（分析化学专业论文）非离子表面活性剂浊点萃取痕量金属元素的研究.pdf

摘要 摘要 浊点萃取( c l o u dp o i n te x t r a c t i o n ，简称c p e ) 法是近年来出现的一种新兴的液 液萃取技术。它以表面活性剂胶束水溶液的溶解性和浊点现象为基础，通过改 变实验参数，将疏水性物质与亲水性物质分离。它具有经济、安全、高效、简 便等优点，已广泛用于生命科学、环境科学等领域。近年来浊点萃取法也成功 地用于金属元素的分离富集，并与分析仪器联用，用于痕量金属元素的检测。 火焰原子吸收光谱法( f a a s ) 是痕量元素分析中常用的方法之一。由于试样 的复杂和极低的含量。传统的前处理方法已经不能适用于痕量元素的分析，往 往要求在测定之前用化学分离预富集手段以分离富集待测物和除去干扰基体， 以提高分析方法的灵敏度、选择性、准确性和达到更低的检出限。 本论文利用螯合剂1 ( 2 毗啶偶氮) - 2 萘酚o a n ) 、吡咯烷二硫代甲酸铵 ( a p d c ) 和非离子表面活性剂t r i t o nx 1 0 0 、o p - 7 进行浊点萃取火焰原子吸收光 谱法测定痕量元素。探讨了溶液p h 、试剂浓度等实验条件对以下3 个体系的浊 点萃取效率及测定灵敏度的影响。 ( 1 ) p a n - t r i t o nx - 1 0 0 体系：在最佳条件下，溶液p h 为1 1 o 时对m n 2 + 进 行浊点萃取。在此条件下，m n 2 + 的检出限为7 4 n g m l 。 ( 2 ) p a n - - o p 7 体系：在最佳条件下，溶液p n 分别为1 1 0 、9 0 、8 0 、8 0 、 8 o 、7 o 时对m n 2 + 、c d 2 + 、n i 2 + 、p b 2 + 、c u 2 + 和c 0 2 + 进行浊点萃取。在此条件下， 各离子的检出限分别为0 o l l p g m l 一、6 6 n g m l 一、o 0 2 7 u , g m l 1 、0 0 6 6 , g - m l 、 8 5 r i g m l 1 和o 0 2 6 “g m l 1 。方法用于测定环境水样中的铜，标加回收率为 1 0 0 8 ，相对标准偏差为3 3 6 ( 萨l o ) ，结果令人满意。 ( 3 ) a p d c - - o p - 7 体系：在最佳条件下，溶液p h 为5 o 时分别对c u 2 + 和c d 2 + 进行浊点萃取在此条件下，c u 2 + 和c 0 2 + 的检出限分别为0 0 1 3 p g l l o 和 0 0 5 2 p g - m l 1 。 关键词：浊点萃取，火焰原子吸收光谱，分离富集，痕量元素 a b s u 删t a b s t r a c t c l o u dp o i n te x t r a c t i o n ( c p e ) i san e wl i q u i d - l i q u i de x t r a c t i o nw h i c hi sb a s e d o nt h es o l u b i l i t ya n dc l o u dp o i n tp h e n o m e n o no fa q u e o u ss o l u t i o n so fs u r f a c t a n t s ， u p o na l t e r a t i o no ft h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n ss u c hn sp hv a l u eo fs o l u t i o n t h e s o l u t i o ni ss e p a r a t e di n t op h a s e s ，w h i c hr e s u l t si nt h es e p a r a t i o no fh y d r o p h o b ca n d h y d r o p h i l e c p ei sa ne a s y , s a f e ，h i g he f f i c i e n c ya n di n e x p e n s i v em e t h o d o l o g yf o r p r e c o n c e n t r a f i o na n ds e p a r a t i o n i th a s b e e nw i d e l yu s e di nt h es t u d yo f l i f es c i e n c e s ， e n v i r o n m e n ts c i e n c e s ，a n dt h ep r e c o n c c n t r a t i o na n ds e p a r a t i o no f m e t a le l e m e n t s f l a m ea t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r yi so n