（应用化学专业论文）固相微萃取技术在痕量有毒有害物质分析中的应用.pdf

吲相微筚取技术柏：瘦盈有毒有害劫质分析中的应用 中文摘要 研究r 固相微萃取和液相色谱联用( s p m e h p l c ) 测定地表水 及食品中的痕量丙烯酰胺。用移液管在具塞试管中移入不同浓度的丙 烯酰胺水溶液，放入冰箱中( 4 ) 用碳素纤维萃取，取出碳素纤维用 甲醇超声洗脱，洗脱液进行液相色谱分析。上述条件下，i - p l c 直接测 定水溶液中丙烯酰胺的线性范围为5 2 0 0 p p m ，峰面积与浓度成良好 的线性关系。经固相微萃取，灵敏度提高一个数量级以上。 在上述优化的实验条件下，对食品( 如薯条、油条及烘烤面包) 中丙烯酰胺的测定。薯条中丙烯酰胺的测定结果平均值为2 6 9 1 t g g ，油 条中丙烯酰胺的测定结果平均值n 3 1 0j - t g g ，在烘烤面包中未检出丙烯 酰胺。这与相关报导的检测结果相近( 薯条n 0 3 2 3 p g g ，油条为0 3 1 0 蚓g ) ，但本实验的方法简单，所需仪器也不昂贵，能基本满足要 求。 关键词：固相微萃取，液相色谱，丙烯酰胺 作者：朱玉燕 指导教师：屠锋 刚相微革取技术在痕量有毒有害物质分析中的应用中文摘要 t h ea p p l i c a t i o no fs o l i dp h a s em e t r oe x t r a c t i o nt e c h n o l o g y i na n a l y s i n gt r a c ep o i s o n o u sa n dh a r m f u ls u b s t a n c e a b s t r a c t r h em e n s u r a t i o no ft r a c ea c r y l a m i d ei ns u r f a c ew a t e ra n df o o db ys o l i dp h a s e m e t r oe x t r a c t i o n h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h ( s p m e - - h p l c 、h a sb e e n s t u d i e di n t h i sp a p e r f i r s t ，p u td i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o na c r y l a m i d es o l u t i o ni nt e s t t u b e ，t h a ne x t r a c tt h ea c r y l a m i d ew i t hc a r b o nf i b r ei nt h er e f r i g e r a t o t 3 ( 4 。c ) ，t a k eo u tt h e c a r b o nf i b r et ow a s hd o w nt h ea c r y l a r n i d ew i t hm e t h y la l c o h o l ，a tl a s t ，d e t e r m i n et h e a c r y l a m i d eb yh i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h ( h p l c ) o nt h i sc o n d i t i o n , t h e a r e ao ft h ep e a kr e s p o n s el i n e a r l yr e g r e s s e dt ot h ec o n c e n t r a t i o no fa c r y l a m i d ew i t h i n t h er a n g ef r o m5 2 0 0 p p ma f t e rs o l i dp h a s em i c r oe x t r a c t i o n ，v ec a l li m p r o v et h e m i n i m u md e t e c t i o nl i m i tf o ro n ei n t e g e rm a g n i t u d e t h ea m o u n ta c r y l a m i d ei nf o o d ( s u c ha si np o t a t oc h i p s ，o i lc a k e ，m a s t e db r e a d ) c o u l dd ed e t e r m i n e di nt h es e l e c tc o n d i t i o n st h ea v e r a g ec o n t a n to fa c r y l a r r l i d ei n p o t a t oc h i p si s2 6 9 1 a g g ，t h ea v e r a g ec o n t a n to fa c r y