最终大肖婷婷定稿

1、上海师范大学摘要膜微萃取-液相色谱联用技术对痕量芳香胺类物质的测定研究题目：中空学科专业：环境科学学位申请人：肖婷婷指导教师姓名：蔡强、张永明摘要近年来，芳香胺类物质在化工行业中的应用日益广泛，偶氮中的芳香胺随印染废水的排放流入到水环境中，从而导致水体的污染，芳香胺毒性较大，被接触可导致致病或者。中空液相微萃取技术作为一种近年来发展较快的新型样品前处理方法，与传统液相萃取技术相比，具有萃取装置简单，成本低廉，用量少，易于实现自动化、样品净化功能突出等优点，已广泛应用于气相、液相、毛细管电泳的样品前处理，是一种绿色环保的处理技术。本主要将中空液相微萃取技术与液相色谱相结合，建立了离线和的中空膜液

2、相微萃取-液相色谱连用技术实现了对痕量芳香胺类物质的测定。本文的主要工作和成果如下：1、通过建立离线三相中空膜液相微萃取-液相色谱法联用技术，用于检测 2-甲氧基苯胺，4,4-二氨基二苯甲烷，4,4-二氨基二苯硫醚，2-甲氧基-5-甲基苯胺，4-氯邻甲苯胺五种芳香胺类物质，通过实验研究，优化了五种芳香胺的萃的选择、供体相和接收相 pH、盐效应、萃取时间、取条件，主要包括搅拌速率等影响因素。在最佳萃取条件和色谱条件下，5 种芳香胺富集倍数可达到 101-193 倍,萃取效率达 20.2-38.6。结合液相色谱检测芳香胺的线性范围为 0.01-0.25 mg L-1，检出限为 1.0-2.0 g

3、L-1，回收率为 95.2-105.2。表明该方法可用于检测印染废水中的芳香胺类物质。2、搭建中空膜液相微萃取-液相色谱联用装置，并分别采用两相和三相萃取模式对邻甲苯胺，3, 3-二甲基联苯胺，2-萘胺三种芳香胺进行了测定，使得此萃取检测方法更加简便和易于操作，通过实验研究，优化了三种芳香胺的萃取条件，在最佳萃取条件和色谱条件下两相和三相的富集倍数分别为 25-41， 48-96，检出限为 0.8-14.3，0.3-2.2g/L,加标回收率分别为 89.4-109.2，90.1-107.2，达到了较高的萃取效率。3、从微萃取操作方法、萃取优化条件、定量分析参数三个方面对的I上海师范大学摘要两相

4、和三相中空膜液相微萃取模式进行了比较研究，得出三相中空膜微萃取的富集倍数远高于两相萃取，邻甲苯胺，3, 3-二甲基联苯胺，2-萘胺三种物质三相微萃取富集倍数分别是两相微萃取的 3.26，2.34，1.92 倍，并且检出限也远远低于两相萃取的检出限。由此对两种萃取模式得到一个定量的认识，也验证三相萃取的萃取效果优于较为传统的两相萃取。:液相微萃取，液相色谱，样品前处理，中空膜II上海师范大学摘要Thesis topic: Determination of aromatic amines by hollow fiber liquid-phase microextractionhigh perfor

5、mance liquid chromatographyProfesssional disciplines: Environmental ScienceDegree applicant:Xiao TingtingDirector: Cai Qiang / Zhang YongmingAbstractIn recent years, aromatic amines has now come into more widespread use in chemical industry, aromatic amines in Azo dye were flowed into the environmen

6、t of water by the emission of printing and dyeing wastewater. Therefore, the pollution of the water is more serious, aromatic amines are highly venomous,it may cause disease and cancer. As a novel sample pretreatment technology, hollow fiber liquid-phase microextraction(HF-LPME) provides many advant

7、ages including low cost, simple, fast and easy to operate. HF-LPME has been widely used in pretreatment for gas chromatography(GC), liquid chromatography(LC) and capillary electrophoresis(CE). The new method for the determination of trace aromatic amines has been developed using on-line and off-line

8、 hollow fiber liquid-phase microextractionhigh performance liquid chromatography. The content of this thesis is as follows:1.The method for the determination of five kinds of trace aromatic amines in printing and dyeing wastewater has been developed using off-line hollow fiber liquid-phase microextr

9、actionhigh performance liquid chromatography. The influence of extraction parameters including extracting solvent, donor phase, acceptor phase, stirring rate and extraction time was optimized. Under the optimum conditions, the proposed method provided high enrichment folds of 101-193, high extractio

