（环境工程专业论文）气质联用测定环境中有机污染物样品预处理方法的研究.pdf

m a s t e rd i s s e r t a t i o no fs u z h o u u n i v e r s i 够o f s c i e n c ea n dt e c h n o l o g ys c l e n c ea n d1 e c h n 0 1 0 9 y m a s t e rc a n d i d a t e ：b a il i t a o s u p e n r i s o r ：z h a n gz h a n e np r o f e s s o r m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ie n g i n e e r i n g s u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y d e p a r t m e n to f e n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n d e n g i n e e r i n g m a y ，2 0 1 0 苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立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，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，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。 论文作者签名： 学位论文使用授权书 日期：丝砗五月卫日 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文 的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于 收集、保存、使用学位论文的规定，即：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，并提供目录检索与阅览服 务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意 学校在不以赢利为目的的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全 部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 指导教师签名： 日期：碰年工月皿日 日期：逊年月雄日 苏州科技学院硕十学位论文摘要 摘要 改革开放几十年来，工农业生产的迅速发展带来一系列的环境污染问题，其 中有很多污染是由有机物造成的，有些污染物，如多环芳烃( p a h s ) 、多氯联苯 ( p c b s ) 、农药残留、增塑剂等有机污染物一般具有复杂的物质结构，理化性质 稳定，自然状态下不易降解，并且具有生物毒性，易于生物富集，因此，对环境 中有机物的研究已成为环境科学研究的热点课题之一。 对环境中有机污染物的分析测定，关键在于样品的前处理过程，因为随着现 代分析仪器的迅猛发展，分析仪器的性能的飞跃发展已经远远超过了样品预处理 过程的发展，至今有机实验室还常会用到液液提取，索氏萃取等传统的样品预处 理方法，这些方法费时费力，有机溶剂用量大，易于造成二次污染：2 0 世纪7 0 年代，人们开发出了一种新的液一固提取技术即固相萃取法( s p e ) ，此法集样品 的富集、净化于一体，操作简便，分析快速准确，是对传统提取技术的一个重大 改进。 本文第一部分，绪论部分主要介绍了，国内外样品预处理方法的研究进展， 对液液萃取法( l l e ) ，液相微萃取法( l p m e ) ，静态顶空法( s h s ) ，吹扫捕集 法( p & t ) ，固相萃取法( s p e ) ，固相微萃取法( s p m e ) ，超声辅助萃取法( u a e ) ， 加速溶剂萃取法( a s e ) 和超临界流体萃取法( s f e ) 等做了具体的阐述，最后 得出结论，认为固相萃取法是各种方法中发展前景比较广阔的一种现代样品预处 理方法。 第二部分应用c 1 8 固相萃取柱净化土壤样品的超声波提取溶液，气相色谱质 谱联用( g c m s ) 仪分析，测定了土壤中6 种邻苯二甲酸酯类增塑剂的残留量， 对提取溶剂的选择、超声时间的确定、溶剂萃取次数的选择、萃取液中加水量的 选择和过柱流速做了优化实验：在优化实验条件下，测定了某地污染土壤中邻苯 二甲酸酯的含量，得到了满意的分析结果，验证了实验确定的分析方法具有实际 的应用价值。 