（分析化学专业论文）电动流动全分析系统研究及其在农药残留分析中的应用.pdf

摘要 摘要 电动流动全分析系统将顺序注射分析、多通道切换分析、电渗泵驱动和整 体微柱色谱分离相结合，具有简单、便携、易控和多功能等特点，已成功地应 用于在线样品处理和分析。论文的主要研究目标是拓宽电动流动全分析系统的 应用领域。研究了通过原位聚合法制各毫米级c 8 一硅胶整体柱及c 8 石英砂填充 整体微柱，并将c 8 石英砂整体微柱应用于电动流动全分析系统的电色谱分离研 究；设计并建立了基于电动流动分析系统的液液液微萃取作为农药残留的在线 前处理方法。另外，还建立了毛细管电泳间接紫外吸收法测定游离氨基酸的方 法。论文的主要研究内容和结果如下： 1 建立了原位聚合一步法制备毫米级c 8 硅胶整体柱。毛细管电色谱虽然具 有柱效高、分离快等优点，但是也存在制各困难、柱容量小、浓度检出限差等 问题。为了提高色谱柱的柱容量和检测灵敏度，制各了毫米级内径的c 8 - 硅胶整 体柱。详细考察了反应物浓度、反应酸度和聚合温度对整体柱微结构的影响， 。 最优化条件为：正硅酸四甲酯o 31m l ，辛基三甲氧基硅烷0 3 4 5m l ，尿素0 0 8 0 g ，0 2 0m o l l 醋酸( h a c ) 0 3 3m l ，乙醇o 3 2m l ，聚合温度为6 0 。正硅酸 四甲酯和辛基三甲氧基硅烷在酸性条件下水解，用尿素释放的氨催化缩聚，该 条件下制备的硅胶整体柱是一种具有微米级骨架和通孔的相互交联的网络状骨 架结构，这种结构使得制备的整体柱具有高渗透性和低反压的优点，不受有机 溶剂的影响，而且柱中均匀分布了c 8 功能性基团，避免了传统硅胶基质整体柱 所需的固定相化学键合步骤，从而提高了制柱的重现性。从电镜照片可以看出， 硅胶整体柱结构均匀，渗透性好，适用于色谱分离。 2 研究了原位聚合一步法制备毫米级c 8 石英砂微柱的方法。毫米级分离柱 直径的增大会引起热效应急剧增加，从而导致电色谱柱中分离区带严重展宽。 在c 8 - 石圭胶整体柱制备的基础上，依靠石英砂的重力沉降，制备了直径2 0m m ， 长度为1 0c m 的填充细石英砂的电色谱整体微柱( 即石英砂微柱) 。柱中填充的 1 2 0 1 5 0 目细石英砂减小了电流通道截面，作为导热介质，限制了电流效应对电 色谱分离的影响。而且，细石英砂的填充还克服了硅胶形成过程中收缩引起的 柱体与石英管壁之间产生裂隙的问题，可以直接在石英玻璃管中制备整体柱， i l l 摘要 避免了整体柱的包覆步骤。 结合电动流动分析输运和电色谱分离，组建了微柱分离系统。该系统可在 线检测、操作电压低、使用安全方便、能够实现自动数据采集和处理。应用制 备的石英砂微柱，以电渗流或结合压力流驱动流动相，以电色谱分离模式与常 规的紫外分光光度计联用，以氨基甲酸酯类农药的水解产物之一一1 萘酚为分析 物，考察了有机溶剂浓度、缓冲液p h 值、场强以及泵流速对柱效的影响。在流 动相为含有p h8 0 ，1m m o l lt r i s 缓冲液的6 5 乙腈水溶液、场强为1 7 5 v c m 和泵流速为0 2m l m i n 的条件下，最大柱效可达6 0 5 2p l a t e s m 。有关氨基甲酸 酯类农药的水解产物一问甲基酚、邻异丙基酚和1 萘酚的电色谱分离正在研究。 3 建立了一种基于电动流动分析系统在线中空纤维液液液微萃取 ( h f l l l m e ) 富集氨基甲酸酯农药并消除基质影响的分析方法，测定了蔬菜中 氨基甲酸酯类农药残留。利用c 语言程序实现对电渗泵驱动和电磁三通阀切换 的控制，并将整个l l l m e 过程采用计算机自动控制。设计并组装了h f l l l m e 装置。考察了不同的有机溶剂对液膜稳定性的影响，十二醇作为固定在中空纤 维孔内的有机溶剂，液膜稳定性好，对氨基甲酸酯杀虫剂选择性好，毒性小。 研究了h f l l l m e 的分析条件，包括有机溶剂的选择、样品流速、样品通过中 空纤维膜外样品液通道的萃取次数和样品体积。提出了以西维因浓度作氨基甲 酸酯农药折合总量的定量分析方法。本方法对西维因的富集倍数为3 0 0 倍，检 出限为1 0n g m l 西维因，远低于欧盟规定的蔬菜中农药最大残留限量。分别向 蔬菜样品中添加o 0 7 和0 7 0g g m l 的西维因，回收率为8 9 2 1 0 8 ( n = 3 ) 。该 方法简单，便宜，富集倍数高，萃取单元使用寿命长，并且有机溶剂消耗低。 利用l l l m e e f a 系统测定了环境水中挥发酚类化合物的折合总量。在最优 化条件下，测定1m l 污水中挥发酚类化合物时，方法对苯酚的富集倍数为5 3 倍，检出限为3 a g l 苯酚，远低于污水排放中挥发酚类化合物的最大允许浓度； 测定6m l 地面水中挥发酚类化合物时，方法的富集倍数为3 0 0 倍，检出限为0 6 , g l 苯酚，低于地面水中挥发酚类化合物的最大允许浓度。分别向水样中添加 0 2 5 和0 5 0m g l 的苯酚，回收率为8 6 6 9 6 4 ，r s d 为3 8 ( n = 3 ) 。方法 特点与上述方法相同。 最后，论文还建立了一种简便、快速和灵敏的毛细管电泳一间接紫外吸收 测定卷烟和茶叶中的1 6 种游离氨基酸的方法。为了减少电迁移扩散，选择迁移 率与被分析物迁移率最接近的对氨基苯甲酸( p a b ) 为背景电解质( b g e ) 。但 i v 摘要 p a b 在高电压下易发生电极反应而导致基线不稳。采用自制隔离池，克服了p a b 高压下电极反应的问题，提高了检测灵敏度。为了缩短分析时间，在b g e 缓冲 液中加入电渗流改性剂，使电渗流方向与氨基酸阴离子迁移方向一致。研究了 p a b 的浓度、b g e 的p h 、电渗流改性剂的种类和浓度对氨基酸分离的影响，在 最优化条件下，1 4 种氨基酸达到基线分离，检出限低至1 7m o l l ，烟草( 分 别添加0 1m m o l l 和0 4m m o l l 两个水平) 和茶叶( 分别添加o 2m m o l l 和0 4 m m o l l 两个水平) 中的回收率分别为8 3 6 1 0 9 和8 9 6 1 0 6 ，峰高的相对标 准偏差小于6 o ( n - 5 ) 。 