环境样品有机污染物分析的预处理技术.ppt

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1、第五章 环境样品有机污染物分析 的预处理技术,第一节 概 述,目前，世界上已知的化学物质已有1000万种，进入环境的化学物质已达10万种。进入环境的不少化学品有毒，把危害环境和人体健康的化学品称为有毒化学品，把污染环境的有毒化学物质称为有毒污染物。据测算，进入环境的有毒化学品约一万种，在环境中存在致癌、致畸和致突变的化学物质有上千种。,一、有毒污染物进入环境的途径 1.人类活动产生的废弃物(包括工业废弃物、生活废弃物和商业废弃物)，由于处理不当，而进入环境；2.化学品生产、排放、运输、贮存、流通、使用过程中，一些有毒化学品及有毒副产物进入环境；,3.一些无毒的化学品进入环境后，因发生光化学反应

2、、生化反应、化学反应等产生有毒的二次产物；4.环境自身天然释放的有毒化学物质，如亚硝胺，重金属及其化合物等。,世界卫生组织曾估计，大约6090癌症，是由环境中的化学因素造成的。因此，控制、防止有毒化学品的环境污染，已是全球的重大环境问题之一。然而，由于有毒污染物很多，就目前的技术水平和经济负担的能力，不可能对每一种污染物都制订标准，都限制排放，都实行控制，而只能是针对性极强的从中选出一些重点污染物（难降解、具有生物积累性、毒性大和三致类，而且在环境中出现频率高、残留高、检测方法成熟的化学物质）予以控制。这就涉及到优先选择的问题。,二、优先污染物与优先监测,在环境监测中，对众多污染物进行分级排序

3、，从中筛选出潜在危险大的作为控制对象，提出一份控制名单，把优先选择的有毒污染物称为环境优先污染物，简称为优先污染物，对优先污染物进行的监测称为优先监测。优先污染物的名单与数量，因各国的经济发展和科学技术水平不同而有差别。如在1976年美国国家环保局明确规定了129种优先污染物，而我国初步提出控制的是68种。,三、环境有机污染物分析的必要性与特点,在优先污染物中，有毒有机物所占的比例很大，如美国129种优先污染物中，有机污染物占114种；我国68种优先污染物中，有机污染物有58种。为了解有机污染物的环境效应及其在环境中的迁移、转化规律、在人体和生物体内的积累及生物效应，毒性与结构的关系、活性与结

4、构的关系、降解的残留水平等，就必须对环境中生物体内的有机污染物进行分析测定。,由于环境样品中的有机污染物组成复杂、含量低，因此，环境有机污染物分析具有与一般有机分析不同的特点。1.环境有机污染物分析属于有机痕量分析。2.需用灵敏度高的分析方法。3.需用现代的分离与富集技术。4.在分析的全过程中，要注意解决如样品的保存、防止“目标成分”的损失、污染等问题。,四、环境有机污染物分析的一般步骤与方法,环境有机污染物分析的一般步骤通常包括采样与制样、提取与富集、分级与净化、定性与定量分析4个阶段的工作。,1.采样与制样 这一步骤包括样品的采集与保存、样品的制备。对于采样，必须使用正确的采样方法和保存方

5、法，才能保证分析结果的可靠性和代表性。制样是指把采集到的样品(如固体样品)，用相应的方法制备成适当的形态，便于提取。,2.提取与富集 传统的提取方法有液-液萃取、吸附、蒸馏、沉淀、索氏提取等。这些方法的主要缺点是有机溶剂使用量大、劳动强度大、周期长、易发生样品损失和玷污等。近20年来，成功研究出新的提取与富集方法，并得到广泛推广应用。如固相萃取、超临界流体萃取等技术与方法。,3.分级与净化（1）分级 这里的所谓分级是指根据有机化合物物理、化学性质，利用各种分离法把提取富集后的有机污染物分离为各种级分（如酸性、中性、碱性等）。,当对环境样品要求作系统分析时(或称全分析)，即要求了解某一样品含有多

6、少种有机污染物时，一般都要对样品提取液进行分级。目前的分级是依据有机化合物的酸性、碱性、中性或根据有机化合物的极性分成酸性级分、中性级分和碱性级分，或是分成弱极性级分、中等极性级分和强极性级分。如美国环保局阿森斯环境研究实验室的罗思韦布用液液萃取法，在酸性条件下用二氯甲烷萃取出11种酚类化合物；在中性和碱性条件下用相同溶剂萃取46种中性和碱性化合物。,（2）净化 这里所说的净化，其意思是根据试样提取液中被测组分(目标成分)或其他组分的物理、化学性质，利用各种分离方法或技术，把被测组分从样品提取液中分离出来。当只要求分析环境样品中某一类有机污染物(如农药、多环芳烃)时，多采用净化这种处理方式。例