第三部分利用固相萃取g c m s 法测定了，水体中5 种二苯醚类农药残留量， 通过实验确定了穿透体积、水样p h 、过柱流速、洗脱溶剂的选择以及洗脱溶剂 用量的最佳实验条件；并且应用最佳实验方法，测定了某农药厂排水渠中二苯醚 类农药的残留量，结果表明，在实验条件下，所测的二苯醚类农药有良好的出峰 情况，方法检测限低，重现性好。 关键词：样品预处理，固相萃取，气相色谱质谱联用( g c m s ) ，邻苯二甲酸酯， 二苯醚类农药 a b s t r a c t t h ee n v i r o n m e n ti no u rc o u n t 叫w e r ei n c r e a s i n g l yc o n t 锄i n a t e d ，d u et ot h e l a r g eb r e a k t h r o u 曲o fi n d u r s 仃y 弛da 鲥砌t u r ei nr e c 咄d e c a d e so fr e t o m 觚l d 0 p p o l i c y s o m e 锄v i r 0 锄t a lp o l l u t i o nw 鹪c a u s e db yo r g a n i cp 0 1 l u t 锄t s 1 n 刚i r o n m 肌t ，s u c h 弱p a h s 、p c b s 、p a e s 、p e s t i c i d er e s i d u ew h i c hc o n s i s to f c o m p l e xc o n s t i t l l t s ，a r en o tl i k e l yt ob eb r e a k e du pi nm en a _ t u 托，嬲w e l l 蠲 h a r z 删h u m 锄h e a l m c o n s e q u e i l t l y ，d e t e 肌i n a t i o n o fo r g a i l i cp 0 1 l u t 锄t sm e i l v i r 0 彻 1 e n th a v eb e f 0 c u si 1 1t 1 1 ef i e l do f 饥v i r o n m t a l s c l 锄c c w i t hr e m a r k a b l ed e v e l o p m e n to f 龃a l 如c “i i l s 仇皿e i l t ，t h ep r e c o n d l t l o no t s 锄1 p l eb e f o r ci n s 饥蛐e i l tc o n 仃o lw e r em o r ea n dm o r eb o m e l l e c ki i l 也ep r o c e s s o fa i l a l y s i s m 肌ya d v 锄c e di n s 饥呱e n tc o u l ds a t i s 分w i mr e q u i r 锄锄tmm e a i l a l v s i s b u ts o m e 仃a d i t i o n a lp r e c o n d i t i o nm e m o d s ， s u c h蠲 l i q u i d l i q u i d e x 仃a c t i o na n ds o x h l e te x t r a 舐o n ，a r ea p p l i c t e di nt _ h e s c i e n c el a b o r a t o t l l e s e m e m o d sn e e dt oc o n s 啪eq u a i l t i t yo fo 曙眦i cs o l v e i l t ，、阳r k i n gh o u r s a i l dl a b o r ， e v e n l yc a u s es e c o n d a 叫p o l l u t i o n ；i nt h e l9 7 0 s ，an e wl ( i n do fp r e c o n d i t i o n m e t h o d sw a sd e v e l o p c df o ra n a l 如c a ls c i e i l c e s o l i d - p h 硒ee x 舰c t i o n ( s p e ) ，t l l a t c o u l dc 0 n c 锄仃a t ea i l a l y t 船锄dc l e 删ps 锄p l es i m u l t 锄t l y i nt l l es 锄ee x 仃a c n o n c o l l 蚰n ，w o u l db ed e v e l o p c d 锄da p p l i c a t e df o rm e i n n l ep r e c o n d l t l o no f s 锄p l e sp a p e ri n 仃o d u c e dt h ed e v d o p m 饥to fs 锄p l ep r e c o n d i t i o nm c m o d s b r o a d锄dd o m e s t r i c ， e l a b o r a t e d l i q u i d 一1 q u i d e ) 【仃a c t i o n 、 l l q u l d p h a m i c r o e x t r a “o n 、 s t a t i ch e a d s p a c e 、p u r g e 锄dn a p 、s o l i d 。