（分析化学专业论文）实验设计与优化的研究及毛细管电泳在农药分析中的应用.pdf

中国科学技术大学博士学位论文：摘要 中文摘要 作为一种微柱分离技术，毛细管电泳由于具有高效、高选择性、分析速度快、 样品和试剂用量少、对环境的污染程度低等优点，受到越来越多的分析化学家 的青睐。其发展主要集中在三个方面：仪器的研制与改造、不同领域内的方法 学的应用研究及理论的完善。 分析化学是获取组成、结构和信息的科学，而获取化学信息的效率是任何分 析方法优劣的基本指标。化学计量学方法可指导实验设计研究和科学地安排实 验，以最少的实验次数取得最多的测试样品的有效信息，故在实验科学中都离 不开它的应用研究。 基于此，本论文开展以下工作：( 1 ) 在液相色谱检测器的基础上，自主设计 研制了毛细管电泳专用检测池；( 2 ) 将化学计量学的有关实验设计与优化的方 法应用到毛细管电泳的方法学研究中，并对有关经典优化方法的不足之处进行 了改进；( 3 ) 对毛细管电泳在农药中的应用作了一些实际样品的分离测定和理 论探讨。论文分下列六章： 1 绪论对毛细管电泳在农药分离检测方面的应用现状、进展以及化学计量学 在分析化学，特别是在毛细管电泳中的应用等方面作了评述，为本论文的研究 目标奠定了基础。 2 在自组装进口的液相色谱紫外检测器的基础上，自主开发、设计研制了毛细 管电泳专用检测池，并用球镜聚焦来提高灵敏度。采用自行加工的检测池与美 国进口检测池对比作了3 种取代苯化合物的分离测定实验，结果表明，其灵敏 度相当，而成本却只有进口检测池的5 左右，这样将极大地增强了我们商品化 的仪器与同类产品在市场上的竞争力。同时所建立的三种取代苯化合物在4 分 钟之内快速分离的方法也成为了彩陆公司为客户校准仪器各项检测参数( 灵敏 度、稳定性等) 的一个标准方法。 3 ( 1 ) 采用正交设计法对胶柬毛细管电泳中的优化分离进行了考察，研究了改性 荆浓度、十二烷基硫酸钠( s d s ) 及6 环糊精浓度( b c d ) 、p h 几个参数对 分离的影响，其优化结果表明：在3 0 m i l l 内，性质相近的邻、对、间硝基甲苯 及2 ，4 二硝基甲苯都可得到较好的分离，该方法与国内外类似方法相比更加简 便，实验成本更低。 ( 2 ) 采用毛细管电泳法对六种取代苯化合物进行了分离研究，考察了3 种电泳 中国科学技术大学博士学位论文：摘要 模式对分离的影响。环糊精改性的胶束毛细管电泳法可使各组分达到基线分离， 正交设计法则更能得到最佳实验的工作条件。在浓度为3 0 3 0 0 m m l 的范围内， 可进行定量分析。该方法应用于环境发水中苯类化合物的测定，其结果令人满 意。 ( 3 ) 胶束毛细管电泳分离条件的选择受许多条件的影响。本文采用正交设计法 对9 种农药的分离条件进行了优化，并考察了6 个因素( 表面活性剂的类型和 浓度，缓冲溶液和添加剂尿素的浓度及p h 值) 对分离的影响。首先采用正交矩 阵o a l 6 ( 2 ”) 法，设计1 6 次实验，所有因素采用2 种水平进行筛选试验。影响效果 也i 可通过每个因素对响应值的贡献和有关的方差运算来作评价。在初步实验的 基础上，选定最显著的3 个因素，采用正交矩阵o a 9 ( 3 4 ) 法，在更有益的水平上作 进一步的优化实验。实验结果表明9 种农药在选定的优化条件下，于1 5 分钟内 可获得基线分离，所建立的9 种农药的胶束毛细管电泳法，迄今文献中尚未见 报道。 4 ( 1 ) 通过两种优化方法( 三角重叠分辨图法和立体重叠分辨图法) 对九种农药 的分离进行了研究，选择表面活性剂、甲醇、乙醇三种浓度作为优化的三个参 数。通过7 次和1 1 次初步实验可确定系统的优化区域，从而可预测出最佳的工 作条件。为证明两种优化方法的有效性，采用预测的最佳区域内的优化条件进 行附加实验，其结果表明：9 种农药在两种优化方法预测的最佳工作条件下，于 2 0 分钟内均可得到基线分离。在选定的相同的工作范围内，三角重叠分辨图法 往往比立体重叠分辨图法更为有效，而立体重叠分辨图法则可预测更宽的优化 范围。这结论丰富了经典重叠分辨图法的理论，同时所提出的参数转换，通 过计算机编程自动寻优来实现，替代经典方法中经验值原则，更是对经典重叠 分辨图法的改进和提高。 ( 2 ) 通过四维重叠分辨图法对胶束毛细管电泳的分离情况进行了研究，实验以 8 种除草剂作为模型化合物，选择四个参数( 表面活性剂浓度、甲醇浓度、磷酸 盐浓度及p h ) 作为优化对象，同时以最小分离度作为响应函数。整个优化区间 内安排1 6 次的初步实验，这样可确定系统的优化区域和最佳优化点，从而获得 最佳的工作条件。采用预测的最佳工作点的优化条件进行附加实验即可证明方法 的有效性。实验结果表明：在2 0 m i n 内，8 种农药在该优化方法预测的最佳工作 中国科学技术大学博士学位论文：摘要 条件下可得到基线分离，实验过程中参数转换通过计算机编程自动寻优来实现， 这将为实际样品的测定奠定了基础。 ( 3 ) 在合适的时间内，用尽可能少的实验次数找到一个好的分离条件，同时满 足各组分的基线分离必须采用适宜的优化策略，这一过程通常要通过价格昂贵 的优化软件来实现。本文从这一目的出发，详细介绍5 种重叠分辨图优化模型， 同时选用模型，通过1 0 次实验对三参数的工作条件选择进行优化。