（环境科学专业论文）微型化液液萃取技术在环境水样中痕量污染物分析的应用.pdf

一一青鱼堡三奎兰三堂堡主堂垡笙窒 - _ _ _ _ _ _ _ 一一 关i l i i l 顶空液相微萃取、单滴液相微萃取、气相色谱质谱联用、嗅味物质、分 散液液微萃取反萃取、毛细管电泳、浊点萃取、紫外可见分光光度法、h 9 2 + 、 环境水样 a b s t r a c t p r e t r e a t m e n to ft h es a m p l e si sn e c e s s a r yb e c a u s eo ft h et r a c el e v e lo f a n a l y t e si n e n v i r o n m e n t l i q u i dl i q u i de x t r a c t i o n ( l l e ) i st h ec l a s s i c a lm e t h o do ft h es a m p l e s p r e t r e a t m e n tf o rt 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 s ，b u ti tc o n s u m e st i m e a n dl a b o ra n dr e q u i r e sl a r g ev o l u m eo ft o x i co r g a n i cs o l v e n t s ，w h i c hh a sag r e a t t h r e a t e no nh u m a nh e a l t ha n de n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n t h e r e f o r e ，p r e t r e a t m e n t m e t h o d so fe f f e c t i v e ，f a s t ，l e s so rf r e eo r g a n i cs o l v e n ta r e a t t r a c t i n gm o r ea t t e n t i o n l i q u i dp h a s em i e r o e x t r a c t i o n ( l p m e ) a n dc l o u d p o i n te x t r a c t i o n ( c p e ) a r e m i n i a t u r i z e dp r e t r e a t m e n tt e c h n i q u e sw h i c hd e v e l o p e df r o ml l e i no r d e rt oe s t a b l i s hm e t h o d so f s i m p l e ，e f f e c t i v ea n df a s tt os e p a r a t et h eo d o r o u s c o m p o u n d sa n dh e a v ym e t a li o n s ，l p m ea n dc p ew e r ec h o s e na st h ep r e t r e a t m e n t m e t h o d si nt h i ss t u d y ( 1 ) l p m ec o m b i n e dw i t hg 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 ( g c m s ) w a s u s e dt od e t e c tt h et w oo d o r o u sc o m p o u n d s ( g s ma n dm i bw h i c ha r es h o r tf o r g e o s m i na n d2 - m e t h y l i s o b o m e 0 1 ) o fe n v i r o n m e n t a lw a t e rs a m p l e s c o r n p a r i s o no n t h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n so fh e a d s p a c e 1 i q u i dp h a s em i c r o e x t r c t i o n ( h s l p m e ) a n d s i n g l ed r o pm i c r o e x t r a c t i o n ( s d m e ) ，h s l p m ew a sc h o s e na st h ep r e t r e a t m e n t t e c h n i q u ef o rt h ef u r t h e rs t u d y h s l p m e g c m sw a ss u c c e s s f u l l yu s e df o rt h e d e t e r m i n a t i o no fg s ma n dm i bi