分离科学与进展专题(一)

1、分离科学与进展 专题(一)样品前处理技术 1 讲座内容固相萃取技术 固态样品的浸提技术(萃取)相关理论基础 样品前处理在分析化学中的地位和分类 液相微萃取技术 7/8/20222 引子从“瘦肉精”谈起“瘦肉精”学名，盐酸克伦特罗（ C l e n b u t e r o l ） ， 化学名为“ 4 - 氨基- - ( 叔丁基氨基)甲基 - 3 , 5 - 二氯苄醇盐酸盐”，分子式为C12H18Cl2N2OHCl。分子量313.7，无色微晶粉末。易溶于水、甲醇、乙醇，微溶于氯仿，不溶于苯。盐酸克伦特罗（CLB）是肾上腺素的同分异构体，最早作为止喘药，用于防治哮喘和支气管痉挛。3“瘦肉精”的危害性

2、及法规限量 “瘦肉精” 对小鼠、豚鼠静脉注射的半数致死量分别是每公斤体重27.6mg和12.6mg。“瘦肉精”在体内极易蓄积残留。 人食用残留有“瘦肉精”的畜产品后，对患心、脑血管疾病、糖尿病、甲状腺机能亢进、青光眼、前列腺肥大者可造成威胁生命的恶果。孕妇中毒又可导致癌变、胎儿致畸。 美国食品药物管理局（FDA）和世界卫生组织（WHO）还建议盐酸克伦特罗在动物组织中最高残留限量（MRL）为：肉0.2g/kg、肝0.6g/kg、肾0.6g/kg、脂肪0.2g/kg、乳0.05g/kg。4“瘦肉精”的检测方法 GB/T 5009.192-2003 动物性食品中克伦特罗残留量的测定。本标准适用于新鲜

3、或冷冻的畜、禽肉与内脏及其制品中克伦特罗残留的测定。本标准也适用于生物材料(人或动物血液、尿液)中克伦特罗的测定。第一法，气相色谱-质谱法，检出限为0.5g/kg;第二法，高效液相色谱法，检出限为0.5g/kg；第三法，酶联免疫法，检出限为0.5g/kg。SN/T 1924-2007 （出入境）液-质法，检出限0.01g/kg;其他方法： 生物传感技术（Biosensor，BS）；细管电泳免疫分析-激光诱导荧光检测（CEIA-LIF）。 5“瘦肉精”的检测-高效液相色谱法 示例 目的: 利用高效液相色谱仪检测动物性食品中克伦特罗残留量的方法。方法: 采用液- 液萃取和固相萃取纯化样品, 利用H

4、ype rsil- C18柱, 流动相为0. 1%甲酸的乙腈0. 1%甲酸的乙酸铵水溶液( 25：75)。结果: 检测限为0. 05 mg / kg, 方法精密度RSD = 4. 46%, 回收率为88. 0% 93. 4%。结论: 简化样品处理过程, 降低方法检出限。 （中国卫生检验杂志，2011，21：1363） 6一、样品前处理在分析化学中的地位和分类LC/GC杂志分别于1991，1996，2001年对样品前处理进行问卷。78 在分析检测过程中的重要性9 样品前处理过程中的常见问题10 样品前处理方法和技术在分析化学中的地位 在一个完整的样品分析过程中, 大致可以分为4个步骤: 样品采集

5、; 样品前处理; 分析测定; 数据处理与报告结果。其中样品前处理所需时间最长, 约占整个分析时间的三分之二。通常分析一个样品只需几分钟至几十分钟, 而分析前的样品处理却要几小时。 样品前处理是分析过程中一个重要的步骤, 样品前处理过程的先进与否, 直接关系到分析方法的优劣。由于样品前处理过程的重要性, 样品前处理方法和技术的研究已经引起了分析化学家的广泛关注。 目标：减少样品前处理时间，降低试验误差。 趋势：批量处理样品（时间）；在线、自动化装置（一致性）；微处理技术（溶剂消耗） 11 样品前处理方法和技术的分类 分类方法: 根据分析样品的存在状态; 根据样品前处理过程的目标任务; 根据样品在

6、前处理过程中是否彻底。(Anal.Chem. 75:2549)12样品前处理-目的 样品前处理的目标任务：1）从样品基质中有效提取出目标成分。 -提高检测结果的准确度；2）对复杂体系的样品提取物进行净化处理。 -减少检测过程的基体干扰；3）对包含目标成分的样品提取物实现富集和浓缩。 -提高检测的灵敏度。13 本专题: 固态样品的浸提技术(萃取): 加速溶剂萃取(ASE); 微波辅助萃取(MAE)。固相基质材料的萃取净化(富集)技术: 固相萃取(SPE)、基质固相分散(MSPD)、固相微萃取(SPME) 。液相微萃取(富集)技术:液相微萃取(LPME) 。14二、相关理论基础分配系数:液液分配：

