（应用化学专业论文）液相微萃取技术在痕量有机污染物测定中的应用研究.pdf

摘要 本文以液相微萃取技术作为样品前处理方法，结合离子液体的萃取优势，并与色谱 技术联用，应用于水样中痕量农药残留和有机污染物的分析。 对辛硫磷、甲拌磷、毒死蜱等挥发或半挥发性物质，采用顶空液相微萃取方式进行 萃取，优化的实验条件为： b m i m b f 6 作为萃取溶剂，萃取温度为7 5 ，萃取时间为2 0 r a i n ，p h 值为5 ，样品体积为1 0m l ，n a c i 的加入量为2 0 ( w v ) 。 在直接液相微萃取中，采用聚四氟乙烯环保护液滴进行萃取，降低了萃取溶剂的消 耗，液滴悬挂更稳定，使方法灵敏度和重复性提高。优化的实验条件为：以 s m i m 1 f d 作为液相微萃取的萃取剂，萃取溶剂体积4 “l ，萃取时间3 0r a i n ，搅拌速度8 0 0r m i n ， 萃取温度4 0 ，进样2u l 。 将c 2 c h 作为分散液相微萃取的萃取溶剂，与气相色谱法联用，对水中多种有机污 染物进行了分析，优化的实验条件为：样品溶液5m l ，萃取温度2 0 ，萃取溶剂为2 0 此 c 2 c h ，分散剂为1m l 丙酮，萃取2 0m i n 后，在转速为4 0 0 0r m i n 的条件下离心2r a i n ， 进样2 “l 。同时，对分散液相微萃取和单滴液相微萃取进行了对比分析，结果表明，分 散液相微萃取具有更好的回收率和更高的富集效果。 将离子液体作为萃取溶剂应用于分散液相微萃取方式，并与高效液相色谱法联用测 定水样中多种有机污染物。优化的实验条件为：样品溶液4m l ，萃取溶剂为4 0 儿 h m i m p f 6 ，分散剂为6 0 0 儿甲醇溶液，萃取2 0m i n 后，在转速为1 0 0 0 0r m i n 的离心 速度下离心2m i n ，取样4 儿。离子液体由于粘度大、不挥发、稳定性好等特点，作为 萃取剂的萃取效果优于常规有机溶剂。 关键词：液相微萃取；有机污染物；离子液体；高效液相色谱；气相色谱 a b s t r a c t t h e a p p l i c a t i o n s o f l i q u i d ? p h 硒e m i c r o e x t r a c t i o nb a s e di o n i c l i q u i d , c o u p l e d c h r o m a t o g r a p h yf o rd e t e r m i n a t i o no f t h ep e s t i c i d e sa n do r g a n i cp o l l u t a n t si nw a t e rs a m p l e s w e r ed e s c r i b e di nt h ep a p e r t h em e t h o do v e r c a m et h et i m e c o n s u m i n g ，s o l v e n t - c o n m m f i n g o ft r a d i t i o n a lp r e t r e a t m e n ta n dw a ss a t i s f i e dt h er e q u i r e m e n to fl o wt r a c eo rt h el o w e r c o n c e n t r a t i o nl e v e l s f o rt h ev o l a t i l i z a t i o na n dh a l f - v o l a t i l i z a t i o nc o m p o u n d s s u c h 硒p b o x i m , p h o r a t ea n d e h l o r p y r i f o s ，h e a d - s p a c el i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a c t i o nw a sa d a p t e d t h eo p t i m a le x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n sw c l ea sf o l l o w s ：【8 m i m 口f 6 w a su s e d 鹤e x 仃a c t i o ns o l v e n t , e x t r a c tt i m ew 罂2 0 m i n ，e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s7 5 ，p hv a l l l cw a s5 ，s a m p l ev o l u m ew a s1 0m la n dt h e c o n t e n to f n a c lw a s2 0 ( w v ) i nd i r e c t - l i q u i dp h a s em i c r o e x t r a e t i o nt h ee x t r a c t i o ns o l