10、n efficiency of 20.2-38.6, a wide linear range of 0.01-0.25 mg (r0.9916),detection limits (S/N=3) of 1.0-2.0 g L-1 and spiked recoveries of 95.2-105.2.Hollow fiber liquid-phase microextraction-high performance liquid chromatography displays potential application for the determination of aromatic ami

11、nes in printing and dyeing wastewater.L-1III上海师范大学摘要2. It is built an online detection device connects the hollow fiber liquid-phase microextraction device and high performance liquid chromatography. The new method for the automated determination of three kinds of trace aromatic amines (o-Toluidine,

12、 3,3'-Dimethylbenzidine,-Naphthylamineha) has been developed using the device respectively by the way of two-phase extraction mode and three-phase extraction mode. Through the research, The influence of extraction parameters was investigated. Under the optimum conditions, the enrichment folds of

13、 two-phase extraction mode and three-phase extraction mode were 25-41 and 48-96, detection limits (S/N=3) of these were 0.8-14.3 and 0.3-2.2 g L-1 , spiked recoveries of these were 89.4-109.2 and 90.1-107.2, It indicates that this process had a highextraction efficiency.3. Two-phase extraction mode

14、and three-phase extraction mode were compared for three regions including on-line extraction operating method, optimization of extraction parameters, parameter of quantitative analysis, It follows that the enrichment folds of three-phase extraction mode is far above that of two-phase extraction mode

15、, increasing by 3.26，2.34，1.92 times, detection limits (S/N=3) of three-phase extraction mode were far less than that of two-phase extraction mode. From this, it obtained a quantitative understanding for the two kinds of extraction mode, it was also a successful verification that extraction efficien

16、cy of three-phaseextraction mode was much better than that of two-phase extraction mode.Keywords:liquid-phasemicroextraction;liquidchromatography;samplepretreatment; hollow fiberIV上海师范大学目录目录第 1 章 绪论11.1 液相色谱仪简介21.2 液相微萃取技术31.2.1 液相微萃取技术的发展41.2.2 液相微萃取模式41.3 中空膜液相微萃取技术71.3.1 中空1.3.2 中空膜的结构7液相微萃取模式71.

17、3.3 萃取机理101.3.4 中空1.3.5 中空膜萃取装置11液相微萃取的影响因素151.4 中空液相微萃取技术的应用181.5 本研究依据及主要内容19第 2 章 离线三相中空膜萃取-液相色谱法测定印染废水中芳香胺202.1 实验部分212.1.1 仪器与试剂212.1.2 实验方法212.3 结果与讨论232.3.1 萃取条件优化232.3.2 定量分析参数292.3.3 样品分析302.4 结论31第三章3.1中空膜微萃取-液相色谱联用测定印染废水中的芳香胺33实验部分333.1.1 仪器与试剂333.1.2 实验方法34结果与讨论373.23.2.13.2.2两相中空三相中空膜微萃

18、取-液相色谱联用测定印染废水中的芳香胺37膜微萃取-液相色谱联用测定印染废水中的芳香胺443.3第四章4.14.24.3结论51两相中空两相与三相中空两相与三相中空两相与三相中空膜液相微萃取方法与三相微萃取方法的比较53膜微萃取操作方法的比较53膜微萃取优化条件的比较53膜微定量分析参数的比较544.4 小结55第五章 结论与展望565.1 结论565.2 展望56参考文献58致谢64V上海师范大学第 1 章 绪论第 1 章 绪论近年来，芳香胺类化合物在化工行业中的应用日益广泛，尤其是纺织产业中的禁用偶氮害1。偶氮中含有的芳香胺类物质对消费者的健康和环境造成了巨大的伤是指结构中含有偶氮基的。这

19、类具有色谱齐全、颜色鲜艳、色牢度较高、成本优点。目前全球有三分之二左右的属于偶氮，估计约 2 000 个品种，年产量近 60 万吨。目前研究表明，一部分偶氮与作用后能够产生对有性或怀疑有性的芳香胺类物质(如 2-萘胺，联苯胺，2，4-二氨等)。芳香胺是指在芳环上含有氨基取代基的一类化合物。芳香胺通过呼吸道、胃肠道和皮肤进入，经过类似氮羟化、酯化等活化作用使细胞的 DNA 发生结构与功能的变化，导致人过敏、致病甚至2。流行病学指出某些芳香胺如二氨基二苯甲烷等能诱发泌尿系统的，4-氨基联苯、3-氨基联苯和 2-氨基联苯会抑制许多肠道细菌之生长从而影响到肠道菌群的平衡偶氮及其代谢产物的化学结构和毒性

