1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TPHCM
KHOA KỸ THUẬT HÓA
HỌC

oOo
Tp.HCM, ngày 19 tháng 12 năm 2013
2MỤC
LỤC

1. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP
SPME32. THIẾT BỊ
SPME33. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN KỸ THUẬT SPME

9
5. ƯU - NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP SPME 10a. Ưu
điểm 10

b. Nhược
điểm 10

6. ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP
SPME11TÀI LIỆU THAM KHẢO
tốc độ dịch chuyển khi khuấy trộn…
Quá trình thực hiện kỹ thuật SPME khá đơn giản, không cần sự hỗ trợ của các dung
môi hữu cơ và cũng không cần gia nhiệt mẫu nên sự hình thành các cấu tử thứ cấp không
mong muốn cũng giảm đáng kể.
2. THIẾT BỊ SPME

Hình 1.1 dưới đây mô tả thiết bị SPME được sản xuất bởi công ty Supelco. Ngày nay,
người ta đã sản xuất các thiết bị có nguyên lý tương tự nhưng có thể tiến hành bơm mẫu tự
động.
4 Hình 1.1: Cấu tạo thiết bị
SPMEThiết bị có dạng một ống tiêm, có piston gắn lò xo và một bộ phận chứa gọi là ống
Barrel cho phép piston dịch chuyển, thay đổi vị trí trong quá trình tách cấu tử hay khi giải
hấp phụ. Trong ống Barrel có chứa một kim tiêm bằng thép không gỉ và bên trong kim tiêm
là một ống cũng làm bằng thép không gỉ được gắn chặt với sợi chiết silica biến tính ngắn và
mỏng (dài khoảng 1cm, đường kính ngoài khoảng 0.1mm) và có thể chịu được nhiệt độ cao.
Chức năng của kim tiêm là đâm xuyên qua vách ngăn giữa bộ phận chứa mẫu và bộ phận
tiêm mẫu vào thiết bị sắc ký, đồng thời nó còn dùng để bảo vệ sợi silica không bị vỡ trong
khi lưu giữ và sử dụng.
Sợi chiết được phủ bên ngoài bằng một lớp pha tĩnh. Pha tĩnh này chính là tác
nhân


6Để thực hiện quá trình chiết, mẫu khí hay lỏng hoặc mẫu rắn chứa cấu tử cần phân tích
(với mẫu rắn, các cấu tử cần phải dễ bay hơi) được đặt trong lọ đóng kín bằng nút có vách
ngăn. Trước khi tiến hành phân tích, sợi chiết phải được làm sạch bởi vì pha tĩnh có thể hấp
phụ các chất trong không phí trước đó và sẽ tạo ra các peak lạ khi sắc ký.
Khi lấy mẫu, có hai cách là lấy trực tiếp (DI – direct immersion) và lấy gián tiếp
quakhông gian hơi phía trên mẫu (HS – headspace)

- Nếu lấy mẫu trực tiếp, kim tiêm sẽ đâm xuyên qua vách ngăn. Sau đó, piston sẽ di
chuyển đẩy sợi chiết lộ ra ngoài và tiếp xúc với mẫu khí hoặc được nhúng vào dung dịch
mẫu lỏng. Các cấu tử cần phân tích sẽ hấp phụ lên bề mặt pha tĩnh sợi chiết.
- Nếu lấy mẫu gián tiếp bằng nguyên lý headspace, sợi chiết được đẩy ra ngoài nhưng
chỉ nẳm trong phần không gian phía trên mẫu lỏng hoặc rắn. Các cấu tử dễ bay hơi cần phân
tích trong không gian headspace sẽ hấp phụ lên bề mặt pha tĩnh. Hình 1.3: Các kiểu lấy mẫu của
SPMEVới riêng mẫu lỏng, cả hai cách lấy mẫu sẽ hiệu quả hơn nếu bổ sung thêm một lượng
muối ăn vào dung dịch trước khi lấy mẫu, lượng muối này sẽ điều chỉnh lực ion trong dung
7
Ethyl acetate
4

3.1

n-Butanol
1

3.3

Hexan
54

48.1

cis-3-Hexenol
6

19.5

Benzaldehyde
22

59

Limonene
1410

1410


a. Pha tĩnh

Chất mang sử dụng làm chất hập phụ trong sợi chiết silica bao gồm một hoặc hai loại
polymer như Polydimethyl Siloxane (PDMS), Polyacrylate (PA), Carboxen-PDMS, PDMS-
polydivinylbenzene(PDVB), Carbowax-Divinylbenzene(DVB)… Nguyên tắc làm giàu cấu
tử như đã trình bày ở trên là nguyên tắc hấp phụ.
Bề dày lớp chất mang PDMS thường là 7m, 30m, 100m; với PA là 85m,
Carboxen-PDMS là 75m; PDMS-DVB là 65m…
Yêu cầu của pha tĩnh:

- Độ phân cực của pha tĩnh phải gần với độ phân cực của cấu tử cần tách.