p h a u s e e x 仃a c t l o n 、 s o l i d p h a s em i c r o e x 仃乏i c t i o n 、u l 仃a s 0 n i c 嬲s i s t e de x 仃a “o n 、a c c e l e b r a t e ds o l v e r i t e x t r a c t i o na n ds u p e r 面t i c a ll i q u i de x 仃a c t i o ni nt h ef i r s tp a r a 黟印h o f “sa n i c l e i nt h es e c o n dp a n ，诎c n i l i n a t e dp h m a l a t e a c i de s t 叫p a e s ) i ns o i lb y g c m sa r e ru l t r 弱o n i c 嬲s i s t e de x 仃a c t i o n 嬲w e n 鹪c l8 s p ew e r eu s e dt h e o p t i m i z e de x p 丽m e n t a lc o n d i t i o n s ，s u c ha s “n do fe x 仃a c t i n gs o l v e n t 、u l 仃a s o n m c t i m e 、u l t r a s o n i c 肫q u 朗c y 、v 0 1 啪o fw a t e ri n j e c t e di n t oe x 仃a c t s 、t l o ws p e e d t h r o u g l lc o l u 撇，w e r es e l e c t 咄a p p l i c a t i o no fm i s m e t h o dd e t 锄i n a t e dp a e si n c o n t 锄i n a t e ds o i l ，t h es t a s t i c sw e r ea c c u 豫t e ，s a t i s f i c a t e d i nt h et h i r dp a r t ，d e t e r m i n a t e dd i p h e n y le t h e rp e s t i c i d er e s i d u ei n w a t e rb y s p e g c m s ，v o l 啪p e n e 仃a t e d 、p ho f s 锄p l e 、f l o ws p e e d 、e l u t e s o l v e n ta 1 1 dl t s v o l u mw e r eo p t i m i z e di nt h ep r o c e s so fe x p e r i m e n t ；t h ew t e w a t c rs 啪p l ew 鹊 锄a l v t e db y “sm e t h o d a sar e s u l t ，d i p h e n y le m e rp e s t i c i d er e s i d u ec o u l db e d e t e c t e db yg c m s ，a c q u i r i n gl o w - 1 e v e ll i m i to fd e t e c t i o na sw e l la sb e t t e rr e l a t i v e s t a n d a r dd e v i a t i o n k e y w o r d s ：s 锄p l ep r e c o n d i t i o n ，s o l i d - p h 觞ee x t r t i o n ，g a sc h r o m a t o 伊a p h y m a s s s p e c t r o m e t 】p a e s ，d i p h 饥y le t h e r l l i 苏州科技学院硕十学何论文 目录 中文摘要。 a b s t r a c t 目录。 目录 。i 第一章绪论。 。 1 j j 样品预处理技术的研究进展1 j j j 液液萃取纪幻“珏均“耐甜f m c 肋以以z ) 1 ，j 2 液相微萃取亿幻“却 p 朋f ，d 以加c 砌刀朋珏纪夕2 j j 3 静态顶空法舭如 e 口凼阳c p 掰嚣) 2 j j 彳吹扫捕集法仇臀仇妒尸i & 丁) 3 j j 5 固相微萃取法( ，勋如肇 甜p 肌f c 阳e 盯阳c f f o 刀舢夕3 j j 6 超声辅助萃取法f 研懈。