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1、样品前处理技术与色谱联用,济南大学,一、色谱分析技术的应用,通常，色谱分析技术主要包括气相色谱、液相色谱以及它们与其它技术的联用，诸如气相色谱-质谱、液相色谱-质谱、色谱-红外光谱等联用分析技术，效率高，成本低，广泛应用于石油化工过程分析、环境保护监测、生物样品分析、材料性能测定、工业卫生调查和评价、药物动力学和毒性分析、法庭取证分析、核能燃料分析、化妆品和香料组成分析等行业或领域。,二、色谱分析前处理技术的现状与发展趋势,色谱分析样品前处理技术包括：采样技术或采样后（或同时）的色谱分析样品制备技术。目前，在不断改进已有的传统样品分离和浓缩方法的同时，还出现了如气体萃取技术、膜萃取技术、微捕集
2、技术、微波提取技术、超临界萃取技术、搅动棒吸附萃取技术、微透析技术高压溶剂萃取技术、微量衍生化技术等。此外，已有技术的联用和两种或数种处理方法的组合也是当前分析样品制备方法发展的一个特点。,二、色谱分析前处理技术的现状与发展趋势,色谱分析样品前处理技术将来的趋势必定是发展很少乃至不用有毒有机溶剂的方法；发展简单快速便宜的方法，操作步骤很少，尽量能集采样、牟取、净化、浓缩、预分离、进样于一身，并适合野外、原位等特殊需求；发展能处理复杂介质、痕量成分、特殊性质（如高极性、热不稳定性、难挥发性等）成分的方法，发展方法的联用与自动化等等。因为只有克服了前处理这一瓶颈，色谱分析乃至其它分析过程才能实现真
3、正意义上的飞跃。,三、色谱分析全过程,样品的采集处理,样品中各组分的分离测定,样品测定后数据的处理与结果的表达,通常包括样品的选择和采集、样品的贮存和运输、样品的分离、浓缩和纯化等内容。,四、样品前处理的重要性和必要性,色谱分析样品的制备是一个非常重要和复杂的过程，因为色谱分析技术涉及的样品种类繁多、样品组成及其浓度复杂多变、样品物理形态范围广泛，对采用色谱分析的方法进行直接分析测定构成的干扰因素特别多，所以需要选择并实施科学有效的处理方法及其技术，达到分析测定或评价和调查的目的。,五、常用样品制备技术,1）溶剂萃取2）蒸馏3）固相萃取4）固相微萃取5）气体萃取（顶空技术）6）膜萃取技术7）微
4、波萃取技术8）超临界流体萃取9）衍生化技术10)加速溶剂萃取（ASE）11)多种前处理方法联用,1）溶剂萃取,液体样品最常用的萃取技术之一是溶剂萃取，通常叫做液液萃取。在固体或者气体中含有的某些物质，也可以使用溶剂将它们溶解出来，这样的方法也称作溶剂萃取。根据基质的不同，可分为液液萃取、液固萃取和液气萃取（溶液吸收）。其中，使用最为广泛的是液液萃取。液液萃取技术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、提取或纯化的目的。,1）溶剂萃取,现在的液液萃取技术已不只是传统的使用分液漏斗的一步液液萃取，它还包括连续萃取、逆流萃取、微萃取、萃取小柱技术、在线萃取技术、自动
5、液液萃取等方式。其中，连续萃取和逆流萃取有利于处理含有低分配系数物质的样品；微萃取技术有利于提高灵敏度和减少溶剂用量，但回收率方面还有待提高；萃取小柱技术模仿了传统的液液萃取技术，而且使样品收集变得非常容易，同时避免了样品乳化问题；在线萃取和自动液液萃取等方式能够减小人为误差，有利于处理大体积样品。,2）蒸馏,蒸馏是一种使用广泛的分离方法，根据液体混合物中液体和蒸汽之间混合组分的分配差异进行分离。蒸馏技术是挥发性和半挥发性有机物样品精制的第一选择。对于复杂的环境样品前处理而言，很少会用到简单的常压蒸馏，更多使用的是分馏、水蒸气蒸馏、真空蒸馏、抽提蒸馏与液液萃取或升华等技术的联用。,3）固相萃取
6、（SPE）,固相萃取就是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，使其与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱或加热解吸附，达到分离和富集目标化合物的目的。与液液萃取等传统的分离富集方法相比，具有如下优点：（1）高的回收率和富集倍数。大多数固相萃取体系的回收率较高，可达70100；另外，富集倍数一般很高，很多体系很容易就能达到几百倍，少数体系甚至能达到几千或几万倍。（2）使用的高纯有毒有机溶剂量很少，减少了对环境的污染，是一种对环境友好的分离富集方法。（3）无相分离操作，易于收集分析物组分，能处理小体积试样。（4）操作简便、快速、易于实现自动化。,3）固相萃取（SPE）,应用固相萃取
