（分析化学专业论文）新型液相微萃取技术在环境污染物中的应用.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 摘要 一 在分析环境污染物的方法中，液一液萃取是经典成熟的样品前处理技术 之一，但其具有溶剂用量大、操作步骤繁多、处理时间长等缺点，这样不但 容易损失样品、产生较大误差，而且大量使用有毒的溶剂会对操作人员的健 康和环境产生不良影响。因此，高效、快速的无溶剂或者少溶剂的样品前处 理技术的研究越来越受到分析工作者的关注和欢迎。 液相微萃取正是在这种情况下兴起的一种新型的样品前处理技术，主要 是基于被分析物在悬于微量进样器的有机溶剂微滴和样品溶液之间的分配系 数不同而进行的。它克服了传统液一液萃取技术的诸多不足，仅使用微升级 甚至是纳升级的有机溶剂进行萃取，适应了现代分析科学的发展要求，是一 种集萃取、富集于一体，环境友好的样品前处理新技术。与另一种同样备受 关注的样品前处理技术一固相微萃取相比，由于液相微萃取与高效液相色谱 联用不需要特殊的接口、操作简单，因而更为广泛地引起分析工作者们的关 注。 经过近十几年的发展，液相微萃取从直接液相微萃取发展到静态、空心 纤维膜、顶空、动态、搅拌棒以及连续流动微萃取等萃取方式，且日趋完善。 它们由于其简单的操作步骤、较短的分析时间和微量的萃取剂消耗等优点而 受到日益广泛的关注。然而由于传统的直接液相微萃取技术具有诸如液滴的 不稳定性、相对低的精密度和灵敏度等缺点。分析工作者针对这些缺点，对 直接液相微萃取做了很多改进。 针对传统的直接液相微萃取方法的缺点，我们提出了新的直接液相微萃 取方法，并将之应用到土壤样品中蟥胺类除草剂( 阔草清及其类似物) 和水 样中酚类污染物( 苯酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚) 的分析中。以此 来评价该方法在实际样品分析中的可行性，且通过与传统的直接液相微萃取 技术进行对比，进一步证实了改进后的液相微萃取方法的优越性。主要研究 内容有： 1 首次提出了一种新型两相的直接液相微萃取技术，并将其与高效液相 色谱一紫外可见检测器相结合，分析测定了土壤样品中的蟥胺类除草剂，并 对影响萃取的各种因素，如萃取剂种类、萃取剂体积、样品体积、搅拌时间、 溶液酸度、盐含量和萃取时间等进行了研究探讨，确定了最佳萃取条件，并 将其应用到蔬菜实验地等实际土壤样品中蟥胺类除草剂的测定。 2 采用一种新型两相的直接液相微萃取技术，并将其与高效液相色谱一 二极管阵列检测器相结合，分析测定水样中的苯二酚类化合物，并对影响萃 取的各种因素，如萃取剂种类、萃取剂体积、样品体积、搅拌时间、溶液酸 度、盐含量和萃取时间等进行了研究探讨，确定了最佳萃取条件，并将其应 用到湖水中苯二酚类物质的测定。 3 首次提出了一种新型的直接液一液一液三相微萃取技术，并将其与高 效液相色谱一二极管阵列检测器相结合，分析测定了水样中的酚类化合物， 并对影响萃取的各种因素，如接受相的种类及其体积、有机相的种类及其体 积、给体相体积及其组成、搅拌时间、溶液酸度、盐含量和萃取时间等进行 了研究探讨，确定了最佳萃取条件，并将其应用到垃圾渗漏液和湖水中酚类 物质的测定。 关键词：样品前处理技术、液相微萃取、高效液相色谱、环境污染物 。全 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a b s t l a c t 1 1 1t h ed e t e n n i n a t i o no fe n v i r 0 斌l e n t a l p o l l u t a n t s mr e a l s a m p l e s ， l i q u i d l i q u i de x t r a c t i o n ( l l e ) i sac l a s s i c a lm e t h o df o rs 砌p l ep r e p a r a t i o na n d s 锄p l ep r e c o n c e n t r a t i o n ， b u ti ti sl a b o r i o u s ， t e d i o u s ，t i m e c o n s 啪i n ga n d r e q u i r e sl a r g e 锄o u n t so ft o x i co r g a j l i cs o l v e n t s ，w h i c hh a v eab a de f r e c to n h u i i l a nh e a l t ha n de n v i r o m e n t t h e r e f o r e ，t h em e t h o do fe f f e c t i v e ，q u i c k ， l e s s - s o l v e n tc o n s 啪p t i o no rs o l v e n t f 诧ee x 缸a c t i o na sa p r o m i s i n gt e c h u l i q u ef o r s a m p l ep r 印a r a t i o na 