7、液固分配：用于计算平衡条件下，被萃取的目标物质的浓度（物质的量），评估萃取效果（提取回收率、净化回收率、富集倍数）。15 = 为目标物质的洗脱时间曲线。1）脱离固体基质表面；2）扩散穿越基质内孔的有机层；3）溶解进入溶剂相；4）扩散穿越溶剂相的浓度梯度层。缩短提取时间的方法：加温、加压、微波辅助、超声波辅助。目标成分传质动力学过程(Anal.Chem. 75:2549)16te, 目标物质萃取率达到 95%时需要的平衡时间； 界层厚度；b 萃取相的厚度；Ds目标物质在样品基质中的扩散系数； Kes目标物质在萃取相和样品基质中的分配系数；B1 常数。 取决于目标物对流速率和分配常数。加温、加压、

8、微波辅助、超声波辅助、溶剂流动等可使之变小。萃取过程的界层模型17三、固态样品的浸提 (萃取)技术传统方法：溶剂（加热）浸提 、振荡提取、索氏萃取、蒸馏萃取、同时蒸馏萃取、超声波辅助萃取 。发展方法：加速溶剂萃取（加压溶剂萃取）。微波辅助萃取。超临界流体萃取。顶空进样。固相微萃取。18同时蒸馏萃取（simultaneous distillation extraction，SDE）是通过同时加热互不相溶的样品液相与有机溶剂至沸腾来实现的。使水蒸气和有机溶剂蒸气在汽态状态下充分交换，实现高效萃取过程。 蒸馏和提取同时进行,只需要少量溶剂就可提取大量样品, 挥发性、半挥发性有机成分得到浓缩。 同时蒸

9、馏萃取作为一种前处理技术，同固相微萃取、顶空进样等相比，具有良好的重复性和较高的萃取量，而且操作简便、定性定量效果好，是一种行之有效的前处理方法。但当蒸馏温度过高时，样品可能发生副反应，同时高沸点的组分也难以随水蒸气一起蒸出来，对成分的检验不很全面。 常用于食品中，香味成分的分离提取。同时蒸馏萃取19 在密闭容器中，通过稳定地加温（ 50200 ） 、加压（ 5003000psi )，实现固态、半固态样品中目标分析物的有效提取。(Anal.Chem. 68:1033)PSI英文全称为Pounds per square inch磅/平方英寸; 1psi=6.895kPa . 加速溶剂萃取（ASE

10、）20加速溶剂萃取的过程1）加溶剂于样品池2）加温和加压3）静态浸湿4）用新鲜溶剂冲洗5）循环第3和第4步用氮气清洗总时间：1215min21加速溶剂萃取的原理ASE 的基本原理：利用升高温度和压力,增加物质溶解度和溶质扩散效率,提高萃取的效率。温度和压力对物质物理化学性质（溶解性、传质速率、界面平衡）的影响:温度的影响: 1）温度的增高能够打断溶剂与基质之间的作用力(范德华力,氢键等等) ,使被溶物快速从基质中解析出来;（解析）2）能够降低溶剂的粘度,具有更强的穿透能力,使之能更快速地萃取; 增加目标成分的溶解度。（粘度、溶解度）3）还可以降低溶剂基质的表面强度,使两个界面能更好地接触。（扩

11、散）压力的影响:1）升高压力能够使溶液的沸点增高,在较高的温度之下使溶剂保持液态，溶剂溶解度显著增加;（溶剂状态、溶解度）2）压力可以使溶剂进入基质微孔,与基质更全面地接触。(Anal.Chem. 68:1034)22加速溶剂萃取过程中的条件优化ASE 的条件：温度、压力、萃取时间。（土壤中的氯代二酚）(Trends in Anal.Chem. 17:624)(Environ.sci.technol. 33:3249)萃取土壤中的阿特拉津（农药）的参数优化（在选定溶剂下）23加速溶剂萃取的提取效果(Trends in Anal.Chem. 17:624)(分析化学. 35:484)24ASE的

12、对比优势 物料用量、溶剂体积、溶剂/物料比、萃取时间25加速溶剂萃取的应用ASE 的应用领域1）环境研究和控制2）食品、乳制品、农产品（食品安全）3）石油、聚合物产品4）药品5）化妆品ASE的优势1）美国EPA（环境署）确定为大量环境对象的分析前处理方法；EPA标准方法3545A。2）极大减少了样品前处理的时间和溶剂消耗。3）易于自动化，减少操作过程误差。26加速溶剂萃取的应用示例谷类作物中酰胺类除草剂测定方法研究1）ASE萃取2）SPE净化3）GC-ECD4）分析方法评价(J. Sep. Sci. 2011, 34, 1675)27谷类作物中酰胺类除草剂ASE萃取条件优化28萃取溶剂优化29

13、SPE条件优化30实际样品分析 两种样品中检测到含有微量的炔苯酰草胺、异丙甲草胺和吡氟草胺残留，但均低于欧盟对MRLs限定标准。 已列入EPA方法的样品前处理技术： 加速溶剂萃取EPA标准方法3545A；微波辅助萃取EPA3550；超声波辅助萃取EPA3550；索氏提取EPA3540；自动索氏提取EPA3541；振摇EPA8151 。311）微波辅助萃取又称微波萃取，是微波和传统溶剂萃取方法结合后形成的一种样品提取（萃取）技术。2）微波辅助萃取是利用微波能来提高萃取速率的样品提取（萃取）技术。3）微波的特性：波动性高频性热特性非热特性(Phytochem. Anal. 13, 105)微波辅助

