GCMS和LCMS有机分析的液体样品前处理制备的全面解决方案.ppt

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1、GC/MS和LC/MS有机分析的液体样品前处理制备的全面解决方案,2006-11-13,2,内容提要,样品制备步骤概述SPE 概述SPE 与液液萃取(LLE)比较SPE 萃取盘与 SPE 萃取柱比较SPE 萃取盘应用方法全自动固相萃取系统的优势干燥和浓缩技术 回收率数据 总结,2006-11-13,3,样品制备一般可分为三步:1)样品萃取2)萃取物干燥(去除残留水分)3)浓缩萃取物,样品制备步骤,2006-11-13,4,萃取步骤,2006-11-13,5,萃取步骤,液液萃取（LLE)为普遍使用萃取技术，可分为：分液漏斗（Separatory Funnels）连续萃取（Continuous E

2、xtractors）,2006-11-13,6,分液漏斗萃取,加溶剂到分液漏斗,摇荡分液漏斗2分钟.,溶剂分离和收集,10 个工时做 20 样品2个实验人员花费 5 个连续小时时间 萃取1L水样,2006-11-13,7,连续液液萃取,2006-11-13,8,分液漏斗与连续液液萃取比较,分液漏斗 消耗200 ml 溶剂 振荡过程 易发生乳化现象低选择性需要去除溶剂 2小时/样品,连续液液萃取消耗500 ml溶剂连续过程不易形成乳化现象低选择性需要去除溶剂 12-24 小时/样品,2006-11-13,9,固相萃取(SPE)是什么?-萃取步骤,固相萃取是液体样品经吸附剂颗粒层过滤，感兴趣的分析

3、物从液体样品中分离并浓缩至吸附层中的萃取过程，浓缩后的分析物通过溶剂洗脱从吸附层中分离出来并收集。,2006-11-13,10,SPE的历史,2006-11-13,11,手动式SPE 盘萃取,2006-11-13,12,手动式SPE 盘萃取,2006-11-13,13,手动式SPE 盘萃取,2006-11-13,14,LLE与SPE Disk方法比较,LLE使用200-500ml溶剂摇动/连续过程易产生乳化液/表面活性剂低选择性需去除溶剂2个小时/样品,SPE Disk使用20-30ml溶剂过滤过程不会产生乳化现象选择范围宽(吸附剂)可选20分钟/样品,2006-11-13,15,SPE萃取盘

4、优越性-与LLE 相比,SPE与LLE相比使用更少的溶剂SPE盘萃取更快,1升样品20-30minSPE与LLE相比费用相当少SPE比LLE有更好的回收率SPE新方法不断发展更新,2006-11-13,16,SPE 萃取盘与 SPE萃取柱优势比较,SPE萃取柱要控制流速1-10ml/min低动力学性,穿透现象时间长,几小时/样品进样体积少,100-200ml适用于洁净样品更高费用/样品,SPE 萃取盘流速可100-200ml/min高动力学性,无穿透时间短,几分钟/样品样品体积大,约8升可处理脏污样品低费用/样品,2006-11-13,17,萃取柱VS萃取盘吸附颗粒大小,萃取柱萃取盘,若流速过

5、快，大吸附颗粒易使样品发生穿透现象,2006-11-13,18,萃取柱局限性低流速,萃取柱使用40m吸附剂颗粒,流速仅1-10ml/min萃取盘使用8-12m吸附剂颗粒,因高的动力学性,流速不受限制.萃取盘不易发生穿透现象,2006-11-13,19,LLE/萃取柱/萃取盘费用比较,费用计算表来自于美国一商业环境实验室,2006-11-13,20,萃取盘与萃取柱比较,研究表明47mm萃取盘有4-7个理论塔板数如果HETP由吸附层厚度和预测塔板数计算可得每个萃取盘0.5mm（厚度）/5塔板0.1mm/塔板通常萃取柱吸附层厚度为1cm，最多有20个理论塔板数10mm/20塔板0.5mm/塔板萃取盘