1 1 dp r e c o n c e n t r a t i o nh a sa t t r a c t e dm u c ha t t e n t i o na j l d i t b e c o m e so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr e s e a r c ha r e a si nm o d e ma n a l ”i c a l c h e m i s t d ，r e c e n t l y m u c he f f o r th a d b e e np l a c e do ng r e a t l yr e d u c i n gt 1 1 e 锄o u l l t o fo 玛a n i cs o l v e n tt os 曲p l i 每t h el l ee x t r a c t i o np r o c e d u r e 、v h i c hl e dt ot h e d e v e l o p m e n to fl i q u i d p h a s em i c r o e x 仃a c t i o n ( l p 匝) m e t h o d o l o g y l p m ei s b a s e do nt h ed i s t r i b u t i o no ft h ea 1 1 a l y t e sb e 铆e e nam i c r o d r o po fo 唱a n i cs o l v e n t a tt h et i po fam i c r o s ) ，r i n g en e e d l ea n da q u e o u ss a n l p l es o l u t i o n h 1l p m e ， a n a l 矿e sw e r ee x 打a c t e df 幻ma q u e o u ss a m p l e sb yo m ym i c r o l i 打e e v e n n a n o l i n o r g a n i cs o l v e 鹏 l p 三h a sb e e nd e v e l o p e di n t o d i r e c tl p 三 ( d i - l p m e ) ，h e a d s p a c el p m e ( h s l p m e ) ，c o n t i n u o u s n o wl p m e ( c f m e ) ， h o l l o wf i b e rb a s e dl p m 匝( h f l p m 匣) a i l ds 0 1 v e n tb a rm i c r o e x t r a c t i o n ( s b m 匝) t h i st e c l u l i q u ec o m b i l l e se x t i a c t i o n ，p r e c o n c e n l r a t i o na 1 1 ds a 瑚【p l e 硫r o d u c t i o n i i lo n es t e p ，a n dp r o v e dt ob es i i l l p l e ，f a s t ，l o w c o s t ，s i i n p l ee x p e r i m e n t a ls e t l l p ， s h o r ta n a l y s i st i i n ea i l dm i i l i r n u mu s eo fs o l v e m nb e l o n g st om e 孕e e n a n a l i c a l t e c l h l i q u ea n di ss u i t a b l et ot h ed e v e l o p m e n t 仃e n do fm i c r o m a t i o no f m o d e ma n a l y t i c a ls c i e n c e c o m p a r e dw i 廿1s o l i d - p h a s em i c r o e x 仃a c t i o n ( s p m e ) ， l p m eh a sar e m a r k a b l ea d v a n t a g et h a tn os p e c i a l 缸e 血c ei sn e e d e dw h e n c o m b m m g i tw i mh i g hp e r f o n i l a n c el i ( 1 u i dc l l r o m a t o 伊a p h y ( h p l c ) u pt on o w ， l p m eh a sb e e ns u c c e s s m l ya p p l i e dt ot h ee n v i r o n m e n t a lm o 血o r i n g ，f o o d 锄a l y s i s ，b i 0 1 0 9 i c a la i l dm e d i c a la 1 1 