（分析化学专业论文）复杂体系分离方法与判别分析研究.pdf

摘要 摘要 复杂样品物质分析是分析化学的一大难题，其难点在于如何提高分析准确 度和灵敏度。成功的样品分离可以去除基体影响、分离干扰物质、富集待测组 分，从而提高检测的准确度和灵敏度。因此，进行复杂样品分析时，采用高效 的分离方法尤为重要。此外，模式识别方法用于复杂体系的信息提取时，复杂 的基质会导致光谱、色谱的背景较高，影响分类鉴别结果，所以选用合适的数 据预处理方法对光谱、色谱进行预处理很重要。本论文用树脂吸附法对果汁、 环境水中的多酚类物质进行了分离、预富集，提高了分析灵敏度；用多种数据 预处理方法对油样的光谱进行了背景校正和背景扣除，提高了油样鉴别的准确 性。具体内容如下： 1 果汁中绿原酸的含量与新鲜水果的色泽、风味及稳定性密切相关，并为 果汁营养价值的评价及果汁掺假提供依据。但是果汁中绿原酸含量很低，基质 复杂，因此对果汁中绿原酸的准确定量很困难。本工作考察了x a d - 4 、x a d 7 、 a b 8 三种大孔树脂对绿原酸吸附、脱附的最佳条件，并比较了其回收率，结果 说明x a d 4 的回收率较高，因此选择x a d 4 用于果汁中绿原酸的分离。采用 反相高效液相色谱二极管阵列检测器( i 冲h p l c d a d ) 对绿原酸进行检测，标 准曲线的浓度范围为o 5 1 0 0m gl 1 ，回归系数为0 9 9 9 8 ，检测限为o 0 4m gl 1 ( s n = 3 ) 。用x a d 4 对苹果汁和葡萄汁进行了分离、预富集，检测出其绿原 酸含量分别为3 7 3 ，o 4 4m gl 。此结果说明，当果汁中绿原酸含量低于标准曲 线浓度范围时，但此方法仍然能够对其进行准确的定量。因此，此工作提高了 绿原酸的检测灵敏度，为果汁的质量控制提供了可行的方法。 2 废弃的烟头里含有大量的多酚类化合物，如绿原酸、芸香苷、咖啡酸等， 一方面，它们作为天然的活性成分，在医药、食品、工业领域有重要的应用； 另一方面，这些有机物质释放到环境以后，通过水循环到土壤、河流、湖泊等 各个地方，造成严重的环境污染。因此，对环境水中多酚类物质进行检测和回 收有着重要的经济意义和环保价值。本工作用大孔树脂吸附法对水溶液中的微 量多酚化合物( 绿原酸、七叶亭、咖啡酸、莨菪葶、芸香苷、槲皮素、莰菲醇) 进行预富集，建立了七种多酚物质的r p h p l c d a d 分析方法。本工作对吸附 摘要 剂量、吸附平衡时间、溶液的p h 、脱附液体积等条件进行了优化，多酚标准溶 液的回收率达9 3 以上，相对标准偏差低于2 0 仍= 5 ) ，富集倍数约为5 0 。 将此方法应用于模拟的烟头废水溶液，检测出绿原酸和七叶亭，浓度分别为3 2 8 嵋l - 1a n d1 9 2 l gl - 1 。除去槲皮素的加标回收率为6 3 外，其它六种多酚物质 为8 3 一9 5 。本工作建立了一种微量多酚化合物的测定方法，可为环境监控 和多酚化合物的回收提供一种可行的方法。 3 海洋溢油是主要环境灾害之一，而且近年来其发生频率呈上升趋势。快 速地对油品进行种类鉴别、来源评估有利于及时采取应急措施，因此具有重要 意义。由于油类样品基质复杂，光谱背景较高，且测量条件的变化易使光谱漂 移，影响分类结果的准确性。针对以上问题，本工作用衰减全反射傅立叶变换 红外光谱( a t r f t 瓜) 对2 5 种不同来源的油样进行检测后，采用多种数据预处 理方法对原始光谱进行背景校正和背景扣除，然后用主成分分析( p c a ) 和系统 聚类分析( h c a ) 对样品进行了分类。结果表明多元散射校正( m s c ) 和连续 小波变换( c w t ) 方法可以提高分类的准确性，使用这两种预处理方法后进行 模式识别对正构烷烃差异较大的油品进行了很好地区分，且分类结果与油样的 实际来源一致。因此，本工作提供了一种快速的油品鉴别方法，可用于溢油事 件的初步鉴定，从而为油品的进一步鉴定提供有用信息。 关键词：多酚；油样；高效液相色谱；衰减全反射傅立叶变换红外光谱；分类 a b s t r c a t a b s t r a c t a n a l y s i so fa n a l y t ei nc o m p l i c a t e ds a m p l eh a sb e e nac h a l l e n g et a s ki na n a l y t i c a l c h e m i s t r yb e a c a u ei ti sd i f f i c u l tt oi m p r o v et h ea n a l y t i c a la c c u r a c ya n ds e n s i t i v i t y s u c c e s s f u ls e p a r a t i o no ft a r g e tc o m p o n e n t sf r o mt h ec o m p l i c a t e dm a t r i xi sac r u c i a l s t e pb e c a u s ei tc a l le l i m i n a t et h em a t r i xi n