nt h er e a lw a t e rs a m p l e s ( 2 ) d i s p e r s i v el i q u i dl i q u i dm i c r o e x t r c t i o n ( d l l m e ) b a c ke x t r a c t i o nc o m b i n e d w i t h c a p i l l a r y z o n e e l e c t r o p h o r e s i s ( c z e ) w a su s e d t od e t e r m i n e h 9 2 + i n e n v i r o n m e n t a lw a t e rs a m p l e s t h ec o n d i t i o n so ft h ec z es e p a r a t i o na n dt h ef a c t o r s i n f l u e n c i n gt h ee f f i c i e n c yo fc h e l a t er e a c t i o n ，d l l m ea n db a c ke x t r a c t i o nw e r e s t u d i e da n dt h eo p t i m i z e de x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sw e r eu s e df o rt h e a n a l y s i so fh 9 2 + i ne n v i r o n m e n t a lw a t e r s a m p l e s ( 3 ) c l o u dp o i n te x t r a c t i o n ( c p e ) c o m b i n e dw i t hu l t r a v i o l e t v i s i b l ea b s o r p t i o n s p e c t r o s c o p y ( u v - v i s ) w a su s e dt od e t e r m i n eh 9 2 + i nw a t e rs a m p l e s af t e rs t u d y i n g t h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h ec p ee f f i c i e n c y a n du v - v i sd e t e c t i o n ，t h eo p t i m i z e d c o n d i t i o n sw e r es u c c e s s f u l l yu s e di nr e a lw a t e rs a m p l e s k e ”。r d sh s l p m e ，s d m e ，g c m s ，g s m ，m i b ，d l l m e - b a e k e x t r a c t i 。n ，c z e , c p e ，u v - v i s ，h 9 2 + ，e n v i r o n m e n t a lw a t e rs a m p l e s u 青岛理工大学工学硕上学位论文 第1 章绪论 完整的样品分析过程是由样品的采集、样品前处理、分析测定、数据处理和 报告结果四部分组成的；其中，样品前处理既是整个分析过程中的重要步骤也是 最费时费力的【l 】；样品前处理的卡要目的是将复杂体系中的待测组分转化为仪器 可测定的形式进行定性和定量分析。在环境样品的分析中，一般需要检测的对象 都是微量或痕量物质，因此必须经过一定的前处理富集浓缩后才能进行仪器检 测。对环境水样中痕量污染物的分析，常用的前处理方式包括液液萃取( l i q u i d l i q u i de x t r a c t i o n ，l l e ) 2 - 3 】、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 ) 1 4 - 5 1 、吹扫捕 集( p u r g ea n dt r a p ，p t ) 6 - 7 1 、闭环捕集( c l o s e d l o o ps t r i p p i n ga n a l y s i s ，c l s a ) 8 州、 固相微萃取( 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 ) b 0 - u 1 、液相微萃取( l i q u i dp h a s e m i c r o e x t r c t i o n ，l p m e ) 1 2 - 1 4 1 、搅拌棒吸附萃取( s t i rb a rs o r p t i v ee x t r a c t i o n ，s b s e ) 【1 5 一1 6 1 笙 口o 1 液液萃取技术的研究现状及其发展趋势 液液萃取技术是利用样品中不同组分分配在两种不混溶的溶剂中溶解度或 分配比的不同来达到分离、提纯或纯化的目的的；目前，液液萃取技术的发展较 为成熟，包括常规液液萃取、连续液液萃取、逆流萃取、在线萃取、自动液液萃 取等形式并广泛应用于各个领域【l 刀；但其有机溶剂用量大，易造成二次污染： 在萃取过程中会造成挥发性和热不稳定性组分的损失，方法重现性差；同时有机 溶剂的大量使用也会对操作人员的健康造成一定危害。