痕量分析富集與分離ppt課件

1、第六章 痕量分析的富集與分別 1.1.概概 述述 1 1痕量分析富集分別方式痕量分析富集分別方式 物質(zhì)的分別方法是利用混合物中的個別組物質(zhì)的分別方法是利用混合物中的個別組分在兩相中分配系數(shù)的差別而使物質(zhì)被分配進入不同的相。分在兩相中分配系數(shù)的差別而使物質(zhì)被分配進入不同的相。痕量分析所涉及的是樣品中痕量組分的測定，有三種能夠痕量分析所涉及的是樣品中痕量組分的測定，有三種能夠的分別方式：的分別方式： 常量常量- -微量分別微量分別微量微量- -常量分別常量分別微量微量- -微量分別微量分別2) 富集分別的評價目的富集分別的評價目的 回收率回收率RT) 定義定義 RT= QT/ QT0 100% Q

2、T和和QT0分別表示富集后和富集前待測痕量組分的量分別表示富集后和富集前待測痕量組分的量 痕量分析對痕量分析對RT的要求的要求普通情況，要求普通情況，要求RT在在90-110%之間之間 富集倍數(shù)富集倍數(shù)F)F) 定義：痕量組分的回收率與基體的回收率之比定義：痕量組分的回收率與基體的回收率之比 F F的大小依賴于試樣中待測痕量組分的濃度和所用的測的大小依賴于試樣中待測痕量組分的濃度和所用的測定方法定方法 其它需思索的要素其它需思索的要素 待測痕量組分的沾污和損失要小待測痕量組分的沾污和損失要小 方法簡單、快速，富集后的樣品適于進一步的處置方法簡單、快速，富集后的樣品適于進一步的處置 樣品量的大小

3、樣品量的大小3 痕量分析中常用的富集分別方法痕量分析中常用的富集分別方法 表表5-1 痕量分析中的分別富集技術(shù)痕量分析中的分別富集技術(shù)樣品形狀樣品形狀被分別物質(zhì)被分別物質(zhì)富集分別方法富集分別方法固體或熔融體固體或熔融體顆粒顆粒在顯微鏡下手選、篩分、磁選、重液選、浮選在顯微鏡下手選、篩分、磁選、重液選、浮選各組分各組分選擇溶解、電解溶解、升華、在高溫或真空下提選擇溶解、電解溶解、升華、在高溫或真空下提取金屬中氣體、有機物干法灰化、區(qū)域熔融、火取金屬中氣體、有機物干法灰化、區(qū)域熔融、火試金法、活性氣流提取試金法、活性氣流提取液體液體顆粒顆粒過濾、離心、浮選過濾、離心、浮選溶解物溶解物沉淀、共沉淀與

4、共結(jié)晶、揮發(fā)液沉淀、共沉淀與共結(jié)晶、揮發(fā)液- -液萃取、色譜、液萃取、色譜、吸附、分配、分子篩、凝膠浸透色譜、滲析與反吸附、分配、分子篩、凝膠浸透色譜、滲析與反滲析、冷凍枯燥和冷凍濃縮、真空蒸餾和蒸汽蒸滲析、冷凍枯燥和冷凍濃縮、真空蒸餾和蒸汽蒸餾餾氣體氣體顆粒顆粒過濾、沖擊、沉淀、離心、靜電沉降、熱沉降過濾、沖擊、沉淀、離心、靜電沉降、熱沉降各組分各組分吸收、吸附、冷凝、浸透、氣體分散、衍生化作吸收、吸附、冷凝、浸透、氣體分散、衍生化作用用2. 2. 痕量分析中幾種常用的分別富集技術(shù)痕量分析中幾種常用的分別富集技術(shù) 1) 1) 固相萃取固相萃取(solid phase extraction )

5、(solid phase extraction )a. a. 概述概述 根本原理：根本原理： 利用固定相將液體樣品中的待測組分吸附，與樣品中基體利用固定相將液體樣品中的待測組分吸附，與樣品中基體和干擾組分分別，然后用洗脫液洗脫，到達分別或富集待測組和干擾組分分別，然后用洗脫液洗脫，到達分別或富集待測組分目的。有時候，可以讓感興趣的組分分析物直接經(jīng)過固分目的。有時候，可以讓感興趣的組分分析物直接經(jīng)過固定相而不被保管，同時大部分干擾物被保管在固定相上，從而定相而不被保管，同時大部分干擾物被保管在固定相上，從而得到分別。得到分別。 固相萃取的分別機理、固定相和溶劑的選擇和固相萃取的分別機理、固定相和

