9 3現(xiàn)代分離與富集方法介紹 內(nèi)容 一 液膜萃取分離法 二 固相萃取分離法 三 超臨界萃取分離法 一 液膜萃取分離法 1 基本原理 1 基本概念 被萃取相 與流動的試樣水溶液系統(tǒng)相連的相為被萃取相 萃取相 靜止不動的相為萃取相 中性分子 被萃取離子與加入的某些試劑形成處于活化態(tài)的分子稱為中性分子 2 萃取原理 中性分子通過擴(kuò)散溶入吸附在多孔聚四氟乙烯上的有機(jī)液膜中 再進(jìn)一步擴(kuò)散進(jìn)入萃取相中 中性分子受萃取相中化學(xué)條件的影響又分解為離子 處于非活化態(tài) 而無法再返回液膜中去 結(jié)果使被萃取相中的物質(zhì) 離子 通過液膜進(jìn)入萃取相中 2 膜分離裝置 膜分離裝置 3 影響因素 1 1 非活化態(tài)轉(zhuǎn)化為活化態(tài)的能力 在液膜萃取分離中 被分離的物質(zhì)在流動相的水溶液中只有轉(zhuǎn)化為活化態(tài) 即中性分子 才進(jìn)入有機(jī)液膜 因此提高液膜萃取分離技術(shù)的選擇性主要取決于如何提高非活化態(tài)轉(zhuǎn)化為活化態(tài)的能力 而不使干擾物質(zhì)或其他不需要的物質(zhì)變?yōu)榛罨瘧B(tài) 2 改變被萃取相與萃取相的化學(xué)環(huán)境 調(diào)節(jié)溶液的pH值可以把各種pK不同的物質(zhì)有條件的萃取出來 3 影響因素 2 以萃取陰離子為例 1 把水溶液的pH值調(diào)至酸性即可進(jìn)行萃取 此時陰離子和氫離子結(jié)合成相應(yīng)酸的分子 它和溶液中原有的中性分子一起透過液膜進(jìn)入萃取相 而陽離子則隨水溶液流出 3 影響因素 3 2 進(jìn)入萃取相的酸分子若遇到堿性環(huán)境則與周圍的氫氧根作用又釋放出陰離子而中性分子因為自由來往于液膜兩側(cè) 隨洗滌過程進(jìn)入清洗液 結(jié)果是水溶液中陰離子從被萃取相有選擇的進(jìn)入萃取相 而陽離子與中性分子則被排除在外 3 適當(dāng)調(diào)節(jié)pH 也可以使進(jìn)入萃取相中的中性分子有的電離 失去活化態(tài) 有的保持分子狀態(tài) 活化態(tài) 進(jìn)一步提高萃取相中溶質(zhì)的選擇性 4 對陽離子 情況相同 條件相反 3 影響因素 4 4 改變聚四氟乙烯上的有機(jī)液膜 從而提高對極性不同物質(zhì)的萃取效率 由于有機(jī)液膜的極性大小直接與被萃取物質(zhì)在其中的分配系數(shù)有關(guān) 極性越接近 分配系數(shù)越大 因此處于活性態(tài)的被萃取物質(zhì)也越容易擴(kuò)散進(jìn)入有機(jī)液膜 4 應(yīng)用 液膜萃取分離法廣泛用于環(huán)境試樣的分離與富集 例如大氣中微量有機(jī)胺的分離 水中銅和鈷離子的分離 水體中酸性農(nóng)藥的分離測定等 二 固相微萃取分離法 1 特點與分類 特點固相微萃取 SPME 分離法是20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來的試樣預(yù)分離富集方法 它集試樣預(yù)處理和進(jìn)樣于一體 將試樣純化 富集后 可與各種分析方法相結(jié)合而特別適用于有機(jī)物的分析測定 分類固相微萃取分離法屬于非溶劑型萃取法 可分為直接固相微萃取分離法和頂空固相微萃取分離法 2 固相微萃取 氣相色譜法 基本原理及分析過程 采用熔融石英光導(dǎo)纖維或其它材料為支持物 在其表面涂漬聚丙烯酸酯等固相涂層材料 