有机物样品预处理技术

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,样品预处理技术,环境分析的特点,环境是一个多组分和多变的开放体系，其中污染物具有：,种类繁多,含量低,组成复杂,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,批量化、自动化、环保化,快速、高效、易操作,生物监测技术：酶免疫检测（,EIA,）,样品分离与富集,挥发和蒸发浓缩法,蒸馏浓缩法,液,-,液萃取法,吸附分离法,化学衍生法,样品中有机物萃取技术,固,-,液萃取法,索式萃取法,摇床振荡萃取法,超声萃取法,超临界流体萃取法,微波萃取法,针对固体样品,液,-,液萃取法,一滴溶剂萃取,固相萃取法,固相微萃取法,针对,水样品,样品分离与富集,为了选择与评价分离、富集技术，常涉及下面两个概念：,回收因数（,R,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,T,90%,。,富集倍数（,F,）或与浓缩系数,定义为欲分离或,富集组分的回收率与基体的回收率之比，即：,式中， 和 分别为富集前、后基体的量；,为基体的回收率。,预处理方法,预处理,吹扫捕集,顶 空,液液萃取,固相萃取,固相微萃取,VOCs,SVOCs,卤代烷烃、卤代烯烃,苯系物,多氯联苯、多环芳烃,有机氯农药、,POPs,固相萃取（,SPE,）,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。,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、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。,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,）。,固相萃取法,研究对象：,水介质中有机物,核心技术：,固相吸附剂,（极性、非极性、离子型、生物型等）,洗脱溶剂,特点：选择性、高倍富集、易于实现自动化,吸附剂的种类,反相吸附剂,正相吸附剂,离子交换吸附剂,抗体键合吸附剂,洗脱溶剂的影响,反相,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,强,固相萃取技术,水样,pH,影响,全自动固相萃取仪,GILSON,膜萃取（大体积样品）,Empore 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。,固相萃取膜片,ENVI-18 DSK,膜片,( C18,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。,ENVI-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。,SPE,不同类型吸附剂及相关应用,吸附剂,分离机理,洗脱溶剂,分析物的性质,环境分析中应用,键合硅胶,C,18,、,C,8,反相,有机溶剂,非极性,弱极性,氨基偶氮苯，多氯苯酚类，多氯联苯类，芳烃类，多环芳烃类，有机磷和有机氯农药类，烷基苯类，邻苯二甲酸脂类，多氯苯胺类，非极性除草剂，脂肪酸类，胺基蒽醌,多孔苯乙烯,二乙烯基苯共聚物,反相,有机溶剂,非极性,中等极性,苯酚，氯代苯酚，苯胺，氯代苯胺，中等极性的除草剂（三嗪类，苯磺酰脲类，苯氧酸类）,多孔石墨碳,丙胺键合硅胶,硅酸镁,反相,正相,正相,有机溶剂,有机溶剂,有机溶剂,非极性,相当极性,极性化合物,极性化合物,醇类，硝基苯酚类，相当大极性的除草剂，碳水化合物，有机酸,醇，醛，胺，除草剂，杀虫剂，有机酸，苯酚类，类固醇类,离子交换树脂,离子交换,一定,pH,的水溶液,阴阳离子型有机物,苯酚，次氮基三乙酸，苯胺和极性衍生物，邻笨二甲酸类,抗体键合吸附剂,免疫亲和反应,甲醇,/,水溶液,特定污染物,多环芳烃，多氯联苯，有机磷、有机氯农药类及染料等,固相萃取剂正相色谱与反相色谱的区别,正相,反相,固定相极性,极性大或中等,极性小或中等（,C,18,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）,键合色谱固定相表面结构,化学键合固定相,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。