离子交换分离法.ppt

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1、第六节 离子交换分离法,离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应使离子分离的方法。离子交换分离法是基于物质在固相与液相之间的分配。,这种方法的分离效果很高，可用于带相同、相反电荷或性质相近的离子之间的分离；还可用于微量组分的富集。此方法的缺点是操作麻烦，周期长。所以，在分析化学中一般用它来解决比较困难的分离问题。,1.种类,一、离子交换树脂,有机离子交换剂是一种高分子固体化合物，又称离子交换树脂，具有网状结构。在水、酸和碱中不溶，化学性质稳定，对有机溶剂、氧化剂、还原剂及其他化学试剂基本不反应，通常在低于50下使用，分为凝胶型和大孔型两大类,1.59nm，av.24nm,105

2、00nm，av.20100nm,萃淋树脂 或萃取树脂，是一种含有液态萃取剂的树脂，是以苯乙烯-二乙烯苯为骨架的大孔结构和有机萃取剂的共聚物，兼有离子交换和萃取的功能。,纤维交换剂 将天然纤维上的羟基酯化、磷酸化、羧基化、氨（胺）基化，制成阳或阴离子交换剂。纤维交换剂是开放性的长链，具有表面积大、孔隙宽松、稳定性高，交换速度快、容易洗脱、分离能力强等特点。主要用于分离蛋白质、氨基酸、酶等，也可用于分离富集无机离子。,2.结构,离子交换树脂为具有网状结构的高聚物。由两个部分组成：高分子聚合物骨架；可被交换的活性基团。,3.性质,（1）交联度（树脂中所含交联剂的质量百分率）,交联度小，则对水的溶胀性

3、能好，网眼大，交换速度快，但选择性差，树脂的机械性能差。相反，交联度大，网眼小，交换的选择性高，机械强度高，但对水的溶胀性能差，交换速度慢。,（2）交换容量 指单位质量或单位体积树脂所能交换离子相当于一价离子的物质的量，mmol/g（干树脂）、mmol/mL（湿树脂）。它决定于树脂中活性基团的数目。交换容量用实验方法测得，一般树脂的交换容量为36mmol/g。mmol/mL（湿树脂）,交换容量分为全交换容量和工作交换容量。树脂所含可交换离子全部被交换，称为全交换容量，它是树脂的特征常数，不随实验条件变化。在一定操作条件下，实际测得的交换容量，称为工作交换容量，或有效交换容量，其大小与溶液中离子

4、的浓度、树脂床的高度、流速、树脂粒度的大小以及交换基团的类型等因素有关。,二、交换平衡和离子交换树脂的亲和力,离子交换树脂与电解质水溶液接触时发生离子交换反应，即树脂中活性基团上的离子与溶液中同电荷的离子互相交换，活性基团上的离子进入溶液，溶液中的离子与树脂进行交换（不同电荷的离子及不电离的物质不会与树脂发生交换反应）。例如：,这种交换反应是可逆的，达到平衡时：,在一定条件下，K值的大小表示树脂对Mn+交换能力的强弱，又称为树脂对离子的亲和力或树脂对离子的选择性系数（Mn+对H+）。亲和力越大，越容易交换。亲和力的大小与离子的性质及溶液的组成有关。,1.亲和力大小与离子性质的关系,亲和能力与水

5、合离子的半径、电荷及离子的极化程度有关。水合离子半径越小、电荷越高、离子的极化程度越大，其亲和力越大。,例如 Li+、Na+、K+水合离子的电荷相同，但它们的水合离子半径依次减小，因此，树脂对它们的亲和能力依次增强。实验证明：在常温下，较稀的溶液（0.1mol/L）中，树脂对不同离子的亲和力大致有如下的顺序：,（1）阳离子交换树脂,强酸性阳离子交换树脂对金属离子的亲和力随离子价数的增加而增大，如,当离子价数相同时，亲和力随水合离子半径的减小而变大,弱酸性阳离子交换树脂对H+的亲和力比其它金属离子都大，其它阳离子的亲和力顺序与强酸型阳离子交换树脂相似。,（2）阴离子交换树脂,强碱性阴离子交换树脂