因此，建立不用或少用有 毒有机溶剂、成木低、操作简单、应用范围广的样品前处理技术成为当今分析学 者的研究丰题。近年来，样品前处理技术的研究和开发取得了一定的进展，一些 无需或仅需少量有机溶剂的技术得到了迅速发展；液相微萃取和浊点萃取就是在 l l e 基础上发展起来的新型的样品前处理技术。 1 1 液相微萃取形式及其在环境水样分析中的应用 1 9 9 6 年，由j e a n n o t 等1 8 1 首次提出液相微萃取的概念，是在传统液液萃取基 青岛理工大学工学硕士学位论文 础上发展起来的；与液液萃取相比，具有有机溶剂用量少、快速、价廉且操作简 单的优势，是一种环境友好型的样品前处理新技术。液相微萃取也称为液液微萃 取【1 9 、溶剂微萃取【2 0 】等，包括单滴液相微萃取( s i n g i ed r o pm i c r o e x t r a c t i o n ， s d m e ) 、顶空液相微萃取( h e a d s p a c e - l i q u i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n ，h s l p m e ) 、分 散液液微萃l 仅( d i s p e r s i v el i q u i dl i q u i dm i c r o e x t r a e t i o n ，d l l m e ) 等萃取模式。 1 1 1 单滴液相微萃取及应用 s d m e 是将有机溶剂( 萃取剂) 液滴悬挂在微量进样器的针尖，对样品溶液 中的目标分析物进行萃取的方法，萃取装置如图1 1 所示；与传统的l l e 相同， 也是基于分析物在不同相中分配系数不同来实现萃取的目标。 有机溶剂液滴 样品溶液 图1 1 单滴液相微萃取装置不恿图 f i g u r el lt h ee x p e r i m e n t a la p p a r a t u sf o rs d m e s d m e 需要的有机溶剂体积一般仪为l 。5 “l ，远远小于样品体积，可以达到 很高的富集倍数；但是在萃取过程中，悬挂在针尖的液滴容易发牛脱落，因此该 方法存在重现性较差且萃取效率不高的问题。为此，1 9 9 9 年p e d e r s e n b j e r g a a r d 等【2 l 】首次提出以多孑l 性的中空纤维膜作为有机萃取剂载体的液相微萃取技术； 即有机溶剂充满中空纤维膜内腔和外壁小孔内，并不与样品溶液直接接触，萃取 结束后，将含有目标物的萃取剂吸回微量进样器内，解决了s d m e 中液滴损失 的问题：由于大分子、颗粒物等不能通过纤维壁孔，还具有净化功能，适合于复 杂样品的直接分析2 2 1 。 目前，使用s d m e 作为前处理方式并与不同的检测技术联用，对环境水样中 无机和有机化合物进行分析的现状( 如表1 1 所示) ，分析物主要包括硝基芳族 2 青岛珲j 【大学工学硕士学位论文 分析物苹取刺联川技术 硝基芳香 类炸药 有机氯农 药 酞酸酯 硫丹 线性范围 ( p g l ) 检出限 ( p g 几) r s d ( ) 参考 文献 甲苯g c m s2 0 1 0 0 00 0 8 1 34 3 9 8 【2 3 】 正己烷 g c e c d0 0 5 1 0 00 0 0 5 0 23 2 - 1 0 7 【2 4 】 甲苯 异辛烷 g c m s0 0 2 100 0 0 5 0 1 g c e c d0 0 5 2 0 烷基酚【c 6 m i m p f 6 h p l c 氯苯 三卤甲烷 正己烷 正己烷 g c e c d g c e c d 1 0 1 0 0 1 5 0 1 7 5 o 0 1 0 3 ，0 7 0 0 0 4 0 0 0 8 o 2 3 0 4 5 4 - 1 1 【2 5 】 6 【2 6 】 3 2 ，7 8 【2 7 】 6 【2 8 】 5 【2 9 有机磷农 四氯化碳 g c f p d0 0 1 1 0 00 0 0 1 0 0 0 51 1 8 6 【3 0 】 药 氯乙酰苯 胺类除草 剂 钒 甲苯 g c i _ t e c d 0 0 5 5 00 0 0 0 2 - 0 1 1 43 9 - 1 1 7 【3 1 】 四氯化碳 e t v - i c p o e s0 7 5 7 5 o 0 8 6 ，0 0 71 5 3 3 2 】 1 1 2 顶空液相微萃取及应用 h s l p m e 是将悬挂在微量进样器针尖的有机溶剂液滴置于样品上方空气中 进行萃取的( 实验装置如图1 2 所示) ，最早是由j e a n n o t 等【3 3 1 于2 0 0 1 年提出的。 顶空液相微萃取包含有机溶剂、项空体积、样品溶液三相，萃取足靠分析物 在项空和萃取溶剂液滴之间的分配平衡来实现的。