（分析化学专业论文）液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究.pdf

上海大学硕士学位论文液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究 摘要 毛细管电泳技术作为一种经典电泳技术与微柱分离有机结合的新兴分离 技术，自问世以来，就以它的高效、快速等优点得到广大分析工作者的青睐。 但是，由于受检测器、检测光程和进样量的限制，浓度检出限偏高，成为阻碍 该项技术进一步扩展其应用范围的主要问题，液一液萃取与胶束电动色谱耦联技 术在一定程度上解决了这个难题。全文主要有四个部分，分别介绍了胶束电动 色谱( m e k c ) 和富集技术的发展概况、酯类萃取剂水解的动力学研究、液一 液萃取和胶束电动色谱耦联技术的研究及其在环境分析上的初步应用。研究结 果实现了有效样品前处理技术液一液萃取与高效分离技术胶束电动色谱的耦联。 第一章：胶束电动色谱( m e k c ) 的基本理论、应用和富集技术发展概况。 第二章：选择合适的液液萃取与胶束电动色谱耦联的萃取溶剂，采用电导 法研究了在2 5 条件下乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、氯乙酸甲酯、氯乙 酸乙酯及氯乙酸叔丁酯的碱性水解二级反应的速率常数，选取水解速率较快的 带有吸电子基团的氯乙酸酯作为备选的萃取剂，并研究了在不同温度和不同浓 度阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠条件下氯乙酸甲酯、氯乙酸乙酯及氯乙酸 叔丁酯的碱性水解二级反应的动力学行为。该研究为氯乙酸酯作为液液萃取和 胶柬电动色谱耦联萃取剂的应用提供了动力学依据。 第三章：建立了采用氯乙酸甲酯作为液液萃取溶剂与胶束电动色谱耦联富 集分离中性化合物的方法。以烷基苯酮类( 苯乙酮、苯丁酮和苯戊酮) 为模型 化合物，水样中的烷基苯酮类化合物通过液一液萃取富集到氯乙酸甲酯相中，从 水溶液中分离出的酯相直接进样，无需n a o h 催化，通过氯乙酸甲酯柱上水解 实现胶束电动色谱分离。实验表明，以上三种烷基苯酮化合物的检出限分别为 0 1 0 ，o 0 5 和o 0 5m g l ( s n _ 3 ) ，富集倍数可达6 3 1 5 1 倍，线性范围和重现 性良好。该方法显著地提高了烷基苯酮的检测灵敏度，改善了胶束电动色谱测 定痕量中性化合物的检出限，有益于扩展胶束电动色谱对痕量中性化合物分离 测定的应用。同时，对染料工厂污水的萃取和分离也取得了令人满意的结果， v 上海大学硕士学位论文液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究 显示了该方法用于实际样品分离富集的潜力。 第四章：初步建立了氯乙酸甲酯液一液萃取耦联胶束电动色谱测定环境样品 中4 叔丁基苯酚( 4 - t b p ) 和双酚a ( b p a ) 的方法。实验考察了进样时间以及 分离电压对胶束电动色谱分离的影响，得出最佳条件为：2 5m m o l l 的磷酸缓 冲液+ 5 0 m m 0 1 l 的s d s ，p h = 7 0 0 ，分离电压为2 0 k v ，进样时间为1 2 s 。 4 叔丁基苯酚和双酚a 的富集倍数分别为7 2 和9 7 。此外，还考察了此方法检 测4 叔丁基苯酚和双酚a 的线性范围、检出限和重现性，并将此方法对桶装饮 用水中4 叔丁基苯酚和双酚a 进行加标回收，结果令人满意。 关键词：胶束电动色谱、液一液萃取、中性化合物、富集、氯乙酸甲酯 v l 上海大学硕士学位论文液- 液萃取与胶柬电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究 a b s t r a c t 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 ) e m e r g e d c o m b i n a t i o n o fc l a s s i c a l e l e c t r o p h o r e s i st e c h n i q u ew i t hm i c r o - c o l u m ns e p a r a t i o nt e c h n i q u e i th a sa t t r a e t e d g r e a ta t t e n t i o no ft h er e s e a r c h e r si nt h ea n a l y t i c a ls e p a r a t i o nf i e l db e c a u s eo fi t sh i g h s p e e da n dh i 曲s e p a r a t i o ne f f i c i e n c y h o w e v e r , a p p l i c a t i o no fc ei sr e s t r a i n e db yl o w c o n c e n t r a t i o ns e n s i t i v i t ya s s o c i a t e dw i t ht h el i m i t e d o p