环境样品前处理2

第二章
固相萃取技术
前言 人们重视分析过程的自动化，快速化；而对样品 的制备不够重视。 导致样品制备和处理：费时；劳动强度大；难以 实现自动化；精密度差，对环境不友好等 开发了许多技术：
固相萃取 （Solid Phase Extraction）
原理：其原理是根据样品中不同组分在固 相填料上作用力强弱不同，使被测组分与其它 组分分离。主要用于环境水样及可溶的固体环 境样品，也可用于捕集气体中的痕量有机物及 气溶胶。改变洗脱剂组分，填料的种类及其它 参数可以改变各组分的作用力强度，达到不同 组分分离的目的。
固相萃取的局限性：
柱径较窄，限制了流速，通常1-10ml/min 填料粒径40um左右，若增加流速会产生动力学 效应 对较脏样品容易堵塞 容易产生缝隙 为了克服阻力大、流速低、易产生缝隙等问题， 近年来出现了厚度为1mm左右的膜过滤片形成的 盘状结构
操 作 步 骤
一 柱 预 处 理
固相萃取和高效液相色谱的区别
柱效低
固相萃取柱填料的粒径（粒径为40-80μm）大于 液相色谱填料粒径（3-10μm），柱长度短
只能分离性质差别大的物质
柱效在10-20理论塔板；高效液相色谱柱效在 10000理论塔板之上。
固相萃取的特点
高的回收率和高的富集倍数
回收率可达70%-100%；富集很容易达到几百倍。
操 作 步 骤 三 除 杂 质 中等强度溶剂洗脱 条 件 实 验 洗脱廓形 最 佳 浓 度 体 积
目的主要是为了去除吸附在柱子上的少量基体干扰组分。合适的洗涤液 应该能将基体干扰组分尽可能除净，又不会导致被吸附的分析物流失。
/
操 作 步 骤 四 高强度溶剂洗脱 洗 测 空白实验 测定空白值 脱 收 定 集 回 强 杂 收 体 收 度 质 积 集 率 大 多 小 / 最 佳 浓 度 体 积
键合硅胶类固定相的特点
缺点
一、不适用对极性很大的分析物 二、对强碱性及强酸性介质的敏感性
一方面会被碱溶解，另一方面会发生硅胶与烷基碳 链化学键的断裂，在强酸性中硅胶与烷基碳链之间的 化学键也会发生断裂。
其他氧化物及键合氧化物固定相萃取吸附剂
氧化铝、氧化镁、氧化钛、氧化锆、氧化钍 等，具有活性羟基，这些氧化物及其烷基键 合物也有可能作为固相萃取的吸附剂。 与硅胶相比的优点： 一、在酸碱溶液中稳定性高，在任意PH值中 使用。 二、独特的吸附表面，对酸性化合物具有较强 的吸附性能 三、适合于某些生物样品的分离和富集
/
将柱子（3ml或6ml）放在固定架上（自制），用 5ml玻璃移液管吸3ml的氯仿加到SPE-Si柱 （SPE-Si柱，500mg/3ml，Phenomenex， USA）上进行活化，之后，将吹干样品先用500ul 微量注射器取200ul的氯仿溶解，涡流15秒，洗入 柱子，再用200ul涡流15秒，洗入柱子。然后分别 用5ml的氯仿分离中性脂类，加10ml的丙酮分离 甘油脂，氯仿与丙酮的分离相收集于废液瓶中，并 用丙酮洗柱尖，以便清除不纯物。加5ml的甲醇,并 使甲醇在柱中停留1min，最后洗脱的极性磷脂用 10ml尖头离心管收集（上述按生产商指令进行）， 得到的甲醇分离物在40℃水浴下用N2吹干（气流 不要过大）。放在-20℃冰箱保存，待分析。
使用的高纯有毒有机溶剂溶剂量很少，减少 了对环境污染，环境友好。 无相分离操作，易于收集分析物组分，能处 理小体积试样。 操作简单、快速、易于实现自动化。
。
固相萃取的优点
快速，特别是膜状萃取柱 与液-液萃取相比，减少了人力和溶剂 可用于野外采集样品的处理，方便运输、保 存 应用范围广，水、固甚至大气 容易与其它技术联用
键合硅胶固定相萃取实例
C18键合硅胶是最常用的固定相 萃取水中的多环芳烃（PAHs）: 一、分别用5ml甲醇和蒸馏水对萃取柱进行预处理 二、再将已经用盐酸酸化为PH=2.0的800ml水样以 20ml/min的流速过柱 三、用空气将柱中的残留水分吹干 四、用甲苯将分析物洗脱后蒸发至1ml， 五、最后用气相色谱-离子捕获质谱法测定。
正 己 烷
甲 醇
水 缓 冲 液