6、比萃取柱效率提高5倍E.M.Thurman;SPE Principles and PracticeWiley Interscience-1998,2006-11-13,21,SPE4790系统上的萃取柱,萃取柱可使用在4790萃取系统可操作6cc萃取柱需连适配器要降低真空度可使用1个萃取柱的特殊应用,2006-11-13,22,当今采用SPE萃取盘 的EPA 方法,饮用水（500系）废水（600系）油料&油脂（1664A）SW-846（3535A-8000系）内分泌干扰素/荷尔蒙食品和饮料农作物和土壤,所有方法都使用SPE萃取盘,2006-11-13,23,EPA饮用水方法-SPE 萃取盘,5

7、06 邻苯二甲酸酯 508.1半挥发性有机物 515.1含氯杀虫剂 525.2半挥发性物质(MS)548 百草枯(Paraquat)/杀草快(Diquat)549茵多杀(Endothall)除草剂 550.1 多环芳烃(PAHs)552.1卤乙酸(Haloacetic Acids),2006-11-13,24,废水方法,608 含氯杀虫剂和多氯联苯1613 二恶英(Dioxin)1664A油料&油脂/非极性物1668A多氯联苯同系物,2006-11-13,25,固体废物方法,8061邻苯二甲酸酯8081有机氯杀虫剂8081TCLP有机氯杀虫剂8082多氯联苯(PCBs)8095爆炸物(Expl

8、osives)8141有机磷杀虫剂8270TCLP半挥发性有机物8321TCLP苯氧酸除草剂8330硝基苯/三硝基苯甲胺,2006-11-13,26,其他SPE方法,内分泌干扰素 TPH-总石油烃 汽油和柴油类有机物(GROs and DROs)二恶英 SPE-IR 用于离岸原油台,2006-11-13,27,为什么自动化 SPE 萃取盘方法?,通过提高样品处理量来提高效率 通过减少人为操作误差来提高准确度 和精度通过减少操作时间/溶剂使用量/玻璃器皿消 耗来降低实验室费用减少操作人员暴露于有机溶剂环境的机会对关键的空气干燥步骤提供一致控制,2006-11-13,28,SPE-DEX 4790

9、萃取系统,完全自动化、模块化可同时运行8个萃取工作站可独立运行可运行不同方法可使用 47,50,和90-mm SPE萃取盘满足所有SPE化学方法可预存EPA方法在实验台上操作高样品处理量,2006-11-13,29,SPE-DEX 4790萃取系统,分析Hudson 河水中PCBS，8升水样,2006-11-13,30,SPE-DEX 4790萃取系统,使用气体传送溶剂使用真空系统去除液体所有的溶剂装在分离的 溶剂瓶中分开收集废溶剂和废水所有样品和溶剂管路为PTFE、PEEK和Kalrez全自动冲洗样品瓶使用液位传感器，保证萃取盘湿润,2006-11-13,31,半挥发性有机物回收率,2006

10、-11-13,32,全自动固相萃取系统在水中多氯联苯（PCB）定量分析应用,Northeast Analytical,Inc.2190 Technology Dr.,Schenectady,NY 12308,Tel:518-346-4592,Fax:518-381-6055,耐用，快速和费用低 对8升样品可获得MDLs 1 PPT(ng/L)对 1升样品可获得9 PPT(ng/L)结果可重复 能够萃取1升到8升液体样品体积 溶剂消耗量少(30ml/样品)无玻璃器皿需更换或清洗 完全无人照看 有限工时 易操作使用,2006-11-13,33,SPE MDL 1升水样分析添加1.25 ng/L内标

11、物,Northeast Analytical Lab,2006-11-13,34,苯酚（Phenols）-EPA8270,苯酚SPE方法回收率,2006-11-13,35,对于EPA8270中性化合物浓缩和干燥步骤比较,2006-11-13,36,SPE回收率-PAH化合物,2006-11-13,37,样品工作量增加,数据来源商业实验室,2006-11-13,38,处理效率增加,数据来源商业实验室,2006-11-13,39,费用计算表,2006-11-13,40,BREAK,2006-11-13,41,干燥步骤,2006-11-13,42,传统的干燥技术,硫酸钠(Na2SO4)是用于从萃取物