7、如用丙酮萃取蔬菜中的有机磷农药时，会带入菊酯农药和叶绿素、胡萝卜素等杂质。它们的存在会干扰或严重干扰被测组分的定性或定量分析，因此处需采用相应的分离方法与技术，进一步将这些组分除去。一般是用二氯甲烷、活性炭净化。,4.定性与定量分析 在环境有机污染物分析的全部工作中，这一部分工作是取得分析结果的关键工作。它需要解决两个问题，一是要确定所分析的环境样品中“目标成分”是否存在，或者样品中有那些有机污染物；二是在所分析的环境样品中，“目标成分”或所含有机污染物的含量是多少。要完成这两项工作，必须采用现代各种仪器分析方法和设备。如气相色谱法、高效液相色谱法、红外吸收光谱法、气相色谱质谱联用技术等。,五

8、、环境有机污染物衍生化,在环境有机污染物分析中，衍生化的目的是通过衍生化反应得到的衍生物有利于复杂的有机污染物的分离、测定或鉴定。因此，通过衍生化可以起到下列几个作用。1.使挥发性太高或太低的有机污染物转化为挥发性适度的衍生物，以利于分析。2.使热不稳定的有机污染物转化为热稳定性较好的衍生物，便于进行分析。3.通过衍生化后，改变被分析的有机污染物在色谱、质谱、分光光度或电分析化学等中的行为，便于定性或定量分析。,4.使原来对于某种检测器无响应信号，或响应信号很弱的有机污染物，转化为有响应信号或增强响应信号的衍生物，增加可检测性，提高分析方法的灵敏度。5.使原来不能用某些分析方法测定的有机污染物

9、，经衍生化后。可用某些分析方法测定，或提高某些分析方法的灵敏度。6.使某些性质相近的有机污染物，不能用一般的分离方法分离而影响进行选择测定。通过衍生后，由于衍生物的性质不同，而得到有效的分离，使测定成为可能。,第二节 固相萃取,固相萃取（solid phase extraction，SPE）是由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来。它的广泛应用起始于1978年美同waters公司首先将商品sep-pak投放市场。SPE技术主要应用于处理试样，借助SPE可达到的目的：1.从试样中除去对以后分析有干扰的物质；2.富集痕量组分，提高分析灵敏度；3.变换试样溶剂，使之与分析方法相匹配；4.原位衍生；

10、5.试样脱盐；6.便于试样的储存和运送。,一、固相萃取的基本原理,SPE是一个柱色谱分离过程，原理基本上与液相色谱分离过程相仿，是一种吸附剂萃取，主要适用于液体样品的处理。当试样通过装有合适的固定相时，被测组分由于与固定相作用力较强被吸附留在柱上，并因吸附作用力的不同而彼此分离，样品基质及其他成分与固定相作用力较弱而随水流出萃取柱。被萃取的组分，用少量的选择性溶剂洗脱。因此，它不仅用于“清洗”样品，除去干扰成分，而且可以使组分分级，达到浓缩或纯化的作用。,二、固相萃取的装置,固相萃取装置分为柱型和盘型两种。,1.固相萃取管 固相萃取管的形状类似针筒，柱体一般选用医用聚丙烯作为柱体材料，也可选用

11、玻璃，纯聚四氟乙烯或不锈钢作为柱体材料。柱体上下界面是两片筛板，筛板的孔径为20m，筛板的材料一般是聚乙烯，有时也用聚丙烯、聚四氟乙烯、不锈钢和钛。筛板的作用是固定吸附剂。两片筛板之间填装有0.12g吸附剂，吸附剂的量不同，处理样品的量也不同。SPE使用的不同吸附剂及相关应用见表5-1。,表5-1 SPE使用的不同类型吸附剂及相关应用,为了避免从柱体、筛板、吸附剂、洗脱溶剂可能引入杂质而影响分析结果，试验时应平行做空白试验。为了加速样品溶液流过，可以接真空系统。为提高效率，可将多个同样或不同样品的固相萃取柱置于一架子上，下接好相应的容器，再一并装入箱中，箱子再与真空系统连接。这样就可以同时进行