eo fc o m m o nm e t h o d si na n a l y z i n g 血獬e l e m e n t s t r a d i t i o n a lp r e c o n c e n t r a f i o nm e t h o di sn o ts a t i s f a c t o r yb e c a u s eo f s a m p l e sw i t hs m a l l v o l u m ea n dm e t a le l e m e n t sw i t ht r a c ec o n t e n t s e p a r a t i o na n d p r e c o n c e n t r a t i o np r o c e d u r e sp r i o rt ot r a c ee l e m e n td e t e r m i n a t i o nh a v eb e e ne x p l o r e d t oa c h i e v em o r ea c c u r a t e ，r e l i a b l ea n ds e n s i t i v er e s u l t sa n dl o w e rd e t e c t i o n1 i m i t s t h ec p em e t h o dw a sb a s e do ne m p l o y i n gt r i t o nx - 1 0 0a n do p - 7a sn o n i o n i c s u r f a c t a n t , 1 - ( 2 - p y r i d y l a z o ) - 2 - n a p h t h o l ( p a n ) a n da m m o n i u mp y r r o l i d i n e d i t h i o c a r - b a m a t e ( a p d c ) a sc o m p l e x i n gr e a g e n t t h e c h e m i c mv a r i a b l e sa f f e c t i n gt h e d e t e c t i o np r o c e s sw e r eo p t i m i z e di nt h ef o l l o w i n g3s y s t e m s ( 1 ) i np a n t r i t o nx - 1 0 0s y s t e m , t h e d e t e c t i o nl i m i to fm a n g a n e s ei s 7 4 r i g m l - 1a tp h 11 0w a d e rt h eo p t i m m nc o n d i t i o n s ( 2 ) i np a n o p - 7s y s t e m , t h ed e t e c t i o nl i m i t so fm a n g a n e s e ，c a d i n i 啪，n i c k e l ， l e a d ，c o p p e ra n dc o b a l ti s0 0 11i _ t g m l l ，6 6 n g m l 1 ，0 0 2 7 p g - r n l 1 ，0 0 6 6 p g m l ， 8 5 n g 。m l la n d0 0 2 6 p g m l a tp h1 1 0 ，9 0 ，8 0 ，8 0 ，8 0a n d7 0r e s p e c t i v e l y t h e p r o p o s e dm e t h o dw a sa p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o no fc o p p e ri nr i v e rw a t e r s t h e s t a n d a r da d d i t i o nr e c o v e r yo f c o p p e ri s1 0 0 8 a n dr s di s3 3 6 ( 2 1 0 ) ( 3 ) i na p d c o p - 7s y s t e m ，t h ed e t e c t i o nl i m i t so fc o p p e ra n dc o b a l ti s o 0 1 3 p g m l l a n d0 0 5 2 p g m l a tp h 5 0u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s k e yw o r d s ：c p e ，f a a s ，p r e c o n c e n t r a t i o n , t r a c ee l e m e n t s 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、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；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；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：拐涠1 目 扣o r 年弓月i 罗日 同济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，均己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。 