v e n tw a sp r o t e c 谢b yp t f e ， w h i c hd e c r e a s et h ec o n s u m i n go fs o l v e n ta n dr e d u c et h er s d t h eo p t i m a le x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n sw e r e 鹪f o l l o w s ： b m i m 口f 6 】鹤e x t r a c t i o ns o l v e n ta n dt h ev o l u m ew a s4 1 1 l ， e x t r a c t e d f o r 3 0 r a i n , 4 0 o f e x t r a c t i o n t e m p e r a t u r e ，t h e v o l u m e o f s a m p l i n g w a s 2 皿 d i s p e r s el i q u i d - l i q u i dm i e r o e x t r a e t i o n ( d l l m e ) 一g a sc h r o m a t o g r a p h yw a sa p p l i e d t o d e t e r m i n a t e9o r g a n i cp o l l u t a n t sa n dt h eo p t i m a le x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sw e r e 够f o l l o w s ： c 2 c h w a su s e da se x t r a c t i o ns o l v e n t , a c e t o n ew a su s e d 船d i s p e r s e rs o l v e n t , 1m l m i x t u r e so f e x t r a c t i o ns o l v e n t ( 2 0 皿) a n dd i s p e r s e rs o l v e n tw a si n j e c t e di n t o5m la q u e o u ss a m p l eb y s y r i n g e ，r a p i d l y t h e r e b y ，c l o u d ys o l u t i o nw a sf o r m e da n d h o l d e d2 0r a i n ，t h e nc e n t r i f u g i n g2 m i l la tt h es p e e do f4 0 0 0r p m t h e2 皿o fs e d i m e n t e dp h a s ew a sr e m o v e du s i n ga1 0 皿 m i c r o s y r i n g ea n di n j e c t e di n t og c b o t he n r i c h m e n tf a c t o r sa n dr e c o v e r i e sw e r ec o m p a r e d w i t hs i n g l ed r o pm i c r o e x t r a e t i o n ( s d m e ) t h ea d v a n t a g eo f t h ed l l m em e t h o do v e rs d m e w a sh i g hr e c o v e r ya n de n r i c h m e n tf a c t o r h m i r n j p f 6 】w e r ef i r s ts u c c e s s f u la p p l i e d 鼬e x t r a c t i o ns o l v e n ti n d l l m e t h e f o l l o w i n go p t i m a le x t r a c t i o nc o n d i t i o n sw e r ee m p l o y e dt od e t e r m i n a t e1 1o r g a n i cp o l l u t a n t s i nw a t e rs a m p l e ：u s i n g h m i m 口f 6 】勰e x t r a c t i o ns o l v e n t , m e t h a n o l 鹤d i s p e r s e rs o l v e n t , a n d a b o u t6 0 0 止m i x t u r eo fe x t r a c t i o ns o l v e n t ( 4 0 幽a n dd i s p e r s e rs o l v e n tw a si n j e 删i n t o a q u e o u ss a m p l eb ys y r i n g e ，r a p i d l y t