对大多数 色谱工作者来说，模型简单、通用，勿需理论计算。与常规的重叠分辨图法相 比，该方法更为直观和科学可视化，也解决了重叠分辨图中存在的多参数判据 条件的优化难题，相同工作国内外迄今似未见文献报道。 5 以5 种氨基甲酸酯农药为例，探讨了在十二烷基硫酸纳、胆酸钠、脱氧糖酸钠 三种表面活性剂体系中，甲醇、乙醇、正丙醇、丁醇4 种有机溶剂对5 种氨基 甲酸酯类农药的毛细管胶束电动色谱分离的影响。并从电解液的物理化学性质 和毛细管色谱动力学两方面阐明了其影响机理，这将对类似工作起到理论上的 指导作用。 6 采用毛细管电泳法对5 种农药( 西玛津、阿特拉津、扑草净、莠灭津和西维因) 进行了分离研究，考察了溶液的p h 值、胶束浓度和有机改性剂对分离的影响， 添加阴离子表面活性剂的胶束毛细管电泳法可使各组分达到基线分离。该方法 应用于原药、可湿性粉剂实际样品的测定时，其结果令人满意，国内未见类似 文献报道。 中国科学技术大学博士学位论文：摘要 a b s t r a c t a sam i c r o 。c o l u m ns e p a r a t i o n t e c h n i q u e ，c 印i l l a r ye l e c 们p h o r e s i sh a v eb e e n h i 曲l i 曲t e db ym o r ea 1 1 dm o r ea n a l y s t sd u et oi t sh i g he m c i e n c y ，g o o dr e s o l u t i o n ， r a p i ds e p a f a t i o n ，f e w e rv 0 l u r n ea n dl e s sp o l j u t i o n n o wi t sd e v e l o d m e n ti sf o c u s e d o nt 1 1 r e e p a n s ：d e v e l o p i n ga n di m p m v i n gt h ei n s t m m e n t ，a p p l i c a t i o ni nd i 氐r e n t 6 e l d sa n d p e r f e c t i n gt h er e l a t i v ep r i n c i p l e s t h eb a s i ct a s ko f a n a l ”i c 出c h e m i s t r yi st oa c h i e v et i l ei n f o m a t i o no fc h e m i s t r v p m p e n y w h i c he m c i e n c yw i l ld e c i d et h eg o o d n e s so f a 1 1 a l ”i c a lm e t h o d d e s i 目o f e x p e r i m e n t s ( d o e ) ，a s a i l i m p o r t a n tc h e m o m e 缸c “m e t h o d ，f o c u s e so nh o wt o c o n d u c ta l l dp l a i le x p e r i m e n t s s c i e n t i f i c a l l yi no r d e rt oe x t r a c tm em a ) 【i m 啪锄o u l l t o f a i l a l y t i c a l i n f o n i l a t i o no ft h er e l a t i v es a i 】叩l e si n 血ef e w e s tn 啪b e ro fm n s e v e r y f i e l dr e l a t i v et ot h ee x p e r i i n e n “s c i e n c e sc o n t a i l l si t sa p p j i c a 廿o n f o r r nt h e s ea s p e c t s ，w eh a v ed o n et l l ef o l l o 、v i n gr e s e a r c hw o r k s ： ( 1 ) w e h a v es e i f - d e s i g i l e da i l dm a l l i l f h c n l r et h es p e c i a lc 印i l i a r ye l e c t r o p h o r e s i sc e l l o nt h eb a s i so f 出ed e t e c t o ro f 1 1 i g hp e 渤姗a n c el i q u i dc h m m a t o g r a p h y 。( 2 ) s o m e r e l a t i v em e t h o d so fd o ea n do p t i m i z a t i o nh a v eb e e na p p l i e di n 也er e s e a r c ho fc e m e t h o d o i o g y ，a i l dt h ed i s a d v a n t a g e so fs o m ec i 鼬s i c a io p t i m i z a t i o nh a v e b e e n i m p m v e d 。