7、可以达到：富集痕量被测组分，降低分析方法检测限，提高灵敏度；消除基体干扰对测定的影响，提高分析的准确度；高盐样品的脱盐处理；现场采样，便于试样的运送和储存等目的。与任何事物一样，固相萃取也存在某些不足，有待于进一步发展和完善。例如一些样品的复杂基体有时会较大程度的降低萃取的回收率；污染严重的复杂样品尤其是含有胶体或固体小颗粒的样品会不同程度的堵塞固定相的微孔结构，引起柱容量和穿透体积的降低、萃取效率和回收率的严重恶化；柱体和固定相材料的纯度有时仍不够理想，使得测定的空白难以进一步降低；固定相的选择性有时仍显不足，需进一步提高等。,4）固相微萃取（SMPE）,固相微萃取技术是在固相萃取基础上发展
8、起来的，与液液萃取或固相萃取相比，具有操作时间短、样品量少、无需萃取溶剂、适于分析挥发性和非挥发性物质、重现性好等优点。萃取过程使用一支携带方便的萃取器，特别适于野外的现场取样分析，也易于进行自动化操作，可在任何型号的气相色谱仪上直接进样。1997年提出的毛细管固相微萃取方式则多与高效液相色谱联用，分离测定一些气相色谱无法解决的难挥发和热不稳定的化合物，大大扩展了固相微萃取的应用范围。选择性强、灵敏度高、涂层稳定的新型萃取纤维的研制；与多种分析仪器联用的自动操作系统的开发；应用领域的不断扩展等都是固相微萃取技术的发展方向。,固相微萃取,在固相萃取(SPE)基础上发展起来，它采用一根聚合物涂层的
9、熔融石英纤维从样品基质中或样品上方的顶空气体中直接吸附萃取待测物，然后在色谱进样口解吸、分析。适用于挥发性与非挥发性物质的分析,5）气体萃取（顶空技术）,样品中痕量高挥发性物质的分析测定可使用气体萃取即顶空技术。顶空技术可分为静态顶空和动态顶空，它们具有如下特点：（1）操作简便，只需将样品填充到顶空瓶中，再密封保存直至色谱分析；（2）可自动化，已有不少气相色谱生产商能够提供集成化的气相色谱顶空进样器；（3）可变因素多，静态顶空只需确定顶空瓶中样品的平衡时间和温度，而动态顶空还需确定捕集阱中吸附剂的种类和填充量；（4）灵敏度高，动态顶空具有较高的灵敏度，检出限可达1012水平。,5）气体萃取（顶
10、空技术）,顶空技术与色谱联用作为一种广泛使用的可靠和有效的分析测定技术，已成为很多国家及组织的标准方法。如美国EPA发布使用静态顶空/气相色谱方法测定废水、PVC树脂、水泥和乳胶中的氯乙烯；德国国家工业标准和德国工程师协会规定使用静态顶空/气相色谱方法测定水、废水和泥浆中的苯系物、挥发性卤代烃，环境大气中的氯乙烯和1，3丁二烯等污染物，土壤中的卤代烃等。在日本，19921994年期间发布了三个标准方法用于测定饮用水和排污水中痕量挥发性有机污染物，均使用静态/动态顶空与气相色谱或气相色谱/质谱联用技术。,顶空液相微萃取(headspace liquid-phase microeztraction
11、,HS-LPME)连续流动液相微萃取(continuous-flow liquid-phase microextraction，CF-LPME),6）膜萃取技术,膜萃取是一种基于非孔膜进行分离富集的样品前处理技术。膜萃取主要有支载液体膜萃取、连续流动膜萃取、微孔膜液液萃取、聚合物膜萃取等几种模式。膜萃取的优点主要是高富集倍数、净化效率高、有机溶剂用量少、成本低以及易于与分析仪器在线联用等。例如，膜萃取技术被认为是选择性最高及处理后最“干净”的样品前处理技术。溶剂用量方面，聚合物膜萃取技术可不用溶剂，而支载液体膜萃取技术中用于液膜的高沸点有机溶剂的量则可以忽略。在连续流动膜萃取和微孔膜液液萃取中
12、虽然使用有机相，但只需要体积较小的常规有机溶剂。该技术的不足是每次萃取只适合处理一定类型的物质，且经常需要优化很多实验条件。除聚合物膜萃取外，其它膜萃取技术还存在膜的长期稳定性问题。膜萃取的另一个不足之处是进行痕量富集时消耗的时间相对较长，一般认为要比固相萃取或液液萃取慢。,微波萃取技术是一种萃取速度快、试剂用量少、回收率高、灵敏以及易于自动控制的样品前处理技术。它利用微波加热的特性来对物料中目标成分进行选择性萃取。具体来说是利用极性分子可迅速吸收微波能量的特性来加热一些具有极性的溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、水等。非极性溶剂则要与极性溶剂混合使用。微波加热过程中萃取温度的提高大大提高了萃取效率。