6、,弱碱性阴离子交换树脂,以上的顺序仅是一般的情况。在温度较高、离子浓度较大、有络合剂存在或非水介质中，离子的亲和力顺序会发生变化。不同牌号的树脂对各种金属离子的亲合力顺序有时也有差异。,2.亲和力与溶液组成的关系,若溶液中有络合剂存在，则金属离子在阳离子交换树脂上的亲和力将受到很大的影响。生成的络合物越稳定，影响就越大。如果生成络阴离子，则易在阴离子交换树脂上进行交换。分析化学中利用这一性质进行选择性分离。,例如，在盐酸介质中，金属离子Zn2+、Cd2+、Fe3+、Hg2+、Co2+、Cu2+可以与Cl离子生成络阴离子，而碱金属、碱土金属、Al3+、稀土金属离子则不能。于是可以在盐酸介质中用阴

7、离子交换树脂使CdCl42、CoCl42、CuCl42、FeCl4、ZnCl42与基体元素Mg2+或Al3+分离。,三、离子交换分离操作方法,有静态法和柱上操作法。,静态法又称平衡法，是将树脂放入待分离组分的试液中，不断搅拌，当交换反应达到平衡后，将树脂滤出即可。使用静态法的条件是待分离组分的分配比很大，极易被树脂交换，而另一组分的分配比很小。静态法主要用于测定分配比、交换容量等。,1.树脂的选择,根据待分离组分的性质选择树脂的种类（阴、阳、强、弱）、牌号及型式（Na型、H型或Cl型、OH型）。环境监测中用的较多的是强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。,2.磨碎与筛选,树脂粒度小，表面

8、积大，分离效率高，但阻力大，流速慢。要根据分离的实际情况合理选择粒度大小。市售1040目、50100目或100200目。分析分离80120目，离子色谱200400目。有干磨或湿磨，注意粒度范围不宜太宽。,凝胶型树脂都需要经过浸泡后才能使用，一般用水泡12 d，去除水后，加23倍体积的4 mol/L HCl浸泡12 d除去杂质，然后用蒸馏水洗至中性，即可得到H型或Cl型交换树脂。如果需要其它型式，可用其它试剂适当处理，如要获得Na型或 型阳离子交换树脂，可用NaCl或NH4Cl溶液处理，然后用蒸馏水洗涤即可。,3.树脂的预处理,4.装柱,5.交换过程,将试液加到交换柱上，控制一定流速进行交换。此

9、时，上层被交换，下层未被交换，中层部分被交换，称为“交界层”。随着交换进行，交界层逐渐下移，至流出液中开始出现被交换离子时，称为始漏点。被交换到柱上的离子的量（mmol）称为该交换柱条件下的“始漏量”。,选择工作条件时，为了树脂的利用率高，希望始漏量大些。树脂的颗粒小、流速慢，则始漏量大。同量的树脂，树脂床高的交换柱，始漏量大。但是，颗粒太小，流速太慢，会影响分析分离速度。如果试液中有几种离子同时存在，则亲和力大的先被交换到柱上，亲和力小的后被交换，因此，可被分离。,6.洗涤,交换完后，用洗涤液将树脂内残留的试液及被交换出来的离子洗去。洗涤液通常是不含试样的“空白溶液”（即不含试液而其它成分及

10、酸度与试液相同）或用水。一般洗几次即可。,7.洗脱,洗脱或淋洗就是将交换到柱上的离子用洗脱剂置换下来，是交换过程的逆过程。如某阳离子被交换到柱上后，可用HCl淋洗，由于溶液中H+浓度大，最上层的阳离子被H+置换下来，流到柱下层，又被交换上去，如此反复，使交换层逐渐下移。,在洗脱过程中，开始流出液中没有被交换上去的阳离子，随着HCl的不断加入，流出液中该阳离子的浓度逐渐加大。当大部分阳离子流出后，其浓度逐渐减少至零。以流出液中该离子的浓度为纵坐标，洗脱液体积为横坐标作图，可得洗脱曲线。根据洗脱曲线，接取V1V2段的流出液，可测定被交换离子的含量。,8.再生,将树脂恢复到交换前的形式，称为再生。有