20、关系的回顾与前瞻。1994 年德国颁布法令使用能够产生 22 种有害芳香胺的 118和纺织印染行业引起了很大的反响。欧盟于 20029 月种偶氮，在世界11 日公布第 2002/61，指出凡是在还原条件下出芳香胺的偶氮都被禁用，将芳香胺作为优先污染物3，并且规定凡是皮革、纺织品必须进行有害芳香胺的检测，限制芳香胺的使用和中有害芳香胺的含量已经引起全世界的重视4。我国于 2005 年 1 月 1 日正式实施的标准 GB 1840l-2003国家纺织基本安全技术规范中也将可分解芳香胺的检测作为其中重要的检测项目，我国对芳香胺类化合物的排放也做了严格的5，对于一级排污单位的一级排放标准为 1 mg/

21、L。里的芳香胺物质存在于随印染废水等工业废全统计，印染废水每天排放量为 3×1064×106 m3，巨大的排水中，据放量使得较多的苯胺类物质进入湖泊河生很大的污染，因此水体中芳香胺类物质的检测是十分必要的。目前用于测定芳香胺的方法主要有离子色谱6、气相色谱-质谱法7、毛细管电泳8等，液相色谱法由于其高压、高速、高效、高灵敏度也广泛应用于检测胺类物质。芳香胺的前处理方法主要有固相萃取9,10，离子对液液萃取11-13，固相1上海师范大学第 1 章 绪论微萃取14，这些传统的前处理操作方法相对复杂，时间长，溶剂耗费多。近年来，以多孔中空膜为载体的液相微萃取15-17作为一种绿色

22、样品前处理新技术得到较快发展，该方法集采样、萃取、浓缩于一体，避免了交叉污染问题，有机溶剂使用量也很少(几至几十微升)18，因此采用中空膜液相微萃取-液相色谱联用的方法能够很好地富集芳香胺类物质并且检测芳香胺。但是纯手工操作萃取过程麻烦，耗时较长，萃取效果也不理想，而萃取具有自动化程度高、操作简便、节约时间、重现性好等优点，能更好的实现芳香胺的富集和测定的准确性。因此，本文研究中空膜液相微萃取-液相色谱联用的的方法来测定印染废水中的芳香胺类物质，并采用离线和两种方法来实现芳香胺的检测，解决了前处理操作复杂，污染严重等问题，找到对芳香胺萃取效率更高的方法。1.1 液相色谱仪简介高效液相色谱法是2

23、0世纪70年代发展起来的一项高效、快速的分离分析技术。它是在经典柱色谱角理论和实验基础上，入气相色谱的塔板等有关理论和先进技术,并加以改进和发展起来的一门现代液相色谱学21。现在，高效液相色谱几乎能够分析所有的有机、高及生物试样，在目前已知的有机化合物中，若事先不进行化学改性，只有20%的化合物用气相色谱可以得到较好的分离，而80%的有机化合物则需要高效液相色谱分析。高效液相色谱在有机化学、生化、医学、临床、化工、食品卫生、环境监测、商检、和法检等方面都有广泛的用途22。高效液相色谱主要由贮液器、高压泵、梯度洗提装置、进样器、色谱柱、检测器、恒温器和色谱工作站等主要部件，如图1-1所示。数据及

24、处理装分离检测泵液进样2温度控制器梯度洗提馏分收集色谱柱高压贮液检测器进样器上海师范大学第 1 章 绪论图 1-1 高效液相色谱流路图传统的柱色谱、薄层色谱和纸色谱其操作繁琐、分析时间冗长，因而未受到重视；气相色谱法具有选择性高、分离效率高、灵敏度高、分离速度快的特点，但它仅适用于分析蒸气压低，沸点低的样品。高效液相色谱法适用于高沸点的有机物、高和热稳定性差的化合物，以及生物活性物质的分析和分离，弥补了气相色谱法的不足。高效液相色谱的优点如下：（1）高压 液相色谱法以液体作为相，液体流经色谱柱时受到的阻力较大，为了能迅速通过色谱柱，必须对相施加高压。（2）高速 高效液相色谱法所需的的分析时间一

25、般少于 1h，流量一般可达 1-10 mlmin-1。（3）高效 高效液相色谱法的柱效可达 3 万塔板/m 以上。（4）高灵敏度 紫外检测器的最小检出量客单纳克数量级；荧光检测器的灵敏度可达 10-11g。由于支持和色谱和工作者的共同努力，高效液相色谱在我国环境19、食品安全20、医疗、化工、生物等方面都得到了广泛的应用，许多高效液相色谱方法都被制定为检测标准进行执行。在色谱柱填料和液相色谱仪器制作方面也逐见完善。1.2 液相微萃取技术传统的样品前处理技术，液-液萃取、索式提取、层析、蒸馏、离心、沉淀等,富集倍数低,操作繁琐费时，且需要耗费大量高纯和的有机试剂，期使用不仅对操作的身体很大，且对

