（分析化学专业论文）固相萃取技术在环境有机污染物分析中的应用.pdf

摘要 摘要 渡- 渡萃取( l l e ) 是处理液体样品的经典方法具有回收率高、方法稳定、成本低等优点，但 也存在一些不足，如可处理水样体积有限、富集倍数不够、操作复杂、有机溶剂用量大、易对人体 和环境造成二次污染等。近年来发展起来的固相萃取法( s p e ) 是用固体物质作为萃取剂从液体样 品中提取待测组分，采用选择性吸附、选择性洗脱的方式对样品组分进行富集、分离、纯化的物理 萃取过程。它具有简单、快速、对环境污染小的优点，被越来越多的分析工作者所使用。 s p e 可以分为：柱式s p e 和圆盘s p e 柱式s p e 在国内外已得到了广泛应用。圆盘s p e 的周相是盘 状结构膜过滤片t 由于截面积增大，在富集大体积环境承样时具有流速更快，不易堵塞的优点，在 国外得到越来越多的应用，在国内的应用正在兴起 本论文以s p e 为前处理方法对水中酚类化合物、有机氯农药、有机磷农药和多氯联苯等四类环 境有机污染物进行了系统地分析研究建立了这四类有机污染物的分析方法。 用对酚类化合物有较强特异吸附作用的我国特有g d x 5 0 2 树脂填充成s p e 小拄，并实现与s p e 自动化装置联用，富集水中酚类物质，高效液相色谱测定结果表明：1 l 水样的平均回收率为 8 1 6 9 缸1 1 0 方法精密度 1 0 。具有操作简单、安全、有机溶剂用量少、回收率高、成本低等优 点。 对s p e 条件和色谱分析条件进行优化选择建立了圆盘固相萃取气相色谱微池电子捕获检测 器测定水中1 6 种有机氯农药的分析方法实验结果表明：1 l 水样的平均回收率为7 4 1 1 0 4 ，方 法精密度为3 4 1 7 。 建立了圆盘固相萃取- 气相色谱火焰光度检测器测定水中1 3 种有机磷农药的分析方法。论文对 其s p e 条件和色谱分析条件进行了优化选择。实验结果表明：l l 水样的平均回收率在6 6 4 9 缸1 0 7 之间，方法精密度在2 2 9 扣1 6 之问。 建立了圆盘固相萃取一气相色谱一质谱联用仪测定水中多氯联苯的分析方法。文中对其s p e 条件 和色谱分析条件进行了优化选择。实验结果表明：l l 水样的平均回收率为8 3 2 - 9 5 1 ，方法精密 度g o 。 本论文建立了固相萃取水中酚类化合物、有机氧农药、有机磷农药和多氯联苯等四类环境有机 污染物的系列分析方法；这些方法技术先进、快速、灵敏、低污染可用于地下水、地表水、饮用 水、污水等水体中有机污染物的分析测定工作。 关键词：固相萃取酚类化合物有机磷农药有机氯农药多氯联苯 里些星型堂堕堡主兰竺堡壅 a b s t r a c t l i q u i d 1 i q u i de x t r a c t i o ni st h ec l a s s i c a ls a m p l ep r e p a r a t i o nm e t h o df o rl i q u i ds a m p l e i th a ss o f t i e m e r i t sl i k e sh i g hr e c o v t 口 y , g o o dr a p r o d u e i b i l i t ya n dl o wc o s t , b u ta l s oh a ss o m ed e f i c i e n c i e s ，s u c h 嬲 s a m p l ev o l u m ew a sl i m i t e d , m u l t i p l eo f e n r i c h m e n ti sn o te n o u g h , a n a l y t i c 州p r o c e d u r e s i sm o 他c o m p l e x , a l a 臀o fs o l v e n t u s e di se a s yt oh a r m f u lf o rh u m a na n de n v i r o n m e n t s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ( s p e ) d e v e l o p e dr e c e n t l yw h i c hu s i n gs o l i dm a t e r i a la ss e r b e n tt oe x t r a c ta n a l y mf r o ml i q u i ds a m p l e i tm a y r e a l i z ee n r i c h m e n ta n dp u r i f i c a t i o no fa n a l y t eh ys e l e c t i v ea b s o r p t i o na n ds e l e c t i v ee l u t i n g i th a s s o m e a d v a n t a g e ss u c h 舔e a s i e ro p e r a t i o n ，h i g he f f i c i e n c ya n dl e s se n v i r o n m e