药物的大量生产以及广泛使用对我国公共卫生领域中的环境与健康研究提出了新的要求。测定人群样本中的药物含量在药物监测、药物滥用筛查以及疾病预防等领域中起着至关重要的作用。尿样是公共卫生环境与健康研究中常见的生物样本,但是尿样具有基质复杂、待测药物浓度低及采集量少的特点,尿样的合理处理和使用是充分发挥其环境与健康研究价值的基本前提。作为一种新型微萃取技术,平板膜液相微萃取（Flat membrane liquid phase microextraction,FM-LPME）凭借其优良的抗基质干扰能力以及高效的萃取性能在样品前处理中得到广泛的应用。典型的FM-LPME装置由样品相、接收相和支撑液膜（Supported liquid membrane,SLM）三部分组成。一般而言,SLM由小分子有机膜溶剂填充在高分子聚合物膜孔隙中形成,不同膜溶剂对目标物分子的亲和力不同,从而达到不同的萃取效果。现有的小分子膜溶剂只能萃取一组酸性目标物或碱性目标物,无法同时满足对酸、碱两类目标物的高效萃取,这种分离特性大大限制了FM-LPME在环境与健康研究领域的应用（在实际环境与健康研究中,往往需要对尿样中多种不同性质的药物进行分析）。受制于现有膜溶剂普适性方面的不足,采用现有的FM-LPME体系需要多种有机溶剂对不同酸、碱性物质进行多次萃取。这种萃取方法必将消耗公共卫生研究中宝贵的样本资源。因此,研发对酸、碱性物质均具有良好萃取效果的FM-LPME体系,实现少量生物样本中不同性质物质的同时分离是卫生检验与检疫领域中的难题。本实验室近期研究表明,分子量4000的半固体状聚丙二醇（Polypropylene glycol 4000,PPG4000）对酸性物质和碱性物质均有良好的亲和力,是一种潜在的对不同性质物质具有普适性的有机膜溶剂,因而本研究拟采用PPG4000为有机膜溶剂探索其在FM-LPME体系中对酸性和碱性目标物的萃取性能。另外,结合尿样中待测药物种类多及样品采集量少的特点,为充分发挥样品价值,本研究拟采用基于PPG4000为有机膜溶剂的FM-LPME体系对同一样品中的酸性和碱性药物进行连续萃取和分离,并进一步将该方法应用于尿样中酸、碱两类药物的萃取分析中。虽然酸、碱性药物的连续萃取节省了所消耗的样品量,但其过程耗时较长。为解决这一问题,研究人员在LPME的基础上开发了电场辅助液相微萃取技术,又称为电膜萃取（Electromembrane extraction,EME）技术。其基本原理是样品相中目标物在电场力驱动下穿过有机相SLM并进一步迁移至接收相溶液中。根据两种技术的萃取原理可知,FM-LPME萃取体系中要求目标物在样品相和接收相溶液中分别以分子和离子状态存在;而EME中目标物在样品相和接收相中均以带有电荷的离子状态存在。在酸性样品溶液中酸性目标物为分子状态,碱性目标物为离子状态。从理论上而言,液相微萃取与电膜萃取联用（LPME-EME）便可从同一p H值的样品溶液中同时萃取酸、碱两类目标物。因此,本课题拟将液相微萃取技术与电膜萃取技术联用,以实现同一样品中不同性质目标药物的同时萃取,进一步减少公共卫生研究中的样本使用量,缩短卫生检验与检疫中样品前处理所用的时间。第一章基于聚丙二醇支撑液膜的液相微萃取技术研究目的:平板膜液相微萃取（FM-LPME）凭借其优良的抗基质干扰能力以及高效的萃取性能而成为一种可靠的样品前处理技术。然而现有的小分子膜溶剂无法同时满足酸性目标物和碱性目标物的高效萃取,存在普适性不足的问题,进而限制了FM-LPME技术在环境与健康研究领域的应用。为解决现有膜溶剂普适性方面的不足,本研究拟采用PPG4000为有机膜溶剂,探索PPG4000在FM-LPME体系中对酸性和碱性目标物的萃取性能。论证PPG4000是一种具有普适性的新型膜溶剂。方法:以PPG4000为膜溶剂,采用超声涂膜法制备聚丙二醇支撑液膜（PPG4000-SLM）。以萘普生（NAP）、氟比洛芬（FLB）、双氯芬钠（DIC）为酸性模型目标物,氟哌啶醇（HAL）、氟西汀（FLU）、舍曲林（SER）为碱性模型目标物,探究基于PPG4000-SLM的FM-LPME体系的萃取普适性。通过对萃取实验条件的优化,分别阐述萃取温度、样品相溶液、接收相溶液以及萃取时间对酸性目标物和碱性目标物萃取回收率的影响,并获得最佳萃取条件。以最佳萃取条件下目标物的萃取回收率评价该体系的萃取性能。