a l y s i s h o w e v e r ，o w i i l gt o “sd i s a d v a n t a g e s s u c ha s 证s t a b i l i t ) ，o fm i c r o d r o p ；r e l a t i v e l yl o wp r e c i s i o na n ds e n s i t i v i 够a r e 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s o 挖e ne n c o u n t e r e d ；m a n ym o d i f i c a t i o n sh a v eb e e nm a d ef o rd i l p m 匝 1 1 1o r d e rt oo v e r c o m et h e s e d i s a d v a n t a g e s ，t w o n e wl i q u i d p h a s e m i c r o e x t i a c t i o nm e m o d sh a v eb e e nd e v e l o p e di i lt 蜘sw o r k an e wt w o p h a s e l p 】v 匝w a sa p p l i e dt om ee x t r a c t i o no ff l u m e t s u l a ma n di t st w oa n a l o g u e si n s o i ls 锄p l e s ，p h e n o l i cc o m p o u n d si nl a k e ； an e wt h r e e p h a s el p m 匝w a s a p p l i e dt ot h e e x 仃a c t i o np h e n o l i cc o m p o u n d si nl a k ea n dl a n d f i ul e a c h a t e a r e r o p t i m i z e dt h ee x n a c t i o nc o n d i t i o n s ，t h ee x t r a c t i o ne 伍c i e n c yo fo u rm e t h o da n d t h a to ft h ed i l p 匝w a sc o m p a r e d ，a n dt h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ep r o p o s e d m e m o d sw e r ep r o m i s i n ga p p r o a c h e so fs a m p l ep r e n a t m e n t k e yw o r d s ：s 锄p l ep r e p a r a t i o n ， 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 ，h 远h p e 血r n l a n c el i q u i dc 1 1 r o m a t o 铲a p h y ，e n v i r o i u n e n tp o l l u t a n t s 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 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，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：滔友芝 日期：删年岁月妒日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本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i 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：港支点 日期：彤劳岁月矽日 导师签名：森眸 日期：僻月勘日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。回童途塞握童卮进蜃! 旦圭生；旦二生；旦三生筮查l 作者签名：莎分文红 日期：沪龌夕月归日期：妒哜夕月归 导师签名：徐啐 日期：胁上月加日 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第一章绪论 1 1 样品前处理技术的研究进展 2 0 世纪中叶以来，环境污染问题已经成为整个地球的一大危机。污染物 进入环境后，对人的身体和精神状态均可产生直接的、间接的或潜在的有害 影响；或在很大程度上妨碍着各种生物的生存状态，使环境条件恶化，影响 生态环境。环境污染物可通过大气、土壤、水和食物等多种介质危害老、弱、 病、幼甚至胎儿等整个人群。事实上，在化学、物理和生物性有害环境因素 中，化学物污染面最广( 约占7 0 ) 。