n tp o l l u t i o n s p ec a nb ed i v i d e di n t oc a r t r i d g es p ea n dd i s ks p e t h es o l i dp h a s eo fd i s ks p ei saf i l t r a t ef i l m w h i c hl i k e sad i s k a st h ec r o s s s e c t i o n a la r e ai n c r e a s e s , i th a sf a s t e rf l o wt h a nc a r t r i d g es p ea n ds u i t a b l e e n r i c h m e n to fal a r g ev o l u m eo fe n v i m r a n e n tw a t e rs a m p l e s t h i sm e t h o dh a sb e c o m em o r ea n d 口帆 a p p l i c a t i o n si nd o m e s t i ca n da b r o a d i nt h i sp a p e r , p r e t r e a t m e n tm e t h o d su s i n gs p ef o re x t r a c t i o no ff o u rk i n d so fo r g a n i ce n v i r o n m e n t p o l l u t a n t si nw a l e rs a m p l ea ns t u d i e ds e r i e sa n df o l l o w i n gt e s tm e t h o d sh a v eb e e nd e v e l o p e d t h ef o u r o w 弘n i ce n v i r o n m e n tp o l l u t a n t si n c l u d ep h e n o l sc o m p o u n d , o r g a n e c h l o r i n ep e s t i c i d e s ，o r g a n o p h o s p h o m s p e s t i c i d ea n dp o l y c h l o r i n a t e db i p h e n y l s s p ec o l u m nf i l l e dw i n gd o m e s t i cg d x 一5 0 2r e s i nw h i c hh a sh i 曲a n ds e l e c t i v ea d s o r p t i o nf o rp h e n o l s c o m p o u n db ec o n d u c t e dw i t ha u t o m a t e de x t r a c t i o nd e v i c e st oe n r i c h m e n tt h ep h e n o l sc o m p o u n df r o m w a t e r , t h e np h e n o l sc o m p o u n dw e r ed e t e c t e db yh i g hp r e s s u r el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y t h er e s u l t ss h o w t h a t t h ea v e r a g er e c o v e r y f o r l l w a t e rs a m p l e s i sar a n g eo f s l 6 - 1 1 0 w i t h p r e c i s i o n l o w t h a n9 2 t h ea n a l y t i c a lm e t h o do f1 6o r g a n o e h i o r i n ep e s t i c i d e si nw a t e rs a m p l eu s i n gd i s ks p ew i t hg a s c h r o m a t o g r a p h ya n de l e c t r o nc a p t u r ed e t e c t o rw a se s t a b l i s h e db a s e do nt h es p ea n dc h r o m a t o g r a p h y a n a l y s i sc o n d i t i o no p t i m i z e dt h er e s u l t ss h o wt h a tt h ea v e r a g er e c o v e r yf o ri lw a t e rs a m p l e si s 7 4 1 - 1 0 4 w i t hp r e c i s i o nb e t w e e n3 4 - 1 7 h a sd e v e t o p e dt h e 