12、多个固相萃取柱处理。固相萃取柱使用简便，应用范围广，但在实际应用中存在诸如柱径小，流速低等一些缺点，为了克服这些缺点，出现了固相萃取盘。,2.固相萃取盘 盘式萃取器是含有填料的聚四氟乙烯圆片或载有填料的玻璃纤维片。填料约占SPE盘总量的6090，盘的厚度约1mm。SPE柱和盘式萃取的主要区别在于床厚度/直径(L/d)比，对于等重的填料，盘式萃取的截面积比柱约大10倍，因而允许液体试样以较高的流量通过。SPE盘的这个特点适合从水中富集痕量的污染物。1L纯净的地表水通过直径为50mm的SPE盘仅需1520min。,盘状固相萃取剂的分类：（1）由聚四氟乙烯网络包含了化学键合的硅胶或高聚物颗粒填料。（

13、2）由聚氯乙烯网络包含于带离子交换基团或其他亲和基团的硅胶。（3）衍生化膜。它不同于前两种，固定相并非包含在膜中，而是膜本身经化学反应键合了各种官能团，如二乙胺基乙烯基、季铵基、磺酸丙基等。上述三类膜中只有聚四氟乙烯网络状介质与普通固相短柱相仿，用于萃取金属离子及各种有机物，后两类主要用于富集生物大分子。,三、固相萃取方法的建立,选择固相萃取管（1）选择萃取管的大小,表5-2 样品量与萃取管规格的关系,大体积样品、含有大量颗粒或需要快速处理的样品用固相萃取盘。,（2）选择固相萃取管填料量 被萃取样品的质量不超过管中的填料量的5。如用装有100mg填料的固相萃取管，分析物质不得超过5mg。（3）

14、选择固相萃取管的吸附剂 见表5-1。2.柱预处理 以反相C18固相萃取柱的预处理为例，先使数毫升的甲醇通过萃取柱，再用水或缓冲液顶替滞留在柱中的甲醇。柱预处理的目的：（1）除去填料中可能存在的杂质；（2）使填料溶剂化，提高固相萃取的重现性。填料未经预处理能引起溶质过早穿透，影响回收率。,3.加样（1）为了避免堵塞固相萃取管的过滤片，在萃取之前预先过滤或离心样品；（2）用移液管或微量吸液管准确地将样品转移到管内；（3）为了避免分析物的流失，试样溶剂强度不易过高。当以反相机理萃取时，以水或缓冲剂作为溶剂，其中有机溶剂量不超过10（V/V），为克服加样过程中分析物的流失，可以采用弱溶剂稀释试样、减少

15、试样体积、增加柱中的填料量和选择对分析物有较强保留的吸附剂等手段。,4.除去干扰物质 用中等强度的溶剂，将干扰组分洗脱下来，同时保持分析物仍留在柱上。可以通过调节清洗溶剂的强度和体积，尽可能多的除去能被洗脱的杂质。5.分析物的洗脱和收集 这一步骤的目的是将分析物完全洗脱并收集在最小体积的级分中，同时使比分析物更强保留的杂质尽可能多地仍留在固相萃取柱上。具体可见表5-3。,表5-3 SPE常用的洗脱溶剂,在反相萃取中，多用有机溶剂，如甲醇、乙腈洗脱；有些碱性物质的洗脱则需要加入少量有机胺，如三乙胺等才能完全洗脱。,固相萃取柱的操作过程的每一步，都可能影响到分析的重现性。提高重现性的方法有：（1）

16、使用内标法，加入适当的内标物质作参比；（2）加入样品的量适当，不超出穿透量；（3）选择合适的洗涤液和洗脱液，避免待测组分流失。了解试样基质和待测组分的性质，如结构、极性、酸碱性、溶解度、大致的浓度范围等，对选择和确定预处理方法和条件都是有帮助的。,四、固相萃取的应用,水样的处理大气样品的前处理与其他分析技术联用,第三节 固相微萃取,固相微萃取(Solid Phase Microextraction,SPME)是在固相萃取基础上发展起来的新的萃取分离技术，由加拿大Waterloo大学Pawliszyn于1990年提出，具有操作简便、不需溶剂、萃取速度快等突出优点。该技术使用的是一支携带方便的萃取