t e r f e r e n c e s ，s e p a r a t et h ei n t e r f e r e n c e c o m p o n e n t sa n dc o n c e n t r a t et h ea n a l y t e s f u r t h e r m o r e ，w h e np a t t e r nr e c o g n i t i o ni s u s e df o ri n f o r m a t i o ne x t r a c t i o nf r o mc o m p l i c a t e ds y s t e m ，c o m p l i c a t e dm a t r i xa l s o i n f l u e n c e sc l a s s i f i c a t i o nr e s u l t sb e c a u s ei tw i l lb r i n go nh i g h b a c k g r o u n dl e v e l so ft h e s p e c t r ao rc h r o m a t o g r a m c o n s e q u e n t l y , d a t ap r e t r e a t m e n ti sv e r yi m p o r t a n t i nt h i s d i s s e r t a t i o n , s o l i dp h a s ee x t r a c t i o nm e t h o dw i t hm a c r o p o r o u sa d s o r p t i o nr e s i n sw a s u s e df o rt h es e p a r a t i o na n dp r e c o n c e n t r a t i o no fp o l y p h e n o l si n f r u i tj u i c e sa n d e n v i r o n m e n t a lw a t e r , w h i c hi m p r o v e dt h e a n a l y t i c a ls e n s i t i v i t y m o r e o v e r , v a r i o u s d a t ap r e t r e a t m e n tm e t h o d sw e r eu s e df o rb a c k g r o u n dc o r r e c t i o na n dr e m o v a l w m c h i m p r o v e dt h ea c c u r a c yo fo i lc l a s s i f i c a t i o n t h ec o n t e n t so ft h i st h e s i si n d u d e ： 1 am e t h o dw a sd e v e l o p e df o rd e t e r m i n a t i o no fl o w 1 e v e lc h l o r o g e n i ca c i di n f r u i tj u i c e sb yr e v e r s e d - p h a s eh 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 - d i o d ea r r a y d e t e c t o r ( r p - h p l c - d a d ) c o m b i n e dw i t hp u r i f i c a t i o ns t e p t h r e em a c r o p o r o u s a d s o r p t i o nr e s i n sw i t hd i f f e r e n tp h y s i c a lp r o p e r t i e sw e r eu s e df o re x t r a c t i o na n d s e p a r a t i o no fc h l o r o g e n i ca c i d t h er e c o v e r i e sw e r ec o m p a r e da n dx a d 4w a s s e l e c t e d c h l o r o g e n i ca c i di nf r u i tj u i c e sw e r ea n a l y z e dw i t ht h eo p t i m a lc o n d i f i o n s t h er e s u l t ss h o wt h a tc h l o r o g e n i ca c i dc a l lb e q u a n t i f i e de x a c t l ye v e nw h e nt h e c o n c e n t r a t i o nw a su n d e rt h el i n e a rr a n g e t h i sw o r k p