蜮m g t h o do f1 3o r g a n o p h o s p h o r u sp e s t i c i d e si nw 蹴rb yd i s ks p ef o l l o w e db y g a sc h r o m a t o g r a p h yw i l l lf l a m ep h o t o m e t r i cd e t e c t o r t h es p ea n dc h r o m a t o g r a p h ya n a l y s i sc o n d i t i o n w u mo p t i m i z e di nt h ep a p e r t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ea v e r a g er e c o v e r yf o rl lw a t e rs a m p l e si si nt h e r a n g ef r o m6 6 4 t o1 0 7 、v i t l lp r e c i s i o no f 2 2 - 1 6 e s t a b l i s h e dt h ei n e a s u r em e t l i o do ft h ep o l y c h l o r i n a t e db i p h e n y l se n r i c h m e n tb yd i s ks p ef r o mw a l e l - f o l l o w e db yg a sc h r o m a t o g r a p h y m a s ss p e c c a _ 0 m e t r yd e t e r m i n a t i o n t h es p ea n dc h r o m a t o g r a p h ya n a l y s i s c o n d i t i o nw e r eo p t i m i z e di nt h ep a p e r t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ea v e r a g er e c o v e r yf o rl lw a t e rs a m p l e si sa r a n g eo f 8 3 2 * 0 - 9 5 1 w i t hp r e c i s i o nl o wt h a n1 0 i nt h ep a p e r , t h es e r i e st e s tm e t h o d sh a v eb e e nd e v e l o p e df o ra n a l y s i so f t h eo r g a n i cp o l l u l a n t si n w 姗s a m p l e su s i n gs p e , t h em e t h o d se s t a b l i s h e da 托s i m p l e f a s t , s e n s i t i v ea n dl o wc o n t a m i n a t i o n t h e s e c 锄b ea p p l i e dt oa n a l y s i so f o r g a n i cp o l l u t a n t sa b ：y v ei ng r o u n d w a t e r , s u r f a c ew a t e r , a n d 山i 1 1 l 【i n g w a t e r a n dw a s t e w a l c rs a m p l e s k e yw o r d 3 ：s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ；p h e n o l sc o m p o u n d ；o r g a n o e h l o r i n ep e s t i c i d e ；o 曙o p h o s p i l o n 峙 p e s t i c i d e s ；p o l y e h i o d n a t e db i p h o n y i s 原创性声明 本人声明，我呈交的学位论文是我个人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的研究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解中国地质科学院有关保留、使用学位论文的规定，即： 中国地质科学院有权保留、送交学位论文的电子版和纸质版，允许论文被 查阅或借阅；可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索； 有权将学位论文汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 第一章绪论 第一章绪论 髓着有机化工、石油化工、医药工业的发展，以及农药( 杀虫剂、除草剂等) 的大量 使用，越来越多的工业废弃物、残留农药、生活垃圾等有机污染物通过各种途径进入到 环境中，对人体健康和生态环境带来日益严重的危害。 