然而，迄今为止，全世界已注册的化学 物超过3 0 0 0 万种，进入环境的常见化学物已经达到6 万余种，而每年进入市 场的新化学物多达7 0 0 0 余种，每天进入市场的新化学物约2 0 种。尽管我国 环境恶化的趋势总体上得到基本控制， 在环境污染物的样品分析过程中， 但环境形势依然相当严峻。 大致可以分为4 个步骤：样品采集； 样品前处理；分析测定；数据处理与报告结果。其中样品前处理所需 时间最长，约占整个分析时间的三分之二。因此样品的前处理是分析过程中 一个重要的步骤。样品前处理在分析过程中起着关键作用，它决定着整个分 析结果的好坏。对于日益复杂的分析对象，要求进行n 咖l 甚至p 咖l 数量级 的样品分析，采用现代分析仪器直接测定往往比较困难，需要借助分离富集 技术与之相配合。各种传统样品制备与处理方法，如：索氏提取、层析、蒸 馏、离心、沉淀、液液萃取、固相萃取等，具有操作步骤繁多、处理时间长、 溶剂用量大等缺点，不但容易损失样品，产生较大误差，而且有毒溶剂的大 量使用对操作人员的健康和环境均有影响。因此，高效、快速的无溶剂或少 溶剂的样品制备与前处理方法的研究已成为现代分析化学研究的前沿课题之 一。作为一个理想的样品制备与处理方法应具备以下各项条件：( 1 ) 选择性 好；( 2 ) 操作简便；( 3 ) 成本低廉：( 4 ) 不用或少用对环境及人体有影响 的溶剂；( 5 ) 应用范围广，适用于各种分析测试方法，甚至联机操作。近年 来，一些无需或仅需使用微量溶剂的样品制备与处理技术得到了迅速的发展， 例如：加速溶剂提取瞳4 1 、超声波萃取法畸刮、微波辅助萃取法睁1 副、超临界流 体萃取n 4 。1 5 1 、固相微萃取n 胡和液相微萃取n 9 。2 引。 1 1 1 加速溶剂萃取似c c e l e r a t e ds o l v e n te x t r a c t i o m ，a s e ) a s e 是在一定的温度( 5 0 2 0 0 ) 和压力( 1 0 3 2 0 6 a ) 下用溶剂对固体 或半固体样品进行萃取的方法。虽然使用的是常规的溶剂，但通过提高温度和增 加压力，大大缩短了萃取时间并明显降低萃取溶剂的使用量，提高萃取效率。这 是因为提高温度可以提高被分析物的溶解能力、降低样品基质与目标物的作用或 减弱基质与目标物间的作用力、加快目标物从基质中解析并快速进入溶剂、降低 溶剂粘度有利于溶剂分子向基质中扩散；增加压力使溶剂的沸点升高，确保溶剂 在萃取过程中一直保持液态。与传统的萃取方式相比，a s e 技术具有如下的显著 特点：时间短、溶剂少、萃取效率高。由于a s e 的显著特点，极大地提高了萃取 的工作效率，在它推出的很短时间内就被美国国家环保局批准e p a 3 5 4 5 号标准方 法。a s e 涉及环境、食品、化工、等领域，应用范围极广。 1 1 2 超临界流体萃取( s u p e r c r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n ，s f e ) 超临界流体，是指流体处于其临界温度和临界压力以上时的状态，这种 流体兼有液体和气体的优点，有极高的溶解能力，并能深入到提取材料的基 质中，发挥非常有效的萃取功能，且溶解能力随着压力的升高而急剧增大， 这些特性使得超临界流体成为一种非常好的萃取剂。采用超临界流体作为萃 取剂，与传统的样品前处理方法相比，具有优点明显、操作简单、萃取时间 短、萃取效率高、重现性好，对目标物选择性强，并能将干扰成分减小到最 低程度等。 1 1 3 微波辅助萃取法( i c r o w a v e 灿d e de x t r a c t i o n ，m a e ) 微波辅助萃取是1 9 8 6 年匈牙利学者g a n z l c r 等人通过利用微波能萃取土 壤、食品、饲料等固体物中的有机物，而提出的一种新的少溶剂的样品前处 理方法。它是通过调节微波加热的参数，利用极性分子可迅速吸收微波能量 的特性来加热一些具有极性的溶剂，对样品进行微波加热，这样可有效加热 目标成分达到萃取样品中目标化合物，分离杂质的目的。m a e 主要应用于有 机污染物的分析和有机金属化合物的形态分析。与常规的液液萃取、索氏萃 取相比，m a e 具有萃取效率高、快速、所需溶剂少以及回收率高的特点。 1 1 4 超声波法提取( 【小r a s o n i ce x t n c t i o n ) 超声波是指频率为2 0 z 5 0 m h z 的电磁波，它是一种机械波，且由一系 列疏密相间的纵波构成。这些波的巨大的能量通过萃取液作用在目标分析物 2 上，使目标分析物有效地与杂质分离。这种方法与常规的萃取技术相比，它 具有简便、快速、价廉、一次可同时提取多个样品等优点。在某些情况下， 甚至比超临界流体萃取( s f e ) 和微波辅助萃取还好。另外，超声波萃取允许添 加共萃取剂，以进一步增大液相的极性，相比较而言，超声波萃取更适合不 耐热的目标成分的萃取。 1 1 5 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 ，s p m e ) 固相微萃取( s p ) 是由a n h u r 等于1 9 9 0 年提出。