《溶剂萃取法》PPT课件.ppt

第三章 萃取分离法,分类,液-液萃取分离超临界萃取分离双水相萃取分离固相微萃取分离,3.1 液 液 萃 取 分 离,液液萃取法简称萃取分离法，它是利用与水不相混溶的有机溶剂同试液一起振荡，一些组分进入有机相，另一些组分仍留在水相中，从而达到分离的目的。可用于大量元素的离，也适用于微量元素的分离和富集。萃取过程的本质是将物质由亲水性转化为疏水性的过程。,3.1 液 液 萃 取 分 离,3.1.1 萃取分离的基本参数3.1.2 萃取过程和萃取体系的分类3.1.3 几种重要的萃取体系的讨论3.1.4 有机物的萃取3.1.5 萃取操作,溶剂萃取法的发展过程,19世纪中叶人们就知道用有机溶剂萃取某些无机物；如1842年Peligot用乙醚萃取硝酸铀酰；1872年Berthelot和Jungfleisch根据经验提出了液-液分配的 定量关系；1891年Nernst从热力学观点阐明了液-液分配的定量关系；20世纪40年代以后，溶剂萃取走向成熟(完善的理论体 系，丰富的萃取模式，广泛的应用领域)。,溶剂萃取的优缺点,优点：仪器设备简单、操作方便。分离选择性高。应用范围广（无机和有机物；常量和微量组分）。处理量大，适于工业分离，易于连续自动操作。缺点：有机溶剂易挥发，多对人体有害。手工操作比较麻烦，费时。分离效率不高（比LC小23个数量级）。,溶剂萃取（溶剂萃取，简称萃取）利用组分在两个互不相溶的液相中的溶解度差而将其从 一个液相转移到另一个液相的分离过程称。被萃取物（萃合物）指原先溶于水相，然后被有机相萃取的物质。萃取液和萃余液 萃取分层后的有机相称为萃取液，此时的水相为萃余液。,基本概念,萃取剂 指能与被萃取物质发生化学反应，形成能溶于有机相的 萃合物的试剂。或指能与亲水性物质反应生成可被萃取 的疏水性物质的试剂。萃取溶剂 指与水不相混溶且能够构成连续有机相的液体。活性萃取溶剂 可与被萃取物发生化学反应，形成配合物、离子缔合物 或溶剂化物。例：磷酸三丁酯，正丁醇等。,惰性萃取溶剂 本身不与被萃取物发生化学反应，仅起溶解被萃取物，改变萃取剂的物理性质，使萃取两相易于分层的作用。例：四氯化碳，三氯甲烷，苯等。助萃剂（助萃络合剂）水相中加入能促进被萃取物的分配比或萃取率增大的络 合剂，是萃取过程中不可缺少的辅助试剂。例：二安替比林甲烷(DAPM)萃取钴，生成能溶于 CHCl3的(DAPM)H2Co(SCN)4。萃取剂：DAPM；萃取溶剂：CHCl3；助萃剂:SCN-,反萃取剂 一种新的不含被萃取物的水相与萃取液接触，使被萃取物 返回水相的过程叫反萃取；使被萃取物返回水相的物质叫 反萃取剂。盐析剂 指易溶于水而不被萃取，但能促进萃取物转入有机相，提 高萃取效率的无机物盐类。,3.1.1萃取分离的基本参数,(1)分配定律 当溶质A在两种互不相溶的溶剂（如：水和有机相）中分配，有：A水 A有机 在分配过程达到平衡后，溶液A在两种溶剂中浓度的比值为分配系数KD,(2)分配比D,分配比D是对溶质存在形式的校正 D的数值由实验得到 简单体系：DKD,(3)萃取百分数E,E与D的关系,在分析工作中，一般常用等体积的溶剂来萃取。V水=V有,D=1000时，E=99.9%萃取完全D=100时，E=99.5%当组分含量较少可认为 萃取完全D=10时，E=90%一次萃取不完全,D,E%,100,1.0,0.01,100,50,0,分配比越大，萃取率 越高 有机相的体积越大，萃取率越大（R越小）萃取率与被萃物的含 量大小无关，这就是 所谓的“定量分离”,(4)分离系数,=1，即DA=DB，两种组分不能或难以萃取分离。1，即DA DB，两种组分可用萃取分离，且值越 大，分离效果越好。1，即DA DB，表明两种组分可用萃取分离，且 值越小，分离效果越好。实现A与B的一次萃取完全分离，应选择或控制萃取条件，使得DA102，DB10-2。,分三种情况,物化中，对于热力学体系，一定T、P下，A在两相中达到平衡时：,用PA表示热力学分配常数：,以上校正了溶液浓度 质点间作用力,例2在水相和有机相中存在形式对D 的影响,例pH影响：用乙醚萃取苯甲酸,讨论D与水中H+浓度有关：若H3+O，则pH、D，溶质大部分留于水相中；若H3+O，则pH、D，溶质大部分进入有机相中；对于弱酸、弱碱萃取，注意pH,例连续萃取,例：用 CCl4 萃取 I2(R=1)，V有=100 mL，m0=0.20 g，D=851)、萃取一次，m1=0.0023 g E%=98.8%2)、分两次萃取，每次50 mL 有机溶剂 E%=99.9%结论：V有/V水与D对mn的影响相同，可以相互补偿若V有一定，通过少量多次萃取可以提高E,在萃取中，当lgKd不满足定量分离要求时，可采用逆流型多级萃取方式，经过若干级萃取后也可满足定量分离的要求。