固相萃取技术.ppt

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1、固相萃取技术的应用,主要内容,1,概述,2,固相萃取的基本原理、分离模式及操作步骤,3,固相萃取的装置,4,固相萃取的应用,固相萃取在环境中的应用,5,固相萃取的前景,一、概述,在分析化学中样品前处理占整个分析过程时间的61%，是一个十分重要的步骤。前处理的好坏直接关系着最终的分析结果。然而，国内很多实验室依然用古老、繁琐的样品前处理方法。可以说样品前处理已经成为了现代分析中的瓶颈，严重阻碍了分析工作的进行，因此，要提高效率就必须解决样品的前处理问题。,传统的样品前处理的问题,需要大体积的溶剂 几百毫升需要长时间 几个小时 甚至几天 很差很难实现自动化劳动强度大,样品前处理和分析的误差来源,从

2、该图可以看出，样品前处理产生的误差最大达到30%，如果再加上操作误差，误差中样品前处理所占的误差占了一半以上。,样品前处理如此重要，所以已经引起了科研者的极大兴趣去改进前处理的方法，使之更准确、有效、简单、快速。萃取法就是其中应用最为广泛的一个尤其是固相萃取。所谓萃取法,就是从样品中提取组分,传统的方法是液-液萃取法(LLE),即用液体作为提取剂。固相萃取（Solid Phase Extraction,SPE）是19世纪70年代后期发展起来的样品前处理技术。它发展迅速，广泛应用于环境、制药、临床医学、食品等领域。,固相萃取法是用固体物质作为萃取剂从样中提取某些组分的方法。该法通常采取柱分离，所

3、用柱称为SPE柱，它是由柱管、筛垫、固定相三部分组成的。其中，固定相是SPE柱中起分离作用的部分。SPE是一种吸附萃取，主要是用于水中组分的处理，当水中痕量待测物质通过装有合适吸附剂的SPE柱时被富集，若样品中的待测组分不超过吸附容量时则被全部保留下来，再被少量的选择性溶剂洗脱。因而，SPE是同时进行萃取和浓缩的有效方法。,与液液萃取相比，固相萃取具有如下优点：回收率和富集倍数高有机溶剂消耗量低，可减少对环境的污染采用高效、高选择性的吸附剂，能更有效的将分析物与干扰组分分离无相分离操作过程，容易收集分析物能处理小体积试样操作简便、快速，费用低，易于实现自动化及与其他分析仪器连用。,SPE可以用

4、于所有类型样品的处理，但是液体样品是最容易处理的。,二、固相萃取的基本原理、分离模 式及操作步骤,SPE技术自上世纪70年代后期问世以来，发展迅速，广泛应用于环境、制药、临床医学、食品等领域。固相萃取（SPE）是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离和和富集的目的。先使液体样品通过一装有吸附剂（固相）小柱，保留其中某些组分，再选用适当的溶剂冲洗杂质，然后用少量溶剂迅速洗脱，从而达到快速分离净化与浓缩的目的。,2-1、固相萃取的基本原理,固相萃取的基本原理是样品在两相之间的分配，即在固相（吸附剂）和液相（溶剂）之间的分配。固相萃取保

5、留或洗脱的机制取决于被分析物与吸附剂表面的活性基团，以及被分析物与液相之间的分子作用力。洗脱模式有两种：一种是目标化合物比干扰物与吸附剂之间的亲和力更强，因而被保留，洗脱时采用对目标化合物亲和力更强的溶剂；另一种是干扰物比目标化合物与吸附剂之间的亲和力更强，则目标化合物被直接的洗脱。通常采用前一种洗脱方式。,2-2、固相萃取的分离模式,SPE特别适合远距离采集样品的处理,采样后立即进行固相萃取,使待测组分吸附在固相上,不但可缩小样品体积,减少了运输的麻烦,更主要的是吸附在固相上的组分往往比存放在冰箱内的样品更稳定,不易受光、热、微生物的作用发生各种化学、物理的变化。SPE分离模式可分为正相(吸

