（分析化学专业论文）浊点萃取分离富集原子吸收光谱法测定痕量元素的研究.pdf

摘要 摘要 火焰原子吸收光谱法( f a a s ) 是痕量元素分析中常用的方法之一。由于试 样的复杂和极低的含量，传统的前处理方法已经不能适用于痕量元素的分析， 往往要求在测定之前用化学分离预富集手段以分离富集待测物和除去干扰基 体，以提高分析方法的灵敏度、选择性、准确性和更低的检测限。 浊点萃取( c l o u dp o i n te x t r a c t i o n ，简称c p e ) 法是近年来出现的一种新兴 的液一液萃取技术。它以表面活性剂胶束水溶液的溶解性和浊点现象为基础，通 过改变实验参数，将疏水性物质与亲水性物质分离。它具有经济、安全、高效、 简便等优点，已广泛用于生命科学、环境科学研究中。近年来浊点萃取法也成 功地用于金属元素的分离富集，并与分析仪器联用，用于痕量金属元素的检测。 本论文利用螯合剂8 一羟基喹啉( 8 - h o ) 、卜( 2 一吡啶偶氮) - 2 - 萘酚( p a n ) 和 表面活性剂t r i t o nx - 1 0 0 进行浊点萃取火焰原子吸收光谱测定痕量元素。在 8 - h o - - t r i t o nx - 1 0 0 体系中，最佳条件为在8 o m l 试液中加入0 ，l o m l 0 1 0 m o 肌 8 一h q ，0 5 0 膨3 0 t r i t o nx 一1 0 0 ，1 0 0 1 2 恒温水浴2 0 分钟，溶液p h = 5 0 、4 5 、 3 0 、8 0 时分别浊点萃取n i ”、c d ”、p b 2 + 和c u ”。在此条件下，镍的检出限为 9 5 5 n g ，t z l ，镉2 2 3 n g l ，铅0 0 4 3 2 钇，铜0 0 6 9 4 鼻g 脱，结果令人满意。 在p a n t r i t o nx - 1 0 0 体系中，最佳条件为在8 o 碰试液中加入0 2 0 碰8 1 0 4 m o l lp a n ，0 5 0 r a l3 0 t r i t o nx 一1 0 0 ，1 0 0 恒温水浴2 5 分钟，溶液p h = 4 5 时同时浊点萃取n i ”和p b z + 。在此条件下，镍的检出限为0 0 1 4 1 钇，铅为 o 0 5 2 8 g m l ，标加回收率1 0 0 左右。方法用于测定粉饼中的镍和铅，结果令 人满意。 关键词：浊点萃取，火焰原子吸收光谱，分离富集，痕量元素 些! 里坠堡 a b s t r a c t f l a m ea t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r yi so r l eo fm e t h o d sf o ra n a l y s eo ft r a c e e l e m e n t si nc o m l n o uu s e t r a d i t i o n a lp r e c o n c e n t r a t i o ni sn o ts a t i s f a c t o r yw h e nt h e r e a r es m a l l - v o l u m e ss a m p l e sa n d1 0 wc o n t e n to f t r a c em e t a le l e m e n t s s e p a m t i o n p r e c o n c e n t r a t i o np r o c e d u r e sp r i o rt ot r a c ee l e m e n td e t e r m i n a t i o n sh a v e b e e ne x p l o r e dt oa c h i e v em o r ea c c m a t e ，r e l i a b l ea n ds e n s i t i v er e s u l t sa n dl o w e r d e t e c t i o nl i m i t s c l o u dp o i n te x t r a c t i o n ( c p e lo f f e r sac o n v e n t i o n a ll i q u i d l i q u i de x t r a c t i o n c p e i sb a s e do nt h es o l u b i l i t ya n dc l o u dp o i n tp h e n o m e n o no fa q u e o u ss o l u t i o n so f s u r f a c t a n t s u p o na l t e r a t i o no ft h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n ss u c h 勰p hv a l u eo f s o l u t i o n t h es o l u t i o ni ss e p a r a t e di n t op h a s e s 。