t i c a lp a t hl e n g t h f o r o n - c a p i l l a r yp h o t o m e t r i cd e t e c t i o na n dt h em i n u t ev o l u m eo fs a m p l es o l u t i o nt h a tc a n b el o a d e d s oi tb e c o m e so n eo ft h ek e yp r o b l e m st ob es o l v e di n e x p a n d i n g a p p l i c a b i l i t yo ft h et e c h n i q u et ot r a c ea n a l y s i s ap o t e n t i a ls o l u t i o nt ot h ep r o b l e mi s t h et e c h n i q u eo fc o u p l i n gl i q u i d - l i q u i de x t r a c t i o n ( l l e ) w i t hm i c e l l a re l e c t r o k i n e t i c c h r o m a t o g r a p h y ( m e k c ) t h i st h e s i sc o n s i s t so ff o u rc h a p t e r s i nc h a p t e r1 ，ab r i e f i n t r o d u c t i o ni sm a d et ot h ed e v e l o p m e n to fm e k ca n do f f - l i n e o n - l i n ec o n c e n t r a t i o n t e c h n i q u e su s e df o rm e k c t h er e s u l t so fi n v e s t i g a t i o no nk i n e t i c so fh y d r o l y s i so f e x t r a c t i o ns o l v e n t so fe s t e ra r ep r e s e n t e di nc h a p t e r2 c h a p t e r3c o v e l t dt h es t u d yo n c o u p l i n gl l ew i t hm e k c i nt h el a s tc h a p t e r , t h ea p p l i c a t i o no fc o u p l i n gl l ew i t l l m e k ct ot h ed e t e r m i n a t i o no fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t so fb i s p h e n o laa n d 4 - t e r t - b u t y l p h e n o l i s d e s c r i b e d c o u p l i n gl i q u i d - l i q u i de x t r a c t r i o nw i mm i c e l l a r e l e c t r o k i n e t i cc h r o m a t o g r a p h ye f f e c t i v e l ye x p l o i t st h ea d v a n t a g e so f b o t hl i q u i dp h a s e e x t r a c t i o na n dm i c e l l a re l e c t r o k i n e t i cc h r o m a t o g r a p h y ，o n ef o rs a m p l ep r e p a r a t i o n a n dt h eo t h e rf o rs e p a r a t i o n c h a p t e ro n e ：ab r i e fi n t r o d u c t i o ni sm a d et ot h ed e v e l o p m e n to fm e k ca n d o f f - l i n e o n - l i n ec o n c e n t r a t i o nt e c h n i q u e su s e df o rm e k c c h a p t e rt w o ：t os e l e c tp r o p e rl i q u i d - l i q u i de x t r a c t i o ns o l v e n t sf o rc o u p l i n g l i q u i d - l i q u i de x t r a c t i o nw i t hm i c e l l a re l e c t r o k i n e t i cc h r o m a t o g r a p h y , t h ea l k a l i n e h y