有机污染物的种类很多，主要包括酚类化合物、农药、多氯联苯、多环芳烃等，其 中许多是持久性有机污染物( p e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t s ，简称p o p s ) ，在环境中具有长 期残留性、生物积蓄性、半挥发性和高毒性。有机污染物对环境的巨大危害以及带来的 环境问题越来越被人们所认识，目前已成为一个倍受关注的全球性环境问题。 第一节环境有机污染物的检测方法 色谱是对有机化合物进行化学测定中应用的最基本的分离分析手段，可分为气相色 谱( g a sc h r o m a t o g r a p h y 即g c ) 法和液相色谱( l i q u i dc h r o m a t o g r a p h y 即l c ) 法。 g c 具有高效、高速、高灵敏度和样品用量小的特点，它可以分析各种气体，以及 在适当温度下能气化的液体或定量裂解的固体，应用范围很广。但g c 主要是用于测定 较易挥发的物质而低挥发、相对分子质量较大或热不稳定性的有机物，不进行衍生化 就不能直接用c 虻测定。 气- 质联用技术( g a sc h r o m a t o g r a p h y - m a s ss p e c t r o m e t r y 即c c - m s ) 以g c 的高效 分辨能力和质谱( m a s s 辨t r u m ，m s ) 精确的鉴定本领及较高的灵敏度，已广泛应用 于化工，环保、生物医学、药物检验和物化研究等领域，对大量的混合物进行分离鉴定。 质谱检测器作为c _ r c 的一种通用型检测器，可以提供色谱峰的可靠结构信息，是农药残 留的筛选和结构确证方面最可靠、最具优势的工具。 目前常用的液相色谱为高效液相色谱( h i g hp r e s s u r el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y 即 h p l c ) 利用h p l c 测定有机物时，所用检测器有紫外可见光检测器、荧光检测器、 电化学检测器、光电离检测器和二极管阵列检测器等。h p l c 在对不稳定、不易衍生化、 不易挥发和分子量较大化合物的测定方面发挥了巨大作用。 h p l c 的分离能力与m s 的丰富信息与高灵敏度结合。使m s 采用作为h l c 检测 手段的液相色谱质谱联用( h p l c m s ) 技术成为目前发展最迅速的分析手段之一，为 复杂体系中微量组分的定性、定量分析提供了可能性。 第二节水中有机污染物的前处理方法 环境样品分析在用色谱仪器检测前先要进行前处理，前处理的目的是通过分离操 中国地质科学院硕士学位论文 作，去除环境样品中的基体，富集浓缩目标化合物。因此，样品预处理的好坏直接影响 分析结果的准确性和分析仪器的使用寿命。所以更快速、完全的萃取、净化、浓缩等前 处理技术是当今环境分析的重要研究方向之一。 滚液萃取( l i q u i dl i q u i de x t r a c t i o n ，l l e ) 是利用溶液中各组分在所选用的溶剂中 溶解度的差异，用溶剂从液体混合物中提取其中某些组分的操作，是处理液体样品的经 典方法。l l e 具有回收率高、方法稳定、成本低等优点，但也存在一些不足之处，如水 样可处理体积有限、富集倍数不够、操作复杂、有机溶剂用量大、易对人体和环境造成 二次污染等。 固相萃取( s o l i d p h a s ee x t r a c t i o n ，简称s p e ) 是一种7 0 年代初发展起来的样品处理技 术，特别适用于水体样品。在s p e 过程中，固相对分析物的吸附大于样品基液，当样品 通过固相柱时，分析物被吸附在固体填料表面，其他样品组分则通过柱子，分析物可用 适当溶剂洗脱下来。与l l e 相比，s p e 具有如下优点( 1 ) 速度较快；( 2 ) 精密度和 准确度较高：( 3 ) 有机溶剂消耗低，环境污染小：( 4 ) 不出现乳化现象，易获得较为纯 净样品；( 5 ) 操作简单，易于自动化。因此，s p e 在国外日趋受到重视，现已广泛用于 样品预处理即j 。 固相微萃取( s o l i d - p h a s em i c r o - e x t r a c t i o n ，简称s p m e ) 是在s p e 基础上发展起来的 新型萃取分离技术。s p m e 保留了s p e 的优点，避免了s p e 中样品高空白及萃取柱易 阻塞的特点，是一种简便、快速、选择性高的新型萃取分离技术。它无需溶剂，实现了 真正意义上的固相萃取，适用于挥发性与非挥发性物质的分析，且具有良好的重现性。 第三节固相萃取技术在环境有机污染物分析中的应用 1 9 6 2 年，a n t o n a h 等人首次对该技术进行了研究，用吸附剂氧化铝净化样品1 9 7 9 年s t o n g e 等在用气相色谱法分析苯巴比妥、去氧苯巴比妥和苯妥英时，设计了一个前处 理的树脂柱装置用于样品制备，并首次将此方法定义为固相萃取。1 9 8 3 年以后键合硅胶 出现，以w a t e r s s e p - p a k 系列为代表的各类商品化小柱进入市场，使固相萃取法有了长足 的进步m 。 