痕量分析富集与分离ppt课件

1、第六章 痕量分析的富集与分别 1.1.概概 述述 1 1痕量分析富集分别方式痕量分析富集分别方式 物质的分别方法是利用混合物中的个别组物质的分别方法是利用混合物中的个别组分在两相中分配系数的差别而使物质被分配进入不同的相。分在两相中分配系数的差别而使物质被分配进入不同的相。痕量分析所涉及的是样品中痕量组分的测定，有三种能够痕量分析所涉及的是样品中痕量组分的测定，有三种能够的分别方式：的分别方式： 常量常量- -微量分别微量分别微量微量- -常量分别常量分别微量微量- -微量分别微量分别2) 富集分别的评价目的富集分别的评价目的 回收率回收率RT) 定义定义 RT= QT/ QT0 100% Q

2、T和和QT0分别表示富集后和富集前待测痕量组分的量分别表示富集后和富集前待测痕量组分的量 痕量分析对痕量分析对RT的要求的要求普通情况，要求普通情况，要求RT在在90-110%之间之间 富集倍数富集倍数F)F) 定义：痕量组分的回收率与基体的回收率之比定义：痕量组分的回收率与基体的回收率之比 F F的大小依赖于试样中待测痕量组分的浓度和所用的测的大小依赖于试样中待测痕量组分的浓度和所用的测定方法定方法 其它需思索的要素其它需思索的要素 待测痕量组分的沾污和损失要小待测痕量组分的沾污和损失要小 方法简单、快速，富集后的样品适于进一步的处置方法简单、快速，富集后的样品适于进一步的处置 样品量的大小

3、样品量的大小3 痕量分析中常用的富集分别方法痕量分析中常用的富集分别方法 表表5-1 痕量分析中的分别富集技术痕量分析中的分别富集技术样品形状样品形状被分别物质被分别物质富集分别方法富集分别方法固体或熔融体固体或熔融体颗粒颗粒在显微镜下手选、筛分、磁选、重液选、浮选在显微镜下手选、筛分、磁选、重液选、浮选各组分各组分选择溶解、电解溶解、升华、在高温或真空下提选择溶解、电解溶解、升华、在高温或真空下提取金属中气体、有机物干法灰化、区域熔融、火取金属中气体、有机物干法灰化、区域熔融、火试金法、活性气流提取试金法、活性气流提取液体液体颗粒颗粒过滤、离心、浮选过滤、离心、浮选溶解物溶解物沉淀、共沉淀与

4、共结晶、挥发液沉淀、共沉淀与共结晶、挥发液- -液萃取、色谱、液萃取、色谱、吸附、分配、分子筛、凝胶浸透色谱、渗析与反吸附、分配、分子筛、凝胶浸透色谱、渗析与反渗析、冷冻枯燥和冷冻浓缩、真空蒸馏和蒸汽蒸渗析、冷冻枯燥和冷冻浓缩、真空蒸馏和蒸汽蒸馏馏气体气体颗粒颗粒过滤、冲击、沉淀、离心、静电沉降、热沉降过滤、冲击、沉淀、离心、静电沉降、热沉降各组分各组分吸收、吸附、冷凝、浸透、气体分散、衍生化作吸收、吸附、冷凝、浸透、气体分散、衍生化作用用2. 2. 痕量分析中几种常用的分别富集技术痕量分析中几种常用的分别富集技术 1) 1) 固相萃取固相萃取(solid phase extraction )

5、(solid phase extraction )a. a. 概述概述 根本原理：根本原理： 利用固定相将液体样品中的待测组分吸附，与样品中基体利用固定相将液体样品中的待测组分吸附，与样品中基体和干扰组分分别，然后用洗脱液洗脱，到达分别或富集待测组和干扰组分分别，然后用洗脱液洗脱，到达分别或富集待测组分目的。有时候，可以让感兴趣的组分分析物直接经过固分目的。有时候，可以让感兴趣的组分分析物直接经过固定相而不被保管，同时大部分干扰物被保管在固定相上，从而定相而不被保管，同时大部分干扰物被保管在固定相上，从而得到分别。得到分别。 固相萃取的分别机理、固定相和溶剂的选择和固相萃取的分别机理、固定相和