14、萃取（MAE）32微波辅助萃取的原理MAE的基本原理：在微波场中，吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性的加热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小，微波吸收能力相对差的萃取溶剂中。加热原理：通过离子传导、偶极子转动作用于分子。1）离子在电磁场中电泳移动形成电流，介质对离子流阻碍而产生热效应；2）偶极子在电场中中心定向排列，当电场方向改变时重排随之变化，造成极性分子运动和相互摩擦，使极性分子获得能量并以热能的形式表现出来，介质温度不断升高。热特性： 1）物质中的极性分子在微波的作用下迅速活化，分子间大量的碰撞，导致在短时间内迅速升温。2）不同

15、的物质，其介电常数不相同。在微波场中，萃取体系内部的各物质被选择性的加热。3）被加热的物质的某些物理性质发生变化，变得容易进入到介电常数小的萃取溶剂中。非热特性：电效应、磁效应、化学效应。33微波辅助萃取中溶剂的介电常数MAE的扩散效应：微波产生的场加速了萃取溶剂界面的扩散速率，使溶剂与被萃取物质充分接触。极性溶剂能更好的吸收微波，提高溶剂的活性，MAE常选择极性溶剂（介电常数在828）。(Phytochem. Anal. 13, 105)加热快：只需几分钟就可以达到传统方法加热几小时才能达到的萃取效果。是一种内加热，无容器壁传热。成分的提取率高：麻黄碱提取率：常规煎煮0.183%提高到0.4

16、85%；板蓝根多糖从0.81%提高到3.47%。34微波辅助萃取的装置和过程MAE的装置：1）封闭式；2）开放式。过程：原料预处理萃取溶剂和样品混合微波萃取冷却过滤净化分析35微波辅助萃取过程的条件优化MAE的条件：1）萃取溶剂；-极性、溶解性2）微波功率；3）萃取温度4）萃取时间5）样品的水分和湿度 。MAE的特点：1）加热迅速；2）选择性加热；3）内部整体加热；4）高效节能；5）易于控制；6）安全环保。36微波辅助萃取的应用示例(Anal. Chim. Acta ，2006， 579 ：88）a drastic reduction of the extraction time (20 mi

17、n versus 4 h) and solvent consumption (20mL versus 100 mL) was achieved with an outstanding reproducibility (CV5%).37索氏萃取固态样品萃取方法的性能比较38超声波辅助萃取39微波波辅助萃取40加速溶剂萃取41四、固相萃取净化技术1、固相萃取技术2、基质固相分散萃取技术3、固相微萃取技术42固相萃取技术固相萃取 ( solid phase extraction ，SPE) 技术是基于液相色谱原理的一种分离、纯化方法。其吸附剂为固定相，根据固相萃取剂对液相中的待测物的吸附作用，当待测

18、物通过萃取剂时，其中的痕量(目标物) 就被吸附到萃取剂上。然后，采用适宜的选择性溶剂将其洗脱下来，即得到富集、纯化的目标物。主要目的：降低样品基质干扰、提高检测灵敏度。固相萃取概念431）SPE 技术基于液-固相色谱理论，采用选择性吸附、选择性洗脱的方式对样品进行富集、分离、纯化，是一种包括液相和固相的物理萃取过程；也可以将其近似的看作一种简单的色谱过程。2）固相萃取(SPE)是利用选择性吸附与选择性洗脱的液相色谱法分离原理。较常用的方法是使液体样品通过一吸附剂，保留其中被测物质，再选用适当强度溶剂冲去杂质，然后用少量良溶剂洗脱被测物质，从而达到快速分离净化与浓缩的目的。（方法一，固相保留目标

19、物）3）也可选择性吸附干扰杂质，而让被测物质流出；或同时吸附杂质和被测物质，再使用合适的溶剂选择性洗脱被测物质。 （方法二，固相保留杂质）固相萃取的基本原理和方法44V b ； V r ； V M是保留体积 。 是保留体积的标准差。N是理论塔板数。ks 是保留因子，可由试验数据V b 和V M 计算。固相吸附剂对目标物的保留(J. Chromatogr. A， 856 :3）45相对于传统的液液萃取方法，固相萃取的优势。固相萃取的方法优点461）柱状和盘状2）独立（单柱）和组合（96孔板）3）人工操作和自动控制固相萃取装置471）方法一；填料保留目标化合物（四步）活化除去柱子内的杂质并创造一定

20、的溶剂环境。上样将样品用一定的溶剂溶解，转移入柱并使组分保留在柱上。淋洗最大程度除去干扰物。洗脱用小体积的溶剂将被测物质洗脱下来并收集。2）方法二；填料保留杂质（三步）活化除去柱子内的杂质并创造一定的溶剂环境。上样将样品转移入柱，此时大部分目标化合物会随样品基液流出，杂质被保留在柱上。故此步骤要开始收集。洗脱用小体积的溶剂将组分淋洗下来并收集。 此种情况多用于食品或农残分析中去除色素。固相萃取基本操作步骤48固相萃取柱为什么要调节49按填料类型共分为4类：1）键合硅胶：C18(封端),C18-N(未封端), C8, CN, NH2, COOH。最常用是硅胶或键合相的硅胶（硅胶表面的硅醇基团上键