12、中去除残留水分的传统方法。Na2SO4为化学吸附有机溶剂中水分、干燥溶剂满足下一步分析步骤。,2006-11-13,43,Na2SO4 具有有限的水分处理能力.处理乳状液很困难.操作者不同，去水的结果不同.靠重力，有很长过滤时间.使用前要预热.使用前要用溶剂预洗，去除杂质.需处理得当;成“无有害废物”.,存在问题,2006-11-13,44,步骤 1:溶液加内标、浓缩 回收率高，好步骤 2:溶液加内标、经硫酸钠 干燥、浓缩 回收率低，差,不正确干燥方法的负面影响,2006-11-13,45,Horizon 开发 DryDisk 分离膜.DryDisk 具有一定孔径大小和厚度的 PTFE膜,使溶

13、剂能够通过而保留住多余的水份.DryDisk 设计的最好之处在于利用真空泵来加快干燥步骤.一般流速为 100 ml/min保留的多余水分可再萃取;又可增加回收率.DryDisk 有两种规格:65 mm 直径干燥盘20cc 干燥针筒,如何解决干燥问题?,2006-11-13,46,2006-11-13,47,DryDisk操作运行,2006-11-13,48,可使用DryDisk 的溶剂:二氯甲烷（Methylene Chloride）,二氯二氟甲烷（Freon 113）,正己烷（Hexane）,乙醚（Ethyl Ether）,乙酸乙酯（Ethyl Acetate）,二氯甲烷/丙酮（Methyl

14、ene Chloride/Acetone）由于其优化的膜设计,可处理CH2CL2：丙酮(40%).EPA 8270方法一般为此比例.,Compatible Solvents,2006-11-13,49,回收数据 8270 分析物 pH 2.0,2006-11-13,50,回收数据 8270 分析物 pH 2.0&Ph12.0,2006-11-13,51,回收数据 8270 分析物 pH 12.0,数据由JT Baker提供,2006-11-13,52,浓缩步骤,2006-11-13,53,玻璃器皿 KD 瓶、浓缩器、冷凝管 需水/蒸汽浴氮吹浓缩 N-吹（柔和N2流吹溶剂表面）旋转蒸发仪(Rot

15、ovap)现有市场的浓缩系统（Zymark TurboVap和Labconco）,传统的浓缩技术,2006-11-13,54,传统浓缩技术,2006-11-13,55,每种蒸发技术都有优缺点:KD 一般有很好的回收率,浓缩溶剂时费人力耗时间,需有人照看.旋蒸操作简单,但很难把样品回收完全.氮吹有很好的回收率,但费人力耗时间,需有人照看.当前自动蒸发系统,由于开放式设计,不能捕获到“轻的”组分.,传统浓缩技术优劣势,2006-11-13,56,同时融合三个重要的技术参数来浓缩样品:加热,氮吹和真空控制三个参数来获得最佳回收率在浓缩管内进行浓缩，可提高“轻组分”回收率.使用可控制内部加热源，而不是

16、外部水浴.从蒸发管底部吹氮气,而不是从顶部.融合自动”在线“溶剂干燥浓缩管完全密封,可减少样品损失和交叉污染.每个工作站独立运行完全自动化、可靠，使速度和回收率等灵活可调至最佳化,Dryvap仪器设计理念,2006-11-13,57,自动在线溶剂干燥可选择溶剂干燥时间内部加热单元自动关闭加热器利用真空,氮吹和加热技术创新氮吹系统独立密封浓缩管可靠终点检测实验台上操作，不用通风橱组合 KD 和氮吹于一体,DryVap浓缩系统,2006-11-13,58,2006-11-13,59,RinseSolvent,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,DryVap 系统的主