17、器，适于室内使用和野外的现场取样分析，能在一个简单过程中同时完成了取样、萃取和富集，因此在短短的十几年间，得到了迅速发展。,一、固相微萃取的装置及操作过程,1.固相微萃取的装置 固相微萃取装置简单，外形类似气相色谱微量器，主要由手柄（Holder）和萃取头（Fiber）两部分构成，萃取头是一根长约1cm表面涂不同色谱固定液或吸附剂的石英纤维，接在不锈钢针上，外套细的不锈钢针管（保护石英纤维不被折断及进样），纤维头可在针管内伸缩；手柄用于安装萃取头，推动萃取头进出针管。,图5-1 SPME 装置图,2.固相微萃取的操作过程 固相微萃取的操作过程分为萃取过程和解析过程两步。（1）萃取过程 平时萃取

18、头就收缩在细的针管内，当萃取样品时，将SPME针管穿透样品瓶隔垫，插入瓶中，推动手柄使萃取头伸出针管，萃取头可以浸渍在样品中或者置于样品上空进行顶空萃取，有机物就会吸附在萃取头上，经过230分钟后吸附达到平衡，然后缩回萃取头，将针管从样品瓶中退出，完成样品萃取过程。（2）解析过程 以气相色谱为例，将针管插入气相色谱仪的进样口，伸出萃取头，使吸附在萃取头的被分析样品热解吸，释放进入毛细管柱中分离测定，缩回纤维头，移去针管。,二、固相微萃取法的原理,以水样萃取为例，固相微萃取法原理是建立在待测物在水相及固定相（萃取涂层）中的平衡分配基础上的。设固定相所吸附的待测物的量为Ws，因待测物总量在萃取前后

19、不变，故得到：C0V2=C1V1+C2V2(1)式中，C0是待测物在水样中的原始浓度；C1、C2分别为待测物达到吸附平衡后在固定相和水样中的浓度；V1、V2分别为固定相液膜和和水样的体积。,当吸附达到平衡时，待测物在固定相与水样间的分配系数K有如下关系：K=C1/C2(2)平衡时固定相吸附待测物的量WsC1V1，故 C1Ws/V1 由式（1）得 将C1及C2代入（2）并整理后得(3),由于V1V2，式（3）中C1V12可忽略，整理后得：WsKC0V1(4)由式（4）可知，Ws与C0、V1成正比。决定K值的主要因素是萃取头固定相的类型，因此，对某一种或某一类化合物来说，选择一个特异的萃取固定相十

20、分重要。萃取头液膜越厚，Ws越大，通常液膜厚度为5100m，这已比一般毛细管柱的液膜（0.21m）厚得多。,三、固相微萃取法萃取条件的选择,1.萃取头的选择 萃取头应由被萃取组分的分配系数、极性、沸点等参数来确定。目前常用的萃取头类型及适用范围如下：,表5-4 萃取头类型及适用范围,注：PDMS聚二甲基硅氧烷类，PA聚丙烯酸酯类；Tmax：最高耐受解吸温度，Trec：推荐使用温度。此外，可用65umPDMS/DVB（聚二乙烯苯）萃取头萃取极性挥发性的样品（如乙醇、胺类），用活性炭萃取头萃取极低沸点的强亲脂性物质。对于脂肪酸等难挥发性有机物，萃取头在使用前需进行老化处理，老化温度200300，时

21、间0.55h，以降低空白值。,2.萃取时间的选择 萃取时间主要指达到平衡时所需要的时间。而平衡时间往往取决于多种因素，如分配系数、物质的扩散速度、样品基体、样品体积、萃取膜厚度、样品的温度等。萃取过程一开始，萃取头固定相中的浓度增加很快，但在接近平衡时其速度是非常缓慢的。此时时间的延长对萃取量的增加已无意义。实际上，为缩短萃取时间没有必要等到最后平衡，通常萃取时间为520min即可，但为了定量的重现性，萃取时间应保持一致。,3.其他条件的选择(1)搅拌：为促进样品均一化，尽快达到分配平衡，通常在萃取过程中对样品进行搅拌；(2)加温：尤其在顶空SPME法时，适当加温可提高液上气体的浓度，一般加温

