第二章、 文獻探討
第四節 固相微萃取技術
2-4.1 固相微萃取之裝置 [34, 35]
固相微萃取（Solid-phase microextraction；SPME）主要構造如圖 2-1 所示，由兩個部分組成，包括：固相微萃取纖維和固相微萃取手 動裝置。固相微萃取纖維主要以熔融之矽纖維組成（一般約長1cm，
直徑0.11mm），表面裹附具吸附性的聚合物後，此熔融矽纖維再附著 在一金屬絲狀物上，並在不使用時縮入金屬針管內保護之。為使用方 便，萃取纖維係裝入固相微萃取手動裝置（SPME Fiber Holder）中使 用；在裝置中，萃取纖維可以更換使用。固相微萃取之特點為簡化前 處理步驟、體積小、選擇性高、重複使用，並將取樣、萃取、濃縮及 樣本注入整合為一個步驟。
2-4.1.1 手動型裝置
手動型裝置主要有推桿（plunger）及注射筒（barrel）。推桿的作 用是將縮放於注射針頭內之纖維伸出，以推桿停止螺絲（plunger retaining screw）固定於 Z 型溝槽（Z-slot），使纖維伸出於針頭之長度 可被固定；此外，可調式針頭引導⁄深度計（adjustable needle guide⁄depth gauge）則可決定注射針頭露出的長度（圖 2-1）。
2-4.1.2 萃取纖維
目前已商業化之固相微萃取的萃取纖維與手動裝置有數種不同 的規格(如表 2-5 所示)，其主要的差異在於萃取纖維表面之吸附性聚 合物（即萃取之披覆靜相）的種類以及裹附的厚度(可針對不同的萃 取樣本與目的來選擇，以滿足應用上的需要)；基本上固定靜相的選 擇即參考“極性溶於極性；非極性溶於非極性”及與樣本之分配係數 較大的原則。固相微萃取纖維大致可分為極性纖維（Polyacrylate；
Carbowax®/Divinylbenzene, CW/DVB）、非極性纖維（
Polydimethylsiloxane, PDMS）、及雙極性纖維（
Polydimethylsiloxane/Divinylbenzene, PDMS/DVB；
CarboxenTM/Polydimethylsiloxane, CAR/PDMS；
Divinylbenzene/Carboxen/PDMS , DVB/CAR/PDMS）等三種；而萃取 纖維可重複使用一百次或者更多。另外，因應不同樣本的需求，萃取 纖維可先吸附物質再以此物質與樣本反應，如利用
Polydimethylsiloxane/Divinylbenzene（PDMS/DVB）先裹附 PFBHA 再進行甲醛之吸附[36]（附表 2-4 為測試纖維的耐受溫度）。
2-4.2 固相微萃取之理論 [34, 35]
利用SPME 萃取待測物主要包含兩個步驟：(1)萃取過程：
當纖維置入欲分析物樣品瓶中時，待測物便會在樣品基質與固定微萃 取纖維靜相之間進行分配(partition)，進而吸附於纖維上，達到濃縮萃 取待測物之目的；(2)脫附過程：將固相微萃取纖維由欲分析物樣品 瓶取出，直接進入分析儀器中進行脫附。
固相微萃取原理為樣本基質中之標的分析物與可吸附之披覆固 定靜相進行平衡分配（equilibrium partition）；萃取方式可分為直接固 相微萃取（direct SPME）與頂空固相微萃取（headspace SPME）兩種
。
2-4.2.1 直接固相微萃取[24, 34, 35]
直接固相微萃取為將萃取纖維完全浸入樣本基質中，當萃取系統 中的液相及披覆固定靜相達到平衡時，所得吸附量由下列方程式表示
：
n＝KfsVfVsCo /（KfsVf+Vs）……….……….（1）
n：萃取纖維吸附之樣品量
Kfs：樣品披覆在固定靜相與樣本間的分配係數（Kfs＝Cf/Cs） Cf：披覆固定靜相上樣品之濃度
Cs：樣本中樣品之濃度
Vf：萃取纖維披覆靜相之體積 Vs：樣本體積
Co：樣本中樣品之原始濃度
當樣本體積大於披覆固定靜相體積許多時（Vs>>KfsVf），此時所 吸附之樣品量便簡化成下列方程式：
n＝KfsVfCo………..………..（2）
2-4.2.2 頂空固相微萃取
當樣本基質過於複雜、污穢，或樣本為固態而分析物為揮發性有 機物質時，可利用頂空固相微萃取。頂空固相微萃取是將固相微萃取 纖維暴露在樣本的頂空氣相中，當萃取系統中的液相、頂空氣相及披 覆固定靜相達到平衡時，所得吸附量可由下列方程式計算：