h e r e b y ，c l o u d ys o l u t i o nw a sf o r m e da n dh o l d e d2 0 咄 t h e nc e n 仃i i n g i n g2r a i na tt h es p e e do f1 0 0 0 0r p m t h e4 皿o fs e d i m e n t e dp h a s ew a s r e m o v e du s i n ga1 0 皿m i e r o s y r i n g ea n di n j e e t e di n t oi - i p l c t h er e s u l ts u g g e s t e dt h a t e x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo fi o n i cl i q u i di sb e t t e rt h a nt r a d i t i o n a lo r g a n i cs o l v e n t s ，d u et oi t sl a r g e v i s c i d i t y , l o wv o l a f d i z a t i o na n ds t a b i l i z a t i o n k e y w o r d s ：l i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ；o r g a n i cp o l l u t a n t s ；i o n i cl i q u i d s ( 几s ) ；h i g h 1 ) e r ：f r o ml i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) ；g a sc h r o m a t o g r a p h y ( c - c ) 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河南工业大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 论文作者签名：主燃日期：幺翌乙坦 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；本人授权河 南工业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保 密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：趱嗍至丝竺 导师签名： 5 互五疰日期：兰翠墨! ! 有关知识产权的保证 本人所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。本人在校期间的研究成果及发表的论文，知识产权归河南 工业大学所有。本人毕业后发表的、以本人在校期间研究成果为基础完 成的论文、研究报告及其它科研成果，将署名河南工业大学为作者单位。 论文作者签名：越 日期：丕里2 ：坦 导师签名：- j 兰l 啦日期：互丝互互j 坦一 液相微萃取技术在痕量有机污染物测定中的研究 第一章前言 1 1 有机污染物的前处理和检测方法 目前，全世界环境问题日益突出，其中一个重点就是水体污染严重。随着全球工业 的发展，各种工业废水、污水及垃圾的排放，使许多河流受到污染，水体中各种有毒或 有害的有机污染物严重超标，不但给人们的生活用水带来了困难，也给大自然中其它生 物的生存环境带来了极大的危害。另一方面，农业灭虫所大量使用的化学农药( 包括有 机磷、有机氯、氨基甲酸酯类等) ，除被土壤、农产品、生物体吸收一部分外，其余部 分都残留于农业用水中，经流动或循环分散于各种地表水体中，是水体污染的重要来源 之一。水体中痕量有机污染物种类和来源见表1 1 。有机污染物对人体普遍有致畸、致 癌的作用，因而加强水体中痕量有机污染物的监测分析，对杜绝各种中毒事件的发生， 以及提高人们的生活质量十分必要。 表1 - 1 有机污染物主要砷类和来源 1 1 2 有机污染物的前处理方法 有机污染物的分析包括样品采集、样品的前处理和测定三部分【l 】，其核心在于样品 的前处理和测定。样品前处理一般包括提取和净化，多为人工操作且步骤繁多，是目前 各种分析方法的瓶颈，它决定着样品分析速度，也是误差的重要来源。因而，采用合适 河南工业大学硕士学位论文 的样品前处理技术，不但能减少分析时间，还能提高灵敏度和准确度。水体中有机污染 物大都含量很低，因而对前处理要求更高，同时对于不同种类的污染物，前处理方法也 不尽相同。 1 1 2 1 液液萃取法 液液萃取法( l i q u i dl i q u i de x t r a c t i o n ，l l e ) 是最早使用的一种样品提取净化方法， 在早期的a o a c ( 国际官方分析家协会) 方法和我国现有的国家标准方法中，是较多使 用的一种方法。液液萃取法不需要昂贵的设备和试剂。液一液萃取常用的非极性的溶剂 有正己烷、苯和乙酸乙酯等，常用的水溶性溶剂有二氯甲烷、甲醇、乙腈、丙酮以及水 等。