6、溶劑的選擇和HPLCHPLC類似，只類似，只是在填料的外形和粒徑上有所區(qū)別是在填料的外形和粒徑上有所區(qū)別b. b. 固相萃取安裝固相萃取安裝 固相萃取柱固相萃取柱 構(gòu)造：固相萃取柱由柱管、篩板和固定相三部分組構(gòu)造：固相萃取柱由柱管、篩板和固定相三部分組成成 圖圖6-1 6-1 固相萃取柱固相萃取柱 存在問題：存在問題： 流速遭到限制流速遭到限制 對于比較臟的樣品，很容易將柱堵塞，添加樣對于比較臟的樣品，很容易將柱堵塞，添加樣品處置時間品處置時間 填料粒徑較大，容易呵斥填充不均勻填料粒徑較大，容易呵斥填充不均勻 固相萃取盤固相萃取盤 構(gòu)造圖構(gòu)造圖v 由粒徑很細(xì)的鍵合硅膠或其它填由粒徑很細(xì)的鍵合硅

7、膠或其它填料同聚四氟乙烯或玻璃纖維絲壓制料同聚四氟乙烯或玻璃纖維絲壓制而成。填料約占而成。填料約占SPESPE盤總量的盤總量的60-90%60-90%，盤的厚度僅盤的厚度僅0.5-1mm0.5-1mm。 v 固相萃取盤的截面積大，允許液固相萃取盤的截面積大，允許液體試樣以較高的流量經(jīng)過體試樣以較高的流量經(jīng)過 圖圖6-2 6-2 固相萃取盤固相萃取盤c.c.固相萃取固定相固相萃取固定相 鍵合硅膠固定相鍵合硅膠固定相 經(jīng)過化學(xué)反響的方法把各種有機官能團共價鍵合到硅膠經(jīng)過化學(xué)反響的方法把各種有機官能團共價鍵合到硅膠外表的游離羥基上。外表的游離羥基上。 正相：鍵合基團為正相：鍵合基團為CN(CN(腈基

8、腈基) )、DIOLDIOL二醇基、二醇基、NH2NH2氨基氨基可作為正相的固定相。正相固定相是極性的，用來保管極性可作為正相的固定相。正相固定相是極性的，用來保管極性物質(zhì)物質(zhì) 反相：反相：C18C18十八烷基、十八烷基、C8C8辛烷基、辛烷基、C2C2乙基、乙基、CHCH環(huán)己烷基、環(huán)己烷基、PHPH苯基都是反相固定相。反相固定相用苯基都是反相固定相。反相固定相用來保管非極性或弱極性的分析物來保管非極性或弱極性的分析物離子交換：鍵合基團為丙磺酸基離子交換：鍵合基團為丙磺酸基PRSPRS、SCX(SCX(苯磺酸基苯磺酸基) )、二乙基丙基胺二乙基丙基胺DEADEA、三甲基丙基胺、三甲基丙基胺SA

9、XSAX可作為離子交可作為離子交換固定相。換固定相。 正相固定相正相固定相 溶劑強度溶劑強度反相固定相反相固定相己烷己烷 水水異辛烷異辛烷甲醇甲醇甲苯甲苯異丙醇異丙醇氯仿氯仿乙腈乙腈二氯甲烷二氯甲烷丙酮丙酮四氫呋喃四氫呋喃乙酸乙酸乙酸乙酸四氫呋喃四氫呋喃丙酮丙酮二氯甲烷二氯甲烷乙腈乙腈氯仿氯仿異丙醇異丙醇甲苯甲苯甲醇甲醇異辛烷異辛烷水水己烷己烷 弱弱 強強表表 6-1 6-1 溶劑強度溶劑強度 高分子聚合物吸附劑高分子聚合物吸附劑 有機聚合物吸附劑多為苯乙烯有機聚合物吸附劑多為苯乙烯- -二乙烯基苯共聚物，二乙烯基苯共聚物，聚甲基丙烯酸甲酯等。根據(jù)極性大小和所選用的單體分聚甲基丙烯酸甲酯等。根

10、據(jù)極性大小和所選用的單體分子構(gòu)造不同，可分為強極性、極性、中等極性、非極性子構(gòu)造不同，可分為強極性、極性、中等極性、非極性四種類型四種類型 碳基吸附劑：常見的有活性炭、分子篩、多孔石墨碳碳基吸附劑：常見的有活性炭、分子篩、多孔石墨碳等等 混合型吸附劑混合型吸附劑 ：混合型吸附劑能綜合運用氫鍵、極：混合型吸附劑能綜合運用氫鍵、極性、非極性以及離子間相互作用等多種作用力，使各種性、非極性以及離子間相互作用等多種作用力，使各種吸附劑在性能上相互補充，可用于各種化合物的固相萃吸附劑在性能上相互補充，可用于各種化合物的固相萃取。已開發(fā)成產(chǎn)品的有取。已開發(fā)成產(chǎn)品的有VarianVarian的的Bond-E