r o v i d e sas e n s i t i v em e t h o df o r t h ea n a l y s i so fc h l o r o g e n i ca c i da n dt h e r e f o r ep r o v i d e saf e a s i b l em e t h o df o rq u a l i t v c o n t r o lo f j u i c e s 2 am e t h o df o rd e t e r m i n a t i o no fs e v e n p o l y p h e n o l s ( c h l o r o g e n i ca c i d ，e s c u l e t i n , c a f f e i c a c i d ，s c o p o l e t i n ，r u t i n ，q u e r c e t i n a n dk a e m p f e r 0 1 ) b yr p h p l c d a d c o m b i n e dw i t h p r e c o n c e n t r a t i o nw a s d e v e l o p e d t h ep r e c o n c e n t r a t i o n w a s a c c o m p l i s h e db ya d s o r p t i o n d e s o r p t i o nm e t h o dw i t hx a d 4 t h ek e yp a r a m e t e r so f i i i a b s t r c a t t h es e p a r a t i o n , i n c l u d i n ga m o u n t so fr e s i n ，a d s o r p t i o nt i m e ，p ho ft h ea d s o r p t i o n s o l u t i o na n dt h ev o l u m eo fm e t h a n 0 1f o rd e s o r p t i o nw e r eo p t i m i z e d r p - h p l c d a d w a se m p l o y e df o rt h eq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s w i t hs t a n d a r ds a m p l e s ， t h er e c o v e r i e sf o rt h ep r e c o n c e n t r a t i o ns t e pa r e9 3 9 9 ，a n dt h er e l a t i v es t a n d a r d d e v i a t i o n sa r e0 2 - 2 0 ( 玎= 5 ) p o l y p h e n o l si ns i m u l a t e dt o b a c c o - p o l l u t e dw a t e r w e r ea n a l y z e dw i t ht h eo p t i m u mc o n d i t i o n s c h l o r o g e n i ca c i da n dm t i nw e r ef o u n d a n dd e t e r m i n e d ，w h o s ec o n c e n t r a t i o n sw e r e3 2 8 嵋l a n d19 2 “gl 一，r e s p e c t i v e l y t h e s p i k e dr e c o v e r i e so f t h ep o l y p h e n o l sw e r e8 3 - 9 5 e x c e p tq u e r c e t i n ( 6 3 ) a f a s ta n ds i m p l em e t h o dw i t l ll l i g hs e n s i t i v i t yi sp r o v i d e df o rd e t e r m i n a t i o no fl o w c o n t e n tp o l y p h e n o l si nc o m p l e xm a t r i c e s 3 t h ec o m b i n a t i o no fa t t e n u a t e dt o t a lr e f l e c t a n c e f o u r i e rt r a n s f o r i l li n f f a r e d s p e c t r o m e t r y ( a r r f t i r ) a n dp a t t e r nr e c o g n i t i o n ，i n c l u d i n gp r i n c i p a lc o m p o n e n t s a n a l y s i s ( p c a ) a n dh i