l a m i d ei n o i lc a k ei s3 ，1 0 1 a g g ，w e c o u l d td e t e r m i n ta c r y l a m i d ei nr o a s t e db r e a d ，t h e s er e s u l t sa l es i m i l a rt ot h er e l a t e d r e p o n s ( a c r y l a m i d ei np o t a t oc h i p si s0 3 2 3 u g g ，t h ea v e r a g ec o n t a n to fa c r y l a m i d ei n o i lc a k ei s0 310 u 酚t h em e t h o da l s op r o v i d e saf a s t ，s i m p l e ，p r a c t i c a lw a yt o d e t e r m i n a t et r a c ea c r y l a m i d ei ns a m p l e k e y w 、o r d s ：s o l i dp h a s e m i c r o e x t r a c t i o n ，h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y a c r y l a m i d e ，c a r b o nf i b e r w r i t t e nb y ：y u y a nz h u s u p e r v i s e db y ：p r o f y i f e n gt u 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏 ：州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人承担本 声明的法律责任。 研究生签名：趟日 期：型兰：羔：! ! 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：丝日 导师签名： 期：壁! ：! ： ! 日期：丝! 竺 同辋微荤取技术柏瘦量有毒青害物质分析中的廓用第一章0 苦 第一章引言 固相微萃取( s o l i dp h a s cm e t r oe x i r a c t i o n ，s p m e ) , 是- - 项新型的无溶剂化样品前 处理技术。固相微萃取以特定的固体( 一般为纤维状萃取材料) 作为固相提取器 将其浸入样品溶液或顶空提取讳s 后直接进行o c 、h p l c 等分析。s p m e 由p a w l i s z y n 在1 9 8 9 1 1 年首次报道，近l o 年来固相微萃取技术已成功应用于气体，液体及固体样 品的前处理。 1 1 固相微萃取技术及原理 固相微萃取法是以固相萃取为基础发展起来的方法，固相微萃取利用了固相 萃取吸附的几何效应，其装置结构的超微化决定了它能避开经典固相萃取的许多 弱点。固相微萃取技术多在一根纤细的熔融石英纤维表面涂布一层聚合物并将其 作为萃取介质( 萃取头) ，再将萃取头直接浸入样品溶液( 直接浸没固相微萃取方 法，简称d i - - s p m e ) 或采用顶空一固相微萃取方法( h s - - s p m e ) 采样。由于聚合物 涂层的种类很多，因而可对样品组分进行选择- | 生富集和采集。固相微萃取的原理 是一个基于待测物质在样品及萃取涂层中分配平衡的萃取过程。 固相微萃取利用表面未涂渍或涂渍吸附剂的熔融石英纤维或其它纤维材料作 为固定相，当涂渍纤维暴露于样品时，根据“相似相溶”原理，水中或溶液中的 有机物以及挥发性物质，从试样基质中扩散吸附在萃取纤维上逐渐浓缩富集。萃 取时，被测物的分布受其在样品基质和萃取介质中的分配平衡所控制，被萃取量( n ) 与其他因素的关系可以用下式描述： 2 1 n = k v f c o v s ( k v t + v s ) 式中：k 为被测物在基质和涂层间的分配系数，v f 和v s 分别为涂层和样品的体积， c o 为被测物在样品中的浓度。如果样品体积很大时( v s k v f ) 上式可以简化成： n = k v , c o 萃取的被测物量与样品的体积无关，而与其浓度呈线性关系，因而从分析结果中 得到的萃取纤维表面的吸附量，就能算出被萃取物在样品中的含量，可方便地进 行定量分析。 同相微摹取拙术祚痕萤有毒有害物质分析巾的应用第一章0 1 吉 1 2 固相微萃取操作条件的选择 萃取头的构成应由萃取组分的分配系数、极性、沸点等参数来确定，在同一个 样品中，因摹取头的不同可使其中一个组分得到最佳萃取而使其他绢分受到抑制。 平衡时间往往由众多因素所决定，如分配系数、物质扩散速度、样品基质等。此 外，温度、离子浓度、样品的搅拌效率和p h 值等因素都可影响萃取效率。 l _ 3 影响固相微萃取萃取率的因素 1 3 1 萃取头的种类及膜厚 固相微萃取的核心部分一萃取头材料特性或涂层的种类和厚度对灵敏度的影 响最为关键，因此，对其选择要十分慎重。 