它常用到大体积的溶剂，且在振荡分配要控制溶剂体积，常和其它萃取方法结合【2 】。 刘刚等日1 采用此法用丙酮提取蔬菜中残留的有机磷农药。但此法不易于自动操作，费时 较长，不能进行即时检测；并且有机萃取剂消耗量大，给环境造成二次污染，对操作人 员有潜在危害性；且萃取样品有时会形成乳浊液或沉积等缺点，让液- 液萃取法逐步被 其它方法所取代。 1 1 2 2 固相萃取 固相萃取法( s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ，s p e ) 由液固萃取和柱技术相结合发展而来的， 通常是将样品和萃取剂置于匀浆机或组织捣碎机中高速捣碎匀浆，然后过柱净化1 4 】。其 基本原理是样品在两相之间的分配，即在固相( 吸附剂) 和液相( 溶剂) 之间的分配。 其保留或洗脱的机制取决于被分析物与吸附剂表面的活性基团和液相之间的作用力p j 。 它可以将有机物从非常稀的溶液中富集起来，从而更有利于分析嘲。赵维佳等人嘲用固 相萃取技术对青菜中多种农药残留进行检测，回收率在8 0 以上。s p e 具有分离效率高、 快速、重复性好以及安全和节省成本等优点，因而在农药残留，特别是在脂肪和蛋白质 含量高的蔬菜样品中农药残留物，以及农药多残留的分离、提取、净化和浓缩方面得到 了广泛应用。方法的缺点是费用比较高，柱子用过之后就被废弃【i j 。与l l e 相比，s p e 技术减少了高纯溶剂的使用，易于自动化，分析时间大大减少，避免了l l e 中易出现的 乳化问题。但对许多样品，s p e 空白值较高，灵敏度比l l e 方法差，极性化合物的萃取 也存在一些问题，使用受到一定限制。 1 1 2 3 膜萃取 膜萃取( m e m b r a n c ee x t r a c t i o n ，m e ) 是一种基于非孔膜进行分离富集的样品前处理 2 液相微萃取技术在痕量有机污染物测定中的研究 技术。这种非孔膜可以是液体也可以是固体如聚合物，给体和受体一般为液体，但也可 以是气体 7 1 。膜萃取是用膜将目标分析物从样品溶液( 给体) 萃取到萃取剂( 受体) 中。如果 系统保持较长时间，相间可建立平衡。在样品处理过程中，尽可能将目标分析物从给体 转移到受体上。它可分为多孔膜和非多孔膜技术两种。多孔膜技术有过滤和渗析等不同 形式，膜两边的溶液通过膜孔发生物理性接触，这实际是一相萃取系统，其主要萃取原 理是渗析，亲水多孔膜的不同孔径大小使得小分子和盐可通过膜，而大分子留在溶液中。 非多孔膜技术使用一种高分子材料膜或液体分开给体和受体，这种液体通常保留在多孔 膜载体的孔中，形成载体液体膜。膜萃取克服了样品基体吸附干扰，选择性较高【钔，主 要应用于挥发性、半挥发性有机物的检测。如许鹏翔等人【9 】利用膜萃取技术对水样中的 有机磷农药和农药中间体残留的萃取，富集效果好。但此法回收率低，并且膜对目标物 浓度变化有滞后性，目标物受膜材料限制很大，且低极性膜不适合极性有机污染物分析。 1 1 2 4 固相微萃取法 固相微萃取法( s o l i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n ，s p m e ) 是在固相萃取的基础上发展起 来的新的萃取分离技术，使用s p m e 萃取头对样品中的分析物进行萃取，然后再利用气 相色谱进样口的高温或高效液相色谱的流动相或毛细管电泳的缓冲溶液等对萃取的分 析物进行解吸【1 0 】。1 9 8 9 年由加拿大的b e l a r _ 币 1 p a n d l i s z y n 提出，1 9 9 4 年应用到农药检测中 闭。s p m e 法已经广泛用于各种复杂样品中有机污染物的分析。吴继红等人【1 l 】利用固相 微萃取快速检测苹果挥发成分，结果满意。但在气相色谱进样口进行热解吸时【1 2 1 ，解吸 速度比较慢，易导致分析物的色谱峰拖尾。当s p m e 与高效液相色谱联用时，需要一个 专门的解吸装置，而且分析物解吸完全需要相当长的时间，由于萃取过程中样品基质与 涂层对待测物存在竞争吸附，所以，涂层对分析物亲和力的大小很重要【1 】。s p m e 所用 的各种商品化的萃取头，选择性强，但操作过程中容易破碎，加大了分析成本。s p m e 的取样、提取、浓缩、进样是一个步骤，全过程无需有机溶剂，它克服了回收率低、吸 附剂孑l 道易堵塞的缺点，大大降低了分析时间，操作简单。 1 1 2 5 液相微萃取 液相微萃取( 1 i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ，l p m e ) 是由j e a l l l l o t 和c 锄细e l l 【1 2 1 3 】于1 9 9 6 年提出的一种新型的样品前处理技术。该技术集采样、萃取和浓缩于一体，需要有机溶 剂量非常少，是一种环境友好的萃取技术嘲，具体内容详见1 2 部分。 河南工业大学硕士学位论文 1 1 3 有机污染物的几种常见色谱检测方法 有机污染物的分析，常常借助各种光谱或色谱仪器进行定性和定量。由于多数有机 污染物包含衍生物、异构体、杂质或混合组分，光谱方法很难消除多组分间的相互于扰， 而色谱方法又具有很好的分离能力，因而应用较广。 