當(dāng)它浸于樣品中或放置于樣品的頂空時 樣品中的有機(jī)物通過擴(kuò)散原理被吸附在SPME纖維頭上 當(dāng)吸附達(dá)到平衡后 將石英纖維插入到氣相色譜儀的進(jìn)樣口處 然后通過加熱將吸附在纖維頭上的被測組分解吸 隨著載氣流入色譜柱進(jìn)行分離及測定 3 固相微萃取裝置 1 壓桿2 筒體3 壓桿卡持螺釘4 Z形槽5 筒體視窗6 調(diào)節(jié)針頭長度的定位器7 拉伸彈簧8 密封隔膜9 注射針管10 纖維聯(lián)結(jié)管11 熔融石英纖維 3 固相微萃取裝置 2 石英纖維表面涂有高分子固相液膜 對有機(jī)物具有吸附和富集作用 定位器用于精確調(diào)節(jié)不銹鋼針套伸出的位置 壓桿卡持螺釘可通過Z形槽使不銹鋼針套內(nèi)石英纖維伸出或收入 不銹鋼注射針管對石英纖維起保護(hù)作用 以免石英纖維在穿過密封隔膜時受到損失 4 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 但所需達(dá)到平衡的時間越長 2 石英纖維表面固相涂層的性質(zhì) 固相涂層的性質(zhì)對分析靈敏度影響很大 根據(jù)相似相熔原理 非極性固相涂層 如聚二甲基硅氧烷 有利于對非極性或極性小的有機(jī)物的分離 極性固相涂層 如聚丙烯酸酯 對極性有機(jī)物分離效果較好 3 攪拌效率的影響 攪拌效率是影響分離萃取速度的重要因素 在理想攪拌狀態(tài)下 平衡時間主要由分析物在固相中的擴(kuò)散速度決定 在不攪拌或攪拌不足的情況下 被分離物質(zhì)在液相擴(kuò)散速度較慢 更主要是固相表面附有一層靜止水膜 難以破壞 被分離物質(zhì)通過該水膜進(jìn)入固相的速度很慢 使得萃取時間很長 4 溫度的影響 溫度升高 被分析物擴(kuò)散系數(shù)增大 擴(kuò)散速度隨之增大 同時升溫加強(qiáng)了對流過程 因此升溫有利于縮短平衡時間 加快分析速度 但是升溫會使被分離物質(zhì)的分配系數(shù)減小 在固相的吸附量減小 因此在使用此方法時應(yīng)該尋找最佳的工作溫度 5 鹽的作用和溶液酸度的影響 由于被分離物質(zhì)在固相和液相之間的分配系數(shù)受基體性質(zhì)的影響 當(dāng)基體變化時分配系數(shù)也會改變 在水溶液中加入NaCl Na2SO4等可增強(qiáng)水溶液的離子強(qiáng)度 減少被分離有機(jī)物的溶解度 使分配系數(shù)增大提高分析靈敏度 控制溶液的酸度也可改變被分離物在水中的溶解度 5 應(yīng)用 固相微萃取分離法可用于環(huán)境污染物 農(nóng)藥 食品飲料及生物物質(zhì)的分離與富集的分離分析 例如 有機(jī)污染物苯及其同系物 多環(huán)芳烴 硝基苯 氯代烷烴 多氯聯(lián)苯 有機(jī)磷和有機(jī)氯農(nóng)藥的分離 飲用水中揮發(fā)性有機(jī)物 食品中的香料 添加劑和填充劑等的分離 生物體內(nèi)的有機(jī)汞 空氣中昆蟲信息素 植物體內(nèi)的單萜以及生物聚合體的分離和富集等 三 超臨界萃取分離法 1 基本原理 1 超臨界流體萃取分離法是利用超臨界流體做萃取劑在兩相之間進(jìn)行的一種萃取方法 超臨界流體是介于氣液之間的一種物態(tài) 它只能在物質(zhì)的溫度和壓力超過臨界點時才能存在 1 基本原理 2 超臨界流體的密度大 與液體相仿 所以它與溶質(zhì)分子的作用力很強(qiáng) 很容易溶解其他物質(zhì) 另一方面 它的粘度較小 接近氣體 傳質(zhì)速率很高 加上表面張力小 