e r a r c h i c a l c l u s t e ra n a l y s i s ( h c a ) ，i su s e da saf a s ta n d c o n v e n i e n ta n a l y t i c a lt o o lt oc l a s s i f yo i ls a m p l e s t w e n t yf i v ea n a l y s e ds a m p l e s i n c l u d ec r u d eo i l sa n df u e lo i l sw i t hd i f f e r e n tt o t a lc o n t e n t so fn a l k a n e s i tw a sf o u n d t h a tm u l t i p l i c a t i v es c a t t e rc o r r e c t i o n ( m s c ) a n dc o n t i n u o u sw a v e l e tt r a n s f o r m ( c w t ) a sap r e t r e a t m e n tm e t h o dc o u l di m p r o v et h ec l a s s i f i c a t i o nr e s u l t so fp a t t e r n r e c o g n i t i o n t h ec l a s s i f i c a t i o nr e s u l t sw e r ep r o v e dt ob ei na g r e e m e n tw i t ht h eo r i g i n o ft h eo i ls a m p l e s t h eo i l sw i t hh i g hc o n t e n to fn - a l k a n e sa n dt h o s ew i t hl o wc o n t e n t w e r ec l a s s i f i e dc l e a r l yb yt h i sd e v e l o p e dm e t h o d ，b u ti ts t i l lh a ds o m ec o n s t r a i n tf o r d i f f e r e n t i a t i n go i l so fl i t t l ed i f f e r e n c e t h i sw o r kp r o v i d e saf e a s i b l em e t h o df o r q u i c k l yc l a s s i f i c a t i o no fo i l s ，w h i c hc a nb eu s e df o r t h ei n i t i a li d e n t i f i c a t i o no fs p i l l o i l sa n da f f o r d su s e f u l i n f 0 1 t n a t i o nf o r t h ef u r t h e ri d e n t i f i c a t i o no ft h eo i l s k e yw o r d s ：p o l y p h e n o l s ；o i l ；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 ；i n f r a r e d s p e c t r o m e t r y ；c l a s s i f i c a t i o n i v 南开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。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：矗l 焉 叩年譬月暑e l 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、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o ，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o ，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。 学位论文作者签名：、j 编 加。p 年歹月弓1 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 南开大学学位论文电子版授权使用协议 ( 请将此协议书装订于论文首页) 论文复杂件豸、令岛秀该乞纠芬j 苈齐可砷蚀 系本人在 南开大学工作和学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系本作品的唯一作者( 第一作者) ，即著作权人。现本人同意将本作品收 录于“南开大学博硕士学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文电子 版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。 