关键词：电动流动分析系统整体柱电色谱农药残留样品前处理 v a b s t r a c t ab s t r a c t t h ee l e c t r o k i n e t i cf l o wa n a l y s i s ( e f a ) s y s t e mb a s e do ns e q u e n t i a li n j e c t i o n a n a l y s i s ( s i a ) ，m u l t i c o m m u t a t i o na n a l y s i s ，e l e c t r o o s m o t i cp u m pd e l i v e r y a n d c h r o m a t o g r a p h i cs e p a r a t i o n o fm o n o l i t h i cc o l u m np o s s e s s e st h ea d v a n t a g e so f s i m p l e n e s s ，c o n v e n i e n c e ，c o n t r o l l a b i l i t ya n dm u l t i f u n c t i o n i th a sb e e ns u c c e s s f u l l y a p p l i e di no n l i n es a m p l ep r e t r e a t m e n ta n da n a l y s i s t h em a i na i mo ft h et h e s i si st o e n t e n dt h ea p p l i c a t i o no fe f a s y s t e m a4 6n ni d c s - s i l i c am o n o l i t h i cc o l u m na n d a2 0m mi d q u a r t zs a n dm o n o l i t h i cm i c r o c o l u r r mw e r ep r e p a r e db yo n e s t e p p o l y m e r i z a t i o n t h es e p a r a t i o no fe l e c t r o c h r o m a t o g r a p h y ( e c ) w i t ht h eq u a r t zs a n d m o n o l i t h i cm i c r o c o l u m nw a ss t u d i e dc o m b i n i n gw i t ht h ee f as y s t e m a no n l i n e h o l l o wf i b e rl i q u i d l i q u i d l i q u i dm i c r o e x t r a c t i o n ( h f l l l m e ) - e f as y s t e mw a s e s t a b l i s h e df o rt h ep r e t r e a t m e n to fc a r b a m a t ep e s t i c i d er e s i d u e s i na d d i t i o n ，am e t h o d f o r t h ed e t e r m i n a t i o no ff r e ea m i n oa c i d s ( a a s ) w a sp r o p o s e du s i n gc a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i s ( c e ) a n di n d i r e c tu v ( i n u v ) d e t e c t i o n 1 am e t h o df o ro n e s t e pp o l y m e r i z a t i o no fc s - s i l i c am o n o l i t h i cc o l u m nw a s e s t a b l i s h e dw i t h t e t r a m e t h o x y l s i l a n ea n d o c t y l t r i m e t h o x y s i l a n e c a p i l l a r y e l e c t r o c h r o m a t o g r a p h y ( c e c ) p o s s e s s e si t sa d v a n t a g e so fh i g hs e p a r a t i o ne f f i c i e n c y a n df a s ta n a l y s i sv e l o c i t y , b u ti ta l s oh a si t ss h o r t c o m i n g so fp o o rd e t e c t i o ns e n s i t i v i t y , l o ws a m p l el o a d a b i l i t ya n dt r o u b l e s o m ep r e p a r a t i o nd u et oi t ss m a l li n n e rd i a m e t e r t oo b t a i nt h eo p t i m a lp r e p a r a t i o n ，t h ei n f l u e n c eo ft h