以f c 口s s l 活娥z “舭z c f f o nc 现e 夕4 ，7 加速溶剂萃取法臼c 彪厂口玉甜s d 2 l 此刀f 甜打口c 玎d 力a 距夕4 j j 8 超临界流体萃取法仰印p 删比口，跏耐“抛鲥d 刀卿) 5 1 2 固相萃取样品预处理技术的研究进展5 j 2 j 概述5 ，2 2 固相萃取原理6 j ，2 3 固相萃取类型8 j 2 4 固相萃取步骤8 j 2 5 固相萃取影响因素l o j 2 6 固相萃取的应用1 3 j 3 7 结论与展望15 第二章超声萃取一c 1 8 柱净化批m s 法测定土壤中邻苯二甲酸酯类 2 2 实验部分。1 7 2 2 ，仪器与试剂1 7 2 2 2g c 嬲条件18 2 2 3 样品前处理1 9 2 3 结果与讨论。1 9 2 3 ，超声萃取时间的确定1 9 2 3 2 萃取溶剂的选择2l 2 3 3 溶剂萃取次数的选择2 2 2 3 彳净化时向萃取液中加水量的确定2 3 2 3 5 过柱流速的确定2 4 2 3 6 方法的线性范围、最低检出限和精密度2 5 2 3 7 实际土样的测定2 6 2 4 本章小结2 8 第三章固相萃取测定水中5 种二苯醚类农药残留的研究3 0 3 1 概述3 0 3 2 实验部分3 0 3 2 j 仪器和试剂3 0 3 2 2 仪器条件3l 3 2 3 样品前处理过程3 2 3 3 结果与讨论3 3 3 3 ，穿透体积的确定3 3 3 3 2 水样p h 值的确定3 4 3 3 3 上样流速的选择3 5 3 3 彳洗脱溶剂的选择3 6 v 苏州科技学院硕士学位论文 目录 3 3 5 洗脱溶剂的用量3 6 3 3 6 方法的工作曲线、精密度和最低检测限3 7 j 3 7 实际水样的测定3 8 3 4 本章小结4 0 第四章结论 参考文献 致谢。 作者简介 4 3 。4 8 4 9 苏州科技学院硕十学何论文 第一章绍论 第一章绪论 最近几十年，随着我国工农业生产的迅速发展，由此带来了一系列的环境污 染问题，有机物污染占到6 0 以上的比例。邻苯二甲酸酯类( p a e s ) 有机物是 塑料工业不可或缺的增塑剂，主要用于增强塑料的可塑性和提高塑料强度，是环 境中普遍存在的一种有机污染物。p a e s 具有较强的内分泌干扰性，具有致畸， 致癌，致突变作用，美国国家环保局已经将其中的6 种p a e s 列为优先控制污 染物，我国也将其中的3 种p a e s 确定列为环境优先控制污染物【2 1 ；二苯醚类有 机物可以去除大田作物中的杂草，是常用的农药品种之一【3 】。农药残留已成为影 响食品安全、危害人体健康的重要化学危害，因此食品和环境中的农药残留已成 为人类关注的热点问题之一【4 1 。 如何快速准确的测定出环境样品中的p a e s 和二苯醚类除草剂，关键因素在 于仪器分析前的样品预处理方法。因为随着现代分析仪器技术的迅猛发展，仪器 分析阶段自动化和灵敏度显著提高，已不是误差的主要来源，而样品预处理阶段 一般占据了整个分析时间的6 0 之多，这个阶段往往成为分析测定技术发展的瓶 颈p 6 】。尤其是随着环境样品中有机污染物检测限要求的不断降低，一般要求达 到1 0 以2 1o 9 水平的痕量检测水平，更加需要开发出准确快速的样品预处理技 术，跟上仪器检测的发展步伐。 环境中有机污染物的分析，传统的样品预处理方法有液液萃取法( l l e ) ， 索氏提取法( s e ) 等，这些方法操作程序繁琐，处理时间较长，有机有毒溶剂 用量大，对实验人员的伤害较大污染环境，不能满足先进分析技术的要求；目前， 研究较多的新方法有液相微萃取法( l p m e ) ，静态顶空法( s h s ) ，吹扫捕集法 ( p & t ) ，固相萃取法( s p e ) ，固相微萃取法( s p m e ) ，超声辅助萃取法( u a e ) ， 加速溶剂萃取法( a s e ) 和超临界流体萃取法( s f e ) 等，这些方法有机溶剂用 量少，甚至不用溶剂，操作简便，处理时间短，易于实现自动化，符合现代样品 预处理技术的发展要求。 1 1 样品预处理技术的研究进展 1 1 1 液液萃取( “q u i d - l i q u i de x 仃a c t i o nl l e ) 液液萃取是利用有机物在水相中的溶解度低于在有机溶剂相中溶解度，会从 水相中转移富集到有机相中，水相和有机相由于极性的差别而产生分层的原理， 实现水体中有机物的溶剂提取。早在1 9 6 3 年，美国人m i l l s 就提出了用l l e 作 苏州科技学院硕十学佗论文 第一章绪论 为样品农药残留的预处理方法【7 】，到目前报道的y a q ic a i 等人【8 1 提出的改进型l l e 测定邻苯二甲酸酯类污染物的研究，此种方法是最传统的样品预处理方法，一直 都被人们研究和应用着，也是目前有机分析实验室最常用的前处理手段之一，我 国的水和废水监测分析方法( 第四版) 也有l l e 法作为国家标准方法的应用 规定【9 】o 但是l l e 法需要使用大量的有机溶剂和水混匀搅动，溶剂用量大，实验具 有一定的毒性和污染性，并且容易产生乳化现象，操作步骤繁琐，处理时间长， 这些都是它不可回避的缺点。 