6、溶剂的选择和HPLCHPLC类似，只类似，只是在填料的外形和粒径上有所区别是在填料的外形和粒径上有所区别b. b. 固相萃取安装固相萃取安装 固相萃取柱固相萃取柱 构造：固相萃取柱由柱管、筛板和固定相三部分组构造：固相萃取柱由柱管、筛板和固定相三部分组成成 图图6-1 6-1 固相萃取柱固相萃取柱 存在问题：存在问题： 流速遭到限制流速遭到限制 对于比较脏的样品，很容易将柱堵塞，添加样对于比较脏的样品，很容易将柱堵塞，添加样品处置时间品处置时间 填料粒径较大，容易呵斥填充不均匀填料粒径较大，容易呵斥填充不均匀 固相萃取盘固相萃取盘 构造图构造图v 由粒径很细的键合硅胶或其它填由粒径很细的键合硅

7、胶或其它填料同聚四氟乙烯或玻璃纤维丝压制料同聚四氟乙烯或玻璃纤维丝压制而成。填料约占而成。填料约占SPESPE盘总量的盘总量的60-90%60-90%，盘的厚度仅盘的厚度仅0.5-1mm0.5-1mm。 v 固相萃取盘的截面积大，允许液固相萃取盘的截面积大，允许液体试样以较高的流量经过体试样以较高的流量经过 图图6-2 6-2 固相萃取盘固相萃取盘c.c.固相萃取固定相固相萃取固定相 键合硅胶固定相键合硅胶固定相 经过化学反响的方法把各种有机官能团共价键合到硅胶经过化学反响的方法把各种有机官能团共价键合到硅胶外表的游离羟基上。外表的游离羟基上。 正相：键合基团为正相：键合基团为CN(CN(腈基

8、腈基) )、DIOLDIOL二醇基、二醇基、NH2NH2氨基氨基可作为正相的固定相。正相固定相是极性的，用来保管极性可作为正相的固定相。正相固定相是极性的，用来保管极性物质物质 反相：反相：C18C18十八烷基、十八烷基、C8C8辛烷基、辛烷基、C2C2乙基、乙基、CHCH环己烷基、环己烷基、PHPH苯基都是反相固定相。反相固定相用苯基都是反相固定相。反相固定相用来保管非极性或弱极性的分析物来保管非极性或弱极性的分析物离子交换：键合基团为丙磺酸基离子交换：键合基团为丙磺酸基PRSPRS、SCX(SCX(苯磺酸基苯磺酸基) )、二乙基丙基胺二乙基丙基胺DEADEA、三甲基丙基胺、三甲基丙基胺SA

9、XSAX可作为离子交可作为离子交换固定相。换固定相。 正相固定相正相固定相 溶剂强度溶剂强度反相固定相反相固定相己烷己烷 水水异辛烷异辛烷甲醇甲醇甲苯甲苯异丙醇异丙醇氯仿氯仿乙腈乙腈二氯甲烷二氯甲烷丙酮丙酮四氢呋喃四氢呋喃乙酸乙酸乙酸乙酸四氢呋喃四氢呋喃丙酮丙酮二氯甲烷二氯甲烷乙腈乙腈氯仿氯仿异丙醇异丙醇甲苯甲苯甲醇甲醇异辛烷异辛烷水水己烷己烷 弱弱 强强表表 6-1 6-1 溶剂强度溶剂强度 高分子聚合物吸附剂高分子聚合物吸附剂 有机聚合物吸附剂多为苯乙烯有机聚合物吸附剂多为苯乙烯- -二乙烯基苯共聚物，二乙烯基苯共聚物，聚甲基丙烯酸甲酯等。根据极性大小和所选用的单体分聚甲基丙烯酸甲酯等。根