13、仅在数年前，该技术还被认为是一种极有发展前途的技术甚至是最终的选择。但是，目前的发展事态远达不到期望值。,7）微波萃取技术,8）超临界流体萃取,超临界流体萃取是用超临界流体作为萃取剂，从各种组分复杂的样品中，把所需要的组分分离提取出来的一种分离提取技术。由于超临界流体的密度与液体接近，粘度则只略高于气体，而表面张力又很小，汇集了气体和液体的优点，可使萃取过程在高效、快速和相对经济的条件下完成。常用的萃取溶剂为二氧化碳，由于其本身无毒，也不会像有机溶剂萃取那样导致毒性溶剂残留，可以说是一项比较理想的、清洁的样品前处理技术。但是由于超临界流体提取装置较复杂，且在高压下操作有一定的危险性，加之成本较
14、高，其使用很有限。而且该技术的适用范围还局限在非极性或低极性物质，除非取得新的重大突破，很难成为一种重要的广泛使用的样品前处理技术。,10）衍生化技术,衍生化技术就是通过化学反应将样品中难于分析检测的目标化合物定量转化成另一易于分析检测的化合物，通过后者的分析检测对可疑目标化合物进行定性和/或定量分析。衍生化的目的有以下几点：（1）将一些不适合某种分析技术的化合物转化成可以用该技术的衍生物；（2）提高检测灵敏度；（3）改变化合物的性能，改善灵敏度；（4）有助于化合物结构的鉴定。,10)加速溶剂萃取（ASE）,ASE 是用溶剂对固体、半固体的样品进行萃取；ASE特点溶剂用量少,萃取效率高,快速,
15、减少人为误差,样品基体影响小,可进行全自动萃取.随着科学技术和仪器分析技术的发展，以前分析中最困难的部分，逐渐变得简单了，新的萃取和净化方法配上仪器分析，使解决突发性化学物质中毒向着快速、准确、灵敏的方向发展。,11）多种前处理方法联用,近来，有报道将衍生技术和液相微萃取结合起来，实现萃取，富集和衍生一步完成，成为一种简单，快速，低成本而且有效的样品处理方法。并且多种技术的结合，可极大地提高检测灵敏度。M.Kawaguchi对水样中的双酚A在衍生化的同时利用单滴微萃取模式进行富集并用于GC-MS测定，取得了令人满意的结果，检出限低至2 ppt，而不经衍生所得检出限为200 ppt。Yianni
16、s将氨基酸在超声辅助下进行衍生并进行同样的富集，大大地减小了分析时间。通过GC检测，准确地测定了尿样中纳克级氨基酸o Zhang等则利用这种方法成功地测定了废水和血液中醛类物质的含量,六、样品前处理与色谱分析联用实例,1）固相萃取（SPE）应用：复杂样品中微量或痕量目标化合物的分离和富集；例如，生物体液（如血液，尿等）中药物及其代谢产物的分析、食品中有效成分或有害成分的分析、环保水样中各种污染物（可挥发性有机物和半挥发性有机物）的分析都可使用固相萃取将目标化合物分离出来，水果/蔬菜中N-甲基氨基甲酸酯农药的分离21种N-甲基氨基甲酸酯农药及12种代谢物的分离纯化样品:苹果、橙、桃、草莓、大豆、
17、胡萝卜、花菜、莴笋、土豆、洋葱、大米等固相萃取(SPE柱 Bond Elut amino-proply-bonded silica)。,2）固相微萃取（SMPE）应用 SPME在食品与生物样品上应用日趋增加，如酱油中氯丙醇的检测和血液中有机氯化合物的检测等。还可以用于农药、杀鼠药的中毒样品和污染样品的检测；还可以用于人体尿液、血液中的一些毒物如苯酚、氰化物、芳香胺，苯丙胺以及一些生物碱的测定。如：人乳中PCB、HCB、HCH及DDT测定。0.5ml样品中加入0.5ml高氯酸（1M）和0.15g硫酸钠。顶空瓶密封后振荡混匀，置加热块上加热，搅拌。SPME纤维（涂渍85um polyacrylate）在顶空瓶里的气相中静置40min。萃取完成后吸附纤维插入GC进样口（280）10分钟使目标物从纤维上热解吸，色谱分析(GC-ECD或 GC-MS)。,3）GC/MS及HPLC柱后衍生检测：有机磷农药(C18BSCs柱,含200mgC18和C8硅胶）1.柱預处理 甲醇2.样品添加 70 mL 樣品3.样品洗脫 1 mL 二氯甲烷含1%甲醇4.样品挥干 N2,40 5.再溶解 加入100 L乙睛等待30秒 加入900 LH2O6.进样100L样品HPLC分析,谢谢欣赏,