1 1 2 液相微萃取( l i q u i d - p h 嬲em i r o e x t r a c t i o nl p m e ) l p m e 是1 9 9 6 年才发展起来的新型样品预处理技术，最初由j e 猢o t 和 c 锄何e n 提出【1 0 1 1 1 ，该技术是基于有机分析物在样品和小体积溶剂之间平衡分配 的过程。l p m e 可以分为直接液相微萃取( d i r e c tl i q u i d - p h 弱e m i c r o e x t r a c t i o n d i r e c t l p m e ) ， 液相微萃取后萃取( l l i q u i d p h 嬲em i r o e x 仃a c t i o n w i t l lb a c k e x t r a c t i o nl p m e b e ) 顶空液相微萃取( h e a d s p a c el i q u i d p h 嬲em i c r o e x 仃a c t i o n h s l m p e ) 三种方式。d i r e c t l p m e 就是利用悬挂在微量进样器针针头上的溶剂 小液滴对介质中的分析物进行直接萃取的方法，它可分为悬挂液滴液相微萃取法 和中空纤维液相微萃取法两种方式【1 2 ，”1 ；l p m e b e 又称为液液液微萃取 ( 1 i q u i d - l i q u i d 1 i q u i dm i r o e x 仃a c t i o nl l l m e ) ，萃取过程首先是将分析物萃取到有机 溶剂中，接着又进一步被后萃取到受体里，这种方法适用于在有机溶剂中富集效 率不是很高的分析物，需要进一步萃取富集【1 4 】；h s l m p e 是把有机液滴悬挂于 分析样品的上部空间，待分析物从样品从挥发出时，对分析物进行萃取富集的方 法，此法只适用于具有挥发性和半挥发性能进入样品上部空间的分析物【l 引。 l p m e 集采样，萃取，浓缩于一体，具有样品富集倍数高，有机溶剂用量少 环境友好的优点，是一种新型的的样品预处理技术，在有机分析中的应用前景广 阔。 1 1 3 静态顶空法( s t a t i ch e a d s p a c es h s ) s h s 是将适量样品密封在留有充分空间的容器中，在一定条件下，使具有挥 发性的待测组分达到在气液( 或气固) 两相间的平衡，采用适当的方法取出气体 和萃取出气体中的待测组分，进行分析的一种样品预处理方法。如果物质挥发性 较强，在气相中分配系数大，气体中的量能够满足仪器分析的灵敏度和检测限要 求，就可以直接获取上层空间气体进行仪器分析，杨再波【1 6 】用顶空进样器提取 2 苏州科技学院硕十学位论文 第一章绪论 马鞭草中的挥发性气体直接进行气相色谱质谱的分析，测定了马鞭草中6 4 种挥 发油成分；气相中组分的量不能满足分析要求时，顶空法可以和液相微萃取法， 固相微萃取法等很多萃取方法联用，达到组分浓缩富集的目的，如杨左军【1 7 】等 人将塑料玩具的用模拟人体唾液进行浸泡，使用溶胶凝胶技术涂渍的富勒烯固 相微萃取纤维头萃取浸泡液上空的气体组分，测定了5 种邻苯二甲酸酯类增塑剂 的含量，沈宏林【1 8 】等人利用顶空液相微萃取法测定了中药枳壳中3 0 中挥发性有 机成分。 顶空法使用的有机溶剂量少，甚至不使用有机溶剂，基质去除效率高，分析 干扰少，且操作简便，分析快速，在痕量挥发性组分的分析研究领域中发挥中重 要作用，但此种方法只适合于带有挥发性的物质的检测，不易挥发的样品需先经 过衍生化反应【l9 2 0 】。 1 1 4 吹扫捕集法( p u r g e & 缸a pp & t ) 吹扫捕集法又叫动态顶空法，此法的工作原理是，向装有样品的密封容器中 连续通入惰性载气气流( 如氦气) ，在气流的带动下，容器上部空间的气相分压 值低于样品中的气相分压值，于是易挥发的组分从样品中不断溢出被载气带走， 被吸附剂或冷阱捕集，最后通过热解吸脱附进入到分析仪器中进行分析测定。 吹扫捕集法最早由b e l l o r 和l i c h t e n b e r g 于1 9 7 4 年首先提出【2 l j ，在痕量挥发 性和半挥发性有物的分析测定中得到了广范的研究和应用，主要应用于测定水体 中挥发性烃类2 2 】和烃类衍生物【2 3 1 、挥发性有机金属化学物【2 4 】和硫化物【2 5 】、土壤 和低泥中挥发性有机化合物的测定【2 6 】、食品和生物样品中挥发性有机化合物的 测赳2 7 1 。