10、据极性大小和所选用的单体分子构造不同，可分为强极性、极性、中等极性、非极性子构造不同，可分为强极性、极性、中等极性、非极性四种类型四种类型 碳基吸附剂：常见的有活性炭、分子筛、多孔石墨碳碳基吸附剂：常见的有活性炭、分子筛、多孔石墨碳等等 混合型吸附剂混合型吸附剂 ：混合型吸附剂能综合运用氢键、极：混合型吸附剂能综合运用氢键、极性、非极性以及离子间相互作用等多种作用力，使各种性、非极性以及离子间相互作用等多种作用力，使各种吸附剂在性能上相互补充，可用于各种化合物的固相萃吸附剂在性能上相互补充，可用于各种化合物的固相萃取。已开发成产品的有取。已开发成产品的有VarianVarian的的Bond-E

11、lut CertifyBond-Elut Certify等。等。 图图 6-3 6-3 固相萃取过程固相萃取过程d. d. 固相萃取过程固相萃取过程 固相萃取操作普通有四个根本步骤：固定相活化、样品固相萃取操作普通有四个根本步骤：固定相活化、样品上柱、淋洗和分析物洗脱上柱、淋洗和分析物洗脱 固定相活化固定相活化 活化的目的是除去柱内一切杂质并发明一个与样品溶剂活化的目的是除去柱内一切杂质并发明一个与样品溶剂相容的环境相容的环境 。通常需求两种溶剂来完成上述义务，第一个。通常需求两种溶剂来完成上述义务，第一个溶剂初溶剂用于净化固定相，另一种溶剂终溶剂用溶剂初溶剂用于净化固定相，另一种溶剂终溶剂用

12、于建立一个适宜的固定相环境使样品分析物得到适当的保管。于建立一个适宜的固定相环境使样品分析物得到适当的保管。每一种活化溶剂用量约每一种活化溶剂用量约1-2ml/100mg1-2ml/100mg固定相。固定相。 以反相以反相C18C18固相萃取柱为例。先使数毫升的甲醇经过萃固相萃取柱为例。先使数毫升的甲醇经过萃取柱，再用水或缓冲溶液顶替滞留在柱中的甲醇。取柱，再用水或缓冲溶液顶替滞留在柱中的甲醇。 上样上样 试样倒入活化过的固相萃取柱，然后利用抽真空、试样倒入活化过的固相萃取柱，然后利用抽真空、加压或离心的方式使样品进入固定相，这时分析物和一加压或离心的方式使样品进入固定相，这时分析物和一些样品

13、干扰物保管在固定相上些样品干扰物保管在固定相上 本卷须知：为了保管分析物，溶解样品的溶剂必需本卷须知：为了保管分析物，溶解样品的溶剂必需较弱较弱 图图6-4 6-4 样品进入固定相的方法样品进入固定相的方法 淋洗淋洗 分析物得到保管后，通常需求淋洗固定相以洗分析物得到保管后，通常需求淋洗固定相以洗掉不需求的组分；淋洗溶剂必需洗掉尽量多的干扰组掉不需求的组分；淋洗溶剂必需洗掉尽量多的干扰组分，但不能强到可以洗脱任何一个分析物的程度。溶分，但不能强到可以洗脱任何一个分析物的程度。溶剂用量普通剂用量普通0.5-0.8ml/100mg0.5-0.8ml/100mg固定相固定相 洗脱洗脱 淋洗过后，将分

14、析物从固定相上洗脱。洗脱溶剂淋洗过后，将分析物从固定相上洗脱。洗脱溶剂用量普通用量普通0.5-0.8ml/100mg0.5-0.8ml/100mg固定相固定相 反相反相C18C18固相萃取柱萃取水样中多环芳烃固相萃取柱萃取水样中多环芳烃 活化：先甲醇，后水；上样：活化：先甲醇，后水；上样：3ml3ml分析物水溶液分析物水溶液 淋洗淋洗/ /洗脱：洗脱：3ml3ml水、水、10%10%甲醇、甲醇、20%20%甲醇、甲醇、30%30%甲甲醇直到醇直到100%100%甲醇甲醇 、丙酮、丙酮图图6-4 6-4 洗脱图分布实例洗脱图分布实例结论：淋洗溶剂应为结论：淋洗溶剂应为20%20%甲醇；甲醇；80