w h i c hr e s u l t si nt h es e p a r a t i o no f h y d r o p h o b ea n dh y d r o p h i l e c p ei sa n 鼢s a f e ，h i g he f f i c i e n c ya n di n e x p e n s i v e m e t h o d o l o g yf o rp r e c o n c e n t r a f i o na n ds e p a r a t i o n i th a sb e e nu s e dw i d e l yi nt h e s t u d yo fl i f es c i e n c e sa n de n v i r o n m e n ts c i e n c e s , a n dh a sa l s ob e e ns u c c e s s f u l l yu s e d i nt h ep r e c o n c e n t r a t i o na n ds e p a r a t i o no f m e n t a le l e m e n t s n 圮c p em e t h o dw a sb a s e do ne m p l o y i n gt r i t o nx - 1 0 0 船n o n i o n i cs o r f a c t a n t , 8 - h y d r o x y q u i n o l i n e ( 8 h q ) a n dl ( 2 一p y r i d y l a z o ) - 2 - n a p h t h o l ( p a n ) a sc o m p l e x i n g r e a g e n tt h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf i r e0 1 0 碰0 1 0 1 1 1 0 1 l8 - h q ，0 5 0 r a l3 0 t r i t o n x - 1 0 0 h e a t e di nat h e r m o s t a t e db a t ha t1 0 0 f o r2 0r a i n u n d e rt h eo p t i m u m c o n d i t i o n s ，t h el i m i to fd e t e c t i o no f9 5 5 n g ，础f o rn i c k e l ( p h5 o ) ，2 2 3 n g 碰f o r c a d _ m i u m ( p h4 5 ) ，o 0 4 3 2 jg m lf o rl e a d ( p h3 o ) ，o 0 6 9 4pg 钇f o rc o p p e r ( p h8 0 ) r e s p e c t i v e l y mo p t i m u mc o n d i t i o n sa r eo 2 0 应8 1 0 - j 脚1 lp a n ，0 5 0 础3 0 t r i t o nx 1 0 0 h e a t e di nat h e r m o s t a t e db a t ha t1 0 0 f o r2 5r a i nw i t hb 啪鹊 c h d a f i n gr e a g e n t u n d e r t h e o p t i m u mc o n d i t i o n s ，t h e l i m i t o f d e t e c t i o n o f 0 0 1 4 1 掣g 纽f o rn i c k e l ，0 0 5 2 8 _ 矽钇f o rl e a dw i t h o u ta d d i l l ga n yb u f f e r i n gr e a g e n t t h e s t a n d a r da d d i t i o nr e c o v e r yo f e l e m e n ta p p r o x i m a t e s1 0 0 t h ep r o p o s e dm e t h o dw a s a p p l i e dt ot h e d e t e r m i n a t i o ni nr e a ls a m p l e sa n dt h er e s u l t sa r es a t i s f y i n g k e yw o r d s ：c p e ，f a a s ，p t e c o n c e n t r a t i o n , t r a c ee l e m e n t s 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务：学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 蕉蕊 学位论文作者签名：黄燕 2 0 0 7年3 月1 5 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，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，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原仓0 性声明的法律责任 由本人承担。 