er e a c t a n tc o n c e n t r a t i o n s ， r e a c t i o na c i d i t ya n dp o l y m e r i z a t i o nt e m p e r a t u r eo nt h es t r u c t u r eo fm o n o l i t h i c c o l u m nw a si n v e s t i g a t e d t h eo b t a i n e dp r e p a r a t i o nc o n d i t i o n sa r ea sf o l l o w s ：0 31 m lt e t r a m e t h o x y ls i l a n e ，0 3 4 5m lo c t y l t r i m e t h o x y s i l a n e ，0 0 8 0gu r e a ，o 3 3m l o 2 0 m o l lh a ca n d0 3 2m le t h a n 0 1 t h es i l i c am o n o l i t h i cc o l u m nw a s p r e p a r e d b yt h eh y d r o l y z a t i o no ft e t r a e t h o x y s i l a n ea n do c t y l t r i m e t h o x y s i l a n e i na c i d i c c o n d i t i o na n dt h ep o l y c o n d e n s a t i o ni nb a s i cc o n d i t i o n t h em o r p h o l o g yo ft h es i l i c a g e lw a sl i k ec r o s sn e t w o r kw i t hs m o o t hc y l i n d e rs k e l e t o n sa n dm a c r o p o r e so fm i c r o n d i m e n s i o n ，w h i c hm a d et h ec o l u m nh i g hp e r m e a b i l i t ya n dl o wb a c k p r e s s u r e t h e v l a b s t r a c t m e c h a n i c a ls t r e n g t ho ft h es i l i c ag e lw a ss t r o n ge n o u g ha n dt h es i l i c ag e ls o l i dp h a s e w a sa b l et ob ea d o p t e di no r g a n i cs o l v e n t s o c t y lf u n c t i o ng r o u pd i s t r i b u t e di nt h e c o l u m n ，r e s u l t i n gi nf l e eo fc h e m i c a l l ym o d i f i e dp r o c e d u c ef o rs t a t i o n a r yp h a s ea n d i m p r o v e m e n to fr e p r o d u c i b i l i t y t h es c a n n i n ge l e c t r o m i c r o g r a p hd i s p l a y e dt h a tt h e m i c r o c o l u m n p o s s e s s e dh i g hp e r m e a b i l i t y a n dc o u l db e e m p l o y e d f o r c h r o m a t o g r a p h i cs e p a r a t i o n 2 at e c h n i q u ef o rp r e p a r a t i o no fc s - q u a r t zs a n dm o n o l i t h i cm i c r o c o l u m nb y o n e s t e pp o l y c o n d e n s a t i o nw a sp r o p o s e d t h eh e a t i n ge f f e c ti n c r e a s e da c u t e l yw i t h t h ea c c r e t i o no fd i a m e t e ro fs e p a r a t i o nc o l u m nd i a m e t e rt om i l l i m e t e rd i m e n s i o n ， w h i c hr e s u l t e di ns e r i o u sd i f f u s e n e s so fs e p a r a t i o nz o n e b a s e do nt h ep r e p a r a t i o no f c 8 一s i l i c a m o n o l i t h i cc o l u m nm e n t i o n e d ，10c ml e n g t ha n d2 0m mi d e l e c t r o c h r o m a t o g r a p h i cm i c r o c o l u m nf i l l e dw i t h12 0 15 0 o r d e rq u a r t zs a n dw a s p r e p a r e d ，w h i c hc a l lb en a m e da sq u a a zs a