26、环境也造成一定的污染，时在萃取过程中容易出现乳化现象，响分离效果，测定结果有很大的不确定性。所以，高效、快速的无溶剂或少溶剂的样品与前处理技术的研究已成为现代分析化学研究的前沿课题之一。液相微萃取技术是在液-液萃取和固相微萃取基础上发展起来的一种新型萃取技术。传统的液-液萃取操作步骤繁琐、操作高、设备费用高、操作条件严格、处理时间长、难于实现自动化，无法适应现代仪器分析的速度快、灵敏度高的要求23-25，以及液-液萃取过程中需使用大量且易产生乳化现象。3上海师范大学第 1 章 绪论1.2.1 液相微萃取技术的发展1996 年 Fernández26等提出液-液微萃取方法，实现了对样品

27、中脂肪胺的检测，随后，Jeannot 和 Cantwell27提出了一种悬滴液相微萃取技术，此技术建微滴基础之上的 LPME 技术。此外立了一种悬挂于微量进样器针端Jeannot 和Cantwell28还提出了液相微萃取的动力学和热力学的理论基础，讨论了搅拌速率对于被分析物传质速率的影响。Dasgupta29等一种drop-in-drop溶剂萃取体系，是通过一个套管装置在一个连续着的水相(含目标分析物)液滴中形成一个和水不互溶的有机相液滴。这个有机液滴颜色的深浅和被分析物的浓度有关，该系统应用于十二烷基硫酸钠的测定。该方法成本低，使用的少，且液滴容易回收。He等将LPME分为静态和动态两种，研

28、究了动态的两相液相微萃，与静态液相微萃取相比并首次提出直接浸入式动态LPME模型。Pedersen-Bjergaard15等首次提出了以中空为载体的液相微萃取技术。Pedersen和Kramer30等提出了法只用一根微量进样针来注入和吸出接收相，这样不仅简化了模型而且易于实现自动化，尤其为动态中空Zhu31等采用中空液相微萃取模型提供了方便。乙醚进行了富集。Theis32悬挂装置，对水样中的等建立了顶空溶剂微萃取的装置。Shen33等利用微进样器内壁形成的膜作为顶空 LPME 的萃取界面，从组成复杂的样品基质中萃取了挥发性物质，Jiang和Lee34提出了一种将一定量的封装在一段多孔中空膜中，

29、封闭两端做成溶剂棒，萃取后再吸取萃取剂后进行色谱分析。Myung35等采用自动LPME装置代替手工操作解决低重复性和低精密度的问题。Hou36等首次以中空内壁为萃取界面，采用三相动态液相微萃取萃取了水溶液中的芳香胺，这也是最近发展起來的三相液相微萃取，所使用的有机萃取溶剂更加微量化，这系中分析物是先从样品溶液被萃取到有机相，然后再被后萃取到空腔中的接受相。1.2.2 液相微萃取模式1.2.2.1 单滴液相微萃取技术4上海师范大学第 1 章 绪论单滴液相微萃取技术是最早出现的一种比较简单的液相微萃取模式，也是使用比较普遍的一种模式。用Teflon 探头或者微量进样器抽取一定体积的,进入到样品溶液

30、中，推出溶剂使之以液滴的形式悬挂在针头上；水样中的分析物通过扩散作用分配到中，从而实现萃取。一定时间后将溶剂抽回，再进行色谱检测分析。房贤文37等测定了水中酞酸酯类化合物，了萃取溶剂、萃取时间等因素对萃取效果的影响，确定了最佳萃取条件，检出限达到 0.8lg/L。Vidal38等采用离子液体单滴液相微萃取方法实现水中微量防晒剂的萃取。这种方法对于纯洁样品的萃取效果较好39。虽然单滴液相微萃取技术操作装置简单、成本低廉，但是悬挂液滴在萃取过程中,易于溶解、容易挥发损失以及在样品搅拌时容易脱落，因此无法提高搅拌速度、延长萃取时间，导致灵敏度和精确度都较低；而且由于溶剂微滴是露在水样中的，当处理复杂

31、试样时还需额外地增加过滤操作。这些缺点很大程度上限制了 SD-LPME 技术的发展和应用。1.2.2.2 顶空液相微萃取技术HS-LPME 是液相微萃取和顶空取样的结合，它与 SD-LPME 不同之处是悬于样品溶液的顶部空间或者采用吸有微量的微量注射器抽取样品的顶空气体来进行萃取的方法，这样不仅排除了基质的干扰，还可以通过选择萃取溶剂的极性,达到对目标物的选择性萃取。适用于分析复杂基质中挥发性或半挥发性的有机化合物。这是因为，挥发性有机化合物在气相中扩散速度非常快，而且挥发性有机化合物从样品溶液通过空气进入萃取溶剂中的扩散速度比从样品溶液直接进入萃取剂中的扩散速度快。赵汝松18等认为在顶空液相