目前，世界上已有七种商品萃取头问世，固定相可分为非键合型、键合型、 部分交联型以及交联型四种。非键合型固定相对于某些水溶性有机溶剂是稳定的， 但是当使用非极性有机溶剂时会引起轻度溶胀现象。对于键合型固定相，除了某 些非极性溶剂以外，对所有的有机溶剂均很稳定。部分交联型固定相在大多数水 溶性有机溶剂和某些非极性有机溶剂中很稳定。高度交联固定相类似于部分交联 固定相，只不过在同一交联中心产生了多个交联键。 最常用的也是最早使用的高分子涂层材料为聚二甲基硅氧烷( p d m s ) 和聚甲基 丙烯酸甲酯f p a ) 。其中，1 0 0 9 i n 的p d m s 适用于分析低沸点、低极性物质，7 p r n 的 p d m s 适用于分析中沸点及高沸点物质，p a 适用于分析强极性物质。以后，又陆 续出现了聚酰亚胺、聚乙二醇等涂层材料。混合固定相应用也较广泛，如聚乙二 醇一膜板树脂，聚乙二醇二乙烯基苯，聚二甲基硅氧烷一模板树脂以及环糊精 等。近几年来化学工作者又先后研制了石墨碳黑 3 l 、活性炭 ”、键合硅胶睁”、 高分子冠醚、溶胶一凝胶f 7 1 0 1 等新型涂层。最近，还发展了许多特殊材料的聚合 物涂层。例如：离子交换涂层可用于去除水溶液中的金属离子和蛋白质，液晶膜 可用于萃取平面分子，金属涂层可用于电沉积待测物，萘酚涂层可以从非极性基 体中吸附极性化合物。为了开发聚合物的导电性质，一些科学家还尝试用聚砒咯 涂层来萃取极性甚至离子型待测物。此外，还开发了纤维双液相涂层【1 1 1 ，它可以 克服单一液相涂层萃取有机化合物范围狭窄的缺点，萃取范围更广，是目前研究 l i ! i | 拥微革取技术订i 越量有毒自害物质分析中的应用 第一章0j 言 和发展的趋势和方向。萃取头涂层越厚，对待测物吸附量越大，可降低最低检出 限。但涂层越厚，所需平衡萃取时间越长，使分析速度减慢。因此，应综合考虑 各种情况。 1 3 2 萃取时间 萃取时间即摹取达到平衡所需的时间由待分析物的分配系数、物质的扩散速 率、样品基质、样品体积、萃取头膜厚等因素决定【”i 。一般萃取过程均在刚开始 时吸附量迅速增加，出现一转折点后上升就很缓慢。因此，可根据实际操作目的 对灵敏度的需求不同，适当缩短萃取时间。 1 3 3 搅拌和加热 在萃取过程中对样品进行搅拌和加热有助于样品均一化，缩短平衡时间 ”】。 对顶空固相微萃取( h s - s p m e ) 加热可提高液面上易挥发有机化合物的浓度，而提 高萃取效率。 1 3 4 无机盐 向样品中加入( n l - h ) 2 s 0 4 ，n a 2 s 0 4 ，n a c i 和k 2 c 0 3 等无机盐可降低有机化合 物与基质的亲和力而提高萃取效率【1 4 】。 1 _ 3 5p h 缓冲溶液 萃取酸性或碱性物质时，通过调节样品的p h 值可改善组分的亲脂性，从而大 大提高萃取效率。 1 4 固相微萃取仪器设备 固相微萃取装置较为简单，它主要由两部分组成：一是涂在融熔石英纤维表面 的聚合物( 一般是气相色谱的固定液或其他类型的萃取纤维) 构成萃取头，同定在不 锈钢的活塞上；另外一部分就是手柄，不锈钢的活塞安装在手柄里，司以推动萃 取头进出手柄，整个装置形如一微量进样器，如图1 所示。平时萃取头收缩在手 柄内，以免污染和折断。当萃取样品的时候，露出萃取头浸渍在样品中，或置于 样品上空进行顶空萃取，有机物就会吸附在萃取头上，过2 3 0 m i n 后吸附达到平 衡，萃取头收缩于手柄内，把固相微萃取装置撤离样品，完成样品的革取过程。 同相微萃取技术柏痕量肯毒青鲁物质分析中的应用蚺一帝0 l 言 图l ：s p m e 结构示意图 15 固相微萃取操作模式 根据被分析样品的物理性质和状态，进行固相微萃取时可以采取不同的操作 方式，常见的操作方式有如下3 种。 1 5 1 固相微萃取直接法 将固相微萃取的纤维头直接浸入水相或暴露于气体中进行萃取的方法称为 s p m e 直接法，对于气体样品或较干净的水样，能在l m i n 内迅速达到萃取平衡， 因而常使用直接固相微萃取模式。 1 5 2 顶空固相微萃取法 把萃取头置于待分析物样品的上部空间进行萃取的方法叫做固相微萃取顶空 法。这种方法只适于被分析物容易逸出样品进入上部空间的挥发性分析物，对黏 度大的废水、体液、泥浆或固体样品，则只能采用上空取样的顶空固相微萃取模 式，萃取从基质中释放到样品上空的化合物。 1 5 3 衍生化固相微萃取法 通过衍生化作用来降低极性化合物的极性后进行固相微萃取的方法叫做衍生 化固相微萃取法，极性化合物通过在其水溶液基质中加入衍生剂或将纤维涂层浸 入适当的衍生化试剂被衍生后进行摹取，衍生化后极性分析物极性降低，萃取后 更适于色谱分析。 1 6 固相微萃取与其它分析方法相结合 幽相微萃取萃取待测物可与气相色谱( g c ) 、液相色谱( l c ) 等分析分离技术联 用进行分离。使用的检测器可以是质谱( m s ) 、氧火焰离子化检测器( f i d ) 、火焰光 度检测器( e p d ) 、电子捕获检测器( e c d ) 、原子发射光谱检测器( a e d ) 、紫外光谱 4 嗣相微荤取技术枉拉盘有毒肯害物质分析中的脚用销一争一j 鲁 ( u v ) 、红外光谱( i r ) 以及离子淌度谱仪等。 