该技术是一种集萃取、浓 缩、解吸、进样于一体的样品前处理新技术，它以固相萃取为基础，保留了 其全部优点，摒弃了需要柱填充物和使用有机溶剂进行解吸的弊病。s p m e 是 以涂敷在纤维上的高分子涂层或吸附剂为固定相，通过吸附或吸收机理对目 标分析物进行萃取和浓缩。s p m 的萃取模式有直接萃取、顶空萃取和膜萃取 三种。对于不同的分析基质采用不同的萃取模式。直接萃取可用于气态和干 净水体基质；项空萃取( h s s p ) 可用于水体和固态两种基质，用h s s p 模式可以消除背景吸收和基质影响，缩短平衡时间，延长萃取头的寿命；膜 萃取是将萃取头用渗透膜保护后，直接放入样品中直接萃取，可用于悬浊液 等较脏基质中非挥发性有机物的监测；但由于样品的待分析物必须通过渗透 膜才可以接触到萃取涂层，因此会延长萃取平衡时间。随着s p m e 法与高效液 相色谱( 唧l c ) 、电泳( c e ) 、紫外光谱( u v ) 等检测仪器联用技术的实现，s p m e 法的应用范围将趋于更广。然而，s p 有其难以克服的缺点：( 1 ) 萃取用 的纤维头价格较贵且易碎，使用寿命不长。( 2 ) 涂敷在纤维上的高分子涂层 或吸附剂在使用过程中会有部分丢失，引起目标物峰高的改变，导致分析结 果的精密度不精确。( 3 ) 纤维头具有记忆效应，存在交叉污染。 1 1 6 液相微萃取( l i q u i d p h a s em i c r o e x t n c t i o n ，l p m e ) 1 1 6 1 直接液相微萃取( d i r e c tl i q u i d p h a s em i c r o e x 仃a c t i o n ，s d l p m e ) 1 9 9 6 年j e a n n o t 等n 卯提出直接液相微萃取( d i l p m e ) ，该技术基本原理 是建立在样品与微升级甚至纳升级的萃取溶剂之间的分配平衡基础上的，即 采用微滴溶剂置于被搅拌或流动的溶液中，从而实现溶质的微萃取。它是微 型化的液液萃取乜蚴妇( 图1 1 ) ，它克服了传统液一液萃取技术的诸多不足，仅使 用微升级甚至纳升级的有机溶剂进行萃取，适应了现代分析科学微型化发展 的要求，属于绿色分析技术。但是它存在许多缺点乜2 啪1 ，例如d i l p m 巳的悬 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s 挂的液滴容易脱落或发生损失，从而导致实验的重现性差。 1 1 6 2 顶空液相微萃取( 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 n ，h s l p m e ) 把有机溶剂悬挂在样品的上部空间进行的萃取方法叫做顶空液相微萃取 旧( 图1 2 ) 。这种方法适用于分析容易挥发而进入样品项空相的挥发性或者半 挥发性有机化合物。在顶空液相微萃取中包括三相，即有机溶剂、项空和样 品溶液。分析物在三相中的化学势是推动分析物从样品进入到有机溶剂液滴 的驱动力，可以通过不断搅拌样品产生连续的新表面来增强这种驱动力。由 于在气相中，分析物具有较大的扩散系数，因此挥发性化合物在项空相中的 传质速度非常快，且由于挥发性化合物从样品溶液到顶空相再到有机溶剂比 从样品溶液直接进入到有机溶剂的传质速度快得多，所以对于水中的挥发性 有机物，项空液相微萃取法比直接液相微萃取法更快捷。 k 釜 雾 蹦 r i卜 i l | 一。 m i c r o d r o p s a m p l es o l u t i o n s s t i f t i n gb a r 图1 1 悬滴液相微萃取图1 2 顶空液相微萃取 由于直接液相微萃取法在萃取样品的时候不可避免的会在有机液滴外形 成一层稳定的扩散层，这会阻碍分析物向有机溶剂液滴的扩散迁移，而项空 萃取法克服了这一局限，且由于分析物在气相中的扩散系数是其在凝聚相的 1 0 4 倍他1 | ，因此对于扩散系数较大的挥发性物质，项空液相微萃取大大缩短了 到达平衡所需的时间，同时还可以极其有效地消除样品基质的干扰，因此在 一般情况下它被优先采用。 1 1 6 3 中空纤维膜液相微萃取( h o l l o wf i b e rl i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ， h f l p m e ) 1 9 9 9 年p e d e r s e n b j e r g a a u r d 等瞳1 1 首次提出了以多孔中空纤维为载体的液相 微萃取技术( 唧l p m e ) ( 图1 3 ) ，即以多孔的中空纤维为微萃取溶剂( 接收 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 相) 的载体，集采样、萃取和浓缩于一体。该技术装置简单( 一般只需一支微 量迸样针、一小段多孔中空纤维和样品瓶) ，具有成本低、易与气相色谱( g c ) 、 高效液相色谱( h p l c ) 、毛细管电泳( c e ) 联用等优点：同时微萃取是通过有机 溶剂在纤维壁孔中形成的液膜进行传质，在多孔的中空纤维腔中进行萃取， 并不与样品溶液直接接触，从而避免了直接液相微萃取( d i l p m e ) 中悬挂的溶 剂容易损失的缺点；而且由于大分子、颗粒杂质等不能通过纤维壁孔，因此 还具有s p m e 、s d m e 不具备的突出的样品净化功能，扩大了分析底物范围， 可用于复杂基质样品的直接分析。