( 3 ) s e p a r a n o na n dd c t e m m a t i o n o f p e s t i c i d e sh a v e b e e ns t u d i e d 锄d 岫 r e l a t i v ep r i n c i p l e sh a v eb e e nd i s c l l s s e d m y d i s s e r t a t i o nc o n s i s t so fs i xc h a p t e r s i nc h a p t e r1 ，m er e c e n t 印p l i c a t i o no fd e t e 功1 i n a t i o n 趾ds e p 粼t i o no f p e s t i c i d e b yc 印i l l a r ye l e c 怕p h o r e s i s ( c e ) a n dt l l e 印p l i c a t i o no fc h e m o m e t r i c a lm e 曲d si n a n a l ”i c a lc h e m i s 仃) ，e s p e c i a l l yi nm ef i e l do fc e ，a r er e v i e w e d ，f i l r t h e m l o r e ，t 1 1 e a d v a l l t a g ea n dd e v e l o p m e n tt e i l d e n c ya r ea l s op o i n t e do u t t h eb a s i so nw h i c ho u r r e s e a r c hf o c u s e so ni ss u p p o r c e d i nc h 印t e r2 ，as p e c i a i i z e dc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i sc e uh a sb e e ns e l f ：d e s i g n e d a 1 1 dm a i i u f k t i e d ，w h i c hc a nb ei n s t a l l e di nt l ed e t e c t o ro f h i g l lp e r f o m a l l c el i q u i d c 1 1 r o m a 幻g r a p h yi m p o r t e d 丘o ma m e r i c a a n di t ss e n s “i v i t yc a nb ee i 山a n c e db yl e n s f o c u s i n g t h r e es u b s t i t u t e db e i l z e n ec o m p o u n d sh a v es l l c c e s s m l l yb e e ns e p a r a t e d a l l dd e t e r i i l i n e dw i t ld i 彘r e n tk i n d so fc ec e l l s ，t l l ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s l a v es h 0 、v i l t h es e n s i t i v i t yo f s e l f d e s i g n e dc e c e l lc o u l dr e a c ho rb ec l o s et om a to f i m p o r t e dc e c e l l ，b u tt h ec o s ti so n l ya b o u t 5p e r c e n to f t h a t i nc h a p t e r3 ， 中国科学技术大学博士学位论文：摘要 ( 1 ) t h ea p p l i c a b i l i 够o f o r n l o g o n a la r r a yd e s i g n s ( o a d s ) f o rt h eo p t i m i z a t i o no f s e p a r a t i o ni nm i c e l l a re l e c 仃o h n e t i cc 印i 1 i a r yc h r o m a t o 孕印h yw e r ei n v e s t i g a t e d t h ee 艉c to ff o u rp a r 姗e t e r sw e r ei n c l u d e d p h ，c o n c e m r a t i o n so fs d s ，c da n d m e t h a n o l ( c h 3 0 h ) ，w l l i c