1 6 1s p m e g c s p m e 与g c 相结合是研究得最早电是目前发展得最成熟的技术 。 对于小分子量高挥发性物质，现在多采用g c j j i 热汽化前在柱头进行冷捕集或 使用共溶剂效应i l “来减少其损失，阻便进行定量分析。 通过使用一种特殊设计的专用进样器，脱附过程可以被缩短到几分之一秒， 进样展宽也被减小到了足以进行高速g c 的水平。 1 6 2s p m e l c 目前，s p m e 技术已被成功地结合进高效液相色谱( h p l c ) t ”1 ，为在g c 条件下 难以分析的水样中半挥发性和不挥发性有机物的分析提供了可能性。s p m e l c 系统包括三个部分：( a ) s p m e 装置，( b ) 连接界面，( c ) h p l c 系统。对于s p m e h p l c 来讲，萃取过程与s p m e - - g c 相似，而脱附过程却与在g c 中的脱附过程完 全不同，即使用溶剂脱附而非热脱附。因此，如何用最小量的溶剂完全洗脱待分 析物，即避免样品体积过大带来的显著的柱外扩散效应是其面临的主要问题。 最新发展起来的自动采样s p m e - - h p l c 方法可以有效解决s p m e h p l c 所面 临的主要问题。它通过一个连续不断的往复流动过程缩短了萃取时间，提高了整 个方法的精确度口“。将内表面涂有有机聚合物的开管毛细管柱纳入一针形装置作 为s p m e ，它可以自动插人样品中。通过注射器的运动频繁地从样品瓶中将样品送 至s p m e 装置中，然后再送回样品瓶中，此时六通阀处于进样状态，由于此过程中 伴有柱内和柱外样品流动的扰动，可加快萃取速度，使平衡时间缩短。萃取完成 后，六通阀被转到装载位置，从另一个瓶中用溶剂冲洗，从s p m e 上脱附待测物， 这部分体积被转移r j h p l c 进样器回路中。再把六通阀重新转回到进样位置后，通 过h p l c 进行柱分离。 此项新技术对常规分析具有很大的潜力，而且，可以通过使用高极性涂层和 与其它检测技术联用来提高选择性。 最近研制成功的在线微过滤与l c 型微萃取联合装置，咀及最后用l c m s 进 行分析的方法，极大的缩短了传统分析的时间川，对s p m e - 与l c 结合方式做了重 大改进。 总之，自动控制系统的出现使方法的准确性和重现性都得以提高2 ”。 州相微筚取技术在瘦盛响有害物质分析中的麻用鹅一帝引吉 此外，s p m e 还可以和微波调制蒸馏装置相结合【2 3 ，对生物细胞组织内的痕量 组分进行分析，和改性毛细管电泳f c e ) i “j 以及c 0 2 超临界流体色( s u p e r c r i t i c a lf l u i d c h r o m a t o g r a p h ，s f c ) k - f l k g 【2 ”，对被污染的土壤和水样中的p a h s 进行检测和定量。 1 7 改进技术 1 7 1 装置改进 a 、萃取头内部冷却装置 s p m e 能够用以从复杂的样品基质f 如污泥、废水和土壤中) 萃取待测物，加热 有助于待测物脱离复杂的基体，进入气相，促进s p m e 采样的萃取过程，降低其分 析检出限。但是，随着温度的升高，纤维涂层吸附待测物的能力逐渐降低。为了 解决这一问题，可以采用内冷式s p m e 。把样品加热到很高温度同时保持纤维涂 层处于低温，k f s 值和选择性都会大幅度提高。此时，在冷却的纤维涂层和热的顶 空间形成了温度梯度，极大的提高了待测物在萃取头上的分配系数嘶1 。例如：通 过升高样品温度、加入水和用液态c o ：作为冷却剂冷却萃取头，对于分配系数很小 且室温下难以定量的甲苯、乙苯以及二甲苯的同分异构体实现了定量萃取 2 “，所 用时间不超过5 分钟。 b 、萃取头的内部加热装置 从萃取头上快速脱附分析物不仅可以在g c 进样室中完成，而且还可咀通过直 接加热萃取头来完成。方法之一是将萃取纤维用一段不锈钢纤维代替，然后将不 锈钢导体通电流，即直接加热纤维。另一种方法是将常规实心纤维换成一内部装 有微热器的纤维。理想情况f ，也可将内部加热式萃取头用于自动进样器。为了 进一步减小进样展宽，可以通过一种能产生脉冲式热量的自动进样器来实现。此 外，将s p m e 装置和密闭注射器相结合 顶空气体，然后进行g c 分析。结果表明 更高的灵敏度和更宽的分析范围b ”。 c 、管内s p 技术 在h s - - s p m e 萃取的同时抽取定量的 和h s s p m e 与h s 法相比，该方法具有 管内s p m e 技术是一种在g c 毛细管内壁涂覆层聚合物材料作为萃取纤维 的技术。管内s p m e 法分为两种：静态法和动态法，其主要区别是待测物是处于 静态还是由外力驱动通过纤维管，两者均主要依靠扩散被转移到吸附剂上。 6 | 司柙微革取技术札痕量冉毒角害物质分析中的应用第奄，j i 言 1 7 2 方法改进 a 、缩小液上空间技术 对于分配系数很小的化合物，通过缩小液上空问也能减少平衡时问。