6、附剂极性大于洗脱液极性)、反相(吸附剂极性小于洗脱液极性)、离子交换和吸附。其作用机理包括氢键、偶极作用、疏水性相互作用和静电吸引力等。,2-3、固相萃取的操作步骤,预洗活化上样冲洗淋洗,1、固相萃取的预处理,一是为了润湿和活化固相萃取填料，二是为了除去填料中可能存在的杂质，减少污染。采取的方法是用一定量溶剂冲洗萃取柱。反相类型的固相萃取硅胶和非极性吸附剂介质，通常用水溶性有机溶剂如甲醇预处理，然后用水或缓冲溶液替换滞留在柱中的甲醇。正相类型的固相萃取硅胶和极性吸附剂介质，通常用样品所在的有机溶剂来预处理。离子交换填料一般用35mL去离子水或低浓度的离子缓冲溶液来预处理。固相萃取填料从预处理到

7、样品加人都应保持湿润，如果在样品加人之前，萃取柱中的填料干了，需要重复预处理过程。,2、上样,将样品倒入活化后的SPE小柱，然后利用加压、抽真空或离心的方法使样品进入吸附剂。采取手动或泵以正压推动或负压抽吸方式，使液体样品以适当流速通过固相萃取柱，此时，样品中的目标萃取物被吸附在固相萃取柱填料上。,2、上样图示,3、洗去干扰物质,目的是为了除去吸附在固相萃取柱上的少量基体干扰组分。一般选择中等强度的混合溶剂，尽可能除去基体中的干扰组分，又不会导致目标萃取物流失。反相萃取体系常选用一定比例组成的有机溶剂-水混合液，有机溶剂比例应大于样品溶液而小于洗脱剂溶液。,4、洗脱及收集分析物,选择适当的洗脱

8、溶剂洗脱被分析物，收集洗脱液，挥干溶剂以备后用或直接进行在线分析。为了尽可能将分析物洗脱，使比分析物吸附更强的杂质留在SPE 柱上，需要选择强度合适的洗脱溶剂。,三、固相萃取基本装置,固相萃取的基本装置包括固相萃取柱和固相萃取过滤装置。固相萃取柱是整个固相萃取装置的核心。,（1）固相萃取柱,商品化的固相萃取柱（cartridge）外形类似于一个注射器针筒。还可自行填装固相萃取柱。,（2）固相萃取过滤装置,固相萃取加样过程中，需通过适当的方法使样品溶液通过固相萃取柱，使待分析物吸附在填料上。洗脱过程中，同样需要使溶剂通过固相萃取住，使待分析物解析。以上步骤需借助于固相萃取过滤装置完成，采用柱前加

9、压或柱后加负压抽吸的方式实现。,a、固相萃取过滤-加压操作,固相萃取加压操作可通过在液体样品储液槽上方用高压空气或氮气施加一定压力来实现的。如果样品较少，可以用手动加压的方式实现。,美国Supelco公司提供的给单个固相萃取小柱加压的单管处理塞。,b.固相萃取过滤-负压抽吸,负压抽吸是在固相萃取柱的出口用注射器手动抽负压，或与水泵或真空泵相连，用泵施加适当真空度，从而使样品溶液抽吸通过固相萃取柱。最常用的是用抽滤瓶实现负压抽吸。,也可以采用固相萃取过滤装置同时处理多个样品,c.固相萃取过滤-离心法,全自动固相萃取仪,全自动固相萃取仪能自动完成固相萃取的全部步骤,固相萃取联用装置,四、固相萃取在