h 、v c r el i k e l y t o a f i e c t 山e q u a l i t y o ft l l e s e p a r a t i o n 0 p “m u r l ls e p a r a t i o nc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e d ，w h i c hg a v eg o o dr e s o l u t i o no f t h e c o m p o n e n t so f o 、m 、p n i t r o l u e n ea n d2 ，4 一d i n i 订o t o i u e n ew i m i n3 0 m i n ( 2 ) s j xd i f f e r e n ts u b s t i t u t e db e i l z e n ec o m p o u l l d s 聃，e r es e p a r a t e db yc e t e c h l l i q u e a 1 1 dt h es 印a r a t i o n e f f i c i e n c yo f 让l r e ec e m o d e so nt h es e p a r a t i o nw e r e c o m p a r e d a r a p i d ，s e n s i t i v ea i l dq u a n t i t a t i v eh p c em e t h o dw 够e s t a b l i s h e du s i n go n h o g o n a l a r r a yd e s i g n t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e s ec o m p o u n d su n d e rc d m e c c c o u l db e q u a n t i f i e dr e s p e c t i v e l yi nt h er a i l g eo fc o n c e 呲r a t i o n s3 0 3 0 0 m l t h em e 也o dw a s 印p l i e dt ot h ed e t e m l i n a t i o no fw a s t ew a t e ri no l l rl a ba n d 也es a t i s f k t o r yr e s l l i tw a s o b t a i n e d ( 3 ) s e p a r a t i o ni nm i c e l l a re l e c t r o k i n e t i cc 1 1 r o m a t o g r a p h yi si 1 u e n c e db ym a n y f a c t o r s t h es 印a r a t i o no f9 p e s t i c i d e sw a so p t i m i z e du s i n go n h o g o n “a r r a yd e s i g i l s ( o a d s ) ，f i v er e l e v 强tf a c t o r sw e r ei n v e s t i g a t e d ：帅ea 1 1 dc o n c e n 妇t i o no fs u d - a c t a l l t ， c o n c e n t r a t i o no f b u 脏r ，p h a n dc o n c e 曲砒i o no fu r e am o d i f i e li nm e丘r s t e x p e r i m e n t ，f i v ef h c t o r sw e r ee x a m i n e da tt 、o l e v e l su s i n ga no a l 6 ( 2 1 5 ) m 砌x ，b y w h i c ht h ee 腩c to fe a c hf a c t o rw a se s t i m a t e db yv a r i a n c _ e 锄a l y s i sa l l di n d i v i “a l c o n t r i b u t i o n sa sr e s p o i l s ef u n c t i o n b a s e do nt h er e s u h so f 也ef i r s te x p e r i m e n t ，t h r e e m o s ti m p o n a l l tf a c t o r s 、v e r ec h o s e nf o rm m l e r o p t i i n i z a t i o nu s i n go a 9 ( 3 4 ) m a 仃i x t o l o c a t em o r ee x a c tl e v e l sf o re a c hv 鲥a b l e f 砌l y ，9 p e s t i c i d e s w a sa c h i e v e d b a s e