d r o l y s i so fm e t h y la c e t a t e ，e t h y la c e t a t e ，n - b u t y la c e t a t e ，m e t h y lc h i o r o a c e t a t e ， e t h y lc h l o r o a c e t a t ea n dt e r t - b u t y lc h l o r o a e e t a t eh a v eb e e ns t u d i e da t2 5 b yt h e m e t h o do fc o n d u c t a n t a n c e c h i o r o a c e t a t e so fr e l a t i v e l yr a p i dh y d r o l y s i sr a t em i g h t b es e l e c t e d 勰l i q u i d l i q u i de x t r a c t i o ns o l v e n t s t h ee f f e c t so f t e m p e r a t u r e ( 2 5 、4 0 1 2a n d5 5 。c ) a n dc o n c e n t r a t i o no fs o d i u md o d e c y ls u l f a t e ( f r o m5m m o l lt o7 0 r e t o o l l ) o na l k a l i n eh y d r o l y s i so fc h l o r o a c e t a t e sh a v eb e e ns t u d i e d i tp r o v i d e d s o m eu s e f u li n f o r m a t i o no fk i n e t i c sf o rt h ea p p l i c a t i o no fc h l o r o a c e t a t e sa ss o l v e n t s 上海大学硕士学位论文液一液萃取与胶柬电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究 o f c o u p l i n gl l e w i t hm e k c c h a p r t e rt h r e e ：i tr e p o r t e dt h e l l s eo fm e t h y lc h l o r o a c e t a t e ( m c a ) a sa n e x t r a c t i o ns o l v e n tf o r c o u p l i n g l l ew i t hm e k c t h r o u g ho n - c a p i l l a r y d e c o m p o s i t i o n f o rt h e s e p a r a t i o n o fn e u t r a lc o m p o u n d s 、i t l lc o n c e n t r a t i o n e n h a n c e m e n t a l k y l p h e n o n e so fa c e t o p h e n o n e ( c 8 ) ，b u t y r o p h e n o n e ( c l o ) a n d v a l e r o p h e n o n e ( c 1 1 ) w e r ec h o s e na sm o d e l i n gc o m p o u n d s a q u e o u ss a m p l e so ft h e a l k y l p h e n o n e sw e r ee x t r a c w a tb yl l e i n t om e t h y lc h l o r o a c e t a t e t h eo r g a n i cp h a s e a f t e rb e i n gs e p a r a t e df r o mt h ea q u e o u sp h a s ew i t h o u tt h eh y d r o l y s i so fn a o hw a s d i r e c t l ys u b j e c t e dt os e p a r a t i o nb ym e k c t h ed e t e c t i o nl i m i t s ( s n 兰3 ) w e r e0 1 0 ， o 0 5a n do 0 5m g lf o rc s e 1 0a n de l li nw a t e r , r e s p e c t i v e l y , a n dt h ec o n c e n t r a t i o n f a e l o r so f t h ee x t r a c t i o nw e r ei nar a n g eo f 6 3t o1 5 1 f o l di n t e r m so f p e a ka r e a f o r t h et h r e ea l k y l