签名：齐虱1 日 2 , 0 陴善月i ? 日 第1 章引言 1 1 课题背景 第1 章引言 随着科学技术的发展，在进行地质、生物、环境等样品的分析时，经常要 求测定n g m l l 甚至p g m l l 级的痕量元素，而且分析对象也日益复杂多样，存 在复杂的基体干扰，因此对分析化学中的分离富集技术提出了更高的要求。虽 然现代仪器分析方法的检出限越来越低，但要直接分析一些复杂基体中痕量和 超痕量组分的含量也往往遇到困难，有时甚至是不可能的。这是因为，样品本 身的物理化学状态有的不适合直接测定，或者分析方法对极低含量的组分灵敏 度不够；而且存在基体干扰，或者缺乏相应的校正标准和试剂【l j 。因此必须借助 各种各样的分离富集技术，可以在一定程度上消除基体干扰，使分析检出限、 精密度和准确度获得有效改善，从而使分析方法的应用范围得到扩大。 虽然原子光谱分析技术具有很高的灵敏度，但在分析待测元素含量极低或 化学组成太复杂的试样时，往往要在测定之前辅以化学分离顾富集手段以纯化 富集待测物和除去干扰基体。一般来说，样品的前处理过程所用时间占整个分 析过程的6 0 以上，是痕量分析的重点郾】。样品前处理方法起着浓缩痕量组分， 去除对分析系统有害物质的作用。各种传统样品制各与处理方法，如液液萃取、 索式提取、层析、蒸馏、离心、沉淀等，具有操作步骤繁多，处理时间长，溶 剂用量大，易发生样品损失和玷污并产生较大误差等缺点1 4 ，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。现在传统的前处理方法已经不能符 合痕量金属元素分析的高要求，因此研究高效、快速的无溶剂或少溶剂的样品 制备与前处理方法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。 浊点萃取( c l o u dp 0 i n te x r a c t i o n ，c p e ) 技术在这种情况下应运而生，它是一 种新兴环保型液液萃取技术，也被称为胶束媒介萃取、液体凝聚萃取或温度引 发的相分离1 5 】。它以表面活性剂胶束水溶液的溶解性和浊点现象为基础，通过改 第1 章引言 变实验参数如溶液的p h 值、离子强度、温度等引发相分离，将疏水性物质与亲 水性物质分离。它不使用挥发性有机溶剂，不影响环境，具有经济、安全、高 效、简便、应用范围广等优点，是高灵敏度、高选择性的“绿色分析方法”。 近年来浊点萃取法成功地应用于金属螯合物、生物大分子的分离纯化【6 1 及环境样 品的前处理中【刀。 1 2 浊点萃取法国内外研究现状 1 9 7 8 年，由h i r o t ow a t a n a b ea n dh i r o a k it a n a k a 等0 8 1 最早将浊点萃取技术应 用于金属离子的测定。在国外研究得较早、较多，国内在该方面的研究相对薄 弱。目前浊点萃取技术已经得到了较为广泛的使用。现就其在生物大分子的分 离纯化、有机小分子的分离测定及金属离子的萃取等方面的应用作一简单介绍。 1 2 1 分离与纯化蛋白质 b o r d i c 一9 最早将浊点萃取法应用于生物学领域，其操作步骤较简单，无需使 用专门仪器。生物大分子分离分析随着浊点萃取技术的发展取得了突破性进展 1 0 1 。c p e 法可用于分离膜蛋白、酶、动物、植物及细菌的受体，还可以代替一 些分离方法如硫酸铵分级法作为纯化蛋白的第一步。该法用于蛋白质的分离纯 化已经可以实现大规模生产操作。 另外，浊点萃取技术也成功地用于生物分析。生物分子在表面活性剂，水两 相体系中的分配主要是依据其表面所具有的亲水性疏水性基团。所以，浊点萃 取法也可以用来表征蛋白质。首先，可以通过目标蛋白在表面活性剂中的萃取 效率来判断蛋白质是否为内嵌膜蛋白。第二，改变p h 、引入配体和酶后，可通 过观察蛋白质在两相问分配的变化了解其构象变化，来研究翻译表达后蛋白修 饰及特定体系中蛋白间作用力大小。浊点萃取法也可以考察p h 引发的溶酶体糖 蛋白皂角苷( s 印) 的构象变化1 6 j 。 1 2 2 有机物的萃取及分析监测 许多不溶或微溶于水的有机物能很好地溶于胶束中，其溶解能力与表面活 性剂的类型有关。当碳氢链的长度等同时它们的溶解能力有如下顺序川：非离子 2 第1 章引言 型 阳离子型 阴离子型，同时非离子型的表面活性剂的溶解能力在浊点附近随 温度的上升而迅速增加，通过控制条件能达到有效地分离有机物的目的。