,硅氧碳键型： ,Si,O,C,硅氧硅碳键型：,Si,O,Si,C,硅碳键型： ,Si,C,硅氮键型： ,Si,N,固相萃取小柱类别,硅胶填料,：,40m,颗粒，,60m,孔径,Florisil,填料,：硅酸镁，,80/120,目,树脂填料,：,80-160m,球型颗粒,石墨碳填料,：无键合相，网眼颗粒,ENVI-18 DSK,膜片应用,US EPA,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,。,固相萃取步骤,确定吸附剂类型及用量,：,目标物性质和浓度估计,萃取柱条件化,：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；,通过水样,：流速控制在,2-5ml/min,萃取柱纯化,：洗脱某些非目标物,萃取物洗脱,：,15ml,的洗脱液，待后续分析。,不同吸附剂吸附容量比较,a. C,18,吸附剂,b.,石墨碳吸附剂,抗体键合吸附剂,免疫抗体吸附剂制备技术,模型阿特拉津,SPE-HPLC,在线联用体系,目标物吸附阶段,目标物解吸、分析阶段,SPE,微柱（,1mm 10mm,）,SPE-HPLC,分析结果比较,固相,微,萃取,(Solid Phase Micro Extraction),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。,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。,固相微萃取,(SPME),手柄,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。,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；,手柄用于安装或固定萃取头，可永久使用。,固相微萃取,-,荧光测试,几种萃取方法比较,项目,SPE,Soxhlet,SPME,UE,SFE,MAE,PLE,介质,液体,固体,液体,/,固体,固体,固体,固体,固体,样品量,/g,几十到几百,530,250,230,110,250,30,萃取时间,/h,0.52,624,0.22,0.51,0.51,0.5,0.2,溶剂量,/ml,110,150300,0,503000,1020,2050,25,萃取方式,真空,加热,分配,超声,温度,+,压力,自动化程度,高,很低,低,-,高,很低,低,-,高,中等,建方法时间,中等,短,中等,短,长,操作者要求,中等,低,中等,低,高,中等,仪器价格,低,很低,低,很低,高,中等,溶剂微萃取新方法,(20,世纪,90,年代,),一滴溶剂微萃取方法,（,Single-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。,应用举例,七种硝基苯类化合物,Analyte,Tap water,Waste water,Spiked level,(g/L),Mean recovery (%),RSD,(%),Spiked level,(g/L),Mean recovery (%),RSD,(%),Nitrobenzene,4.0,102.8,5.4,8.0,97.0,5.8,o-MNT,4.0,101.4,7.9,8.0,95.7,3.3,m-MNT,4.0,101.7,4.7,8.0,93.9,7.9,p-MNT,4.0,101.2,4.9,8.0,92.5,7.1,m-NCB,0.40,104.1,4.6,0.80,95.5,5.8,p-NCB,0.40,104.7,4.3,0.80,96.3,4.4,o-NCB,0.40,102.9,3.1,0.80,93.6,5.8,SDME,萃取条件的优化,萃取剂的种类和用量,：甲苯等非极性溶剂，,(0.210.0,l),搅拌速度,：,50,、,100,、,200,、,300,、,500,、,800 r/min,萃取时间,：,5,60 min,酸度,：,pH 2,8,离子强度,：考察不同浓度的,NaCl,对萃取效率的影响,萃取温度,：温度能加速扩散作用，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。（,0,30,）,样品预处理,-,仪器分析在线系统,吹扫捕集,-,气相色谱,-,质谱联用仪,顶空进样,-,气相色谱,-,质谱联用仪,微波热解析,-,气相色谱,-,质谱联用系统,超临界流体萃取,-,液相色谱,-,质谱联用系统,固相萃取,-,液相色谱,-,质谱联用系统,消解,-,吹扫捕集,-,气相色谱,-,质谱联用系统,吹扫捕集,-,GC,联用技术,挥发性有机物,吹扫捕集解吸和放空,Trap,吸附原理,Charcoal,Tenax,Silica Gel,Semi-volatile,volatile,Freon-12,Sample gas,vent,Tenax,：,poly(2,6-diphenyl-p-phenylene oxide,，聚,2,6-,二苯基对苯醚,顶空萃取技术原理,-,挥发性有机物,SPE-HPLC,在线分析系统（样品预处理,-,色谱分析）,固体环境样品中有机物提取方法,以土壤样品为例,土样的风干,风干后的土壤含水率一般,5%,。