签名：黄燕皆友 o r 、 2 0 0 7 年3 月1 5 日 第l 章引言 1 1 课题背景 第1 章引言 痕量金属元素的分析是当前金属元素分析的发展趋势。金属元素的含量越低 对样品前处理的要求就越高，虽然现代仪器分析方法的检出限越来越低，但要 直接分析一些复杂基体中痕量和超痕量组分的含量也往往遇到困难，有时甚至 是不可能的。这是因为，一方面是样品本身的物理化学状态有的不适合直接测 定，或者分析方法对极低含量的组分灵敏度不够：另一方面是存在基体干扰， 或者缺乏相应的校正标准和试剂。因此必须借助各种各样的分离富集技术，以 提高分析方法的灵敏度和选择性。 虽然原子光谱分析技术具有很高的灵敏度，但在分析待测元素含量极低或 化学组成太复杂的试样时，往往要在测定之前辅以化学分离预富集手段以纯化 富集待测物和除去干扰基体。一般来说，样品的前处理过程耗时占整个分析过 程的6 0 以上，样品前处理是痕量分析的重点“。样品前处理方法起着浓缩痕 量组分，去除对分析系统有害物质的作用。传统的样品前处理方法有，索氏萃 取( s o l e x h e t - e ) ，层析，蒸馏，小柱富集，顶空法和固相萃取( s p e ) 。但它们 普遍存在使用大量有机溶剂、处理时间长、操作步骤繁琐、容易使易挥发组分 丢失，产生较大误差等缺点。现在传统的前处理方法已经不能符合痕量金属元 素分析的高要求，因此研究方便、快捷和灵敏的样品前处理方法是当前痕量金属 元素分析的重要课题之一。 浊点萃取( c l o u dp o i n te x t r a c t i o n ，c p e ) 技术在这种情况下应运而生， 它是一种环保型液液萃取技术，也被称为胶束媒介萃取”1 液体凝聚萃取、或温 度引发的相分离，也有人认为它是双水相系统或双水楣胶束系统的特例。1 。以非 离子表面活性剂的浊点( c l o u dp o i n t ，c p ) 现象为基础，通过改变实验参数( 如 温度等) 引发相分离，作为测定样品中痕量金属离子的前处理手段，已经成功地 被应用于痕量金属元素的分离富集。过去人们常常使用有机溶剂进行萃取分离， 但该过程需要使用大量的易挥发的有毒有机溶剂，不仅耗费试剂、污染环境， 而且还影响分析操作人员的身体健康。而新兴的浊点萃取技术不使用挥发性的 第1 章引言 有机溶剂、不影响环境、非离子表面活性剂用量小、萃取分离速度快，且萃取 率最高可达1 0 0 ，是高灵敏度、高选择性的“绿色分析方法”，具有经济、 安全、高效、操作方便且应用范围广等优点“。 1 2 浊点萃取的原理 当非离子表面活性剂水溶液加热超过某一温度时，溶液出现浑浊和相的分 离，这种现象即为浊点现象，此时的温度称为浊点温度( c p ) 。静置一段时间( 或 离心) 后会形成两个透明的液相：为小体积的表面活性剂相；另一为水相( 表面 活性剂浓度接近c m c ) 。这种现象是一种可逆过程，当温度低于浊点时，两相消 失，重新成为均一溶液。浊点现象是由于随着温度的升高，表面活性剂的胶束 尺寸增大，氢踺的结合力不足以保持水分子连接在醚的氧原子上引起的。 浊点现象并不只限于非离子表面活性剂，两性离子表面活性剂也存在浊点 现象。而一些阴离子表面活性剂( 如s d s 。s d b s a 。s d s a 等) 水溶液在高浓度h c i 存在 下也会出现析相现象。 浊点温度与表面活性齐j 中亲水和疏水链长有关，疏水部分相同时，亲水链 长增加，浊点升高；相反，疏水链长增加，则浊点下降。另外，很多添加剂如 酸、碱、盐、有机物、和其它的表面活性剂等都会在很大范围内影响表面活性 剂的浊点，从而引发相分离。溶解在溶液中的硫水性物质与表面活性剂的疏水 基团结合，析相时被萃取进表面活性剂相，而亲水性物质则留在水相中，这种利 用浊点现象使样品中疏水性物质与亲水性物质分离的萃取方法就是浊点萃取。 同时，由于表面活性剂相的体积远小于水相，分析物在与基体成分分离的同时还 可以褥到一定程度的富集。图l 是浊点萃取过程的示意图。 第1 章引言 。厶 d 麓 翱西愀 6 。一鞠岫勰缸_ c q i d qr 殉 暇叩枞m 血e c 吲 at 图1 浊点萃取过程示意图 c 浊点萃取中表示表面活性剂胶束溶液浓度与浊点温度变化的相图，对不同 体系其形状各不相同。图2 a 是非离子型表面活性剂胶束溶液的相图，温度一浓度 曲线将图分为两部分，上部为双相区( 2 d ，下部为单相区( d ，即温度升高出现 两相。温度降低至浊点以下，两相消失曲线的最低点对应的浓度与温度分别为 表面活性剂的临界胶束浓度( c m c ) 和临界胶柬温度( c m t ) 。图2 b 为两性离子表面 活性剂胶束溶液的相图，温度一浓度曲线同样把相图分为两个区域。不同的是上 部为厶下部为2 ，与非离子表面活性剂相反，两相的出现是由于温度降低而不 是温度升高引发的。 