡因	MIP	血浆和尿液	LC-MS/MS	Biomed Chromatogr，2013，27：1481-1488
62	心脏药物	C8	尿液	UHPLC-MS/MS	J Chromatogr B，2013，938：86-95
63	5-羟色胺再摄取抑制剂，抗抑郁药	C8和强阳离子交换剂	血浆	非水-CE	J Braz Chem Soc，2013，24：1635-1641
64	麝香酮	C18	河水	表面增强拉曼光谱（SERS）	Anal Bioanal Chem，2013，405：7251-7257
65	利多卡因	C8	唾液	LC-MS/MS	Biomed Chromatogr，2013，27：1188-1191
66	非甾体类抗炎药	C18	人尿	UHPLC-UV	J Chromatogr A，2013，1304：1-9
67	苯基黄酮	C2、C8、C18，SIL，M1	啤酒	UHPLC-DAD	J Chromatogr A，2013，1304：42-51
68	大麻类	C18	口服液	LC-MS/MS	J Chromatogr A，2013，1301：139-146
69	氯苯	C18	水样	GC-MS	Anal Bioanal Chem，2013，405：6739-6748.
70	迷迭香酸	CMK-3纳米碳	水样	LC-UV	Chromatographia，2013， 76：857-860
71	氧化应激生物标记物	C2,C8,C18,SIL，M1	病人尿样	UHPLC-PDA	Talanta，2013， 116：164-172
72	橄榄生物酚	CMK-3纳米碳	大鼠血浆	LC-UV	73 Anal Sci，2013，29：527-532
73	抗精神病药物	80% C8 20% SCX	血浆	GC-MS/MS	Anal Bioanal Chem，2013，405：3953-3963
74	多环芳烃和硝基麝香	C18	环境水	LVI-GC-MS	Anal Chim Acta，2013， 773 ：68-75
75	氧化损伤DNA尿中的生物标记物	C8	尿	LC-PDA	PLoS ONE 8 (2013)e58366
76	抗精神病药物	C18	血浆	GC-MS	Anal Chim Acta，2013， 773：68-75
77	羟基苯甲酸和羟基酸	C2、C8、C18和C8，SIL / SCX	葡萄酒	LC-PDA	Microchem J，2013，106：129-138
78	抗精神病药齐拉西酮	C2	血浆	LC-UV	J Pharm Biomed Anal，2014，88：467-471
79	可的松，皮质酮，acortisol	C8	唾液、血浆、尿液和血液	LC-DAD	J Pharm Biomed Anal，2014，88：643-648
80	恩替卡韦	多孔石墨化碳颗粒	血浆，血浆超滤液	LC-MS/MS	J Pharm Biomed Anal，2014，88：337-344
81	莱克多巴胺	C18和 C8/SCX, 8μL容器	猪肌肉和尿液样本	LC-UV	Food Chem，2014，145：789-795
82	芳香胺	DVB	纺织品中偶氮染料	GC-MS	Talanta，2014， 119：375-384
83	氨基甲酸乙酯	SIL, C2, C8, C18, and M1	强化葡萄酒	GC-MS	Anal Chim Acta， 2014，818：29-35
84	贝塔受体阻滞剂美托洛尔和醋丁洛尔	聚苯乙烯	人血浆和尿样	C-MS/MS	M.M. Moein (Ph.D. thesis), Stockholm University, 2014
85	多环芳香族碳氢化合物	C8	水样	GC-MS	J Chromatogr A，2006， 1114：234-238
86	布比卡因，利多卡因，罗哌卡因	C18	人血样	LC-MS/MS	Bioanalysis，2010， 2：197-205
87	卤乙酸	C18	氯化水	GC-MS	J Chromatogr A，2013， 1318：35-42
88	三环类抗抑郁药	C8/SCX	口腔液体	UHPLC-MS	Chromatogr A，2014， 1337：9-16
89	氯酚	C18	土壤样品	GC-MS	J Chromatogr A，2014， 1359：52-59
90	溴联苯醚	C18	污泥	GC-MS	J Chromatogr A，2014， 1364：28-35
91	非甾体类抗炎药物	C18	血浆和尿样	HPLC-PDA	J Chromatogr A 1367 (2014) 1-8
92	瘦肉精，	MIP	猪肉样品	HPLC	J Pharm.Biomed Anal. 91 (2014) 160-168
93	卡马西平、拉莫三嗪，奥卡西平，苯巴比妥，苯妥英和活性代谢物环氧化卡马西平和利卡西平	C18	血浆	HPLC-DAD	J Chromatogr B 971 (2014) 20-29
94	千金藤素	C8	血浆	UPLC	J Anal Methods Chem，2014，2014：1-6
95	磺胺类药物	C8	鸡粪废水样品	HPLC	J Liq Chromatogr Relat Technol，2014，37：2377-2388
96	五种抗精神病药（奥氮平、奎硫平、氯氮平、氟哌啶醇、氯丙嗪）和七中抗抑郁药（米氮平、帕罗西汀、舍曲林、西酞普兰，氯丙咪嗪，丙咪嗪、氟西汀）	氨丙基杂化硅胶整体柱	血浆	LC-MS/MS	Talanta1，2015，40：166-175
97	肉碱和酰基肉碱	C2，C8，C18，M1	人尿	LC-MS/MS	J Pharmaceu Biomed Anal，2015，109：171-176
98	儿茶酚胺类（如去甲肾上腺素、肾上腺素和多巴胺）	C18	干燥血浆和尿渍	HPLC-库伦检测器	J Pharmaceu Biomed Anal，2015，104：122-129
99	氯胺酮及其代谢物	M1	血浆	GC-MS/MS	J Chromatogr B, 2015，1004：67-78
100	贝塔受体阻滞剂美托洛尔，醋丁洛尔	Carbon-XCOS	血浆	LC-MS/MS	J Chromatogr B, 2015，992：86-90