p h e n o n e s l i n e a r i t ya n dr e p r o d u c i b i l i t yo ft h em e t h o dw e r ea l s o e v a l u a t e d , t h er e s u l t sw e r es a t i s f a c t o r y t h ec o n c e n t r a t i o ns e n s i t i v i t yo fn e u t r a l c o m p o u n d si nm e k cc o u l db ee n h a n c e db yu s i n gt h i sc o u p l i n gm e t h o d s u c ha m e t h o dc a l lb ep o t e n t i a l l yu s e df o rc o n c e n t r a t i o ne n h a n c e m e n ta n de x p a n s i o no f a p p l i c a t i o no f m e k c t os e p a r a t i o no f n e u t r a lc o m p o u n d sa tl o wc o n c e n t r a t i o nl e v e l s e x t r a c t i o na n ds e p a r a t i o no faw a s t ew a t e rs a m p l ef r o mad y ef a c t o r yw e r ei n c l u d e d t od e m o n s t r a t ea p p l i c a t i o np o t e n t i a lo f t h em e t h o dd e v e l o p e d c h a p t e rf o u r ：t h em e t h o do fm e t h y lc h l o r o a c e t a t e ( m c a ) a sa l le x t r a c t i o n s o l v e n tf o r c o u p l i n gl l ew i t hm e k ct h r o u g ho n - c a p i l l a r yd e c o m p o s i t i o nw a s a p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o no f4 - b u t y l p h e n o l ( 4 - t b p ) a n db i s p h e n o la ( b p a ) t h e e f f e c t so f 锄e e t i o nt i m ea n ds e p a r a t i o nv o l t a g ew e r eo p t i m i z e d i tw a sf o u n dt h a tt h e o p t i m u ms e p a r a t i o nc o n d i t i o n sw e r e2 5m m o l lp h o s p h a t eb u f f e r + 5 0m m o l ls d s ( p h = 7 0 0 ) ，2 0k vo f s e p a r a t i o nv o l t a g ea n di n j e c t i o nt i m eo f1 2s t h ec o n c e n t r a t i o n f a c t o r so f4 - t b pa n db p aw e r e7 2a n d9 7 ，r e s p e c t i v e l y l i n e a r i t y , d e t e c t i o nl i m i ta n d r e p r o d u c i b i l i t yo ft h em e t h o dw e r ea l s oe v a l u a t e d r e c o v e r i e so f4 - t b pa n db p a i n d r i n kw a t e rw e r ee x a m i n e d t h er e s u l t sw e r es a t i s f a c t o r y k e y w o r d s ：m i c e l l a re l e c t r o k i n e t i cc h r o m a t o g r a p h y ( m e k c ) ；l i q u i d l i q u i d e x t r a c t i o n ( l l e ) ；n e u t r a lc o m p o u n d s ；c o n c e n t r a t i o n ；m e t h y lc b l o r o a c c t a t c ( m c a ) v i n 上海大学硕士学位论文 液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：苒喊碑够 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：孝簦_ 导师签名：避日期：二酬f 弓 i i 上海大学硕士学位论文液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究 第一章绪论 1 1 毛细管电泳的历史发展简介 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 ) 泛指以高压电场为驱动力、以 毛细管为分离通道，依据样品中各组分之间淌度的差异而实现分离的一类液相 分离技术。