h s l p m e 更适用于液体及固 体样品中挥发性及半挥发性化合物的分析，对于挥发性物质的分析比s d m e 更 灵敏，原因是：分析物在气相中具有较大的扩散系数；挥发性化合物从水中到顶 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 空体积再到有机溶剂的传质速度比从水中直接进入有机溶剂的传质速度快【3 4 】； s d m e 在萃取样品时，有机液膜外围不可避免的会形成一层稳定的扩散层【3 5 1 ， 阻碍分析物向有机溶剂液滴的扩散迁移，而h s l p m e 的萃取溶剂液滴不与样品 直接接触，克服了这局限；同时h s l p m e 过程中可以增大搅拌速度，缩短达 到萃取平衡所需要的时间，还可以消除基质的干扰。目前，h s l p m e 已广泛应 用于环境水样的分析中，如表1 2 所示，主要分析物包括苯及其同系物【3 6 。硼、多 环芳烃 3 8 j 、氯苯胺【”1 、有机锡【删、三卤甲烷【4 1 1 、d d t 4 2 1 、氯苯【4 3 i 、氯酚【删等。 有机溶剂液滴 样品溶液 图i 2 顶空液相微葶取装置示意图 f i g u r ei - 2t h ee x p e r i m e n t a la p p a r a t u sf o rh s l p m e 表i 2h s l p m e 在环境水样分析中的应用 t a b l e1 - 2a p p l i c a t i o no fh s - l p m ei ne n v i r o n m e n t a lw a t e rs a m p l e s 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 1 3 分散液液微萃取及应用 分散液液微萃取( d i s p e r s i v el i q u i dl i q u i dm i c r o e x t r a c t i o n ，d l l m e ) 是由 r e z a e e 等人【4 5 1 在2 0 0 6 年首次提出的一种新型的液相微萃取技术，实验装置如图 1 3 所示。 d l l m e 的_ 丰要过程是，用微量注射器将萃取溶剂和分散溶剂快速注入样品 溶液中；水相萃取剂分散剂形成浑浊现象，此时，萃取剂在分散剂的作用下， 在样品溶液中形成无数微小液滴，增大了与水相的接触面积，大大缩短了萃取平 衡所需要的时间，可以达到很高的萃取效率和富集倍数；离心后，分析物被萃取 到萃取溶剂中并从水相中分离。目前，该技术已成功应用于各个领域 4 6 。4 9 】。在环 境水样中有机和无机化合物的富集和分离分析的应用，如表1 3 所示，主要分析 物包括多环艿烃【4 5 】、有机磷杀虫剂【5 0 1 、酞酸酯【5 l 】、抗氧化剂【5 2 】、多氯联苯5 3 1 、 酰胺类除草剂酬、丁基锡和二苯锡化合物嗍、灭多威、脂肪酬57 1 、金属离子 【5 8 1 、甾类激素【5 9 】等。 浑浊现象 图1 3 分散液液微摹取装置示意图 f i g u r el 一3t h ee x p e r i m e n t a la p p a r a t u sf o rd l l m e 表1 - 3d l l m e 在环境水样分析中的应用 t a b l e1 3a p p l i c a t i o no fd l l m e i ne n v i r o n m e n t a lw a t e rs a m p l e s 一 联川技 分散富集倍 线性范 检出限 r s d 。 分析物 术 萃取剂 剂 数 围( p g l ) ( p g l ) ( ) r e f 术剂 数 围 )( p l ) ( ) 一 多环芳000700二“。 g c f i d四氯乙烯 丙酮6 0 3 1 1 1 3 0 0 2 2 0 0 1 4 1 0 2 【4 5 】 烃 3 0 有机磷 氯苯丙酮 o 0 0 3 0 12-56gcf p d 7 8 91 0 7 00 0 11 0 0 1 256 【5 0 叩 氯苯丙酮 - - ij 杀虫剂 2 0 酞酸酯g c m s氯苯 0 0 0 2 0 0 丙酮 6 8 1 8 8 9 0 0 2 - 1 0 0 6 8 5 h 0 8 抗氧化 四氯化碳z ，腈 90hplc 1 6 82 2 02 01 6 0 0 3 - 7l9 859 0 【5 2 一】 四氯化碳乙腈 一 - - lj 剂 多氯联 g c - e c 氯苯丙酮 苯 d 酰胺类 g c m s四氯化碳 丙酮 除草荆 丁基锡 0 0 0 1 0 0 3 8 3 5 4 00 0 0 5 2 4 1 - 1 1 0 【5 3 】 0 2 0 0 0 3 0 0 0 1 5 0 1 6 - 3 0 【5 4 】 4 和二苯000020 g c f p d 四氯化碳 乙醇8 2 5 1 0 3 6 0 5 1 0 0 0 2 3 8 8 【5 5 锡化合001 物 灭多威h p l c 四氯乙烷 甲醇 脂肪酸 g c 四氯化碳 丙酮 c of a a s四氯化碳 甲醇 7 0 71 0 1 0 0 0 0 1 05 7 【5 6 】 1 5 1 0 0 0 o 6 7 1 4 5 7 4 - 1 3 1 【5 7 】 o 3 10 09 0 0 2 3 5 8 【5 8 】 甾类激h p l c十一醇甲醇 1 2 1 5 0 8 - 3 1 3 2 91 0 0 0 7 1 4 【5 9 】 十一醇甲醇 1 2 l -5 - 7 。 