这是因 为，此时不仅增加了顶空气体中待分析物的浓度，而且也减少了其通过顶空的扩 散时间，因此萃取头的插人位置应在样品瓶侧壁开孔，使s p m e 从侧面插入，这样 既可以使纤维萃取头与顶空充分接触，又可以避免项空中浓度梯度带来的影响， 可有效地提高萃取效率。 b 、样品衍生化技术 无机物通过样品衍生化也可以使用s p m e 进行分析，同时衍生化技术也是提高 萃取效率的重要途径。 常用的衍生化试剂主要有两类，烷基化试剂和氢化试剂。例如：为了分析水 基质中c h 3 i - i g 和不稳定的h g ，可用含有四乙基硼化钠的乙醇盐水溶液在原样品瓶 中将其衍生化为烷基化试样，随后用s p m e 装置萃取| 2 8 】。汞的衍生物在g c 不分流 进样室中脱附后可用电子捕获质谱仪进行分析。 1 8 固相微萃取的应用 1 8 1 固相微萃取在有机金属形态分析中的应用 样品预处理对于得到准确而又重现性好的分析结果非常重要。在进行形态分 析时，为保证样品中各种形态在样品预处理过程中不发生变化，一般需要采用较 为温和的消化或浸提的方法将待测有机金属化合物释放到液相中，常用的有酸 碱( 常用h c l ) 缦提、微波或超声波辅助消化、c 0 2 超临界流体萃取等技术，浸提法 简便但结果的准确性难以考证，后几种方法需要借助于其它仪器，操作不便，费 用较高。固相微萃取用于样品中金属及有机金属形态分析是最近几年才开始，其 应用具有很大的潜力口。 将s p m e 用于有机金属的分析最早足由c a iy 等人于1 9 9 4 年在第十六届国际毛 细管色谱大会上提出的，将s p m e 用于鱼体和水样中汞3 0 i 及水体中的有机锡【3 1 的 萃取，降低了测定的检测限，但精密度差，r s d 在2 4 i 6 8 8 之间。1 9 9 5 年报导了 汞及甲基汞中加人四乙基硼化钠衍生，而后由s p m e 萃取，g c m s 进行测定的方 崮相微萃烈技术扰艇量何毒何誊物质分析中的肫h j鹕一帝0 【- x 法1 3 2 1 。从此，s p m e 用于各种有机金属的萃取方法逐渐建立f ”1 。 t u t s c h k u 3 4 1 等研究了环境样品中有机锡和有机铅的萃取方法，t a d e u s zg o r e c k i 和j a n u s zp a w l i s z y n 用s p m e - - g c n 0 定了水中四乙基铅及无机物。d u m e m a n n 【3 6 1 等人将s p m e 用于烷基铅、汞、锡的分离，样品被消化和分解后加入四乙基硼化钠 衍生( p h 值在4 - 5 ) c 三上提高分析物的挥发性，1 0 m i n 后室温下将s p m e 萃驭头放在样 品的上部空间。m e s t e r l l p a w l i s y z n 3 7 1 将s p m e 萃取头直接浸入样品溶液，对尿液中 的一甲基肿和二甲基肿进行了分析。 许多s p m e 进行有机金属形态分析的方法是加人n a b e u 衍生、项空萃取后利 用气相色谱及其联用技术分离测定，大多数文献中使用1 0 0 m 的p d m s 萃取头，这 种萃取头能得到最高的萃取效率。方法的检测限取决于不同的检测器，一般在n g l 范围内。s p m e 的使用，降低了形态分析的检测限，扩大了被分析物的检测范 围，具有广阔的应用前景3 8 ”1 。但己建立的方法中存在一些问题，例如萃取头、 衍生和测定方法单，使s p m e 在形态分析中的应用受到一定限制。 1 8 2 在天然产物分析中的应用 对于分析中草药及中药材中的挥发性成分来说，s p m e 是一种很有用的方法。 在中药分析方面，马长华忡1 等人使用固相微萃取技术测定中药石菖蒲中挥发性成 分并鉴定出1 6 种化合物。运用h s s p m e g c m s 方法可从新鲜的紫苏中鉴定 出2 0 多种挥发性成分。刘百战【4 1 1 等使用h s s p m eg cm s 方法分离栀子鲜花 头香成分，并鉴定了5 4 种化学成分。m i l l e r 4 z l 等测定了肉桂中的香豆素、醋酸桂皮 酯、石竹烯、2 一甲氧桂皮醛等成分，以此来确定肉桂类植物的植物学起源及鉴别。 w i n k l e 4 2 1 等人使用技术分析了人工麝香的水溶液。使用s p m e 技术可从冷杉叶h ” 中提取挥发性成分，以及蛇麻草m 1 中的各种挥发性成分。s c h a f e r 等人应用h s s p m e 分析了针叶松叶中的蒎烯、樟烯、月桂烯等单萜类成分。应用h s - - s p m e 法可萃取脱氧麻黄碱及其主要代谢产物苯异丙胺，方法快速、灵敏、准确，可避免 常用测定方法所遇到的于扰 4 6 1 。p d m s 纤维可从中药丸中顶空萃取出1 7 种萜类化 合物。 s p m e 技术还可以进行治疗和滥用药物检测，以及体内药代动力学的研究。 y a s h i k i 等人1 4 7 使用h s s p m e g c m s 分析人体尿液中的e o t i n i n e 和n i c o t i n e 、 在样品基体中加入k 2 c 0 3 以提高方法灵敏度。