l i n e s e d a r n i o nw i t l l i n1 5 m i n 1 n c h a p t e r 4 ， ( 1 ) t h eu s eo f t 、o o p t i m l z a t i o ns c h e m e sf o rt h es e p a r a t i o no f9p e s t i c i d e sw 鹊 d e s c r i b e d 1 1 1 et r i a n g u l a ro v e r i a p p i n gr e s o h l t i o nm 印p i n g ( o i 己m ) s c h e m ea 1 1 dc u b i c o r ms c h 锄ew e r ec o m p a r e dt oo p t i m i z et h et 1 1 r e er e j e v a l l tp a r 姗e t e r s ，s u c ha st 1 1 e c o n c e m r a t i o no fs l l r f a c t a l l t ，t t l ec o n c e n 仃a t i o no fi n e t l l a i l o la n db m a i l 0 1 b y c o n d u c t i n gp r e p l 黝e de x p e r i m e n t st t l a ts p a nt h em a ) 【i m 吡w o r k i n gr a n g eo ft 1 1 e s y s t e m ，o v e r a l lo p t i m u mc o n d i t i o n sf o rs e p a r a t i o nc a i lb eo b t a i n e d t bc o n f i 玎nt h e v a l i d i t yo ft w o0 r ms c h e m e s ，a d d i t i o n a le x p e 血n e m su s i n gt h eo p t i m m c o n d i t i o n s p r e d i c t e db y 血es c h e m e sw e r ep e r f o 彻e d t h er e s 山t sd e m o n s t r a t e dt l l a tm a i l g i e 中国科学技术大学博士学位论文：摘要 o r ms c h e m ew a sm o r e e 丘e c t i v ei nm es a m es e l e c t i v ew o r k i n g r a n g e ，o t h e n i s e ，t h e c u b i cs c h e m ec o u l d p r e d i c tm o r ew i d e ro p t i m i z a t i o nr a l l g e f i n a l l y ，9p e s t i c i d e sw a s a c h i e v e d b a s e i i n e - s e p a r a t i o n 、v i t h i n3 0 m i na c c o r d i n gt ob o mo p t i m i z a t i o nc o n d i t i o n ( 2 ) i n t h i s p 印e r a p p l i c a t i o n o fa f o u r - d i m e l l s i o n 副o v e d a p p i n gr e s o l u t i o n m 印p i n gt o t l l e o p t i m i z a t i o no fm i c e l l a re l e c 廿o k i n e t i c c h r o m a t o g r a p l l yu s i n g8 h e r b i c i d e sa sm o d e l c o m p o u n d s i sd e s c r i b e d f o u rr e l e v a m p a r a m e t e r sw e r e c o n s i d e r e df o rt h eo p t i m i z a t i o n ，s u c ha st h ec o n c e n t r a t i o no fs u r f a c t a n t ，p h ，t h e c o n c e n 妇t i o no fo 玛a l l i c m o d 硪e r ( m e t l l a l l 0 1 ) a l l dp h o s p h a t c b yc o n d u c t i n g l6 p r e p l a r m e de x p e r i m e n t s t h a ts p a n 也em a x i m u r r l w o r k i n gr a n g eo f t h es y s t e m ，o v e m l l o p t i m 