c p e 可以作为流动注射分析( f i a ) 、高效液相色谱( h p l c ) 、毛细管电泳( c e ) 等仪器分 析技术的样品前处理方法，提高检出灵敏度，在环境污染物分析中得到了广泛 应用【1 1 4 1 。表面活性剂不仅可以防止样品吸附在玻璃容器壁上，而且易于与f i a 中的载液及h p l c 中的有机流动相或胶束流动相混合，萃取后可以直接进样。 石志红【”】等首次将浊点萃取法应用于尿中待测化合物的提取，确定了用浊点萃 取高效液相色谱法检测尿中丹参酮类化合物的最佳条件。lc a s e m i ， d o n g s h u nb a i t ”j 等人也对浊点萃取用于测定有机化合物进行了研究。 1 2 3 浊点萃取在金属离子分离富集及形态分析中的应用 浊点萃取法作为痕量元素分离富集的手段，在分析化学中得到了广泛应用， 它是富集痕量金属离子的安全低毒的有效、快速及便宜的方法，其富集回收率 大部分都在9 7 0 - 1 0 0 5 t 1 8 1 。浊点萃取技术最早是由h w a t a n a b e 8 】用于金属 离子萃取，后来被推广到各个领域。其萃取方法一般是：首先将含有金属离子 的体系用缓冲溶液调到某一p h ，然后加入金属离子的配体和表面活性剂进行萃 取和分离1 7 1 浊点萃取法能够与多种检测技术联用进行金属离子的分离富集 1 9 , 2 0 ，其中包括：分光光度法、荧光分析法、原子吸收光谱法、等离子体原子发 射光谱法质谱法等。最近也有将其与色谱技术( h p l c 和c e ) 联用进行金属离子 的分离富集和形态分析的报道唐安娜1 2 1 0 2 1 等以1 - ( 2 - 吡啶偶氮k 萘酚( p a n ) 为 络合剂，非离子表面活性剂t r i t o nx 1 1 4 为萃取剂，对水溶液中的c 0 2 + 和c u 2 + 进行富集。谢夏丰 2 3 j 以t a n 为衍生试剂，用t r i t o nx - 1 1 4 非离子表面活性剂浊 点萃取n i 2 + 。李割硎等研究了以8 羟基喹啉为络合剂，t r i t o nx - 1 0 0 非离子表面 活性剂浊点萃取痕量铬的各种条件，建立了浊点萃取预富集i c p a e s 测定痕量 铬的新方法。 元素的化学形态分析【2 5 】是当今分析科学中的活跃研究领域，也是环境科学、 生命科学对分析化学提出的一个挑战性课题。根据i u l ，a c 的定义，形态分析是 指测定一样品中某元素的不同键合形式、不同氧化态和该元素的总量。元素形 态在环境、生化、地质和医药等领域中非常重要，因为不同的元素形态具有不 同的化学和生物学行为，元素的毒性与其存在形态密切相关形态分析对于揭 3 第1 章引言 示微量元素在环境和生命科学中的迁移转化规律及其生物化学作用是非常必要 的。 浊点萃取应用于痕量元素形态分析时，通常先测定可被萃取的元素形态( 形 成金属络合物的元素氧化态或还原态，元素的络合态等) 的含量，然后测定元素 的总量，采用差减法计算未被直接测定的另一形态的金属离子的含量；或者通 过控制溶液的p h 值和加入不同的螯合剂的方法，使元素的不同形态分别生成可 被萃取的螯合物，连续萃取分离后分别进行测定。该方法简便、快速，已用于 c r o n ) 和c r ( v i ) ，f e ( i i ) 和f e ( i i i ) 以及c u 和f e 的结合态的分析。 1 3 课题的内容和意义 水是一切生物体所必须的基本物质，是人类生存的重要环境因素。由于人 类生产、生活产生的各种废弃物进入水体，造成污染，危害水生资源和人类健 康，水环境污染己成为当今世界面临的主要环境问题之一。水中的有害物质主 要有重金属、氟化物、氯化物、阴离子表面活性剂、硝酸盐、硫酸盐、油类、 农药残留物等等。其中重金属污染具有来源广、残毒时间长、蓄积性、污染后 不易被发现并且难于恢复、易于沿食物链转移富集等特征，对水生生物和人体 健康造成直接的危害。因此，快速简便地检测水中的重金属元素，对于人类的 健康、疾病的预防以及危害生态环境安全都具有十分重要的意义。 浊点萃取作为近年来出现的一种新兴的分离富集技术，因其具有萃取效率 高、富集因子大、操作简便、安全、经济、便于实现联用化等优点，受到人们 的极大关注与重视。在查阅了大量国内外浊点萃取法在痕量分析方面应用的文 献后，本文选用t r i t o nx 1 0 0 与p a n 结合进行浊点萃取火焰原子吸收光谱法测 定痕量m n 2 + ，用o p 7 1 2 啦刀与p a n 结合进行浊点萃取火焰原子吸收光谱法测定 痕量m n 2 + 、c d 2 + 、n i 2 + 、p b 2 + 、c l l 2 + 、c o z + ，用o p 7 与a p d c 结合进行浊点萃 取火焰原子吸收光谱法测定痕量c u ”和c o ”。这三种方法文献都尚未见有报道。 本课题将高富集倍率的浊点萃取法与高灵敏度的火焰原子吸收光谱法相结合， 建立浊点萃取火焰原子吸收光谱法测定痕量金属m n 2 + 、cd ：2 + 、n i 2 + 、p b 2 + 、c u 2 + 、 c 0 2 + 的新方法，并初次用于环境水样中c u “的测定 2 8 - 4 2 1 。