s i n g e d 4 8 1 和c h i a r o t t i f 4 9 瞎人分别对人 i 州相微革取拉术n ：i 虹量肯毒有害物质分析中的应用 第一章0 刍 体内m e t h o d o n e 等药物及其代谢产物进行分析，结果表明对于m e t h o d o n e ，s p m e - - g c 具有疆好的分析能力，而对于鸦片、c o t i n i n e 及其高极眭代谢产物，分析效果则不 佳。m a r y 等人【5 使用s p m e h p l c m s 方法从人尿中测定了黄酮及黄酮苷，并取 得了较好的结果。使用衍生化方法可从尿中提取测定游离碘和硫氰酸盐”“。 在天然香料分析方面，刘扬岷等 5 2 1 用s p m e g c m s 分析白兰花的香气成分， 分离了1 1 4 个色谱峰并鉴定了其中的7 5 个成分。a n 等人i ”1 使用h ss p m eg c m s 方法从新鲜的熏衣草中分离测定了香气成分。j a n 等人州 从青霉菌和尼日尔 黑霉菌的表面测定到了经过生物转化的柠檬醛、香叶醇和橙花醇。 s p m e 技术可以用于从食品中提取分析组分。s p m e 技术可检测曲奇饼上薄荷 油的含量【5 5 1 ，薄荷油中基本的成分是薄荷醇，前处理简单而干扰较少。g a r c l 等人 对葡萄酒中的酒香组分进行了分析，建立了固相微萃取( s p m e ) 和甲基硅烷化结合 新的样品预处理方法，并应用气相色谱一质普联用技术对葡萄酒中极性有机物进 行了分析，对其中的自藜芦醇苷进行了定量分析，方法简单快速，灵敏度高。h m e n r y k 等人f 5 7 1 用h s s p m e 技术( 用p a 作液相) 与静态顶空法( s h s ) 对比研究啤酒的香味 物质发现，对于低浓度的香味化合物，2 种方法都具有较高的可重复性，与啤酒香味 的分析结果也高度相关。s t e f f e n 等【5 研究柑橘汁的风味物质发现，p a 膜与p d m s 膜相比对挥发性香味物质具有较高的亲和性。用离心的橘汁样本，h s s p m e 技术 显示了较好的线性关系，且检测极限也在被测化合物自然产生的范围内。刘百战” 采用匿相微萃取和同时蒸馏萃取技术分离芥末膏制品的挥发性成分，共鉴定了2 2 种化学成分。1 9 9 6 年c o l e m a n 6 0 】用s p m e 提取m a i l a r d 反应产物中的香味成分，检测 灵敏度可达n g l 级水平。m a l o s s e 等l 6 ”测定了昆虫的2 甲基4 庚醇、5 王醇、 2 - - 甲基- - 4 - - 辛醇等信息素。c l a r k 等 “1 采用h s s p m e 技术分析了烤烟、白肋烟、 马里兰烟的顶空挥发物。衍生化法是用于分析极性较强的半挥发、不挥发有机物。 l i n 等人进行了衍生化s p m e - - g c 联用萃取水样中的脂肪酸，待测物为乙酸、丙酸、 辛酸等i l 种脂肪酸，衍生试剂为芘基重氮甲烷。实验结果为衍生化s p m e 对含较长 碳链的( c 6 c l o ) 脂肪酸检测限为p g l 级，对含较短链的( c 2 c 4 ) 的脂肪酸在n g l 级。如果在涂层上完成衍生化反应，则检测限还町以进一步降低。 1 83 在医学中的应用 随着s p m e 与其他分析仪器或分析方法联用技术的不断发展和成熟，s p m e 正 州相微革取技术扯瘊量有毒有害物质分析中的臆用 第一币引言 逐步在医药学分析领域得到广泛的应用。 a 、基础医学中的应用 随着同相微萃取技术的广泛应用，必将会对生理、病理、毒理学等基础医学 的研究和发展起着较大的推动作用，如应用s p m e 检测人体体液中抗组胺类化合 物以及细菌代谢产物等。r a l fe i s c r t 等采用管内自动s p m eh p l c 联用与强极性 萃取涂层和手性涂层分别对多种维生素和手眭药物进行了分析。l i l l i a n 等对人体尿 液、血液和乳汁中的单环芳香胺( m o n o c y c l ea r o m a t i ca m i n e s ) 及芳香胺( a r o m a t i c a m i n e ) 的代谢产物进行了研究，认为这些检材可以用作生物监测指标。这必将在预 防医学特别是职业病防治方面发挥重要作用。 b 、在i 临床医学中的应用 随着s p m e 与其他分析仪器或分析方法联用技术的不断发展和成熟s p m e 正 逐步在医药学分析领域得到广泛的应用。 c 、在法医学中的应用 由于法医毒( 药) 物分析所用检材的特殊性和复杂性，自1 9 9 3 年美 s u p e t c o 公司 推出商品化的s p m e 装置后，s p m e 就很快应用到毒物分析中。c h r i s t o p hg r o t e 等就 曾用s p m e g cm s 通过测定呼出气体中乙醇含量而可以换算出血液中乙醇含 量1 0 m i n 匹 便可以完成。如果将s p m e - - g c 便携仪用于酒后驾车肇事现场检测，必 将给交通事故的处理带来极大的方便。