22、5090；(3)加无机盐：在水溶液中加入硫酸铵、氯化钠等无机盐至饱和可降低有机化合物的溶解度，使分配系数提高；(4)调节PH值：萃取酸性或碱性物质时，通过调节样品的PH值可改善组分的亲脂性，从而大大提高萃取效率。,四、固相微萃取法的特点,1.适用性 固相微萃取装置既可用于液态样品的预处理（浸渍萃取或顶空萃取），也可用于固态样品预处理（顶空萃取）和气体样品预处理。,2.特点(1)快速：可以节省样品预处理的70%时间；(2)需样品量少：110mL；(3)无毒害：由于无需溶剂，使操作人员的工作环 境得到改善，同时使实验室排出的毒 液减低到最小量；,(4)萃取范围广；(5)准确度高；(6)经济：萃取头

23、可重复使用50次以上，最多达200次左右(SPF的柱管不可以)；(7)使用方便：操作方便，只需按动手柄；(8)适用性强：可以随身携带，现场采样，并可在任何型号的GC和HPLE仪器上直接进样；(9)集采样、萃取、浓缩、进样于一体，避免引入多步误差；(10)进样空白值小；(11)萃取选择性高；(12)适用样品基质范围广。,五.固相微萃取法的应用 1.环境监测 SPME方法已被应用到大气、土壤、水体中挥发性、半挥发性有机污染物的测定,包括苯及其同系物、多环芳烃、酚类化合物、多氯联苯、卤代烷烃、农药等。2.食品及饮料 精选食品中挥发性卤代烃的测定，饮料中的咖啡因的分析，葡萄酒中的酒香组分分析。3.生物

24、材料分析 由于生物材料组成复杂或样品基体的强烈干扰对生物样品的分析往往较困难。目前已经分析了人体内的医药代谢及农药残留，鱼体内有机汞、空气中昆虫信息素等。,第四节 超临界流体萃取,超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction,SFE）是利用超临界流体(即其温度和压力略超过或靠近临界温度Tc和临界压力Pc，介于气体和液体之间的流体)作为萃取剂，从固体或液体中萃取出待测组分的分离技术。早在1879年，Hannay就发现了超临界流体的独特溶解现象，1986年，超临界流体萃取开始用于环境分析，1988年，国际上推出了第一台商品化的超临界流体萃取仪器。近年来，超临界流体技

25、术得到了迅速发展，目前超临界流体已不仅仅限于在分离方面，而且已经深入到化学工业、食品工业、医药工业、精细化工及环境工程的各方面。,超临界流体萃取具有耗时短、污染小、选择性好、易于与其他分析技术联用（主要是与GC联用）等特点，而且改变超临界流体的压力、温度或在超临界流体中加入某些极性有机溶剂，可以改变萃取的选择性和萃取效率，这一点对基体复杂的环境样品尤为重要。一、超临界流体的性质 超临界流体(Supercritical Fluid，SCF)是指处于临界温度(Tc)与临界压力(Pc)以上的流体。,1.它既不是气体，也不是液体，而是兼有气体和液体双重性质的流体。超临界流体的密度与液体相近，所以它与溶

26、质分子的作用力很强，像大多数液体一样，很容易溶解其他物质；另一方面，它的粘度较小，接近于气体，因此，传质速度很高，加之表面张力小，渗透性好，很容易渗透到样品中去，并保持较大的流速，可以使萃取过程高效、快速完成。2.在临界区的附近，压力和温度的微小变化，引起流体密度大幅度的变化，而非挥发性溶质在超临界流体中的溶解度大致和流体的密度成正比，超临界流体萃取正是利用了这个特性，来进行分离的。,二、影响超临界流体萃取的选择性和萃取效率的因素,1.压力 压力的改变可引起超临界流体对物质溶解能力的很大变化。利用这种特性，只需改变萃取剂的压力，就可以把样品中的不同组分按它们在流体中溶解度的大小不同，先后萃取分

27、离出来。在低压下溶解度大的物质先被萃取，随压力的增加，难溶物质也逐渐从基体中萃取出来。因此，在程序升压下进行超临界萃取，不但可以萃取不同的组分，而且还可以将不同的组分分离。一般来讲，提高压力可以提高萃取效率。例如，对PAH化合物，在7.5MPa是不能被萃取，在10MPa时，可萃取23环的PAH，压力提高到20MPa，则可以萃取到56环的PAH。,2.温度 温度的变化也会改变超临界流体萃取的能力。它体现在影响萃取剂的密度和溶质的蒸气压。在低温区（仍在临界温度以上），温度升高降低流体密度，而溶质的蒸气压增加不多，因此，萃取剂的溶解能力降低，甚至会使溶质从萃取剂中析出；温度进一步升高到高温区时，虽然