由于吹扫捕集法的检出限比静态顶空技术低1 0 l o o o 倍，且可以分析 高沸点的的组分，完全不需使用有机溶剂，所以美国e p a 的一些标准方法如 e p a 6 0 1 均采用吹扫捕集技术，我国环保总局出版的水和废水监测分析方法( 第 四版) 中也将吹扫捕集技术作为大多数挥发性和半挥发性有机污染的标准方法 使用【9 】o 1 1 5 固相微萃取法( s o l i d p h a s em i c r o e x 仃l a “o ns p m e ) 固相微萃取技术是1 9 8 9 年由p a w l i s z ”等人2 8 】在固相萃取基础上提出的， 1 9 9 3 年，美国的s u p e c l o 【2 9 】公司推出了商品化的s p m e 装置，该装置由手柄和萃 取头两部分组成。萃取头是一根涂渍不同色谱固定相或吸附剂的熔融石英纤维， 分析时萃取头插入到密封的装有样品或标准品的容器中，再推出萃取头与试样溶 液直接固相微萃取或顶空固相微萃取，通过萃取头上的固相涂层对样品中的有机 苏州科技学院硕+ 学何论文第一章绪论 分子或无机离子进行萃取和预富集，富集在纤维上上分析物在气相色谱汽化室高 温热解吸，并在气相色谱柱上分析。 由于s p m e 独到的平衡方式和采样方法受到了普遍关注，与其它样品前处理 技术相比，s p m e 具有快速、灵敏、方便、无需有机溶剂、可与多种仪器在线联 用等特点，已成功应用于多种有机物及无机物的分析。如忱p o 】采用p d m s 萃取 头，以顶空进样方式对空气中多环芳烃进行了分析；彭丹祺等人【3 l 】利用自制的 活性炭纤维结合固相微萃取气相色谱联用技术( a c f s p m e g c ) 分析了海水中 4 种邻苯二甲酸酯，方法的线性范围为0 1 1 0 0 0 “g l ，检出限为o 0 1 1 0 p g l ， 相对标准偏差均小于1 0 ；王凌等【3 2 】用p a 萃取头建立了s p m e g c m s 联用同时 测定环境水样中痕量敌敌畏、甲基对硫磷、乐果和毒死蜱的分析方法。 1 1 6 超声辅助萃取法( u 1 t r 鹊o n i c 弱s i s t e de x t r a c t i o nu a e ) 超声辅助萃取法是利用超声振动时产生的强大的空化效应，机械搅动效应和 热效应等多种效应，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速 目标成分进入溶剂，促进提取的进行，萃取待测物质。 超声辅助萃取法与常规的萃取技术相比，具有快速、价廉、安全、高效等特 点，是分析固体基质最简单的样品预处理技术之一，在环境固体样品的分析中有 些广泛的应用和研究，如王力等人【3 3 】研究了沉积物中六氯苯的超声萃取条件， 并采用气相色谱进行定量分析，方法的平均回收率可以达到8 4 8 ，相对标准偏 差为1 9 2 ( n = l o ) ，检出限为0 0 7 1 “g l ( g 。 1 1 7 加速溶剂萃取法( a c c e l e r a t e ds o l v te x t r a c t i o n a s e ) 1 9 9 5 年b 1 1 l c ee r i c h t e r 等【3 4 】人提出一种基于较高压力( 1 0 3 2 0 6 m p a ) 和较高温度( 5 0 2 0 0 ) 条件用常规溶剂萃取固体半固体样品中目标分析物的 全新样品预处理方法加速溶剂萃取法，在此基础上美国的d i o n e x 公司于 1 9 9 6 年推出了首款商品化的加速溶剂萃取仪【2 9 】。 由于加速溶剂萃取法与传统的样品预处理方法相比，使用的萃取溶剂用量 少，萃取的温度和压力较大，所以萃取效率高，并且商品化的萃取仪操作安全、 简单、快捷易于实现自动化，特别适合大批量的样品前处理过程。从加速溶剂萃 取法问世以来，在环境样品的分析中得到了广泛的研究和应用，已被美国国家环 保局批准为e p a 3 5 4 5 号标准方法。陆华等【3 5 】建立了加速溶剂萃取固相萃取净 化气相色谱测定土壤中8 种有机氯农药的方法，8 种有机氯农药的检出限在 o 0 6 “g l ( g 0 2 1 g l ( g 之间，基质加标试验的相对标准偏差为2 2 5 8 ，回收 4 苏州科技学院硕十学伊论文第一章绪论 率为8 1 5 1 1 3 ；邵昶铭等【3 6 】采用毛细管柱气相色谱质谱选择离子检测技 术，结合加速溶剂萃取和凝胶渗透色谱净化方法，分析土壤中的6 种酞酸酯类 ( p a e s ) 化合物。结果表明，土壤中6 种p a e s 检出限在1 4 4 2 g l ( g 间，加标 平均回收率为6 5 5 1 0 4 4 ，相对标准偏差为5 1 9 9 6 1 。 1 1 8 超临界流体萃取法( s p u p e r 翻t i c a ln u i de x 订枷o ns f e ) 超临界流体是指温度和压力都在临界点以上的的流体，该流体的密度和溶解 力接近于液体，而表面张力为零，粘度和渗透力接近气体，溶质在超临界流体中 的扩散系数比在液体中高很很多，有较强的传质能力。