通过PPG4000-SLM重复使用时目标物萃取回收率的变化,阐明PPG4000与聚丙烯（Polypropylene,PP）膜的作用力。结果:在最佳萃取条件下,基于PPG4000-SLM的FM-LPME技术在水样中对NAP、FLB、DIC的萃取回收率分别为97.14±3.20%、99.17±1.52%、92.13±1.19%,在尿样中对三种酸性目标物的萃取回收率分别为93.11±1.14%、95.16±0.88%、95.85±0.97%;在水样中对HAL、FLU、SER的萃取回收率分别为102.31±2.55%,89.27±1.15%,70.48±2.49%,在尿样中对三种碱性目标物的萃取回收率分别为99.06±3.47%,88.20±3.16%,63.48±1.49%。通过与传统膜溶剂的比较,以PPG4000为膜溶剂的FM-LPME体系对酸性目标物的萃取性能（在水样及尿样中）与使用传统最佳膜溶剂时一致;以PPG4000为膜溶剂的萃取体系在水样和尿液中对碱性目标物的萃取性能与传统最佳膜溶剂一致。PPG4000-SLM至少可以使用12次而不影响FM-LPME对目标物的萃取性能。结论:基于PPG4000-SLM的FM-LPME技术对于酸性目标物和碱性目标物均有良好的萃取效果,其萃取性能与酸性目标物和碱性目标物各自的最优膜溶剂一致。PPG4000-SLM的重复使用则表明PPG4000与PP膜具有较强的结合力。因此PPG4000是一种具有普适性的新型膜溶剂。第二章基于聚丙二醇支撑液膜的液相微萃取技术对酸性药物和碱性药物的连续萃取目的:在实际环境与健康研究中,往往需要对尿样中的酸性药物和碱性药物都进行分析。受制于现有膜溶剂在普适性方面的不足,采用现有的FM-LPME体系需要多种有机溶剂对不同酸、碱性物质进行多次萃取。这种萃取方法必将消耗公共卫生研究中宝贵的样本资源。结合尿样中待测物种类多及样品采集量少的特点,同一样品中不同性质物质的连续萃取对于充分发挥样品价值显得尤为重要。根据第一章的研究结果,本章拟通过调节样品相和接收相溶液的组成对尿样中的酸、碱性药物进行连续萃取,实现同一样品中酸、碱性药物的萃取和分离。方法:通过对萃取前后PPG4000-SLM的表征,评价PPG4000-SLM在萃取体系中的稳定性。采用不同的萃取顺序,分析各阶段药物的萃取回收率,阐明基于PPG4000-SLM的FM-LPME技术在水样中连续萃取酸、碱性药物的可行性。进一步通过调节酸性药物和碱性药物的不同浓度比例,探究在尿样中对酸性和碱性药物连续萃取的可行性。通过选用不同的萃取顺序及萃取间隔加入Na OH溶液的浓度,研究在尿样中对酸、碱性药物连续萃取的最优条件。在最优条件下利用液相色谱-串联质谱（Liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LC-MS/MS）对连续萃取尿液中酸、碱性药物进行方法学验证,探究该方法的性能指标。结果:在PPG4000-SLM的稳定性研究中,对第一阶段萃取前后的PPG4000-SLM进行表征。第一阶段萃取前后PPG4000-SLM的水滴接触角无明显变化;SEM结果显示第一阶段萃取结束后PPG4000仍然填充于PP膜内;FT-IR对PP膜上的PPG4000半定量后,数据显示PPG4000在第一阶段萃取后几乎没有损失。在先萃取酸性药物再萃取碱性药物的实验方案中,NAP、FLB、DIC、HAL、FLU、SER的萃取回收率分别为94.14±2.92%、92.27±2.32%、91.35±3.12%、99.35±6.24%、95.24±5.07%、69.55±1.49%;在先萃取碱性药物再萃取酸性药物的实验方案中,六种药物的萃取回收率分别为94.23±2.15%、92.85±2.49%、90.16±2.87%、98.32±6.78%、92.70±2.72%、62.50±2.99%。在尿样中连续萃取酸、碱性药物时,本实验通过调节萃取间隔加入Na OH溶液的浓度,优化出第一阶段萃取结束后向样品相溶液中添加浓度为20 mol L-1（1μL）的Na OH溶液时目标药物的萃取回收率最高,NAP、FLB、DIC、HAL、FLU、SER的萃取回收率分别为94.51±7.51%、86.18±7.70%、90.96±1.02%、91.69±1.89%、80.16±1.84%、61.60±0.67%。