,逆流型多级萃取方式,萃取分离过程的实质：将待萃取组分由亲水性转化为疏水性，使其萃入有机相中。,3.1.2 萃取分离的基本原理,物质亲水性与疏水性强弱的规律,凡是离子都有亲水性。物质含亲水性基团越多，其亲水性越强。常见的亲水基团：-OH，-SO3H，-NH2，=NH等。物质含疏水性基团越多，相对分子质量越大，其疏 水性越强。常见的疏水基团：烷基、芳香基等。反萃取 有时需要采取与萃取相反的步骤，把有机相的物质再转入水相中，这一过程称为反萃取。,例：8-羟基喹啉-CHCl3对Al 3+的萃取,萃取剂：8-羟基喹啉溶剂：CHCl3,亲水性水合阳离子中性疏水螯合物萃入有机相,萃取剂-“运载工具”,在pH8-9碱性溶液 丁二酮肟,中和电荷,引入疏水基,反萃取：Ni2+由疏水性的螯合物转化为亲水性，将有机相的物质再转入水相，称为反萃取。向丁二酮肟镍螯合物的氯仿萃取液中加入盐酸（0.5-1.0mol/L），螯合物被破坏，Ni2+又恢复了亲水性，重新回到水相。,3.1.3 几种重要的萃取体系的讨论,3.1.3.1 形成鳌合物（内络盐）的萃取体系3.1.3.2 形成离子缔合物的萃取体系3.1.3.3 三元络合萃取体系3.1.3.4 中性配合萃取体系,3.1.3.1 形成鳌合物的萃取体系,特点：萃取剂通常是既溶于水又溶于有机溶剂的有机酸 被萃取物通常是金属阳离子，它与有机酸生成配合物或螯合物。Mn+(aq)+nHR(org)MRn(org)+nH+(aq)有机酸萃取金属离子的过程可以看作是水相中的阳离子与有机酸HA中的H+交换反应。主要适用于微量和痕量物质的分离，不适用于常量物质的分离，常用于痕量组分的萃取光度法测量。,常用的螯合剂-有机弱酸,双硫腙（打萨宗）与Ag+、Au3+、Bi3+、Cd2+、Hg2+、Cu2+、Co2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+、Tl等金属离子反应形成疏水性螯合物。可用CCl4萃取。,铜铁试剂（铜铁灵,N亚硝基苯胲铵,NCP）与Al3+、Fe3+、Cu2+、Co2+、Ti4+、Zn2+、等多种金属离子反应形成疏水性螯合物。可用CHCl3萃取。,8-羟基喹啉及衍生物 与多种二价、三价和少数四价金属离子反应形成疏水性螯合物。可用CHCl3萃取。,乙酰丙酮(HAA)与Al3+、Fe3+、Cu2+、Co2+、In3+、Ga2+等金属离子反应形成内络盐。可用CHCl3、CCl4、C6H6萃取。,二乙基胺二硫代甲酸钠（铜试剂 DDTC)与Ag+、Bi3+、Cd2+、Hg2+、Cu2+、Co2+、Mn2+、Ni2+、Fe3+等金属离子反应形成螯合物。可用CCl4或乙酸乙酯萃取,丁二酮肟可萃取Ni2+、Pd2+可用CCl4萃取。,常用的螯合剂-有机弱酸,1 萃取剂在水相和有机相中的分配平衡,2 萃取剂在水相中的离解平衡,（1）,（2）,萃取速率,3 被萃取离子和萃取剂的螯合平衡,4 生成的螯合物在水相和有机相中的分配平衡,（3）,（4）,整个萃取过程的分配比,MLn在水相中溶解度很小，与Mn+相比MLn可以忽略：,把(1).(2).(3).(4)式代入,整理得：,讨论：(1)分配比与被萃取组分的浓度无关。(2)对于同一种被萃取组分、同一种溶剂 和萃取剂KD、n Ka KD均为常数。,(3)若有机相中萃取剂的浓度一定,萃取条件依据：,萃取条件的选择,选择萃取溶剂 一般应使螯合物有较大的溶解度；螯合剂有较小的溶解度；溶剂的比重与水相差较大；粘度较小；毒性、挥发性较小。,酸度的选择,溶液的pH增大，D增大，萃取完全。,萃取率与H+关系：,设V有=V水,例：用氯仿为溶剂，用0.1mol/L 8-羟基喹啉为萃取剂，萃取Ga3+、In3+、Al3+,萃取曲线,（1）溶液的pH增大，E%增大，萃取完全。（2）三条曲线形状与斜率完全一样。（3）三种不同的螯合物开始被萃取时的pH及 萃取完全时的pH不同。