f r 锄c i s 【37 】于1 9 5 4 年首次 使用超临界c 0 2 萃取有机物至今，利用超临界流体萃取作为一种样品预处理已 广泛应用于环境保护、化学工业、食品和医药卫生领域。 高连存等【3 8 】用超临界流体萃取技术研究了模拟环境样品中多环芳烃的测定 方法，结果表明方法的回收率可以达到6 1 4 4 1 0 5 4 0 之间；b 锄a b 船等人p 刿 通过调节压力和添加剂在1 3 5 m p a 时用纯c 0 2 先萃取有机氯农药，然后在4 0 m p a 时用c 0 2 和甲醇又萃取了有机磷，取得很好的选择性。 超临界流体萃取法具有在低温下提取，没有溶剂残留和可以选择性分离，萃 取效率高的优点，是一种和有发展前景的环境样品预处理方法之一。 1 2 固相萃取样品预处理技术的研究进展 1 2 1 概述 固相萃取技术( s o l i d - p h a s ee x t i a c t i o ns p e ) 是液相色谱柱在样品预处理方法 中的应用，原理与液相色谱基本一致，液体样品通过一根装填有特定吸附剂( 如 c 1 8 、c 8 、键合硅胶、离子交换树脂等) 的短柱，由于分析物在液体流动相和固 体填充相之间分配交换系数的不同而被固定相选择吸附在短柱上的不用区域，这 种样品预处理方法不仅能实现净化样品，去除杂质干扰，而且可以使不同组分得 到有效分离。 1 9 7 9 年【4 们，s to n g e 等人首次提出了固相萃取理论，并由美国的w a t e r s 公司 首先推出了商品化的s e p p a k 投放市场，这是一种填充好的固定相的短色谱柱， 用以浓缩被测组分和去除有害物质，如今已发展到3 0 多家厂商提供有c 1 8 、c 8 、 腈基、氨基、及其他特殊填料的短柱，柱材料也由塑料( 通常为聚丙烯) 发展到 玻璃及不锈钢等，两端均有多孔滤片、内装直径约4 0m 的填料总重o 1 l g 这 种短柱通常是一次性使用，很少再生多次使用。 苏卅科技学院硕十学何论文第一章绪论 固相萃取技术与传统的样品预处理技术相比主要具有如下6 方面的特点：( 1 ) 简单、快速和简化了样品预处理操作步骤，缩短了预处理时间；( 2 ) 处理过的样品 易于贮藏、运输，便于实验室间进行质控；( 3 ) 可选择不同类型的吸附剂和有机溶 剂用以处理各种不同类的有机污染物；( 4 ) 不出现乳化现象，提高了分离效率；( 5 ) 仅用少量的有机溶剂降低了成本；( 6 ) 易于与其他仪器联用，实现自动化在线分 析。 由于固相萃取的上述优点，在环境、制药、临床医学、食品等领域发展极 迅速，有关固相萃取的文献研究极为丰富；尤其是在环境分析领域，美国国家环 保局( u s e p a ) ，在m e t h o d5 4 8 1 和m e t h o d5 4 9 1 中，将固相萃取法作为水体中 农药和杀虫剂检测的标准方法：m e t h o d 3 5 6 0 和m e t l l o d3 5 6 1 中将固相萃取法作 为土壤样品中邻苯二甲酸酯的净化方法；我国也在水和废水监测分析标准方法 中，将固相萃取技术作为应用于水体中多种有机污染物的分析测定和土壤等基质 复杂的固体样品净化。固相萃取作为一种方便、快捷、污染小、准确率高的现代 样品预处理方法，一定会得到更加广泛的应用和研究，是一种非常具有发展前景 的样品预处理手段，符合现代分析工作的发展要求。 1 2 2 固相萃取原理 固相萃取的过程可以看成是一个简单的色谱过程，萃取吸附剂就是固定相。 在反相固相萃取富集过程中，流动相就是样品溶液中的水，而在洗脱过程中，流 动相就是洗脱剂【4 。因此进行反相固相萃取时，可用有关色谱理论指导萃取实 践，以减少盲目性。反相固相萃取的萃取对象一般为水样中的有机化合物，按有 关色谱理论，反相萃取过程中，由于水是一个极弱的溶剂。此时水样中的有机化 合物的保留因子k 极大，因此被测物被强烈保留在反相吸附剂上，而与大量的水 样基体分离。洗脱时则使用了溶剂强度大的有机溶剂，此时被测物的保留因子k 极小，因此被吸附剂吸附的被测物被定量洗脱，通过此吸附洗脱的反复过程， 达到对分析物的富集及净化的目的。因此，为了取得好的萃取效果，在萃取过程 中，要求保留因子k 越大越好；而在洗脱过程中，要求保留因子k 越小越好。 在色谱过程中，样品被注射后，即在流动相的推动下连续不断地向柱末端流 动并最终流出色谱柱，经检测器检测，检测器对分析物的响应轮廓线必为呈正态 分布的曲线。该曲线的最高点即为分析物的保留体积v r ，它与分析物的保留因 子k 之间的关系为： v r = v o ( 1 + k ) 式中，v 0 为色谱柱及检测器的死体积。 固相萃取过程与色谱过程稍有不同，样品溶液本身就是流动相，其流出曲线 6 苏州科技学院硕十学位论文第一帝绪论 的轮廓线在达到最大后并不像色谱流出曲线那样逐渐下降，而是维持最大不变， 这是由于样品溶液在不断地流入固相萃取柱。图4 是一个典型的固相萃取流出曲 线即穿透曲线示意图。 检铡信号 图卜1固相萃取穿透曲线 图中v b 即为该萃取柱的理论穿透体积，其含义是漏出的分析物浓度是原溶 液中分析物浓度的1 时样品溶液的总流出体积。