1 1 3 1 气相色谱法( g a sc h r o m a t o g r a p h y , g c ) 气相色谱法( 包括气相色谱质谱法) 的分析对象是气体或可挥发物质，具有分离 效能高，选择性高，分析速度快，操作方便等优点，因而较多的应用于各类挥发或半挥 发农药残留的检测 1 4 1 。但是，受技术条件的限制，对沸点高或热稳定性差的农药，应用 g c 不能进行分离检测，需进行衍生化法处理后再进行g c 分离检测，衍生化目的是降低 其沸点或提高其热稳定性，这样就增加样品前处理的难度，使其应用范围受到一定程度 的限制。因此，g c 在农药残留分析中的通用性并不强。由于样品前处理会带来一些干 扰物，所以g c 法一般采用选择性检测器等 5 】。丁毅等1 5 1 利用气相色谱质谱法法对蔬菜 中的甲胺磷、马拉硫磷进行了检测。只需一次提取和一次检测，并且可以通过谱库检索 实现定性，不需标样。 1 1 - 3 2 薄层色谱法( t h i nl a yc h r o m a t o q r a p h y , t l c ) 薄层色谱法是一种较成熟的，应用也较广的快速检测方法。薄层色谱法是以固体吸 附剂( 如硅胶、氧化铝等) 为担体，流动相为有机溶剂的分配型层析分析方法【1 6 1 。它 般是先用适宜的溶剂提取有机磷农药，经纯化浓缩后，在薄层硅胶板上分离展开，显色 后与标准有机磷农药比较比移值进行定性测定，用薄层扫描仪进行定量测定。由于样品 中农残成份复杂，农药含量较低，为此，国内外针对该方法的不同实验步骤，如提取方 法、纯化、浓缩方法、薄层板的吸附剂种类、展开剂的配制，展开方式( 如单向和双向 展开) 以及显色方法都作了深入的研究和改进。 1 1 3 3 高效液相色谱法( h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y , h p l c ) 高效液相色谱法( 包括高效液相色谱质谱法) 是在液相柱层析的基础上，引入气 相色谱理论并加以改进而发展起来的色谱分析方法，不仅分离效能好，灵敏度高，检测 速度快，而且应用面广f 1 7 】。陈晓红掣1 8 】利用此法对水中1 1 种痕量的甲基氨基甲酸酯类 农药及其代谢产物的测定，回收率和线性范围都很好。液相色谱能对高沸点或热不稳定 的有机污染物进行有效的分离检测，是此类化合物定性、定量分析的有效手尉1 9 1 。h p l c 在进行农药残留分析时一般以甲醇、乙腈等水溶性溶剂作流动相，用c 碍、c 8 作固定相。 与g c 相比，h p l c 的流动相参与分离机制，其组成、比例和p h 值可以灵活调节，这 4 液相微莘取技术在痕量有机污染物测定中的研究 样更利于分离 2 】。但其只能检测有紫外吸收和本身能发荧光的农药，限制了h p l c 的使 用嗍。随着h p l c m s 的接口技术的成熟和完善，此法在各种有机污染物包括农药残留 的分析中逐步得到应用【2 0 】。 1 2 液相微萃取概述 1 2 1 液相微萃取的发展 从萃取机制和原理上看，液相微萃取来源于液液萃取，从技术实现的角度看，来源 于固相微萃取和膜萃取。由于液相微萃取尚未被严格定义，各种说法不尽相同。j o n s s o n 【2 l 】 和陆峰 2 2 1 认为l p m e 是支持液膜萃取( s u p p o f f e dl i q u i dm e m b r a n ee x t r a c t i o n ，s l m e ) 和微 孔膜液液萃取( m i c r o p o r o u sm e m b r a n el i q u i d - l i q u i de x t r a c t i o n , m m l l e ) 技术的简易、 微型化，萃取的机制与s l m e 相同，只是s l m e 的受方溶液体积至少为1 0 1 5p l ，而用 中空纤维的l p m e 的萃取液可浓缩至更小的体积( 1 2p l ) 。而这一体积正适合与之在 线联用的填充毛细管柱液相色谱、毛细管电泳、气相色谱等的迸样，可以获得更低的检 测限。 圈卜1 ，含聚四氟乙烯环萃取装置 图卜2 连续流动式萃取装置 图卜3 i n - v i a l 萃取装置 图1 _ 4 i n - v i a l 萃取装置 图卜5 自动式动态萃取装置 河南工业大学硕士学位论文 图1 6 中空纤维辅助液相微莘取装 图1 7 顶空液相微萃取装 在液相微萃取技术的发展过程中，出现了许多非常规萃取方式，如z h a o 等【2 3 】提出使 用聚四氟乙烯环( p t f er i n g ) 为辅助的萃取装置( 图1 1 ) ，对水样中酚类物质进行分 析，实现了对多种酚类物质的高富集( 1 0 0 倍以上) 和低检测限( 0 5 - 2 5 p g l ) ，随后， 这种萃取装置被广泛应用f 2 4 1 。l i u 等提出了连续流动式液相微萃取( c o n t i n u o u s f l o w l i q u i d p h a s e m i c r o c x t r a c t i o n ) 装置( 图1 2 ) ，以增加样品溶液的流动，从而提高富集效 率。