此外，为了避免了交叉污染，实验时中空纤 维只使用一次。 图卜3 基于多孔中空纤维的液相微萃取装置 1 1 6 3 连续流动的液相微萃取( c o n t i n u o u s f l o wl i q u i d p h a s e m i c r o e x t r a c t i o n ，c f l p m 匝) l p 也可在动态模式下进行，连续流动微萃取就是一种动态的l p m e ( 图 1 4 ) ，此装置是l i u 和l e e 旧1 在2 0 0 0 年提出，未采用搅拌装置，而是让样品在不 断流动的过程中被萃取，1 0 分钟内富集倍数可达2 6 0 1 6 0 0 倍。该法装置简单、 易操作、精密度高、富集倍数大，是一种理想的萃取方法。z h a o 等心刮设计了 一种程序控制的往复泵，用于操纵微量进样器推杆来回运动，实现了肝一l p m e 在动态模式下进行微萃取。 石页士学位论文 m a s t e r st h e s i s 竺!巳呻 晰竹 n t v 嵋 图】一4 连续流动萃取装胃图 1 1 6 4 溶剂棒微萃取( s o i 、，e n tb a rm i c r o e x t r a c t i o n ，s b m e ) l e e 等旧州报道了一种操作更为简便的动态微萃取方法：将装有接收相的一 小段中空纤维两端密封，簧于被磁子快速搅拌的样品溶液中，中空纤维在样 品溶液中高速旋转运动进行萃取( 图1 5 ) 。由于纤维两端是密封的，接收相不 会被污染，可用于较脏样品中分析物的萃取，扩大了h f 。l p m e 的应用范围。 与悬挂的液滴微萃取和静态m l p m e 相比，动态m l p m 具有更高的富集倍 数，并且重现性好。 1 2l p m e 基本原理 图卜5 溶剂棒微萃取 1 2 1 液一液两相微萃取理论 对于液一液两相l p ，l p m 萃取过程是一个分析物在样品溶液与有机 溶剂( 或受体) 之间平衡分配的过程。分析物在有机相( 或受体) 中溶解度高， 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 在水相中溶解度低，因此，分析物从水相中转移到有机相( 或受体) 中，直到 实现热力学平衡或萃取过程被终止。 对于静态液相微萃取体系，当系统达到平衡时，有机溶剂中萃取到的分 析物的量由下式计算确定： 玎叼，。曙= k 。，g d 圪曙c o y 品( k 。，g ，d 圪曙+ y 0 ) ( 1 一1 ) 其中玎叼，。曙为平衡时所萃取的分析物的量，其中k 。曙，d = c 。曙c 。，棚；c 。、 为分析物在水相中的初始浓度，圪材分别为有机相和样品溶液的体积。 当 圪i 喈d 圪曙时， 聆叼，o 馏= k 。r g d c 。 ( 1 2 ) 从式( 1 1 ) 可以得到分析物在有机相中的回收率( 尺) ： 尺= 胛d ，g c 。= k d ，g ，d k 。瞎d + ( 卜3 ) 同样也可以得到分析物的富集因子( d ： e = c o _ g | co = v 明| v o _ g r = ko r g i d v n q | ko 喀| o 嚯+ v d q 从动力学理论来讲，液一液萃取是利用物质在互不相溶的两相中分配比 不同而达到分离的目的，通常情况下，物质是从水相被萃取到有机相。它的 速率方程为： 争= 毒凹训 m 4 ， 其中c 0 ，譬和c 口g 为f 时刻分析物在有机相和水相中的浓度；k 是分析物在两相 间的分配系数；a ，是界面面积；夕为分析物的总质量转移系数( 单位为c m s ) 。 发生在液一液界面间的快速质量转移，总质量转移系数夕可以表示为 ! ：上+ 羔 ( 1 5 ) 一= 一十一 、i i j ， 桃吨 夕嘴是分析物在有机中的传质系数；夕凹是分析物在水相中的传质系数。从式 ( 1 5 ) 看出，当p 一肠增大导致夕增大，可见，夕时鼬的大小直接影响到 液一液萃取的效果。而肠又与分析物在水相中的分子扩散系数和有机液 滴周围不流动的水相薄膜厚度6 有关，即： 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s $ n q = d q q 6 6 又与搅拌速度有关，搅拌速度越快，6 越小。两相界面间的通量则可以表示 为： 害= 凹( c 凹一c 唰) = 尻馏( c 咄，一c 。馏) ( 一6 ) 下角标i 代指两相界面处，而c t 口口和c d 代表分析物在水相、有机相的本体浓 度。假定两相界面处达到平衡状态，那么 c i c 峨。= k ( 卜7 ) 根据质量平衡理论，萃取结束后分析物在两相中的物质的量之和必然等于萃 取前水相中所含分析物的物质的量，假若有机液滴体积圪不变，可以写成： c 卵：型毛望 ( 1 _ 8 ) 将式( 1 0 ) 代入等式( 5 ) ，就可以得到有机相中被分析物的浓度c d 与时间t 的关系式c 。