樣品前處理技術(shù)及應(yīng)用.ppt

1 樣品前處理技術(shù)的進展與應(yīng)用 2 一 樣品前處理的重要性 在化學(xué)分析中 樣品前處理一個最常見的問題 據(jù)統(tǒng)計 人們常常將60 的時間花在樣品前處理上 這不但不符合高效率的要求 而且煩瑣的傳統(tǒng)樣品處理方法也直接影響到最后的分析結(jié)果 3 1樣品前處理內(nèi)容 樣品前包括處理 樣品采集和制備1 1一般液體樣品的處理 1 液體的轉(zhuǎn)移 2 液體的稀釋 3 液體的混合 4 標(biāo)準(zhǔn)物的添加 4 樣品前處理 1 2分離提取等其他處理 1 液 液萃取 2 蒸餾 3 液 固萃取 4 固相萃取 5 超聲提取 6 微波法 7 超臨界流體萃取 8 膜透析法 9 生物樣品水解 蛋白沉淀 10 離心 過濾 11 蒸發(fā)濃縮 12 消解 5 2重要性 以農(nóng)藥殘留分析為例 2 1需要檢測痕量或超痕量殘留水平 2 2待測樣品污染源的未知性和樣品種類的多樣性2 3同時進行多殘留檢測 2 4結(jié)論 萃取 凈化技術(shù)等樣品前處理是殘留分析的關(guān)鍵 因而選擇適當(dāng)?shù)臉悠诽幚矸椒ɑ蚨喾N手段聯(lián)合使用 是成功完成樣品分析的基礎(chǔ) 色譜過程中的誤差來源 標(biāo)準(zhǔn)曲線9 儀器8 色譜7 積分6 進樣6 交叉污染4 樣品處理30 操作19 色譜柱11 8 3國際上前處理技術(shù)發(fā)展 80年代中后期 國際上針對傳統(tǒng)萃取技術(shù)的不足 發(fā)展了固相萃取 SPE 技術(shù)和超臨界流體萃取技術(shù) SFE 90年代以來 又出現(xiàn)了固相微萃取技術(shù) SPME 液相微萃取 LPME 基質(zhì)固相分散萃取技術(shù) MSPDE 免疫親和色譜技術(shù) IAC 等新的萃取技術(shù) 9 4我國殘留分析前處理現(xiàn)狀 我國殘留分析普遍應(yīng)用的萃取分離技術(shù)還是索氏抽提 振蕩提取和超聲波提取等傳統(tǒng)技術(shù) 樣品需要量大 萃取時間長 有機溶劑量消耗大 導(dǎo)致大量有毒廢棄溶劑的產(chǎn)生 結(jié)論 我國的殘留萃取技術(shù)是制約殘留分析速度和分析效率提高的瓶頸 無法滿足快速 準(zhǔn)確的分析要求 10 二 樣品提取技術(shù)理論 提取是一個復(fù)雜的過程 是被測組分 樣品基質(zhì)和提取溶劑 或固體吸附劑 三者之間的相互作用與達到平衡的過程 常用的有液 液萃取 液 固萃取 柱色譜萃取等 11 1液 液萃取 LLE 1 1定義 液 液萃取 利用被測物質(zhì)在兩種互不相溶液體中分配系數(shù)不同 從一種溶液中轉(zhuǎn)移到另一種溶液中 1 2萃取溶劑的選擇 1 溶劑和樣品基質(zhì)不能混溶 2 待測物和溶劑之間應(yīng)有最大的分配比 3 溶劑必須不含有干擾分析的污染物 4 對檢測器的響應(yīng)值應(yīng)盡可能小 5 保留時間和待測物應(yīng)不相同 6 溶劑本身應(yīng)毒性低且易于純化 12 1 3液 液萃取的類型 1 分次萃取 