1 1 1 固相萃取法的原理 s p e 技术是以液相色谱分离机理为基础，用固体物质作为萃取剂从液体样品中提取 某些组分采用选择性吸附、选择性洗脱的方式对样品进行富集、分离、纯化的物理萃 取过程；也可以将其近似地看作一种简单的色谱过程。其吸附剂为固定相，根据固相萃 第一章绪论 取剂对液相待测物的吸附作用，当待测物通过萃取剂时，其中某些痕量物质( 目标物) 就被吸附在萃取剂上，然后采用适宜的选择性溶剂将其洗脱下来，即可得到富集、纯化 的目标物。 s p e 法与l l e 原理相似，均为化合物在两相之间分配的过程，所不同的是，u 正 法是待分离物在两种互不相溶的液相问反复分配，达到分离；而s p e 法则是使待萃取物 在固定相与液相之间进行分配，固定相对于待萃取物的亲和力大于对样品基体的亲和力 时，待萃取物保留( 或称吸附) 到固定相上，然后再用对其具有更大亲和力的溶剂将待 萃取物洗脱下来t s l 。 s p e 技术固相萃取过程大体可分为吸附和洗脱两个部分：在吸附过程中，当溶液通 过吸附剂床时。由于吸附剂对目标物质的吸附力大于溶剂的吸附力，因此目标物质被选 择性地吸附在吸附床上进行了富集。在此过程中由于共吸附作用、吸附剂选择性等因素 的存在，部分干扰物也会在吸附床上吸附。洗脱是一种使保留在吸附剂上的物质从吸附 剂上去除的过程，通过加入一种对分离物的吸引大于吸附剂的物质来完成。在此过程中， 首先要选用适当的溶剂对吸附在吸附床上的干扰物进行洗脱，然后再用洗脱剂对目标物 质进行洗脱，最终得到目标物质。 1 1 2 类别 1 2 2 1 正、反相和离子交换固相萃取 固相萃取根据相似相溶机理可分为正相( 吸附剂极性大于洗脱液极性) 、反相( 吸 附剂极性小于洗脱液极性) 和离子交换固相萃取。 正相萃取过程中目标物质的极性官能团与吸附表面的极性官能团发生极性作用( 包 括氢键作用、偶极矩作用以及诱导作用等) ，从而使溶解于非极性溶剂中的极性物质在 吸附剂表面吸附、富集。正相吸附的填充剂用硅藻土、硅胶、氧化铝、硅酸镁等强极性 吸附剂，清洗溶剂一般采用单一或混合有机溶剂将菲极性或弱极性组分等非目标分析物 去除，洗脱溶剂可用具有一定极性的溶剂如丙酮、甲醇、乙醇等。 反相萃取过程中目标物质的碳氢键与吸附表面官能团产生非极性作用( 包括范德华 力或色散力) ，使得极性溶剂中的非极性以及中等极性的物质在吸附剂表面吸附、富集； 反相s p e 所用的吸附剂通常是非极性的或是弱极性的，如c l 、c 。苯基柱等；所萃取 的目标化合物通常是中等极性到非极性的化合物。清洗溶剂多用数毫升水或含有低浓度 有机溶剂的水溶液，将弱保留的亲水性组分及极性有机物、中等保留物质清洗掉，洗脱 溶剂多用甲醇、乙睛等有机溶剂，有些碱性物质的洗脱则需要加入少量有机胺如三乙胺、 中国地质科学院硕士学位论文 醋酸胺等才能完全洗脱。由于反相吸附可使用的溶剂种类多，价格便宜，毒性较小，如 乙醇、甲醇等，所以反相吸附分离模式使用最为普遍。 离子交换型s p e 所用的吸附剂是带电荷的离子交换树脂，如l c 二n i 2 ( 含脂肪族季 氨丙基键合硅胶) 、l c s c x ( 含脂肪族磺酸基键合硅胶) 等；所萃取的目标化合物是带 电荷的化合物。离子交换固相萃取又可分为强阳离子固相萃取和强阴离子固相萃取两 种，作用机理都是，目标物质的带电荷基团同吸附剂表面的带电基团发生离子静电吸引， 从而实现吸附分离m 口。 1 。2 。2 2s p e 桂零s p e 盘 按s p e 装置的几何构型可以分为：s p e 柱( c a r t r i d g e ) 和s p e 盘( d i s k ) 。 固相萃取法通常采取柱分离，称为s p e 柱。是一种填充好固定相的短色谱柱，由柱 管、筛垫、固定相三部分组成，用以浓缩被测组分或除去有害的物质。s p e 柱柱体材料 多为塑料( 通常为聚丙烯) 、玻璃及不锈钢，两端均有多孔滤片、内装直径约4 0 1 x m 的 填料总重0 1 1 - l g 。这种短柱通常是一次性使用，很少再生重复使用。使用柱型固相萃取 装置时，决定萃取结果的关键因素是s p e 柱内所用萃取剂的性能。 根据s p e 柱内吸附剂的类型及适用范围，可分为： ( 1 ) 键合硅胶c l 。、c t ( 反相) 。键合硅胶是通过有机硅和活性硅的反应形成的， 是坚硬的物质，在不同溶剂中不会缩小或膨胀。通常用于制造键合硅胶吸附剂的硅的颗 粒大小为1 5 - 1 0 0 p r o 硅的颗粒是不规则的而不是球形的，这个特性允许在低真空和压力 下溶剂快速流过吸附剂床。使用最多的填料还是c 。相，该种填料疏水性强，在水相中对 大多数有机物显示保留。常用于萃取非极性、弱极性的有机物，如芳烃、多环芳烃、多 氯联苯、有机磷和有机氯农药、烷基苯类、多氯酚类、邻苯二甲酸酯类、多氯苯胺、非 极性除草剂等。以有机溶剂为洗脱剂。 ( 2 ) 多孔苯乙烯- 二乙烯基苯共聚物( 反相) 。此共聚物弥补了硅胶键合吸附剂的 一些不足，表现出亲水和亲脂的特性。亲水和亲脂的特性使其在水中能保持湿润，对极 性和非极性化合物有很宽的适用范围。c ，。的回收率随干燥时间的延长迅速降低，而此聚 合物吸附齐j 回收率保持不变。