1 5 州 素 1 2 浊点萃取技术及其在环境水样分析中的应用 浊点萃取( c l o u dp o i n te x t r a c t i o n ，c p e ) 是近年来出现的一种新兴的微型化 6 青岛理工大学工学硕二e 学位沦文 的液液萃取技术( 实验装置如图1 4 所示) ；与传统的l l e 相比，c p e 技术的丰 要优点是不使用有毒有机溶剂，是一种环保型的前处理技术f 6 0 1 。 c p e 主要是利用表面活性剂的增溶作用和浊点现象来实现的。增溶作用是表 面活性剂在水溶液中的浓度达到临界胶束浓度( c r i t i c a lm i c e l l ec o n c e n t r a t i o n c m c ) 形成胶束后，能使不溶或微溶于水的有机物的溶解度显著增大，形成澄 清透明溶液的现象；临界胶束浓度是指水溶液中表面活性剂产牛胶束时的最小浓 度。浊点现象是指在一定的温度范围内，表面活性剂易溶于水成为澄清溶液，而 当温度改变( 升高或降低) 时，溶解度减小，会在溶液中出现浑浊、分层的现象； 当表面活性剂溶液温度升高，溶液出现混浊，发牛相分离的温度称为浊点温度 ( c l o u dp o i n tt e m p e r a t u r e ，c p t ) 【6 1 1 。目前，浊点萃取技术丰要作为痕量污染物 的预处理手段，表1 4 为c p e 在环境水样分析中的应用，主要分析物包括微量 元素【6 2 1 、多环芳烃【6 3 】、金属离子【删、雌激素【6 5 】、酞酸酯删、双酚a 【6 7 】、多氯联 苯醚删、扑草削6 9 1 、孔雀石和结晶紫等。 表1 - 4c p e 在环境水样分析中的应用 t a b l e1 - 4a p p l i c a t i o no fc p ei ne n v i r o n m e n t a lw a t e rs a m p l e s 青岛理j 大学工学硕士学位论文 浑浊现象 图l _ 4 浊点萃取装置示意图 f i g u r e1 - 4t h ee x p e r i m e n t a la p p a r a t u sf o rc p e 2 本文的研究思路 2 1 研究对象及意义 水是人类牛产和生活中必不可少的重要物质。含色、嗅、味的水不仪影响环 境美观，还会对工业产品质量和水产养殖业造成一定的影响。重金属，特别是汞、 镉、铅、铬等具有显著的牛物毒性。它们在水体中不能被微牛物降解，而只能发 生各种形态之问的相瓦转化和富集作用。因此，对环境水样中嗅味有机物和重金 属的监测口益重要。 水体中尤其是饮用水中嗅昧物质的种类和来源各不相同，目前国际上丰要采 用饮用水嗅味轮状图进行分类；该方法根据人的感官感觉，将饮用水中的嗅味分 为3 类1 3 种；其中，上霉味被认为是最容易在水体中存在的一种嗅味7 1 1 ( 上臭 素和2 甲基异冰片是上霉味的代表物质) ，因此，对饮用水中上霉味物质的研究 具有重要意义。 重金属足指比重大于4 或5 的金属，大约有4 5 种，包括人体必需的锌、铜、 锰等，还有非人体牛命活动必需的汞、镉、铅、钻等；所有重金属超过一定浓度 都会对人体产乍危害。重金属污染与其他化合物的污染有所不同，重金属具有富 集性，不能被生物降解；当过量的重金属进入人体后，会破坏人体内的各种酶和 蛋白质的活性，也可能在人体某些器官内富集，对人体造成极大的危害。因此， 对重金属的检测应引起重视，本文以汞离子作为研究对象进行分析。 8 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 2 研究现状 2 2 1g s m 和m i b 的研究现状 国内外对g s m 和m i b 的研究，主要是通过改进前处理技术并结合色谱技术， 以期达到更低的检出限并可以应用于实际样品的分析，表1 5 为不同前处理技术 与g c m s 联用对环境水样中的两种上霉味物质进行分析检测的研究成果总结。 由表1 5 可知，各前处理技术与g c m s 联用，均能达到较低的检出限( n g l 级) ，并能成功应用于实际水样的检测分析。 表1 - 5 不同前处理技术与g c m s 联刚检测环境水样中的g s m 和m i b t a b l e1 - 5d e t e r m i n a t i o no f g s ma n dm i bi ne n v i r o m e n t a lw a t e rs a m p l e su s i n gd i f f e r e n t p r e t r e a t m e n tt e c h n i q u e sc o m b i n e dw i t hg c m s 2 2 2 汞离子的研究现状 国标方法中规定的测定水样中汞的分析方法有原子荧光光谱法、冷原子吸收 法和双硫腙分光光度法【7 9 1 。其中，双硫腙分光光度法与原子荧光光谱法、冷原 子吸收法相比，具有操作简单、使用普遍的优点；但过程中使用三氯甲烷进行液 液萃取，对人体健康和环境造成一定的危害。