,问题：金属离子分离完全的酸度条件？,一般E%=50%的pH值来表征萃取曲线，此时的pH用pH1/2表示。,（1）lgE-lg(100-E)=lgK*+npH（2）E%=50%lgK*=-npH1/2（3）lgE-lg(100-E)=npH-npH1/2,通常可以用萃取曲线中各种金属离子的pH1/2的大小判断能否分离完全。如何判断？,组分A、B，当A被萃取99%时，B被萃取1%，即可认为A、B分离完全。,例 双硫腙为萃取剂，氯仿为萃取溶剂。,各种双硫腙螯合物的萃取曲线,在含Hg2+，Bi3+，Pb2+，Cd2+溶液中用二苯硫腙CCl4萃取,萃取Hg2+，若控制溶液的pH等于1则Bi3+，Pb2+，Cd2+不被萃取要萃取Pb2+，可先将溶液的pH调至45，将Hg2+，Bi3+先除去，再将pH调至910，萃取出Pb2+,例：用乙醚萃取FeCl3佯盐萃取,3.1.3.2形成离子缔合物的萃取体系,需要注意的问题：溶液酸度：酸度足够溶剂：RORROHRCOOHRCOOR RCORRCOH络阴离子的亲水性和稳定性：亲水性弱，稳定性好,需要注意的问题：盐析作用 阴离子，同离子效应 减少了水分子与被萃取金属离子的结 合能力 减弱水的偶极矩作用,需要注意的问题：,盐析作用,3.1.3.3 三元络合萃取体系,()形成三元络合物,(2)协同萃取体系,协同萃取作用:混合萃取剂同时萃取某一物质时，其分配比显著大于相同浓度下各单一萃取剂分配比之和。协同效应：D协同D加和D1D2 协萃系数R：R=D协同/D加和,协同萃取机理,生成了更稳定的含有两种以上配位体的可萃物；生成的配合物疏水性更强，更易进入有机相中。如单独阳离子交换萃取反应：Mn+n HA(org)MAn(org)加入中性配合萃取剂S后的协同萃取反应：Mn+n HA(org)x S(org)MAnSx(org)n H,协同萃取机理取代机理,如果形成的萃合物中含有自由萃取剂HA，则加入中性萃取剂S后，S取代HA生成更稳定或更疏水的萃合物。UO22+3HOx(org)UO2(Ox)2HOx(org)2HUO2(Ox)2HOx(org)TOPO(org)UO2(Ox)2TOPO(org)HOx(org)加入强配位体后，也可以部分取代配位数已饱和的单一配体萃合物。Pu(TTA)4(org)HNO3TOPO(org)Pu(TTA)3NO3TBPO(org)HTTA,协同萃取机理溶剂化机理,如果金属的配位数没有饱和，只有一部分被萃取剂A配位，剩下的配位部分被水分子占据，当加入中性萃取剂S后，S取代水分子，形成A和S的协同萃取体系。Y(TTA)3 2H2O(org)2TBP(org)Y(TTA)3 2TBP(org)2H2O,同时使用两种以上萃取剂，大大提高萃取效率 Uo22+-TTA-TBPO La+与噻吩甲酰三氟丙酮（HTTA）形成的螯合物为La(HTTA)3(H2O)2,加入1，10邻二氮杂菲或2，2联吡啶等杂环萃取剂（以S表示），它表示置换上述螯合物中的水分子形成La(HTTA)3S三元络合物,主要协同萃取体系,体 系 类 型 实 例 阳离子交换与中性配合 P204和TBP萃取UO22+不同的二元 阳离子交换与胺类协同 TTA和TOA萃取Th4+协萃体系 中性配合与胺类协同 TOPO和TOA萃取Am3+阳离子交换与阳离子交换 TTA和HAA萃取RE3+相同的二元 中性配合与中性配合 TBP和Ar2SO萃取UO22+协萃体系三元协萃体系 阳离子交换/中性配合/胺类 P204/TBP/R3N萃取UO22+,3.1.3.4 中性配合萃取体系,特点:被萃取物在水相中以中性分子形式存在萃取剂也是中性分子（含有适当配位基团）被萃取物与萃取剂形成中性配合物TBP-煤油体系从硝酸溶液中萃取硝酸铀酰被萃取物形式：UO2(NO3)2（铀的其他形态如UO22,UO2NO3等不被萃取）萃取剂：TBP（磷酸三丁酯）中性配合物：UO2(NO3)22TBP,常用的中性配合萃取剂,中性含磷萃取剂：磷酸酯；膦酸酯；次膦酸酯；膦氧化物；焦磷酸 酯；膦的有机衍生物中性含氧萃取剂：酮，酯，醇，醚等，如MIBK（甲基异丁基酮）中性含硫萃取剂：亚砜，硫醚中性含氮萃取剂：吡啶等。,萃取强酸：非极性溶剂可以萃取近乎中性分子的弱酸，但不能萃取强酸；极性溶剂（醇，醚，酮，酯）可以萃取强酸。