21、合不同的官能团）。键合硅胶基质的填料种类多，具有多选择性。2）高分子聚合物：上世纪90年代末，为扩大反相固相萃取材料的适用范围和改善吸附平衡性，并提高重现性，以极性官能化高分子树脂为主体的新型反相固相萃取材料问世了。此类填料是以乙烯吡咯烷酮和二乙烯共聚得到的高分子聚合物，由于吡咯烷酮极性官能团的引入，这类萃取柱对各类极性、非极性化合物具有均衡的吸附作用。克服了传统C18柱存在的缺点。3）吸附型填料：Florisil(硅酸镁),PestiCarb(石墨化碳), 氧化铝(Alumina-N中性；Alumina-A 酸性；Alumina-B 碱性)。4）混合型及专用柱系列：PestiCarb/NH2

22、；SUL-5(磺胺专用柱)；HXN(磺酰脲除草剂专用柱)；DNPH-Silica(空气中醛酮类化合物检测专用柱)。常见的固相萃取填料50固相萃取填料按保留机理分类：正相: Silica, NH2, CN, Diol, Florisil, Alumina反相：C18, C8, Ph, C4, NH2, CN, 等离子交换：SCX,SAX,COOH,NH2等混合型：PCX,PAX,C8/SCX等。SPE产品51建立固相萃取方法必须考虑与萃取过程相关的多种因素，归纳起来可从三个方面考1) 确定萃取的目的及要求；2) 建立初步的固相萃取方法3) 方法的优化一、确定萃取的目的及要求固相萃取方法的建立52

23、二、选择合适的SPE柱；选择合适的固相萃取方法；三、方法的优化。建立初步的固相萃取方法并进行优化53根据吸附剂的保留机理:1) 反相(C18,C8,CN,Phenyl,C4,C1)分析物：非极性至中等极性；基质：水溶性；方法：a.活化：通常用水溶性有机溶剂，如甲醇淋洗，然后用水或缓冲溶液淋洗；b.淋洗：含5-50%极性溶剂的缓冲溶液淋洗；c.洗脱：极性或非极性溶剂洗脱；选择合适的固相萃取方法54根据吸附机的保留机理:2）正相(Silica,Florisil,Alumina,Diol,NH2)分析物：中等极性到强极性；基质：非极性至中等极性；方法：a.活化：通常用提取液所在的有机溶剂(样品基体)

24、进行活化；b.淋洗：含少量(1-5%)中等极性到弱极性有机溶剂的非极性溶剂；c.洗脱：含高浓度(5-50%)中等极性到强极性有机溶剂或非极性有机溶剂；3) 阳离子交换(SCX,PRS,COOH,WCX,PCX)4) 阴离子交换(SAX,PSA,NH2,WAX,PAX)选择合适的固相萃取方法551）新型功能柱填料的研究和应用;2) 批量处理和净化样品, 提高工作效率;3) 与分析仪器联用的在线处理和净化方法的研究, 实现自动化的分析过程。固相萃取方法研究的发展趋势56盐酸克伦特罗前处理及分析方法:1)SPE方法：(参考NY/T 468-2001) Waters Oasis MCX；Cleaner

25、t PCX； 60mg/3ml (MCX以聚苯乙烯/二乙烯苯为基质。以水可浸润型聚合物为基质的阳离子交换和反相混合机理的萃取柱。提供双重保留模式：即离子交换与反相保留。其常用于需要高吸附量的提取生物基质(如血浆，尿液，胆汁及组织匀浆)中的碱性化合物。SPE小柱方法：a.活化：2ml甲醇，2ml水，2ml 30mM HClb.上样：20mM的乙酸胺溶液c.淋洗：水，甲醇d.洗脱：4%氨化甲醇，氮气吹干，流动相定容。2)HPLC方法：色谱柱：Venusil MP C18 4.6250mm, 5m；流动相：甲醇/0.05%磷酸水溶液=40/60； UV=244nm。固相萃取方法应用示例157主流烟气

26、总粒相物中烟草特有N-亚硝胺的测定-高效液相色谱-串联质谱联用法烟气致癌物质检测的固相萃取净化研究示例258功能碳材料新型固相萃取功能材料的研究示例3分子印迹材料(Anal. Bioanal. Chem.384: 761）(Chem. Commun., 2011, 47, DOI:10.1039/C1CC15348J ）59基质固相分散 1)基体固相分散萃取（MSPD，matrix solid-phase dispersion）是美国Louisiana州立大学的Barker教授在1989年提出并给予理论解释的一种快速样品处理技术。其原理是将涂渍有C18 等多种聚合物的担体固相萃取材料与样品一起