17、要部件,看看各个部分,2006-11-13,60,RinseSolvent,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,浓缩后，浓缩物保留在浓缩管的 1 mL底部尖端部分.,2006-11-13,61,RinseSolvent,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,顶部包含加热器和三个端口,60W 加热器,氮吹和干燥样品出口,溶剂清洗口,真空口,2006-11-13,62,RinseSolvent,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,所有金属表面经 Sulfinert 蒸镀包被而钝化（此技术广泛用于 GC 注

18、射器）.样品不会直接接触到金属表面Sulfinert is a registered trademark of Restek Corp.,60W heater,Sparge gas tube&Dried sample entry,Lid assembly,Rinse solvent tube,2006-11-13,63,RinseSolvent,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,浓缩管的支架有液位传感器和浓缩管传感器.,Sensors,2006-11-13,64,RinseSolvent,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,Ad

19、d Clean TubeConnect 20 ccDryDiskTubePour Sample,以下内容说明Dryvap系统是如何工作的？.,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,2006-11-13,65,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,Add Clean TubeConnect 20 ccDryDiskTubePour Sample,RinseSolvent,放干净的浓缩管在支架上,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,2006-11-13,66,VacuumPump,Valve,V

20、alve,Valve,Vent,RinseSolvent,Add Clean FlaskConnect 20 ccDryDiskTubePour Sample,传感器检测到浓缩管的存在后，工作站显示在“Ready”模式。,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,2006-11-13,67,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,RinseSolvent,连接一个20 cc DryDisk 管,Add Clean FlaskConnect 20 ccDryDiskTubePour Sample,ReadyDry HeatVacuumS

21、pargeRinseFinish,2006-11-13,68,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,RinseSolvent,加样品到 DryDisk 管,Add Clean FlaskConnect DryTubePour Sample,Squares=AnalytesCircles=Water,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,2006-11-13,69,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,RinseSolvent,DryDisk去除样品中水分，干燥后的样品传输到浓缩管。,Add Clea

22、n FlaskConnect DryTubePour Sample,Remaining water,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,2006-11-13,70,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,RinseSolvent,干燥后样品在管路中通过氮吹推入浓缩管,Add Clean FlaskConnect DryTubePour Sample,氮吹一直至结束,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,2006-11-13,71,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Ven

23、t,RinseSolvent,打开加热器，快速蒸发,Add Clean FlaskConnect DryTubePour Sample,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,2006-11-13,72,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,RinseSolvent,溶剂很快热起来，在沸点温度达到平衡约 1 minute.在真空条件下，溶剂沸点降低,Add Clean FlaskConnect DryTubePour Sample,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,2006-11-13,73

24、,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,RinseSolvent,Add Clean FlaskConnect DryTubePour Sample,依内置热电偶的数据，DryVap 系统确定何时关闭加热器,当溶剂接近加热器表面时，加热器自动关闭,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,2006-11-13,74,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,RinseSolvent,Add Clean FlaskConnect DryTubePour Sample,使用氮吹和真空,溶剂液面到 0.9 mL时

25、，液位传感器激活.,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,2006-11-13,75,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,RinseSolvent,自动清洗浓缩管来提高分析物的回收率,Add Clean FlaskConnect DryTubePour Sample,清洗后液面又高起来，液位传感器关闭,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,2006-11-13,76,VacuumPump,Valve,Valve,Valve,Vent,RinseSolvent,样品又到 0.9 mL，工作站准

26、备到 Finish 状态.,Add Clean FlaskConnect DryTubePour Sample,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,2。浓缩管放空,3。继续喷射气体约5秒，排空管路中样品,ReadyDry HeatVacuumSpargeRinseFinish,1。液位传感器在最终时间被激活,2006-11-13,77,Finish灯闪烁，可调音量的报警器激活,2006-11-13,78,样品可转移到 GC自动进样小瓶.,2006-11-13,79,其他设计优势 在底端的样品由于整个蒸发过程中始终为冷却状态 象二氯甲烷这样溶剂约低 10.样