如 醚萃取硝酸：H+NO3+E HNO3E 或者 H+NO3 H2O E HNO3H2OE 有机相中溶剂化的H+与溶剂或水分子形成氢键。,中性配合萃取举例,萃取金属离子 UO22+2NO3+2TBP UO2(NO3)22TBP,萃合物的结构：,3.1.3.5 有机物的萃取,相似相溶原则：极性组分易溶于极性溶剂 非极性组分易溶于非极性溶剂,3.1.5 影响萃取的各种因素,(1).萃取剂浓度的影响自由（游离）萃取剂浓度增加，分配系数上升。自由萃取剂浓度指有机相中未参与形成萃合物的萃取剂浓度。浓度高到一定程度后会出现活度系数降低的趋势。,TBP浓度与UO2(NO3)2分配系数的关系,影响萃取的各种因素,(2).酸度的影响在中性配合萃取体系中，酸度直接影响与金属形成中性盐的阴离子的浓度。阳离子交换萃取体系中H直接和金属离子竞争萃取剂。(3).金属离子浓度的影响 金属离子浓度较低的情况下，对萃取几乎无影响，但当金属离子浓度很高时，会导致有机相中游离萃取剂浓度降低，从而降低分配系数。,影响萃取的各种因素,(4).盐析剂的影响 盐析现象：使得金属分配系数上升的现象。盐析剂往往含有与被萃物相同的阴离子，加入盐析剂将产生同离子效应，使分配系数上升。由于盐析剂的水合作用，使得水相中的一部分水成了它们的水合水，从而降低了自由水的浓度。,影响萃取的各种因素,(5).温度的影响主要看萃取反应是吸热还是放热反应。,温度对TBP萃取铀的影响,有机相：0.35 mol/L TBP水相：0.1 mol/L UO2(NO3)3，1mol/L HNO3,影响萃取的各种因素,(6)样品溶液中杂质离子的影响水相中存在的能与金属离子配合的阴离子会抑制（减弱）萃取配合物的生成,杂质阴离子对铀在TBP中分配系数的影响,影响萃取的各种因素,(7)萃取剂的影响 萃取剂的结构和性质直接影响其与金属离子的配位。(8)稀释剂的影响稀释剂：加入有机相中起溶解萃取剂、减小有机相粘度、抑制乳化等作用的惰性溶剂。稀释剂影响萃取剂的聚合。稀释剂可能与萃取剂形成氢键。,（9）第三相（乳化层）形成的影响,产生乳化的原因：萃取过程中剧烈振动，特别是含脂肪的样品；温度越低、有机相粘度越大、离子浓度越高，越易产生乳化。,乳化：液体分散在另一不相溶的液体中的分散体系；乳浊液：液体杂质以微小珠滴散布在液体溶剂中的一种分散体系，是热力学不稳定体系。,影响萃取的各种因素,破乳方法,高度乳化对策：离心破乳。2000r/min，2min；无水硫酸钠研磨法破乳；蒸干法。蒸干后再用有机溶剂萃取。,一般破乳方法：长时间静置；加破乳剂改变溶剂性能或化学平衡；用缓冲剂调节pH；用电解质调节离子强度。,中、轻度乳化对策,中度乳化对策：电解质破乳。加入无机盐，提高体系中水相比重使两相分层。破乳率与加入电解质的量成正比。加入1molL的盐酸。无水乙醇溶解两相液滴。无水硫酸钠漏斗过滤。,轻度乳化对策：玻璃棒搅动，削弱吸附作用。静置一定的时间后，可自然分层。,思考题,为什么用连续萃取数次的方法，要达到单次萃取同样的萃取率，只需用较少量的有机溶剂？说明分配系数、分配比和分离因数三者的物理意义。3.什么是协萃体系？为什么协同效应会显著的提高萃取效率？举例说明之。4.某有机酸在乙醚与水中的分配比是2.50，将5.00g溶于100mL水中形成水溶液。（1）用乙醚萃取3次，每次乙醚用量为20mL（2）用60mL乙醚萃取1次。试分别计算残留在水相中酸的克数。,3.2 双水相萃取技术Aqueous twophase extractionATPE,普通溶剂萃取不易用于蛋白质的分离：许多蛋白质有极强的亲水性，不溶于有机溶剂；蛋白质在有机溶剂相中易变性失活。,双水相萃取现象,1896年 Bei Jerinck 明胶琼脂明胶可溶性淀粉,两相,上相：含大部分明胶,下相：含大部分琼脂（或可溶性淀粉）,1956年瑞典lund大学的Albertsson教授对双水相系统进行比较系统研究，为双水相萃取系统的发展奠定了理论基础。1978年Kula教授将双水相萃取技术用于酶的大规模分离纯化，建成了一套工业装置。双水相萃取可分离各种生物大分子、重金属离子以及小分子，如抗生素、氨基酸和植物的有效成分等的分离纯化。