这种分离富集与检测 手段相结合的方法，可达到更高的灵敏度、选择性和准确性，并且改善了检出 限，使分析更加快速、简便。 4 第1 章引言 本文测定的离子选为锰、镉、镍、铅、铜、钴离子。 锰是人体必需的微量元素，不仅是人体内多种酶的组成成分，并且具有抗 癌作用，因此，锰与人体健康的关系十分密切。但是，锰摄入量过多又可造成 中毒，特别是锰对中枢神经系统具有较强的毒性。因此，研究微量锰的测定方 法具有重要的现实意义。通常，在自然界水中锰总量的测定是用硫酸钾将二价 的锰离子氧化为高锰酸根离子后用光度法测定的。然而这种方法有较低的灵敏 度 2 6 , 4 3 a 4 。 镉是人体非需要的元素，也是剧毒重金属。土壤中的镉不但对植物的正常 生长无效，而且比其它元素( z n 、p b 和c u ) 等对植物产生毒害作用更强，发生毒 害作用的浓度更低。对人体健康而言，即使微量的镉进入人体内，经长期积累， 也可引起慢性中毒，造成骨质软化症、消化系统和心血管系统的病变。自6 0 年 代初人们认识到镐的污染严重影响人体健康后，镉的分析监测就被提到了重要 的日程。 根据大量的科学研究结果显示，镍是人体必需的微量元素，但摄入过量的 镍是十分危险的。镍及其化合物对人皮肤黏膜和呼吸道有刺激作用，可引起皮 炎和气管炎，甚至引发肺炎。通过动物实验和人群观察已证明：镍具有积蓄作 用，在肾、脾、肝中积蓄最多，可诱发鼻咽癌和肺癌。 高浓度的铅除了会在农作物可食部分产生残毒外，还会导致幼苗萎缩、生 长缓慢、产量下降甚至绝收等后果。铅对人体的危害主要表现在下列几方面：( 1 ) 小剂量的铅吸收产生精神障碍：( 2 ) 铅中毒可引起动脉高血压和肾功能不全的并 发症；( 3 ) 铅摄入量很高时引起贫血症；( 4 ) 铅在人的血液中达到一定浓度时，染 色体畸变率显著增加。因此，痕量铅的危害越来越引起人们的关注，痕量铅的 分析日益受到重视，传统的分析技术不断地得到改进和发展，新的分析技术亦 不断出现。 铜对植物的生长发育起着重要的作用，但过量的铜会抑制根系生长和养分 吸收；急性铜中毒会对人体的胃肠黏膜产生强烈的刺激，引起胃肠炎；慢性铜 中毒会使铜蓄积于人体的肝脏中，达到一定量时，肝中的铜释放出来进入血液， 从而引起大量溶血、黄疸等症状。因此，铜离子的监测是环境分析中的重要内 容之一【4 5 】。 钴是人体内必需的微量元素中比较重要的一种，是v b l 2 的主要组成元素， 它们主要参与机体d n a 和血红蛋白的合成、氨基酸代谢、氢合甲基在体内的转 5 第1 章引言 移和红细胞的成熟。钴具有生血刺激作用，而有很高选择活性，可以治疗巨细 胞贫血，参与核酸胆碱和某些氨基酸的合成，维持神经系统的正常结构，在脂 肪和糖的代谢中发挥着重要作用。但是人体内钴含量超标也是不利的。据称， 钴暴露会对人体产生有害作用，引起肺、心脏、皮肤、生殖等疾病。因此研究 测定微量钴的新方法在生命科学、药物和环境监测中有重要意义1 4 6 。 1 。4 浊点萃取方法的原理 1 4 1 浊点萃取的原理 当非离子表面活性剂水溶液加热超过某一温度时，溶液出现浑浊和相的分 离，这种现象即为浊点现象，此时的温度称为浊点温度( c p ) t 4 q 。静置一段时间( 或 离心) 后会形成两个透明的液相：一为小体积的表面活性剂相；另一为水相( 表面 活性剂浓度接近c i v i c ) 。这种现象是一种可逆过程，当温度低于浊点时，两相消 失，重新成为均一溶液。浊点现象是由于随着温度的升高，表面活性剂的胶束 尺寸增大，氢键的结合力不足以保持水分子连接在醚的氧原子上引起的。 当表面活性剂超过临界胶束浓度时，变成交替聚集在一起而相互关联的缔 合体，形成胶束溶液，胶束大小为6 0 - - - 1 0 0 个单分子。溶解在溶液中的疏水性物 质与表面活性剂的疏水基团结合，析相时被萃取进表面活性剂相，而亲水性物 质则留在水相中，这种利用浊点现象使样品中疏水性物质与亲水性物质分离的 萃取方法就是浊点萃取另外，由于表面活性剂相的体积远小于水相，分析物 在与基体成分分离的同时还可以得到一定程度的富集。图1 1 t 4 s l 是浊点萃取过程 的示意图。由图可见浊点萃取的一般过程为：样品一加螯合剂一加表面活性剂 一加添加剂一水浴加热至浊点一离心一冷却一分离。 浊点萃取中表示表面活性剂胶束溶液浓度与浊点温度变化的相图，对不同 体系其形状各不相同。图1 2 a 是非离子型表面活性剂胶束溶液的相图，温度 浓度曲线将图分为两部分，上部为双相区( 2 l ) ，下部为单相区( l ) ，即温度升高 出现两相。湿度降低至浊点以下，两相消失曲线的最低点对应的浓度与温度分 别为表面活性剂的临界胶束浓度( c m c ) 和临界胶束温度( c m t ) 。图1 2 b 为两性 离子表面活性剂胶束溶液的相图，温度浓度曲线同样把相图分为两个区域。不 同的是上部为l ，下部为2 l ，与非离子表面活性剂相反，两相的出现是由于温 6 第1 章引言 度降低而不是温度升高引发的【4 9 l 。 