通常在分液漏斗中進行 將樣品和萃取溶劑混合振蕩 靜置分層后 分出水相 一個樣品可用若干份的溶劑進行多次萃取 以提高萃取率 2 連續(xù)萃取 是將樣品和溶劑在連續(xù)萃取儀器中自動混合 由于連續(xù)操作 可減少乳化現(xiàn)象 節(jié)省勞力 重現(xiàn)性好 13 1 4液 液萃取優(yōu)缺點 優(yōu)點 1 技術(shù)經(jīng)典 2 設(shè)備器材簡單 3 操作容易缺點 1 易乳化 2 回收率不穩(wěn)定 3 選擇性差 4 人為因素影響大 5 有機溶劑用量大 14 1 5乳化現(xiàn)象的防止措施 1 在水相或者乳化液中加入氯化鈉或硫酸鈉 利用鹽析作用加大兩相間的密度差異 2 于3500r min離心后放置 3 用玻璃棒機械攪拌 破壞乳化層 15 2液 固萃取 2 1定義 液 固萃取 利用固態(tài) 半固體 樣品基質(zhì)中的待測物質(zhì)在萃取溶劑中較高的溶解度 使其從樣品中轉(zhuǎn)移出來的過程 2 2應(yīng)用模式 索氏提取 超聲萃取 微波萃取 MAE 超臨界萃取 SFE 加速溶劑萃取 ASE 16 3柱色譜萃取 又稱層析技術(shù) 根據(jù)其分離原理 有吸附色譜 分配色譜 離子交換色譜與排阻色譜等 17 3 1柱色譜技術(shù)分類 1 吸附色譜 利用吸附劑對被分離物質(zhì)的吸附能力不同 用溶劑或氣體洗脫 以使組分分離 常用的吸附劑有氧化鋁 硅膠 聚酰胺等有吸附活性的物質(zhì) 18 2 分配色譜 利用溶液中被分離物質(zhì)在兩相中分配系數(shù)不同 以使組分分離 其中一相為液體 涂布或使之鍵合在固體載體上 稱固定相 另一相為液體或氣體 稱流動相 常用的載體有硅膠 硅藻土 硅鎂型吸附劑與纖維素粉等 19 3 離子交換色譜 利用被分離物質(zhì)在離子交換樹脂上的離子交換能力不同而使組分分離 常用的有不同強度的陽 陰離子交換樹脂 流動相一般為水或含有有機溶劑的緩沖液 20 4 凝膠滲透色譜 又稱排阻色譜 是利用被分離物質(zhì)分子量大小的不同和在填料上滲透程度的不同 以使組分分離 填料有分子篩 葡聚糖凝膠 微孔聚合物 微孔硅膠或玻璃珠等 21 3 2柱色譜的典型應(yīng)用 1 分離 2 凈化 3 制備 22 三樣品提取凈化方法及應(yīng)用 23 1固相萃取 SOILDPHASEEXTRACTION 1 1原理固相萃取 SPE 是一個包括液相和固相的物理萃取過程 在固相萃取過程中 固相對分析物的吸附力大于液相 當(dāng)樣品通過固相萃取柱時 分析物被吸附在固相表面 其它樣品組分則通過柱子 分析物再用適當(dāng)?shù)娜軇┫疵撓聛?達到與樣品基體和干擾化合物的分離及富集目的 24 1 2固相萃取的特點 1 取代傳統(tǒng)的液 液萃取 不需要大量互不相溶的溶劑 2 處理過程中不會產(chǎn)生乳化現(xiàn)象 3 采用高效 高選擇性的吸附劑 使萃取選擇性高 重復(fù)性好 4 簡化樣品處理過程 減少費用 保留沖洗洗脫 樣品基質(zhì)沖洗溶劑洗脫溶劑 1 3固相萃取機制 1 4固相萃取過程 分析物 干擾物 柱預(yù)處理 樣品添加 柱洗滌 分析物洗脫 27 1 4固相萃取的過程 1 吸附劑的預(yù)處理為保證萃取良好的再現(xiàn)現(xiàn)性 固相柱在使用前必須用適當(dāng)?shù)娜軇┣逑?