27、研磨，得到半干状态的混合物并将其作为填料装柱，然后用不同的溶剂淋洗柱子，将各种待测物洗脱下来。2)优点: 综合传统样品前处理中的样品匀化、组织细胞裂解、提取、净化等过程，不需要进行组织匀浆、沉淀、离心、pH调节和样品转移等操作，避免样品的损失。能同时分散和萃取固体、半固体样品，是一种简单高效实际的提取净化方法，提高了分析速度、减少试剂用量。提高了方法的准确度和精密度。基质固相分散概念60加样和加分散剂-充分研磨-装柱-淋洗-洗脱-后处理-分析检测。基质固相分散的过程(J. Chromatogr. A， 885 :115）61样品均匀分散在固体填料表面大约100A 。由厚的层面上。这时的样品已经

28、变成为“固相填料”的一部分，可方便洗脱。基质固相分散的原理(J. Biochem.Biophys.Methods， 70:151； Trends in Anal.Chem. 25:96）样品各组分、目标化合物、载体之间的相互作用在MSPD 中是同时发生的。1）目标化合物与固相载体；2）目标化合物与载体键合相；3）目标化合物与分散样品组分；4）其他样品组分与吸附剂；5）其他样品组分与载体键合相；6）洗脱溶剂与上述所有成分；62影响基质固相分散萃取的因素样品的完全研磨粉碎并分散于柱中, 使载体、键合相以及基质组分相互作用。在MSPD 中, 目标物和载体之间、目标物和键合相之间、目标物和分散的基质之

29、间、基质和载体之间以及基质和键合相之间均发生作用, 且所有上述的动态相互作用同时发生。因此, 可以看出键合相、载体及洗脱溶剂和洗脱分布模式都会对测定结果产生影响；1）固相载体的性质 MSPD 应用键合硅胶作为固相载体。硅胶载体表面含有未键合的硅烷醇, 可以结合样品中的水, 对于含水量高的样品具有很重要的作用, 因为样品太湿, 装柱和洗脱都会很困难。在考察载体的孔径时,发现载体的孔径大小对MSPD 效果没有明显影响, 而载体粒径大小则是相对较重要的影响因素。粒径在3 20m时, 不易洗脱; 粒径太大, 会使表面积太小, 总的吸附能力减弱, 净化效果变差。大多数情况下, 使用粒径为40m的载体 。

30、2）键合相的性质 键合相在MSPD 中具有很重要的作用。一般, 碳链长, 固定相含碳量高, 固定相极性小; 碳链短, 则固定相极性大。含氰基、氨基的固定相极性较大, 常用作正相吸附剂, 用于极性较大农药的萃取 。MSPD 中应用较多的是反相键合相, 如C18 和C8, 因其具有亲脂性, 结合溶剂有助于破坏细胞膜并将组织分散, 主要用于分离亲脂性的物质。(J. Chromatogr. A， 885 :115）63影响基质固相分散萃取的因素3）样品基质的影响 由于样品基质成为层析相的一部分, 不同样品的油脂成分、蛋白质含量及其分布状态不同, 所以目标物在不同基质中的测定结果和回收率也不相同。基质在

31、载体中的分散状态与键合相在载体上的稳定结合不同, 基质组分会与载体和洗脱液发生动态相互作用, 某些基质成分也会被洗脱下来。与SPE 柱用于液体样品一样, MSPD 中有时候也需要加入酸、碱或离子对试剂到基质或是洗脱剂中, 以改变其性能。分析物和样品组分的电离或电离的抑制可大大影响特定分析物与基质组分和洗脱溶剂相互作用的性质。4）洗脱液的种类及洗脱顺序 洗脱液的种类及其添加顺序是使MSPD 成功的最重要因素。洗脱溶剂的选择与分析物和载体键合相的性质密切相关。理想的洗脱溶剂应满足以下两个要求: (1) 溶剂强度足够大, 即: 使用该洗脱溶剂时分析物的保留因子K w 尽可能小; (2) 溶剂应与后续

32、的检测方法相适应。因此, 可以通过改变洗脱分布模式或采用更进一步的净化方式以获得好的分离效果。通常情况下, 按照溶剂的极性从小到大开始洗脱, 先用正己烷淋洗, 然后依次用乙酸乙酯、乙腈、甲醇, 最后用水淋洗。(J. Chromatogr. A， 885 :115）64MSPD 技术的应用MSPD 是简单高效的提取净化方法, 适用于各种分子结构和极性农药残留的提取净化。1）研究基质人体血浆、动物组织、牛奶、水果、蔬菜、谷类作物、牛奶、水果、蔬菜、中草药、土壤等。 2）目标物质农药残留、兽药残留、药物代谢、表面活性剂等3）分散剂 C8 和C18、NH2、CN、Florisil 硅土、硅藻土、石墨化

33、碳黑等。(J. Chromatogr. A， 885 :115）65优点：1）适用于固体、半固体及黏稠样品的萃取；2）萃取溶剂与目标化合物的接触面积大，有利于萃取；3）溶剂完全渗入到样品基质中，提高了萃取效率；4）相对于传统的液液萃取方法，萃取溶剂减少约95%；5）样品用量小，萃取速度比LLE快约90%。缺点:1)不易实现自动化;2)手工研磨工作量大;3)经过MSPD过程后,一些样品还需要进一步净化。基质固相分散的方法优点66基质固相分散液相色谱-串联质谱法检测禽蛋中的苏丹红:取约50 g禽蛋样品, 用玻璃棒尽量搅匀, 取2.0 g均质样品置于研钵中, 加入5.0 g硅胶, 研磨均匀后一起装入