“等【2 5 1 将其用于检测辛硫磷，检测限达5p g l 。b j e r g a a r d 首次提出i n - v i a l 液相微萃 取装置( 图1 3 ) ，使萃取过程能在线进行。r a s m u s s e n 等【2 6 】又采用了一种新型i n - v i a l 液 相微萃取装置( 图1 4 ) ，其使用的辅助装置基本与后来使用的中空纤维萃取装置( 图 1 6 ) 一致。为克服手动动态液相微萃取方式的实验误差，h o u 等【2 7 】提出了自动式动态液 相微萃取( 图5 ) ，以马达带动注射针头做往复运动，从而达到循环萃取效果，克服了 手动式动态液相微萃取的缺点【2 8 l 。 目前，使用最广泛、效率最高的液相微萃取方式为中空纤维辅助的萃取方式( 图1 - 6 ) 。 因为大分子、杂质等不能进入纤维膜孔，自然就无法进入受方溶液，对样品有一定的净 化功能。l p m e 中的纤维因是一次性使用，不会引起样品交叉污染，且成本较s p e 更低。 中空纤维辅助的液相微萃取方式已广泛应用于水样、土壤、饮料、生物样品的分析。对 于易离子化的分析物，m a 和c a n t w e l l 提出了溶剂微萃取- 后萃取，即液相微萃取后萃 取装置，进一步扩大了液相微萃取的使用范围。顶空液相微萃取( 图l - 7 ) 由j e a n n o t 和 c a n t w e l l 提出，因其装置简单，操作方便，在各种挥发和半挥发物质的萃取分析中得到 广泛的应用。 1 2 2 分类 液相微萃取作为一种十分灵活的萃取方式，其萃取方式有许多种类。赵汝松等o l 6 液相徽莘取技术在痕量有机污染物测定中的研究 将其分为直接液相微萃取，液相微萃取后萃取和顶空液相微萃取三种方式；按萃取相所 处的状态又可分为动态液相微萃取和静态液相微萃取；如果按参与萃取过程的相数来 分，又有两相液相微萃取( 或液液微萃取) 和三相液相微萃取( 或液- 液液微萃取) 之 分；还有一种分法【2 9 】，为溶剂微萃取和膜微萃取，即不用纤维膜的微萃取和使用纤维膜 的微萃取。h o 等f 3 0 l 对两相和三相液相微萃取的回收率、富集倍数等参数的数学表达式 式分别进行了理论推导。h o u 等【3 1 1 采用静态和动态两种液相微萃取方式分析多环芳香 烃，将动态萃取的结果与静态萃取进行了对比，结果表明，静态l p m e 重复性较好，但 富集倍数小。萃取时间长，动态手动式l p m e 虽然富集效果好，平衡时间短，但重复性 不理想，有待用自动微量进样器来克服嘲。 1 2 3 液相微萃取的影响因素 1 2 3 1 萃取溶剂 萃取过程中使用有机溶剂需满足一定的要求【2 9 l ：( i ) 挥发性小，不易溶于水，以防 在萃取搅拌过程中溶剂的挥发或溶入样品液中；0 i ) 对目标分析物能提供较高的溶解能 力，从而使分析物在有机相水相中有很高的分配系数；( i i i ) 能满足后续分析步骤的需要， 如进入液相或气相色谱系统时，有很好的色谱行为。研究表明，甲苯作为液相微萃取的 萃取剂，对大部分目标分析物具有很好的选择性，同时在萃取过程中不易损失，应用较 为广泛f 3 2 1 。当然，对于某些特殊样品的萃取，需满足的要求亦不尽相同。如b a s h e e r 掣3 3 】 采用实验室合成的a m p h i p h i l i cp o l y h y d r o x y l a t e dp o l y p a r a p h e n y l e n e ( p h - p p p ) 为介质，涂敷 在多孔聚丙烯纤维膜表面，实现了水样中1 5 种有机氯农药的高富集。江桂斌等l j 叫以不挥 发性的室温离子液体为萃取剂，克服了传统有机溶剂易挥发，液滴悬挂不稳定等缺点， 已引起人们的广泛关注。j i a n g 等采用液相微萃取技术，将离子液体成功应用于环境水样 中多环芳烃彤1 和苯胺类【3 6 1 化合物的分析，方法的灵敏度高、选择性好。l “等t 3 7 1 m 2 a 二硝基苯腙( d n p h ) y g 衍生化试剂，【c d “m q 【p f 6 】离子液体为萃取剂，用高效液相色谱 法成功测定了s h i i t a k e 蘑菇中甲醛含量，检测限达到5 舭，r s d 小于3 5 。 1 2 3 2 样品溶剂体积 理论上，样品体积与萃取体积之比越大，所得到的富集倍数将越大。但在萃取过程 中，由于分析物和萃取溶剂都或多或少的部分溶解于样品溶液中，实际得到的富集倍数 远远达不到理论值。液相微萃取一般所用样品体积在5 2 0m l 之间，所用萃取溶剂体积 一般在l l oi t l 。有文献口8 】曾报道，仅用5m l 体积的样品液即可分析1 2 种农药和1 6 种多 7 河南工业大学硕士学位论文 环芳香烃，而所使用的萃取剂为5 此。 1 2 3 3 温度 温度升高，将加速分析物向萃取相的传质过程，使萃取效率提高，同时，又增加了 目标物在样品中的溶解，不利于萃取溶剂的稳定，会导致萃取剂向样品溶液的扩散和损 失。对于顶空液相微萃取方式而言，分析物多为易挥发的有机物，温度对萃取结果具有 较大的影响。 1 2 3 4 搅拌速度 搅拌加速了分析物向溶剂的扩散速率，缩短了达到平衡的时间，从而提高了萃取效 率。