11、时，洗脱过程就是再生过程。一般阳离子交换树脂可用 4 mol/L HCl处理，将其转化为H型，阴离子交换树脂则用 1 mol/L NaOH 处理，将其转化为OH型。,四、离子交换分离法的应用,（一）去离子水的制备,将强酸性阳离子交换树脂处理成H型，强碱性阴离子交换树脂处理成OH型，将待净化的水依次通过两柱，即可得所谓“去离子水”，这种方法称为复柱法。若要求得到纯度更高的水，可再串联一根混合柱，称为混合柱法。,（二）干扰离子的分离,1.阴阳离子的分离,让试液流经交换柱，则与交换柱上离子同符号的离子被交换、而相反电荷的离子则通过柱子流出。这种方法常用来除去带相反电荷的干扰离子。,例如用BaSO4重

12、量法测定磺铁矿中硫含量时，试样用稀HNO3溶解后，由于试液中含有大量的Fe3+、Ca2+，它会被BaSO4共沉淀。可先将酸性试液通过阳离子交换树脂柱除去干扰离子，然后将流出液中的 沉淀为BaSO4进行测定。,2.相同电荷离子的分离离子交换色谱分离法,如果有几种性质相近且带相同电荷的离子同时被交换在柱上，可选择合适的洗脱剂，将它们逐一洗脱并分离。这种方法称为离子交换色谱分离法。所用的洗脱剂应该使几种离子对树脂的亲和力有较显著的差异。这些洗脱剂通常是络合剂或是用不同浓度的酸或是两者同时使用。,（三）微量组分的富集,离子交换树脂是富集微量组分的有效方法。例如，矿石中痕量铂、钯的测定，可将矿石溶解后加

13、入较浓的HCl，使PtIV、PdII转化为PtCl62 或PdCl42阴离子，再将试液通过装有Cl的强碱性阴离子交换树脂的微型交换柱，使PtCl62或PdCl42被吸附于树脂上。取出树脂，高温灰化。再用王水浸取残渣，定容后用分光光度法测定。,五、大孔吸附树脂,大孔吸附树脂是不带交换基团的多孔性树脂骨架。吸附树脂对许多有机物有吸附作用。树脂的吸附作用一般随被吸附分子的疏水性而增加。能吸附那些不溶于水而易溶于醇类、丙酮等有机溶剂的极性分子，如苯酚、含氯农药等。这种吸附作用较弱，只要改变体系的亲水疏水平衡条件，就可以吸附或解吸。,吸附树脂常用于有机化合物的分离。如含农药的污水处理、印染废水的脱色、环

14、境监测水质分析中有机物的富集等。,第七节 色谱分离法,一、概述,“一步”分离过程，试液在两相之间只有一次平衡。要求被分离的两种（或以上）组分，其理化性质相差较大。,色谱法是俄国植物学家M.C.Tsweet于1903年提出，他将植物叶子的石油醚提取液通过一个装有CaCO3吸附剂的玻璃管，溶液流出后，植物叶上的几种色素被吸附在柱上，再加入新鲜溶剂，就出现层次分明的几条色带（称为色谱带或谱带）。CaCO3为固定相，溶剂为流动相。,色谱法按操作方法不同，可分为柱色谱、纸色谱和薄层色谱，按流动相不同可分为液相色谱和气相色谱，按作用原理可分为吸附色谱和分配色谱。其原理都是由于被分离组分在两相中受到的作用力

15、不同，从而使被分离组分以不同的速度移动，达到分离。,二、柱色谱,三、纸色谱,以滤纸作为载体的色谱分离方法。,根据不同物质在两相间的分配比不同而进行分离。纸色谱法是用滤纸作载体，将待分离的试液用毛细管滴在滤纸的原点位置上，利用滤纸上吸着的水分作固定相，另取一有机溶剂作流动相（展开剂）。由于毛细管作用，流动相自下而上不断上升。流动相上升时，与固定相接触，被分离组分在两相间分配（相当于萃取）。分配比大的组分上升快，分配比小的组分上升慢，从而将各组分分开。一定时间后，取出滤纸，喷洒显色剂。,比移值 Rf,矿石中铌、钽的分离和测定,试样用HF-HCl-HNO3分解，将试液蒸发至12 ml，均匀涂布在色谱