對固相柱進行活化 展開碳氫鏈增加和分析物作用的表面積 對固相柱進行清洗 除去柱上吸附的對分析有影響的物質(zhì)加樣前預(yù)處理好的柱子必須保持濕潤 28 2 添加樣品將樣品加于固相萃取柱中 用正壓或負(fù)壓 常壓 使樣品通過柱子 樣品的流速必須控制 一般在1 5mL min 以離子交換為作用機理的萃取 速度要適當(dāng)降低 以保證分析物有足夠的時間與柱填料的離子交換官能團發(fā)生作用 29 3 固相柱的洗滌用適當(dāng)?shù)南礈烊軇┯羞x擇性地將吸附力弱的雜質(zhì)洗滌下來 而留分析物于柱上 4 固相柱的干燥用自然或吹氮的方法使固相柱干燥 在非水溶性有機溶劑為洗脫劑或用GC分析時 柱的干燥尤為重要 30 5 分析物的洗脫選擇適當(dāng)?shù)娜軇⒎治鑫锵疵撓聛?用于分析或進一步處理 洗脫溶劑應(yīng)滿足 A 必須有足夠的強度 以最小用量將分析物洗脫下來 B 必須有足夠的選擇性 盡可能只將分析物洗脫 而將吸附力強的雜質(zhì)留在柱上 31 1 5固相萃取分離模式 固相萃取分離模式與液相色譜相同 1 正相 吸附劑極性大于洗脫液極性 2 反相 吸附劑極性小于洗脫液極性 3 離子交換 32 什么是極性 在化學(xué)中 極性指一根共價鍵或一個共價分子中電荷分布的不均勻性 如果電荷分布得不均勻 則稱該鍵或分子為極性 如果均勻 則稱為非極性 物質(zhì)的一些物理性質(zhì) 如溶解性 熔沸點等 與分子的極性相關(guān) 一個共價分子是極性的 是說這個分子內(nèi)電荷分布不均勻 或者說 正負(fù)電荷中心沒有重合 分子的極性取決于分子內(nèi)各個鍵的極性以及它們的排列方式 在大多數(shù)情況下 極性分子中含有極性鍵 非極性分子中含有非極性鍵 然而 非極性分子也可以全部由極性鍵構(gòu)成 只要分子高度對稱 各個極性鍵的正 負(fù)電荷中心就都集中在了分子的幾何中心上 這樣便消去了分子的極性 這樣的分子一般是直線形 三角形或四面體形 33 溶解性分子的極性對物質(zhì)溶解性有很大影響 極性分子易溶于極性溶劑 非極性分子易溶于非極性溶劑 也即 相似相溶 蔗糖 氨等極性分子和氯化鈉等離子化合物易溶于水 具有長碳鏈的有機物 如油脂 石油的成分多不溶于水 而溶于非極性的有機溶劑 熔沸點在分子量相同的情況下 極性分子比非極性分子有更高的沸點 這是因為極性分子之間的取向力比非極性分子之間的色散力大 34 1 正相萃取 用極性吸附劑萃取極性物質(zhì) 在正相萃取時目標(biāo)化合物是否能夠保留在吸附劑上 取決于目標(biāo)化合物的極性官能團與吸附劑表面的極性官能團之間相互作用 包括氫鍵 鍵 偶極 偶極 偶極 誘導(dǎo)偶極相互作用以及其他的極性 極性作用 正相固相萃取可以從非極性溶劑樣品中萃取極性化合物 35 2 反相萃取 通常用非極性的或極性較弱的吸附劑萃取中等極性到非極性化合物 目標(biāo)化合物與吸附劑間的作用是疏水性相互作用 主要是非極性 非極性相互作用 是范德華力或色散力 36 3 離子交換萃取 離子交換固相萃取所用的吸附劑是帶有電荷的離子交換樹脂 