本人完全了解g 直珏盔堂图盘绾苤王堡在! 焦旦堂鱼途塞的笪堡盘选滏! 同意 南开大学图书馆在下述范围内免费使用本人作品的电子版： 本作品呈交当年，在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及论文全文部分 浏览服务( 论文前1 6 页) 。公开级学位论文全文电子版于提交1 年后，在校园网上允 许读者浏览并下载全文。 注：本协议书对于“非公开学位论文 在保密期限过后同样适用。 院系所名称： 札学鬯f 堤 作者签名： 支 ) 信 学号： z i 三0 口d6 心 日期：列。，年芎月67 日 第一章综述 第一章综述 第一节引言 复杂样品前处理在仪器分析中至关重要，也是分析化学中极具挑战性的课 题。复杂样品组分种类多，不同组分的含量差别较大，而且很多待测组分含量 很低，易受其它组分的干扰，因此给分析测定带来了一系列的困难。分析化学 中的分离以定量分析为目的，它可以除去体系中的干扰物质、浓缩待测痕量组 分，提高分析方法的准确度和灵敏度。此外，成功地分离还可以保护色谱柱和 分析仪器，使它们有较好的重现性和较长的使用寿命。本章对几种重要的分离 方法进行了详细论述，并对其最新的应用进展进行了总结。 在实际样品分析中，仅靠仪器分析方法往往是不够的。一方面，仪器分析 在短期内即可提供大量数据，如果我们还只是采用传统的数据处理方法，如对 光谱、波谱只取其峰值，对色谱只计算面积等，就不能适应现代分析化学的要 求，这样做的结果只能造成大量有用信息的浪费。特别是进行大批量样品分析 时，用于表征的变量数也增加，如何从原始大量数据中最大限度的提取有用信 息已成为一个亟待解决的课题；另一方面，对于中药、原油、食品等复杂样品， 成分很复杂，有很多未知的成分，并且一般重要成分的含量较低，工作人员只 能根据单个或数个指标成分进行鉴定和质量控制，因此在许多情况下不能达到 较好控制质量的目的。而借助化学计量学方法就可以解决以上问题。因此，本 章还总结了模式识别方法在复杂体系信息提取中的应用进展。 第二节复杂体系分离方法研究进展 传统的分离方法有液液萃取、蒸馏、索式提取、过滤、浮选法、沉淀法和 电化学分离法等。近年来，一些新的样品分离技术不断涌现，有的是对传统方 法的改进，有的是引入新的原理技术，目前广泛应用的方法主要有：微波辅助 提取、超声波辅助萃取、超临界流体萃取、加速溶剂萃取、固相萃取、固相微 萃取、液相微萃取、基质固相分散、逆流色谱技术和膜分离技术等。这些新方 第一章综述 法的共同特点是：微污染或无污染、高回收率、高效率、高选择性、易操作、 易实现微型化和自动化。本节对固相萃取、固相微萃取、基质固相分散和逆流 色谱技术的最新应用进展进行了总结。 1 2 1固相萃取 固相萃取( s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n , s p e ) 技术是2 0 世纪7 0 年代后期发展起来 的样品前处理技术，它利用固体吸附剂将目标化合物吸附，使之与样品的基体 及干扰化合物分离，然后用洗脱液洗脱或加热解脱，从而达到分离和富集目标 化合物的目的。此方法所需样品量少、处理时间短、不会产生乳化现象、对样 品污染少、不需要消耗大量溶剂。在很多情况下，固相萃取取代了传统的液一 液萃取法，成为制备液体样品优先考虑的方法，被广泛应用于制药、生物医学、 食品、环境分析和精细化工等领域。用s p e 方法处理得到的产物具有较高的纯 度，回收率一般也很耐卜3 1 ，特别是s p e 能与高效液相色谱( h p l c ) 联用进行 在线分析，越来越受到研究者的关注【4 5 | 。 高效、新型的吸附材料是研究人员追求的热点之一。选择性好、吸附容量 大、易脱附的固相萃取材料不仅能改善分离效果、提高萃取效率，而且可以提 高目标化合物的回收率和精密度。 ( 1 ) 硅胶键合的c 1 8 小柱为传统的吸附剂，自从1 9 7 8 年s e p p a k 小柱上市 以来，c 1 8 反相吸附剂已成为最广泛使用的吸附刘7 1 。但是硅胶键合的c 1 8 小柱 对极性物质的保留能力差、回收率低 8 ，9 】。另外，c 1 8 小柱还有以下几个缺点：a ) 烷基硅胶不能使用过酸或过碱的溶液；b ) 由于硅胶上有残留的硅醇基，使碱性 物质的回收率低；c ) 若需定量回收，需较大的洗脱体积；d ) c 1 8 在使用前需用 与水混溶的有机溶剂活化，且在使用过程中要求溶剂一直在流动，否则键合相 对被分析物的吸附力急剧下降，使样品的回收率很低。正是这些缺点促进了新 吸附剂的发展。 ( 2 ) 大孔吸附树脂物理化学性质稳定、选择性强、吸附容量大、解吸容易、 成本低，因此也广泛应用于s p e 中。最先使用的大孔吸附树脂为聚苯乙烯一二 乙烯基苯( p s d ) ，其对极性物质的吸附力比c 1 8 强【1 7 州。近年来有很多工作 对p s d v b 树脂进行了改进，使其更适合吸附极性物质【l0 1 。一部分是通过化学 修饰引进极性基团，如羟基、羧基、乙酰基、丙氰基、丙氨基等；一部分是加 2 第一章综述 入一种亲水性的单体进行共聚，如甲基丙烯酸脂、乙烯基吡咯烷酮等。