32、微萃取中包含着三个相态(、液上空间、样品溶液)，分析物在三相中的化学势是推动分析物从样品溶液进入有机相的驱动力，一般通过搅拌使之不断产生新的表面来增强这种驱动力。具体萃取过程为40,41：样品中的待测目标化合物首先通过扩散作用进入空气中，再经过扩散作用进入萃取溶剂中，当目标化合物在三相中达到平衡时，萃取效率最高。目前 HS-LPME 技术已广泛应用于环境监测和环境污染物的分析1.2.2.3 动态液相微萃1997 年，He 和 Lee 等提出了一种动态的液相微萃取技术，该技术把通常使5上海师范大学第 1 章 绪论用的微量进样器作为萃取过程中的一个微型分离装置，通过重复移动进样器活塞使分析物在微量

33、进样器内壁的萃取剂液膜相与水相之间进行反复分配， 与Dir-LPME 相比，在较短的时间内即可得到较高的富集倍数，Shrivas 等采用与大气压基质辅助激光解吸/离子化质谱联用测定了尿样和血浆中的奎宁；金晓英等利用与 GC 联用对水样中的有机磷残留进行了测定，在优化的条件下,各目标物的萃取富集倍数为 21-60。目前有关这种动态液相微萃取的少。还较1.2.2.4 连续液相微萃取CF-LPME 是一种动态液相微萃取，最初由 Liu 和 Lee 通过微量进样器把萃取剂液滴悬挂样品溶液出口处的正上方，然后浸入充满样品溶液的腔中，随着样品溶液的连续，有机液滴不断地与的溶液接触，分析物被富集到液相微滴中

34、去，萃取完成后将有机液滴吸回到微量注射器,直接进行色谱分析。Xu L42等利用此分析方法检测了水中的销基芳胺和氯苯，检测限可以达到 fg/ml 水平。该法装置简单，易操作，精密度高，是一种理想的萃取方法。1.2.2.5 分散液-液微萃取2006 年 Rezaee 等43首次提出了分散液相微萃取技术。首先精确量取一定体积的样品溶液于离心管中；然后在样品溶液中加入一定体积的萃取剂和分散剂，让微量萃取剂在分散剂的作用下以微滴形式均匀分散在溶液中，增大样品溶液与萃取剂的接触面积。混合液经振荡后使样品溶液、分散剂、萃取剂形成一个乳浊液体系，然后通过离心使分散在溶液中的萃取剂沉积到试管底部，实现富集44。

35、分散液相微萃取技术相当于微型化的液液萃取技术，是目标分析物在样品溶液和小体积的萃取剂之间平衡分配的过程。该方法最大的优点就是传质速度快，能迅速达到萃取平衡，萃取平衡时间可低至几秒,有很高的萃取效率和富集倍数，该方法已经运用在水样的多环芳烃、有机磷杀虫剂、氯船、氯苯等物质的分析检测。1.2.2.6 中空膜液相微萃取1999 年 Pedersen-Bjergaard15等首次提出了以多孔中空为载体的液相微萃取技术，即以中空膜为的载体，目标分析物从水溶性样品溶液中，通过中空壁微孔中的进入中空腔内的接收相。因此，接收相不6上海师范大学第 1 章 绪论与样品溶液直接接触，避免了 SD-LPME 技术溶剂

36、易损失的缺点；萃取过程在多孔的中空表面膜进行,表面孔径仅仅几个微米，大、颗粒杂质等不能通过壁的微孔，因此还具有固相微萃取、单滴液相微萃取不具备的样品净化功能，可用于复杂基质样品的直接分析45。中空GC-MS、LC-MS、CE 等检测仪器检测。内有机液体能方便进入1.3 中空膜液相微萃取技术1.3.1 中空膜的结构中空膜按材料来分主要有聚砜类、芳香杂环类、聚烯烃类、含氟高素类等。其中聚丙烯材料的中空膜表面有很多微孔46，具有较高的类强度和十分优良的耐酸耐碱性能，是一种有皮层的异形截面多孔膜，具有不对称膜的特性与优点。由于聚丙烯的非极性特征，使其表面自由能和表面张力较低，具有典型疏水性能，它对多数