n dm o n o l i t h i cm i c r o c o l u m n , w h i c hw a s u s e dt oi m p r o v et h es a m p l el o a d a b i l i t ya n dt h ed e t e c t i o ns e n s i t i v i t y t h eh e a t i n g e f f e c tw a sa l s or e s t r i c t e db yp a c k i n gf i n eq u a r t zs a n di n t ot h es i l i c ag e l ，b e c a u s et h e e l e c t r i cc u r r e n ti nt h eq u a r t zs a n dm o n o l i t h i cm i c r o c o l u m nw a sm u c hl o w e rt h a nt h a t o ft h en o r m a lm o n o l i t h i cm i c r o c o l u m nu n d e rt h es a m ee l e c t r i cf i e l ds t r e n g t h o nt h e o t h e rh a n d ，t h es h r i n k a g ea s s o c i a t e dw i t ht h ep o l y m e r i z a t i o nw a se l i m i n a t e d p r a c t i c a l l yb yp a c k i n g f i n e q u a r t z s a n di n t ot h ef u s e ds i l i c at u b e ，a n dt h e m i c r o c o l u m na n dt h ew a l lo ff u s e ds i l i c at u b ec o u l db ec o n t a c t e dt i g h t l y b a s e do nt h et r a n s p o r t a t i o no ft h ee f aa n ds e p a r a t i o no fe c ，as e p a r a t i o n s y s t e m w i t ht h em i c r o c o l u m na n do n l i n eu vd e t e c t i o nw a sa s s e m b l e d t h e a n a l y t i c a ls y s t e mw a so fs a f e t y , c o n v e n i e n c ea n da u t o m a t i z a t i o n e l e c t r o o s m o t i cf l o w ( e o f ) o re o fc o m b i n e dw i t hp r e s s u r ef l o ww a su s e dt od r i v em o b i l ep h a s e i ne co f t h em i c r o c o l u m n ar o u t i n es p e c t r o p h o t o m e t e rw a su s e dt od e t e r m i n et h ea n a l y t e s s e p a r a t e db yt h ee cm i n r o c o l u r n n 。s e p a r a t i o np a r a m e t e r st h a t a f f e c t e dt h ec o l u m n e f f i c i e n c yw e r ee x p l o r e d ，s u c ha sc o n c e n t r a t i o no fo r g a n i cs o l v e n ti nm o b i l ep h a s e ， b u f f e rp h ，e l e c t r i cf i e l ds t r e n g t ha n df l o wr a t eo fe l c t r o o s m o t i cp u m p t h ec o l u m n e f f i c i e n c yc o u l da c h i e v e6 0 5 2p l a t e s mu n d e rt h ec o n d i t i o na sf o l l o w i n g ：6 5 a c e t o n i t r i l e ( v v ) c o n t a i n i n g lm m o l lt r i sb u f f e rs o l u t i o n ( p h8 0 ) a sm o b i l ep h a s e ， 17 5 v c me l e c t r i cf i e l ds t r e n g t ha n d0 2m l m i np u m pf l o wr a t e t h es e p a r a t i o nf o r i e cw i t hc r q u a r t zs a n dm o n o l i t h i cm i c r o c o l u m ni sb e i n gs t u d i e d 3 a na n a l y s i sm e t h o df o rt h ep r e c o n c e n t r a t i o no fc a r b a m a t ep e s t i c i d er e s i d u e s a n dc l e a n u po fm a t r