馏= c 。f g ( 1 一p 岫) 其中尼为表观速率常数( s 1 ) ， h 圳【k 专+ 专j n - 9 ) 从式( 卜8 ) 和式( 卜4 ) 可以看出，增大彳f 、肪喀和肠，减小圪、，均可 获得较高的萃取速率。 1 2 2 液一液一液三相微萃取理论( l i q u i d l i q u i d l i q u i dm i c r o e x t r a c t i o n ， l l l m 哐) 对于复杂样品基质中分析物来说，u 。l m e 因其较高的萃取效率，很强的 抗干扰能力而成为一种有效的样品前处理方法。在l l l ，中空纤维膜里面 装的是有机相( o r g a n i cp h a s e ) ，而接受相( a c c e p t o rp h a s e ) 是储存在进样针中，进 样针插在有机相中。给出相( d o n o r p h a s e ) 中的目标分析物首先被萃取到中空纤 维壁孔中的有机相中，再被反萃取到悬挂在的进样针上的接收相里。这种模 式仅限于能离子化的样品，对于酸性分析物( 如尼古丁) ，样品水溶液的要求 是酸性的，以降低分析物在样品中的溶解度；而接收相则要求碱性的，这样 8 能使目标物尽量质子化，从而增大分析物在接收相中的溶解度，对于碱性分 析物则正好相反。三相萃取与两相一样，萃取效果同样是由分配系数决定， 分析物在三相间的扩散达到平衡时，受体中分析物的萃取量可以由下式给出： n e q c 啦。= ka c c e 晡，| o y ，c c e “，s y l qk k 。咿o r | 。q v d c 。吨，+ ko r g | 口q v o 嚯+ v 吗1 ( 1 1 0 ) 笕。砌。分析物在受体与给体之间的分配系数：匈为分析物在有机溶剂相体 之间和给体之间的分配系数的分配系数；k 。删。，为受体的体积。 同样，可以得到分析物的回收率( r ) 和富集因子( 目： r = k 。c c e 帅，| ，a c c e p l ko c c e 哺。 o y n c c 啦o r + k ，g | 一o r g + y 玛 ( 、一、 e=k 4 c c 倒 o r | o q v 姆 kn c c 谢h o rf 。y ，c c 硼t o r + ko r g q y o - g + vo q ( 、一1 2 、) 当回收率r 较高时，能得到较高的富集倍数。 1 3 影响萃取效率的因素 影响l p 萃取的因素有很多，如萃取剂的种类、萃取剂体积的大小、样 品体积的大小、离子强度、萃取时间和搅拌速率等。现简要概括如下： 1 3 1 萃取溶剂及萃取剂的体积的大小 液相微萃取的萃取效果和使用的萃取剂密切相关，选择合适的有机溶剂 是提高萃取效率的关键。选择萃取剂的基本原则就是根据相似相溶原理，使 ( 1 ) 目标分析物在萃取剂中的溶解度越大，萃取的效果越好；( 2 ) 萃取剂 的挥发性小，在水相中的溶解度应尽可能小，以减小溶剂损失；( 3 ) 萃取剂 必须是毒性小、对环境危害小的溶剂；( 4 ) 在进行后序色谱分析时，溶剂必 须易于与分析物分离；( 5 ) 对于项空l p ，有机溶剂还需有较高的沸点和 较低的蒸汽压，以减少在萃取过程中的挥发。如果使用多孔性的中空纤维， 有机溶剂的选择则更为重要。所选用的有机溶剂除满足萃取剂的选择基本原 则外，还需要与纤维有良好的亲和力( 能稳定存在于多孔孔隙中) 以及有适 当的粘度( 防止因扩散而损失) 。 液滴大小对分析的灵敏度影响也很大。一般来说，液滴体积越大，分析 物的萃取量越大，有利于提高方法的灵敏度。但由于分析物进入液滴是扩散 9 过程，液滴体积越大，萃取速率越小，达到平衡所需的时间也就越长。 1 3 2p h 的选择 在萃取过程中，待测物的疏水性越大，离子化程度越低，其水溶性越小， 则其在有机相间的分配系数越大。而化合物的离子化程度不仅受其本身的电 离常数( 电离部分与未电离部分平衡时的常数) 的影响，也受其所在溶液的 p h 影响。为了得到更好的萃取效果，提高待测物在有机相问的分配系数，通 常都是通过调整样品溶液的p h 值来提高待测物在有机相问的分配系数。 对两相l p m e ，分配系数厄，。的大小是决定萃取效率的关键因素。研究表 明，两相l p m e 较适用于亲脂性高或中等的分析物( 笕，。 5 0 0 ) ，对尼彬“较低 的酸、碱性物质，可通过控制溶液的p h 值，使分析物以非离子化状态存在。 只要分析物在接收相中能发生络合或质子化反应生成新的物质，就会有较高 的厄g 。值。样品溶液的p h 值对于三相液相微萃取来说则更为重要，对弱碱性 物质，样品溶液的p h 应在碱性范围，而接收相的p h 值应使分析物能离子化， 即应在酸| 生范围，这样可以使待测物很好的通过有机相，并且在进入接收相 前后又不会由于反萃取作用而重新回到有机相或者样品溶液中，而对于酸性 物质则正好相反。因此样品溶液以及接收相溶液p h 值的确定就成为了决定萃 取效率的一个重要环节。 1 3 3 盐效应 由于分析物在有机溶剂和样品之间的分配系数受样品基体的影响，当样 品基体发生变化时，分配系数也会随之发生变化。