16、滤纸上，将滤纸卷成筒状，放入层析筒，用6:1丁酮HF作流动相，进行色谱分离，一定时间后，取出，用氨熏，中和酸，再喷单宁溶液显色，剪下铌、钽色带，放入瓷坩埚灼烧后称重，测定Ta2O5和Nb2O5的含量,四、薄层色谱,第八节 气浮分离法,一、概述,气浮分离法也称浮选分离或泡沫浮选法。它是指水溶液中的固体、沉淀、胶体以及溶质（离子或分子）等，借助连续上升的小气泡而浮于表面的过程（这些物质吸附或附着在气泡上）。,浮选分离的原理，一般认为是由于表面活性物质在水溶液中有处于气液界面（溶液中气泡表面）的倾向，它在气泡表面定向排列。,二、气浮分离法的类型,1.离子气浮分离法,在含有待分离离子（微量或痕量）的溶

17、液中加入络合剂形成带正或负电荷的络离子，再用带相反电荷的表面活性剂。通入气泡流，表面活性剂的极性端与待分离部分连接，疏水端朝向气泡，随气泡一起浮至液面。,如河水中CrVI 以 形式存在，加入阳离子表面活性剂，如氯化十六烷基铵，即可将其气浮富集到液面上。,2.沉淀气浮分离法（载体气浮分离法）,在含有待分离离子的溶液中加入沉淀剂使之生成沉淀，再加入表面活性剂并通入气体，使表面活性剂与沉淀一起被气泡带至液面。例如将氢氧化物沉淀气浮，因为氢氧化物多为带电荷的胶体沉淀，在不同pH带正或负电荷），此时，加入带相反电荷的表面活性剂，即可将其气浮。,如果待分离离子的浓度很小，可以有目的的加入某种载体元素，再加

18、沉淀剂生成沉淀，并使待分离组分共沉淀，再加入相反电荷的表面活性剂进行气浮分离。,例如水中痕量Cr3+、Ni2+、Pb2+、Cd2+、Cu2+、Hg2+等的富集，取12 L水样，用AlOH3作载体吸附共沉淀并加入油酸钠进行气浮。,3.溶剂气浮分离法,在水溶液上覆盖一层与水不相混溶的有机溶剂，当向水中鼓泡时，已和表面活性剂结合的待分离组分就会被吸附在这些正在上升的气泡表面，溶入有机相或悬浮于两相界面形成第三相，从而达到分离的目的。目前，溶剂气浮法研究得最多的是表面活性物质以及疏水性物质（螯合物和缔合物）,三、影响气浮分离法的因素,1.酸度 影响沉淀载体所带电荷，对离子气浮和以生成螯合物和缔合物为基

19、础的溶剂气浮，必须注意pH。2.表面活性剂的浓度 不宜超过临界胶束浓度，否则，由于形成胶束会使沉淀溶解。,3.离子强度 影响螯合物、缔合物的稳定性及沉淀的溶解度。,4.形成螯合物或沉淀的性质,5.其它 如气泡流速、气体种类（空气、氮气）、通气时间、方法,四、应用,富集速度快、富集倍数大、操作简便。广泛用于环境治理、痕量组分的富集等。,第九节 一些新的分离和富集方法,一、固相萃取,固相萃取（Solid Phase ExtractionSPE）就是利用固体材料作为固定相，当含多组分的样品溶液通过时，固定相对各组分的亲和性不同，一些组分受到“分配”或“吸附”作用而滞留在固定相上。然后再用洗脱液洗脱或

20、加热解吸附，达到分离和富集目标化合物的目的。,与液液萃取相比固相萃取有很多优点：固相萃取不需要大量互不相溶的溶剂，处理过程中不会产生乳化现象，它采用高效高选择性的吸附剂（固定相），能显著减少溶剂的用量，简化样品处理过程，同时所需费用也有所减少。一般说来固相萃取所需时间为液液萃取的1/2，费用为液液萃取的1/5。其缺点是：目标化合物的回收率和精密度要低于液液萃取。,SPE主要用于样品分析前净化和/或富集。其一般步骤是：液态或溶解后的固体样品倒入活化过的固体萃取柱，然后利用抽真空、加压或离心方式，使样品进入固定相。,一般，SPE将保留所需要的组分和类似的其它组分，尽量减少不需要组分的保留。弱保留的