,发展概况,双水相萃取的基本特点,两相的性质差别较小；两相的界面张力很小：条件温和，体系具有生物亲和性 所需溶液少，操作方便 分离迅速，步骤简便 操作易控制 可进行萃取性的生物转化,基本概念和分类,双水相系统：某些有机物之间或有机物与无机盐之间，在水中以适当浓度溶解后形成的互不相溶的两相或多项系统；分类：聚合物-聚合物-水系统：聚合物分子的空间阻碍作用 聚合物-无机盐-水系统：盐析作用,3.2.1 双水相的形成,两种聚合物溶液相互混合，分层或混合成一相取决于：体系熵的增加；分子间作用力。大分子间的混合，分子间作用力占主导地位而决定混合结果。,双水相的形成,2.2%葡聚糖水溶液等体积的0.72%甲基纤维素钠水溶液 混合静置,0.39%葡聚糖0.65%甲基纤维素钠98.96%水,1.58%葡聚糖0.15%甲基纤维素钠 98.27%水,聚合物的不相溶性：两种聚合物分子间有斥力存在（某种分子希望在它周围的分子系同种分子而非异种分子)，达到平衡后，就有可能分成两相，两种聚合物分别进入到一相。,a,双节线,系线,b,双节线,均相区,均相区,两相区,两相区,系线,临界点,相 图,两水相形成的条件和定量关系,研究最多的几种典型双水相系统,双水相系统的分类 按照物质在双水相系统的分配作用类型，可分为空间排阻分配、电化学分配、构型相关性分配、亲和分配、疏水分配和手性分配等类型。,3.2.3 影响分配平衡的参数,成相聚合物的浓度：接近临界点，蛋白质均匀分配于两相，K接近1；成相聚合物总浓度增加，系统远离临界点，两相性质差别增大，蛋白质趋向一侧分配，K或大于1，或减小低于1。,pH值：改变盐的解离程度（如磷酸盐），进而改变相间电位差。,pH值对分配系数K的影响,聚合物分子量的影响,3.2.3 影响分配的参数,温度：影响相图，影响分配系数。荷电PEG作为成相聚合物：在聚合物上引入电荷可增大两相间的电位差。盐类pH值,盐浓度对分配系数K的影响,盐类的影响：在两相间形成电位差，对带电生物大分子产生很大影响。,pH值：改变蛋白质所带的电荷的性质和大小，这是与蛋白质的等电点相关的；,PEG/盐系统的分配系数的调节,3.2.4 双水相萃取技术的应用,主要用于胞内酶的提取、精制；用双水相萃取技术处理细胞匀浆液：可方便除去细胞碎片，使酶得到精制。蛋白质在多数情况下收率能达90%；,从微生物细胞萃取的酶,（续前）,多步双水相萃取分离纯化的酶,在医药工业中的应用,从发酵液中将丙酰螺旋酶素与茵体分离后进行提取，可实现全发酶液萃取操作。采用PEGNa2HPO4体系，最佳萃取条件是PH=8.08.5，PEG2000(14)Na2HPO4(18)，小试收率达69.2，对照的乙酸丁酯萃取工艺的收率为53.4。,丙酮和乙醇双水相萃取、荧光法测定痕量维生素B2,丙酮-硫酸铵-水和乙醇-硫酸铵-水体系双水相萃取萃取率分别为97.16%98.14%和94.12%95.15%;检出限分别为0.031 和0.041g该方法已成功用于片剂和注射液中维生素B2 的测定,思考题,双水相体系是怎样形成的？萃取原理？双水相萃取的影响因素有哪些？,固相萃取 超临界流体萃取 胶团萃取 溶剂微胶囊萃取 亚临界水萃取 浊点萃取,其他萃取新技术及应用,固相萃取,操作与柱层析（色谱）类似。,固相萃取：以固体吸附剂作固定相，将目标物或干扰物吸附到固定相中，使目标物与基体或干扰组分分离的一种样品前处理技术。,柱层析,SPE小柱,固相萃取的特点（与溶剂萃取比）,操作简单、快速；减少乳化现象；可处理大量样品；不需要使用大量有机溶剂；应用样品对象十分广泛。,固相萃取原理,发生在固定相和流动相之间的物理过程，其实质就是液相色谱分离过程，只不过用于样品前处理的分离要求不是很高，只需将大量基体物质或其他干扰组分与被测物分离，即对柱效的要求不高。同液相色谱中分离柱的原理一样，固相萃取也是基于待测组分与样品基体在固定相上吸附和分配性质的不同来进行分离的。,固相萃取的目的与要求,待测组分在固定相上没有保留从样品中除去大量基体；待测组分牢固地吸附在固定相上从复杂基体中将待测组分分离富集出来；与液相色谱不同的是，固相萃取并不需要特别好的峰形和相当短的分析时间。,固相萃取的主要萃取模式,与LC分离模式相同，有正相固相萃取、反相固相萃取、吸附固相萃取和离子交换固相萃取;不同的萃取模式所使用的固定相不同;固定相选择原则也与LC相同，主要依据被测物和基体物质的性质，被测物极性与固定相极性越相似，则被测物在固定相中的保留就越强;固相萃取所用的固定相也与LC常用的固定相相同，只是粒度稍大一些（约30-50m）。