目前，应用较多的前处理技术主要 为单滴液相微萃取【8 0 1 、分散液液微萃取和浊点萃取【8 2 1 等。 分散液液微萃取检测汞的主要过程为：选择一定的螯合剂与h 9 2 + 生成疏水性 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 的螯合物；将分散剂和萃取剂迅速注入样品溶液中，此时，溶液形成浑浊现象； 螯合物被萃取到萃取溶剂中，经离心分相后，取富集相进行分析。已报道的与 d l l m e 联用检测h 9 2 + 的主要技术为紫外可见分光光度法【8 l 】。 浊点萃取检测汞的乇要过程为：选择一定的螯合剂与h 9 2 + 生成疏水性的螯合 物，以表面活性剂作为萃取剂，经水浴、离心后，螯合物被萃取到表面活性剂中 并完成相分离，取表面活性剂相进行分析。目前，与c p e 联用的主要技术包括 高效液相色谱【8 2 】、分光光度法【8 3 1 、原子吸收光谱法【8 4 1 、毛细管电泳【8 5 】、流动 注射进样【8 6 】等。 2 3 研究内容及创新点 将液相微萃取和浊点萃取作为前处理技术，结合不i 一的检测手段，对环境水 样中的两种：l 霉昧有机物和h 9 2 + 进行分析，旨在提供一种简便、高效、快速分 离分析环境水样中痕量污染物的检测方法。本研究的r 丰要内容及创新点概括如 下： ( 1 ) 采用液相微萃取气相色谱质谱联用对环境水样中的g s m 和m i b 进行 分析。由表1 5 可知，在对g s m 和m i b 进行分析时，以两种前处理方式进行比 较的形式出现的文献相对较少。本文的丰要创新点足：比较了两种液相微萃取技 术( 单滴液相微萃取和顶空液相微萃取) 在最佳萃取条件下对g s m 和m i b 的萃 取效率，得到顶空液相微萃取的萃取效果更佳；h s l p m e 与g c m s 结合，与 其他方法相比，得到更低的检出限和更高的精密度，并将最优化条件应用于实际 水样的分析，结果满意。 ( 2 ) 采用分散液液微萃取反萃取技术与毛细管电泳联用检测环境水样中的 h 9 2 + 。已报道的文献中，分散液液微萃取极少与毛细管电泳技术联用检测重金属 离子。本研究的丰要创新点是在分散液液微萃取基础上进行改进，增加一步反萃 取技术，将分散液液微萃取牛成的疏水性的金属螯合物转化为亲水性螯合物，使 其能够与最简单的毛细管区带电泳联用检测h 9 2 + ，并将该方法成功应用于环境 水样的分析。 ( 3 ) 采用浊点萃取紫外可见分光光度法测定环境水样中的h 9 2 + 。在金属离 子的分析中，浊点萃取是目前应用较广的前处理技术，但是检测h 9 2 + 的文献并 1 0 青岛理工大学工学硕上学位沦文 二二二二二二二= 一一 不多见。木文将浊点萃取与紫外可见分光光度法联用，方法简单、快捷、灵敏度 高，并实现了对自来水中h 9 2 + 的检测。 青岛理工大学工学硕二仁学位论文 第2 章液相微萃取气相色谱质谱联用测定自来水厂 水源水及出厂水中的土臭素和2 甲基异冰片 1 前言 随着工农业的迅猛发展，伴随而来的水体污染及水体富营养化现象越来越严 重。近年来，我围饮用水水源嗅味问题日益凸显，严重影响到饮用水水质，同时 对水产养殖业和饮料产业造成巨大的冲击。 嗅味是人类评价饮用水质量的最早的参数，因为它能够被饮用者最直观的判 断。过去认为嗅味与人类健康兀关，只限于感官不好；但随着研究的深入，现在 人们越来越多地将其与饮用者的健康联系起来。放线菌、藻类等浮游植物分 泌或新陈代谢产生的土臭素( g s m ) 和2 甲基异冰片( 又称二甲基异茨醇，m i b ) 是造成饮用水嗅味的主要原因【8 8 - 9 0 1 。 土臭素为上味物质，2 甲基异冰片为霉味物质，两种物质在水中的含量较低、 嗅闽值均低于1 0n g l t 9 1 】且均为半挥发性有机物9 2 9 4 】，因此需对其进行富集浓缩 并选用高灵敏度的方法进行分析。 国内外对水体中嗅味物质的分析方法丰要有感官分析法和仪器分析法。感官 分析法由于受丰观因素的影响较大，且无法进行精确的定量分析，很难有更大的 突破；仪器分析法是指先对样品进行前处理富集浓缩，然后通过色谱技术进行定 性和定量分析。 液相微萃取技术是在传统的液液萃取的基础上发展起来的，具有有机溶剂使 用量少、操作简单快速，萃取后样品利用率高等优点，且对环境不造成二次污染， 是一种环境友好型的样品前处理技术。本文采用顶空液相微萃取气相色谱质谱 联用法测定水体中的上臭素和2 一甲基异冰片，并将其成功应用于实际水样的检测 分析。 1 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 实验部分 2 1 实验仪器及试剂 美国热电t h e r m of i n n g a nt r a c ed s q2 0 0 3 气质联用仪；固相微萃取装置： 气相色谱进样针( 1 0 i t l ，s g e ，a u s t r a l i a ) ；磁力搅拌子( 1 0m m x 3m m ) ：s y n e r g y 1 8 5 超纯水器，美国m i l l i p o r e 公司。 g s m 、m i b 标准品浓度均为1 0 0l a g m l ，纯度均大于9 9 ，购于美国s u p e l c o 公司；其它试剂均为色谱纯。