有机物样品预处理技术

1、环境分析的特点环境分析的特点 环境是一个多组分和多变的开放环境是一个多组分和多变的开放体系，其中污染物具有：体系，其中污染物具有：l种类繁多种类繁多l含量低含量低l组成复杂组成复杂l具有流动性和不稳定性具有流动性和不稳定性 如何达到分析仪器的要求？环境预处理技术研究热点环境预处理技术研究热点l 批量化、自动化、环保化批量化、自动化、环保化l 快速、高效、易操作快速、高效、易操作l 生物监测技术：酶免疫检测（生物监测技术：酶免疫检测（EIAEIA） l挥发和蒸发浓缩法挥发和蒸发浓缩法l蒸馏浓缩法蒸馏浓缩法l液液- -液萃取法液萃取法l吸附分离法吸附分离法l化学衍生法化学衍生法样品中有机物萃取技术

2、样品中有机物萃取技术 索式萃取法索式萃取法 摇床振荡萃取法摇床振荡萃取法 超声萃取法超声萃取法 超临界流体萃取法超临界流体萃取法 微波萃取法微波萃取法针对固针对固体样品体样品 液液- -液萃取法液萃取法 一滴溶剂萃取一滴溶剂萃取 固相萃取法固相萃取法 固相微萃取法固相微萃取法针对针对水样品水样品 为了选择与评价分离、富集技术，常涉及下面两个概念：l 回收因数（回收因数（R RT T） 指样品中目标组分在分离、富集过程中回收的完全程度。即： 痕量回收：R RT T100%90%90%。0TTTQQR l 富集倍数（富集倍数（F F）或与浓缩系数）或与浓缩系数 定义为欲分离或 富集组分的回收率与基

3、体的回收率之比，即： 式中， 和 分别为富集前、后基体的量； 为基体的回收率。MTMTMTRRQQQQF/000MQMQMRMR预处理预处理吹扫捕集吹扫捕集顶顶 空空液液萃取液液萃取固相萃取固相萃取固相微萃取固相微萃取卤代烷烃、卤代烯烃卤代烷烃、卤代烯烃苯系物苯系物多氯联苯、多环芳烃多氯联苯、多环芳烃有机氯农药、有机氯农药、POPs固相萃取法是利用疏水性的固体来分离和富集水溶液中的有机物的方法，实质上是一种液相色谱分离，所用的吸附剂也与液相色谱常用的固定相相同，只是在粒度上有所区别。自70年代问世以来，其全球需求量迅速增长。l功能功能 用于样品分析前的净化或浓缩富集，能用于气相色谱、液相色谱、

4、红外光谱、质谱、核磁、紫外和原子吸收等各种分析方法的样品预处理。l特点特点 与传统的液-液萃取相比，由于其采用了高效、高选择性的固定相，能显著减少溶剂用量，简化样品预处理过程，同时所需费用也有所减少（固相萃取所需时间为液液萃取的1/12，费用为液液分配的1/5）。l研究对象：研究对象： 水介质中有机物水介质中有机物l核心技术：核心技术： 固相吸附剂固相吸附剂（极性、（极性、非极性、离子型、生物非极性、离子型、生物型等）型等） 洗脱溶剂洗脱溶剂l特点：选择性、高倍富特点：选择性、高倍富集、易于实现自动化集、易于实现自动化吸附剂的种类吸附剂的种类l反相吸附剂反相吸附剂 l正相吸附剂正相吸附剂l离子

5、交换吸附剂离子交换吸附剂 l抗体键合吸附剂抗体键合吸附剂 反相反相正相正相甲醇 异丙醇 乙腈 丙酮 二氯甲烷 乙酸乙酯 四氢呋喃 水 甲醇 异丙醇 乙腈 丙酮 二氯甲烷 乙酸乙酯 四氢呋喃 水 弱弱强强GILSONGILSONEmpore SPE 膜技术，是将SPE填料颗粒，紧紧地压在PTFE纤维网中，这样造就了其高密度的独特萃取介质。Empore 更少的填料量、更短的扩散通道使得萃取更加有效，溶剂使用量更少，无沟渠和孔穴产生。lENVI-18 DSK ENVI-18 DSK 膜片膜片( C18( C18键合相键合相) )： 含有表面改良硅的多孔玻璃纤维基体，可用于从大量水中（至少1L）萃取有