洗脱剂也都是常用的溶剂：甲醇、二氯甲烷、水及常用的 酸、碱、盐适于苯酚、氯代苯酚、苯胺、氯代苯胺、中等极性的除草剂( 三嗪类、苯磺 酰脲类等) 。 ( 3 ) 石墨碳( 反相) 适合非极性的醇类、硝基苯酚以及相当大极性的除草剂， 以有机溶剂作为洗脱剂。 第一章绪论 ( 4 ) 离子交换树脂( 离子交换) 。适于阴阳离子型有机物，如苯酚、次氮基三乙 酸、苯胺和极性衍生物、邻苯二甲酸酯类。洗脱溶剂采用一定p h 的水溶液可以使选择性 吸收损失减小。 ( 5 ) 金属配合物吸附剂( 配体交换) 。适用于金属配合物，如苯胺衍物、氨基酸 类、巯基苯并毗唑、羧酸类，以配位水溶液作为洗脱溶剂埘。 柱式固相萃取虽然使用简便，应用范围广，但存在一些问题，如：柱径较窄，流速 无法增大，通常只能在l 一1 0 m l m i n 范围内使用，如按美国e p a 方法处理1 l 的样品需 2 h 以上；若用较大的流速，将产生动力学效应，妨碍了某些组分有效地收集；对于较脏 的样品，如含生物的样品和悬浮颗粒的样品，固相萃取柱很容易堵塞，流量更加减小， 增加了样品的处理时间；4 0 1 x r n 的固定相的填料很容易产生缝隙，使短柱浓缩分离效率 下降t g ；。 柱式固相萃取的这些缺陷随着圆盘固相萃取装置( s p e 盘) 的出现基本上得到了解 决。表观上s p e 盘与膜过滤器十分相似，主要由蓄水器，圆盘支架、盘式萃取器、收集 瓶、装置底座、真空泵等组成。s p e 盘和s p e 柱的主要区别在于床厚度，直径比。对于等 重的填料，s p e 盘的截面积比s p e 柱的截面积大约l o 倍，即允许液体试样以较高的流速 通过，又避免出现堵塞的问题，加上采用了8 岫的细颗粒填料，不容易产生缝隙，改善 了传质过程。s p e 盘的这个特点适合从水中富集痕量的污染物，1 l 纯净的地表水通过直 径为5 0 m m 的s p e 盘仅需1 5 ，2 0 m i n t t q 。 目前盘状的固相萃取剂可分为三大类： ( i ) 由聚四氟乙烯网络包含了化学键合的硅胶或高聚物颗粒填料。填料含量占 9 0 ，聚四氟乙烯只占1 0 。如目前最常用的固定相e n v i r m - 1 8 d s k ，直径4 7 r a m ，厚度 o 6 m m ，是以聚四氟乙烯为网络，含c 。化学键合硅胶为固定相的非极性的薄膜状萃取剂， 可以保留( 萃取) 非极性的分析物。由于e n v l l m 1 8 d s k 膜属于聚合键合类填料，具有 很高的硅表面覆盖率和较高的碳含量，这种聚合键合类填料具有很强的抗酸碱的能力， 为此更适用于环境样品，可富集酸化的环境样品中的有机化合物。 ( 2 ) 由聚氯乙烯网络包含了带离子交换基团或其它亲合基团的硅胶，如由f m c 公 司生产的a n t i d i s k 膜厚i m m ，由聚氯乙烯与硅胶组成，膜的孔穴平均流通直径为1 岬， 流速可达2 0 - 8 0m um i n 。 ( 3 ) 衍生化膜。它不同于前两种，固定相并非包合在膜中，而是膜本身经化学反 应键合了各种官能团。如二乙胺基乙烯基、季胺基、磺酸丙基等j 中国地质科学院硕士学位论文 1 1 3 操作过程 根据分析物的性质和分离要求，可选择不同的萃取模式。不同类型的萃取模式，s p e 操作方法略有不同。 1 1 3 1s p e 柱的操作方法 对于反相萃取而言，基本程序一般包括s p e 柱的活化，样品添加，s p e 柱的洗涤， 分析物的洗脱，提取液的脱水与浓缩等几个步骤。 ( 1 ) 柱的预处理。为了获得高的回收率和良好的重现性，固相萃取柱在使用之前 毖须用适当的溶剂进行预处理。活化的目的是创造一个与样品溶剂相容的环境并去除柱 内所有杂质。通常需要两种溶剂来完成上述任务，第一个溶剂( 初溶剂) 用于净化固定 相，另一个溶剂( 终溶剂) 用于建立一个合适的固定相环境使样品分析物得到适当的保 留。终溶剂不应强于样品溶剂，若使用太强的溶剂，将降低回收率。通常采用一个弱于 样品溶液的溶剂不会有什么问题。在活化的过程中和结束时，固定相不能抽干，因为这 将导致填料床出现裂缝，从而得到低的回收率和重现性，样品也没得到应有的净化。如 果在活化步骤中出现干裂，必须重新进行活化。 ( 2 ) 样品的添加。预处理后，将待测样品加入小柱，并以一定的流速通过柱子， 这时分析物和样品干扰物保留在固定相上。为了保留分析物，溶解样品的溶剂必须较弱。 如果溶剂太强，分析物将不被保留，结果回收率将会很低，这一现象叫穿漏 ( b r e a k t h r o u g h ) 。尽可能使用最弱的样品溶剂，可以使溶质得到最强的保留或者说最窄 的谱带。只要不出现穿漏，允许采用大体积的上样量( o 5 i l ) 。 ( 3 ) 柱的淋洗。样品通过萃取柱时。不仅分析物被吸附在柱子上，一些杂质也同 时被吸附。通常需要选择适当的溶剂淋洗固定相以洗掉干扰组分，同时保持分析物仍留 在柱上。淋洗溶剂的洗脱强度是略强于或等于上样溶剂。淋洗溶剂必须尽量地弱以洗脱 尽量多的干扰组分，但不能强到可以洗脱任何一个分析物的程度。 ( 4 ) 分析物的洗脱。选择适当的洗脱剂进行洗脱，用洗脱剂将分析物洗脱在收集 管中。洗脱剂必须进行认真选择，溶剂太强，一些更强保留的不必要组分将被洗出来； 溶剂太弱就需要更多的洗脱液来洗出。