稀释用甲醇购于韩国s k c h e m i c a l 公司；实验用正 己烷、甲苯、环己烷，分别购自美国t e d i a 公司、天津市科密欧化学试剂开发中 心和天津市光复精细化工研究所。 2 2 样品前处理过程 2 2 1 顶空液相微萃取过程 萃取过程在2 0m l 顶空瓶中进行，瓶中加入1 0m l 含标准品的水样和磁力搅 拌子；设定搅拌子转速，充分平衡后，用1 0 此微量进样器吸取3p l 有机溶剂， 垂直插入顶空瓶上方空气中：小心地推出微量进样器中的有机溶剂，使其在针尖 处形成悬挂液滴；项空萃取1 0m i n 后，吸回lp l 进行g c m s 分析。 2 2 2 单滴液相微萃取过程 与2 2 1 过程基本相似，但无需平衡；将含有2 此有机溶剂的1 0 此微量进 样器垂直插入样品溶液中；推出有机溶剂，使有机溶剂形成小液滴悬挂在针尖处； 设定温度和搅拌子转速，萃取3 0r a i n 后，吸回l “l 进行g c m s 分析。 2 3 色谱质谱条件 d b 一5 弹性石英毛细管柱( 3 0m 0 2 5m mi d 0 2 5p m ) ，购于a g i l e n t t e c h n o l o g i e s 公司；载气为高纯氦气( 9 9 9 9 9 ) ，载气流速为1 0m l m i n ：进 青岛理工大学工学硕士学位论文 样口温度为2 5 0 。c ，不分流进样；程序升温：初始温度6 0 。c ，保留lr a i n ；以 1 5o c m i n 的速率升温到1 3 0o c ；再以1 8o c m i n 的速率升温到2 0 0o c 。传输线 和离子源温度均为2 5 0 。c ；电子轰击( e i ) 离子源，电子能量7 0e v 。 采用选择离子模式( s i m ) 进行定量分析，特征离子m z 分别为：g s m ，1 1 2 、 1 2 5 ；m i b ，9 5 、1 0 7 、1 3 5 。图2 1 为1 0t t g m lg s m 和m i b 混合标准样品的总 离子流图。 6 06 5 7 07 58 08 59 09 5 t i m e ( 血n ) 图2 11 0r t g m l 的g s m 和m i b 混和标准样品经g c m s 分析得到的总离子流图 f i g u r e2 - 1t o t a li o nc h r o m a t o g r a m s ( t i c s ) o b t a i n e db yg c m su n d e rt h es i mm o d ef r o mt h e s t a n d a r dm i x t u r eo fm i ba n dg s ma t10l a g m l 3 结果与讨论 3 1 两种前处理方式萃取条件优化 3 1 1 顶空液相微萃取条件优化 为使g s m 和m i b 经顶空液相微萃取后的萃取回收率最高，对诸多影响因素 进行了考察，如萃取溶剂种类、溶剂体积、搅拌速率、平衡时间和萃取时间、离 子强度等。 1 4 oo譬口虿d芝二苗_旦函 青岛理工大学工学硕士学位论文 3 1 1 1 萃取溶剂的选择 萃取溶剂的选择在顶空液相微萃取过程中发挥着重要的作用，萃取溶剂应该 具有以下条件：能很好的溶解、富集目标分析物并能达到快速萃取的目的：具有 一定的黏性，可以使液滴更稳定的悬挂在针尖并能很容易地被吸匣l 微量进样器 中；具有低挥发性。实验是在室温，不搅拌的条件下进行的，选择甲苯、环己烷 两种有机溶剂作为萃取剂，按照2 2 1 的方法对2 0 0n g l 的模拟水样进行萃取， 结果如图2 2 所示，环己烷具有更高的萃取效率，实验选用环己烷作为萃取溶剂。 1 2 0 0 1 0 0 0 8 0 0 匿6 0 0 磐 4 0 0 2 0 0 o 圆甲苯 m 旧 化合物 g s m 烷 图2 - 2h s - l p m e 萃取浴剂的选择 f i g u r e2 - 2e f f e c to fd i f f e r e n ts o l v e n t so nt h ee x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo fh s l p m e 3 1 1 2 溶剂体积的选择 增大萃取溶剂的体积可以增大溶剂的表面积，增加萃取量。但溶剂体积过大 会使液滴不稳定，容易脱落。液滴体积的影响如图2 3 所示，当液滴体积为3 p l 时，对两种物质的萃取效果最理想；溶剂体积继续增大时，g s m 的萃取效率反 而降低，可能的原因是溶剂体积增大后，目标物在萃取溶剂中的浓度相对下降， 导致信号下降。因此实验选用有机溶剂体积为3 9 l 。 3 1 1 3 搅拌速率的影响 搅拌可以增加萃取效率并缩短萃取时间。实验通过改变搅拌子的转速对标准 青岛珲工大学工学硕一卜学位论文 溶液进行萃取，得到萃取结果如图2 - 4 所示，搅拌速率在1 0 0 0r p m 以内，随着 转速增大萃取效率增强；继续增大转速，悬浮在针尖的液滴不稳定且损失严重。 因此木实验选用搅拌二f 的搅拌速率为1 0 0 0r p m 。 