11、lut CertifyBond-Elut Certify等。等。 圖圖 6-3 6-3 固相萃取過程固相萃取過程d. d. 固相萃取過程固相萃取過程 固相萃取操作普通有四個根本步驟：固定相活化、樣品固相萃取操作普通有四個根本步驟：固定相活化、樣品上柱、淋洗和分析物洗脫上柱、淋洗和分析物洗脫 固定相活化固定相活化 活化的目的是除去柱內(nèi)一切雜質(zhì)并發(fā)明一個與樣品溶劑活化的目的是除去柱內(nèi)一切雜質(zhì)并發(fā)明一個與樣品溶劑相容的環(huán)境相容的環(huán)境 。通常需求兩種溶劑來完成上述義務(wù)，第一個。通常需求兩種溶劑來完成上述義務(wù)，第一個溶劑初溶劑用于凈化固定相，另一種溶劑終溶劑用溶劑初溶劑用于凈化固定相，另一種溶劑終溶劑用

12、于建立一個適宜的固定相環(huán)境使樣品分析物得到適當(dāng)?shù)谋９?。于建立一個適宜的固定相環(huán)境使樣品分析物得到適當(dāng)?shù)谋９?。每一種活化溶劑用量約每一種活化溶劑用量約1-2ml/100mg1-2ml/100mg固定相。固定相。 以反相以反相C18C18固相萃取柱為例。先使數(shù)毫升的甲醇經(jīng)過萃固相萃取柱為例。先使數(shù)毫升的甲醇經(jīng)過萃取柱，再用水或緩沖溶液頂替滯留在柱中的甲醇。取柱，再用水或緩沖溶液頂替滯留在柱中的甲醇。 上樣上樣 試樣倒入活化過的固相萃取柱，然后利用抽真空、試樣倒入活化過的固相萃取柱，然后利用抽真空、加壓或離心的方式使樣品進入固定相，這時分析物和一加壓或離心的方式使樣品進入固定相，這時分析物和一些樣品

13、干擾物保管在固定相上些樣品干擾物保管在固定相上 本卷須知：為了保管分析物，溶解樣品的溶劑必需本卷須知：為了保管分析物，溶解樣品的溶劑必需較弱較弱 圖圖6-4 6-4 樣品進入固定相的方法樣品進入固定相的方法 淋洗淋洗 分析物得到保管后，通常需求淋洗固定相以洗分析物得到保管后，通常需求淋洗固定相以洗掉不需求的組分；淋洗溶劑必需洗掉盡量多的干擾組掉不需求的組分；淋洗溶劑必需洗掉盡量多的干擾組分，但不能強到可以洗脫任何一個分析物的程度。溶分，但不能強到可以洗脫任何一個分析物的程度。溶劑用量普通劑用量普通0.5-0.8ml/100mg0.5-0.8ml/100mg固定相固定相 洗脫洗脫 淋洗過后，將分

14、析物從固定相上洗脫。洗脫溶劑淋洗過后，將分析物從固定相上洗脫。洗脫溶劑用量普通用量普通0.5-0.8ml/100mg0.5-0.8ml/100mg固定相固定相 反相反相C18C18固相萃取柱萃取水樣中多環(huán)芳烴固相萃取柱萃取水樣中多環(huán)芳烴 活化：先甲醇，后水；上樣：活化：先甲醇，后水；上樣：3ml3ml分析物水溶液分析物水溶液 淋洗淋洗/ /洗脫：洗脫：3ml3ml水、水、10%10%甲醇、甲醇、20%20%甲醇、甲醇、30%30%甲甲醇直到醇直到100%100%甲醇甲醇 、丙酮、丙酮圖圖6-4 6-4 洗脫圖分布實例洗脫圖分布實例結(jié)論：淋洗溶劑應(yīng)為結(jié)論：淋洗溶劑應(yīng)為20%20%甲醇；甲醇；80