这些树 脂综合利用了氢键、范德华力以及离子间作用力等多种形式，在性能上互相补 充，可用于各种化合物的分离。在吸附极性较强的物质时，样品溶液和溶剂一 般被调至弱酸性来防止多酚的电离，增加目标分析物在固相材料上的保留。 s c o r d i n o 等人【l i 1 z j 考察了x a d 系列、e x a 系列等1 3 种树脂对水中橘皮苷、 矢车菊3 葡萄糖苷、花青素、羟基肉桂酸的吸附、脱附，对树脂的吸附容量、 吸附p h 值、f r e u n d l i c h 常数以及树脂表面积和孔径的关系等进行了研究。 k a m m e r e r t l 3 等人用聚苯烯酸甲酯树脂对果汁中的酚酸类物质进行了吸附，并考 察了l a n g m u i r 、f r e u n d l i c h 等温线和吸附脱附的特性。聚合物树脂与反相硅胶一 样，其缺点是必须用润湿剂平衡，并且在分析前保持湿润。现在市场上有两种 通用型吸附剂克服了此缺点，即w a t e r s 公司的o a s i sh l b 和v a r i a n 公司的a b s e l u t n e x u s ，用这两种吸附剂填充的小柱具有很宽的p h 范围，不需平衡、不需活化、 不怕溶剂流干，样品可以直接上样。因此简化了样品制备过程，节约了分析时 间。 k a z u oi s h i i 等【1 4 , 1 5 】使用h p l c 方法对血浆中的芸香苷和血浆、尿液中的槲皮 素进行了检测，在测定前他们用o a s i sm a x 小柱和o a s i sh l b 小柱进行了固相 萃取。l i u 等【l6 】在提取丹参中酚酸类物质时用w a t e r so a s i sh l b 小柱进行了固相 萃取。m i c h a l k i e w i c z 等【7 用h p l c 方法检测了蜂蜜中的6 种酚酸物质和3 种黄 酮醇物质，在使用固相萃取方法进行分离时，他们考察了四种不同的填料：b o n d e l u tc 1 8 、o a s i sh l b 、s t r a t a x 和x a d 2 ，结果表明效果最好的填料为o a s i sh l b 。 ( 3 ) 免疫吸附剂( i m m u n o s o r b e n t ) 是利用抗原一抗体反应的高度亲和性和 高选择性，特异性识别与自身结构相似的组分，从而与杂质分离【l 卜1 9 1 。由于这 种吸附剂的选择性极高，而且操作简单，萃取、浓缩、分离一步即可完成，特 别适用于在线样品制备。免疫吸附剂的主要缺点是制备、分离和储存抗体很困 难，其高度的特异性亲和限制了其通用性，很难实现广泛商品化，并不适用于 大部分实验室。但也有使用混合抗体来提高其通用性的研究。 ( 4 ) 分子印迹聚合物( m o l e c u l a ri m p r i n t e dp o l y m e r s ，m i p s ) 是固相萃取研 究的一个热点。其制备过程为：在适当的溶剂中，目标分子与功能单体通过共 价或非共价作用结合，再经交联剂作用形成含有目标分子的聚合物母体，然后 通过物理或化学途径除去母体中的目标分子，即得到m i p s 。m i p s 的制备过程使 基质表面在分子水平上形成一个个空腔，因而对目标分子有很强选择性，其机 3 第一章综述 奋詈固il = = = = 鼎鹰掳鼢竽i 勿 一| l 鲐黥肝 溜四 王掬旨单体日枥珏 了 图1 1 分子印迹聚合物的制备过程示意图 与传统的分离介质相比，m i p s 的突出特点是对被分离物具有高度选择性， 即能从复杂基质中选择性地提取某一种或某一类的化合物。此外，m i p s 还具有 稳定的物理化学特性和机械性能，能耐高温、高压，抵抗酸、碱、高浓度离子 及有机溶剂，并可以反复使用。自从s e l l e r g r e n 于1 9 9 4 年将m i p s 用于戊脒的固相 萃取以后，基于m i p s 的固相萃取技术己被广泛应用于药物、生物、食品、环境 样品分析，用作检测药物【2 0 1 、生物大分子2 1 1 、烟剃2 2 1 、除草剂2 3 1 、农刻2 4 1 、 硝基酚【2 5 】等物质的前处理方法。 m i p s 进一步研究的方向有以下几点：a ) 深入地研究m i p s 识别机制，以达 到从分子水平上理解分子印迹过程和识别过程，从而更好地做到对m i p s 识别性 能的改善；b ) 印迹聚合的过程和m i p s 的应用一般在有机溶剂中进行，而天然 的分子识别过程大多发生在水溶液中，因此应注重分子印迹过程和识别过程从 有机相向水相的转化；c ) m i p s 中的模板分子难以洗脱完全，在用于痕量成分富 集时，这些残留印迹分子的再溶出会对测定结果的准确度产生较大干扰，因此 需要寻找更为有效的洗脱方法。随着上述问题逐步得以解决，分子印迹技术将 不断完善，而基于m i p s 的固相萃取技术也将为更多的复杂样品体系提供高效的 分离手段。 ( 5 ) 限制进入型吸附剂( r e s t r i c t e da c c e s sm a t e r i a l s ，删) 一般以硅胶为载 体，在其外表面键合着亲水性的二醇基。