c e 的历史可以追溯到六十年代中期。1 9 6 7 年，瑞典科学家h j e r t e n 1 】 在他的博士论文中论证了毛细管电泳的可能性，他在试验中利用内径为3 0 0 p m 、内壁涂有甲基纤维素的玻璃管成功地对金属离子进行了分离检测，并把这 种模式称为毛细管区带电泳( c a p i l l a r y z o n ee l e e t r o p h o r e s i s ，c z e ) ，只不过管的 内径比现在的毛细管要粗很多。1 9 7 4 年，p r e t o r i u s 等人【2 】阐明了使用更细内径 ( 5 0 2 0 0 岫) 的毛细管作毛细管电泳的优点。1 9 7 9 年，m i k k e r s 等人1 3 】利用2 0 0 t x m 内径的聚四氟乙烯毛细管对1 6 种有机酸进行分离，获得了小于1 0u m 板高 的高柱效，但检测器不灵敏，样品负载量大而导致峰形不对称。 1 9 8 1 年，j o r g e n s o n 和l u c a s 4 , s 】首先使用7 5 邮1 内径的熔融石英毛细管分离 了一组丹酰化氨基酸，利用电迁移迸样并采用荧光检测，首次获得了超过4 x 1 0 5 板m 的超高柱效，峰形对称，区带的展宽仅来自样品分子的扩散。他们的工作 在分离科学界引起了轰动，成为毛细管电泳发展史上的里程碑。 传统的电泳分离只适用于荷电粒子。1 9 8 4 年，t e r a b e 等【6 j 在c e 电解质溶 液中加入离子表面活性剂，在溶液中形成离子胶束作假固定相，实现了中性酚 类化合物的分离，提出了胶束电动色谱( m i c e l l a r e l e c t r o k i n e t i c c h r o m a t o g r a p h y ， m e k c ) 的概念。这是毛细管电泳历史上一次划时代的变革，它的出现将毛细 管电泳的分离范围从只能分离离子型化合物变成不仅可分离离子型化合物，而 且也能分离中性化合物，从而大大扩展了毛细管电泳的应用范围。1 9 8 5 年， h j e r t e n 7 1 首次引入了毛细管等点聚焦( c l e f ) ，1 9 8 7 年，c o h e n 和k a r g e r 掣8 】 提出了毛细管凝胶电泳( c g e ) ，到1 9 8 8 年，出现了第一批毛细管电泳商品仪 器。 上海大学硕士学位论文液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究 1 2 毛细管电泳的多种分离模式 随着毛细管电泳技术的发展，产生了多种分离模式，如今的c e 不再局限 于分离荷电的大分子粒子，也适合于分离阳离子、阴离子和中性分子。c e 按分 离模式的不同主要有毛细管区带电泳( c z e ) ，胶束电动色谱( m e k c ) ，毛细 管等电聚焦( c 珏f ) ，毛细管等速电泳( c i t p ) ，毛细管凝胶电泳( c g e ) ，亲 和毛细管电泳( a c e ) ，阵列毛细管电泳( c a e ) 等。其分离原理及应用如表 1 - 1 所示。 表1 - 1 毛细管电泳的常见分离模式及应用 t a b 1 - 1s e p a r a t i o nm o d e sa n da p p l i c a t i o no f c e 此外3 6 1 ，利用微乳液做假固定相的电动毛细管色谱( m e e k c ) 、利用具有 动态缠结网结构的聚合物溶液来代替凝胶进行分离的毛细管无胶筛分电泳 ( c n g s ) 、采用纯有机溶剂做非水介质的非水毛细管电泳( n a c e ) 和芯片式 毛细管电泳( c c e ) 等可视为以上相关c e 分离模式上发展起来的新形式。 1 3 胶束电动色谱的基本原理 1 3 1 毛细管电泳的基本理论 毛细管电泳1 3 7 】通常使用的是内径为2 5 1 0 0p m 的弹性( 聚酰亚胺) 涂层熔 融石英管，石英管表面的硅羟基团( 一s i o h ) 在碱性和弱酸性条件下，可解离 2 上海大学硕士学位论文液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究 为一s i o - ，因此，在大多数操作条件下，石英毛细管表面将带有负电荷。由于静 电引力，- s i o - 将把电解质溶液中的阳离子吸引到管壁附近，并在一定距离内形 成阳离子相对过剩的扩散双电层。在外电场的作用下，带正电荷的溶液表面即 扩散层的阳离子向阴极移动。f h 于这些阳离子实际上是溶剂化的( 水化的) ，它 们将带着毛细管中的液体一起向阴极移动，这就是毛细管电泳中的电渗现象。 