图1 1 浊点萃取原理 o1 02 03 0 图1 2 a 非离子型表面活性剂胶柬溶液的相图 o1 0 图1 2 b 两性离子型表面活性剂胶束溶液的相图 7 瓤 m 沮 瓤 瑚 涯 第1 章引言 1 4 2 浊点萃取痕量金属离子的主要影响因素 浊点萃取的效率受到许多因素的影响【5 2 】，包括p h 值，表面活性剂的种类 和浓度，螯合剂的种类和浓度，平衡时间的长短，平衡温度，离子强度，粘度， 离心时间，添加剂等，因此优化浊点萃取的各种条件是必须的。具体讨论浊点 萃取效率的主要影响因素。 ( 1 ) 螯合剂的影响 浊点萃取与f a a s 联用测定痕量金属离子，其主要步骤在于螯合剂和待测金 属离子产生合适的螯合物。当金属离子与有机螯合剂形成螯合物时，一方面由 于它不带电，另一方面又由于有机配体在金属离子的外围且极性小，具有疏水 性，因而螯合物难溶于水，易溶于有机溶剂( 如表面活性剂等) 。利用这一性质就 可以将某些金属离子从水溶液( 水相) 中萃取到有机溶剂( 表面活性剂相) 中，从而 达到分离、富集金属离子的目的。螯合剂主要有以下类型【4 5 1 ： 。o o 型”螯合剂 这类螯合剂以两个氧原子为键合原子，例如羟基酸、多元酸、多元醇、多 元酚等。它们通过氧原子( 硬碱) 和金属离子相键合，能与硬酸型阳离子形成稳定 的螯合物。例如：酒石酸。 “n n 型”螯合剂 这类螯合剂，如各种有机胺类或含氮杂环化合物等，通过氮原子( 中间碱) 与金属离子相键合，能与中间酸和一部分软酸型的阳离子形成稳定的螯合物。 例如：邻二氮菲。 。n0 型”螯合剂 这类螯合剂，如氨羧螯合剂、羟基喹啉和一些邻羟基偶氮染料等，通过氧 原子( 硬碱) 和氮原子( 中间碱) 与金属离子相键合，能与许多硬酸、软酸和中间酸 的阳离子形成稳定的螯合物。例如：8 羟基喹啉。 含硫螯合剂 含硫螫合剂可分为。ss 型”、“s 0 型”和“s n 型”等。“ss 型”螯合剂 能与软酸和一部分中间酸型阳离子形成稳定的螯合物，通常多形成较稳定的四 元环螯合物。例如：二乙胺基二硫代甲酸钠( 铜试剂) 。“so 型”和“sn 型”螫 合剂能与许多阳离子形成螫合物，通常多形成较稳定的五元环螯合物。例如： 巯基乙酸。 8 第1 章引言 螯合剂浓度对萃取率e 也有较大的影响。由于样品中含有其他的共存金属 离子，部分螯合剂将与共存离子螯合，对被测金属离子的萃取有一定的干扰。 要消除这一干扰，可适当增加螯合剂浓度，以提高萃取效率。对低协同作用的 整合剂应该增大其浓度，但过商的螯合剂浓度会使螯合剂相互之问聚集而被优 先萃取进表面活性剂中，这就降低了金属离子的萃取效率e 。表1 1 中列出了常 用的螯合剂名称。 表1 1 几种常用的整合剂名称 ( 2 ) 表面活性剂的影响 表面活性剂按亲水基离子类型分为阴离子表面活性剂( a n i o n i cs u r f a c t a n t ) 、 阳离子表面活性剂( c a n t i o n i cs u r f a c t a n t ) 、非离子表面活性剂( n o n i o n i cs u r f a c t a n t ) 和两性离子表面活性剂( z w i t t e r i o n i cs u r f a c t a n t ) 。在浊点萃取方面，使用最多的是 非离子表面活性剂，另外两性离子表面活性剂也存在浊点现象，而一些阴离子 表面活性剂( 如s d s ，s d b s a ，s d s a 等) 水溶液在高浓度h c i 存在下也会出现析 相现象。 浊点萃取中理想的表面活性剂应具有以下特点【4 9 l ：适宜的浊点温度，对 熟敏样品尤为重要。浊点温度与表面活性剂中亲水、疏水链的链长有关，疏水 链长相同时，亲水链长度增加，浊点温度升高；亲水链长相同时，疏水链长增 加，浊点温度下降。适当的疏水性，从结构上看浊点温度与表面活性剂的亲 水、疏水链的长短有关，亲水链越长，浊点湿度越上升，疏水链越长，浊点温 度越下降，因此要选用具有疏水链长度适当的表面活性剂。表1 2 【7 】中列出了浊 点萃取中常用的表面活性剂的名称、结构、浊点温度和l i 缶界胶束浓度。 9 第1 章引言 表1 2c p e 常用的表面活性剂名称、浊点温度以及临界胶束浓度 聚氧乙烯脂肪醇 c n h 2 n + l ( o c h 2 c h 2 ) = o h c n e m c 1 0 e 4 c 1 0 e 5 c l o e 6 c l o e s c 1 2 e 4 c 1 2 e 5 c 1 2 e 6 c 1 2 e $ c 1 3 f 巧 c 1 4 e 5 c 1 4 f - 韬 1 9 7 4 1 6 6 0 3 8 4 5 6 ，0 2 8 9 5 l 7 7 9 4 2 2 0 4 2 3 0 引 0 8 4 o 9 5 l 0 0 2 加0 6 0 0 6 2 0 0 6 7 0 0 8 7 o 0 l o 0 1 c 1 6 e 1 0 6 4 - - 6 50 0 0 0 6 、要叔辛基苯基聚己二醇笺、( 1 三塞要7 1 4 1 4 ) 2 2 2 5o 2 加3 5 嘲3 0 c h m 2 c ( c h 3 靴) a c 6 1 - 1 。4 。