37、有较强的结合力，萃取过程中发渗漏。内径通常为 6001200 m，壁厚一般为 200 m，具有一定的生机械强度，同时使萃取时间在一个合理的范围内，壁微孔的孔径一般为0.2 m，使供体相中某些小组分通过，同时可防止大或者颗粒杂质进入接收相，由于廉价且耐化学侵蚀性膜的是高微孔膜研究与开发的重要方向，聚丙烯中空膜的研究得到了较多关注。1.3.2 中空液相微萃取模式中空膜萃取根据其萃取原理可分为两相萃取、三相萃取、载体运转、聚合物涂覆萃取、和加电中空膜萃取等多种萃取模式。1.3.2.1 两相萃取两相中空液相微萃取一般是指液液两相萃取，包括供体相和有机相，供体相位于中空膜的外部，一般为水溶液；有机相充满

38、膜壁上的微孔和膜内腔，一般为；供体相中的目标分析物经过中空膜壁上的微孔进入有机相中，分析物在两相中进行分配。萃取完成后，接收相通常可直接进行仪器分析；7上海师范大学第 1 章 绪论也可用甲醇稀释47或将溶剂蒸发48后再进样。目前，两相萃取主要应用于气相色谱（GC）49-52的样品前处理领域，也有部分应用于高效液相色谱（HPLC）53-55 和毛细管电泳（CE）的样品前处理领域。两相萃取要求目标分析物在有机相中的溶解度要大于其在水相中的溶解度，要求目标分析物具有较大的分配系数 K 接收相/供给相（平衡状态下，目标分析物在接收相和供给相中的浓度比）。对于可离解的化合物，可以通过调节水样的 pH 值

39、，使目标分析物去离子化，从而提高目标分析物的萃取效果。对于酸性分析物，可以加入盐酸56或者磷酸缓冲液55；对于碱性分析物，可以加入NaOH57, 58。此外，利用“盐效应”向水相中加入 NaCl51,59，也可以有效降低目标分析物在水相中的溶解度，从而提高萃取效率。的选择对于两相萃取。选用的必须与中空膜的材质具有相似的极性，使其能够充满中空膜膜壁上的微孔；该必须对目标分析物具有较高的亲和力，从而保证目标分析物能被有效地萃取至有机溶剂中60。同时，该还必须不溶于水，挥发性低以及具有适当的粘度，从而保证其在萃取过程中仍能保留在膜孔中而扩散渗漏到水相中。1.3.2.2 三相萃取三相中空液相微萃取一般

40、是指液液液三相萃取，包括供体相，有机相和接收相。供给相位于中空膜的外部，一般为水溶性溶液；膜壁的微孔中充满；内腔中为接收相，一般也为水溶性溶液。样品中的目标分析物首先被萃取到中空壁上微孔内的中，再被反萃取到中空膜腔内的接收相中。这种萃取方式的接收相一般为水溶液，所以主要应用于高效液相色谱61, 62 和毛细管电泳63, 64的前处理中。这种萃取方式仅限于能离子化的目标分析物。对于碱性分析物（如芳香胺），可向供给相加入 NaOH65,66、氨水和磷酸缓冲液67 等提高样品溶液的 pH 值的物质，接收相中加入盐酸、磷酸缓冲液68和甲酸69 等降低接收相的 pH 值的物质，从而使目标分析物去离子化被

41、萃取到有机相，又离子化后被反萃取到水溶性接收相中；对于酸性物质正好相反，要降低样品溶液的 pH 值，提高接收相的 pH 值，从而使目标分析物去离子化被萃取到有机相，再经离子化后被反萃取到水溶性接收相。三相萃取中，作为支撑液膜的的选择同样。选用的标准与两相萃取相似。8上海师范大学第 1 章 绪论1.3.2.3 载体转运载体转运中空液相微萃取不同于以上两种萃取模式，它是在样品溶液中加入相对疏水的离子对试剂，使其与目标分析物形成离子对，离子对被萃取进入中空膜壁微孔中的有机相，在有机相和接收相接触时，目标分析物被进入接收相，接收相中的反离子（如 H+）与载体交换形成新的离子对，新的离子对被反萃取到样品

42、溶液中，载体出反离子，与新的目标分析物形成新的离子对，继续进行萃取，如此循环往复。1.3.2.4 聚合物涂覆萃取Lee70等在 2004 年提出了聚合物涂覆萃取的中空液相微萃取新技术。将自行的聚合物涂覆在中空膜的内外表面，使中空膜成为一根固相萃取。萃取时，将内外表面涂覆有聚合物的中空膜直接放入样品溶液中进行萃取，目标分析物会吸附在聚合物涂层上。萃取完成后，将中空膜取出，然后用正己烷超声解吸，随后将解吸液进入气相分析。这种萃取方式由于涂覆后比表面积增大而且中空膜本身膜壁上有很多微孔结构，并且中空膜可以随着磁力搅拌在样品溶液自由地移动增加了传质和扩散效能，因此它比固相萃取和中空上负载有机相的萃取富