在电渗力驱动下毛细管中整个液体的流动叫毛细管电泳中的电渗流( e o f ) 。它 是影响c e 分离的重要因素之一。衡量e o f 大小的指标为电渗淌度。，其表达 式为： 心= 鱼( 1 ) r 式中和t 1 分别为溶液的介电常数和粘滞系数，h 为管壁相对于无穷远 处的电势。电渗流是c e 中推动流体前进的驱动力，电渗速度在毛细管横截面 上几乎处处相等，它使整个流体像一个塞子一样以均匀的速度向前运动，这种 流形克服了机械泵推动液流产生的抛物面流形所造成的区带加宽，是c e 高效 的重要原因。 电泳是指带电粒子在直流电场的作用下会在液相介质中发生定向移动。介 质中的粒子受到电场力和介质阻力的共同作用，在达到平衡时即做匀速运动。 带电粒子在单位场强作用下的运动速度称为它的淌度，用。表示。在无限稀释 溶液中测得的( 球形) 粒子淌度为绝对淌度，可由p 表示为： 以= ；等 式中p 为粒子在无限稀释时的电动电势。在实际溶液中，粒子的淌度一般 要小于它的绝对淌度。在毛细管电泳中，样品分子的迁移是电泳淌度和电渗流 淌度( f ) 的综合表现，这时的淌度称为表观淌度( p ) 。表观淌度可以直接 从毛细管电泳的测量结果求得，表示为： 肾特 这里l d 是毛细管有效长度，即从进样口到检测器的距离，t r 是粒子通过这 上海大学硕士学位论文 液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究 段距离所用的时间，l 【是毛细管的总长，v 是施加于毛细管两端的电压。物质 问淌度的差异是毛细管电泳分离的基础。粒子在毛细管内电解质中的迁移速度 等于电泳和电渗流( e o f ) 两种速度的矢量和。在通常条件下，正离子的运动 方向和电渗流一致，故最先流出，中性粒子的电泳速度为“零”，故其迁移速度 相当于电渗流速度，负离子的运动方向和电渗流方向相反，但因电渗流速度一 般都大于电泳速度，故它将在中性粒子之后流出，分离后出峰次序为：正离子 中性分子 负离子，从而因各种粒子迁移速度不同而实现分离。 1 3 2 胶束电动色谱的基本理论 m e k c 最初在1 9 8 4 年由t e r a b e 等6 】人提出。这是毛细管电泳历史上一次 划时代的变革，将毛细管电泳的分离范围从带电粒子扩展到中性粒子。 m e k c 最初用于中性物质的分离。当溶液中离子型表面活性剂的浓度大于 其临界胶束浓度( c m c ) 时，溶液中将形成胶束相，有入把它与色谱固定相相 比，视为毛细管电泳中的固定相，同时它又是流动的，因此又称为假固定相。 溶质分子将在水相和胶束相之间进行分配。对于中性分子来说，容量因子k 是 n m c a l a q 之比，n m 和n 田分别是溶质分子在胶束相和固定相中的物质的量。若利 用迁移时间表示容量因子，则容量因子可以表示为： 娅赫to 1 t t ( 一x。) 这里t r 是溶质分子的迁移时间，t o 是电渗流标记物的迁移时间，k 。是胶束 相在毛细管中的迁移时间。 如果把k 作为自变量，那么方程( 4 ) 可以变成另外一种形式【3 s l ： 仁丽。 5 分配系数也是m e k c 的一个重要参数，它和容量因子之间的关系可表示 为： kf = k ( 6 ) v 。 4 上海大学硕士学位论文液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化台物的研究 v m 。和v a q 分别是胶束相和水相的体积。v 。可以通过胶束浓度c 。求得，胶 束浓度即为表面活性剂的浓度【s 减去临界胶束浓度c m c 。v 。与毛细管的体积 以及v 。有关。因此与高效液相色谱相比，m e k c 的分配系数可以很容易的从 容量因子中计算得出。 方程( 6 ) 说明k 正比于相比v 。，v a q ，而相比可以表示为： 生：盟二竺竺) k1 一v m ( 【s 卜c m c ) ( 7 ) 将方程( 7 ) 代入方程( 6 ) 可得： s 3 = 攀舞产 在m e k c 中，分离度和分离效率表达和传统的高效液相色谱类似，可以分 别用方程( 9 ) 和方程( 1 0 ) 表示： 黜一4 等鼍1k热1 t tk a+ ，+ ( n 1 l n = 5 5 4 ( w t r ) ( 1 0 ) 式中n 为理论塔板数，a 为分离因子，k 7 l 、k 2 分别为溶质1 和2 的容量 因子。增加表面活性剂的浓度，k 呈线性递增。妣。为迁移时间窗k i 的宽度， 是一个重要的参数。较小的t o ，k 使迁移窗口变宽，因而有较高的分离度。a 是 分离度中最重要的一项，通过改变胶束的种类或修饰水相，可以改变溶质分子 在胶束假固定相和水溶液相之间的分配系数，控制a 值。因此为取得良好分离 度，可通过选择胶束的种类和浓度，改变缓冲液的种类和浓度、p h 值、离子强 度和添加有机改性剂等来进行优化，提高选择性和分离度。 1 4 胶束电动色谱的特点和应用 胶束电动色谱是毛细管电泳中常见的分离模式之一，与其它毛细管电泳模 式一样，有容积小，侧面截面积比大因而散热快，允许施加高电压，里平面形 状的电渗流等特点，由此具有以下的显著优点：1 、高效：效率在1 0 5 1 0 6 板m 间；2 、快速：几十秒至几十分钟完成分离；3 、样品和试剂用量少：进样所需 5 上海大学硕士学位论文液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究 的样品体积可小到1 吐，消耗体积在1 5 0n l 间，操作成本低。