吸附剂外表面的空隙为约6n i l l ，在进 行样品萃取时，蛋白质等大分子不能进入载体内部并受到载体表面二醇基的排 4 胎吲 f 日联羹 第一章综述 斥，因而不被保留，而小分子药物可以进入载体内部与里面的非极性基团相互 作用。样品可以直接注入r a m i 柱，并可反复使用，因此实现了样品处理和分 析的完全自动化【2 6 | 。 ( 6 ) 碳纳米管( c a r b o nn a n o t u b e s ，c n t ) 因比表面积较大，具有较强吸附 能力，在固相萃取领域有着广泛的应用前景。它对有机化合物、金属离子和有 机金属化合物等污染物均有较高的富集能力。c a i 等【2 7 】采用多壁碳纳米管 ( m w n t ) 富集环境水样中的双酚a 、4 壬基酚、4 辛基酚、酞酸二乙酯等多种 有机污染物，结果表明m w n t 的富集效率均优于或等同于c 1 8 键合硅胶、x a d 2 树脂、p s d v b 共聚物和c 6 0 富勒烯等吸附剂。另外，开发基于碳纳米管的新型吸 附装置也逐渐成为此领域中的研究热点之一。袁东星等 2 8 】考察了m w n t 作为吹 扫捕集技术吸附剂富集挥发性有机污染物的性能，并与通用吸附剂c a r b o p a c kb 和v o c a r b3 0 0 0 进行了比较，m w n t 展示了优异的富集性能。 s p e 自动化是研究者追求的另一个热点，因为此技术不仅可以提高样品的 通量和可靠性，还可以与分析仪器联用，实现样品在线预处理【2 9 1 。典型的在线 s p e 预处理装置包括切换阀、萃取柱和固定器，将其与h p l c 或h p l c m s 联用后， 即称为柱切换技术。目前己经开发出一系列商品化仪器，自动化程度高，在分 析一个样品的同时，己经开始制备下一个样品。随着s p e 在线预处理技术在高通 量分析领域的广泛应用，己经开发出填料小于5 0 1 0 0m g 的小体积固相萃取装 置。9 6 孔板就是其中一种，它将小体积s p e 柱与具有9 6 孔的萃取架相联，再通过 自动化系统进行控制【3 0 】。这种装置的柱床很薄，与样品接触面积大，可耐受很 高的流速，因此能在较短的时间内完成大批量样品的制备。 在线s p e 方法的主要缺点是s p e d 柱的寿命很短，在进行蛋白质含量较高的 生物样品分析时，根据进样量的不同一般每个小柱只可进5 0 1 0 0 个样品。 1 2 2 固相微萃取 固相微萃取技术( 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2 0 世纪9 0 年代兴起 的一项新颖的样品前处理技术，由加拿大w a t e r l o o 大学p a w l i s z y n 教授的研究小组 - 于1 9 8 9 年首次研究报道。自从美国s u p e l c o 公司在1 9 9 3 年实现商品化以来，发展 极其迅速。s p m e 装置类似于气相色谱( c - c ) 进样器，可以在g c 的进样口直接 进样，因此集采样、萃取、浓缩、进样于一体，使得分析操作简单省时，其装 5 第章综述 置见图1 2 。s p m e 无需有机溶剂、简便、快速，几乎可以用于气体、液体、固体 等各种样品中挥发性或半挥发性物质的分析。虽然s p m e 最先用于环境中的有机 物分析，但现在已广泛应用于食品、生物、工业、药物、临床医学等领域【3 1 1 。 在s p m e 的发展过程中，主要涉及到涂层材料及涂渍技术、萃取方法、理论的完 善和应用、联用技术发展等几个方面。 透视窗 推杆 手柄筒 支撑推杆旋钮 z 型支点 可调针深度规 s p m e 萃取头 图1 2 固相微萃取装置示意图 萃取头是整个s p m e 装置的核心，涂层的厚度和种类在很大程度上决定了灵 敏度和选择性 3 2 1 。一般而言，厚膜能比薄膜萃取更多的分析物，也可有效的吸 附高沸点组分，但解析时间也相应的较长。商品化非极性材料涂层有聚二甲基 硅烷、聚二甲基硅烷二乙烯基苯、聚乙二醇s 甲基硅烷、聚乙二醇二乙烯基苯、 石墨炭黑等。常见的极性涂层有2 0 3 、聚丙烯酸脂、聚酰亚胺二氧化硅溶胶凝 胶等。为了满足不同样品的分析要求，现已经研制出溶胶一凝胶类、聚吡咯及 其衍生物类、限制进入材料、免疫亲合、分子印迹等选择性涂层，它们大大增 强了固相微萃取的分离能力，扩展了s p m e 的应用范卧3 3 彤】。 1 9 9 5 年，c h e n 和p a w l i s z y n l 3 6 】设计出s p m e h p l c 联用接口装置，并p h s u p e l c o 公司生产出商品。1 9 9 7 年，e i s e r t 和p a w l i s z y n 3 7 】设计出自动进样的s p m e h p l c 联用装置，即管内( i n t u b e ) s p m e h p l c 联用装置，将萃取固定相涂覆于毛细 管的内壁上，可与h p l c 联用直接进行样品的在线分离分析。由于g c 不适于分析 热不稳定化合物、半挥发性或不挥发性物质，而s p m e h p l c 解决了这种局限性， 扩大了s p m e 的应用范围。