10、环境中的应用,近年来随着化学工业的发展和农药的大量使用导致自然环境中某些水体、土壤、大气和生物体中有机污染物超过法定限量。另一方面随着人们环境意识的提高，对环境中有机污染物的控制越来越严格，要求检测技术更加快速方便、灵敏可靠。因此，固相萃取已广泛应用于环境分析，为环境分析工作者提供一种较为理想的前处理技术以代替传统的提取、净化和浓缩方法。,环境水中有机污染物分析,固相萃取作为一种新型的样品处理技术已广泛用于水中有机污染物的痕量富集。20世纪80年代，在我国的松花江、黄浦江、太湖等的水质监测中已较广泛采用了SPE技术(测定卤代烃、含氯农药、氯苯、氯酚、苯胺、硝基物、多氯联苯、多环芳烃和酞酸酯等）

11、。,固相萃取技术富集水中的多环芳烃,多环芳烃是在自然界中广泛存在的一种有机污染物,其中某些化合物具有相当强的致癌或致突变作用。在各种水体中几乎都存在，但它们在水中含量低,种类多,因而，快速而准确地对其定性、定量一直是分析化学的前沿研究领域。,1、仪器与试剂 12个样位的固相萃取装置;液相色谱系统:HP1050泵,HP1046荧光检测器,LC-PAH,C18分析柱。多环芳标液:乙醇、乙腈、甲醇及苯均为GR级,二氯甲烷及四氢呋喃均为AR级,经二次蒸馏纯化。2、实验室合成水样的配制 100ml的合成水样在碘量瓶里用多环芳烃的储备液准确配制,浓度分别为:菲0.8ug/L,荧蒽0.8ug/L,苯并芘0.

12、23ug/L,茚并(1,2,3,-cd)芘0.8ug/L。,12个样位的固相萃取装置,3、固相萃取条件：将填料为C18的富集小柱先用2ml二氯甲烷清洗柱床,抽空流出液,再依次通过5ml甲醇和5ml水,在柱子被抽空前接上盛有100ml水样的碘量瓶,以5ml/min的抽速上样。待水样全部抽完后,再以5ml蒸馏水清洁柱体,并维持真空10min,最后用合适的溶剂洗脱被分析组分。,4、色谱条件 在室温下,以1ml/min的甲醇一水(90:10)作流动相进行等度淋洗,荧光检测器使用各组分的最佳激发/发射波长(nm):菲(280/380),荧蒽(365/462)、苯并()芘(297/405)、茚并(1,2,

13、3,-cd)芘(300/500)。,结果和讨论,溶剂强度对回收率的影响,由左表可知,极性溶剂如甲醇和乙腈,洗脱效果对大环多环芳烃效果较差,四氢呋喃居中,而极性较小的二氯甲烷和苯洗脱效果较好,对4种多环芳烃的回收率均较好。,有机改性剂的加入对回收率的影响,由右表可知,加标于自来水中,三环、四环结构的多环芳烃的回收率可被接受,但随着组分憎水性的增加,五环、六环等大环结构多环芳烃的回收率却明显降低。向水样中加入20%的甲醇或20%的乙醇等有机改性剂之后,它们的回收率则有明显改善。,研究发现,二氯甲烷和苯做淋洗剂时回收效果较好,淋洗用量超过1.5ml时,对多环芳烃的回收率没有明显的影响。向自来水样品中

14、加入20%的甲醇或乙醇,可明显改善大环结构的多环芳烃的回收率。,固相萃取气相色谱法测定水中痕量有机磷农药,1、仪器Agilent6890N气相色谱仪火焰光度检测器(FPD);HP-5弹性石英毛细柱(30m0.32mm0.25m);美国Caliper公司自动固相萃取仪;美国Supelco公司C18固相萃取小柱3mL/500mg;美国Caliper公司Zymark Turbovap LV氮吹仪。,2、试剂甲醇、丙酮为Dikma公司色谱纯试剂,经气相色谱检测无被测组分;无水Na2SO4为经105灼烧4h的分析纯;电阻率为18.2M的去离子水;敌敌畏、内吸磷、乐果、甲基对硫磷、马拉硫磷和对硫磷标准溶液