,正相固相萃取,采用极性固定相，可从非极性溶剂样品中萃取有机酸、碳水化合物和弱阴离子等极性物质。被萃取的极性化合物在固定相上保留的强弱取决于其极性基团与固定相表面极性基团之间的相互作用（氢键、-键、偶极间相互作用等）。固定相主要是以硅胶为载体的二醇基、丙氨基小柱。,反相固相萃取,采用非极性或弱极性固定相，适用于萃取从非极性至中等极性的化合物；应用对象最广泛，是样品前处理中使用最多的一种固相萃取模式；被萃取物与固定相间主要是基于范德华力和色散力的疏水相互作用；使用的固定相主要是在硅胶载体表面键合了疏水性烷烃，如十八烷、辛烷、二甲基丁烷。,离子交换固相萃取,采用离子交换剂固定相，用来萃取有机和无机离子性化合物，如有机碱、氨基酸、核酸碱、离子性表面活性剂等。被萃取离子因与固定相表面的离子交换基团之间的静电相互作用而保留，所用离子交换剂通常是在硅胶载体表面接上季铵基、磺酸基、碳酸基等。,吸附固相萃取,以吸附剂（氧化铝、硅胶、石墨碳材料、大孔吸附树脂等）作固定相；除石墨碳材料和大孔吸附树脂也可以萃取非极性物质外，吸附固相萃取主要用于极性化合物的萃取。吸附固相萃取在样品前处理中的应用也相当广泛。,手工SPE操作,残余硅醇基,非极性固定相通常采用封尾技术将硅胶表面的残余硅醇基屏闭，但极性或离子交换固定相通常不封尾。封尾程度非常重要，因为残留硅醇基对化合物的保留和洗脱起着不可忽视的作用。即使采用最严格的封尾方法，也只能将键合相形成后剩余的70%的硅醇基团封住。因此，那些残留硅醇基还会在待测组分的分离中发挥作用。,残余硅醇基的作用,在pH小于2时，硅醇基不带电荷；pH大于2时，硅醇基逐渐离解而带负电荷，从而影响萃取。静电相互作用比疏水相互作用更强，因此，如果存在混合保留机理，必须采取措施减小或扩大残留硅醇基的影响。例：固相萃取法萃取胺时，带正电荷的胺与带负电荷的硅醇基形成非共价键，很难离解。为了降低硅醇基的影响，最好选择封尾的固定相。残留硅醇基可用三乙胺或醋酸铵等竞争碱来屏蔽。,残余硅醇基的利用,使用没有封尾的固定相和pH4的缓冲溶液以保证残余硅醇基离子化。推荐采用缓冲溶液作为二级调节溶剂是因为水的pH值是波动的，而且没有缓冲能力。例：（血浆中舒喘宁的测定）：未封尾的硅胶萃取小柱先用甲醇和水活化，血浆流经萃取柱，带正电荷的舒喘宁通过与硅醇基的相互作用被萃取在柱上。先用水然后用乙腈冲洗固定相以消除有可能产生干扰的成分。最后用含有0.5%醋酸铵的甲醇溶液将舒喘宁从萃取柱上洗脱下来，作为后续分析的样品。,相互作用能,待测组分可以通过氢键、偶极-偶极相互作用、疏水扩散力、静电相互作用等机理保留到固定相上。在萃取中，这些作用机理可能单独存在，也可能多种分离机理同时存在。了解是哪些力在起作用，有利于制订特效的分离方法。各种键合力的能量相差较大。疏水键合能（偶极-偶极，偶极-诱导偶极，扩散相互作用）：110kcal/mol；极性基团间的氢键：510 kcal/mol，这种类型的相互作用在硅胶表面发生的机会较多。相反电荷间的离子或静电相互作用：50200 kcal/mol。,SPE柱的填充,固相萃取基本操作步骤,活化：甲醇等活化，并用水或缓冲液平衡,载样：,洗涤：用水或缓冲液洗去弱保留杂质和基体,洗脱：用溶剂或HPLC流动相洗脱目标物质,有机溶剂（甲醇）润湿柱子的目的,消除萃取柱中可能会干扰待测组分的有机杂质；打开碳链，增加萃取柱与待测组分相互作用的表面积，也就是通常所说的活化。如果不进行这一步，就会减少待测组分的保留，影响回收率，而且有可能出现干扰峰。用纯水或合适的缓冲溶液冲洗吸附床将消除过量的甲醇，调节柱子的表面，为样品的负载作准备。,例1.人血清中胆汁酸的SPE（后续HPLC测定）活化：SPE柱（ODS）依次用5ml甲醇和5ml水预处理；上样：100L血清样品中加入4ml 0.4mol/L NaHCO3上样；洗涤：样品通过柱子后,用20mL水冲洗；洗脱：用2mL甲醇将胆汁酸洗脱下来。浓缩或复溶：在45下用N2将洗脱液吹干,1mL丙酮复溶；衍生化：UV衍生；分析：取20L样品做HPLC分析（ODS柱）。,例2：紫衫醇SPE(使用Sep-Pak C18硅胶柱)活化:往柱中依次加入 1 0乙酸乙酯、甲醇和 0.01mol/L pH5.0的乙酸铵水溶液并抽干。样品上柱:将100mg红豆杉浸膏溶解于40%60%的甲醇/乙酸铵水溶液后加到柱中,抽干。