除去杂质
/
使填料溶剂化
提高重现性
操 作 步 骤
二 加 样
注意事项：
一、用合适的溶剂稀释试样，使样品溶液的溶剂强度调节到 合适的范围内。
二、适当减少试样体积或适当增加固相萃取柱的填料 三、加样萃取的流速应该适当。加样时采用的合理流速取决 于萃取柱或盘的几何性状和萃取填料粒径的大小。
特点
有毒溶剂用量少
无 相 分 离
操wenku.baidu.com简单、易自动化
问题 柱效低 柱径小，流速慢 1-10mL/min
柱 填 料 粒 径 〉
40μm
在污染体系中，易堵塞
是目前从水样品中萃取有机化合物时应用最多的分离富集技术
2.固相微萃取技术
由于无需使用有机溶剂，极大地改善了操作 人员的工作环境，使实验室排出的有毒溶剂 降至最低。操作简便 成熟的商品化技术，应用于大气、水和土壤 等各种环境样品中的挥发性、半挥发性、不 挥发性化合物的采集、分离和富集。 缺点：固体吸附剂容易堵塞，灵敏度不高
固相萃取的分类
正相固相萃取所用的吸附剂都是极性
的．取决于目标化合物的极性官能团与吸附 剂表面的极性官能团之间相互作用，其中包 括了氢键，π—π键相互作用，偶极－偶极相 互作用和偶极－诱导偶极相互作用以及其他 的极性－极性作用。
固相萃取的分类
反相固相萃取所用的吸附剂和目标化合物
通常是非极性的或极性较弱的，主要是靠非 极性－非极性相互作用，是范德华力或色散 力。
5. 微波消解和微波辅助萃取技术
原理: 利用微波加热的特性来对物料中目标成分
进行选择性萃取的方法。通过调节微波加热的
参数，可有效加热目标成分，以利于目标成分
的萃取与分离。
优点： 节能，省时，环境友好
缺点： 局部过热
6. 超临界流体萃取技术
原理：超临界流体萃取技术本质上就是利用压力和温
度对超临界流体溶解能力的影响而达到萃取分离 的目的。一般以二氧化碳作为萃取溶剂。 优点： 理想的，清洁的样品前处理技术 缺点：提取装臵复杂，高压下操作有危险性，成本高 适用范围： 杀虫剂、多氯联苯、多环芳烃等
7. 免疫萃取技术
原理： 将抗体固定在固相载体材料上，制成免疫亲和吸附 剂，将样品溶液通过吸附剂，样品中的目标化合物因 与抗体发生免疫亲和作用而被保留在固相吸附剂上，
然后用酸性缓冲液或有机溶剂作为洗脱剂洗脱固定相，
使目标化合物从抗体上解离，从而使目标化合物被萃 取和净化。 优点： 操作简单、选择性强 缺点：使用范围窄（分子质量小于1000）
C18柱： O 硅烷）
(CH2)17CH3 R
（十八烷基
苯基柱：
R O Si R (CH2)3
氨基柱：
R O Si R (CH2)3 NH2
氰基柱：
R O Si R (CH2)3 CN
R
阳离子交换柱：
O
Si
(CH2)3SO3-H+ R
R
阴离子交换柱： O
Si
(CH2)3 R
CH3 N+ CH3ClCH3
有机聚合物吸附剂
1 普通有机聚合物吸附剂 优点：一、在强酸和强碱中具有较高的稳定性 二、聚合物表面没有活性羟基，消除了由此 引起的次级作用。 三、吸附更加完全、回收率更高 四、被吸附的有机溶剂很容易被洗脱。 基体材料大多是苯乙烯-二乙烯基苯共聚物，少数 为聚甲基丙乙烯酸甲酯、苯乙烯-二乙烯基苯-乙烯 基乙苯共聚物及苯乙烯-二乙烯基苯-乙烯吡咯烷酮 适用于极性较大的有机分析物：酚类、杀虫剂等。
C18键合硅胶对大多数非极性及中等极性的分 析物具有很好的萃取能力。
键合硅胶类固定相的特点
优点： 一、采用了表面积大的硅胶作为基体制备的， 故保证了其具有较大的吸附容量。 二、具有良好的机械强度，常见的有机溶剂及 洗脱剂对其没有不良影响，一般也不会引起 膨胀或收缩。 三、商品化程度高，易于获得，适用化合物种 类范围广泛。
固相萃取操作步骤：
1.柱的预处理 - 为了获得高的回收率和良好的重现性，固相萃 取柱在使用之前必须用适当的溶剂进行预处理，预处理除去 填料中可能存在的杂质，另一个目的是使填料溶剂化，提高 固相萃取的重现性。 2.样品的添加 - 预处理后，试样溶液被加至并以一定的流速通 过柱子。在该步骤分析物或者干扰组分被保留在吸附剂上。 3.柱的洗涤 - 在样品通过萃取柱时，不仅分析物被吸附在柱子 上，一些杂质也同时被吸附，选择适当的溶剂，将干扰组分 洗脱下来，同时保持分析物仍留在柱上。 4.分析物的洗脱 - 用洗脱剂将分析物洗脱在收集管中。