34、25 mL空的注射器中, 然后用15 mL氯仿-乙腈(体积比为9：1 )混合溶剂洗脱, 收集洗脱液, 并于45 下氮吹浓缩至干。用乙腈将残渣重新溶解并定容至2.0 mL, 过0.45 m 微孔滤膜, 滤液备用。基质固相分散-应用示例1(色谱，2008，26：353）67基质固相分散-加速溶剂萃取-气相色谱法测土壤中有机氯农药残留: 基质固相分散(MSPD) 辅助加速溶剂萃取提取土壤中的有机氯农药,能有效降低背景,达到一步提取和净化的效果。其基本原理是将样品与固相分散剂或支持体一起研磨,使样品中各组分与具有较大比表面积的分散剂充分接触和作用,然后将得到的均匀混合物装入不锈钢萃取池中进行加速溶剂萃

35、取。基质固相分散-应用示例2(分析化学，2005，33：1318）68固相微萃取 1) 固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)技术是20世纪90年代兴起的一项新颖的样品前处理与富集技术,它最先由加拿大Waterloo大学的Pawliszyn教授的研究小组于1989年首次进行开发研究,属于非溶剂型选择性萃取法。将纤维头浸入样品溶液中或顶空气体中一段时间,同时搅拌溶液以加速两相间达到平衡的速度,待平衡后将纤维头取出插入气相色谱汽化室,热解吸涂层上吸附的物质。被萃取物在汽化室内解吸后,靠流动相将其导入色谱柱,完成提取、分离、浓缩的全过程。2)优点:集采样、萃取

36、、浓缩、进样于一体，便于携带，真正实现样品的现场采集和富集，能够与气相、气相-质谱、液相、液相-质谱仪联用，有手动或自动两种操作方式，让更多的分析工作者从重复、烦琐的操作中解脱出来。固相微萃取概念69固相微萃取的几种模式(J. Chromatogr. A， 885 :154）70固相微萃取的装置(J. Chromatogr. A， 885 :154） 该装置类似微量注射器，由手柄和萃取头（纤维头)两部分组成。萃取头是一根长约1cm、涂有不同固定相涂层的熔融石英纤维，石英纤维一端连接不锈钢内芯，外套细的不锈钢针管（以保护石英纤维不被折断）。手柄用于安装和固定萃取头，通过手柄的推动，萃取头可以伸出

37、不锈钢管。71固相微萃取的操作模式(J. Mass. Spectrom， 39 :233）SPME操作包括三种不同模式：1）直接萃取：涂有固定相的萃取头插入样品2）顶空SPME：涂有固定相的萃取头位于样品上方；3）膜保护萃取：通过选择性的高分子材料膜将试样与萃取头分离；膜起到保护萃取头不被污染，提高选择性的作用。72固相微萃取的操作过程(J. Mass. Spectrom， 39 :233）顶空模式浸入模式SPME方法是通过萃取头上的固定相涂层对样品中的待测目标物进行萃取和预富集。包括三个步骤：1）涂有固定相的萃取头插入样品或位于样品上方；2）待测物在固定相涂层和样品间分配直至平衡；3）将萃取

38、头插入仪器进样口，解析后分离分析73SPME的涂层SPME萃取过程依赖于分析物在涂层和样品两相中的分配系数，因此萃取的选择性取决于涂层材料的特性，故涂层材料是SPME的核心。涂层的选择和设计可以基于色谱经验，一般来说，不同类型的分析物要选择不同性质的涂层材料，选择的基本原则是“相似相溶”。 涂层的体积（厚与薄）也决定方法的灵敏度。涂层所使用的主要材料：美国Supelco公司研制的商品化的SPME 萃取头有7类涂层, 包括聚二甲基硅氧烷( PDMS)、聚丙烯酸( PA)、聚乙二醇( PEG)、碳吸附剂/聚二甲基硅氧烷(CAR /PDMS)、聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯( PDMS/DVB)、二乙烯

39、基苯/碳吸附剂/聚二甲基硅氧烷(DVB / CAR /PDMS)、聚乙二醇/模板树脂( CW /EPR )。 74固相微萃取的原理SPME萃取方法的原理与固相萃取不同。固相微萃取不是将待测物全部萃取出来，其原理是建立在待测物在固定相和样品介质（如水相体系）之间达成的平衡分配的基础上。n为萃取头萃取目标待测物的量； Kfs 是分配系数；V f 是纤维头的体积； V s是样品体积；C0是样品中待测物的初始浓度。当V s非常大时后，式（1）可以用式（2）表示。 决定Kfs 值得主要因素是萃取头固定相的类型。因此选择特异的萃取固定相十分重要；萃取头固定液膜越厚， V f 越大。由于萃取物全部进入色谱柱