6、机污染物，如PAHs、PCBs、杀虫剂、除草剂、酞酸酯等。 玻璃纤维基体优势：可以实现高流速，同时又能减少微粒堵塞。lENVI-Disk基体厚而硬，可以捕获流经它的各种微粒。与之相比，聚四氟乙烯薄膜片薄、软、易于起皱，而且如果样品含有微粒，易于堵塞。 吸附剂吸附剂分离机理分离机理洗脱溶剂洗脱溶剂分析物的性质分析物的性质环境分析中应用环境分析中应用键合硅胶键合硅胶C C1818、C C8 8反相反相有机溶剂有机溶剂非极性非极性弱极性弱极性氨基偶氮苯，多氯苯酚类，多氯氨基偶氮苯，多氯苯酚类，多氯联苯类，芳烃类，多环芳烃类，联苯类，芳烃类，多环芳烃类，有机磷和有机氯农药类，烷基苯有机磷和有机氯农药类

7、，烷基苯类，邻苯二甲酸脂类，多氯苯胺类，邻苯二甲酸脂类，多氯苯胺类，非极性除草剂，脂肪酸类，类，非极性除草剂，脂肪酸类，胺基蒽醌胺基蒽醌多孔苯乙烯多孔苯乙烯二乙烯基苯共二乙烯基苯共聚物聚物反相反相有机溶剂有机溶剂非极性非极性中等极性中等极性苯酚，氯代苯酚，苯胺，氯代苯苯酚，氯代苯酚，苯胺，氯代苯胺，中等极性的除草剂（三嗪类，胺，中等极性的除草剂（三嗪类，苯磺酰脲类，苯氧酸类）苯磺酰脲类，苯氧酸类）多孔石墨碳多孔石墨碳丙胺键合硅胶丙胺键合硅胶硅酸镁硅酸镁反相反相正相正相正相正相有机溶剂有机溶剂有机溶剂有机溶剂有机溶剂有机溶剂非极性非极性相当极性相当极性极性化合物极性化合物极性化合物极性化合物醇类

8、，硝基苯酚类，相当大极性醇类，硝基苯酚类，相当大极性的除草剂，碳水化合物，有机酸的除草剂，碳水化合物，有机酸醇，醛，胺，除草剂，杀虫剂，醇，醛，胺，除草剂，杀虫剂，有机酸，苯酚类，类固醇类有机酸，苯酚类，类固醇类离子交换树脂离子交换树脂离子交换离子交换一定一定pHpH的水的水溶液溶液阴阳离子型有阴阳离子型有机物机物苯酚，次氮基三乙酸，苯胺和极苯酚，次氮基三乙酸，苯胺和极性衍生物，邻笨二甲酸类性衍生物，邻笨二甲酸类抗体键合吸附抗体键合吸附剂剂免疫亲和免疫亲和反应反应甲醇甲醇/ /水溶水溶液液特定污染物特定污染物多环芳烃，多氯联苯，有机磷、多环芳烃，多氯联苯，有机磷、有机氯农药类及染料等有机氯农药

9、类及染料等 正相正相 反相反相固定相极性 极性大或中等 极性小或中等（C18柱）溶剂极性 极性小或中等 极性大或中等样本洗脱次序 非极性先出来 极性强先出来增加溶剂极性 降低洗脱时间 增加洗脱时间（即加水） 目前应用最广、性能最佳的固定相。稳定，耐水、目前应用最广、性能最佳的固定相。稳定，耐水、耐光、耐有机溶剂，应用最广。耐光、耐有机溶剂，应用最广。l硅氧碳键型：硅氧碳键型： SiSiO OC Cl硅氧硅碳键型：硅氧硅碳键型：SiSiO OSi Si C C l硅碳键型：硅碳键型： SiSiC Cl硅氮键型：硅氮键型： SiSiN N：40m40m颗粒，颗粒，60m60m孔径孔径：硅酸镁，：硅