键合硅胶固定相
残留在硅胶表面的硅醇基会对极性较大的组 分产生吸附，对萃取不利， 消除：采用三功能团硅烷化试剂与硅胶反应， 减少表面的硅醇基，键合完成后，再进行 “封端”处理。目的是使残留的硅醇基被封 闭或惰性化，采用更加活波且较短的硅烷化 试剂如三甲基硅烷等与固定相上残留的硅醇 基发生反应。
离子交换固相萃取是靠目标化合物与吸
附剂之间的相互作用是静电吸引力
常用固相萃取的吸附剂
一、键合硅胶类吸附剂 1 键合硅胶吸附剂基本性质、种类及应用 目前应用比较广泛、表面积一般在50-500m2, 表面的孔径大多在5-50nm之间。 选择合适的固定相：考察固定相的粒径、表面 积、极性、碳链长短、固定相的含碳量及是 否经过封端处理。 选择要根据相似相溶原理
第三节
固相萃取的吸附剂
固相萃取吸附剂 一 、最好为多孔的具有大的表面积的固体颗粒， 表面积越大，吸附能力越强。 二、应该降低固相萃取的空白值 尽可能地降 低固相萃取的空白值，从而最大限度地降低 测定的检测限。 三、萃取吸附过程必须可逆且有高的回收率 。 四、固相萃取吸附剂要有高的化学稳定性 五、必须与样品溶液有好的界面接触
3.压力液体萃取和亚临界水萃取
压力液体萃取（PLE，加速溶剂萃取，ASE）和亚临界水 萃取（SWE）是两种从固体基体中萃取有机污染物的技术。前 者是在高压下，用溶剂将固体中的目标化合物萃取出来；后者
则是在亚临界压力和温度下，用水提取土壤、沉积物和生物体
等固体样品中的分析物。
优点：萃取时间短，消耗溶剂少，高的萃取回收率
键合硅胶固定相的极性取决于：碳链的种类、 长度、固定相的含碳量、硅烷化试剂是单功 能团试剂还是三功能团试剂以及固定相是否 经过封端处理等。 一般碳链长，固定相含碳量大，固定相的极 性小；碳链短，固定相含碳量小，固定相的 极性大。
R
C8柱： O 硅烷）
Si R
R Si
(CH2)7CH3
（辛烷基
缺点：提取装臵复杂，高压下操作有危险性，成本高
4.吹扫-捕集技术
原理：用氮气、氦气或其他惰性气体将被测物从样品中抽 提出来 优点： 对环境不造成污染，取样量少、富集效率高、受基
体干扰小及容易实现在线检测
缺点： 易形成泡沫，给非极性气相色谱柱的分离也带来困
难，并且水对火焰类检测器也具有淬火作用。
适用范围：从液体或固体样品中萃取沸点低于200oC，溶 解度小于2%的挥发性或半挥发性有机物。
固相萃取是一种基于液固分离萃取的试样预处理技术，
由液固萃取和柱液色谱技术相结合发展而来的。通过 颗粒细小的多孔固相吸附剂选择性地吸附溶液中的被 测物质，被测物质被定量吸附后，用体积较小的另一 种溶剂洗脱或用热解析的方法解析被测物质，在次过 程中达到分离富集被侧物质的目的。
固相萃取技术
回收率、富集倍数高 SPE
环境样品前处理
授课人： 刘文莉
样品前处理
为什么要进行样品前处理？
浓缩被测痕量组分（ppm，ppb， ppt 级）的作用，提 高方法的灵敏度，降低最小检测限。 消除基体对测定的干扰，提高方法的选择性 通过衍生化的前处理方法，可以使一些在正常检测器 上没有响应或响应值较低的化合物转化为具有很高效 应值的化合物。 样品经前处理后就变得容易保存和运输 可以除去对仪器或分析系统有害的物质，如强酸或强 碱性物质，如生物大分子等，延长仪器使用寿命，使 分析测定能长期保持在稳定、可靠的状态下进行。
现有样品前处理技术的评价和展望
主动采样 —— 膜萃取+各种检测器 环境样品的采集 被动采样 —— 固相微萃取技术
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
固相萃取技术 固相微萃取技术 压力液体萃取和亚临界水萃取 吹扫-捕集技术 微波消解和微波辅助萃取技术 超临界流体萃取技术 免疫萃取技术
1. 固相萃取技术