- Pha tĩnh phải chịu được các điều kiện nhiệt độ cao, pH, muối…

PDMS là một trong các pha tĩnh không phân cực chịu được các điều kiện khắc nghiệt
nhất và có khả năng hấp phụ-giải hấp phụ nhiều lần. Khi cần phân tích các cấu tử có độ
phân cực thấp thì có thể sử dụng pha tĩnh PA.
Với bề dày pha tĩnh của PDMS được nêu ra ở trên là do tính toán thực nghiệm dựa
trên yêu cầu về độ nhạy và tốc độ hấp phụ:
- Bề dày 100m thường được dùng khi cần độ nhạy cao và ít quan tâm đến thời gian.

- Bề dày 7m, 30m sử dụng khi cần thời gian ngắn và không cần quá nhạy (trường
hợp nồng độ cấu tử cần phân tích đủ cao).
Riêng bề dày 7m còn được dùng cho các cấu tử có nhiệt độ bay hơi cao hay cần giải
hấp phụ ở nhiệt độ cao trước khi vào sắc ký khí GC.
b. Phương pháp tách chiết

Phương pháp HS thường được khuyến cáo sử dụng khi có thể vì khi đó là giảm tải
trọng của sợi chiết do không phải hấp phụ những chất cao phân tử như protein… Vì vậy,
tuổi thọ của sợi chiết cũng cao hơn. Mặt khác, phương pháp HS cũng tránh được tính thuận

Theo nhiệt động học thì hằng số cân bằng của quá trình hấp phụ (bằng tỷ số nồng độ
cân bằng của cấu tử trong sợi chiết và nồng độ cân bằng của cấu tử trong mẫu) giảm khi
nhiệt độ giảm.
Nhiệt độ ảnh hưởng nhiều nhất đến phương pháp DI-SPME do hệ số khuếch tán càng

tăng khi nhiệt độ giảm nhưng khi đó thì độ nhạy sẽ giảm.

Việc tăng nhiệt độ sẽ làm giảm độ nhạy của phương pháp SPME, tuy nhiên tốc độ tách
cấu tử sẽ tăng.
Nhưng nhìn chung, với mỗi loại mẫu, loại sợi chiết và loại cấu tử cần tách mà nhiệt độ

thích hợp thường được xác định bằng thực nghiệm.

f. Điều kiện giải hấp phụ

Thời gian giải hấp phụ càng ngắn càng tốt. Riêng với hệ thống GC, vì việc giải hấp
dực trên nhiệt độ nên nhiệt độ cao nhất mà không làm phá hủy sợi chiết và các cấu tử phân
tích thường được lựa chọn là nhiệt độ giải hấp phụ.
10

Với sợi PDMS, nhiệt độ giải hấp phụ là 340
o
C (7m), 280
o
C (30 và 100m); sợi phủ
PDMS-DVB thường là 270
o

Phương pháp SPME có thể sử dụng để phân tích nhiều loại khác nhau như rắn, lỏng,
khí, bao gồm cả hữu cơ, vô cơ, các cấu tử bay hơi hay không bay hơi…
b. Nhược điểm

Do lượng cấu tử tách được là nhỏ làm cho độ nhạy của một số cấu tử có hàm lượng
thấp là không đạt yêu cầu nên phương pháp SPME thường dùng để tách các cấu tử có hàm
lượng tương đối cao (>0.1mg/L).
Làm bẩn dung dịch cần phân tích nếu dùng phương pháp DI-SPME.

Thời gian giải hấp phụ lâu hơn các phương pháp chiết khác, thường 12-20 phút, do đó

thời gian sắc ký cũng dài hơn. 12
Bảng 1.4: Ứng dụng SPME trong pháp y

13 14



TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.

2. Arthur, C.L., Killam, L., Buchholz, K.D., Potter, D., Chai, M., Zhang, Z., Pawliszyn,
J., Solid-Phase Microextraction: An Attractive Alternative, Environmental Lab.11
(1992) 10-15.
3. Pawliszyn, J. Solid Phase Microextraction : Theory and Practice. (1997) Publisher:
(VCH, New York, N. Y.), 275.
4. Ulrich, Solid-phase microextraction in biomedical analysis, Journal of

Chromatography A, 902 (2000) 167-194.

5. L.J.Krutz, S.A.Senseman, A.S.Sciumbato, Solid-phase microextraction for herbicide
determination in environmental samples, Journal of Chromatography A, 999 (2003)
103-121.

6. Kataoka,H.Recent, Advances in Solid-Phase Microextraction and Related
Techniques for Pharmaceutical and Biomedical Analysis, Current Pharmaceutical
Analysis, 1 (2005) 65-84.
7. Florin Marcel Musteata, Janusz Pawliszyn, In vivo sampling with solid phase
microextraction, Journal of Biochemical and Biophysical Methods, 70 (2007) 181-
193.

8. Pragst, Application of solid-phase microextraction in analytical toxicology. Anal

Bioanal Chem., 388 (2007) 1393-1414.