可改为强、弱溶剂混用；但混用或前后使用的 溶剂必须互溶。在洗脱时，应注重少量多次的原则。 ( 5 ) 提取液的脱水与浓缩。提取液中可能含有水分，在干净的移液管底部放置少 许玻璃棉，其上填a 5 1 0 9 i n 高的无水硫酸钠5 7 9 制成简易的干燥柱，进行提取液脱水。 然后将提取液用氮气吹扫器浓缩至0 5m l - 1m l ，转移至容量瓶中备用。 第一章绪论 1 1 3 2s p e 盘的操作方法 圆盘萃取时首先进行圆盘清洗和活化，然后将样品液倒进蓄水器，抽真空迫使样品 流过固相，分析物保留在固相上，再用淋洗液洗脱分析物接于接受瓶中。收集的样品液 经过脱水浓缩即可上色谱分析。以e n v i 刑- 1 8 d s k 的操作为例，具体步骤如下： ( 1 ) 清洗圆盘：将5 m l 丙酮倾倒在圆盘表面，并立刻在低真空5 0 k p a 状态下抽滤 圆盘。所有溶剂被抽滤过圆盘后，在低真空状态下抽滤圆盘5 m i n 直至圆盘干燥。此步 骤的目的是在使用圆盘前，除去其可能存在的干扰物。 ( 2 ) 活化圆盘：将5 m l 甲醇倒于圆盘表面，立即在真空度为3 - 7 k p a 状态下抽滤， 使溶剂通过圆盘，直至溶剂上表面将被抽滤过圆盘表面。最好使一定量的溶剂停留在圆 盘上方，不让圆盘表面与空气接触。立即将5 m l 试剂水倒于圆盘表面，在低真空状态 下抽滤，使试剂水通过圆盘，直到试剂水表面几乎碰触到圆盘表面。此步骤的目的是确 保目标分析物的最佳萃取效率。典型的圆盘活化方式包括用有机溶剂淋洗圆盘，然后将 溶剂换相使其和样品中的溶剂匹配。活化试剂至少应是水溶性的，应充分润湿难溶于水 的键合相。典型的活化试剂包括甲醇，乙腈和异丙酵。如果不进行活化步骤或活化不充 分，可能出现流速缓慢、分析物回收率低或重现性不好等现象。 ( 3 ) 添加水样：将水样倒入蓄水器中，使其直接与在圆盘活化步骤中，残留在圆 盘表面的液膜相接触。l l 的水样瓶可倒扣在蓄水器上，使水样自动进给到圆盘上。立 即调整真空度约2 5 k p a ，使清水样品的流速为7 5 1 0 0 m l m i n 。对含有悬浮固体的水样， 可视情况增大真空度。在水样全部流过圆盘之前，严禁圆盘表面暴露在空气中。圆盘固 相萃取技术在使用过程中经常会遇到的问题是：萃取过程条件不合适。不适当的萃取条 件会使流速缓慢并且不均匀，回收率随之降低，其原因多数是由于薄膜的疏水作用和水 的表面张力造成的。为此常加5 1 0 r n l 的甲醇至薄膜介质进行活化，并减压抽滤，使甲 醇浸透薄膜。当甲醇刚要滤完，而薄膜还未暴露在空气中时加入试剂水和样品，以避免 薄膜介质的空隙中形成空气液体界面，降低萃取效率。 ( 4 ) 干燥圆盘：将圆盘置于真空度约为5 0 k p a 状态下抽干5 m i n ，视具体情况干燥 时间可适当延长。其后的淋洗过程中，可使样品洗出液通过无水硫酸钠，去除残留的水 分。此步骤的目的是在淋洗分析物之前，尽可能地除去圆盘中的水分。如果淋洗剂不溶 于水，此步骤更为重要。干燥不彻底会导致含有淋洗荆的圆盘因湿润而无效，样品淋洗 液因含过多的水分而无效。 ( 5 ) 淋洗圆盘：将5 m l 丙酮，1 5 m l 正己烷依次倒于圆盘表面，立即在真空度为 中国地质科学院硕士学位论文 3 - 7 k p a 状态下抽滤，使淋洗剂通过圆盘，进入收集器。为使淋洗完全，可视具体情况添 加5 m l 同种溶剂，倒于圆盘表面，使其在真空条件下抽滤通过圆盘。此步骤的目的是 高效、高选择性的将目标分析物从圆盘中淋洗出来。淋洗剂应对目标分析物敏感，也就 是目标分析物必须更易溶解于淋洗剂，而不是被c ，。或硅表面吸附住。淋洗剂也应和此 过程的后续步骤( 如衍生、浓缩或分解) 相一致。典型的淋洗剂如：甲烷，乙腈，乙酸 乙酯，二氯甲烷和正己烷等。溶剂的用量应尽量小，以保证分析物的高度浓缩。但用量 也必须保证使圆盘达到饱和，并把设备中的死体积考虑进去。应使用部分淋洗剂润洗样 品瓶和蓄水器，然后将润洗液直接倒于圜盘表面，作为淋洗步骤的部分。 ( 6 ) 脱水与浓缩：将淋洗液通过3 9 无水n a 2 s 0 4 小柱脱水，接入浓缩瓶中。用氮 气吹扫器定容至1 0 m l ，供色谱测定。 1 1 4 应用 近年来随着化学工业的发展和农药的大量使用，导致自然环境中某些水体、土壤、 大气和生物体中有机污染物超过法定限量。另一方面随着人们环境意识的提高，对环境 中有机污染物的控制越来越严格，要求检测技术更加快速方便、灵敏可靠。固相萃取作 为一种较为理想的前处理技术，为环境分析工作者提供了可以满足要求的提取、净化和 浓缩方法。目前国外柱式s p e 技术在样品的预处理方面已经逐步取代了l l e 【。国内对 此的研究起步较晚，但呈现出良好的发展前景。 2 0 世纪8 0 年代，在我国的松花江、黄浦江、太湖等的水质监测中较广泛地采用了 柱式s p e 技术，测定卤代烃、有机氯农药、多氯联苯和酞酸醋等：孙锡浩等采用4 0 - - 6 0 目颗粒状活性炭作吸附剂，固相萃取环境水中痕量硫双威m 】：黄苏宁等在测定六六六、 滴滴涕的试验中比较了固相萃取和液液萃取两种富集方法，结果表明，固相萃取优于 液液萃取旧。 