第l 章引言 温度 l 6 0 6 0 柚 温度【 l 01 0 表面活性剂浓度( z ， 图2 a 非离子型表面活性剂胶束溶液的相图 01 02 0 裹面活性燃度f z 图2 b 两性离子型表面活性剂胶束溶液的相图 1 3 浊点萃取的影响因素 研究影响浊点萃取常用的参数包括：表面活性剂的浊点( c p ) 、萃取率( e ) 、 浓缩因子( 、相体积比( 口) 和分配系数( d ) 。 4 第1 章引言 e ：c ，旦，c f ：鱼，口：旦，d ：垦( 1 ) v oc ；v 。c - 式中，c l 一溶质在表面活性剂中的浓度； c o 一溶质在原始溶液中的浓度； v i 一表面活性剂相体积； 一水相体积； c 。溶质在水相中的浓度。 由于浊点萃取的效率受到许多因素的影响，包括p h 值，表面活性剂的种类 和浓度，螯合剂的种类和浓度，平衡时间的长短，平衡温度，离子强度，粘度， 离心时问，添加剂等，因此优化浊点萃取的各种条件是必须的“”。下面将具体 讨论某些影响因素对浊点萃取效率的影响。 1 3 1 蟹合剂的影响 浊点萃取与f a a s 联用测定痕量金属离子，其主要步骤在于螫合剂和待测金 属离子产生合适的螯合物“。当金属离子与有机螯合剂形成螯合物时，一方面 由于它不带电，另一方面又由于有机配体在金属离子的外围且极性小，具有疏 水性，因而螯合物难溶于水，易溶于有机溶剂( 如表面活性剂等) 。利用这一性 质就可以将某些金属离子从水溶液( 水相) 中萃取到有机溶剂( 表面活性剂相) 中，从而达到分离、富集金属离子的目的。螯合剂主要有以下类型： ( 1 )“o0 型”螯合刺 这类螯合剂以两个氧原子为键合原子，例如羟基酸、多元酸、多元醇、多 元酚等。它们通过氧原子( 硬碱) 和金属离子相键合，能与硬酸型阳离子形成 稳定的螫合物。例如：酒石酸。 ( 2 )“nn 型”螯合剂 这类螯合痢，如各种有机胺类或含氮杂环化合物等，通过氮原子( 中间碱) 与金属离子相键合，能与中间酸和部分软酸型的阳离子形成稳定的螯合物。 例如：邻二氮菲。 ( 3 )“n0 型”螫合剂 这类螯合剂，如氨羧螯合剂、羟基喹啉和一些邻羟基偶氮染料等，通过氧 第1 章引言 原子( 硬碱) 和氮原子( 中间碱) 与金属离子相键合，能与许多硬酸、软酸和 中间酸的阳离子形成稳定的螯合物。例如：8 - 羟基喹啉。 ( 4 ) 含硫螫合剂 含硫螯合剂可分为“ss 型”、“s0 型”和“sn 型”等。由两个硫原 子键合的“s s 型”螯合剂，能与软酸和一部分中间酸型阳离子形成稳定的螯合 物。通常多形成较稳定的四元环螯合物。例如：二乙胺基二硫代甲酸钠( 铜试 剂) 。“s0 型”和“sn 型”螯合剂能与许多阳离子形成螯合物，通常多形成 较稳定的五元环整合物。例如：巯基乙酸。 整合剂浓度对萃取率e 也有较大的影响。由于样品中含有其他的共存金属离 子。部分螯合剂将与共存离子螯合，对被测金属离子的萃取有一定的干扰。要消 除这一千扰，可适当增加螯合剂浓度，以提高萃取效率。对低协同作用的螫合荆 应该增大其浓度，但过高的螫合剂浓度会使螯合嗣相互之问聚集而被优先萃取 进表面活性剂中，这就降低了金属离子的萃取效率e 。表1 中列出了常用的螫合剂 名称。 表1 几种常用的螯合剂名称 1 3 2 表面活性剂的影响 表面活性剂需要注重的性质为( 1 ) 浊点温度：浊点萃取往往选择浊点较低 的表面活性剂。以适合相分离。而用高浊点表面活性和作萃取剂时，由于在相 分离过程中随着温度的降低会引起萃取率的降低，同时过高的温度也会对螫合 6 第1 章引言 剂和螯合物的稳定性有影响，不适合分析检测。( 2 ) 疏水性：从结构上看浊点 温度与表面活性剂的疏水链的长短有关，疏水链越长，浊点温度越下降，因此 要选用具有疏水链长度适当的表面活性剂。表2 7 0 出了浊点萃取常用表面活性剂 名称、浊点温度、临界胶束浓度。 表面活性剂浓度对萃取率和仪器测定都有一定的影响。所以在保证萃取完 全的前提下，尽可能减少相比，以提高萃取效率e 和富集能力。表3 列出了常用 非离子表面活性剂使用浓度与浊点的关系。 表2c p e 常用表面活性剂名称、浊点温度、临界胶柬浓度 对叔辛基苯基聚己二酵醚t r i t o nx - 1 1 4 2 2 - 2 5 0 2 - 0 3 5 第1 章引言 ( o h ) 3 0 c k c ( c 1 3 ) 8 甜h t r i t o n x - 1 0 06 4 - 6 50 1 7 0 3 0 ( o c i 2 叫2 ) o h ( o p e l 或 t - c 8 f 瞄 正烷基苯基聚己二醇醚p o n p e 一7 5 5 - 2 0 0 0 8 5 岛h 1 9 叫4 0 ( c h 2 c h 2 0 ) j n p e c r ，l 两性离子表面活性剂 r 3 ( c 1 3 ) 矿( c h 2 ) 3 0 s o ； c # p s 0 4 c h a p s 0 4 0 0 8 5 6 5 o4 5 8 8 0 岛一l e c i t h i n 4 5 0 表3 非离子表面活性剂使用浓度与浊点的关系 表面活性剂 浓度w 浊点温度x 3 t r i t o nx - 1 0 0 0 2 56 4 t r i t o nx - 1 1 4 p o n p e7 5 c 击l ( e = o x y e t h y l e n e ) c l 正7 7 0 0 3 3 0 0 i 0 5 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 0 2 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 6 5 7 6 2 3 6 2 5 3 0 l 6 2 5 4 6 9 “8 5 7 7 50 05 86。 