聚 旧 謦：l 2 6 2 83 03 23 4 溶剂体积( t t l ) 图2 - 3h s l p m e 葶取溶剂体积选择 f i g u r e2 - 3e f f e c to fs o l v e n tv o l u m eo nt h ee x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo fh s l p m e 3 0 0 0 2 5 0 0 聚2 0 0 0 喧 斟 1 5 0 0 l o o o 5 0 0 02 0 04 0 06 0 0 8 0 01 0 0 0 搅拌速率( r p m ) 图2 4h s l p m e 搅拌速率选择 f i g u r e2 - 4e f f e c to fs a m p l ea g i t a t i o no nt h ee x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo fh s l p m e 3 1 1 4 盐效应 水样中加入定量的n a c l ，可以增加溶液的离子强度，增大分配系数，从 而达到提高分析方法灵敏度的1 7 1 的。实验对不同浓度的n a c i 进行考察，结果如 1 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 图2 - 5 所示，萃取效率随n a c i 浓度的增大而明显增强。实验选用饱和n a c i 溶液。 5 0 0 0 0 4 0 0 0 0 匿，o o o o 髫 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 o5l o1 52 02 53 03 5 n a c i 含量( w v ，) 图2 - 5h s l p m en a c l 含鼍选择 f i g u r e2 - 5e f f e c to fi o n i cs t r e n g t ho nt h ee x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo fh s l p m e 3 1 1 5 平衡时间和萃取时间的选择 影响顶空液相微萃取的另一重要因素是平衡时间和萃取时间。平衡时间是指 从顶空瓶中加入标准样品开始到插入微量进样器进行萃取前的时间。萃取时间是 从有机溶剂被推出微量进样器形成液滴悬挂在针尖开始算起到液滴吸回微量进 样器为止。由于g s m 和m i b 为半挥发性有机物，在搅拌的条件下，平衡一定时 间，可以加速分析物挥发到顶空体积中。本实验对平衡时间进行考察，结果表明， 萃取效率随平衡时间的增长而增强。实验选用平衡时间为3 0m i n 。 随着萃取时间的延长，分析物在溶剂中的含量增加，但是时间过长，溶剂缓 慢挥发，反而不利于萃取。实验对不同萃取时间( 7 1 0m i n ，间隔1r a i n ) 进行 考察，结果表明，在7 1 0 m i n 内，随萃取时间的增长，萃取效率逐渐增加，实验 选择萃取时间为1 0m i n 。 3 1 2 单滴液相微萃取条件优化 单滴液相微萃取条件考察与顶空液相微萃取基本相似，选择g s m 和m i b 的 混合标准样品溶液浓度为2 0 0n g l ，分别对萃取溶剂种类、溶剂体积、搅拌速率、 1 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 盐效应、萃取温度和时间进行考察。 3 121 萃取溶剂的优化 在室温，不搅拌的条件下，选择甲苯、环己烷和正己烷三种有机溶剂作为萃 取剂，按照2 2 2 的方法对2 0 0n g l 的混合标准溶液萃取3 0m i n ，结果如图2 6 所示，甲苯对两种物质的萃取效率最高。因此实验选用甲苯作为萃取溶剂。 1 6 0 0 1 4 0 0 1 2 0 0 释1 0 0 0 喧8 0 0 髫 6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 囫甲苯 化合物 烷 烷 图2 - 6s d m e 萃取溶剂种类选择 f i g u r e2 - 6e f f e c to fd i f f e r e n tk i n d so fs o l v e n t so nt h ee x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo fs d m e 3 1 2 2 萃取溶剂体积的优化 液滴大小对分析的灵敏度影响较大，一般来讲，液滴体积越大，分析物的萃 取量越大，越有利于提高方法的灵敏度；但液滴过大，达到平衡所需要的时间越 长。本实验对1 5p l 、2p l 、2 5i - t l 和3p l 甲苯体积进行考察，结果如图2 7 所 示，液滴体积为2p l 时，两种物质的萃取效率最高。实验选择2 此作为萃取溶 剂的最佳体积。 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 5 0 0 1 4 5 0 1 4 0 0 1 3 5 0 匿t ，0 0 鹫1 2 5 0 1 2 0 0 1 1 5 0 1 1 0 0 i 6i 82 02 22 42 62 8 3 0 溶剂体积( p l ) 图2 7s d m e 萃