通过向样品中加入一些无 机盐类，可以增加溶液的离子强度，增大分配系数，从而提高它们在有机相 中的分配，这也是提高分析灵敏度的有效途径。盐效应是有机萃取中提高萃 取效率常用的方法。但对于某些体系而言在其中加入盐对萃取效果没有影响， 甚至可能使萃取效果降低。 1 3 4 搅拌速率和萃取时间 液相微萃取是目标物在样品与萃取剂之间分配平衡的过程，萃取效率与 时间长短有关。在达到平衡前，目标物的萃取量随着萃取时间的延长而增大， 一般来说，萃取时间越长，萃取效果越好。增加搅拌速率可加速分析物由样 品溶液向萃取剂中扩散，提高萃取速率，缩短水溶液与萃取剂之间的平衡时 间，同时还可以减小萃取剂的溶解损失。 1 0 对于中空纤维，为了获得较高的回收率，可适当延长萃取时间；但是不 能太长，否则中空纤维壁孔中的有机相会有损失，萃取效率反而降低。所以 要严格控制萃取时间，既保证萃取效率最大，又能得到良好的实验重现性。 l p 的萃取时间一般为3 0 6 0m i n 。此外也可通过快速搅拌或振动来增加扩 散系数，提高萃取速率和回收率，但搅拌速度也不能太高，否则易产生气泡 并吸附在中空纤维表面，并会促进溶剂的挥发，降低萃取效率。 1 4l p m e 的应用 液相微萃取自提出以来发展非常迅速，在许多领域得到了广泛的应用。 如对大气、土壤和水进行分析，对食品和饮料进行分析，对医药和生物样品 进行分析等。如表1 1 所示： 1 5 选题思想 液相微萃取是2 0 世纪9 0 年代兴起的一种新型的样品前处理技术，其主要 基于分析物在悬于微量进样器尖端的微滴有机溶剂和样品溶液之间的分配系 数不同而进行。它克服了传统液一液萃取技术的诸多不足，如费时、繁琐、费 力以及需要消耗大量有机溶剂等，无需昂贵的装置，简单快捷，仅需微升级 的有机溶剂量，是一种集萃取、富集、进样于一体，环境友好的样品前处理 新技术。自该技术问世至今，已经在环境监测、食品以及生物医药等领域得 到广泛的应用。 从式( 卜1 ) 来看，分析物的萃取量( 刀o 曙) 随着萃取溶剂的量增大而增 大，锻越大分析方法的灵敏度也越大。然而对于直接液相微萃取而言，萃 取剂液滴单纯依靠溶剂的表面张力悬挂在微量进样器针尖部位，由于有机溶 剂的表面张力系数较小，液滴的体积受到极大限制；同时液滴受重力和浮力 的影响稳定性非常差，微小震动就能够导致液滴脱落进而造成实验失败，因 此限制了搅拌速度和萃取时间。 表卜1l p m e 的应用 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s e n v i r o n m e n t a l a c i d i cd 1 1 j g sw a s t ew a t e rl o c t a n o l1 0m m ( n h 4 ) 2 c 0 3l c m s 【2 7 】 a c i d i ch e r b i c i d e sw a t e r 1 o c t a n o l 1 o c t a n 0 1g c m s 【2 8 】 a n a l g e s i c s w a t e r l o c t a n o l 1 o c t a n o lg c m s 【2 9 】 a n t i i n 订a m m a t o 呵d r u g sw a s t ew a t e r 1 o c t a n o l1 0m m n a o h h p l c 【3 0 】 a n t i i n f l a m m a t o 叫d r u g s w a t e r1 o c t a n o l1 0 0m m n a o hh p l c【3 l 】 a r o m a t i ca m i n e s t a p ，s u r f a c ed i h e x y le t h e r o 5m h c l -h p l c【3 2 】 w a t e rl8 c r o w n 6e t h e r a r o m a t i ca m i n e s w a t e r1 一o c t a n o l5 0 0m mh c i c e 【3 3 】 a r o m a t i ca m i n e s w a t e r1 一o c t a n 0 1 h p l c 【3 4 】 b t e xw a t e r1 o c t a n o l1 o c t a n o lg c m s【3 5 】 c a r b a m a t ep e s t i c i d e s w a t e r1 o c t a n o l1 o c t a n o l ：g c m s【3 6 】 c h l o r o p h e n o l s w a t e ri o n i c1 i q u i d s1 0 0m m n a o hh p l c【3 7 】 d i c h l o r p h e n o l w a t e r u r i n e1 o c t a n o l1 o c t a n o lg c m s 【3 8 】 d i n i t r o p h e n o l s w a t e ru n d e c a n e6 0 0m mn a h c 0 3h p l c