15、%80%甲醇为洗脱剂甲醇为洗脱剂e. e. 固相萃取优点固相萃取优点 可选择分别方式很多，可以提供多种实验途径可选择分别方式很多，可以提供多种实验途径 不会出现乳化景象，提高分别效率不会出现乳化景象，提高分别效率 减少溶剂大量运用和暴露，保证明验室平安、低毒减少溶剂大量运用和暴露，保证明验室平安、低毒 减少劳动强度减少劳动强度 重现性好便于不同实验室进展质控比较分析结果重现性好便于不同实验室进展质控比较分析结果 易于与其他仪器联用，实现自动化在线分析易于与其他仪器联用，实现自动化在线分析1.1.痕量分析的富集与分别痕量分析的富集与分别1 1痕量分析中存在的三种分别方式痕量分析中存在的三种分别方

16、式 ：常量常量- -微量分别；微量分别；微量微量- -常量分别；常量分别；微量微量- -微量分别微量分别富集分别的评价目的富集分别的评价目的 主要评价目的：待测组分回收率、富主要评价目的：待测组分回收率、富集倍数集倍数 其它思索要素：待测痕量组分的沾污其它思索要素：待测痕量组分的沾污和损失小；方法简单、快速，富集后的样品适于和损失小；方法简单、快速，富集后的样品适于作进一步处置；费用能否昂贵等作进一步处置；费用能否昂贵等 2.2.固相萃取固相萃取 1 1根本原理：根本原理： 利用固定相将液体样品中的待测组分利用固定相将液体样品中的待测组分吸附，与样品中基体和干扰组分分别，然后用洗脱液洗吸附，与

17、样品中基体和干扰组分分别，然后用洗脱液洗脱，到达分别或富集待测组分目的。脱，到达分别或富集待测组分目的。 2 2固相萃取的固定相种类和固相萃取的固定相种类和HPLCHPLC类似，但在在填料的类似，但在在填料的外形和粒径上有所区别外形和粒径上有所区别3 3 固相萃取柱和固相萃取盘的区别：填料粒径和床厚固相萃取柱和固相萃取盘的区别：填料粒径和床厚度度/ /直径比直径比4 4固相萃取过程固相萃取过程 固相萃取操作普通有四个根本步骤：固定相活固相萃取操作普通有四个根本步骤：固定相活化、上样、淋洗和分析物洗脱化、上样、淋洗和分析物洗脱5 5固相萃取优点：可选择分别方式很多，可以提供多种实固相萃取优点：可

18、选择分别方式很多，可以提供多种实验途径；不会出现乳化景象，提高分别效率；减少溶剂大验途径；不会出现乳化景象，提高分别效率；减少溶剂大量运用和暴露；减少劳动强度；重现性好；易于与其他仪量运用和暴露；减少劳动强度；重现性好；易于与其他仪器联用，实现自动化在线分析器联用，实现自动化在线分析2)2)液液萃取在无机痕量分析的运用液液萃取在无机痕量分析的运用概述概述 萃取体系萃取体系 : :螯合萃取螯合萃取利用金属离子与螯合剂构成疏水性的螯利用金属离子与螯合剂构成疏水性的螯合物由水相萃取到有机相合物由水相萃取到有机相离子缔合萃取离子缔合萃取经过离子缔协作用以离子缔合物的经过离子缔协作用以离子缔合物的方式进

19、入有机相方式进入有机相b. b. 痕量元素的萃取痕量元素的萃取 痕量元素的螯合萃取痕量元素的螯合萃取 天然水、废水以及其它水样中的各种痕量重金属，在天然水、废水以及其它水样中的各种痕量重金属，在适当条件下，可以以螯合物的方式萃取到小体积的有机适当条件下，可以以螯合物的方式萃取到小体积的有机相中相中 高纯资料和其它固体样品中痕量元素的富集也常高纯资料和其它固体样品中痕量元素的富集也常用螯合萃取法用螯合萃取法 生物样品如血、尿和组织中金属离子可直接萃取，生物样品如血、尿和组织中金属离子可直接萃取，其它形状的金属化合物需求先消解其它形状的金属化合物需求先消解 痕量元素的离子缔合萃取痕量元素的离子缔合