b 第1 章引言 1 3 3 添加剂的影响 在萃取体系中加人添加剂，如：电解质、有机物等可以改变表面活性剂的 浊点温度。引发表面活性剂水溶液的相分离。下面主要论述对非离子表面活性 剂而言添加剂的作用u a 。 电解质改变表面活性剂浊点的原因，主要归结于亲油基团被电解质所“盐 析”或“盐溶”。 “盐析型”电解质使胶束中氢键断裂脱水，引起疏水基脱离 水相，导致表面活性剂分子沉淀从而降低表面活性剂的浊点。氯化物、硫酸盐、 碳酸盐、叠氮化物等为盐析型电解质。许多试验中在非离子表面活性剂体系中 加入氯化钠，一方面以降低浊点，使浊点萃取在较低温度下发生，另外缩短相 分离时间( 原理是加入惰性盐，是水相密度增大，有利于两相的分离) 。而“盐 溶型”电解质，如：硝酸盐、碘化物、硫氰酸盐，则作用相反，可使表面活性 剂浊点升高。 有机物改变表面活性剂的浊点的机理可分为两类。”：第一类主要是通过进 入胶团来影响浊点；第二类主要是通过改变水的结构、介电常数、溶解参数等 来改变水与表面活性剂分子或胶团的相互作用而改变浊点。如短链饱和烃类降 低浊点不太显著，而可溶于胶束的非极性有机物使浊点升高，与水混溶的极性 有机物，如：脂肪醇、脂肪酸、苯酚等有助于微乳液的生成，引起表面活性剂 浊点的降低。叔丁醇、仲丁醇、1 ，2 - 丙二醇空间位阻较大，可使表面活性剂 浊点升高；而异丁醇、丙三醇则反之。直链一元酸均使浊点下降，且碳链越长 下降幅度越大；直链二元酸对浊点的影响小于直链一元酸，碳原子数小于6 时浊 点略有升高，大于6 时则下降；由于空间位阻作用，支链酸和取代酸降低浊点的 幅度较小。加入聚乙二醇、环糊精等水溶性聚合物也可降低浊点，聚合物浓度 及分子量可影响降幅。尿素、硫脲衍生物等蛋白质变性剂，阴离子表面活性剂 和其它助溶剂如甲苯磺酸钠，可使浊点升高。 1 4 浊点萃取与其它分析仪器的联用 ( 1 ) 与分光光度法联用 分光光度法是与浊点萃取联用的主要检测手段之一，这种联用技术又被称 为析相光度法。该法可分为两类：一是利用浊点在室温以上的非离子表面活性 9 第1 章引言 剂萃取溶液中的金属螫合物，加热至浊点阻上析相，离心分离后，弃去水相， 然后将表面活性剂相用水定容得到均一溶液，测定吸光度；另一类是用浊点在 室温以下的非离子表面活性剂萃取析相，离心分离后，在表面活性剂相加入浊 点高于室温的非离子表面活性剂水溶液，混匀定容，测定吸光度“。由于需要 将表面活性剂相稀释到一定体积进行吸光度测定，故该法的富集倍数受到一定 限制，而将流动注射分光光度法作为检测手段，则可以省去稀释过程，从而得 到较大的富集倍数。 表面活性剂溶液提供了一个反应媒介，该媒介能改变反应速率、平衡状况、 产物得率及光谱或分析参数。在表面活性剂存在下，金属螯合物能显示出突出 的光谱特性，如增大分子吸收，增强荧光，使最大吸收波长红移等。改变溶液 的环境不仅能提高显色反应的灵敏度，而且还能避免不需要的副反应。目前已有 用高灵敏的分光光度法测定t r i t o nx - 1 0 0 萃取的c o ”。与用氯仿作萃取剂的方 法相比，这种方法的灵敏度更高。以5 一( 4 一甲氧苯基偶氮) 一8 一( 4 一甲苯磺酰胺) 喹 啉为螯合剂，溴化十六烷基三甲基铵为胶束媒介，用荧光法测定了铁。因为这种 方法增强了荧光”“，更有利于痕量金属元素的检测。 浊点萃取法已被用于各种样品中生成螯合物后的痕量金属离子在间歇条件 下的分光光度法分析。 ( 2 ) 与高效液相色谱( h p l c ) 联用 表面活性剂可以防止样品吸附在玻璃容器上，易于与h p l c 中的有机流动相 或胶束流动相混合，可以直接进样”。但浊点萃取作为h p l c 的样品前处理方法 有两个缺点：第一，常用的表面活性剂在u v 区域有很强的背景吸收。为克服这 一弊端，可以改变检测方式，如：采用电化学检测器或荧光检测器：还可选用 在u v 检测区无吸收的表面活性剂，如：两性离子表面活性剂或c n e m 型表面活性 剂。第二，操作时间较长，从色谱柱上需用几个小时洗脱表面活性剂。表面活 性剂的洗脱可能会干扰分析物的测定。 ( 3 ) 与流动注射分析( f i a ) 联用 表面活性剂同样易与与f i a 中的载液相混合，可以直接进样，但是在很多应 用中需要除去表面活性剂中后再与仪器联用”。将萃取物与表面活性剂分离的 方法很多。对于c m c i m m o l l 的表面活性剂，如：两性离子表面活性剂可用透 析法，但操作时间较长( 2 4 4 , 时左右) 。对于c m c 较小的表面活性剂可通过色谱柱 分离除去，如凝胶柱、毛细管柱等，分离出的表面活性剂可以再利用，也可以 第1 章引言 用废丙酮焚烧处理。