容易滲透固體顆粒 保持較大的流速 使萃取過程在高效 快速 經(jīng)濟(jì)的條件下完成 2 超臨界流體萃取中萃取劑的選擇 超臨界流體萃取中萃取劑的選擇隨萃取對象的不同而改變 通常用二氧化碳作超臨界流體萃取劑分離萃取低極性和非極性的化合物 用氨或氧化亞氮作超臨界流體萃取劑分離萃取極性較大的化合物 3 超臨界萃取裝置 3 超臨界萃取裝置 2 4 超臨界萃取流程示意圖 5 超臨界流體萃取分離流程 1 1 超臨界流體發(fā)生源由萃取劑貯槽 高壓泵及其他附屬裝置組成 其功能是將萃取劑由常溫常壓態(tài)轉(zhuǎn)化為超臨界流體 2 超臨界流體萃取由試樣萃取管及附屬裝置組成 處于超臨界態(tài)的萃取劑在這里將被萃取的溶質(zhì)從試樣基體中溶解出來隨著流體的流動使含被萃取溶質(zhì)的流體與試樣基體分開 5 超臨界流體萃取分離流程 2 3 溶質(zhì)減壓分離部分由噴口及吸收管組成 萃取出來的溶質(zhì)及流體 必須由超臨界態(tài)經(jīng)噴口減壓降溫轉(zhuǎn)化為常溫常壓態(tài) 此時流體揮發(fā)逸出 而溶質(zhì)吸附在吸收管內(nèi)多空填料表面 用合適溶劑淋洗吸收管就可把溶質(zhì)洗脫收集備用 6 超臨界流體萃取分離的操作方式 1 1 動態(tài)法是超臨界流體萃取劑一次直接通過試樣萃取管 使被分離的組分直接從試樣中分離出來 適用于萃取在超臨界流體萃取劑中溶解度較大的物質(zhì) 且試樣基體又很容易被超臨界流體滲透的情況 6 超臨界流體萃取分離的操作方式 2 2 靜態(tài)法是將萃取的試樣 浸泡 在超臨界流體內(nèi) 經(jīng)過一段時間后再把萃取劑流體輸入吸收管 適合于萃取與試樣基體較難分離或在萃取劑流體內(nèi)溶解度不大的物質(zhì) 也適合于試樣基體較為致密 超臨界流體不易滲透的情況 6 超臨界流體萃取分離的操作方式 3 3 循環(huán)法是動態(tài)法和靜態(tài)法的結(jié)合 首先將萃取劑流體充滿試樣萃取管 然后用循環(huán)泵使流體反復(fù)多次經(jīng)過試樣 最后輸入吸收管 適用于動態(tài)法不宜萃取的試樣和場合 7 影響因素 1 壓力的影響壓力的改變會使超臨界流體對物質(zhì)的溶解能力發(fā)生很大的改變 利用這種特性 只需改變萃取劑流體的壓力 就可把試樣中的不同組分按它們在流體中溶解度的大小的不同萃取分離出來 在低壓下溶解度大的物質(zhì)先被萃取 隨著壓力的增加 難溶物質(zhì)也逐漸與基體分離 2 溫度的影響 1 萃取溫度的變化也會改變超臨界流體萃取的能力 它體現(xiàn)在影響萃取劑的密度和溶質(zhì)的蒸汽壓兩個因素 在低溫區(qū) 仍在臨界溫度以上 溫度升高降低流體密度而溶質(zhì)蒸汽壓增加不多 因此萃取劑的溶解能力降低 升溫可以使溶劑從流體萃取劑中析出 溫度進(jìn)一步升高到高溫區(qū)時 雖然萃取劑密度進(jìn)一步降低 但溶質(zhì)的蒸汽壓迅速增加起了主要作用 因而揮發(fā)度提高 萃取率反而增大 吸收管和收集器的溫度吸收管和收集器的溫度也會影響到回收率 因為萃取出的溶質(zhì)溶解或吸附在吸收管內(nèi) 會放出吸附或溶解熱降低溫度有利于提高回收率 溫度的影響 2 萃取的時間取決于兩個因素 被萃取物在流體中的溶解度 溶解度越大 萃取效率越高 速度也越快 被萃取物在基體中的傳質(zhì)速率 速率越大 萃取越完全 效率也越高 3 萃取時間的影響 4 其他溶劑的影響 在超臨界流體中加入少量其他溶劑可改變它對溶質(zhì)的溶解能力 通常加入量不超過10 而且以極性溶劑如甲醇 異丙醇等居多 加入少量的其他溶劑可以使超臨界萃