i xi nv e g e t a b l es a m p l e sw a sp r o p o s e db yu s i n ge f aw i t h h f l l l m e ap r o g r a mw r i t t e ni ncl a n g u a g eo fp e r s o n a lc o m p u t e rw a su s e dt o c o n t r o lt h ep e r f o r m a n c eo fe l e c t r o o s m o t i cp u m pa n dt h r e e w a ys o l e n o i dv a l v e si nt h e h f l l l m es y s t e m as i m p l e ，s e n s i t i v ea n di n e x p e n s i v eh f l l l m eu n i tw a s d e s i g n e da n da s s e m b l e d t h ee f f e c to fo r g a n i cs o l v e n ti m m o b i l i z e do nt h eh o l l o w f i b e r0 nt h es t a b i l i t yo fl i q u i dm e m b r a n ew a ss t u d i e d al o n g - t e r ms t a b i l i t yo f15 6h a n dh i g he n r i c h m e n tf a c t o rw e r eo b t a i n e dw i t ht h ed o d e c a n o lp h a s eo fl o w t o x i c i t y t h el l l m ec o n d i t i o n sa r ei n v e s t i g a t e d ，i n c l u d i n go r g a n i cs o l v e n t s ，f l o wr a t eo f s a m p l el o a d i n g ，e x t r a c t i o nt i m e sa n ds a m p l ev o l u m ee t c t h ee n r i c h m e n tf a c t o ro f c a r b a r y lw h i c hw a su s e da sac o n v e a e dc o n c e n t r a t i o nf o rt o t a lc a r b a m a t ep e s t i c i d e s a c h i e v e d30 0 t h el i m i to fd e t e c t i o n ( l o d ) o ft h em e t h o dw a s1 0n g m l ，m u c h l o w e rt h a nt h em a x i m u mr e s i d u el i m i t s ( m r l s ) o fv e g e t a b l es a m p l e se s t a b l i s h e db y e u r o p e a nu n i o n ( e u ) t h er e a ls a m p l e sw e r et h e ns p i k e dw i t h0 0 7 0a n d0 7 0g g m l c a r b a r y lr e s p e c t i v e l y ，a n dt h er e c o v e r i e s o fc a r b a r y lw e r ei nt h er a n g eo f 8 9 2 10 8 ( n = 3 ) t h em e t h o dw a ss i m p l e ，c o n v e n i e n t , s e n s i t i v e ，m a n a g e a b l ea n d e n v i r o n m e n t a lf r i e n d l y t h eo n 1 i n eh f l l l m e e f as y s t e mw a su s e dt od e t e r m i n e dt h et o t a lp h e n o l i c c o m p o u n d s u n d e rt h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n s ，t h et o t a lp h e n o l i cc o m p o u n d si n im l w a s t e w a t e rw a sa n a l y z e da n dt h ee n r i c h m e n tf a c t o ra n dl o dw e r e5 3a n d3p g l ， r e s p e c t i v e l y ，m u c hl o w e rt h a nt h em a x i m u ma l l o w e dl e v e li ni n d u s t r i a lw a s t e w a t e r ； w h e nt h et o t a lp h e n o l i cc o m p o u n d si n6m ls u r f a c ew a t e rw a sd e t e r m i n e d ，t h e a n a l y t i c a lt i m ew a s4 9r a i na n dt h ee n r i c h m e n tf a c t o ra n dl o d w e r e3 0 0a n d0 6 g