43、集系数更高。此外，中空膜价格低廉，实验时每小段只使用一次，从而避免了交叉污染的问题。1.3.2.5 加电中空液相微萃取传统的中空膜萃取主要基于目标分析物在供给相与接收相之间的浓度差，是一种扩散，因而常常需要甚至一个多小时才能达到萃取平衡。并且，对于一些极性较强的目标分析物，需要向样品溶液或者有机支撑液膜中加入离子对试剂、络合剂等改进剂来萃取效果。Pedersen-Bjergaard 71等在 2006年提出了加电中空膜液相微萃取，其萃取装置与普通的中空液相微萃取相似，在中空膜内负极，样品溶液中正极，在电场的作用下进行萃取，整个萃取过程只需短短 5 分钟，同时目标分析物的萃取效率也很高。加电中空

44、膜萃取使用的与传统中空萃取相比，需要具有更大的极性，从而有效降低整个萃取体系的电阻，取得更好的萃取效果。9上海师范大学第 1 章 绪论1.3.3 萃取机理1.3.3.1 两相萃取机理待测物从水相进入有机相是基于其在水相和有机相的分配系数，当达到萃取平衡时,根据质量守恒定律，待测物在有机相中的浓度 Co,eq 可用公式(1-1)式来表示：K×Caq,initialC= K × C=o,eqaq,eq𝐾×𝑉01+𝑉aq(1-1)上式中 K 是待测物在有机相和水相间的分配系数，即Co,eqCaq,eqK =(1-2)Caq

45、,initial和Caq,eq分别表示待测物在水相中的初始浓度和达到萃取平衡时的平衡浓度,，𝑉0和𝑉aq表示有机相和水相的体积。在通常情况下，待测物在两相间分配需较长的时间才能达到平衡，萃取经常被强行终，故待测物在有机相中的浓度常低于通过平衡计算而获得的理论浓度Co,eq。1.3.3.2 三相萃取机理本文采用中空液相微萃取技术是三相液相微萃取方式，包括供体相（水溶性样品），有机相（萃取溶剂）和水溶性的接收相。萃取过程为：首先，目标分析物从水溶性样品溶液中被萃取到中空膜微孔内的有机相中；随后目标分析物又被萃取到中空膜内腔的水溶性接收相中，如公式（1-3）。Ad &

46、#172;¾K¾o®r¾g /d¬Ao¾¾®¾Ka / orgAa（1-3）膜膜孔内的有机相中其中，Ad 为样品溶液中目标分析物 A，Ao 为中空目标分析物 A，Aa 为接收相中目标分析物 A。平衡状态下，目标分析物 A 在供体相和有机相之间的分配系数 Korg/d，目标分析物 A 在有机相和供体相之间的分配系数 Ka/org，定义如下：Korg / d = Ceq, org（1-4）Ceq, d10上海师范大学第 1 章 绪论Ceq, aKa / org =（1-5）Ceq, org其中 Ceq,d 为

47、平衡状态下供体相中目标分析物的浓度，Ceq,org 为平衡状态下有机相中目标分析物的浓度，Ceq,a 为平衡状态下接收相中目标分析物的浓度。目标分析物 A 在供体相和接收相之间的分配系数为：Ka / d = Ceq, a= Korg / dKa / org（1-6）Ceq, d在中空三相液相微萃取技术(HF-LLLME)中，Korg/d 和 Ka/org 都会影响目标分析物的萃取效率，平衡状态下分析物 A 的浓度可表示为：Ka / dCiVdKa / dVa + Korg / dVorg + VdCeq, a =（1-7）其中 Ci 为样品中目标分析物的初始浓度。Vd,Vorg 和 Va 分别

48、为供体相，有机相和接收相的体积。HF-LLLME 技术的萃取效率（E%）的方程式表示如下：E% = Ceq, a ´Va ´100%（1-8）Ci ´Vd萃取过程为：首先，目标分析物从水溶性样品溶液中被萃取到中空膜微孔内的有机相中；随后目标分析物又被萃取到中空膜内腔的水溶性接收相中。从公式（1-7）和（1-8）可以得出 HF-LLLME 技术的萃取效率（E%）还可以由如下公式计算：Ka / dVaE% =´100%（1-9）Ka / dVa + Korg / dVorg + Vd1.3.4 中空膜萃取装置中空膜萃取装置多为装置，分为离线中空膜萃取装置和中