目前，s p m e h p l c 联用技术己成功应用于农药、药 物、环境污染物、食品污染物等物质的检测3 8 4 0 】。 6 第一章综述 1 9 9 9 年，b a l t u s s e n 4 l 】等提出了吸附搅拌棒萃取技术( s t i rb a rs o r p t i v e e x g a c t i o n ，s b s e ) 。s b s e 在萃取的同时自身完成搅拌，萃取固定相的体积一般 比s p m e 纤维和i n t u b es p m e 的大5 0 倍以上，因此富集倍数相应提高，适合于 样品中痕量组分的分离富集【4 2 1 。但是由于搅拌棒体积较大，不能直接在g c 进 样口热解吸，一般需配备热解吸装置。而且s b s e 的涂层较厚，萃取时间和解吸 时间相对s p m e 纤维较长，同时s b s e 在搅拌过程中涂层容易损耗。 纤维膜 一一 abc 1r 一卜 爿k ii 巧 求 、 f ， 涂层样品涂层样品 图1 3s p m e 的三种萃取方式：( a ) 直接萃取( b ) 顶空萃取( c ) 膜保护萃取 s p m e 可分为直接萃取、顶空萃取、膜保护萃取三种模式，如图1 3 所示。 直接萃取适合于气体基质或干净的水基质，但对于挥发性较差的物质，有时也 采取这种方法。s a t t e r f i e l d 等【4 3 j 使用浸入式s p m e 对尿液中的糖苷型异黄酮、染 料木黄酮、异黄酮苷进行了提取，用l c m s 进行了检测。v i n a s 掣4 4 j 使用浸入 式s p m e 方法对葡萄和葡萄酒中的多酚物质进行萃取后，在纤维上用硅烷化试 剂进行衍生，然后用g c m s 进行分离检测。顶空萃取适合于挥发性成分的萃取， 膜保护萃取主要是为了在分析很脏的样品时，保护萃取固定相避免其受到损伤， 而且由特殊材料制成的保护膜还可以对萃取过程提供一定的选择性【4 5 | 。 为了提高萃取速度，研究者们采取了搅拌的方式。一般的搅拌形式有磁力 搅拌、高速匀浆、纤维头旋转等。c a im 】、w 引4 7 1 、c a r r o 4 8 1 等发展了超声波方 法，大大提高了萃取效率。因为p h 值对水中有机离子化合物在固体表面的吸附 有较大影响，所以很多研究者通过调节溶液的p h 值来改善组分的亲脂性，从而 7 第一章综述 提高萃取效率。另外，对水溶液中的待分析物进行萃取时，经常加入无机盐， 女i n a c l 、n a 2 s o 。等，以增加水溶液的离子强度，降低有机化合物的溶解度，从 而使萃取更有效。 温度直接影响待分析物在涂层与样品基质问的分配系数。高温可以大大提 高样品的提取速度和提取率，但纤维头上的吸附过程为放热过程，随着温度的 升高，萃取涂层吸附平衡系数降低，这就在热力学上产生了矛盾。p a w l i s z y n 等 4 9 , 5 0 首先提出了一种小型的全自动s p m e 制冷纤维装置，利用二氧化碳对涂层 部分进行致冷，大大提高了提取效率。c h i a 5 l 】等提出了用醇对上空的萃取头部 分进行冷却，l i 【5 2 1 等使用循环冷凝水对纤维头所在上空进行冷却，柴晓兰等 5 3 】 使用了循环制冷。与传统的s p m e 方法相比，这些方法都表现出了很好的灵敏 度和回收率。 此外，s p m e 还被用于和毛细管电泳( c e ) 在线联用测定各种有机物m 】， 与傅里叶变换红外光谱( f t i r ) 联用测定有机磷物质【5 5 1 ，与紫外吸收光谱( u v ) 联用测定芳香化合物【5 6 1 ，与电感耦合等离子体质谱( i c p m s ) 联用测定甲基汞 【5 7 】笙 1 to 1 2 3 基质固相分散 基质固相分散( m a t r i xs o l i d p h a s ed i s p e r s i o n , m s p d ) 是美国l o u i s i a n a ) - i i 立大 学的b a r k e r 教授在19 8 9 年提出并给予解释的一种快速样品处理技术。其原理是将 涂渍有c 1 8 、c 8 等多种聚合物的固相萃取材料与待分析样品一起研磨，得到半干 状态的混合物并将其作为填料装柱，然后用不同的溶剂淋洗柱子，将各种待测 物洗脱下来。其优点是融合了传统样品前处理中的样品匀化、提取、净化等过 程，不需要进行组织匀浆、沉淀、离心、p h 调节和样品转移等操作步骤，避免 了样品的损失。此方法不需有机溶剂提取，特别适用于水果、蔬菜、酒、食品 中农药残留的提取净化岭引。 f e r n a n d e z 等【5 9 】将m s p d 用于蔬菜和水果中1 3 种氨基甲酸酯类农药的分离、 提取，其中使用c 1 8 、c 8 、苯、c n 、n h 2 为分散剂，用二氯甲烷乙腈混合液进行 淋洗，所得物质的平均回收率为6 4 1 0 6 ，相对标准偏差为5 1 5 。c h u 等【6 0 】以硅藻土为填料，利用m s p d 前处理技术结合g c m s 方法测定了苹果汁中 的农药残留，并考察了液一液萃取和传统的m s p d 方法以作对比。此方法检测出 8 第一章综述 2 6 6 种农药，并将其分为了三大类，结果证明此改进的m