4 、自动：是目 前自动化程度最高的分离方法之一。所有这些特点使胶束电动色谱成为一种极 为高效、快速和经济的分离分析技术，已广泛应用于环境分析、食品分析、药 物分析和工业分析等众多分析领域。 1 4 1 胶束电动色谱在环境分析上的应用 胶束电动色谱技术近年来在环境分析应用上表现出强劲的发展势头，越来越 多地用于环境中实际样品的分离分析工作，如农药检测、环境激素的分析等。 农药的测定传统上常采用气相色谱和高效液相色谱法。高效毛细管电泳用 于农药原药、制剂及残留的分离分析，国内起步较晚，国外同行在这一领域己 作了大量研究工作，其中尤以各种除草剂的分离、单种农药制剂及复配农药的 有效成分含量测定报道居多【3 9 】。如s c h m i t t 等【柏1 用m e k c 法，在添加1 0 0 m m o l l s d s 、4 0m m o l l 二甲基一$ 一环糊精( d m p c d ) 、p h = 9 的2 0m m o l l 硼 酸缓冲溶液中，2 0 0n n l 紫外光下，同时分离并检测了育畜磷、异柳磷、氯亚胺 硫磷、苯线磷和马拉硫磷。同时在上述体系中添加4 0m m o v l d m b c d 、1 5 的甲醇，分离了6 种d d t 的同分异构体。j u n 9 1 4 1 】以衍生法检测了苯甲酸除草剂， 在他们的方法中添加羟基苯三唑和d i d o p r o p y l c a r b o d i m i d e ( d i c ) ，并用5 ( 氨 基乙酰氨基) 荧光素为衍生试剂，以m e k c 方法分离，用激光诱导荧光检测器 检测。 环境激素物质，又被称为“环境内分泌扰乱化学物质”、“环境雌激素物质”、 “类激素物质”。环境激素是一类外源性化合物，能干扰人类或野生动物内分泌 系统诸环节并导致异常效应。其中最常见的有酚类环境激素，到目前为止，已经 列入环境激素的典型酚类化学物质主要为烷基酚( a l k y l p h e n o l s ，a p s ) ，氯酚 ( c h l o r o p h e n o l s ，c p s ) 、双酚a ( b i s p h e n o l a ，b p a ) 、羟基联苯( h y d r o x y b i p h e n y l ) 等。胶束电动色谱应用于酚类化合物的测定已有报道，t a k e d a 【4 2 j 等人采用胶束电 动色谱成功地分离了三种烷基酚和双酚a ，有机溶剂的添加使得烷基酚的分离度 有所提高，对酚类的检出限达到了0 0 0 7 1m g l 。w a k i d a 等【4 3 】人采用芯片胶束电 动色谱紫外检测在1 5s 内快速分离了三种烷基酚和双酚a ，5 0m e t e 时峰高的偏差 6 上海大学硕士学位论文液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究 值小于8 ，检出限为5 6 - 2 0 0m g l 。作为一种高效分离技术，m e k c 在环境分 析上显示出极大的潜力。 1 4 2 胶束电动色谱在其它分析领域的应用 m e k c 广泛应用于分析领域的各个方面，在医药方面尤为广泛，目前，已 应用于中草药分析、治疗药物检测、体内药物分析和药代研究等，如m e k c 方 法用来测定人血清中镇癫药湖及同族化合物 4 s , 4 6 的研究已有先例。m e k c 还广 泛用于各类生物样品的磺胺类药物分析，d a n g 等 4 7 1 人分别进行了尝试，而 a c k e n n a m 【4 明等应用m e k c 方法测定了1 6 种磺胺类药物在不同p h 和不同电泳 系统的迁移率，根据这些数据可确定被分析物的p h 和无限稀释时的迁移率。 纪秀红等 4 9 1 选取马钱子碱为内标物，在磷酸甲醇缓冲溶液中，测定了小檗碱、 巴马亭、药根碱的含量。 m e k c 在食品分析中的应用主要包括蛋白质、糖类、维生素、矿物质、食 品添加剂、农药残留量、生物毒素、抗生素残留量等。m e k c 己用于分离和测 定各类软饮料、高粱水解液及豌豆提取物中的葡萄糖、果糖、蔗糖、木糖、阿 拉伯糖、半乳糖、水苏糖、棉子糖及其它低聚糖类。k l o c h o w 等 5 0 】以葡糖醛酸 为内标，用直接紫外法测定了苹果汁、桔汁和葡萄汁中的果糖、葡萄糖和蔗糖 含量。s o g a 等1 5 1 】分离了2 4 种碳水化合物，对果糖、葡萄糖、蔗糖的检出限约 为1 2 1 6m g l 。用m e k c 方法分析脂肪酸时，随脂肪酸碳链长的增加，水溶性 的降低，分离选择性也相应降低5 2 】。 m e k c 在工业上的分析也有应用，如工业废水的测定，赵燕燕等利用胶束 毛细管电泳在线推扫富集技术建立了测定工业废水中痕量苯酚、邻硝基苯酚和间 硝基苯酚的方法，李海燕等【h 5 5 1 运用胶束电动毛细管色谱法同时分离测定了水中 邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸丁苄酯、 邻苯二甲酸二辛酯五种邻苯二甲酸酯的标准混合物，运用该法对塑料工业废水中 邻苯二甲酸丁苄酯的含量进行测定。 