c p e 也可作在线流动注射化学荧光分析法的预处理方法。 p a l e o l o g o s 等用该法检测了n g l 级的海水和废水中的铬。检出限为0 5 n g l 。 m o r e n o c o d e r o 等认识到螫合剂与流动注射分析技术结合用于痕量金属检测的 优势，并首次将c p e f i a 用于铀的测定。 ( 4 ) 与毛细管电泳( c e ) 联用 1 9 9 9 年，c a r a b i a s - m a r t i n e z 等”1 首次将浊点萃取技术用于c e 。随后， s i r i m a n n e 等将c p e 与c e c 结合，对人血清中加标的环境中有毒化合物多环芳烃、 邻苯二甲酸盐进行分析。c p e 技术未能在c e 中得到广泛应用”的主要原因在于 表面活性剂富集相引入未涂覆的熔融石英毛细管，用水溶性缓冲溶液分离时， 表面活性剂吸附到毛细管壁导致分离效率降低、重现性明显变差。为了克服该 弊端，c a r a b i a s - m a r t i n e z 等将阳离子表面活性剂c t a b 加入到分离缓冲溶液中， 在毛细管壁形成动态涂层，避免了非离子表面活性剂t r i t o nx - 1 1 4 吸附于毛细 管壁，同时使电渗流反向，给毛细管施加反向电压，分离的重现性良好，但是 毛细管的寿命很短。最终，他们将表面活性剂富集相样品适当的稀释，在m e k c 模式中，用非水介质乙睛一甲醇( 5 0 ：5 0 ) 分离，重现性良好，分离效果满意。 分离缓冲溶液选用非水体系，首先可避免表面活性剂吸附到毛细管壁，影响分 离效果。其次，通常用于浊点萃取的分析物多为有机物，金属离子的萃取“ 通常须加入螯合剂，形成金属螯合物，金属螯合物的疏水性较强，在水溶液中 的溶解度小，分离过程中极易吸附于毛细管壁，采用非水体系适于对疏水性样 品进行分离。与水体系相比，非水溶剂中可加以较高的电压，而不产生明显的 焦耳热，从而提高了分离效率。非水毛细管电泳中有机溶剂的选择需要考虑挥 发性、介电常数、粘度、质子离解和偶极矩等多种因素的综合影响4 ”1 。在实际 分离时，分离的成败很大程度上取决于使用何种有机溶剂。通过选择合适的有 机溶剂，可提高分离效率。将c p e 技术应用于富集金属离子，毛细管电泳进行分 离，仅见一篇文献报道。该工作以卜( 2 一吡啶偶氮) 一2 一萘酚( p a n ) 为螯合剂， 非离子表面活性剂t r i t o nx - 1 1 4 为萃取剂，采用浊点萃取技术富集水溶液及料 酒中c u ( i i ) 和c o ( i i ) 。 ( 5 ) 与胶束电动液相色谱( 肛k c ) 联用 由于有胶束的存在，浊点萃取特别适合与肛k c 联用。 ( 6 ) 与i c p 一0 e s 联用 i c p - o e s 是一种常用的痕量金属的检测法，但其检出限与样品中金属的低浓 第1 章引言 度水平并不相符，为了达到准确、可靠和灵敏的结果，对样品中浓度太低的被 检测物用c p e 法进行预富集和分离，便可以直接用i c p - o e s 检测。j o r g e l i n a 等 用p o n p e5 o 作萃取剂，5 一b r p a d a p 作螯合剂，检测了自来水中的汞，检出限为 4 n g l 1 。s o m b r a 等在无螯合剂条件下，用p o n p e7 5 萃取了样品中的铝，并用 i c p - o e s 检测，检出限为0 2 5 _ g l 1 。钒以5 一b r p a d a p 作螯合剂，以p o n p e5 0 作萃取剂，再直接用i c p - o e s 检测，检出限是5 0 每z ”。 ( 7 ) 与i c p - a e s m s 联用 i c p - a e s m s 分析中，有机物的引入一方面对光谱信号有一定的增敏效应， 另一方面有机物分解时吸收较大能量，会导致i c p 放电不稳定甚至熄灭。因此将 浊点萃取与i c p 一 e s m s 联用时，多采用一些特殊的进样技术，如电热蒸发、超 声雾化、氢化物发生等，在进入等离子体前将有机物除去。浊点萃取作为萃取 法用于等离子体检测金属离子的报道现在还不多。 ( 8 ) 与e t v i c p m s 联用 低浓度贵金属元素的准确检测是非常困难的，尽管e t a a s 作为铂族元素检 测的常规方法已建立，但也有一些研究表明，可以用e t v i c p - m s 检测。由于溶剂 和固体气溶胶( 包含被分析物) 被蒸发，有机物的等离子体过( 负) 载效应以及棱 镜和透镜界面的碳沉积可以避免，e t v i c p - m s 允许非常小的样品量进行检测， 并可以得到比常规气动雾化更低的检出限。地a m 。s l i v a 等人1 采用c p e 法预富 集了人体头发和尿液中的贵金属，表面活性剂相用e t v - i c p m s 检测，效果较好。 1 5 浊点萃取法国内外研究现状 1 9 7 8 年，由h i r o t ow a t a n a b ea n dh i r o a k it a n a k a 等o ”最早将浊点萃取技 术应用于金属离子的测定。