但剧烈的搅拌同样会导致萃取剂向样品溶液的扩散和损失，因而在保持萃取裁稳定 的条件下，尽量增大搅拌速度。一般根据所使用的萃取溶剂与样品溶液传质速率的快慢， 萃取溶剂的稳定性等来选择合适的搅拌速度。 1 2 3 5 盐效应 盐效应是指n a c i 的加入量对三相液相微萃取中离子型分析物萃取结果的影响。一般 而言，n a c l 的浓度在2 0 ( w v ) 左右有利于萃取的进行【3 9 一。但对于某些分析物，n a c i 的加入对萃取效果无影响，甚至产生负面影响【4 “。 1 2 3 6p h 的影响 在两相液相微萃取中，p h 的作用主要是使目标化合物处于非离子状态，易于萃取 到有机相中；在三相液相微萃取中，p h 的作用是促使目标化合物离子化，易于被萃取 到中间相中，从而进一步萃取到萃取溶剂中。 1 2 3 7 其它影晌 h o u 等【4 2 谰液相微萃取对土壤水洗液中农药进行萃取时发现，在水溶液中加入丙 酮，有利于萃取，而加入甲醇则不利。 对于实验中的影响因素，大部分都采用单因素实验法进行研究。t a n 和z h a o 等4 3 1 采 用正交试验，考察各因素的相互作用对实验结果的影响，从而得到更加准确的实验参数。 3 液相徽莘取技术在痕量有机污染物测定中的研究 1 2 4 与其它前处理方法的比较 液相微萃取技术出现以后，经历了较快的发展，主要由于其萃取装置简单，操作方 便，富集倍数高。同时，l p m e 几乎不消耗有机溶剂，尤其适合生物体液等较脏样品中 的酸、碱等离子性化合物 4 4 1 的分析。z h a o 等【4 5 】利用l p m 明e 技术对水样中酚类物质进 行分析，实现了对多种酚类物质的高富集( 1 0 0 倍以上) 和低检测限( 0 5 _ 2 5 峪，l ) ， 克服了固相微萃取对非极性和中性化合物萃取分析的不足。固相微萃取用于土壤等复杂 样品分析时，对样品液的清洁程度要求较高，需对固相微萃取的纤维头进行上膜保护， 分析时间相对较长，需要7 0 多分钟，而h 伽等h 6 】用液相微萃取对相似样品进行前处理， 时间不足1 0 分钟，大大缩短了分析时间。固相微萃取所用萃取头价格较高，且实验中容 易碎裂。与固相微萃取相比，液相微萃取的重现性较差，不易保持萃取溶剂体积不变【4 刀 等缺点。与液液萃取相比，液相微萃取显著的优点在于样品体积和萃取溶剂的使用量少， 其次，减少了液液萃取过程反复摇晃、静置、分液等操作，十分简便。h o e 3 0 1 采用液相 微萃取和液液萃取两种方法，对人体尿液中普鲁米近、美沙酮和氟哌丁苯进行了萃取分 析，结果表明：液相微萃取不但萃取效果显著，而且杂质少，选择性好，更利于目标物 的定性定量分析。使用中空纤维的液相微萃取用于水样样品的分析，与传统的液液萃取 相比，不但具有操作简单，廉价高效等优势，还能达到对样品的净化功能【4 扪。 1 3 立题的目的和意义 有机污染物分析向着样品前处理微量化、自动化、无毒化、快速化和低成本方向发 展。液相微萃取技术作为一种新型的样品前处理技术，已经引起人们的极大关注。 4 9 ，5 0 1 离子液体作为一种新型的绿色溶剂，具有低蒸汽压、不燃，不挥发性，高稳定性等优点， 用作液相微萃取的萃取溶剂，能充分发挥两者的优势，为有机污染物的分析提供可靠、 高效、灵敏的前处理方法。实验将1 烷基3 甲基咪唑六氟磷酸盐类离子液体用作液相微 萃取的萃取剂，通过多种液相微萃取方式，并与色谱技术联用，考察了其对水样中多种 有机污染物的富集效果，以期建立高灵敏的分析农药残留的方法和简单、有效、“绿色” 的色谱前处理技术。 9 河南工业大学硕士学位论文 第二章顶空液相微萃取高效液相色谱法测定农药残留 2 。1 引言 所谓农药残留，是指施用农药以后，蔬菜有包括农药及其代谢物、降解物及有毒杂 质等物质残存。【i 】农药残留主要有两种形式：一是附着在蔬菜、水果的表面，另一种是 在蔬菜、水果的生长过程中，农药被吸收，进入其根、茎、叶中。与附着在蔬菜、水果 表面的农药残毒相比，内吸性农药残毒危害更大【3 】农药残留包括四部分，即农药使用 后残存于生物体、农副产品和环境中的微量农药原体，有毒代谢物，降解物和杂质。阿 农药残留是施药后的必然现象，但如果超过最大残留限量，就会对人畜产生不良影响或 通过食物链对生态系中的生物造成毒害。最大残留限量是指在农畜产品中农药残留的法 定最高允许浓度，也就是按照农药标签上规定的施药剂量和方法使用农药后，在食物中 残留的最大浓度，以每千克农畜产品中农药残留的毫克数表示。残留的主要农药品种为 有机磷农药和氨基甲酸酯农药。【4 】这些农药对人体内的胆碱酯酶有抑制作用，能阻断神 经递质的传递，造成中毒。目前，社会上发生的因食用农产品发生中毒死亡的事件及出 口的农产品被国外拒收和退回的事件，许多都是由于农产品中的农药残留超过了最大残 留限量而导致。【5 】农药残留检测的难点集中在前处理困难，灵敏度低，费时费力，同时 以有机溶剂为主的前处理方式加上农药本身的毒性给分析工作者的身心健康带来了极 大的危害，开发一种绿色、高效、快捷的农药前处理技术具有十分重要的现实意义。 液相微萃取是在传统的液- 液萃取理论的基础上，结合固相萃取的微型化原理而提 出的一种新型的样品前处理技术。