21、样品组分可用一溶剂冲洗掉，然后用另一溶剂把所研究的分析物从固定相上洗脱下来。也可以让所研究的组分（分析物）直接通过固定相不被保留，而把大部分干扰物保留在固定相上，从而达到分离。,在多数情况下，使分析物被保留更有利于样品纯化。,干扰物,一个固相萃取柱由三部分组成：（1）柱管；（2）烧结垫；（3）固定相。,固定相是固相萃取中重要的部分。最常见的固定相是键合的硅胶材料。一般采用孔径6 nm不规则形状的40 m硅胶颗粒作为基质，然后将各种功能团键合上取。也有一些非硅胶基质的固定相被广泛使用。,固定相的分离选择性决定于被保留组分的保留强度。所以固定相的选择将决定于被分析物质、样品基体和样品溶剂的性质。,

22、根据固定相的类型，固相萃取可分为：正相、反相和离子交换。正相固定相是极性的，用来保留（萃取）极性物质。反相固定相用来保留（萃取）非极性或极性较弱的化合物。通常用水、甲醇和乙腈等作为反相分离的溶剂。,离子交换固相萃取所用的吸附剂是带有电荷的离子交换树脂，所萃取的目标化合物是带有电荷的化合物，目标化合物与固定相之间的相互作用是静电吸引力。离子交换固定相上的行为更多地取决于溶剂的pH值、离子强度，而与溶液的极性关系不大。,固相萃取中固定相的选择主要是根据目标化合物的性质和样品基体（即样品的溶剂）性质。目标化合物的极性与固定相的极性非常相似的时，可以得到目标化合物的最佳保留。两者极性越相似，保留越好，

23、所以要尽量选择与目标化合物极性相似的固定相。,例如：萃取碳氢化合物（非极性）时，要采用反相固相萃取（此时是非极性固定相）。当目标化合物极性适中时，正反相固相萃取都可使用。固定相的选择还要受样品的溶剂强度（即洗脱强度）的制约。,样品溶剂的强度相对该固定相应该是较弱的，弱溶剂会增强目标化合物在吸附剂上的保留（吸附）。溶剂强度在正反固相萃取中的顺序是不同的。如果样品溶剂的强度太强，目标化合物将得不到保留（吸附）或保留很弱。,例如：样品溶剂是正己烷时用反相固相萃取就不合适了，因为正己烷对反相固相萃取是强溶剂，目标化合物将不会吸附在吸附剂上；当样品溶剂是水时就可以用反相固相萃取，因为水对反相固相萃取是弱

24、溶剂，不会影响目标化合物在吸附剂上的吸附。,固相萃取选择分离模式和固定相时还要考虑以下几点：1.目标化合物在极性或非极性溶剂中的溶解度，这主要涉及淋洗液的选择。2.目标化合物有无可能离子化（可用调节pH 值实现离子化），从而决定是否采用离子交换固相萃取,3.目标化合物有无可能与吸附剂形成共价键，如形成共价键，在洗脱时可能会遇到麻烦。4.非目标化合物与目标化合物在吸附剂上吸附点上的竞争程度，这关系到目标化合物与干扰化合物是否能很好分离。,固相萃取的装置及操作程序 最简单的固相萃取装置就是一根直径为数毫米的小柱，小柱可以是玻璃的，也可以是聚丙稀聚乙烯聚四氟乙烯等塑料的，还可以是不锈钢制成的。小柱下

25、端有一孔径为20m的烧结筛板，用以支撑吸附剂。如自制固相萃取小柱没有合适的烧结筛板时，也可以用填加玻璃棉来代替筛板，起到既能支撑固体吸附剂，又能让液体流过的作用。,在筛板上填装一定量的固定相（100 mg1000 mg，视需要而定），然后在固定相上再加一块筛板，以防止加样品时破坏柱床（没有筛板时也可以用玻璃棉替代）。目前已有各种规格的装有各种固定相的固相萃取小柱出售，使用起来十分方便。,固相萃取的一般操作程序如下：1活化固定相：在萃取样品之前要用适当的溶剂淋洗固相萃取小柱，以使固定相保持湿润，可以萃取目标化合物或干扰化合物。不同模式固相萃取小柱活化用溶剂不同。,（1）反相固相萃取所用的弱极性或

