手动固相微萃取工作原理及其在生活饮用水中臭味物质检测中的应用

手动固相微萃取是一种集采样、萃取、富集和进样于一体的样品前处理技术。它依靠涂覆在石英纤维表面的萃取层，对样品中的目标物质进行选择性吸附或分配，再通过气相色谱进样口的高温解吸，将目标物质转移至色谱系统进行分析。对于符合 GB/T 5750.8-2023《生活饮用水臭味物质 土臭素和2-甲基异莰醇检测方法》的检测工作，手动固相微萃取主要用于生活饮用水中土臭素和2-甲基异莰醇的顶空富集与进样。

一、基本原理

手动固相微萃取的核心，是“涂层吸附—顶空传质—热解吸进样"三个过程。

在顶空模式下，水样中的目标物质并不会被直接全部萃取到纤维上，而是在一定温度、搅拌和盐析条件下，从液相挥发进入样品瓶顶部空间，再与萃取纤维表面的涂层发生吸附或分配。土臭素和2-甲基异莰醇属于生活饮用水中典型的臭味物质，具有一定的挥发性和疏水性。加入氯化钠后，水相离子强度增加，目标物质在水中的溶解度降低，更有利于其进入顶部空间，从而提高萃取效率。

萃取过程中，玻璃搅拌子以 600 rpm 搅拌水样，可以加快目标物质从水相向气相的传质速度，使顶部空间中的目标物浓度更快达到稳定。萃取纤维的涂层对目标物产生选择性富集，经过 40 min 萃取后，目标物被吸附在萃取层上。随后将探针转移至气相色谱进样口，在 250℃ 下解吸 3 min，目标物从萃取层脱附，被载气带入色谱柱。方法初始温度设为 40℃并保持 3 min，可使解吸下来的目标组分在柱头冷凝聚焦，有利于后续分离和检测。

二、操作步骤与原理对应

手动固相微萃取的操作步骤与工作原理密切相关。

首先，在 60 mL 采样瓶中加入一个玻璃搅拌子和 10 g 氯化钠，再加入经 0.45 μm 滤膜过滤后的水样 40 mL。过滤可以去除颗粒物，减少基质干扰；氯化钠则起到盐析作用，促进臭味物质进入顶空。随后加入内标添加液，浓度为 40 μg/L，用于校正萃取和进样过程中的波动。

采样瓶旋紧瓶盖后，放入金属浴预热孔预热 20 min。金属浴共六个孔，中间孔为萃取孔，周围五个孔为预热孔。预热可以使样品温度稳定，促进目标物质从水相挥发至顶部空间。

预热完成后，将采样瓶移入萃取孔，搅拌速度设为 600 rpm，搅拌 30 s 后，手持手柄，穿过 SPME 支架固定孔，另一只手辅助插入萃取探针至顶部空间。推动手柄螺丝，使萃取层探出金属套管，但不得使萃取层接触液面。调节支架位置并固定手柄，开始 40 min 萃取。此时，萃取层暴露在顶部空间中，目标物质不断被涂层吸附富集。

萃取结束后，收回萃取层，拔出探针。然后将萃取纤维插入气相色谱进样口，在 250℃ 下解吸 3 min。根据样品情况，解吸时间可在 2—5 min 范围内调整。解吸过程中，目标组分从萃取层脱附，被载气带入色谱柱，完成进样。

三、关键控制与注意事项

手动固相微萃取对操作细节要求较高。探针使用前或已使用 12 h 后，应先置于进样口老化萃取纤维。老化温度为 260℃，老化时间 1 h。老化后萃取层略微发黄属于正常现象，不影响使用。

搅拌子必须使用玻璃搅拌子。其他材质的搅拌子可能对待测物质产生竞争吸附，影响检测结果。SPME 探针不能使用非极性有机溶剂，如正己烷、二氯甲烷等，否则可能损伤萃取层。进样口内衬管中不能有玻璃纤维，内衬管可以使用下收口型，也可以使用直通型。

使用 GC-MS 仪器时，可能检测到 5 个有机硅峰。这些峰是探针在高温下的流失峰，具有固定保留时间和峰面积，属于正常现象，不影响检测。解吸时间的设置也与方法升温程序有关：探针插入进样口后即开始运行方法，方法中升温程序初始温度设定为 40℃并保持 3 min，则 3 min 为解吸时间；3 min 之后设置正常的升温程序。在解吸时间内，目标组分在进样口高温作用下从萃取层上脱附下来，被载气带进色谱柱，并在柱头冷凝。

四、仪器配置

五、结语

手动固相微萃取通过顶空传质、涂层富集和热解吸进样，实现了生活饮用水中土臭素和2-甲基异莰醇的灵敏检测。其操作看似简单，但预热温度、搅拌速度、萃取时间、盐析条件、老化状态和解吸时间都会影响结果。严格按照标准方法和操作要求执行，才能保证检测的准确性、重复性和可靠性。