痕量分析的富集与分离.ppt

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1、第六章 痕量分析的富集与分离,1.概 述 1）痕量分析富集分离模式 物质的分离方法是利用混合物中的个别组分在两相中分配系数的差异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，有三种可能的分离方式：常量-微量分离微量-常量分离微量-微量分离,2)富集分离的评价指标 回收率（RT)定义 RT=QT/QT0 100%QT和QT0分别表示富集后和富集前待测痕量组分的量 痕量分析对RT的要求一般情况，要求RT在90-110%之间,富集倍数（F)定义：痕量组分的回收率与基体的回收率之比 F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 其它需考虑的因素 待测痕量组分的沾污和损失

2、要小 方法简单、快速，富集后的样品适于进一步的处理 样品量的大小,3）痕量分析中常用的富集分离方法 表5-1 痕量分析中的分离富集技术,2.痕量分析中几种常用的分离富集技术 1)固相萃取(solid phase extraction)a.概述 基本原理：利用固定相将液体样品中的待测组分吸附，与样品中基体和干扰组分分离，然后用洗脱液洗脱，达到分离或富集待测组分目的。有时候，可以让感兴趣的组分（分析物）直接通过固定相而不被保留，同时大部分干扰物被保留在固定相上，从而得到分离。固相萃取的分离机理、固定相和溶剂的选择和HPLC相似，只是在填料的形状和粒径上有所区别,b.固相萃取装置 固相萃取柱 结构：

3、固相萃取柱由柱管、筛板和固定相三部分组成,图6-1 固相萃取柱,存在问题：流速受到限制 对于比较脏的样品，很容易将柱堵塞，增加样品处理时间 填料粒径较大，容易造成填充不均匀,固相萃取盘 结构图,由粒径很细的键合硅胶或其它填料同聚四氟乙烯或玻璃纤维丝压制而成。填料约占SPE盘总量的60-90%，盘的厚度仅0.5-1mm。固相萃取盘的截面积大，允许液体试样以较高的流量通过,图6-2 固相萃取盘,c.固相萃取固定相 键合硅胶固定相 通过化学反应的方法把各种有机官能团共价键合到硅胶表面的游离羟基上。正相：键合基团为CN(腈基)、DIOL（二醇基）、NH2（氨基）可作为正相的固定相。正相固定相是极性的，

4、用来保留极性物质 反相：C18（十八烷基）、C8（辛烷基）、C2（乙基）、CH（环己烷基）、PH（苯基）都是反相固定相。反相固定相用来保留非极性或弱极性的分析物离子交换：键合基团为丙磺酸基（PRS）、SCX(苯磺酸基)、二乙基丙基胺（DEA）、三甲基丙基胺（SAX）可作为离子交换固定相。,表6-1 溶剂强度,弱,强,表 6-1 溶剂强度,高分子聚合物吸附剂 有机聚合物吸附剂多为苯乙烯-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子结构不同，可分为强极性、极性、中等极性、非极性四种类型 碳基吸附剂：常见的有活性炭、分子筛、多孔石墨碳等 混合型吸附剂：混合型吸附剂能综合运用氢

5、键、极性、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取。已开发成产品的有Varian的Bond-Elut Certify等。,图 6-3 固相萃取过程,d.固相萃取过程 固相萃取操作一般有四个基本步骤：固定相活化、样品上柱、淋洗和分析物洗脱 固定相活化 活化的目的是除去柱内所有杂质并创造一个与样品溶剂相容的环境。通常需要两种溶剂来完成上述任务，第一个溶剂（初溶剂）用于净化固定相，另一种溶剂（终溶剂）用于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。每一种活化溶剂用量约1-2ml/100mg固定相。以反相C18固相萃取柱为例。先使数毫升的甲

6、醇通过萃取柱，再用水或缓冲溶液顶替滞留在柱中的甲醇。,上样 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，这时分析物和一些样品干扰物保留在固定相上 注意事项：为了保留分析物，溶解样品的溶剂必须较弱,图6-4 样品进入固定相的方法,淋洗 分析物得到保留后，通常需要淋洗固定相以洗掉不需要的组分；淋洗溶剂必须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。溶剂用量一般0.5-0.8ml/100mg固定相 洗脱 淋洗过后，将分析物从固定相上洗脱。洗脱溶剂用量一般0.5-0.8ml/100mg固定相,反相C18固相萃取柱萃取水样中多环芳烃 活化：先甲醇，后水

