一种灵巧的微量固相萃取技术（MEPS）
往期讲座内容见：傅若农老师讲气相色谱技术发展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(Microextractionbypackedsorbent，MEPS)，它是2004年出现的一种精巧、环保、便利的固相萃取方法，(JChromatogrB,2004，801：317–321 JMassSpectrom，2004，39(12)：1488)由瑞典阿斯特拉公司研发部(AstraZenecaR&DSodertalje)的MohamedAbdel-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(10μ L-1000μ L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。1MEPS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(100，250μ L)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-μ L或250-μ L气密MEPS注射器，它可以经受正常SPE的压力。图1MEPS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10μ L，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。2MEPS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2MEPS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(TrendsinAnalyticalChemistry，2016，77：23–43)，下一讲讨论这一问题。3MEPS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3MEPS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SPME96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TomtecQuadra96结合使用图。 (VuckovicD，TrAC,2013,45:136-153)4MEPS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-MSJChromatogrB，2004,801：317–3212肌氨酸MIP人血浆，尿液LC-MS/MSJSepSci，2014,doi:10.1002/jssc.2014011163局部麻醉药硅基苯磺酸阳离子交换剂人血浆LC-MS/MSJChromatogr，2004，B813：129–135.46-(苄基氨基)-2(R)-[[1-(羟甲基)丙基]氨基]-9-异丙基嘌呤（Roscovitine）聚苯乙烯聚合物ISOLUTEENV+血浆，尿液LC-MS/MSJChromatogrB，2005，817：303–3075奥罗莫星（Olomoucine）聚苯乙烯聚合物人血浆LC-MS/MSAnalChimActa，2005，539：35–396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/MSJLiqChromatogrRelatTechnol，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/MSJLiqChromatogrRelatTechnol，2007，30：575–5868美沙酮Csilica-C8血浆，尿液GC/MSJSepSci，2007，30：2501–25059环磷酰胺C2-吸附剂病人血浆LC-MS/MSJLiqChromatogrRelatTechnol，2008，31：683–694.10AZD3409（N-[2-[2-(4-氟苯基)乙基]-5-[[[(2S,4S)-4-[(3-吡啶羰基)硫代]-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/MSJChromatogrSci，2008，46：518–523.11布比卡因和[d3]-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/MSAnalChimActa，2008，630：116–12312氟喹诺酮类C18尿样CE-MSAnalChem，2009，81：3188–319313可卡因及其代谢物C8,ENV+,OasisMCX，CleanScreenDAU人尿样MS-TOFJAmSocMassSpectrom，2009，20：891–89914麻醉药品C18人血浆CE-MSElectrophoresis，2009，30：1684–169115甲基安非他明和安非他明C18头发MiAMi–GC/MSJChromatogrA，2009，1216：4063–407016溶解性有机物和天然有机物C18河水海水样品FT-ICR-MSAnalBioanalChem，2009，395：797–80717单萜类代谢产物C18人尿样GC/MSMicrochimActa，2009，166：109–11418有机优先污染物和暴露的化合物C18硅胶废水和雪水GC/MSJChromatogrA，2010，1217：6002–601119抗抑郁药C8人血浆LC