( o k c h ，2 c 灿h ：篙纂悉洲s 0 1 7 , - o 3 0 ( 0 p e i n 或t - c 8 0 e m )二_ 一黑、6 牛5 正烷基苯基聚己二醇醚( p 恶5 ) 1仰8 5 两性离子表面活性剂 r 3 ( c h 3 ) x n + ( c h 2 ) 3 0 s 0 3 c g a p s 0 4 c i i a p s 0 4 c s 1 e c i t h i n 6 54 5 8 8 4 5 表面活性剂浓度对萃取率和仪器测定都有一定的影响。增大表面活性剂浓 度可提高萃取率【4 9 】为增大浓缩因子，可降低表面活性剂浓度。但若浓度过低， 会影响萃取率，表面括性剂相体积太小，萃取后较难分离，准确性和重现性下 降；提高表面活性剂浓度可以改善萃取率，表面活性剂相体积增大以后，给萃 取后样品的处理操作带来困难。所以在保证萃取完全的前提下，尽可能减少相 比，以提高萃取效率和富集能力。表1 3 i 删列出了非离子表面活性剂使用浓度与 浊点的关系。 1 0 第1 章引言 表1 3 表面活性剂的类型、浓度对浊点温度的影响 室亘煎丝型堕壁f 塑垫盛( 兰! t r i t o n ) ( - 1 0 0 o 2 5 7 0 6 4 6 5 3 3 o7 6 c 6 e 3 3 04 6 9 1 堕翌! 型里虫垫竺：! c 1 4 e 7 15 7 7 1 堡竺羔些! ! 望堂! ! ：1 1 5 浊点萃取与分析仪器联用 1 5 1浊点萃取与原子吸收光谱法( 从s ) 联用 c p e 技术富集金属离子用火焰原子吸收( f a a s ) 方法进行检测比较常见。由 于不同元素原子具有各自不同的特征吸收谱线，它们相互之间不会产生干扰， 在多种金属离子共存条件下，可直接测定其中任何金属元素。因此，浊点萃取 与原子光谱结合就形成了一种对金属的预富集和检测的有效技术。适用于测定 痕量金属元素。由于浊点萃取分离所得的表面活性剂富集相是粘稠的液体，因 此加入适量的硝酸甲醇溶液降低其粘度后，可直接放进入火焰原子检测器中检 测，溶液中的表面活性剂及其他有机溶剂对检测信号的影响几乎很小或几乎没 有嗍。 在表面活性剂富集相中加入稀释剂( 含硝酸的甲醇溶液) 可降低表面活性剂 的粘度，得到澄清、均一的样品溶液，这是火焰原子吸收和等离子体原子发射 雾化器对样品的基本要求。在f a a s 中，表面活性剂对检测具有增敏作用。目前， 许多研究认为，表面活性剂的存在有利于雾化器中小液滴的形成，小液滴能有 效的转移到火焰中：同时表面活性剂的存在能够有效的提高原子化效率。 第1 章引言 1 5 2 浊点萃取与其他分析方法联用 除了原子吸收光谱法以外，浊点萃取技术还可以与多种分析方法联用。分 光光度法( u v n i s ) 是与浊点萃取联用的主要检测手段之一，以5 f 4 甲氧苯基偶 氮) 8 ( 4 甲苯磺酰胺) 喹啉为螯合剂，溴化十六烷基三甲基铵为胶束媒介，用荧 光法测定了铁。因为这种方法增强了荧光，更有利于痕量金属元素的检测【5 ”7 l 。 c p e 也可作在线流动注射( f i a ) 化学荧光分析法的预处理方法。p a l e o l o g o s 等用 该法检测了n g l j 级的海水和废水中的铬【5 s 】，检出限为0 5 n g l i 。浊点萃取技术 还可以作为高效液相色谱( h p l c ) 、毛细管电泳( c e ) 等仪器分析的样品前处理方 法，提高检出灵敏度9 - - 6 8 1 。 1 6 浊点萃取技术未解决的问题 浊点萃取技术作为一种新兴的分离及样品前处理方法，无论是在理论基础 还是实际应用方面都有大量工作需继续深入研究，例如： ( 1 ) 表面活性剂产生浊点现象的原因还不十分清楚； ( 2 ) 对于相分离的机理还有待进一步探讨，尤其是非离子型表面活性剂，相 分离的两个理论牯界浓度下的震动机理和胶束增大机理是相互矛盾的，前 者认为相分离时胶束形成较小圆球，而后者认为胶束形成较大的圆柱体，至今 尚未定论； ( 3 ) 相分离的引发技术也需进一步发展： ( 4 ) 萃取物与表面活性剂快速有效的分离方法也有待进一步改善： ( 5 ) 浊点萃取技术与其它分析仪器联用的研究有待深入，如与高效液相色谱 ( h p l c ) 、毛细管电泳( c e ) 的联用技术； ( 6 ) 利用浊点萃取作为生物技术下游工艺进行大规模分离的研究有待深入开 展。制造及工业级浊点萃取法分离后生物大分子与表面活性剂的分离仍需改进； ( 7 ) 作为环境污染后的治理技术，清除水体、土壤中的有机污染物，但在处 理的对象规模、工艺流程等方面尚不成熟，仍有待于深入研究。 虽然有大量的浊点萃取技术的应用报道，但该法的机理目前还不十分清楚， 仍然需要研究一种理论来描述和预测这种通过胶束和目标分析物间的相互作用 力进行分离的体系、拓宽应用范围等在实际工作中显得尤为重要 6 9 - 7 ”。 1 2 第2 章实验部分 2 1 仪器与试剂 2 1 。1 仪器设备 第2 章实验部分 3 5 1 0 型原子吸收分光光度计( 安捷伦科技上海有限公司) ；p h s 一2 5 型p h 计( 上 海雷磁仪器厂) ；电子天平( m e t t l e r a e l 6 3 ) ：j b - 1 型搅拌器( 上海第二分析仪器厂) ； 8 0 - 1 型离心机( 上海手术机械厂) s h z - 2 2 型水温恒温振荡器。 