到目前为止，已出现静态、动态、顶空和中空纤维等 多种方式的液相微萃取技术。顶空液相微萃取因装置简单，操作简便，已广泛应用于挥 发性或半挥发有机污染物的分析。采用顶空液相微萃取多采用有毒有害的有机物作为萃 取溶剂，如甲苯、正己烷等，虽能达到一定的富集效果，但由于有机溶剂本身具有易挥 发的特点，使实验结果误差较大。新型绿色溶剂一离子液体( i o n i cl i q u i d s ) 具有不挥发， 粘度大等优点，适合用作顶空液相微萃取或其它萃取方式的萃取溶剂。 离子液体是指在室温或接近室温条件下呈液态的离子化合物【5 ”。v i s s e r 等【5 2 1 报道了 在离子液体中加入冠醚作萃取剂从水中萃取碱金属和碱土金属离子( 如c s + 、s p ) ，所 用离子液体为1 烷基- 3 甲基咪唑六氟磷酸盐f r m i m p f 6 ( 1 1 = 4 ，6 ，8 ) 。w e i 等【5 3 】在 b m i m p f 6 中加入双硫腙，考察了对c u 2 + 等重金属离子的萃取，取得了良好的效果。j i a n g 1 0 液相微萃取技术在痕量有机污染物测定中的研究 等h 习采用【b m h 】p f 6 萃取一系列的多环芳烃( p a h s ) ，取得了较高的富集倍数，重复性较 好( r s d 为2 8 1 2 ，n = 5 ) 。 本章主要以顶空液相微萃取与高效液相色谱联用对水样中农药残留进行检测，考察 离子液体作为顶空液相微萃取的萃取溶剂对农药残留的富集效果。 2 2 实验材料与方法 2 2 1 实验材料 甲拌磷，杭州庆丰农化有限公司；辛硫磷、毒死蜱，湖北仙隆化工股份有限公司； 甲醇、丙酮、苯、甲苯、盐酸、三氯甲烷，洛阳市化学试剂厂；正己烷、正丁醇、正辛 醇，天津市化学试剂一厂；异丙醇，湖北省医药公司；氯化钠，广东台山化工厂。以上 试剂均为分析纯。离子液体的合成参照文献5 4 】 2 2 2 实验仪器 高效液相色谱仪( w a t e r s 公司) ，u v 2 0 0 i i 紫外可变波长检测器( 大连依利特分析 仪器有限公司) ，z x - l 型旋真空泵( 巩义市英峪予华仪器厂) ，8 1 2 型恒温磁力搅拌 器( 上海可乐仪器有限公司) ，p h s - 3 c 精密p h 计( 上海精密科学仪器有限公司) ， s z 9 3 自动双重蒸水蒸馏器( 上海亚荣生化仪器厂) ，b s 2 1 0 s 电子天平( s a r t o r i u s 公司) 。 2 2 3 色谱条件 色谱柱：i n e r t s i lo d s 柱( 2 5 0m m x 4 6m i l li n 5 t t m ) ； 流动相：甲醇水( 8 0 ：2 0 ，v ) ； 流速：o 8m l m i n ； 检测波长：2 5 41 3 m 。 河南工业大学硕士学位论文 2 2 4 实验方法 2 2 4 1 离子液体的合成p 5 】 ai - 丁基一3 一甲基咪唑六氟磷酸盐 b m i m p f 6 离子液体的合成 将0 3m o l 的1 氯丁烷和o 3t o o l 的n 甲基咪唑加入2 5 0m l 的圆底烧瓶中，8 0 下反应2 4h 4 8h ，直到有金黄色粘稠状液体形成，冷却后，用5 0m l 二氯甲烷洗三次， 分液漏斗分离，下层溶液缓缓加入1 5 0m l 六氟磷酸钾中，4 下放置3 0m i n ，接着室温 搅拌3 0m i n ，再将2 5m l 二氯甲烷加入到下层液体中，用水将混合物洗至不显酸性，洗 后的溶液用无水硫酸镁干燥，并在7 0 真空下加热，除去溶剂，最终得到1 丁基3 甲 基咪唑六氟磷酸盐 b m i m l p f 6 离子液体。 反应方程式如下： n a n + = ： 8 0 - - - - - - - - - - - - - - - - 2 4 4 8 h c ： c e + 瓯 岔p 乏 b1 - 丁基一3 一甲基眯唑的四氟硼酸 盐( b m i m b f , 0 的合成 将n _ 甲基咪唑7 9m l 和1 氯丁烷1 2 5m l 加入2 5 0m l 圆底烧瓶中，8 8 c 下水浴 加热回流7 2h ，即生成氯化l - 丁基o 甲基味唑，蒸馏除去过量的1 氯丁烷。取适量已 合成的氯化1 丁基3 一甲基咪唑与适量的n a b f 4 于2 5 0 m l 圆底烧瓶中，加入1 0 0 m l 丙 酮，机械搅拌3 天，抽滤弃去白色固体，蒸馏除去滤液中的丙酮，即得到1 丁基3 甲基 咪唑的四氟硼酸盐( b m i m b f , 0 。 反应方程式如下： n a n + 8 0 1 2 0 - - - - - - - - - - - - - - 回流2 4 7 2 h 俞八o + 猢f 4 、_ _ j 入c ：f 囝“ 液相微萃取技术在痕量有机污染物测定中的研究 2 2 4 2 萃取过程 用l o 啦液相色谱微量进样器抽取6 止，溶剂，置于2 5m l 装有样品溶液的锥形瓶 中的顶空处，水浴加热样品溶液以控制温度。在一定温度下，按下微量进样器的活塞， 推出1p l 的溶剂，并使溶剂形成一个小液滴悬挂在针尖上，开动搅拌器，萃取一定时 间后，拉回活塞，按2 2 3 色谱过程直接进样分析5 5 1 。 2 2 4 3