26、非极性固定相，通常用水溶性有机溶剂，如甲醇淋洗，然后用水或缓冲溶液淋洗。也可以在用甲醇淋洗之前先用强溶剂（如己烷）淋洗，以消除吸附剂上吸附的杂质及其对目标化合物的干扰。,（2）正相固相萃取所用的极性固定相，通常用目标化合物所在的有机溶剂（样品基体）进行淋洗。,（3）离子交换固相萃取所用的固定相，在用于非极性有机溶剂中的样品时，可用样品溶剂来淋洗；在用于极性溶剂中的样品时，可用水溶性有机溶剂淋洗后，再用适当pH值的并含有一定有机溶剂和盐的水溶液进行淋洗。,为了使固相萃取小柱中的吸附剂在活化后到样品加入前能保持湿润，应在活化处理后在吸附剂上面保持大约1ml活化处理用的溶剂。,活化的目的是创造一个与

27、样品溶剂相容的环境并除去柱内所有的杂质。通常需要两种溶剂来完成，初溶剂用于净化固定相，终溶剂用来建立一个合适的固定相环境使样品分析物得到适当的保留。,2上样：上样是指将样品加入到活化后的固相萃取柱，并使样品溶剂通过固定相的过程。这时被分析物和一些干扰物保留在固定相上。为了保留被分析物，溶解样品的溶剂必须较弱。如果溶剂太强，被分析物将不被保留，结果回收率很低，这一现象叫穿漏（breakthrough）。,尽可能使用最弱的样品溶剂，可以使溶质得到最强的保留或者说最窄的谱带。上样时，若有强保留，洗脱所需溶剂量小，也可减少杂质的洗出量，只要不出现穿漏，允许采用大体积（0.51 L）的上样量。一般采用抽

28、真空，加压或离心的方法使样品进入吸附剂。,3洗涤：当样品进入固定相，目标化合物被保留后，通常需要淋洗固定相以洗掉不需要的样品组分。淋洗剂的洗脱强度应略强于或等于上样溶剂。淋洗溶剂必须尽量地弱以洗掉尽量多的干扰组分，但不能强到可以洗脱任何一个被分析物的程度。,4.洗脱：淋洗过后，用较强的溶剂将目标化合物洗脱下来，加以收集。洗脱溶剂量一般为0.50.8 ml/100 mg固定相。溶剂必须认真选择。太强，一些更强保留的干扰物将被洗脱出来；太弱，洗脱剂用量增多，将降低固相萃取柱的浓缩功效。同前所述一样，可采用抽真空，加压或离心的方法使淋洗液或洗脱液流过吸附剂。,如果选择固定相对目标化合物保留很弱或不保

29、留，而对干扰化合物有较强保留，也可让目标化合物先淋洗下来加以收集，而使干扰化合物保留在固定相上，两者得到分离。在多数的情况下是使目标化合物保留在固定相上，最后用强溶剂洗脱，这样更有利于样品的净化。,为了方便固相萃取的使用，很多厂家除了生产各种规格和型号的固相萃取小柱之外，还研制开发了很多固相萃取的专用装置，使固相萃取使用起来更加方便简单。如Supelco公司提供了给单个固相萃取小柱加压的单管处理塞，可方便的与固相萃取小柱配套使用。又如，为了能使多个固相萃取小柱同时进行抽真空，Supelco公司提供了12孔径和24孔径的真空多歧管装置，可同时处理多个固相萃取小柱。我国中科院大连化学物理研究所，国

30、家色谱研究分析中心也研制开发了真空固相萃取装置。,二、固相微萃取(Solid phase Micro-Extraction SPME)固相微萃取是在固相萃取基础上发展起来的一种新的萃取分离技术，与液液萃取和固相萃取相比，具有操作时间短，样品量小，无需萃取溶剂，适于分析挥发性与非挥发性物质，重现性好等优点。,SPME是一种新的试样预分离富集的方法。它集试样预处理与进样于一体，将试样纯化富集后，可与各种分析方法相结合，尤其适用于有机物的分析测定。SPME属于非溶剂型萃取法。,直接固相微萃取：将涂有不同色谱固定相或吸附剂的石英纤维直接插入试样溶液或气样中，对被分析物进行萃取，当达到分配或吸附解吸平衡

31、后，即可直接进行色谱分析,顶空固相微萃取：将纤维放在试液溶液上方蒸汽中进行萃取，由于纤维不接触基体，减少了基体干扰。,固相微萃取装置：外型如一只微量进样器，由手柄（holder）和萃取头或纤维头（Fiber）两部分构成。萃取头是一根1长，涂有不同色谱固定相或吸附剂的熔融纤维，接在不锈钢丝上，外套细不锈钢管（保护石英纤维不被折断），纤维头在钢管内可伸缩或进出，细不锈钢管可穿透橡胶或塑料垫片进行取样或进样,操作方法 样品萃取：1.将SPME针管（不锈钢套管）穿过样品瓶密封垫，插入样品瓶中。2.推出萃取头，将萃取头浸入样品溶液（浸入方式）或置于样品上部空间（顶空方式），大约230 min，以达到萃取