n＝KfsVfVsCo /（KfsVf+ KhsVh+Vs）….………….（3）
Khs：樣品披覆在固定靜相與頂空氣相間的分配係數 Khs＝Ch / Cs
Ch：頂空氣相中樣品之濃度 Vh：頂空氣相之體積
頂空固相微萃取之平衡速度不僅較直接固相微萃取快，而且可避
免污穢之水樣本或血液在直接固相微萃取時其油質或大分子物質緊 緊吸附於萃取纖維上造成傷害，因此較能延長萃取纖維的使用壽命。
2-4.2.3 影響固相微萃取萃取效率之因素
影響固相微萃取萃取效率的因素也會影響萃取之敏感度及偵測 極限，包括披覆固定靜相的種類與體積、樣本體積及頂空氣相體積等
，皆屬影響萃取的因素；而萃取條件如吸附及脫附時間與溫度，環境 因素如樣本攪拌程度、溫度、酸鹼度及添加極性溶劑與鹽類等亦有影
響[34, 35]。此外，依據不同樣本性質，取樣時選擇直接萃取或頂空萃取
亦有不同。
（1）固定靜相的種類及厚度[37]
商業化的固定靜相纖維（如表 2-3 所示）是由不同的吸附劑所組 成，其特性皆不相同。固定靜相的厚度越厚代表分配係數越大，而可 提高分析物的吸附量並進而提升靈敏度。
（2）分析樣本體積
吸附量公式（2）的前提假設為：樣本體積需遠大於靜相體積才 不至於影響吸附在介質上的量；此外，以頂空固相微萃取法萃取分析 物時，瓶中樣本的體積量將影響頂部空間的體積，而由公式（3）可
知針對揮發性高的分析物（Khs高），其頂空的體積（Vh）應該要小，
如此才能增加固定靜相纖維上所吸附分析物的量。
（3）萃取時間
萃取時間主要是和所選擇吸附纖維的種類以及分析物的性質有 關；吸附纖維的分配係數越大、吸附量越多，其吸附平衡時間越長；
而膜越厚、吸附量越多，同樣的吸附平衡時間也越長。進行吸附時，
吸附量並不會隨著時間的增長而無限量增加；其吸附量增加的最大量
，將由分析物在固相微萃取纖維的靜相與樣本之間質量的傳遞而決定
。當傳遞達平衡時，即表示達吸附平衡；即使吸附時間再增長，吸附 量並不會再增加。
（4）萃取溫度
固相微萃取纖維吸附分析物質會受到萃取時溫度的影響，並可從 兩分面來討論：（1）當增加吸附溫度時會使樣本擴散速率增加，進而 對分析物的吸附量也會增加，同時達平衡所需的時間也會縮短；
（2）由於吸附屬於放熱反應，分配係數 K 會隨著溫度上升而降低，
故樣本吸附量將會下降。在吸附過程中上述兩個因素通常是互相拮抗
，因而形成溫度與纖維吸附能力之間的複雜關係。
附量；而達平衡之後增加吸附溫度使分配係數K 下降，反而使纖維 上已吸附之分析物再度被脫附，故會使吸附量下降。
（5）攪拌之影響
當萃取時樣本處於靜止狀態，纖維萃取的吸附平衡時間會受到分 配係數K 與固定靜相體積的影響；但若樣品處於攪動的狀態，由於 質量傳遞速度的改變，對於平衡時間、偵測極限、纖維吸附量及萃取 回收率皆有影響，因而攪拌的規律性也會影響分析的結果。若是不規 律的攪拌動作，反而會造成精密度變差。
（6）鹽類之影響
若在分析樣本中添加入鹽類，可增加樣本的離子強度，形成鹽析 現象（salting out），對萃取效率有提升的作用。所謂的鹽析現象是在 樣本內添加鹽類，當鹽類解離成陰離子或陽離子時，水分子會形成水 合層包圍在離子周圍形成水合現象，會致使不易解離的分析物溶解度 下降，因而增加了擴散到頂空的量，而提升吸附萃取量；另外添加鹽 量的多寡也會影響吸附量，因為鹽量多寡會影響鹽析現象的強弱[22, 23]
。
（7）pH 值
分析樣本之酸鹼值對萃取效率的影響取決於分析物質本身的種
類。從文獻中發現，pH 值的改變對分析物萃取效率的影響並不一定
，如：鹵化醚類、硝基苯類或芳香族碳氫化合物等，pH 值的改變對 於萃取效率並無明顯影響；另一方面，若將pH 值調整至較低時會使 酚類解離而提升其萃取量。
（8）脫附溫度及脫附時間
熱脫附為最常用的脫附方法之一，當脫附溫度太低或脫附時間太 短時會使得吸附在靜相上的分析物無法完全脫出殘留而在纖維上，進 而產生定量上的誤差以及造成纖維損害、影響其使用壽命。此外，當 分析物質對熱不安定時，太高的脫附溫度可能會造成分析物的熱分解
，而降低其可信度。
2-4.3 固相微萃取之應用
固相微萃取技術為一整合取樣、萃取、濃縮及樣本注入等步驟，
已廣泛用於氣相基質（空氣中戊醛、空氣中環氧乙烷）[38, 39]，液相基 質（水中醛類、醋中呋喃甲醛）[24, 36]，及固相基質（土壤中多氯聯苯
（PCBs）、苯、甲苯）等，應用範圍包括：環境、工業衛生、臨床、