28、萃取剂密度进一步降低，但溶质蒸气压迅速增加起了主要作用，因而挥发度提高，萃取率不但不减少反而有增大的趋势。例如用二氧化碳在200萃取土壤、降尘、河底泥中的PAH，证实优于50的萃取效率。,3.极性有机溶剂（夹带剂或改进剂）在超临界流体中加入少量的极性有机溶剂，可以改变它对溶质的溶解能力。通常加入量不超过10，而且以极性溶剂如甲醇、异丙醇等居多。例如由CO2和乙醇组成的混合溶剂萃取脂肪酸，可以增加溶解度。少量极性有机溶剂的加入，可以使萃取范围扩大到极性较大的化合物。极性溶剂的加入，可能起到了与分析物争夺基体活性点的作用而有利于萃取。但有机溶剂的使用，可能导致以下几个问题：A、可能削弱萃取系统的捕

29、获能力；B、可能导致共萃取物的增加；C、可能干扰检测，如氯代溶剂会影响ECD检测；D、会增加萃取毒性。因此，极性有机溶剂的加入，要全面的分析、考虑。,4.超临界流体萃取剂,超临界流体萃取剂的选择随萃取对象的不同而不同，作为萃取剂的超临界流体必须具备以下条件：1.萃取剂需具有化学稳定性，对设备没有腐蚀性；2.临界温度不能太低或太高，最好在室温附近或操作温度附近；3.操作温度应低于被萃取溶质的分解温度或变质温度；4.临界压力不能太高，可节约压缩动力费用；5.选择性要好，容易得到高纯度制品；6.溶解度要高，可以减少溶剂的循环量；7.萃取剂要容易获得，价格要便宜。,此外，萃取过程的时间及吸收管的温度，

30、也会影响萃取的效率及吸收效率。萃取时间取决于两个因素：A、被萃取组分在超临界流体中的溶解度。溶解度越大，萃取效率越高，速度度也越快，所需萃取时间就短；B、被萃取组分在基体中的传质速率。速率越大，萃取效率就高，萃取速度就快，萃取所需时间就越短。收集器或吸收管的温度影响回收率是因为萃取出的溶质溶解或吸附在吸收管内，会放出吸附或溶解热，因此，降低温度有利于提高收集率。,用得最多超临界流体是二氧化碳，这是因为，它不但临界值相对较低（临界温度：31.1，临界压力：7.38MPa），而且具有一系列优点：化学性质不活泼，不易与溶质反应、无毒、无嗅、无味，不会造成二次污染；纯度高、价格适中，便于推广应用；沸点

31、低，容易从萃取后的馏分中除去，后处理比较简单；特别不需加热，极适合于萃取热不稳定的化合物。但是，由于二氧化碳的极性极低，只能用于萃取低极性和非极性的化合物。对于极性较大的化合物，通常用氨或氧化亚氮作为超临界流体萃取剂。但是氨很容易与其他物质反应，对设备腐蚀很严重，而氧化亚氮有毒。,三、超临界流体萃取操作,1.超临界流体萃取的装置 超临界流体萃取装置一般包括：A、超临界流体发生源，由萃取贮槽、高压泵及其他附属装置组成。其功能是将萃取剂由常温、常压转变为超临界流体。高压泵通常采用注射泵，其最高压力为10MPa至几十兆帕。B、超临界流体萃取部分，包括萃取管及附属装置。C、溶质减压吸附分离部分。由喷口

32、及吸收管组成。,2.超临界流体萃取的流程（1）恒压升温流程 利用不同温度下物质溶解度的差别进行物质的萃取或反萃。所谓恒压是指在萃取器和分离器中流体的压力基本一致。如附图(a)所示,超临界流体在萃取柱中萃取了产物后，在加热器升温使流体密度减小，溶解度降低。析出的萃取产物从分离器底部排出，而超临界流体以压缩机加压，经换热器冷却至适宜的萃取温度，再去萃取柱循环使用。,（2）恒温降压流程 利用不同压力下超临界流体萃取能力的不同进行物质的萃取或反萃。所谓恒温是指在萃取器和分离器中流体的温度基本相同。如附图(b)所示,负载超临界流体从萃取柱顶部流出后,在节流阀处膨胀做功,压力和温度均降低,再在加热器中加热