7 上海大学硕士学位论文液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化台物的研究 1 5 胶束电动色谱的局限性和主要富集方法 自从m e k c 这种新型的毛细管电泳技术问世后，很快得到迅速推广，大大拓 展了毛细管电泳方法的应用范围。但是，m e k c 也像其它毛细管电泳方法一样， 不同程度地受检测灵敏度( 浓度检出限) 的限制。由于一般毛细管的内径小于1 0 0 岬，检测光程短，检测灵敏度较低，尤其是一般商品化仪器所配备的紫外检测 器浓度检出限为1 0 - 6 l o - 5 m o l l ，常常不能满足实际复杂样品中痕量组分分析的 要求，如环境样品中痕量污染物和临床上痕量生化物质的分析。为了进一步扩展 胶束电动色谱的应用范围，寻求改善胶束电动色谱检出限的方法是一项具有重要 实际意义的工作。 目前，提高胶束电动色谱检测灵敏度，改善浓度检出限的方法主要有三种： ( 1 ) 通过设计特殊类型的检测池，扩展在毛细管内的检测光程，可使毛细管电 泳的检出限降低2 1 0 倍 s 6 , s 7 】，人们制成球泡状和z - 型的检测池来改变毛细管窗 口的形状，但是这种方法最大的缺点是制作过程复杂，制作成本高，成批量生产 受到限制，并且毛细管内径的改变或连接易使样品谱带展宽，批问重现性不好， 检测灵敏度的提高倍数不是太大，不容易获得推广。( 2 ) 发展高灵敏度的检测器， 如激光诱导荧光检测( 1 a s e r - i n d u c e df l u o r e s c e n c e ，l i f ) 5 8 , 5 9 ，它的检测能力比紫 外检测器至少高三个数量级1 6 0 ，可达1 0 。1 2 1o - 1 6m o l l 。近年来，根据不同的检 测目的发展了纤维光学检测器f 6 1 1 和三种电化学检测器1 6 2 , 6 3 ：电导检测、电位检测 和安培检测，后者最为常用，检出限可达g l 数量级。对于没有发色团或电化学 活性基团的物质，人们引入了间接检测或衍生化检测【6 4 ，6 5 1 的方法。但所有这些检 测器价格昂贵，通用性不高，普通紫外检测器仍是目前应用最广泛的检测器。( 3 ) 采用样品富集技术，包括在线富集技术和离线富集技术。由于采用前两种方法改 善毛细管电泳分析的检出限通常需特殊设备或仪器改造，成本高。因此，目前样 品富集技术方面的研究十分活跃。 1 5 1 在线富集技术 胶束电动色谱在线富集技术主要包括电堆积富集( s t a c k i n g ) 、扫集富集 3 上海大学硕士学位论文液液萃取与胶束电动色谱耦联富集分离中性化合物的研究 ( s w e e p i n g ) 和选择性耗尽进样- 扫集( s e i - s w e e p i n g ) 等。 1 5 1 1 电堆积( s t a c k i n g ) 富集技术 早在1 9 7 9 年，e v e r a e r t s 等【删发现了在c z e 中荷电物质样品区和电泳缓冲 溶液界面处的富集行为。具体地说，样品堆积是将样品溶解于低电导溶液中， 并使样品溶液在高电导背景溶液中运行。当低电导和高电导溶液同时存在于毛 细管中并施以电压时，则低电导区的电场较高电导区的强，样品粒子在低电导 区的迁移速度比在高电导区快。当样品离子穿越低电导区域和电泳缓冲溶液的 边界时，样品粒子的迁移速度骤降从而导致了样品区带长度的缩短，样品的浓 度相应地提高，从而达到了富集的目的。这种富集效应是基于因电场强度不同 所引起的分析物电泳速度的骤变而实现的。从理论上来说，样品带和背景带的 电导率比值越大，富集效果越好。这种方法对离子能提供1 0 倍到1 0 0 0 倍的样 品富集6 7 一。s t a c k i n g 富集技术有很多种形式1 6 9 - 7 5 】，比如普通s t a c k i n g 富集方式 ( n s m ，n o r m a ls t a c k i n gm o d e ) 、大体积进样方式( l v s s ，l a r g ev o l u m ns a m p l e s t a c k i n g ) 、反向电极极性s t a e 她富集方式( r e p s m ，r e v e r s e de l e c t r o d ep o l a r i t y s m o k i n gm o d e ) ，反向胶束s t a c k i n g 富集方式( s r m m ，s t a c k i n gw i t hr e v e r s e m i g r a t i o n m i c e l l e s ) ，前导水柱反向胶束s t a c k i n g 富集方式( s r w ，s t a c k i n g u s i n g r e v e r s em i g r a t i o nm i c e l l e sa n daw a t e rp l u g ) 、场放大进样方式( f e s i ，f i e l d e n h a n c e ds a m p l ei n j e c t i o n ) 、反向胶束场放大迸样方式( f e s i r m m ) 等。 s m c k i n g 富集技术最初是用于c z e 方式中带电离子的富集检测【6 7 网，