10、酸镁，80/12080/120目目：80-160m80-160m 球型颗粒球型颗粒：无键合相，网眼颗粒：无键合相，网眼颗粒 US EPAUS EPA方法：方法： 506 酞酸酯 525.1 半挥发性有机物 549.1 百草枯和敌草快 550.1 多环芳香烃。 l确定吸附剂类型及用量确定吸附剂类型及用量： 目标物性质和浓度估计目标物性质和浓度估计l萃取柱条件化萃取柱条件化：用适量溶剂进行吸附剂的活：用适量溶剂进行吸附剂的活化，再用去离子水进行柱条件化；化，再用去离子水进行柱条件化；l通过水样通过水样：流速控制在：流速控制在2-5ml/min2-5ml/minl萃取柱纯化萃取柱纯化：洗脱某些非目标

11、物：洗脱某些非目标物l萃取物洗脱萃取物洗脱：15ml15ml的洗脱液，待后续分析。的洗脱液，待后续分析。 不同吸附剂吸附容量比较不同吸附剂吸附容量比较a. Ca. C1818 吸附剂吸附剂 b. b. 石墨碳吸附剂石墨碳吸附剂模型阿特拉津模型阿特拉津SPE-HPLCSPE-HPLC在线联用体系在线联用体系目标物吸附阶段目标物吸附阶段目标物解吸、分析阶段目标物解吸、分析阶段SPE微柱（微柱（1mm10mm） 1994年获美国匹兹堡分析仪器会议革新大奖，是一种应现代仪器的要求而产生的样品前处理新技术。集采样、萃取、浓缩、进样于一体，便于集采样、萃取、浓缩、进样于一体，便于携带，真正实现样品的现场采

12、集和富集，能够与携带，真正实现样品的现场采集和富集，能够与气相、气相气相、气相- -质谱、液相、液相质谱、液相、液相- -质谱仪联用。质谱仪联用。广泛应用于环保及水质处理、临床药理、公安案件分析、制药、化工、国防等领域。 l状似一只色谱注射器，由手柄(Holder)和萃取头或纤维头(Fiber)两部分构成。l萃取头是一根外套不锈钢细管的1cm长、涂有不同色谱固定相或吸附剂的熔融石英纤维头，纤维头在不锈钢管内可自由伸缩，用于萃取、吸附样品；l手柄用于安装或固定萃取头，可永久使用。 几种萃取方法比较几种萃取方法比较项目项目SPESoxhletSPMEUESFEMAEPLE介质介质液体液体固体固体液

13、体液体/固固体体固体固体固体固体固体固体固体固体样品量样品量/g几十到几百几十到几百53025023011025030萃取时间萃取时间/h0.526240.220.510.510.50.2溶剂量溶剂量/ml11015030005030001020205025萃取方式萃取方式真空真空加热加热分配分配超声超声温度温度+压力压力自动化程度自动化程度高高很低很低低低-高高很低很低低低-高高中等中等建方法时间建方法时间中等中等短短中等中等短短长长操作者要求操作者要求中等中等低低中等中等低低高高中等中等仪器价格仪器价格低低很低很低低低很低很低高高中等中等l一滴溶剂微萃取方法一滴溶剂微萃取方法（Single

14、-drop Micro- extraction，SDME） 取一支10L微量注射器，准确吸入一定量的萃取剂，垂直插入盛有水样的样品瓶中，使针尖完全浸入水样，将微量注射器内的萃取剂推出,使其悬挂在注射器的针尖头，打开磁力搅拌器并调至一定的搅拌速度，萃取一定时间后，再将萃取剂全部吸入注射器内，然后将其注入气相色谱分析。 AnalyteTapwaterWastewaterSpikedlevel(g/L)Meanrecovery(%)RSD(%)Spikedlevel(g/L)Meanrecovery(%)RSD(%)Nitrobenzene4.0102.85.48.097.05.8o-MNT4.01

15、01.47.98.095.73.3m-MNT4.0101.74.78.093.97.9p-MNT4.0101.24.98.092.57.1m-NCB0.40104.14.60.8095.55.8p-NCB0.40104.74.30.8096.34.4o-NCB0.40102.93.10.8093.65.8l萃取剂的种类和用量萃取剂的种类和用量：甲苯等非极性溶剂，(0.210.0l)l搅拌速度搅拌速度：50、100、200、300、500、800 r/min l萃取时间萃取时间：560 minl酸度酸度：pH 28l离子强度离子强度：考察不同浓度的NaCl对萃取效率的影响 l萃取温度萃取温度：温