此外,本部分利用LC-MS/MS对连续萃取尿样中酸性和碱性药物进行方法学验证,结果显示NAP、FLB在10～2000 ng m L-1、DIC在1～2000 ng m L-1内线性关系良好,R~2均大于0.99,检出限（Limit of detection,LOD）在0.14 ng m L-1至0.42 ng m L-1之间,定量限（Limit of quantification,LOQ）在0.50 ng m L-1至1.38 ng m L-1之间。三种碱性药物在10～2000 ng m L-1内线性关系良好,R~2>0.99,LOD范围为0.64～0.98 ng m L-1,LOQ在2.12～3.26 ng m L-1之间。六种目标药物的精密度均小于9%。结论:对PPG4000-SLM的各表征结果显示,PPG4000在第一阶段萃取后几乎没有损失,表明PPG4000-SLM在FM-LPME体系中具有良好的稳定性。在水样及尿样中连续萃取酸、碱性药物时,药物的分布及萃取回收率不受萃取顺序的影响表明两类药物的萃取是相对独立的过程。尿样中连续分离两类药物的萃取方法对目标药物良好的萃取效果表明,基于PPG4000-SLM的FM-LPME萃取体系是一种可靠的样品前处理技术,可用于连续分离尿样中的酸性药物和碱性药物。第三章液相微萃取与电膜萃取联用对酸性药物和碱性药物的同时萃取目的:卫生检验与检疫领域中样品前处理过程占据了样品分析一半以上的时间,因此方便快速成为新型样品前处理技术的另一个发展趋势。电膜萃取（EME）技术中的外加电势是目标物迁移的主要驱动力,因此可在较短时间内获得理想的萃取回收率。基于本课题前两章的研究结果,为缩短萃取时间,本章拟采用LPME与EME联用（LPME-EME）的方式对样品中的酸、碱性药物进行同时萃取,实现在同一样品中对酸、碱性药物的快速萃取分离。方法:以PPG4000为膜溶剂,通过比较单独进行LPME、单独进行EME及LPME-EME时各种药物的萃取回收率,阐明LPME与EME的相互影响。通过实验条件的优化,阐述样品相溶液成分及萃取时间对药物萃取回收率的影响,并获得最佳萃取条件。通过调节样品相中酸性药物和碱性药物的不同浓度比例,探究LPME-EME在尿样同时萃取酸、碱性药物的可行性。进一步通过优化尿液中同时分离两类药物的最佳萃取条件,阐明尿液稀释倍数对两类药物萃取回收率的影响并获得最佳条件。在最优条件下同时萃取尿样中的酸性和碱性药物并利用LC-MS/MS进行方法学验证,探究该方法的性能指标。结果:在单独进行LPME时,样品相中的酸性药物被萃取至接收相中,碱性药物则保留于样品相溶液中;在单独进行EME时,样品相中的碱性药物在电场的驱动下穿过PPG4000-SLM进入接收相,而酸性药物则迁移至SLM中;在LPME-EME体系中,酸性药物迁移至LPME部分接收相,碱性药物进入EME部分接收相。当样品相溶液为p H=2的TFA溶液,萃取时间为30 min时,目标药物的萃取回收率最高,NAP、FLB、DIC、HAL、FLU、SER的萃取回收率分别为在91.98±1.02%、86.68±3.17%、88.37±3.78%、101.34±5.33%、102.65±5.87%、97.88±3.19%。此外,数据显示酸性药物与碱性药物的萃取回收率不受彼此浓度的影响,表明酸性药物和碱性药物的浓度在LPME-EME中互不干扰。此外,本章对LPME-EME-LC-MS/MS检测尿样中酸、碱性药物进行方法学验证,结果显示六种药物在1～1000 ng m L-1内线性关系良好,R~2>0.99,LOD范围为0.04～0.22 ng m L-1,LOQ在0.15～0.74 ng m L-1之间,精密度均小于9%。结论:在单独LPME萃取酸性药物的体系中,碱性药物的分布不受萃取条件的影响;在单独EME萃取碱性药物的体系中,酸性药物受样品相溶液p H值的影响,以分子状态的形式迁移至SLM中;当LPME与EME同时进行时,酸性药物和碱性药物分别被萃取至相应的接收相溶液中。此结果表明在LPME-EME体系中,两种萃取方式是相对独立的过程。另外,酸性药物与碱性药物的萃取回收率不受彼此浓度的影响,表明酸性药物和碱性药物的浓度在LPME-EME中互不干扰。尿样中同时分离两种药物的萃取方法对目标物良好的萃取效果表明,基于PPG4000-SLM的LPME-EME萃取体系同时分离尿液中酸性药物和碱性药物是一种可靠的样品前处理技术。