刑事科學、食物及藥品分析等；例如由尿液樣本中萃取安非他命或天 使塵等非法禁用之毒藥、咖啡或茶葉中萃取咖啡因、及血液樣本中萃
建立標準曲線 第五節 研究架構
製備標準溶液
最適萃取條件
GC/MS 分析
分析條件
決定纖維和衍 生試劑
1.選擇萃取纖維
2.樣本進行衍生反應 3.GC 熱脫附條件 4.萃取因素：
萃取溫度、萃取時 間、含鹽量及脫附溫 度與時間等
實驗室 QA/QC
第三章 材料與方法 第一節 實驗器材
3-1.1 藥品試劑
1. 總三鹵甲烷（TTHMs）標準品：2000mg/L(含氯仿、一溴二 氯甲烷、二溴一氯甲烷、及溴仿)，Supelco
2. 鹵乙酸（HAAs）標準品：2000mg/L（含一氯乙酸、二氯乙 酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸及一氯一溴乙酸），Supelco 3. 硫酸鈉，Na2SO4，Sodium sulfate，Wako (SEM3503) ，Japan 4. 氯化鈉，NaCl，Sodium chloride，SHOWA(SL2351Z)，Japan 5. 甲醇，CH3OH，Methanol，TEDIA®, USA
6. 鹽酸，HCl，Hydrochloric acid 7. 去離子水
3-1.2 儀器設備
1. 茶色螺旋蓋樣本瓶 Vials：15×45 mm 4mL，glass，Kimble®，
Mexico(60815-1545)
（含PTFE 中孔螺蓋與 Kimble® Septa (73812-13)）
2. 電子分析天平：METTLER TOLEDO 標準型, AG245 3. 震盪器：VORTEX-GWNIE2®Scientific Industries, USA
4. 玻璃滴管 Pasteur pipet：229mm, Kimble® 72050-900, USA（含 2mL 吸頭）
5. 微量吸管：100μL、1000μL, NICHIRYO® Digital Micropipet, Japan
6. Pipette：Transferpipette 100~1000 µl
7. 定量瓶 volumetric flask：10mL, glass, IWAKI®, Japan 8. 固相微萃取萃取纖維 SPME fiber：100 µm PDMS，
SUPELCO® 57310-U , PDMS/DVB
9. 固相微萃取萃取纖維 SPME fiber：60 µm PDMS/DVB ， SUPELCO® 57300-U, PDMS
10. 固相微萃取手動裝置 SPME holder：SUPELCO® 57330-U 11. 固相微萃取採樣裝置 SPME sampling stand/4mL vial puck：
SUPELCO® 57333-U，（含電磁攪拌器 stir plate）
12. 加熱攪拌器：Barnstead/Thermolyne, SP46925；(Dubuque, Iowa, 52001 USA)
13. 攪拌子：magnetic stirring-bar, 2 mm × 7 mm；Spinbar (made in USA)
14. 氣相層析儀 GC：Perkin Elmer Autosystem XL Chromatograph
（層析管柱column：DB-1）
15. 質譜儀 MS，Perkin Elmer - TurboMass
第二節 實驗步驟
3-2.1 實驗衍生步驟
根據參考研究文獻[9, 23, 27, 41, 42]，首先以去離子水配製含鹵乙酸溶 液、及以甲醇配製三鹵甲烷溶液後，分別取1.068 mL 及 0.66 mL 置 於4 mL 樣本瓶中，再加入 45.4 μL HCl 及 226.6 μL methanol 於樣本 瓶中後，置於100℃水浴並以磁石攪拌以進行衍生反應。此衍生反應 維持20 分鐘後，將樣本瓶置於冷水中冷卻，並以固定轉速攪拌至恆
根據參考研究文獻[9, 23, 27, 41, 42]，首先以去離子水配製含鹵乙酸溶 液、及以甲醇配製三鹵甲烷溶液後，分別取1.068 mL 及 0.66 mL 置 於4 mL 樣本瓶中，再加入 45.4 μL HCl 及 226.6 μL methanol 於樣本 瓶中後，置於100℃水浴並以磁石攪拌以進行衍生反應。此衍生反應 維持20 分鐘後，將樣本瓶置於冷水中冷卻，並以固定轉速攪拌至恆