所萃取的目標(biāo)化合物是帶有電荷的化合物 目標(biāo)化合物與吸附劑之間的相互作用是靜電吸引力 37 1 6吸附劑選擇 1 根據(jù)目標(biāo)化合物性質(zhì)和樣品基體性質(zhì) 2 盡量選擇與目標(biāo)化合物極性相似的吸附劑 可以得到目標(biāo)化合物的最佳吸附 3 例如 萃取碳氫化合物時 采用反相固相萃取 當(dāng)目標(biāo)化合物極性適中時 正 反相固相萃取都可使用 吸附劑選擇考慮的其它因素 4 目標(biāo)化合物在極性或非極性溶劑中的溶解度 這主要涉及淋洗液的選擇 5 目標(biāo)化合物有無可能離子化 通過調(diào)節(jié)pH值 從而決定是否采用離子交換固相萃取 6 目標(biāo)化合物有無可能與吸附劑形成共價鍵 如形成共價鍵 在洗脫時可能會遇到麻煩 7 非目標(biāo)化合物與目標(biāo)化合物在吸附劑的吸附點上的競爭程度 這關(guān)系到目標(biāo)化合物與干擾化合物是否能很好分離 遵循 相似相溶 原則 并滿足下列求 1 對被測組分溶解度大 2 對干擾雜質(zhì)的溶解度小 3 能有效釋放被測組分 4 具有良好地解離蛋白或脂肪的能力 5 沸點適中 40 80 黏度小 毒性低 易純化 價格低廉 并易于進一步凈化處理 1 8洗脫溶劑的選擇 1 9常見SPE柱類型 極性柱 CN NH2 PSA 20H Si 等 非極性柱 C18 C8 C2 CH CN PH陽離子交換柱 SCX PRS CBA陰離子交換柱 SAX PSA NH2 DEA共價型柱 PBA根據(jù)目標(biāo)化合物性質(zhì)和樣品種類 選用合適的SPE柱和淋洗劑 不同規(guī)格的SPE柱 正相 silicagel almina florisil CN NH2 Diol 反相 C18 C8 C4 Phenyl 離子交換 SAX WAX SCX WCX 排放槽 收集瓶 SPE柱 SPE柱預(yù)處理 樣品添加 柱洗滌 SPE柱 排放槽 收集瓶 餾份洗脫 在線HPLC分析 45 1 10SPE應(yīng)用 復(fù)雜樣品中微量或痕量目標(biāo)化合物的分離和富集 例如 生物體液 如血液 尿等 中藥及其代謝產(chǎn)物的分析 食品中有效成分或有害成分的分析 環(huán)保水樣中有機污染的分析的樣品前處理 自動固相萃取儀 控制器 主機 SPE柱 試劑 移液針 注射泵 樣品 在線SPE HPLC分析 48 2凝膠凈化法 GPC 2 1原理根據(jù)多孔凝膠對不同大小分子的排助效應(yīng)進行分離 樣品在多孔凝膠柱中隨著流動相的移動 待分離的組分沿凝膠顆粒間的孔隙移動 大分子移動路徑較短 先流出色譜柱 小分子由于擴散進入凝膠顆粒內(nèi)部 遷移路徑長 后流出色譜柱 實現(xiàn)分離 GPC的原理 利用空間排阻 分子尺寸大小 進行分離 小分子通過樹脂 球 中的孔 大分子不能從孔中通過 柱填料 BioBeadsS X3 中性多孔的交聯(lián)苯乙烯二乙烯基苯聚合物 50 2 2凝膠色譜儀 利用凝膠滲透色譜 排阻色譜 的分離原理制造的商品化儀器 泵流動相樣品凝膠柱組分分離大分子先流出棄掉小分子目標(biāo)化合物后流出收集 GPC樣品凈化系統(tǒng) 