,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。,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。,粉碎、研磨设备,用于样品的粉碎研磨制样。,样品真空冷冻干燥设备,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,土壤样品分析方法,重量法：,土壤水分测定,容量法：,浸出物中含量较高的成分测定，如,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Cl,-,、,SO,4,2,等。,分光光度法、原子吸收分光光度法、原子荧光分光光度法、等离子体发射光谱法：,重金属如,Cu,、,Cd,、,Cr,、,Pb,、,Hg,和,Zn,等组分的测定。,气,/,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,固体样品预处理,索氏萃取法,(Soxhlet),振荡器法,超声萃取法,微波萃取法,样品净化（膜或硅胶净化）,试验方法,12cm,中型硅胶,6cm,氧化铝,脱脂棉,Bio-Beads,SX-3,（,40g,）,脱脂棉,硅胶,氧化铝柱,凝胶渗透色谱柱,样品抽提萃取,浓缩,硅胶柱净化,GC-MS,测样,萃取液浓缩装置,旋转蒸发仪,水浴氮吹仪,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,微波萃取装置,样品采集、制备方法,采样,样品清洗,-78,o,C,冷藏,冷冻干燥,球磨粉碎,生物样,布点采样,清洗除杂物,-25,o,C,冷,藏,冷冻干燥,球磨粉碎,沉积物,布点采样,分选、筛分,-25,o,C,冷藏,冷冻干燥,磨土过筛,土壤样,储存待用,方法举例,:,土壤结合态腐殖质提取分析方法,NaOH,溶液提取法,(,传统方法,),提取效率高，但,NaOH,溶液浓度影响提取效果,Na,4,P,2,O,7,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,NaOH,和,Na,4,P,2,O,7,提取法,单独使用,NaOH,或,Na,4,P,2,O,7,具有其局限性，提出用,0.1M NaOH,和,0.1M Na,4,P,2,O,7,的混合液（,pH13,）来提取腐殖质，应用广泛。,具体步骤如下：,0.1M NaOH,提取,松结态腐殖质,0.1M NaOH,和,0.1M Na,4,P,2,O,7,的混合液提取,联结态腐殖质,0.1M NaOH,和,0.1M Na,4,P,2,O,7,+,超声波处理提取,稳结态腐殖质,残余土壤中的腐殖质即,紧结态腐殖质,方法举例：,城市污泥中,HBCD,提取,在,-50,o,C,下真空冷冻干燥,24 h,，研磨后过,60,目筛，称取,0.5 g,左右，用,150 mL,二氯甲烷进行索氏提取,24,小时。,提取液旋转蒸发至,2 mL,左右后加入,5,6 mL,浓硫酸，混合离心后取出上清液，并使用,2 mL,正己烷润洗三次后合并。,将提取液氮吹浓缩至,2 mL,左右后过凝胶色谱柱，使用二氯甲烷与正己烷混合液（体积比,1:1,）进行淋洗，收集第,120,200 mL,淋洗液。,将淋洗液浓缩至,5 mL,左右后加入洁净的铜片，震荡后取上清液。最后，将浓缩后的上清液置换为甲醇，定容至,100 uL,待色谱分析,。,样品中极性有机物前处理,:,样品衍生化,前处理的作用,降低气化温度将不挥发成分变为挥发性，增加组分稳定性，防止热分解，防止吸附，改善分离，加入官能团,使用选择性检测器,提高灵敏度。,油脂分析常用的前处理方法,甲酯化、乙酯化,甲酯化,碱催化、 酸催化、,BF,3,催化,甲酯化步骤,取样,皂化,样品加,KOH,甲醇溶液皂化，除去不皂化物，将脂肪酸从三甘酯上释放出来,BF,3,催化甲酯化,加入,BF,3,甲醇溶液，样品在,BF,3,的催化作用下与甲醇发生酯化反应生成脂肪酸甲酯,萃取,加入正己烷将甲酯萃取出,加入饱和食盐水,将甲酯与其他水溶性物质分开,移取甲酯样品，进样分析,