32、平衡为准。,3.缩回萃取头，将针管拔出。,GC分析,1.将SPME针管插入GC仪进样口；2.推出纤维头，热脱附进样；3.缩回纤维头，移去针管。,HPLC分析,1.将SPME针管插入SPME/HPLC接口解吸池，进样阀置于“Load”；2.推出纤维头，关闭阀密封夹；3.将阀置于“Inject”位置，流动相通过解吸池洗脱进样；4.阀重置“Load”位置，缩回纤维头，移去针管。,五、固相萃取的应用 固相萃取主要用于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

33、分析都可使用固相萃取将目标化合物分离出来，并加以富集，然后进行色谱分析。下面举两个具体分析实例加以说明。,1血浆中苯并二氮杂卓类药物（安定）的测定使用 6 ml的固相萃取柱，柱内填加 500 mg C18固定相。用5 ml甲醇活化，然后再用 5 ml水淋洗。将 1 ml 0.1 mol/L醋酸钠加入 4 ml血浆中，充分混合后倒入萃取柱内，抽滤。然后加入3 ml水，抽滤 30 s。再将固相萃取柱在 10001500 rpm离心机上离心 5 min。用 3 ml丙酮洗脱，收集洗脱液，将洗脱液在氮气流下缓缓加热（45）至干燥。用200 L甲醇溶解残渣，进样20 L，进行HPLC分析。,2水中多环芳

34、烃（PAHs）的测定使用6 ml固相萃取柱，柱内填加500 mg C18吸附剂，用5 ml二氯甲烷活化,然后再用5 ml甲醇和5 ml水重复一次。加2 ml异丙醇到20 ml水样中（10%异丙醇含量），混合后倒入固相萃取柱，流速不得大于10 ml/min。用3 ml甲醇/水（50/50）淋洗，抽真空30s，再将固相萃取柱在10001500 rpm离心机上离心 5 min。用 3 ml二氯甲烷洗脱，收集洗脱液。将洗脱液在干燥氮气流下浓缩到50200 L，浓缩时样品不要加热，以免造成小分子多环芳烃的丢失。加二氯甲烷至总体积为200 L，进样 20L，进行GC分析。,三、超临界流体萃取（SFE）1.

35、基本原理：超临界流体萃取supercritical fluid extraction，SFE）是以超临界流体为萃取剂在两相间进行的一种萃取方法。超临界流体是一种处于临界点之上的流体。它是介于气体及液体之间的一种物相，兼有气体及液体的一些特性。,超临界流体具有类似气体的一些特性：粘度小、扩散系数大（比液体大1001000倍）、传质速度快。超临界流体同时具有类似液体的一些特性，有较好的溶解性能，其溶解能力与密度成正比，密度与压力有关，压力增大，密度也增大，故可通过改变外压，改变超临界流体的溶解能力。,高压CO2索氏提取器,四、液膜分离法 结合液液萃取和渗透过程，具有高效、快速、简便和易于自动化等优

36、点。,基本原理：由浸透了与水互不相溶的有机溶剂的多孔聚四氟乙烯薄膜把水溶液分隔成两相萃取相和被萃取相。其中与流动的试样溶液相连的为被萃取相，静止的为萃取相，试样溶液流入被萃取相并与其中的某些试剂作用形成中性分子（活化态），通过扩散进入有机液膜，进一步扩散进,入萃取相。进入萃取相之后，中性分子受萃取相中化学条件的影响，又分解为离子（非活化态）而无法再返回到液膜中去。,五、毛细管电泳分离法 毛细管电泳（Capillary Electrophoresis，CE）又叫高效毛细管电泳（HPCE），是近年来发展起来的一种高效、快速的分离技术。在分析化学中有着重要的应用与发展前景。,HPCE是经典电泳技术与