33、至萃取温度。压力降低,溶解度减小,析出的被萃取物从分离器的底部排出,在换热器中超临界流体冷却并冷凝成液体,用高压泵升至所规定的萃取压力,在第二换热器中将流体再次加热至超临界状态及适宜的萃取温度,进入萃取器再次萃取。,萃取的流程是，先把样品加入样品管，然后处于超临界态的萃取剂进入样品管，待测物从样品的基体中被萃取至超临界流体中。再通过流量限制出口进入收集器中。萃取出来的溶质及流体，由超临界态喷口减压降温转化为常温常压，此时流体挥发逸出，而溶质吸附在吸收管内多孔填料表面。用合适溶剂淋洗吸收管就可把溶质洗脱收集备用。,3.超临界流体的操作方式 超临界流体的操作方式可分为动态、静态及循环萃取3种。动态

34、法是超临界流体萃取剂一次性直接通过样品管，使被萃取组分直接从样品中分离出来进入吸收管的方法。特别适合于萃取那些在超临界流体萃取剂中溶解度很大的物质，而且样品基质有很容易被超临界流体渗透的被测样品。,静态法是将待萃取的样品“浸泡”在超临界流体内，经过一段时间后，再把含有被萃取溶质的超临界流体送至吸收管。它没有动态法那样快速，但适合于萃取那些与样品基体较难分离或在超临界流体内溶解度不大的物质，样品基体较为致密，超临界流体不易渗透的样品。循环法其本质是动态法和静态法的结合。它首先将超临界流体充满样品萃取管，然后用循环泵使样品萃取管内的超临界流体反复、多次经过管内的样品进行萃取，最后进入吸收管，因此，

35、它比静态法萃取效率高，又能萃取动态法不适用的样品，适用范围广。,四、应用,1.超临界流体萃取最适合于固体和半固体样品的萃取。水在超临界CO2中有较高的溶解度（约0.3），除少量液态样品可直接萃取外，大多数液体及气体应首先进行固相吸附或膜预处理，然后再按固态样品方式进行萃取。2.超临界流体特别适合于萃取烃类及非极性脂溶化合物。如醚、酯、酮及其他分子量达300400道尔顿的化合物。能进行族选择性萃取。3.可萃取金属离子。可将金属离子衍生为金属螯合物后再进行萃取。,4.与其他仪器分析方法联用。目前使用最普遍且较成熟的联用技术是与气相色谱联用。5.其他应用。A、SC-CO2几乎可以萃取各种油类，制取低

36、含油量食品时，使SC-CO2从中通过，则含油量可降低到符合食品卫生要求的范围。用SC-CO2脱除尼古丁的香烟,，现在美国大量试销。B、用SCF可从植物中提取有效成分，从长春花中提取长春碱和羟基长春碱(用于治疗急性淋巴细胞性白血病)。,第五节 微波萃取,微波萃取（Microwave Aided Extraction，MAE）是指在微波能的作用下，用溶剂将样品基体中的待测组分溶出的过程。五十年代就开始利用微波干燥加工，直到1975年才首次用在分析化学中。微波萃取法由于设备简单、萃取时间短、选择性好、回收率高、试剂用量少、污染低、可用水作萃取剂、可同时处理多个样品等优点。,一、基本原理,微波是指波长

37、在1mm至1m之间，频率在30MHz至300000MHz之内的电磁波。它介于红外线和无线电波之间。微波萃取的特点可涉及两个方面：1.微波辐射能穿透萃取介质，可到达物料的内部，由于吸收微波能，内部温度迅速上升，增大被分离物质在介质中的溶解度；2.微波所产生的电磁场加速被萃取部分成分向萃取溶剂界面扩散，用水作溶剂时，在微波场下，水分子高速转动成为激发态，这是一种高能量不稳定状态，或者水分子汽化，加强萃取组分的驱动力；或者水分子本身释放,能量回到基态，所释放的能量传递给其他物质分子加速其热运动，缩短萃取组分的分子由物料内部扩散到萃取溶剂界面的时间，从而使萃取速率提高数倍，同时还降低了萃取温度，最大限

38、度保证萃取的质量。微波作用的物质：（1）由极性分子所组织的物质，能较好地吸收微波能。水分子呈极强的极性，是吸收微波的最好介质，所以凡含水分子的物质必定吸收微波。（2）另一类由非极性分子组成，它们基本上不吸收或很少吸收微波，这类物质有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等，它们能透过微波，而不吸收微波。这类材料可作为微波加热用的容器或支承物。,（3）金属导体材料能很好的反射微波，可做其密封材料。二、微波萃取设备及萃取步骤 1.设备 带有控温附件的微波制样设备，微波萃取用制样杯（一般为聚四氟乙烯材料）。,2.步骤 微波萃取主要适合于固体或半固体样品，样品制备整个过程包括粉碎、与

