你知道嗎？

啤酒的風味物質組成十分復雜，主要由如醇類、脂類、醛類、酮類等物質組成，這些物質的種類和數量直接決定了啤酒的風味特性。風味化合物除了有非極性的揮發性有機物VOCs和半揮發性有機物SVOCs以外，還有一部分是極性的揮發物質難以被萃取分析。

那么，我們可以設想一下，有沒有一種技術可以同時萃取非極性和極性的風味化合物？

小編舉手回答：TF-SPME薄膜固相微萃取技術可以幫到您。

 問： 請問什么是TF-SPME薄膜固相微萃取技術？

 答： TF-SPME技術是一種具有高萃取相體積與高表面積的新型無溶劑萃取技術。

 問： TF-SPME的適用范圍？

 答  (1) 痕量VOCs或SVOCs分析

      (2) 同時萃取低分子量極性和非極性分析物。

 問： 還想請問一下TF-SPME薄膜有哪幾種填料類型？

 答： (1) PDMS：非極性VOCs和SVOCs;

      (2) PDMS/DVB：VOCs和SVOCs的一般分析;

      (3) PDMS/HLB：更廣泛的極性和非極性化合物分析。

SPME固相微萃取技術

圖1：固相微萃取纖維SPME fiber

SPME固相微萃取技術是基于分析物在樣品基質與吸附劑之間的分配平衡，已被廣泛應用于風味物質分析。然而，SPME fiber具有一定的局限性，小型化的設計限制了吸附劑涂層的表面積和體積，從而限制了萃取相的吸附容量和影響分析物的萃取速率。

近年來，以傳統Fiber為原型，把吸附相涂在碳網片上的固相微萃取新技術——薄膜固相微萃取技術(簡稱TF-SPME或Thin Film SPME)，大大提高了吸附劑的萃取相體積和比表面積，從而增加吸附容量，通過熱脫附設備熱解析與GC-MS耦合，降低GC-MS的檢測限。

TF-SPME裝置

TF-SPME由加拿大皇家科學院院士Janusz Pawliszyn教授發明，用于分析超痕量的VOCs和SVOCs等揮發性有機物。具有以下特點：

●   減少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；

●   適用于極性和非極性的揮發性有機物和半揮發性有機物；

●   機械及化學穩定性好，可以在惡劣環境中現場采樣；

●   適用于所有標準尺寸的熱脫附儀（3.5x1/4’’）。

圖2：TF-SPME使用方法

這時候，一定有人要質疑了——為什么TF-SPME能同時萃取極性和非極性VOCs呢？

答：想要同時萃取非極性和極性揮發性化合物，可以通過涂有PDMS/HLB的固相微萃取薄膜來實現，HLB顆粒是專為提取低分子量極性和非極性化合物而設計的。

HLB顆粒是什么？

HLB是Hydrophile Lipophilic Balance的縮寫，HLB是一種親水親油平衡顆粒，近年來逐漸被作為吸附劑填料，專門為萃取低分子量極性和非極性化合物而設計。

HLB親水親油平衡調料由特殊的共聚合技術制備而成，由二乙烯基苯結構和N-乙烯基吡咯烷酮骨架結構共聚合技術制備而成。由于二乙烯基苯中的芳香環結構保留非極性化合物，N-乙烯基吡咯烷酮的內酰胺環結構保留極性化合物，所以在HLB顆粒中該骨架結構在疏水性和親水性相互作用之間提供了平衡。

圖3：左圖為HLB親油性基團；右圖為HLB親水性基團

應用案例

分步TF-SPME（Sequintal TF-SPME）分析啤酒樣品中的極性和非極性化合物

Pawliszyn教授團隊近日提出，使用分步TF-SPME薄膜固相微萃取法分析啤酒中的極性和非極性化合物，在提高萃取能力的同時，可以有效消除復雜樣品萃取過程中由于基質成分競爭效應而導致的的取代（displacement）和飽和（saturation）現象，提高了對復雜食品樣本定量分析的靈敏度和準確性。

萃取過程：

將樣品至于10/20ml頂空瓶中，400 rpm攪拌，并加熱樣品至40℃，把TF-SPME裝置浸入/頂空萃取樣品萃取。

連續TF-SPME步驟如下：

第一步：采用PDMS TF-SPME薄膜萃取食品基質中高濃度存在的非極性化合物和其他化合物；

第二步：使用PDMS/HLB TF-SPME薄膜萃取第一步剩余的化合物，包括極性化合物；

第三步：萃取結束時使用去離子水去除TF-SPME薄膜表面殘留物質，把第一步和第二步的TF-SPME薄膜放入同一個空熱脫附管中進行熱解析。

結論

使用順序TF-SPME分析啤酒中的糠醛（LogP=0.34）、甲縮醛（LogP=0.34）、芳樟醇（LogP=2.823）、苯乙醇（LogP=1.36）、己酸乙酯（LogP=2.823）、大馬士酮（LogP=4.042）、香蘭素（LogP=1.21）、α-葎草烯（LogP=6.53）和苯乙烯（LogP=2.95）等物質。

圖4：分析化合物的結構和logP值

PDMS涂層的TF-SPME薄膜對非極性分析物表現出良好的選擇性和萃取性能，但對于低LogP的糠醛、甲縮醛、苯乙醇、香蘭素等極性分析物幾乎沒有萃取效果，所以需要疊加使用PDMS/HLB涂層的TF-SPME薄膜對其極性化合物進行萃取。下圖表示，使用分步TF-SPME薄膜固相微萃取（紅色）提取的極性化合物（包括糠醛、苯乙醇和香草醛）的量明顯高于單獨使用 HLB/PDMS TF-SPME （藍色）萃取的量，達到了1+1＞2的效果！

圖5 添加了所有分析物（50ppb）和葎草烯（15ppb）的10ml標準混合物中萃取；藍色：僅使用一個PDMS/HLB TF-SPME薄膜萃取，紅色：使用PDMS TF-SPME薄膜&PDMS/HLB TF-SPME 薄膜順序萃取

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參考文獻

[1] Jonathan J. Grandy, Varoon Singh, Maryam Lashgari, Mario Gauthier, and Janusz Pawliszyn. Development of a Hydrophilic Lipophilic Balanced Thin Film Solid Phase Microextraction Device for Balanced Determination of Volatile Organic Compounds. Doi:10.1021/acs.analchem.8b04544

[2]Martyna N. Wieczorek , Wei Zhou , Janusz Pawliszyn.Sequential thin film-solid phase microextraction as a new strategy for addressing displacement and saturation effects in food analysis. Doi:https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.133038