40、，一个微小的固定液体积（膜厚5-100 m ，比一般毛细管柱的液膜厚度0.2-1 m厚得多）即可满足分析要求。(Anal. Chem. 62 :2145）75固相微萃取法影响因素和萃取条件选择影响因素：萃取模式、萃取头、萃取条件和解吸条件。（1）萃取头 萃取头的选择应由萃取目标组分的分配系数、极性、沸点等参数决定。在同一个样品中，因萃取头的不同可使其中某些组分得到最佳萃取，而其它组分可能受到抑制。目前，最常用的萃取头有如下几种：1）聚二甲氧基硅烷（PDMS）类：厚膜（100 m ）适于分析水溶液中低沸点、低极性的物质，如苯类、有机合成农药等；薄膜（7 m ）适于分析中等沸点和高沸点的物质，如苯

41、甲酸酯、多环芳烃；2）聚丙烯酸酯（PA）类：适于分离酚等强极性化合物。（2）萃取时间 萃取时间主要是指达到平衡所需要的时间。而平衡时间往往取决于多种因素，如分配系数、物质的扩散速度、样品基体、样品体积、萃取头膜厚、样品的温度等。实际上，为缩短萃取时间没有必要等到完全平衡。通常萃取时间为5-20min即可。但分析过程中萃取时间必须保持一致，以提高分析的重现性。76固相微萃取法萃取条件的选择（3）改善萃取效果的方法1）搅拌：搅拌可促进样品均一化和加快物质的扩散速度，有利于萃取平衡的建立；2）加温：尤其在顶空固相微萃取时，适当增加温度可以提高液面上气体的浓度，一般加热温度在50-90。3）加无机盐：

42、在水溶液中加入硫酸铵、氯化钠等无机盐至饱和，可降低有机化合物的溶解度，使分配系数提高。4）调节PH值：萃取酸性或碱性化合物时，通过调节样品的PH值可以改善组分的亲脂性，从而大大提高萃取效率。5）衍生化：在元素形态分析中，由于大多数目标化合物以离子形式存在，衍生尤为重要。 在实际分析应用中，对于一个给定的分析任务和确定的目标分析物，首先应选好萃取涂层和涂层厚度，然后根据样品的基质和目标物的挥发度来选择适当的萃取方法。77固相微萃取法的特点优点：1）SPME 技术的魅力在于, 可将样品的采集、提取、浓缩、进样和分析集于一体, 过程实现了无溶剂化。2）SPME技术同时发展起来的还有与分析仪器的联用技

43、术, 通过与GC、GC- MS、HPLC等分析仪器的联用, 可实现样品在线检测。3）缩短了分析时间, 亦适用于应急检验。4）实现了萃取的无溶剂化, 大大降低了有机溶剂对环境污染及对实验人员身体的伤害。5）广泛用于生物样品、食品、药品、环境样品等分析方法研究。缺点：1）高选择性的涂层有待深入开发；2）平行结果的一致性程度不如LLE和SPE 、SDE等。(J. Chromatogr. A， 885 :189）78固相微萃取法-应用示例1固相微萃取-气相色谱/ 质谱分析栀子花的头香成分SPME过程：称取5 g 新鲜栀子花花瓣于50 mL 自制的螺口玻璃瓶中, 用聚四氟乙烯衬里的硅橡胶垫密封, 插入1

44、00m PDMS 纤维头, 于室温( 28 ) 下顶空取样60 min。(色谱，2000，18 :452）新鲜栀子花头香成分：按化合物类别主要分为萜烯类( 如金合欢烯、罗勒烯) 、芳樟醇、惕各酸酯类( 如惕各酸顺式叶醇酯、惕各酸己酯) 、苯甲酸酯类( 如苯甲酸甲酯、苯甲酸叶醇酯) 、2-甲基丁酸酯类( 如2-甲基丁酸顺式叶醇酯、2-甲基丁酸己酯) 和丁酸叶醇酯等79固相微萃取法-应用示例2Comparison of simultaneous distillation extraction and solid-phase microextraction for the determination

45、 of volatile flavor componentsSPME过程：取4.75 g芥末膏样品于20 mL螺口玻璃瓶中, 用聚四氟乙烯隔垫密封,70 下加热60 min。 然后插人SPME 顶空取样30 min。分别用100m PDMS 纤维头和65m CW-DVB 纤维头取样。芥末膏产品的主要风味成分是异硫氰酸烯丙酯,其他的成分如油酸、9-十六烯酸、棕搁酸、5-甲基噻吩二酮、二烯丙基二硫化物、异硫氰酸苯乙酯等。异硫氰酸烯丙酯具有强烈的芥子样刺激性和辣味, 是芥末特殊辛辣风味最主要的来源。二烯丙基硫醚及二硫化物和三硫化物, 具有尖刺的和扩散性的洋葱或大蒜气息, 这些成分也存在于洋葱或大蒜中