眦c o n d i t i o n sf o rs e p a r a t i o nc a i lb eo b t a i n c d f i n a l l y ，a l ls t u d i e da 1 1 a l y t e sw e r e a c h i e v e db a s e i i n e - s e p a r a t i o nw i t h i n2 0 m i n a c c o r d i n gt o 也eo p t i m u r nc o n d i t i o n ( 3 ) a na p p r o p r i a t eo p t i m i z a t i o ns t r a t e g ys l o u i db eu s e dt of i n dg o o ds e p a r a t i o n c o n d i t i o n si nt h es h o r t e s tt i m ea 1 1 daf e wo fe x p e r i n l e n t s ，w h i c hc o u l da s s u r et 1 1 e b a s e l i n e s e p 删i o no f a l lc o m p o n e m s i ti su s u a l l yr e a l i z e db ym e a i l so f s p e c i a l i z e d c o m p u t e rp r o 孕吼s i nt 1 1 i sp a p e r ，t 1 1 eu s eo ff i v eo v e r l a p p i n gr e s o l u t i o nm a p p i n g s c h e m e sh a v eb e e n 抽订o d u c e d ，o n eo fw h i c hi s p e r f o n n e dt oo p t i m i z et h r e e p a m m e t e r ss i m u l t a n e o u s l yo n l yt l l r o u 曲1 0p r e p l 黝e dc x p e 五m e n t s t h em o d e ji s s i m p l ea n dc o m m o n 、v i m o u tt l l e o r e t i c a l 矾t h m e t i cf o rm o s tc l l r o m a t o g m p h e r s ，b y w h i c ht h em i l l t i - c r i t e r i ao p t i m 啪c o n d m o n s 锄dr e s u l t so fe x p e r i m e m sc o m db e e a s i l yo b t a i n e d i nc h a p t e r5 ，t h em e c c s c p 锄t i o no f5n m e t h y l c a r b 锄a t ew a ss t l l d i e d b yu s i n g s o d i u md o d e c y ls u l f 缸e ( s d s ) ，s o d i 啪c h o i a t ea n ds o d i 啪d e o x y c h l o l a t e ( d o c ) i na 1 0m mb o r a t eb u 腩ra tp h9 3 t oi n c r e a s em e s o l u b i l 酊o f t h es 0 1 u t e si n 血em o b i l e p h a s ea n de n h a n c et h es e p a r a t i o n ，n - a l c o h o l ss u c h 韶m e t l l a n 0 1 ，e t h a n o l ，1 一p r o p a l l o i a n dn - b u t a n o lh a v eb e e na d d e dt ot h en l n n i n gb u 航r ，i n n u e n c e so ff b l l ro 礓a 1 1 i c m o d i f i e r so n 也es o l u t er e t e r 岖o na n d 也ee l e c t k i n e t i c m i 帮a t i o ni n m i c e l l a i e l e c t r o k i n e t i c c h r o m a t o 孕a p h y ( ! k c ) a r ei n v e s t i g a t e d t h es e p a r a t i o n o f5 n m e t l l y i c a r b a m a t ei nt l l r e eb 证r e rs y s 姒n s c a l lb eb 船e l i n e - s 印盯a t e db y 也ea d d i t i o n o fs u i t a b l e 帅ea