在国外研究的较早，较多，国内在该方面的研究相 对薄弱。随着浊点萃取技术的发展，尤其在生物大分子分离分析中取得的突破 性进展，为浊点萃取在痕量金属离子测定中的进一步完善奠定了基础。大部分 金属离子与螯合剂发生反应，生成金属螯合物，过去的提取方式是使用有机萃 取剂，其危害很大，而且操作复杂、成本高。如今通过表面活性剂对样品中痕 量金属离子进行分离和预富集，再结合火焰原子吸收分光光度法( f t a s ) 、石墨 炉原子吸收分光光度法( 6 f a a s ) 、等离子发射光谱( i c p ) 、毛细管电泳( c e ) 及紫 外、可见分光光度法( u v v i s ) 等分析方法或与流动注射分析技术( f i a ) 联用， 1 2 第1 章引言 实现了样品中痕量金属离子的准确测定。 下面再简单介绍一下浊点萃取法在其它一些领域的应用情况： ( 1 ) 在生物学中的应用 b o r d i e r “”最早将浊点萃取法应用于生物学领域，其操作步骤较简单，无需 使用专门仪器。 分离与纯化蛋白质 浊点萃取法可用于分离膜蛋白、酶、动物、植物和细菌的受体，还可以替 代一些分离方法如硫酸铵分级法作为纯化蛋白的第一步，与色谱方法联用。另 外，浊点萃取法分离纯化蛋白质已经可以实现大规模操作。m i n u t h 等人成功 地进行了胆固醇氧化酶浊点萃取的中试研究。 进行生物分析 生物分子在表面活性剂水两相体系中的分配主要是依据其表面所具有的 亲水性疏水性基团。所以，浊点萃取法也可以用来表征蛋白质。首先，可以通 过目标蛋白在表面活性剂中的萃取效率来判断蛋白质是否为内嵌膜蛋白。第二， 改变p h 、引入配体和酶后，可通过观察蛋白质在两相间分配的变化了解其构象 变化，来研究翻译表达后蛋白修饰及特定体系中蛋白间作用力大小。浊点萃取 法也可以考察p 吗l 发的溶酶体糖蛋白一皂角苷( s a p ) 的构象变化。 ( 2 ) 在环境化学方面的应用 环境样品形态多样、组成复杂而且含量较低，必须经过前处理后才能进行 各种仪器分析。 浊点萃取作为样品前处理的方法 用浊点萃取法可萃取环境样品中的多种有机污染物，浊点萃取完成后，可 以将含萃取物的表面活性剂相直接进样于h p l c 、f i a 、c e 等分析仪器。用此法处 理环境样品的优点有：防止或降低有机物( 如p a h s ) 在玻璃容器上的吸附( 与传统 的3 1 2 0 甲醇的效果相当) ，提高了萃取率1 ；与样品中的有机干扰物( 如腐殖 酸) 反应，避免影响样品的检测；使浓缩因子提高，增加了检测灵敏度；防 止杀真菌剂在水中分解。 浊点萃取用于环境治理 浊点萃取用于环境治理的相关文献较少。w a n d r u s z k a 和其同事在用表面活 性剂萃取固体中有机物的基础上，成功地清除了土壤中的发动机油及d d t 。土壤 第1 章引言 中含的其他有机物，如：腐殖酸会影响d d t 的萃取。该工作尚停留在实验室阶段， 处理的土壤量较小，仅为l o g , 同类工作的报道还不多。 1 6 课题内容和意义 随着生命科学、生物工程和环境科学等学科的迅速发展，分析对象日益复 杂多样，对复杂基体中痕量和超痕量组分的分离和检测成为突出的问题。虽然 现代仪器分析方法的检出限越来越低，但要直接分析这些组分的含量也往往遇 到困难，有时甚至是不可能的，这是因为，一方面，样品本身的物理化学状态 有的不适合直接测定，或者分析方法对极低含量的组分灵敏度不够：另一方面 是存在基体干扰，或者缺乏相应的校正标准和试剂。因此必须借助各种各样的 分离富集技术，以提高分析方法的灵敏度和选择性。 虽然原子光谱分析技术具有很高的灵敏度，但是分析待测元素含量极低或 化学组成太复杂的试样时，往往要求在测定之前辅以化学分离预富集手段以分 离富集待测物和除去干扰基体。与分离富集技术联用不仅能使元素浓度提高， 而且可以在一定程度上消除基体千扰，使分析检出限、精密度和准确度获得有 效改善。 浊点萃取作为近年来出现的一种新兴的分离富集技术，因其具有萃取效率 高、富集因子大、操作简便、安全、经济、便于实现联用化等优点，受到人们 的极大关注与重视，并在生物大分子的分离纯化、有机小分子的分离测定及金 属离子的分离富集等方面得到广泛的应用。 本文测定的离子选为镍、镉、铅、铜离子。 根据大量的科学研究结果显示，镍是人体必需的微量元素，但摄入过量的 镍是十分危险的。1 9 9 0 年，国际癌症研究机构将镍及其化合物列为对人和动物 均有致癌毒性的第一组致癌剂。动物吃了镍盐可引起口腔炎、牙龈炎和急性胃 肠炎，并对心肌和肝脏有损害。镍及其化合物对人皮肤黏膜和呼吸道有刺激作 用，可引起皮炎和气管炎，甚至引发肺炎。通过动物实验和人群观察已证明： 镍具有积蓄作用，在肾、脾、肝中积蓄最多，可诱发鼻咽癌和肺癌。 镉是人体非需要的元素，也是剧毒重金属。土壤中的镉不但对植物的正常 生长无效，而且比其它元素( z n 、p b 和c u ) 等对植物产生毒害作用更强，发生 毒害作用的浓度更低。作用的后果主要为：植物受镉毒影响，会产生枯斑、萎 1 4 第1 章引言 蔫，叶子产生红棕色斑块和茎生长受阻，严重时会导致植物死亡。