杂质淋洗:先用10ml的含20%甲醇的乙酸铵缓冲液淋洗并抽干,然后用10ml含60%甲醇的乙酸铵淋洗。紫杉醇洗脱:在淋洗好的柱子中加入10ml含80%甲醇的乙酸铵,收集洗脱液,减压蒸干.紫杉醇的质量控制可用分析。,固相微萃取（SPME）,SPME装置类似色谱进样针，针头（石英纤维头）外表面涂有高分子涂层，有机分析物遵循“相似相溶”原理被萃取富集到固相涂层。称为Fiber SPME（纤维针式SPME）。SPME通常与色谱在线联用。是集进样、萃取、浓缩功能于一体的样品前处理技术。,纤维针,Fiber-SPME,样品,搅拌子,1989年，Pawliszyn 提出1993年，商品化Fiber-SPME1993年，In-Tube-SPME-GC1996年，商品化Fiber-SPME-HPLC1997年，商品化Fiber-SPME-GC1997年，In-Tube-SPME-HPLC1999年，Pat Sandra 提出SBSE技术2001年，一种新形式In-Tube-SPME-GC,SPME的发展历史,n:涂层中目标物吸附量Kfs:溶质在两相中的分配系数Vf:涂层体积Vs:样品的体积C0:样品中待分析物质的初始浓度,SPME理论基础,平衡理论：萃取完成时，目标溶质在涂层和样品之间达到分配平衡。这将需要耗费较长时间。,问题：定量分析时标准品是否需要经过SPME步骤？,A：涂层的表面积m1,m2:分析物在两相的质量转移系数（m=D/,D扩散系数；:涂层厚度）t:提取时间,非平衡理论,萃取时目标物吸附无需达到分配平衡，只要维持萃取条件（时间、温度、搅拌速度等）相同，涂层对目标物的吸附量(n)正比于样品中目标物的初始浓度（C0）,130,纤维针式固相微萃取（Fiber-SPME）,Fiber-SPME的特点,结构简单，操作方便；萃取速度较快；不使用有机溶剂；适合现场采样；支持材料较多。纤维萃取头易折断，后来又发展了不锈钢、陶瓷、金属丝、碳材料等支持体材料。涂层易流失；重复性较差。,In-tube-SPME（管内SPME）,在石英毛细管（GC毛细管柱）内表面涂层。较Fiber涂层更薄、萃取表面积更大。动态萃取较静态萃取方式使用更多，易与色谱联用。,用注射器吸入样品，萃取平衡后，将阀切换至采样位置，以适当溶剂解吸，将解吸溶液转移到样品管中，再切至进样位置。,In-tube-SPME-GC,加热解吸,GC柱温箱,In-tube-SPME-HPLC,SBSE（固相微萃取搅拌棒技术）,涂层较厚，萃取容量明显增大，富集能力优于纤维头，适合痕量样品和复杂基体。目标物从样品扩散进入涂层较慢。,商品萃取棒通常是将用PDMS制成的橡胶管套在铁芯玻璃棒外。,1999年由Pat sandra 提出。用吸附搅拌棒代替纤维萃取头。吸附棒通常为内有铁芯的玻璃棒，玻璃棒表面再覆盖萃取涂层（溶胶-凝胶法）。,SBSE技术的特点优点：萃取固定相的含量大自身完成搅拌，避免竞争吸附应用范围广缺点：需要特制的解吸器萃取所需平衡时间长,固相微萃取膜（SPMEM）,将涂层材料均匀地涂在铝铂、玻璃板上，形成膜状萃取涂层。吸附容量大。通过增大膜面积来增大吸附容量。不需要专门设备，成本低。膜通常一次性使用，避免了交叉污染。由于缺乏大体积GC进样口或热解析池，通常采用溶剂解析，因此膜必须耐有机溶剂。膜的厚度和大小难以准确控制，用于定量分析较难。,金属丝管内固相微萃取(Wire-in-tube SPME),在in-tube SPME的萃取毛细管中插入一根不锈钢丝，毛细管的内体积显著减少。用这种结构可以获得更有效的萃取。在一根长20cm，内径0.25 mm的DB-1聚二甲基硅氧烷涂层毛细管中插入一根同样长度的内径为0.20mm的不锈钢丝构成萃取器件，与-HPLC联用测定了人尿中的抗抑郁药物。该方法在体积不变的情况下，增大了萃取接触面积，提高了萃取效率和解吸效率。,纤维管内固相微萃取(Fiber-in-tube SPE-HPLC),用聚合物细丝作萃取介质，几百根聚合物细丝纵向填进一个短的聚醚醚酮(PEEK)或聚四氟乙烯(PTFE)毛细管中。相对于开管式in-tube SPME技术，由于增大了萃取接触面，萃取率明显提高。在细丝表面涂覆聚合物涂层可以提高萃取效率。