-UVJChromatogrB，2010，878：2123–212920利培酮及其代谢产物C8血浆和唾液LC库伦检测器Talanta，2010，81：1547–155321紫外滤光片和多环麝香化合物C8，C18水样GC-MSJChromatogrA，2010，1217：2925–293222奥卡西平及其代谢物C18血浆和唾液LC-DADAnalChimActa，2010，661：222–22823可替宁C2,C8,C18，硅胶，C8/SCX人尿样GC–MSAnalBioanalChem，2010，396：937–94124甾体代谢物C18动物尿样GC–MSJChromatogrA，2010，1217：6652–666025利培酮和9-羟利培酮C8人血浆、尿样，唾液LC-UVJChromatogrB，2011，879：167–17326氟喹诺酮类化合物MIP水样LC–MS/MSAnalChimActa，2011，685：146–15227非极性杂环胺C18尿样μ LC-荧光检测Talanta，2011，83：1562–156728瑞芬太尼C8人血浆LC–MS/MSJChromatogrB，2011，879：815–81829氯氮平及其代谢产物--干血斑LC库伦检测器JChromatogrA，2011，1218：2153–215930阿托伐他汀及其代谢产物C8病人血清UHPLC-MS/MSJPharmBiomedAnal，2011，55：301–30831氯贝酸，布洛芬，萘普生，双氯芬酸和布洛芬C18水样PTV–GC–MSJChromatogrA，2011，1218：9390–939632雌激素类化合物的17β -雌二醇MIP，C18-硅胶（改性）水样GC–MSAnalChimActa，2011，70341–5133阿片类药物C8海洛因成瘾患者血浆LC-CDAnalChimActa，2011，702：280–28734(E)-白藜芦醇C2,C8,C18,SIL（未改性硅胶）,M1（80%C8和20%SCX)酒UPLC-PDAJSepSci，2011，34：2376–238435美沙酮C18干血斑（美沙酮维持治疗患者）LC库伦检测器AnalBioanalChem，2012，404：503–51136黑索金，TNTC18人血浆，火药LC-UVChromatographia，2012，75：739–74537多环芳烃C18水GC–MSTalanta，2012，94：152–15738免疫抑制药物C8全血LC–MS/MSJChromatogrB，2012，897：42–4939生物相关的酚类成分C2,C8,C18,SIL,andM1酒UPLC-PDAJChromatogrA，2012，1229：13–2340哌嗪类兴奋剂C18人尿样LC-DADJPharmBiomedAnal，2012，61：93–9941精神治疗药C18,C8,和C8-SCX人血清LC-DADAnalBioanalChem，2012，402：2249–225742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RapidCommunMassSpectrom，2012，26：297–30343普伐他汀普伐他汀内酯C8大鼠血清和尿样UHPLC–MS/MSTalanta，2012，90：22–2944酚酸C18血浆GC–MSJChromatogrA，20121226：71–7645抗癫痫剂C18人血浆和尿样LC-UVJSepSci，2012，35：359–36646离子液体硅胶河水CETalanta，2012，89：124–12847有机磷农药聚吡咯/尼龙水样GC–MSJSepSci，2012，35：114–12048挥发性和半挥发性成分C2,C8,C18,硅胶和M1(混合C8-SCX)酒GC–MSTalanta，2012，88：79–9449哌嗪类兴奋剂C8，C18人尿样UPLC-DADJChromatogrA，2012，1222：116–12050感觉神经元特异性受体激动剂BAM8-22和拮抗剂BAM22-8C2,C8和ENV+血浆GC-MS,LC-MSBiomedChromatogr，27，2013：396–40351大环麝香香水C18废水GC-MSJChromatogrA，2012，1264：87–9452多环芳烃C8水GC-MSJChromatogrA，2012，1262：19–2653抗癫痫药物C18人血浆和尿液GC-MSJSepSci，2012，35：2970–297754卤代苯甲醚C18酒GC-ECDJChromatogrA，2012，1260：200–20555芳香胺C18环境水样GC-MSAnalBioanalChem，2012，404：2007–201556农药聚苯胺纳米线水样GC-MSAnalChimActa，2012，739：89–9857黄酮醇C2、C8、C18和C8/SCX，SIL葡萄酒UPLC-DADAnalChimActa，2012，739：89–9858褪黑素与其他抗氧化剂C8食品LC-荧光检测JPinealRes，2012，53：21–2859L-抗坏血酸的测定C2,C8,C18和含C8的硅胶类似M1饮料LC-UVFoodChem，2012，135：1613–161860卤代乙酸C18氯化水GC-MSJChromaogrA，2013，1318：35–4261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/MSBiomedChromatogr，2013，27：1481–148862心脏药物C8尿液UHPLC-MS/MSJChromatogrB，2013