对人体健康 而言，镉的不利影响主要表现为：( 1 ) 刺激人体胃肠系统，致使食欲不振，导 致人体食量下降；( 2 ) 影响骨的钙质代谢，使骨质软化、变形或骨折；( 3 ) 抑 制锌酶的生化活性，导致尿蛋白症、糖尿病和水肿病：( 4 ) 镉中毒还可能导致 骨癌、直肠癌、食管癌和胃肠癌的诱发；( 5 ) 导致贫血症或高血压的发生等”。 由于镉的生物学半衰期平均为1 4 年以上，因此即使微量的镉进入人体内，经长 期积累，也可引起慢性中毒，造成骨质软化症、消化系统和心血管系统的病变 f 1 6 0 年代初人 f 】认识到镉的污染严重影响人体健康后，镶的分析监测就披提到 了重要的日程。在环境和生物物料中，镉的含量都很低，因此对镉的分析方 法进行了大量的研究，主要测定方法有原子吸收法、阳极溶出伏安法( a s v ) 、 中子活化法等。原子吸收分光光度法是近年来广泛采用的测定镉的方法“，该 法的准确度好、灵敏度商，而且由于镉的特征2 2 8 8 波长测定，具有特效专一 性，很少受到其它元素的干扰。阳极溶出伏安法和无火焰原子吸收法的灵敏度 相近，但在仪器设备上比较简单，可同时测定铜、铅、锌、镉4 个元素，并可分 析不同形态的镉。其它方法如中子活化法、等离子体发射光谱法、活化源质谱 法等都需要有一定的设备，不是一般实验室所能具备的。 高浓度的铅除在农作物可食部分产生残毒外，还表现为导致幼苗萎缩、生 长缓慢、产量下降甚至绝收等后果。铅对人体的危害主要表现在下列几方面；( 1 ) 小剂量的铅吸收产生精神障碍；( z ) 铅中毒可引起动脉高血压和肾功能不全的 并发症；( 3 ) 铅摄入量很高时引起贫血症；( 4 ) 铅在人的血液中达到一定浓度 时，染色体畸变率显著增加”。因此，痕量铅的危害越来越引起人们的关注， 痕量铅的分析日益受到重视，传统的分析技术不断地得到改进和发展，新的分 析技术亦不断出现。火焰原子吸收光谱法( f 触s ) 在痕量锚分析中继续保持最 常使用的地位；阳极溶出伏安法虽然其使用仪器简便，但测定痕量铅的灵敏度 和选择性却高，已得到广泛的重视和研究；样品的在线分离富集和联用技术大 大提高了痕量迄分析的选择性和灵敏度，简化分析过程目前仍是研究的主要方 向和热门课题。 铜对植物的生长发育起着重要的作用，但过量的铜会抑制根系生长和养分 吸收；急性铜中毒会对人体的胃肠黏膜产生强烈的刺激，引起胃肠炎；慢性铜 中毒会使铜蓄积于人体的肝脏中，达到一定量时，肝中的铜释放出来进入血液， 从而引起大量溶血、黄疸等症状1 。因此，铜离子的监测是环境分析中的重要 第1 章引言 内容之一。若水体中含铜量达0 0 1p 钇时，对水体有明显的抑制作用：超过 3 f g m l ，会产生异昧。若用含铜废水灌溉农田，铜会在土壤和农作物中积累造 成农作物特别是水稻和大麦生长不良，并会污染粮食颗粒。灌溉水中铜离子对 水稻危害的l f 缶界浓度是0 6 跏乙铜对水生生物的危害也很大，铜对鱼类的危 害浓度为0 0 1 _ 钇。 在查阅和分析了大量的关于浊点萃取法在痕量分析方面应用的文献后，本 文选用表面活性剂t r i t o nx - 1 0 0 ，它具有较低的浊点温度、较高的密度( 有利于 离心分离) 和低廉的价格等优点。目前已有用分光光度法测定t r i t o nx - 1 0 0 与 螯合剂卜n i t r o s o 一2 一n a p h t h o l 浊点萃取的c o ”，用火焰原子吸收光谱法测定 t r i t o nx - 1 0 0 - 与螫合剂d i y r p 萃取的雨水和饮料中的c u 2 “”，与螯合剂a p i ) c 萃取 的酒中的金属离子，与螯合剂t a n 浊点萃取的n i ”等。本文选用非常稳定和具 有较好的选择性的螯合试剂8 一羟基喹啉和p a n ，t r i t o nx - 1 0 0 与这两个螯合剂结 合进行浊点萃取火焰原子吸收光谱法测定痕量元素n i ”、c d 2 + 、p b 2 + 、c d + ，此方 法尚未见报道。浊点萃取法和火焰原子吸收结合，检测限好、有选择性和足够 高的准确度，通常是将萃取液直接喷雾送入火焰中。这种方法改善了检测限， 使分析更加快速、简便。 本课题将高富集倍率的浊点萃取法与高灵敏度的火焰原子吸收光谱法相结 合，建立浊点萃取一火焰原子吸收光谱法测定痕量金属元素n i ”、c d + 、p b ”、 c u 2 + 的新方法，并初次用于盐水及粉饼中金属离子n i 2 + 和p b 2 + 的同时测定。这种 分离富集与检测手段相结合的方法，可达到更高的灵敏度、选择性、准确性， 更低的检测限。 1 6 第2 章实验部分 2 1 仪器和试剂 2 1 1 仪器 第2 章实验部分 3 5 1 0 型原子吸收分光光度计( 安捷伦科技上海有限公司) ； p h s - 2 5 型p h 计( 上海雷磁仪器厂) ； 8 0 1 型离心机( 上海手术机械厂) ； 电子天平( m e t t l e ra e l 6 3 ) ： j b 1 型搅拌器( 上海第二分析仪器厂) ； e t h o st c 型微波消解仪( 意大利m i l es t o n e 公司) ； 1 0 毫升带刻度离心管； 2 1 2 试剂 ( 1 ) h c l 国药集团。 (