目前，s p m e 已成功的分析了血液、尿液、 脏器组织等生物检材中的毒鼠强、氰化物、有机磷农药、乙醇、麻醉剂等。w a t a n a b e 等人应用顶窄固相微萃取一气相色谱质谱联用的方法( h s - - s p m e - g c - - m s ) 分析 血液中的5 种麻醉剂，该方法己成功地应用到法医学鉴定中1 6 “。 184s p m 巨在环境分析中的应用 在应用研究领域，大量学者将s p m e 技术应用于各个分析领域，对大量的待测 物质进行了分析测定，得到了令人满意的分析结果。其中又以其在环境分析中的 应用最多主要有： 在气态样品的分析方面：研究者对空气中的b t e x 类化合物，甲醛，胺类物质， 石油烃化合物等进行了分析研究。而g o r l od a n u t a 等人通过利用s p m e g c m s 方法对几种有机污染物的分析，建立了一种评估室内空气质量的方法l 6 “。 在液态样品的分析方面：主要用于分析水中的有机氯化台物，b t e x 类化合物， 0 l 剞相微萃取拙术札痕量有毒有害物质分析中的麻崩 第一章0 曹 脂肪酸及脂肪酸盐，1 5 种甘油醚，氯苯类化合物，杀虫剂，环境水样中的有机磷 农药和除草剂等。我国的李攻科等人利用s p m eg cm s 联用检测了赤潮海水中 的有机物，研究了其种类和含量的变化规律【6 ”。陈文锐等人用s p m e 技术代替传统 的进样技术，对污染棕桐油中的低浓度二甲苯进行了测定1 6 。此外，对水中和沉 积物中的有机金属化合物的分析也有大量报道”。 在固态样品的分析方面：土壤样品中的氯代苯，对三嗪在沉积物中的吸附系 数的测定，固体样中的卤代苯，卤代酚，污泥及沉积物中脂肪酸与洗涤剂组分， 纺织品及皮革品中的禁用偶氨染料的测定。 1 9 展望 s p m e 是一种新型的无溶剂样品制各技术。到目前为止，s p m e 主要是和g c 相 结合，用于对环境样品中的有机物进行分析。如将s p m e 与离子阱质谱仪相连接， 应该可实现在1 0 - 1 5 9 水平上检测痕量组分。 一些研究也表明，当用离子交换固定相层时，也可将其应用于对无机物的分 析。将s p m e 直接结合到原子吸收仪、电感耦合等离子体仪、火花放电仪以及辉光 放电仪器时，s p m e 的应用可以拓宽到更广泛的无机物中。s p m e 与电化学相结合 是一种非常有前途的应用，尤其是在无机物的分离方面。电导聚合物的涂层或金 属涂层可对已还原的待测物进行言集。例如：镀金铂电极纤维能够有效的从复杂 的汞样中富集汞离子。 在其他一些领域，s p m e 也发挥着越来越重要的作用，如脂肪酸的分离测定p 、 生物聚合物f 如蛋白质等) 的吸附萃取等。s p m e 也可以用于基体协助脱附过程。即 涂层既可以用于萃取蛋白质又可作为脱附介质”。这种s p m e 系用光纤，通过高强 激光脉冲来协助脱附过程田1 。此外，通过对现有s p m e 装置进行改动，也可将其应 用于测试监控手段，在等离子体化学反应监测中发挥重要作用。新型吸附剂的开 发研制对手将s p m e 确立为一种有效的样品预处理技术非常重要。如果发展具有分 子识别能力( 如笼形分子) 的萃取纤维层，则可以实现特殊的萃取功能。还可以通过 各种物理化学手段对纤维材料本身进行各种改性，以获得稳定性好，又有一定机 械强度的萃取头。在此方面的进展必将极大的拓宽s p m e 的应用范围。 1 1 0 丙烯酰胺和苏丹红 圊相礅萃取技术在痕量有毒有害物质分析中的应用 第一章引言 1 1 0 1 丙烯酰胺 丙烯酰胺为小分子白色结晶状固体，分子量7 1 0 8 ，熔点8 5 c 室温下稳定， 易溶于水、甲醇、乙醇、二甲醚、丙酮、氯仿等溶剂。很容易经消化道、皮肤、 肌肉或其他途径吸收，并能透过胎盘屏障。它是一种公认的神经毒素和准致癌物， 动物实验和体外细胞实验都证明丙烯酰胺可导致遗传物质的改变和癌症的发生， 现已被w h o 国际癌症研究中一5 , ( r a c ) y o 为可能致癌物质( i i a 类) ，因此，有关丙烯 酰胺及测定方法的研究目前己引起包括欧盟、f a o w h o 、美国谷物化学家协会 ( a a c c ) 、美国食品药物管n n j ( f d a ) 、美国食品工艺师协会( i f d 等政府和国际组 织的广泛关注。食品中丙烯酰胺的产生机制，目前基本得到确认的是冉食品中天 门冬酰胺和还原性糖在高温加热过程中通过美拉德反应( m a i l l a r dr e a c t i o n ) 而生成， 加工方式对丙烯酰胺的产生影响很大，食品加热到1 2 0 以上即可发现丙烯酰胺的 生成。 目前，国际上食品中丙烯酰胺测定方法主要为气相色谱一质谱联用法和高效 液相色谱质谱联用法两种方法，对仪器设各要求较高。因为一般食品中丙烯酰胺 的产生量较小，样品提取液直接测定有一定困难，寻找一种有效的预富集方法是 很必需的。 1 1 0 2 苏丹红 苏丹红属于偶氮类化工染色剂，主要用于溶剂、油、蜡、汽油增色以及鞋、 地板等的增光以及生化毒理学研究中的着色，苏丹红有i 、l i 、【i i 、号四种。 