n dc o n c e n 打a t i o no f 出i p h a i i ca l c o h o l s h o w e v e r ，t 1 1 ea d d i t i o no f o r g a i l i cs o i v e n t st o 也eb u 髓ri si i m i t e db e c a u s em eh i g l lc o n c e n t r a t i o no fo r g a n i c s o i v e n t ss e r i o u s l yi n 王l i b i tm i c e l l ef o n n a t i o n i nc h a p t e r6 ，f i v el ( i n d so fd 豫r e n t p e s t i c i d e s ，s u c ha ss j m a z i n e ，a t 抛i j l e ，c a r b a r y j 中国科学技术大学博士学位论文：摘要 锄e t i y n e a n d p m m e t r y n w e r e s e p a r a t e db y c et e c h i l i q u ea n dt h ee f f 色c t so f e x p e r i m e mp a r 锄e t e r si n c l u d i n gp h ，t 1 1 ec o n c e m r a t i o no fs u r f a c t a n ta j l do r g a l l i c m o d i n e ro nt h es 印m t i o nw e r e i n v e s t i g a t e d a tm es 锄et i m ear a p i d ，s i m p l ea 1 1 d q u a n t i t a t i v eh p c em e t l l o dd e t e m l i n i n gt h ea c t u a ls 锄p l e so ff i v ep e s t i c i d e sw a s e s t a b l i s h e d ，t h es a t i s f a c t o r yr e s u l tw a so b t a i n e d 中国科学技术大学博士毕业学位论文：绪论 第一章绪论 第一节引言 信息时代的来临对分析化学产生了深远的影响，目前化学计量学已深入到 分析化学的各个领域。随着组合化学、超分子化学、纳米科学技术、生物基因 工程、高维仪器及其联用技术等新兴领域的不断涌现，分析化学工作者在测量 和表征过程中所获取和处理的信息量越来越大，面i 临的问题越来越复杂。因此， 化学计量学在当今的化学及分析化学领域中占据越来越重要的地位。它应用统 计学、数学与计算机科学的方法，设计或选择最优测量方法，通过分析化学数 据，提供最大限度的实验信息。 化学计量学的研究方向很多，它涵盖了化学测量和表征的全过程，包括采 样与检验、实验设计与优化、多元校正与分辨、信号处理、参数估计、模式识 别、构效关系、谱库系统、专家系统等十几个分支。其中优化问题就是一个永 恒的主题，其它分支也常常涉及到寻优过程或转化为优化问题来处理。 随着大量易学易用的计算软件的商业化以及计算机性能的迅速提高和价 格的显著下降，使得许多并不具备深厚化学计量学、统计学基础的科技工作者 也能方便地使用一些软件来解决自己研究工作中遇到的些实验优化及模型设 计的问题。最常用的这样的软件如s a s 、s p s s 等。 这些软件多属于通用软件，人们只需要根据要解决的问题按程序的合法规 则写出输入文件并运行，接下来只是等待输出结果，中间过程不需人工干涉。 然而，我们遇到的研究体系和所需要的计算化学变量往往存在一定的差别，哪 种方法优化方法更适合解决所研究的问题? 怎样计算得更简单? 这在一定程度 上与研究人员在该领域的理论背景有直接关系。作为分析化学专业工作者，还 应该能使用些数据处理的专家软件，如m 甜1 e m a t i c s ，m 札a b ，o r i g i n 和e x c e l 等，应该会编制一些简单的程序，如f o r t 眦，c 语言等。 这篇论文有三个目的，第一个目的是解决在自组装的毛细管电泳仪上，如 何在普通紫外检测器的基础上提高检测的灵敏度问题。其二是进行有关实验设 计及过程优化的研究，问题的解决一方面通过一些常用实验优化软件解决实验 设计和数据处理的问题，另一方面通过自己编制的程序来解决一些较为复杂的 中国科学技术大学博士毕业学位论文：绪论 过程寻优问题。本论文的第三个目的是采用毛细管电泳法对农药进行一些方法 学的研究，这方面的工作国内起步较晚，国外同行研究报道较多，本文结合我 国农药使用的实际情况对常用的一些农药进行了分离测定研究，特别是对复配 农药或制剂的测定将是常用气相色谱法、液相色谱检测方法的有力补充。 中国科学技术大学博士毕业学位论文：绪论 第二节毛细管电泳在农药分析中的应用 l 前言 毛细管电泳( c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ，c e ) 技术是一种高效、快速的新型分 离技术。