7、；上样：3ml分析物水溶液 淋洗/洗脱：3ml水、10%甲醇、20%甲醇、30%甲醇直到100%甲醇、丙酮,图6-4 洗脱图分布实例结论：淋洗溶剂应为20%甲醇；80%甲醇为洗脱剂,e.固相萃取优点 可选择分离模式很多，可以提供多种实验途径 不会出现乳化现象，提高分离效率 减少溶剂大量使用和暴露，保证实验室安全、低毒 减少劳动强度 重现性好便于不同实验室进行质控比较分析结果 易于与其他仪器联用，实现自动化在线分析,1.痕量分析的富集与分离1）痕量分析中存在的三种分离模式：常量-微量分离；微量-常量分离；微量-微量分离富集分离的评价指标 主要评价指标：待测组分回收率、富集倍数 其它考虑因素：待测

8、痕量组分的沾污和损失小；方法简单、快速，富集后的样品适于作进一步处理；费用是否昂贵等,2.固相萃取 1）基本原理：利用固定相将液体样品中的待测组分吸附，与样品中基体和干扰组分分离，然后用洗脱液洗脱，达到分离或富集待测组分目的。2）固相萃取的固定相种类和HPLC相似，但在在填料的形状和粒径上有所区别3）固相萃取柱和固相萃取盘的区别：填料粒径和床厚度/直径比,4）固相萃取过程 固相萃取操作一般有四个基本步骤：固定相活化、上样、淋洗和分析物洗脱,5）固相萃取优点：可选择分离模式很多，可以提供多种实验途径；不会出现乳化现象，提高分离效率；减少溶剂大量使用和暴露；减少劳动强度；重现性好；易于与其他仪器联

9、用，实现自动化在线分析,2)液液萃取（在无机痕量分析的应用）概述 萃取体系:螯合萃取利用金属离子与螯合剂形成疏水性的螯合物由水相萃取到有机相离子缔合萃取通过离子缔合作用以离子缔合物的形式进入有机相,b.痕量元素的萃取 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，在适当条件下，可以以螯合物的形式萃取到小体积的有机相中 高纯材料和其它固体样品中痕量元素的富集也常用螯合萃取法 生物样品如血、尿和组织中金属离子可直接萃取，其它形态的金属化合物需要先消解 痕量元素的离子缔合萃取,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 应用较少，存在两个问题：金属螯合物在有机相中的溶解度

10、有限共萃取效应可能使痕量待测元素损失；大量螯合剂引起溶液沾污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，适合基体元素萃取 广泛应用于高纯金属和化合物中ug/g级或ng/g级的杂质分离,3）沉淀和共沉淀基体元素的沉淀：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：大量使用沉淀剂容易造成溶液沾污 共沉淀作用可能引起待测痕量元素的损失 溶液的稀释倍数比较大，给后面测定带来

11、困难,b.痕量元素的共沉淀 共沉淀的定义：在沉淀分离中，待分离化合物未达到溶度积，而由于体系中存在的其他难溶化合物（捕集剂或载体）在形成沉淀过程中引起的待分离化合物同时沉淀的一类现象 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）挥发a.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变为气相的过程，它包括蒸发、蒸馏、升华、气体发生和驱气。一般来说，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压小到可以忽略时，可选择性地挥发痕量组分。反之，如果基体的挥发性和蒸汽压远大于痕量组分，则可选择性地挥发基体元素

12、(或化合物)。,a.痕量组分的挥发溶液中痕量组分的挥发 在液体样品(或者通常把固体溶解成溶液)中，使痕量组分定量挥发，挥发出来的元素或化合物，用适当的溶液吸收，冷凝或用其他捕集方法进行富集，然后进行测定。可直接与各种检测仪器相联接，实现试样的分解、富集分离和测定同时进行。挥发方法：气流载带法、热挥发法、化学反应法,氢化物发生法：原理：一些金属性质比较弱的元素如锗、锡、砷、锑、铋、硒、碲等，在酸性介质和还原剂存在的条件下，可生成易挥发的共价分子氢化物。氢化物的形成和测定条件 HCl被广泛用作反应介质，NaBH4或KBH4用作还原剂；氢化物发生法单独作为一种富集分离手段，也可以和原子吸收光谱、原子发射光谱联用,固体和熔融体痕量组分的挥发 挥发方法 热提取法 真空熔融法 活性气流提取法 通过化学反应将待测痕量组分直接转化为挥发性化合物；提取效率高，沾污小,b.基体成分的挥发 溶液中基体成分的挥发：最简单的应用从大体积水和非水溶液中除去水、挥发性酸（碱）、有机和无机液体，把痕量元素留在残渣中 有机化合物和生物材料的湿法分解也属于这一类,固体中基体成分的挥发 少数可以直接挥发,大多数通过化学反应挥发：卤化反应、氧化反应等 有机和生物材料的干法灰化也属于这一类，,