s p e 与其他分析技术的在线联用随着固相萃取法的广泛使用而日益发展，逐渐发展 了s p e g c g c - m s 、s p e - h p l c 在线分析方法。除用于环境样品分析外，应用范围已逐 步扩展到食品，医药卫生、生物化学、临床化学、生理及毒理学、法医学等领域，而且 在刑事鉴定、天然产物、生命科学中有广泛的应用前景1 1 6 1 。 1 1 5 结语 虽然s p e 技术自从上世纪7 0 年代诞生以来，以其简便快速，使用溶剂少，易于与其 他仪器联用等特点在环境化学分析中获得广泛的应用并取得了许多可喜的成果，但还存 第一章绪论 在一些问题。比如，在进行样品s p e 前处理时应根据所处理样品的不同选用适宜的吸附 剂、洗脱剂类型，还应把握好用量。因为所用柱体、筛板和填料都可能向试样中引入杂 质，增加人为的误差，在建立和验证s p e 方法时，应做空白萃取实验，与标样相对照， 以增加样品分析的精密度与重现度，这对痕量、超痕量分析尤为重要。 而且，目前国内的s p e 仪器研制技术发展缓慢，大多数s p e 装置购于国外，价格昂 贵。应该在引进的同时注重吸收，加快我国样品前处理技术的发展，逐步与国际接轨。 第四节实验设计 1 2 1 研究目标 我国于1 9 9 0 年提出了符合我国国情的6 8 种水中优先控制污染物黑名单，酚类化合 物、有机氯农药、有机磷农药和多氯联苯都名列其中，属于对人体和环境都具有较大危 害影响的有机污染物。 参照国内外文献和我国实际情况，本论文利用固相萃取技术对酚类物质、有机氯农 药、有机磷农药和多氯联苯工业合成物质4 类环境有机污染物的分析方法进行研究。 1 2 2 研究意义 酚类物质、有机氯农药、有机磷农药和多氯联苯工业合成物质等有机污染物是环境 检测和环境评价中主要的监测目标。同时我国关于地下水、地表水、饮用水、污水等水 体中这几类有机污染物的地质调查项目也已全面展开，但这些有机污染物检测目前大多 仍以液液萃取为主要前处理方式。尚未建立起以现代样品前处理分析技术为主的快速、 高效、低污染、适用于批量样品的水体中有机污染物的系统分析方法，难以满足地质调 查工作的需要。 液一液萃取是传统样品前处理方法，它存在操作烦琐、处理样品体积有限、分析效 率低、使用大量有机溶剂易对人体和环境造成污染等缺点。固相萃取( s p e ) 是近年发 展起来的现代液体样品前处理新技术。其原理是用固体物质作为萃取剂从液体样品中提 取待测组分，采用选择性吸附、选择性洗脱的方式对样品组分进行富集、分离、纯化的 物理萃取过程。它具有简单、快速、对环境污染小的优点，被越来越多的分析工作者所 采用。固相萃取可分为柱式s p e 和圆盘s p e 。目前柱式s p e 一般都采用商品s p e 小柱，它 的填料粒度细，柱直径小，桂流速有限( 一般为5 1 0 m l m i n ) ；对于较脏的样品，如含 生物的样品和悬浮颗粒的样品，容易堵塞，样品处理时间更长。在实际工作中，s p e 柱 中国地质科学院硕士学位论文 处理大批量、大体积水样时受到很大局限。圆盘s p e 的固相是盘状结构膜过滤片，由于 截面积增大，传质快，反压小，特别适用大体积、大批量环境水样的富集。因此，研究 和开发具有特异吸附性质和高流量的s p e d 柱以及快速圆盘s p e 富集水中有机污染物的 样品前处理方法，建立起适用于大体积、大批量环境水样中的系列有机污染物的的分析 方法具有十分重要的现实意义。 1 2 3 研究内容 本论文总体思路是以具有快速、高效、污染小等特点的s p e 为样品前处理方法， 结合高灵敏度、高检测能力和高分离能力的g c 、g c m s 、h p l c ，实现水介质样品中 痕量和超痕量环境有机污染物的测定。 主要实施方案如下： ( 1 ) 研究开发具有特异吸附能力、高流速的s p e 小柱富集水中酚类化合物，h p l c 检测。包括检测s p e 小柱填料的选择，萃取方式选择、树脂填充高度选择、洗脱剂选 择、酸度选择、水样过柱流速选择等固相提取条件的优化；波长选择、流动相选择、 梯度洗脱程序等色谱分析条件的优化。仪器检出限和线性范围的确定；方法回收率和 精密度的测定，以及实际样品的测定。 ( 2 ) 利用快速圆盘固相萃取技术富集水中有机氯农药，g c 检测。包括色谱柱选择、 进样口温度选择、升温程序选择等色谱分析条件的优化：仪器检出限和线性范围的确定： 萃取方式选择、洗脱剂选择等固相提取条件的优化；方法回收率和精密度的测定，以及 实际样品的测定。 ( 3 ) 利用快速圆盘固相萃取技术富集水中有机磷农药，0 c 检测。包括氢气流量选 择、空气流量选择、柱前压选择、色谱柱选择、升温程序选择等色谱分析条件的优化； 仪器检出限和线性范围的确定；萃取方式选择、洗脱剂选择等固相提取条件的优化；方 法回收率和精密度的测定，以及实际样品的测定。 ( 4 ) 利用快速圆盘固相萃取技术富集水中多氯联苯，g c m s 检测。包括扫描方式 和特征离子选择、色谱柱选择、程序升温等色谱分析条件的优化；仪器检出限和线性范 围的确定；萃取方式选择、洗脱剂选择等固相提取条件的优化；方法回收率和精密度的 测定。 第- i 固相莘取水中酚类化合物的分析方法研究 第二章固相萃取水中酚类化合物的分析方法研究 酚类化合物是炼焦、造纸，化工等工业废水的主要污染物质，在生活污水、天然水 和