1 9 8 1 年j o 唱e n s o n 和l i l l ( a c s 旧1 首先创立了现代毛细管电泳。1 9 8 4 年， t e r a b e l 4 】提出了以被分析组份在毛细管内的胶束和缓冲溶液之间的分配为基础 的胶束动电毛细管色谱( m e c c 或m e k c ) ，使得中性物质的测定成为可能。 1 9 8 8 一1 9 8 9 年出现了第一批毛细管电泳商品仪器。由于它可以分离从离子到中性 分子、从小分子到生物大分子的一系列化合物，尤其是符合生物工程为代表的 生命科学领域内多肽、蛋白质、d n a 的分离分析及环境实际样品分析的要求， 因此近十多年来得到了迅猛的发展。虽然毛细管电泳技术用于农药的分析起步 较晚，但作为一种高效分离技术，c e 已显示出极大的潜力。近年来，国外毛细 管电泳技术用于农药分析的报道逐年增多【5 - i ”，而国内还未见有人进行系统研 究。本文综述了近年来毛细管电泳在农药分析中的应用情况，并对其前景进行 了展望。 2 毛细管区带电泳( c z e ) 农药按防治对象不同可分为除草剂、杀虫剂、杀菌剂，从其结构上讲又可 分为手性和非手性农药。由于它是由结构差异很大的有机化合物组成，其中很 多还是几何、光学异构体或对映体，在水中的极性、溶解度、离子化程度各不 同，因此其操作模式就有一定的差别。采用毛细管区带电泳分离的农药主要是 那些在水溶液中呈离子态的或可离子化的化合物，其分离原理主要是基于它们 在形状或者是质荷比上的差异。 c a i 和e lr a s s i 【1 2 1 在分离两种阳离子型( 季胺离子) 除草剂时发现，尽管 p a r a q u a t ( 对草快) 、d i q u a t ( 敌草快) 二者质荷比接近，但分子形状有差异，因此， 可以在p h 3 5 9 5 的范围内得到分离，其理论塔板数可达每米2 0 0 0 0 0 到3 0 0 0 0 0 之间，由此可见c z e 的潜力。在此基础上，g a l c e r a i l 【3 1 等也采用毛细管区带电 泳间接紫外法测定了包括对草快和敌草快在内的5 种季胺类除草剂。后来，l a z e r 和l e e 【1 4 】将飞行时间质谱( t o f m s ) 与毛细管电泳仪的联用，采用样品堆积技 术进样对这两种农药进行分离研究，检测限可提高到1 0 。7 m o l 。k a r l l i a i l s k 【1 5 】等 也从事过同类工作，实验分离了3 种季胺盐除草剂，不过采用的是激光诱导荧 光检测器，因此大大地提高了检测限。 3 中国科学技术大学博士毕业学位论文：绪论 三嗪( 均三氮苯类) 作为一种除草剂，它的氮芳环在水溶液中能够质子化， 产生相应的离子，s c h m i “1 6 1 等曾在1 1 m i n 内分离了1 9 种不同取代基的三嗪，文 章论述了缓冲溶液的p h 对各种不同取代基三嗪( c 1 、一o h 、一o c h ，、一s c h ，) 分离的影响，当缓冲溶液的p h 在p k 。2 一p k 。( 三嗪) 范围内，除氯三嗪外，其它 几种作为阳离子的三嗪均可获得良好的分离，迁移时间与分子的质量有关。另 外作为阳离子的氯三嗪的降解物可在p h = 8 左右测定，大多数三嗪的检测限为 0 0 5u m l 。 苯氧羧酸类除草剂因其均含有羧酸基团，因此也可以采用毛细管区带电泳 法进行分离测定。g a m s o n 用该法在1 5m i n 内分离了4 种苯氧羧酸类除草剂 ( 2 ，4 ，5 涕丙酸、2 甲4 氯丙酸、2 ，4 滴丙酸及2 ，4 一滴，其中前三种农药具有 光活性) 。 许多磺酰脲类农药呈酸性，g r a c i a 【1 8 】将电泳和质谱联用，建立了测定了磺 酰脲类农药的方法，其中的8 个弱酸性组份在5 m i n 中内就得到了快速分离。另 外，在线的在串列式质谱方式( c e - m s m s ) 可以得出3 0 p m o l 量的这些化合物的 全扫描的诱导碰撞质谱图【1 9 】。 有机锡类农药常用作杀虫剂、杀菌剂和生物杀伤剂，大多数此类农药都缺 少荧光活性或发色团，一般需要在缓冲溶液中加入增强紫外吸收背景的物质。 w h a l l g f 2 0 】等就采用在5m m o i 尼的乙酸盐溶液中加入3r n m o l 几的氨基吡啶间接 紫外法测定了多种有机锡类农药。 在毛细管区带电泳过程中，有机溶剂常用作广泛的添加剂，在分离三嗪( 均 三氮苯类) 除草剂时，就有采用非水溶液毛细管电泳的报道f 2 l 】，在水溶液中分 离困难的氯三嗪类农药，采用在1 0m m o l l 高氯酸缓冲溶液中分别加入乙腈、 甲醇或者二者的混合溶液后就可以得到良好的分离。2 ，4 滴和2 甲4 氯丙酸是 常用的两种苯氧羧酸类除草剂，二者只是苯环上的一个取代基不同，但在含5 0 乙腈的磷酸硼砂缓冲溶液中，1 5r n i n 内亦可得到基线分离2 2 1 。 西玛津和阿特拉滓属于三嗪类除草剂，二者在水中的溶解度很低，在萃取 时或者是当标准溶于水酒精介质的过程中，即使是在室温下也会发生溶剂取代 反应。f o r e t 【2 3 1 等认为将样品溶解在口h 为3 的水或水甲醇介质中可抑制取代反 应，另外在2 0m m o l 几的三羟基甲基氨