v m 的含义是漏出的分析物浓度 是原溶液中分析物浓度的9 9 时样品溶液的总流出体积，此时流出液在组成上基 本与原溶液一样。v r 含义与色谱中一样，它与分析物的保留因子k 之间的关系 仍然是： v r 州o ( 1 + k ) 式中，v o 为固相萃取柱的死体积，其值可由吸附剂的空隙率和固定相的柱床 体积v c 进行估算。 它们之间的关系式是： v o = v c 而在固相萃取的萃取阶段，要求被分析物被定量吸附，即在萃取阶段分析物不发 生穿透，即用固相萃取处理的最大样品体积应不超过穿透体积v b 。因此在固相 萃取中，人们更感兴趣的是穿透体积v b ，它与保留体积v r 之间的关系是： v b = v l r - 2 3 0 式中，o 是标准偏差，其值取决于溶质在萃取柱中的轴向扩散，属 动力学因素，因此穿透体积v b 由热力学因素和动力学因素共同决定。标准偏差。 与柱的理论塔板数之间存在如下关系： o = ( v o n 1 忍) ( 1 + k ) 结合以上各公式可得： v b = ( 1 + k ) ( 1 2 3 n 2 ) v o 由上式可知：一个化合物的保留因子越大，穿透体积也越大，使用的固相萃取柱 的理论塔板数越大，柱效越高，穿透体积越大。式中k 和v 0 易于查到或计算得 到，n 不易得到，一般通过估计得到一个约值，一般典型的商品固相萃取柱的理 论塔板数大约为2 0 左右，通过公式，从理论上即可估算穿透体积【4 l 】。 7 零 苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论 1 2 3 固相萃取类型 固相萃取的基本原理与液相色谱类似，因而按萃取原理固相萃取也可分为反 相固相萃取、正相固相萃取、离子交换固相萃取等。 反相固相萃取是目前最为常用的一种固相萃取方法，其基本含义是使用非极 性的疏水性固定相，如c l s 键合硅胶、c 8 键合硅胶、聚苯乙烯聚二乙烯苯共聚 物固定相、碳分子筛、石墨化炭黑等，从极性的样品溶液如水样中萃取非极性或 弱极性的分析物，定量萃取分析物后，再用少量有机溶剂将分析物从固定相上洗 脱下来进行测定。 与反相固相萃取相反，正相固相萃取的目的是从非极性的样品溶液中萃取相 对极性的分析物，在该萃取体系中一般使用极性较大的固定相如硅胶、氧化铝、 氧化镁及硅镁型吸附剂等。分析物被定量吸附后再用少量极性较大的有机溶剂将 分析物从固定相上洗脱下来进行检测。正相固相萃取较少用于直接萃取非极性溶 液中的极性成分，常用于水溶液等样品中有机提取物的去杂净化。 当分析物为离子状态时，则可考虑选择含有阳离子或阴离子官能团的固定相 来萃取此类分析物。进行此类分析物萃取时，应注意选择合适的p h 值以使分析 物在上样萃取阶段以离子状态存在，从而达到定量吸附。在洗脱时则应选择合适 的有机溶剂并调节合适的p h 值，以使分析物转化为中性，从而被定量洗脱。除 此之外，还可采用另外一种较高浓度或与固定相亲和能力更大的离子溶液将分析 物置换洗脱下来【4 。 1 2 4 固相萃取步骤 ( 1 ) 预处理 在固定相吸附分析物前，吸附剂必须经过适当的处理，这样一方面可以除去 吸附剂中可能的杂质，减少污染；另一方面可使吸附剂溶剂化，从而与样品溶液 相匹配，这样在加样吸附时，样品溶液就可与吸附剂表面紧密接触，以保证获得 高的萃取效率和大的穿透体积。 不同填料的固相萃取柱，其预处理方法也有所不同。常用的反相c 1 8 固相萃 取柱的预处理方法一般是：先用适量的正己烷通过萃取柱以活化该萃取剂，未经 处理的萃取剂c 1 8 的长链处于卷曲状态，经正己烷处理后，c 1 8 的长链处于伸展 状态，呈毛刷状，有利于其与分析物的紧密接触已活化的萃取剂呈近透明状态。 此时再将适量甲醇通过萃取柱以置换正乙烷并充满萃取剂的微孔，最后用水或缓 冲溶液过柱代替滞留在柱中的甲醇，这样可保证憎水性的萃取剂表面与样品水溶 液有良好的接触，提高萃取效率。 苏州科技学院硕十学位论文第一章绍论 ( 2 ) 富集 用泵或其他适当装置以正压推动或负压抽吸使液体试样以适当流速通过萃 取柱，在此过程中，分析物被吸附在吸附剂上。为了保证获得高的吸附率，防止 分析物的流失，还应注意：( 1 ) 用合适的溶剂稀释试样，即将样品溶液的溶剂 强度调节到合适的范围。如以反相机理固相萃取水样中有机物时，以水或水基缓 冲溶液为溶剂，其中有机溶剂量不应超过l o ( 体积分数) 。( 2 ) 适当减少试 样体积或适当增加固相萃取柱的填料。加到萃取柱上试样量的大小与填料的类 型、填料的数量、组分的保留性质、试样中分析物及基体组分的浓度等因素有关。 固相萃取柱选定后，应先用前言色谱法做出穿透曲线，从而得到穿透体积。 穿透体积的大小不但与试样中分析物的浓度有关，而且与试样基体中竞争性干扰 组分的浓度有关。因此，在进行穿透实验时，所选择的分析物的浓度应为实际样 品中预期的最大浓度。得到了穿透体积，就得到了该萃取体系可萃取的最大样品 溶液体积，因此最后选定