l ，r e s p e c t i v e l y ，l o w e rt h a nt h em a x i m u m a l l o w e dl e v e li ns u r f a c ew a t e r t h er e a l s a m p l e sw e r et h e ns p i k e dw i t h0 2 5a n do 5 0m g lp h e n o lr e s p e c t i v e l y , a j l dm e r e c o v e r i e so fp h e n o lr a n g e df r o m8 6 6 t o9 6 4 w i t ht h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n ( r s d ) o f3 8 ( n 2 3 ) i nt h el a s tc h a p t e ro ft h i sd i s s e r t a t i o n ，af a s t ，c o n v e n i e n ta n ds e n s i t i v em e t h o do f c e i n u vw a sp r o p o s e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no f16a a s i nt o b a c c oa n dt e as a m p l e s a b a c k g r o u n de l e c t r o l y t e ( b g e ) w i t ha s u i t a b l em o b i l i t yc l o s i n gt ot h o s eo ft h ea a s a b s t r a c t s h o u l db es e l e c t e dt or e d u c et h ee l e c t r i cd i s p e r s i o no ft h ea n a l y t ep e a k si nc z e i n - 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i n d u c e df l u o r e s c e n c e ( 激光诱导荧光) l i q u i dp h a s em i c r o e x t m c t i o n ( 液相微萃取) g e lp e r m e a t i o nc h r o m a t o g r a p h y ( 凝胶渗透色谱) h o l l o w 胁e rl i q u i d 1 i q u i d 1 i q u i dm i c io e x t r a c t i o n ( 中空纤维液液 液微萃取) h o l l o wf i b e rl i q u i d 1 i q u i dm i c r o e x t r a c t i o n ( 中空纤维液液微萃取) h o l l o wf i b erl i q u i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n ( 中空纤维液相微萃取) i n d i r e c tu l t r a v i o l e t ( 间接紫外检测) m u l f i c o m m u t a t i o na n a l y s i s ( 多通道切换分析) m o n o l i t h i cc a p i l l a r yc o l u m n s ( 整体柱) m a x i m u mr e s i d u el i m i t s ( 最大残留限量) m a s ss p e c t r o m e t r y ( 质谱) m a l r i xs o l i dp h a s ed i s p e r s i o n ( 基质固相分散) n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e ( 核磁共振) o p e nt u b u l a rc a p i l l a r yc o l u m n s ( 开管柱) p a m i n o b e n z o i ca c i d ( 对氨基苯甲酸) 缩写 p c c s p d c p e e k p t f e s d m e s e m s f e s i a s p e s p m e s t t t t a b u v u v 二v i s p a c k e dc a p i l l a r yc o l u m n s ( 填充柱) 2 , 6 一p y r i d i n ed i c a r b o x y l i ca c i d ( 2 ，6 毗啶二羧酸) p o l y e t h e r e t h e r k e t o n e ( 聚醚醚酮) p o l y t e t r a f l u o r o e t h e n e ( 聚四氟乙烯) s i n g l ed r o pm i r r o e x t r a c t i o n ( 单滴液相微萃取) s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( 扫描电镜) s u p e r c r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n ( 超临界流体萃取) s e q u e n t i a li n j e c t i o na n a l y s i s ( 顺序注射分析法) s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ( 固相萃取) s o l i