46、。(J. Chromatogr. A， 930 :1）80固相微萃取法-应用示例3羧基化单壁碳纳米管涂层同时测定纯净水中的烷基酚和双酚ASPME过程：在15 mL 顶空瓶中加入10 mL 样品溶液( 水样，pH 呈中性) 和磁子，立即顶空瓶盖封口。在一定的盐浓度下，恒速( 900 r /min) 加热搅拌一段时间后，涂层置于瓶中顶空萃取。顶空萃取结束后，取下萃取针迅速置于气相色谱的进样口进行解析。4-n-辛基酚( 4-OP) 、4-n-壬基酚( 4-NP) 和双酚A( BPA)。(分析化学,2011, 39 :1132）81五 液相微萃取技术 1) 液相微萃取(liquid-phase mic

47、roextraction ,LPME) 或溶剂微萃取(solvent microextraction , SME) 是1996 年发展起来的一种新型的样品前处理技术,最初是由Jeannot 和Cantwell提出的。2006年, Rezaee等首次报道了分散液相微萃取( dispersive liquid-liquid microextraction,DLLME) 。首先在样品溶液中加入数十微升萃取剂和一定体积分散剂,混合液经轻轻振荡后即形成一个水/分散剂/萃取剂的乳浊液体系,再经离心分层,用微量进样器取出萃取剂就直接进样分析。适合于环境、生命等复杂样品中痕量、超痕量污染物的测定。2)优点:高

48、灵敏度；高富集效率；集采样、萃取和浓缩于一体；操作简单, 快捷，廉价；有机溶剂也是非常少，环境友好。液相微萃取概念82液相微萃取的分类(Anal. Chem. 68 :2236； Anal. Chem. 69 :235； Trends in Anal.Chem. 2011,30:734）（1）单液滴-液相微萃取（2）多孔纤维-液相微萃取（3）分散-液液微萃取（4）直接悬浮-液相微萃取（5）液滴固化-液相微萃取83液相微萃取的几种模式(Trends in Anal.Chem. 2011,30:734）84液相微萃取的几种模式(Anal. Chem. 70 :3912；Trends in Anal

49、.Chem. 2011,30:734）液-液-液微萃取(liquid-liquid-liquid microextraction , LLLME)又称为液相微萃取/ 后萃取( liquid-phase microextraction with back extraction, LPME/ BE)85液相微萃取的原理液相微萃取是一个基于分析物在样品及小体积的有机溶剂之间平衡分配的过程。1)直接液相微萃取体系,系统平衡时,有机溶剂中萃取的分析物量:其中n 为有机溶剂萃取到的分析物的量; C0 为分析物的初始浓度; Kodw为分析物在有机液滴与样品之间的分配系数;Vd 、Vs 分别为有机液滴和样品的

50、体积。2)液相微萃取/ 后萃取体系,体系平衡后,分析物的萃取量n 可按下式计算:Vd 、Va 和Vorg分别为给体(样品) 、受体和有机溶剂的体积; Ka/d为分析物在受体与给体之间的分配系数;Korg/ d为分析物在有机溶剂和给体之间的分配系数。3)顶空液相微萃取体系,体系达到平衡后,液滴中分析物萃取量n 计算:其中Khs为分析物在顶空与样品之间的分配系数;Vh 为样品的顶空的体积。从(1) 、(2) 和(3) 式中可以看出,平衡时有机溶剂(或受体) 中所萃取到的分析物的量与样品的初始浓度呈线性关系。(Anal. Chem. 68 :2236；Anal. Chem. 69 :235；Anal

51、. Chem. 70 :3912 ）862006年, Rezaee等首次报道了一种新型样品前处理技术,即分散液相微萃取( Dispersive liquid-liquid microextraction, DLLME) 。 首先在样品溶液中加入数十微升萃取剂和一定体积分散剂,混合液经轻轻振荡后即形成一个水/分散剂/萃取剂的乳浊液体系,再经离心分层,用微量进样器取出萃取剂就直接进样分析。该方法集采样、萃取和浓缩于一体, 避免了固相微萃取中可能存在的交叉污染的问题,是一种操作简单、快速、成本低、富集效率高且对环境友好的样品前处理新技术,在痕量分析领域具有广泛的应用前景。(J. Chromatogr

52、. A，2006，1116 :1； Trends in Anal.Chem. 2011,30:1382 ）分散液液微萃取87分散液液微萃取的富集效率分散液液微萃取的富集因子（EF）和萃取回收率（ER）如式(1) 、(2) 和(3) 表示。其中， Csed，C0 表示有机相萃取剂和水相样品中目标物的浓度。Vsed ， Vaq分别表示萃取剂和水相的体积。(J. Chromatogr. A，2006，1116 :1 ）88分散液液微萃取的影响因素分散液液微萃取的影响因素主要包括：萃取剂种类、分散剂种类、萃取剂体积、分散剂体积、萃取时间、盐浓度等。1）萃取剂的种类：萃取剂是影响萃取效率的重要因素。萃取剂需满足两个条件:一是其密度必须大于水, 通过离心的方法把水溶液与萃取剂分离;二是萃取剂要不溶于水而且对待测物的溶解能力要大,保证良好的萃取效率。一般都选用卤代烃为萃取剂,如卤苯、氯仿、四氯化碳、二氯乙烷及四氯乙烷(烯)等。2）