15、浓度分别为1.51mg/mL、100g/mL、1.01mg/mL、1.11mg/mL、1.02mg/mL、1.13mg/mL,由国家标准物质研究中心和农业部环境保护科研监测所提供。,3、样品的采集 用磨口玻璃瓶收集水样,采样后立即用1：1的HCl调节水样pH在56,置于4冷藏,并尽快进行前处理,完成实验。,4、样品前处理用5mL去离子水预淋通过小柱,再以5mL甲醇对小柱进行活化,然后以5mL/min的速率过滤2L水样。水样过滤完成后,用5mL去离子水清洗小柱,然后用N2吹小柱20min左右将其吹干。用2mL甲醇-丙酮(70/30,V/V)的溶剂洗脱淋洗小柱,收集到的溶剂通过无水Na2SO4干燥

16、后,经氮吹仪浓缩,最后定容至1mL,待测。,5、色谱条件柱温:起始温度80,以25/min上升至230保持3min;进样口温度270;检测器250;H2流量:75mL/min,Air流量:100mL/min,载气(高纯N2)流量:18.9mL/min,尾吹气流量:15mL/min;采用分流模式进样,分流比为10：1,进样量为1L。,标准色谱图敌敌畏、内吸磷、乐果、甲基对硫磷、马拉硫磷、对硫磷标准色谱图,浓度分别为1.51mg/L、1.00mg/L、1.01mg/L、1.11mg/L、1.02mg/L、1.13mg/L,保留时间依次为2.647min、6.464min、6.515min、7.40

17、9min、7.828min、8.047min。有机磷农药混合标准色谱图见图1。,样品流量的选择取敌敌畏、内吸磷、乐果、甲基对硫磷、马拉硫磷、对硫磷浓度分别为1.51mg/L、1.00mg/L、1.01mg/L、1.11mg/L、1.02mg/L、1.13mg/L的混合水样分别以2mL/min、4mL/min、6mL/min、8mL/min和10mL/min的流量通过C18小柱,用甲醇-丙酮(70/30,V/V)进行洗脱,测定回收率见下图。,洗脱剂种类的选择取敌敌畏、内吸磷、乐果、甲基对硫磷、马拉硫磷、对硫磷浓度分别为1.51mg/L、1.00mg/L、1.01mg/L、1.11mg/L、1.0

18、2mg/L、1.13mg/L的混合水样,以6mL/min的流量通过C18小柱。分别选用甲醇、甲醇-丙酮(70/30,V/V)、二氯甲烷、二氯甲烷-正己烷(50/50,V/V)这4种洗脱剂洗脱。,由表2可见所选择的4种洗脱剂中,正己烷和二氯甲烷-正己烷的回收率高,但由于其毒性较大,所以我们这里选用回收率较好,毒性较低的甲醇-丙酮作洗脱剂。,固相萃取小柱的选择取敌敌畏、内吸磷、乐果、甲基对硫磷、马拉硫磷、对硫磷浓度分别为1.51mg/L、1.00mg/L、1.01mg/L、1.11mg/L、1.02mg/L、1.13mg/L的混合水样,以6mL/min的流量分别通过C8、C18、HLB共3种小柱。

19、测定回收率见表3。,由表3可见所选择的3种小柱,C18的回收率最高。,Horizon固相萃取仪,五、固相萃取方法的进展及展望,固相萃取(Solid phase extraction,SPE)技术自70年代后期问世以来,在诸多领域得到了长足的发展.在国外已逐渐取代了传统的液液萃取而成为样品前处理的可靠而有效的方法.在我国SPE技术的应用也已起步,但还有待于进一步推广和发展.目前国内的SPE、SPME仪器研制技术发展缓慢,大多数SPE、SPME装置多购于国外,价格昂贵.我们应该在引进的同时注重吸收,加快我国样品前处理技术的发展,逐步与国际接轨。,固相萃取相对于液-液萃取的优点：,减少溶剂的消耗和废物的产生,不出现乳化现象,易获得较为纯净样品,速度较快,缩短了预处理时间,较高的精密度和准确度,分析物的回收率高、重现性好,操作简单,易于自动化,优点,