37、现代微柱分离技术相结合的产物。HPCE与HPLC相比，均为分离技术，都有多种分离模式，仪器可自动化，但分离机理不同，在很大程度上HPCE和HPLC相互补充，HPCE更具有如下优点：,高效、高灵敏度、高速（三高）（柱效大100万甚至上千万理论塔板数，最快可在1 min内完成分离，有250 s内分离10种蛋白，1.7 min内分离9种阳离子及3 min内分离30种阴离子的报道，检测限10151020 mol/L,所需样品少，成本低（二少）。只需nl（109 L）级进样量，为HPLC的几百分之一。只需少量（几ml）流动相和价格低廉的毛细管。,应用范围广（一广）可分离大分子、小分子、离子甚至各种颗粒（

38、如细胞、硅胶颗粒等）。,基本装置图,基本原理：在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以不同速度向其所带电荷相反方向迁移，产生泳流。HPCE通常采用的是石英毛细管柱，在一般情况下（pH3）内表面带负电，和溶液接触时形成了一双电层。,在高压作用下，双电层中的水合阳离子整体向负极方向移动，产生电渗流（EOF），由于电渗流比泳流速度大57倍。,既然，同时存在泳流和渗流，那么，在不考虑相互作用的前提下，粒子在毛细管内电解质中的运动速度应当是ep和eo的矢量和，即,正离子的运动方向和EOF一致，因此最先流出；中性粒子的电泳流速度为“0”，其移动速度等于EOF；而负离子的运动方向相反，但因EOF大于EP，故

39、它将在中性粒子之后流出。,-,-,+,微波萃取技术 微波萃取是利用微波能来提高萃取率的一种最新发展起来的新技术。它的原理是在微波场中，吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中。,微波萃取具有设备简单、适用范围广、萃取效率高、重现性好、节省时间、节省试剂、污染小等特点。目前，除主要用于环境样品预处理外，还用于生化、食品、工业分析和天然产物提取等领域。,激光分离法 激光具有亮度高、单色性好、相干性好和方向性好等突出优点。激光与物质的相互作用，特别是在引发化学反应的过程中，能产生

40、经典光化学不能得到的许多新现象。,激光光解纯化硅烷SiH4,美国格斯阿拉莫斯实验室用波长193 nm的氟化氩紫外激光照射含有As、P、B等杂质的硅烷气体，使杂质分解，形成固体化合物，剩下纯化了的硅烷气体。,激光引发分离稀土元素,美国海军研究所用氟化氩、氟化氪和氯化氙等准分子激光器的紫外输出引发液相反应中的稀土元素，成功分离了Eu和Ce。分离的基本原理是利用液相体系中稀土元素之间吸收光谱的差异，并且吸收峰比较窄。,当稀土元素的电荷传送带受到激光照射时，就会产生光化学反应，由于氧化还原态的变化，引起诸如溶解度、萃取、反应等性质的改变，因而利用适当的方法（如沉淀、萃取）进行分离。,分离技术的发展趋势

41、,混合物中各组分的分离是分析化学要解决的课题，随着分析方法向快速、微量、仪器化方向发展，面临着石油、化工、地质、煤炭、冶金、空间科学等工业领域以及水文气象、农业、医学、卫生学、食品化学、环境科学等相关学科不断提出的分析课题,某些经典的化学分离方法如蒸馏、重结晶、萃取等已远不能适应现代分析的需要。尤其是在生命科学领域，许多需要保存生理活性的微量成分（如蛋白质、肽、酶、核酸等）存在于组成复杂的生物样品中需要进行分离分析，这些都有力地推动了现代分析技术的发展。,分析工作面临的试样千差万别，尤其是生物样品，没有一种分析纯化方法，可适用于所有样品的分离分析。在选择具体方法时，应根据组分的理化性质和实验室的具体条件进行选择。,液相色谱是生物技术中分离纯化的重要方法，在多肽、蛋白质的分离纯化工艺中获得应用。例如快速蛋白质液相色谱系统FPLC是用于纯化分离各种生物分子的专用系统，用该系统分离纯化的生物物质已超过400种。,在液相色谱基础上发展起来的HPLC是分离分析的最有效手段。从天然物到合成物，从小分子到大分子，从一般化合物到生物活性物质等，几乎包括了所有类型的物质。,毛细管电泳是近20年发展起来的一种新的分离技术，它将在生物大分子、天然有机物、医药化学、高分子化学等领域得到广泛应用。,