15、%80%甲醇為洗脫劑甲醇為洗脫劑e. e. 固相萃取優(yōu)點固相萃取優(yōu)點 可選擇分別方式很多，可以提供多種實驗途徑可選擇分別方式很多，可以提供多種實驗途徑 不會出現(xiàn)乳化景象，提高分別效率不會出現(xiàn)乳化景象，提高分別效率 減少溶劑大量運用和暴露，保證明驗室平安、低毒減少溶劑大量運用和暴露，保證明驗室平安、低毒 減少勞動強度減少勞動強度 重現(xiàn)性好便于不同實驗室進展質(zhì)控比較分析結(jié)果重現(xiàn)性好便于不同實驗室進展質(zhì)控比較分析結(jié)果 易于與其他儀器聯(lián)用，實現(xiàn)自動化在線分析易于與其他儀器聯(lián)用，實現(xiàn)自動化在線分析1.1.痕量分析的富集與分別痕量分析的富集與分別1 1痕量分析中存在的三種分別方式痕量分析中存在的三種分別方

16、式 ：常量常量- -微量分別；微量分別；微量微量- -常量分別；常量分別；微量微量- -微量分別微量分別富集分別的評價目的富集分別的評價目的 主要評價目的：待測組分回收率、富主要評價目的：待測組分回收率、富集倍數(shù)集倍數(shù) 其它思索要素：待測痕量組分的沾污其它思索要素：待測痕量組分的沾污和損失??；方法簡單、快速，富集后的樣品適于和損失小；方法簡單、快速，富集后的樣品適于作進一步處置；費用能否昂貴等作進一步處置；費用能否昂貴等 2.2.固相萃取固相萃取 1 1根本原理：根本原理： 利用固定相將液體樣品中的待測組分利用固定相將液體樣品中的待測組分吸附，與樣品中基體和干擾組分分別，然后用洗脫液洗吸附，與

17、樣品中基體和干擾組分分別，然后用洗脫液洗脫，到達分別或富集待測組分目的。脫，到達分別或富集待測組分目的。 2 2固相萃取的固定相種類和固相萃取的固定相種類和HPLCHPLC類似，但在在填料的類似，但在在填料的外形和粒徑上有所區(qū)別外形和粒徑上有所區(qū)別3 3 固相萃取柱和固相萃取盤的區(qū)別：填料粒徑和床厚固相萃取柱和固相萃取盤的區(qū)別：填料粒徑和床厚度度/ /直徑比直徑比4 4固相萃取過程固相萃取過程 固相萃取操作普通有四個根本步驟：固定相活固相萃取操作普通有四個根本步驟：固定相活化、上樣、淋洗和分析物洗脫化、上樣、淋洗和分析物洗脫5 5固相萃取優(yōu)點：可選擇分別方式很多，可以提供多種實固相萃取優(yōu)點：可

18、選擇分別方式很多，可以提供多種實驗途徑；不會出現(xiàn)乳化景象，提高分別效率；減少溶劑大驗途徑；不會出現(xiàn)乳化景象，提高分別效率；減少溶劑大量運用和暴露；減少勞動強度；重現(xiàn)性好；易于與其他儀量運用和暴露；減少勞動強度；重現(xiàn)性好；易于與其他儀器聯(lián)用，實現(xiàn)自動化在線分析器聯(lián)用，實現(xiàn)自動化在線分析2)2)液液萃取在無機痕量分析的運用液液萃取在無機痕量分析的運用概述概述 萃取體系萃取體系 : :螯合萃取螯合萃取利用金屬離子與螯合劑構(gòu)成疏水性的螯利用金屬離子與螯合劑構(gòu)成疏水性的螯合物由水相萃取到有機相合物由水相萃取到有機相離子締合萃取離子締合萃取經(jīng)過離子締協(xié)作用以離子締合物的經(jīng)過離子締協(xié)作用以離子締合物的方式進

19、入有機相方式進入有機相b. b. 痕量元素的萃取痕量元素的萃取 痕量元素的螯合萃取痕量元素的螯合萃取 天然水、廢水以及其它水樣中的各種痕量重金屬，在天然水、廢水以及其它水樣中的各種痕量重金屬，在適當(dāng)條件下，可以以螯合物的方式萃取到小體積的有機適當(dāng)條件下，可以以螯合物的方式萃取到小體積的有機相中相中 高純資料和其它固體樣品中痕量元素的富集也常高純資料和其它固體樣品中痕量元素的富集也常用螯合萃取法用螯合萃取法 生物樣品如血、尿和組織中金屬離子可直接萃取，生物樣品如血、尿和組織中金屬離子可直接萃取，其它形狀的金屬化合物需求先消解其它形狀的金屬化合物需求先消解 痕量元素的離子締合萃取痕量元素的離子締合