，938：86–95635-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-CEJBrazChemSoc，2013，24：1635–164164麝香酮C18河水表面增强拉曼光谱（SERS）AnalBioanalChem，2013，405：7251–725765利多卡因C8唾液LC-MS/MSBiomedChromatogr，2013，27：1188–119166非甾体类抗炎药C18人尿UHPLC-UVJChromatogrA，2013，1304：1–967苯基黄酮C2、C8、C18，SIL，M1啤酒UHPLC-DADJChromatogrA，2013，1304：42–5168大麻类C18口服液LC-MS/MSJChromatogrA，2013，1301：139–14669氯苯C18水样GC-MSAnalBioanalChem，2013，405：6739–6748.70迷迭香酸CMK-3纳米碳水样LC-UVChromatographia，2013，76：857–86071氧化应激生物标记物C2,C8,C18,SIL，M1病人尿样UHPLC-PDATalanta，2013，116：164–17272橄榄生物酚CMK-3纳米碳大鼠血浆LC-UV73AnalSci，2013，29：527–53273抗精神病药物80%C820%SCX血浆GC-MS/MSAnalBioanalChem，2013，405：3953–396374多环芳烃和硝基麝香C18环境水LVI-GC–MSAnalChimActa，2013，773：68–7575氧化损伤DNA尿中的生物标记物C8尿LC-PDAPLoSONE8(2013)e5836676抗精神病药物C18血浆GC-MSAnalChimActa，2013，773：68–7577羟基苯甲酸和羟基酸C2、C8、C18和C8，SIL/SCX葡萄酒LC-PDAMicrochemJ，2013，106：129–13878抗精神病药齐拉西酮C2血浆LC-UVJPharmBiomedAnal，2014，88：467–47179可的松，皮质酮，acortisolC8唾液、血浆、尿液和血液LC-DADJPharmBiomedAnal，2014，88：643–64880恩替卡韦多孔石墨化碳颗粒血浆，血浆超滤液LC-MS/MSJPharmBiomedAnal，2014，88：337–34481莱克多巴胺C18和C8/SCX,8μ L容器猪肌肉和尿液样本LC-UVFoodChem，2014，145：789–79582芳香胺DVB纺织品中偶氮染料GC-MSTalanta，2014，119：375–38483氨基甲酸乙酯SIL,C2,C8,C18,andM1强化葡萄酒GC-MSAnalChimActa，2014，818：29–3584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/MSM.M.Moein(Ph.D.thesis),StockholmUniversity,201485多环芳香族碳氢化合物C8水样GC-MSJChromatogrA，2006，1114：234–23886布比卡因，利多卡因，罗哌卡因C18人血样LC-MS/MSBioanalysis，2010，2：197–20587卤乙酸C18氯化水GC-MSJChromatogrA，2013，1318：35–4288三环类抗抑郁药C8/SCX口腔液体UHPLC–MSChromatogrA，2014，1337：9–1689氯酚C18土壤样品GC-MSJChromatogrA，2014，1359：52–5990溴联苯醚C18污泥GC-MSJChromatogrA，2014，1364：28–3591非甾体类抗炎药物C18血浆和尿样HPLC-PDAJChromatogrA1367(2014)1–892瘦肉精，MIP猪肉样品HPLCJPharm.BiomedAnal.91(2014)160–16893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-DADJChromatogrB971(2014)20–2994千金藤素C8血浆UPLCJAnalMethodsChem，2014，2014：1–695磺胺类药物C8鸡粪废水样品HPLCJLiqChromatogrRelatTechnol，2014，37：2377–238896五种抗精神病药（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/MSTalanta1，2015，40：166–17597肉碱和酰基肉碱C2，C8，C18，M1人尿LC–MS/MSJPharmaceuBiomedAnal，2015，109：171–17698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JPharmaceuBiomedAnal，2015，104：122–12999氯胺酮及其代谢物M1血浆GC-MS/MSJChromatogrB,2015，1004：67–78100贝塔受体阻滞剂美托洛尔，醋丁洛尔Carbon-XCOS血浆LC-MS/MSJChromatogrB,2015，992：86–905小结 样品制备是分析复杂样品的难题，例如对生物分析样品的处理，其成分复杂，有时样品量很少，所以MEPS很适合在这一场合的应用，从举出的100例应用中也可以看出它适合于生物样品分析的前处理。
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