27、品始终在氮气保护之下，直至用户取样,2006-11-13,80,多种浓缩管,此类浓缩管与标准的自动进样器小瓶可连接使被浓缩物直接收集在A/S 小瓶无需移液步骤，减少误差来源。,2006-11-13,81,多种浓缩管,浓缩管可连接4ml 小瓶需不同的浓缩管支架，放直径大的小瓶支架可互换,2006-11-13,82,把萃取物至干的浓缩管（50ml）,2006-11-13,83,样品可倒入DryDisk或浓缩管,当样品需干燥时，样品可直接倒入 DryDisk装置.在主控板上设定合适体积.,若不需干燥,样品可直接倒在浓缩管中.干燥体积设为0.,2006-11-13,84,溶剂清洗管,真空使清洗溶剂进入

28、浓缩管压力有助于溶剂清洗过程在清洗操作中,溶剂清洗顶盖和玻璃管壁对高沸点化合物回收十分有利,2006-11-13,85,参数优化,调节氮气流量和加热器功率,在浓缩管内管壁可形成浓缩带。类似于 KD装置,浓缩 acondensing band traps themore volatile compounds.The parameters can beoptimized for speed orrecoveries.Optimizing Parameters,2006-11-13,86,工作曲线(沸点-真空度),2006-11-13,87,优化参数-8270回收率,真空度为5”Hg条件,2006-

29、11-13,88,含氯杀虫剂回收率,200ml的宠物醚和正己烷,加40ug Pest Mix200ml DCM,加20ug的Pest MixPower(功率)=5Vaccum(真空度)=15”HgSparge Gas=25 psiAuto Rinse=1,2006-11-13,89,脂肪化合物的回收率,2006-11-13,90,KD/水浴氮吹 VS Dryvap,数据来源于Pace Labs,效率提高,2006-11-13,91,适合食品分析-Dryvap,食品萃取物常为几种高沸点的萃取溶剂混合物溶液.溶液含有几种高沸点的溶剂时,在蒸发浓缩过程中会发生什么呢?加热曲线如何?如何优化DryVa

30、p的工作参数?,以下内容介绍:,2006-11-13,92,DCM加热曲线,45ml的DCM浓缩降到加热器关闭Sparge Heat 设为50因内部元件余温,第二次运行时蒸发速率更快加热器的加热曲线形状两次运行是相同的.,2006-11-13,93,正己烷加热曲线,45ml的正己烷浓缩降到加热器关闭Sparge Heat 设为50因内部元件余温,第二次运行时蒸发速率更快加热器的加热曲线形状两次运行是相同的,2006-11-13,94,食品溶剂混合物的加热曲线,S-19 混合物：55%Iso-Octane 28%Toluene 11%Acetone 6%Hexane 45 ml S-19混合物利

31、用学习模式和调整值.加热器提前关闭没有热电偶升高的信号.工作站没有正确程序.,2006-11-13,95,优化参数食品溶液混合物,45 ml S-19混合物运行12延迟从60改变为180秒提高Moving 平均值T13 Offset 设为35加热器正确关闭,保证加热器仍浸在溶液中第二次的运行时间缩短,约为 10-12分钟,2006-11-13,96,食品萃取物的回收率,2006-11-13,97,Dryvap LabView Program,2006-11-13,98,总结,样品制备包含主要有三个步骤:萃取、干燥和浓缩萃取：SPE 萃取盘有效替代LLE和 SPE萃取柱干燥：DryDisk可减少硫酸钠所产生的问题浓缩：Dryvap解决浓缩步骤的问题三步结合起来，制备水样品的全面整体方案是可实现的。,2006-11-13,99,Horizon自动化优势,一致和可重复的实验数据-减少人为误差提高效率-无需照看减少人力-操作时间从每个样品要高于45分钟到低于5分钟节省费用-3-12月可收支平衡安全：减少操作人员暴露在溶剂中快速培训新人员，快速掌握操作,2006-11-13,100,Horizon 产品提供解决方案,操作费用减少提高结果质量和一致性减少溶剂使用量和处理废液费用效率最大化,