厂家在食品中添加苏月红( 主要是苏丹红i ) 的主要目的是增加红色，由于苏丹 红是合成染料，对光线的敏感性不强，添加以后不容易褪色，可长期保持鲜红的 颜色，能解决天然辣椒素经过光照以后褪色的问题，但毒理学研究表明，苏丹红具 有致突变性和致癌性，因此在我国禁止使用于食品中，然而仍然有一些缺乏诚信 的生产厂商为谋求不当的商业利润而违反在食品中使用苏丹红。去年的肯德基事 件就是一个典型的例子。 欧洲健康与消费者保护综合委员会公布的检测方法是利用有机溶剂( 己腈、 丁f 己烷、氯仿、甲醇等) 提取，过滤，滤液用高效液相色谱法测定。我国国家质 量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会发布的高效液相色谱法在欧洲健康 与消费者保护综合委员会公布的检测方法基础上做了改进。其技术要点是采用正 1 2 乩阳微革取挫术档痕誊何毒有省物质分析中的应用第一章0 l 言 己烷代替乙腈做提取液，提取后经旋转蒸发器蒸发浓缩，氧化铝层析柱固相萃取净 化后，采用梯度流动相，用反相高效液相色谱一紫外可见检测器进行色谱分析，外标 法定量。h p l c 能够有效的实现对苏丹红i 的检测，但提取液需经浓缩，净化等步 骤，较为烦琐。 嘲拥微革取技术在i 缸量有鸯有害物质分析中的应用第：一章奉论文研究的h 的、对象及实施步骤 第二章本论文研究的目的、对象及实施步骤 2 1 研究目的 本论文的研究目的是研究固相微萃取和液相色谱联用( s p m e - - h p l c ) 测定 地表水、食品中痕量丙烯酰胺、苏月红i 等有毒有害物质的方法。h p l c 能够有效 的实现对丙烯酰胺和苏丹红的检测，但灵敏度有限，如要实现上述目的，需借助 更为有效的样品预富集手段以提高分析灵敏度，固相微萃取则是很有效的预富集 手段，通过与固相微萃取联用，h p l c 测定丙烯酰胺和苏丹红i 的灵敏度可望获得 较大提高。 2 2 研究对象 本文以地表水、食品等为对象，探讨固相微萃取和液相色谱联用( s p m e h p l c ) 测定其中丙烯酰胺及苏丹红i 的最优化条件，对地表水，油炸及烘烤食品 中痕量丙烯酰胺进行测定，对食品中苏丹红i 进行测定。 23 实施步骡 本论文的研究分为三个阶段： 一、以水溶液中痕量丙烯酰胺为对象，探讨固相微萃取和液相色谱联用( s p m e - h p l c ) 测定地表水中丙烯酰胺的最优化条件，并以学校附近几条河流水样 加入适量丙烯酰胺作为模拟水样，采用s p m e - - h p l c 进行测定。 二、以固相微萃取和液相色谱联用( s p m e - - h p l c ) 作为测定技术，探讨此方法 测定薯条、油条及烘烤面包中痕量丙烯酰胺的性能。 a 、薯条中痕量丙烯酰胺的测定 b 、油条中痕量丙烯酰胺的测定 c 、烘烤面包中痕量丙烯酰胺的测定 三、探讨固相微萃取和液相色谱联用( s p m e - - h p l c ) 测定食品中痕量苏丹红i 的技术参数，并对食品样品中的苏丹红i 进行测定。 i 州相微革取技术“痕量肯毒有害物质分析中的应用第三章尉相微革取h p l c 测定琅量烯酰胜 第三章固相微萃取一h p l c 测定痕量丙烯酰胺 3 1 前言 随着工业化水平的提高，人类活动范围的扩大，排放废水中的有机化合物运 年增加，许多污染成分严重影响人类的健康，存在现实和潜在的危害性，为监控 这些有机物可能产生的环境污染，要求建立起相应的检测方法。在此，我们根据 丙烯酰胺的化学特性，对水中丙烯酰胺分析方法进行了研究。丙烯酰胺是一种具 有潜在致癌作用的有毒有机化合物，其为白色固体，易溶于水、醇、丙酮和三氯 甲烷，微溶于苯和庚烷，有关企业排放废水中可能含有痕量该化合物，但若得 不到足够的重视，可能经长时间的积累而导致疾病，为此，需要研究一种灵敏的 分析方法。i - i p l c 能够有效的实现对丙烯酰胺的检测，但灵敏度有限，如要实现上 述目的，需借助更为有效的样品预富集手段以提高分析灵敏度，固相微萃取则是 很有效的预富集手段，通过与固相微萃取联用，h p l c 罚 定丙烯酰胺的灵敏度可获 得很大提高。本文研究结果表明，在低温条件下，用碳纤维从水溶液中萃取丙烯 酰胺，用甲醇超声洗脱并进行液相色谱分析，可将h p l c 测定丙烯酰胺的检测下限 降低一个数量级以上，且该固相微萃取过程对设备要求低、操作简单、时间效率 较高，提供了一种测定痕量丙烯酰胺的有效方法。同时，该方法亦成功地应用于 食品中痕量丙烯酰胺的测定。 3 2 实验仪器及试剂 仪器：美国w a t e r s5 1 5 高效液相色谱仪，配= 极管阵列检测器 k q 2 1 8 型超声波清洗器( 昆山产) 固相微萃取器的制作：以微量注射器改造，具体见图2 。 吲栩微革取拙术办- 痕量柯肆有害物质分析中的应用掉三章i 制相微萃取一h p l c 测定舡量由烯酰胺 试剂 纤维柬 图2 ：自制固相微萃取装置示意图 试剂级别 i 丙烯酰胺 c p 甲醇 a r 三氯甲烷 a r 氯化钠 a r 碳酸钾 a r 硫酸 9 8 亚沸水本实验室自制 薯条购自食品店 油条购自菜场 烘烤面包购自学校面包房 3 3