16、度能加速扩散作用，影响目标物在水相和萃取剂之间的分配系数以及萃取剂在水相中的溶解性。（ 030 ）l吹扫捕集吹扫捕集- -气相色谱气相色谱- -质谱联用仪质谱联用仪l顶空进样顶空进样- -气相色谱气相色谱- -质谱联用仪质谱联用仪l微波热解析微波热解析- -气相色谱气相色谱- -质谱联用系统质谱联用系统l超临界流体萃取超临界流体萃取- -液相色谱液相色谱- -质谱联用系统质谱联用系统l固相萃取固相萃取- -液相色谱液相色谱- -质谱联用系统质谱联用系统l消解消解- -吹扫捕集吹扫捕集- -气相色谱气相色谱- -质谱联用系统质谱联用系统 CharcoalTenax Silica GelSemi-

17、volatilevolatileFreon-12Sample gasventTenax：poly(2,6-diphenyl-p-phenylene oxide ，聚2,6-二苯基对苯醚SPE-HPLCSPE-HPLC在线分析系统（样品预处理在线分析系统（样品预处理- -色谱分析）色谱分析）l土样的风干土样的风干 风干后的土壤含水率一般 5%。l磨碎和过筛磨碎和过筛 1927年国际土壤学会规定通过2 mm孔径的土壤用作物理分析，通过1 mm或0.5 mm孔径的土壤用作化学分析。l筛网规格有两种表达方法筛网规格有两种表达方法 以筛网孔径尺寸表示，如孔径为2 mm、1 mm的筛网；另一种是以每英寸长

18、度上的孔数来表示，如每英寸长度上有80个孔即称为80目，100目的筛网则说明在每英寸长度上有100个孔。真空冷冻干燥技术，简称冻干，又称升华干燥。在环境领域广泛应用于土壤、沉积物等样品处理。冷凝温度： -50 真 空 度： 20Pa 捕水能力：n kg/24h 样 品 盘： 200mm多层l重量法：重量法：土壤水分测定l容量法：容量法： 浸出物中含量较高的成分测定，如Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42等。l分光光度法、原子吸收分光光度分光光度法、原子吸收分光光度法、原子荧光分光光度法、等离法、原子荧光分光光度法、等离子体发射光谱法：子体发射光谱法： 重金属如Cu、Cd、Cr、Pb、Hg和Zn

19、等组分的测定。l气气/ /液相色谱法：液相色谱法： 有机氯、有机磷及有机汞等农药的测定。高速离心机l索氏萃取法(Soxhlet)l振荡器法l超声萃取法l微波萃取法l样品抽提萃取l浓缩l硅胶柱净化lGC-MS测样旋转蒸发仪水浴氮吹仪平行蒸发仪平行蒸发仪（浓缩）12 个加水的透明玻璃圆筒被用作独立的加热池，里面可处理最大样品容量为 30 ml 的多种容器采样采样样品样品清洗清洗-78oC冷藏冷藏冷冻冷冻干燥干燥球磨球磨粉碎粉碎生物样生物样布点布点采样采样清洗清洗除杂除杂物物-25oC冷冷藏藏冷冻冷冻干燥干燥球磨球磨粉碎粉碎沉积物沉积物布点采样分选、筛分-25oC冷藏冷冻干燥磨土过筛土壤样土壤样储存

20、储存待用待用lNaOHNaOH溶液提取法溶液提取法( (传统方法传统方法) ) 提取效率高，但NaOH溶液浓度影响提取效果lNaNa4 4P P2 2O O7 7提取法提取法 提取效率较高，但提取的不仅仅是腐殖质，还包括有机-矿物络合物。因为其能与土壤中的Ca、Mg、Fe、Al等阳离子作用，形成不溶性络合物，使本不溶于水的腐殖酸盐变成可溶性腐殖酸钠，即AlFeXOPCaCOONaOHRCOOXOPNaCaCOOOHRCOOXOPCaCOONaROPNaCaCOOR或722227242272247242422)()(lNaOHNaOH和和NaNa4 4P P2 2O O7 7提取法提取法 单独使用NaO