手動 手動樣品凈化系統(tǒng) GPC樣品凈化系統(tǒng) 全自動 控制系統(tǒng) 可編程控制軟件 自動進樣 餾分收集系統(tǒng)柱子溶劑輸送泵UV檢測器進樣閥及柱通路閥 53 2 3影響GPC分離效果因素 1 分子的形狀和體積 2 芳烴類化合物 包括多環(huán)芳烴 由于與柱填料聚合物之間形成pi pi健 所以洗脫時間較長 3 不同的溶劑系統(tǒng)對凝膠的溶脹作用不同 所以采用不同的溶劑系統(tǒng)會得到不同的分離結(jié)果 54 固相微萃取 SolidPhaseMicroextraction 固相微萃取 SPME 是九十年代興起并迅速發(fā)展的新型的 環(huán)境友好的樣品前處理技術(shù) 無需有機溶劑 操作簡便 在一個簡單過程中同時完成了取樣 萃取 富集和進樣 是對液體樣品中痕量有機污染物萃取方面的重要貢獻 55 3 1固相微萃取原理 吸附 在石英纖維萃取頭外表面涂漬一層固定液 遵循相似相溶原理 待測物在一定條件下被溶解 吸附在固定液中 并在固定液和樣品中介質(zhì)中達到平衡 涂層上吸附的待測物的量與樣品中待測物濃度線性相關(guān) 解吸 采用熱解吸GC測定 56 3 2SPME特點 1 無需溶劑直接提取水溶液和固體基質(zhì)中的揮發(fā)性和半揮發(fā)性化合物 2 不同吸附纖維滿足多種應(yīng)用需求 3 配合自動進樣器使用 保證實驗的精確度和準(zhǔn)確性 4 可取代其他樣品濃縮技術(shù) 5 經(jīng)濟 每個萃取頭可以反復(fù)使用50次以上 最多達200次左右 57 3 3固相微萃取的分類 1 直接固相微萃取 Direct SPME 將涂有高分子固相液膜的石英纖維直接插入樣品溶液或氣樣中 對目標(biāo)分析物進行萃取 經(jīng)過一定時間達到分配平衡 即可取出進行色譜分析 58 3 3固相微萃取的分類 2 頂空固相微萃取法 HS SPME 石英纖維停放在樣品溶液上方進行頂空萃取 不與樣品基體接觸 避免了基體干擾 同時提高了分析速度 60 3 4固相微萃取的操作步驟 1 樣品萃取將SPME針管穿透樣品瓶隔墊 插入瓶中 推手柄桿使纖維頭伸出針管 纖維頭可以浸入水溶液中 直接萃取 或置于樣品上部空間 頂空方式 萃取時間大約2 30分鐘 縮回纖維頭 然后將針管退出樣品瓶 61 3 4固相微萃取的操作步驟 2 GC分析將SPME針管插入GC儀進樣口 推手柄桿 伸出纖維頭 熱脫附樣品進GC色譜柱 縮回纖維頭 移去針管 完成全過程 62 3 5SPME技術(shù)關(guān)鍵 固相微萃取關(guān)鍵在于選擇石英纖維上的涂層 吸附劑 要使目標(biāo)化合物能吸附在涂層上 而干擾化合物和溶劑不吸附 一般原則是 目標(biāo)化合物是非極性時選擇非極性涂層 目標(biāo)化合物是極性時選擇極性涂層 63 其它影響因素 1 液膜厚度及其性質(zhì)的影響 石英纖維表面的固相液膜厚度對于分析物的固相吸附量和平衡時間都有影響 液膜越厚 固相吸附量越大 有利于提高方法靈敏度 64 2 攪拌效率的影響 HS SPME方法中分析物由液相向氣相擴散仍是最慢的一步 通過攪拌 加快分析物由液相向氣相擴散的速度 使頂空區(qū)分析物濃度