2 1 2 药品与试剂的制备 ( 1 ) h c i 国药集团化学试剂公司 ( 2 ) 甲醇 含量三9 9 5 ，沸点范围6 4 6 5 c ，江苏金城试剂厂 ( 3 ) 硝酸 含量6 5 0 6 8 0 0 6 ，中国前进化学试剂厂。 ( 4 ) 金属离子标准溶液 制备：锰( m n ( n 0 3 ) 2 ) 、镉( 3 c d s 0 4 s h 2 0 ) 、镍( n i s 0 4 6 h 2 0 ) 、铜( c u s 0 4 5 h 2 0 ) 、 铅0 b ( n 0 9 9 、钴( c o c l 2 h 2 0 ) 的标准储备液1 0 0 0 0 9 l 。1 ( i h n o s 介质) ，其精确 浓度需用e d t a 标定，临用前用蒸馏水配制到所需工作标准浓度。 本文所用各离子标准溶液浓度分别为：m n 2 + ( 2 0 9 9 - m l l ) 、c , d 2 + ( 4 l x g m l 1 ) 、 n i 2 + ( 2 0 g m l 1 ) 、p b 2 + ( 2 0 肛g m l l ) 、c u 2 + ( 2 0 1 t g i n l 。1 ) 、c 0 2 + 0 0 9 n l l 。1 ) 。 ( 5 ) 硼砂缓冲溶液( 0 1 m o l l 一；2 5 c 时，p h = 8 6 ) 制备：准确称取硼砂 a 2 8 4 0 7 1 0 h 2 0 ) 3 8 1 9 ，加水使溶解并用蒸馏水定容至 1 0 0 0 m l 。 ( 6 ) 磷酸缓冲溶液( 2 5 c 时，p h = 7 6 ) 制备：取磷酸二氢钾2 7 2 2 9 ，加水使溶解成1 0 0 0 m l ，取5 0 m l ，加0 2 m o l l - 1 1 3 第2 章实验部分 氢氧化钠溶液4 2 4 0 m l ，再加水稀释至2 0 0 m l ，即得。置于4 0 c 冰箱中保存。 ( 7 ) 1 ( 2 吡啶偶氮) - 2 - 萘酚( 队n ) 溶液 制备：用电子天平准确称取0 0 5 0 9 p a n ，溶于9 5 乙醇中，并用9 5 乙醇 稀释至1 0 0 m l ，配成2 x 1 0 。3 t o o l l o 溶液。 ( 8 ) 吡咯烷二硫代甲酸铵( a p d c ) 溶液 制备：用电子天平准确称取0 2 0 9 a p d c ，加水使溶解并用蒸馏水定容至 1 0 0 m l ，配成2 9 l - 1 溶液。使用时现配。 ( 9 ) t r i t o nx - 1 0 0 溶液( 2 0 ) 上海化学试剂采购供应五联化工厂。 制备：取1 9 8 0 m i 腼t o nx 1 0 0 ，加入到8 0 2 0 m l 磷酸缓冲溶液中，置于3 7 4 0 水浴中，持续2 3 h ，溶解均匀。 ( 1 0 ) o p 一7 溶液( 8 ) 制备：取8 m l 乳化剂o p 7 ，加入到9 2 m l 丙酮溶液中，溶解均匀。 以上所有试剂均为分析纯，蒸馏水为二次蒸馏水。实验中所用的玻璃仪器 用洗涤剂洗净后，在3 0 - - 5 0 ( v v ) h n 0 3 中浸泡过夜，使用前用蒸馏水水冲洗干 净。 2 2 实验方法 2 2 1p 州一t ri t o nx - 1 0 0 体系 p h 值对萃取率的影响 用0 5 m l 的移液管依次在1 2 个离心管中准确加入m n 2 + 标准溶液0 4 0 m l ， 2 x 1 0 一m o l l “p a n 溶液0 2 0 m l ，用硼砂缓冲溶液将1 2 个溶液的p h 分别调节为 7 5 ，8 0 ，8 5 ，9 0 ，9 5 ，1 0 0 ，1 0 5 ，1 1 0 ，1 1 5 ，1 2 0 ，1 2 5 ，1 3 0 ，溶液出现 淡黄色沉淀，静置2 5 m i n 后加入o 4 0 m l 2 0 t r i t o nx - 1 0 0 溶液，用去离子水定容 至1 0 0 m l 。摇匀后，置于1 0 0 恒温水浴中，加热2 5 m i n 后，趁热以3 0 0 0 r m i n 。1 离心6 m i n 使其分相，在冰浴中冷却至接近o ，使非离子表面活性剂相变成粘 滞的液相后弃去水相，然后将非离子表面活性剂相以硝酸甲醇溶液 ( v h n 0 3 ：v c h 3 0 h = 1 ：9 ) 稀释，定容至2 0 m l ，用f a a s 测定其中m n 2 + 的含量。 1 4 第2 章实验部分 ) p a n 的用量对萃取率的影响 将中p h 值改为1 1 0 ，再将2 x 1 0 一m o l u 1 p a n 溶液的用量分别改为0 0 5 m l ， o 1 0 m l ，o 1 5 m l ，0 2 0 m l ，0 2 5 m l ，0 3 0 m l ，0 3 5 m l ，0 4 0 m l 。其余重复中 步骤。 静置时间对萃取率的影响 将中p h 值改为1 1 0 ，再将静置时间分别定为