39、溶剂混合、微波辐射、分离萃取液等步骤，具体如下：准确称取一定量的待测样品置于微波制样杯内，根据萃取物情况加入适量的萃取溶剂(不超过50mL)。按微波制样要求，把装有样品的制样杯放到密封罐中，然后把密封罐放到微波制样炉里。设置目标温度和萃取时间，加热萃取直至加热结束。把制样罐冷却至室温，取出制样杯，过滤或离心分离，制成可进行下一步测定的溶液。,常规的微波萃取方法是把极性溶剂(如丙酮)或极性溶剂和非极性溶剂混合物(如丙酮+正己烷,或甲醇+乙酸等)，与被萃取样品混合，装入微波制样容器(一般为PFA杯)中，在密闭状态下，放入微波制样系统中加热。根据被萃取组分的要求，控制萃取压力或温度和时间；加热结束时

40、，把样品过滤，滤液直接进行测定，或作相应处理后进行测定。一般情况下，微波萃取加热时间约510分钟，萃取溶剂和样品总体积不超过制样杯体积的1/3。,三、萃取条件的选择,萃取条件的选择主要包括萃取溶剂、萃取温度、萃取时间、溶液pH值。1.萃取溶剂（1）因非极性溶剂不能吸收微波能，所以不能用100的非极性溶剂作微波萃取溶剂，一般可在非极性溶剂中加入一定比例的极性溶剂来使用。如使用正己烷-丙酮(1:1)混合溶剂从土壤和沉积物中提取多环芳烃等有机污染物。,（2）利用微波能进行萃取分离时，除了要考虑溶剂的极性，还要求溶剂对分离成分有较强的溶解能力，对萃取成分的后续操作干扰较少。已见报道用于微波萃取的溶剂有

41、：甲醇，乙醇，异丙醇，丙酮，二氯甲烷，正己烷，异辛烷，乙腈，苯，甲苯等。如应用正己烷作溶剂，从薄荷和大蒜等生物物料中微波萃取精油。有时样品可含有一定的水分，或将干燥的样品用水润湿后再加入溶剂进行微波萃取辐射，都能取得较好的结果。有研究表明以异辛烷为萃取剂分离沉积物中的杀虫剂时，样品水分为15%时微波萃取效率最高。,2.萃取温度 在微波密闭容器中，由于内部压力可达到十几个大气压，因此，溶剂沸点比常压下的溶剂沸点要高得多，例如在密闭容器中丙酮的沸点提高到164（常压下：56.2）。因此，用微波萃取可以达到常压下使用同样的溶剂达不到的萃取温度，以提高萃取效率，而又不至于分解待测萃取物，例如，对有机氯

42、农药微波萃取实验表明，萃取温度在120可获得最好的回收率。,3.萃取时间 微波萃取时间与被测物样品量、溶剂体积和加热功率有关。一般情况下，萃取时间在10-15min内。在萃取过程中，一般加热开始1-2min即可达到所要求的萃取温度。4.溶液pH值 溶液的pH值也会对微波萃取的效率产生一定的影响，针对不同的萃取样品，溶液有一个最佳的用于萃取的酸碱度。有文献考察了从土壤中萃取除草剂三嗪时分别用NaOH、NH3-NH4Cl、HAc、NaAc和HCl调节溶剂pH值对回收率的影响。研究结果表明：当溶剂的pH值介于4.79.8时，除草剂三嗪的回收率最高。,四、特点,与传统的样品预处理技术如索氏抽提、超声波萃取相比，微波萃取的主要特点是快速与节能，而且有利干萃取热不稳定物质，可以避免长时间的高温引起样品分解，有助于被萃取物质从样品基体上解吸，故特别适合于快速处理大量的样品。,五、应用,微波萃取技术已应用于土壤、沉积物中多环芳烃、农药残留、有机金属化合物、植物中有效成分、害物质、霉菌毒素、矿物中金属的萃取以及血清中药物，生物样品中农药残留的萃取研究。此外，微波萃取也用于植物中有效成分的萃取、如粮食和牛奶中维生素B的提取，中药中皂甙的提取，蔬菜类植物中吡咯双烷基生物碱的提取等。在临床上微波萃取主要用于选择性人血或血清中的药物等。,