如在细丝表面涂覆苯基(5%)/甲基(95%)聚硅氧烷，萃取二己基邻苯二甲酸酯(DHP)、二-2-乙基-己基邻苯二甲酸酯(DEHP)和二辛基邻苯二甲酸酯(DOP)的萃取效率比没有涂层时高得多。,胶团萃取,1.基本概念胶团（胶体）萃取被萃取物以胶体或胶团形式被萃取。胶体萃取也能用于无机物的分离，但应用较少。如：氯仿（或CCl4）萃取胶体金；乙醚或氯仿萃取胶体银或硫酸钡。正向微胶团：在水溶液中加入表面活性剂达到一定浓度时，会形成表面活性剂聚集体（胶团），在这种胶团中，表面活性剂的极性头朝外（向水），而非极性尾朝内。,与正相微胶团相反，当向非极性溶剂中加入表面活性剂达到一定浓度时，会形成憎水非极性尾朝外（向溶剂），而极性头（亲水基）朝内的胶团。胶团大小在毫微米级。,正向微胶团,反向微胶团,反向微胶团,由于在分离过程中生物物质容易被破坏，很多通常的分离方法（如蒸馏）难以采用。由于生物样品一般粘度较大，过滤和超滤等也困难。由于生物物质（蛋白质）的亲水憎油性，使其难溶于一般有机溶剂；不适合通常的水相/有机溶剂相体系。由于生物物质直接与有机溶剂接触会引起变性。应尽可能避免直接接触。,生物物质对分离体系的要求严格,能溶解蛋白质并能与水分相，不破坏蛋白质生物功能。反向微胶团对生物物质的溶解 反向微胶团中有一个极性核心，它包括了表面活性剂的极性头组成的内表面，平衡离子和水。此极性核心又称“水池（water pool）”，水池可以溶解极性分子，于是，极性的生物分子就可以溶于有机溶剂而不直接接触有机溶剂。,对生物物质萃取所用溶剂的要求,2.蛋白质的溶解模型,水壳模型 蛋白质居于“水池”中心，水壳层则保护了蛋白质，使其生物活性不会改变。,陆九芳p125a,蛋白质亲水基插入 反向微胶团中 仅蛋白质的亲水基插入胶团内部的“水池”中，而其亲脂基团露在胶团外面，与表面活性剂的疏水剂或有机溶剂的碳氢部分接触。,吸附模型 蛋白质分子吸附在胶团内部由表面活性剂亲水头组成的亲水壁上。,陆九芳p125c,溶解模型 蛋白质被几个胶团包围而溶解于表面活性剂胶团，胶团的非极性尾与蛋白质的亲脂部分直接作用。,陆九芳p125c,水壳模型是比较公认的蛋白质溶解机理,胶团中水含量（0）“水池”中的水与正常水有所不同，特别是当0相当低（如010）时，其冰点通常低于00C。蛋白质表面的电荷与微胶团内表面的电荷之间的静电作用对蛋白质的溶解起重要作用。,3.影响胶团萃取的主要因素,表面活性剂和溶剂种类对胶团萃取的影响表面活性剂多采用AOT（琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠）阴离子表面活性剂,所形成的胶团的含水率高（0为5060），比季铵盐高一个数量级以上；AOT形成反向微胶团时，不需要助表面活性剂。有机溶剂通常采用异辛烷。表面活性剂AOT能迅速溶于有机溶剂，也能溶于水而形成液晶态（非球状）胶团。,AOT作为反向微胶团的表面活性剂的优点,蛋白质为两性分子，各种蛋白质有确定的等电点(pI)，当pHpI时，蛋白质分子和表面活性剂内表面都荷负电，相互排斥，蛋白质难溶于胶团中。pH过低时，蛋白质会变质，溶解度也降低。,水相pH值对胶团萃取的影响,pH值对蛋白质溶解度的影响,离子强度增加，减小了蛋白质的表面电荷与微胶团内表面电荷的相互作用，从而降低蛋白质在胶团中的溶解度。,陆九芳p127320,离子强度对胶团萃取的影响,4.胶团萃取分离过程,制备含蛋白质的反向微胶团的三种方法相转移法：将含蛋白质的水相和含表面活性剂的有机溶剂相接触，在缓慢搅拌下，部分蛋白质转入有机相。此过程较慢，最终得到的含蛋白质有机相是稳定的。注入法：向含表面活性剂的有机相中注入含蛋白质的水溶液。此过程较快，操作也很简单。溶解法：适用于水不溶蛋白质。将含水的反向微胶团的有机溶液与蛋白质固体粉末一起搅拌。,制备含蛋白质的反向微胶团的三种方法,胶团萃取实例：胶团萃取分离3种蛋白质（核糖核酸酶、细胞色素C、溶菌酶）,表面活性剂：AOT；有机相：异辛烷 利用离子强度和pH值调节蛋白质的溶解度差异。pH=9,KCl=0.1M时，核糖核酸酶不溶于胶团，留在水相。进入有机相胶团中的细胞色素C和溶菌酶用pH=9,KCl=0.5M的水溶液反萃取，只有细胞色素C进入水相。仍留在有机相中的溶菌酶再用pH=11.5,KCl=2.0M的水相反萃取。,陆九芳p128323,核糖核酸酶不溶于胶团，留在水相。,反萃取，只有细胞色素C进入水相。,反萃取,