20、萃取 基體元素的萃取基體元素的萃取基體元素的螯合萃取基體元素的螯合萃取 基體元素的螯合萃取基體元素的螯合萃取 運用較少，存在兩個問題：運用較少，存在兩個問題：金屬螯合物在有機相中的溶解度有限金屬螯合物在有機相中的溶解度有限共萃取效應(yīng)能夠使痕量待測元素?fù)p失；大量螯合劑引起溶共萃取效應(yīng)能夠使痕量待測元素?fù)p失；大量螯合劑引起溶液沾污液沾污基體元素的離子締合萃取基體元素的離子締合萃取 離子締合體系中有機相的萃取容量大，適宜基體元素萃取離子締合體系中有機相的萃取容量大，適宜基體元素萃取 廣泛運用于高純金屬和化合物中廣泛運用于高純金屬和化合物中ug/g級或級或ng/g級的雜質(zhì)分級的雜質(zhì)分別別3沉淀和共沉淀

21、基體元素的沉淀：在適當(dāng)條件下，可用沉淀法除去基體元素，而把痕量待測元素定量地留在溶液中 沉淀劑分類無機沉淀劑 氨水、氫氧化鈉、硫化氫等有機沉淀劑 常用的有機沉淀劑有二肟類(如丁二酮肟)、羥基肟類(如水楊醛肟)、亞硝基化合物(如銅鐵靈)、8-羥基喹啉及其衍生物等 基體沉淀法的弊端：基體沉淀法的弊端： 大量運用沉淀劑容易呵斥溶液沾污大量運用沉淀劑容易呵斥溶液沾污 共沉淀作用能夠引起待測痕量元素的共沉淀作用能夠引起待測痕量元素的損失損失 溶液的稀釋倍數(shù)比較大，給后面測定溶液的稀釋倍數(shù)比較大，給后面測定帶來困難帶來困難b. 痕量元素的共沉淀 共沉淀的定義：在沉淀分別中，待分別化合物未到達溶度積，而由于

22、體系中存在的其他難溶化合物捕集劑或載體在構(gòu)成沉淀過程中引起的待分別化合物同時沉淀的一類景象 共沉淀劑的分類 無機共沉淀劑 氫氧化物、硫化物、硫酸鹽等 有機共沉淀劑 甲基紫、孔雀綠、品紅等4 4 揮發(fā)揮發(fā)a.a.概述概述揮發(fā)法是將氣體和揮發(fā)性組分從液體或固體樣品中轉(zhuǎn)揮發(fā)法是將氣體和揮發(fā)性組分從液體或固體樣品中轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗟倪^程，它包括蒸發(fā)、蒸餾、升華、氣體變?yōu)闅庀嗟倪^程，它包括蒸發(fā)、蒸餾、升華、氣體發(fā)生和驅(qū)氣。發(fā)生和驅(qū)氣。 普通來說，在一定的溫度和壓力下，當(dāng)待測痕量組分普通來說，在一定的溫度和壓力下，當(dāng)待測痕量組分的揮發(fā)性和蒸汽壓足夠大，而基體的揮發(fā)性和蒸汽的揮發(fā)性和蒸汽壓足夠大，而基體的揮發(fā)性和

23、蒸汽壓小到可以忽略時，可選擇性地?fù)]發(fā)痕量組分。反壓小到可以忽略時，可選擇性地?fù)]發(fā)痕量組分。反之，假設(shè)基體的揮發(fā)性和蒸汽壓遠大于痕量組分，之，假設(shè)基體的揮發(fā)性和蒸汽壓遠大于痕量組分，那么可選擇性地?fù)]發(fā)基體元素那么可選擇性地?fù)]發(fā)基體元素( (或化合物或化合物) )。 a. 痕量組分的揮發(fā)痕量組分的揮發(fā)溶液中痕量組分的揮發(fā)溶液中痕量組分的揮發(fā) 在液體樣品在液體樣品(或者通常把固體溶解成溶液或者通常把固體溶解成溶液)中，使痕量中，使痕量組分定量揮發(fā)，揮發(fā)出來的元素或化合物，用適當(dāng)?shù)慕M分定量揮發(fā)，揮發(fā)出來的元素或化合物，用適當(dāng)?shù)娜芤何眨淠蛴闷渌都椒ㄟM展富集，然后進溶液吸收，冷凝或用其他捕集方法進展富集，然后進展測定?？芍苯优c各種檢測儀器相聯(lián)接，實現(xiàn)試樣的展測定?？芍苯优c各種檢測儀器相聯(lián)接，實現(xiàn)試樣的分解、富集分別和測定同時進展。分解、富集分別和測定