20、萃取 基体元素的萃取基体元素的萃取基体元素的螯合萃取基体元素的螯合萃取 基体元素的螯合萃取基体元素的螯合萃取 运用较少，存在两个问题：运用较少，存在两个问题：金属螯合物在有机相中的溶解度有限金属螯合物在有机相中的溶解度有限共萃取效应能够使痕量待测元素损失；大量螯合剂引起溶共萃取效应能够使痕量待测元素损失；大量螯合剂引起溶液沾污液沾污基体元素的离子缔合萃取基体元素的离子缔合萃取 离子缔合体系中有机相的萃取容量大，适宜基体元素萃取离子缔合体系中有机相的萃取容量大，适宜基体元素萃取 广泛运用于高纯金属和化合物中广泛运用于高纯金属和化合物中ug/g级或级或ng/g级的杂质分级的杂质分别别3沉淀和共沉淀

21、基体元素的沉淀：在适当条件下，可用沉淀法除去基体元素，而把痕量待测元素定量地留在溶液中 沉淀剂分类无机沉淀剂 氨水、氢氧化钠、硫化氢等有机沉淀剂 常用的有机沉淀剂有二肟类(如丁二酮肟)、羟基肟类(如水杨醛肟)、亚硝基化合物(如铜铁灵)、8-羟基喹啉及其衍生物等 基体沉淀法的弊端：基体沉淀法的弊端： 大量运用沉淀剂容易呵斥溶液沾污大量运用沉淀剂容易呵斥溶液沾污 共沉淀作用能够引起待测痕量元素的共沉淀作用能够引起待测痕量元素的损失损失 溶液的稀释倍数比较大，给后面测定溶液的稀释倍数比较大，给后面测定带来困难带来困难b. 痕量元素的共沉淀 共沉淀的定义：在沉淀分别中，待分别化合物未到达溶度积，而由于

22、体系中存在的其他难溶化合物捕集剂或载体在构成沉淀过程中引起的待分别化合物同时沉淀的一类景象 共沉淀剂的分类 无机共沉淀剂 氢氧化物、硫化物、硫酸盐等 有机共沉淀剂 甲基紫、孔雀绿、品红等4 4 挥发挥发a.a.概述概述挥发法是将气体和挥发性组分从液体或固体样品中转挥发法是将气体和挥发性组分从液体或固体样品中转变为气相的过程，它包括蒸发、蒸馏、升华、气体变为气相的过程，它包括蒸发、蒸馏、升华、气体发生和驱气。发生和驱气。 普通来说，在一定的温度和压力下，当待测痕量组分普通来说，在一定的温度和压力下，当待测痕量组分的挥发性和蒸汽压足够大，而基体的挥发性和蒸汽的挥发性和蒸汽压足够大，而基体的挥发性和

23、蒸汽压小到可以忽略时，可选择性地挥发痕量组分。反压小到可以忽略时，可选择性地挥发痕量组分。反之，假设基体的挥发性和蒸汽压远大于痕量组分，之，假设基体的挥发性和蒸汽压远大于痕量组分，那么可选择性地挥发基体元素那么可选择性地挥发基体元素( (或化合物或化合物) )。 a. 痕量组分的挥发痕量组分的挥发溶液中痕量组分的挥发溶液中痕量组分的挥发 在液体样品在液体样品(或者通常把固体溶解成溶液或者通常把固体溶解成溶液)中，使痕量中，使痕量组分定量挥发，挥发出来的元素或化合物，用适当的组分定量挥发，挥发出来的元素或化合物，用适当的溶液吸收，冷凝或用其他捕集方法进展富集，然后进溶液吸收，冷凝或用其他捕集方法进展富集，然后进展测定。可直接与各种检测仪器相联接，实现试样的展测定。可直接与各种检测仪器相联接，实现试样的分解、富集分别和测定同时进展。分解、富集分别和测定