49、空膜萃取装置。1.3.4.1 离线中空膜液相微萃取装置离线中空膜萃取装置大致可分为 U 型萃取装置、一型萃取装置、顶空萃取装置、萃取棒装置、加电萃取装置和 XT-管萃取装置等。11上海师范大学第 1 章 绪论U 型萃取装置是指将中空膜弯成 U 型，中空膜两端连接不锈上的一种萃取装置。一根针用于注入接收相，另一根针用于收集接收相，然后进入仪器分析，如图 1-2（a）58。一型萃取装置比较简单，将中空膜的一段，另一端与微量进样器相连，用于注入和收集接收相，如图 1-2（b）72。萃取棒装置是指中空注入接收相后，两段都，将其直接放入样品溶液中，进行萃取，待萃取完成后，将萃取棒的一端剪开，用微量进样器

50、收集接收相，然后进入仪器分析，如图 1-2（c）34。顶空萃取装置是将中空膜置于加热样品上方的蒸汽中，然后进行萃取的一种萃取装置，如图 1-2（d）73。加电萃取装置是在接收相和供体相中分别电极，然后进行萃取的一种萃取装置，这种装置可以提高目标分析物的萃取效率，也可以缩短萃取时间，如图 1-2（e） 71。(a )( b)12上海师范大学第 1 章绪论（c）( d)(e)图 1-2 各类萃取装置图（a）U 型萃取装置；（b）一型萃取装置；（c）萃取棒装置；（d）顶空萃取装置；（e）加电萃取装置；1.3.4.2中空膜液相微萃取装置联用的膜萃取装置多使用两相萃取模式，一般情况下，接收相在中空纤维膜

51、的内腔，供给相在中空膜外部，且两相的流向正好相反，从而使两相能够更充分地接触以提高萃取效率。目前，中空膜萃取已经实现了与GC 和 HPLC 的联用。13上海师范大学第 1 章 绪论Guo 和 Mitra74设计了一套脉冲导入中空膜萃取-GC 系统，如图 1.3（a）所示。该系统由 HPLC 泵、三通阀、六通阀、中空膜萃取装置、微捕获装置和 GC液转移至中空。萃取时，去离子水在 HPLC 泵的作用下将定量环内的样品溶膜内腔，目标分析物穿过膜壁上的微孔进入到作为接收相的N2 气中，随后被 N2 气带至微捕获装置。萃取完成后，加热微捕获装置将目标分析物热脱附至 GC 中进行分析。Kuosmanen7

52、5等建立了高压热水萃取-中空膜萃取-GC 系统，如图 1.3膜萃取装置后，目标分析（b）所示。高压热水萃取后的样品溶液进入中空物被萃取至静置在中空膜内腔的环己烷接收相中。待萃取完成后，再打开泵2b，将接收相转移至阀 V1 的定量环上，随后再由泵 2c 转移至 GC 中进行分析。Ouyang 和Pawliszyn76等通过自动化软件取样器，建立了全自动的HF-LPME了方法的重现性, 提高了分析装置，并实现了与 GC-MS 的速度。联用，从而Choi 等于 2009 年建立了 SDME-CE光素和荧光素的新方法。通过调节 CE 的联用测定 2，7-二氯荧光素、氨基荧，使毛细管端口形成由有机层包裹

53、的水相液滴，目标分析物从酸性样品溶液萃取进入正辛醇的薄层中，再被反萃到水相的接受相中，最后由 CE 分析检测。在 10min 的搅拌萃取时间内，该方法的富集倍数高达 2000 倍。中空膜萃取-HPLC 系统通常是将中空膜萃取模块放置于六通阀之前。萃取时，样品溶液在中空膜的外部，接收相在中空膜的内腔，目标分析物被萃取至接收相后，被带至六通阀的定量环中。萃取完成后，将六通阀切换至进样状态，从而将含有目标分析物的接收相转移至 HPLC 系统中进行分析。此外，还可以在中空膜萃取模块后再放置一个溶剂蒸发模块，将部分接收相蒸发至 N2 气中，从而对目标分析物进行浓缩。14上海师范大学第 1 章绪论(a)(b)膜萃取-GC 系统示意图图 1.3中空1.3.5 中空液相微萃取的影响因素1.3.5.1 中空膜材料的影响中空膜材料是中空液相微萃取技术的部分。液相微萃取要达到好的萃取效果,中空膜既要有一定的疏水性，又要让能渗透进膜壁微孔中，还要有合适的孔径和壁厚,这样便于对有较强的力。壁厚过小时，没有足够的机械强度而容易破损。壁厚过大时，体积和厚度增加，会延长萃取时间77。膜壁孔径过小会使积减少，从而降低了萃取效率。膜壁孔径过大虽然能增加与样品溶液的接触面与样品溶液的接触面积，但在进行剧烈搅拌时容易造成的渗漏，并且在处理复杂甚质时也