第五章环境中痕量有机污染物的分析检测 第二节样品预处理技术 、液一固萃取(LSE)和液一液萃取(LE) LsE和LLE一直是环境样品固体或水)最为广泛应用的样品前处理方法如索 氏提取和溶剂萃取兼有富集和排除基体干扰的效果过去美国EPA500,600,800 系列方法大都采用这个方案其缺点是要耗用较大量的有机溶剂(数百mL),并易 引入新的干扰(溶剂中的杂质等),还需要费时的浓缩步骤并易导致被测物的损 失。 分析实例沉积物环境样品的索氏提取与色层分离(康跃惠等,2000) 冷冻的沉积物样品在室温下融化后,用干净的不锈钢小匙搅拌均匀,然后在冷冻干燥仪 上冷冻干燥。经研磨后,取20g用干净滤纸(经抽提)包样,索氏提取72h,溶剂为二氯 甲烷和丙酮混合溶剂200mL(体积比为1:1),加入活化的铜片脱硫。抽提水浴温度控制 在62-64°℃,冷却循环水温度控制在10°℃C,回流速度为5-6次/h。提取液在旋转蒸发 仪上浓缩至约1mL,加入10mL的正己烷,再次浓缩至1-2mL以转换溶剂。将已进行溶剂 置换的浓缩液加入硅胶/氧化铝净化柱净化。净化柱为10mm内径的层析拄,正己烷湿法 装柱依次装入12cm的硅胶、6cm的氧化铝、1cm的Na2SO4分别用15mL的正己烷 7omL的二氯甲烷/正己烷(体积比为30:70)和30mL的甲醇淋洗出饱和烃、芳烃(包 括多环芳烃和有机氯农药等)和非烃组分〔主要是含极性化合物)饱和烃淋出液在旋转蒸 发仪上浓缩至约m,正己烷定量转移至5mL的刻度量管中,在柔和的高纯氮气流中吹蒸 定容至200uL,在进行GC/MSD分析之前,加人内标化合物,以测定样品中正烷烃的含 正己烷、二氯甲烷、丙酮和甲醇等有机溶剂均用分析纯,经全玻璃系统二次蒸馏,并经
第五章 环境中痕量有机污染物的分析检测 第二节 样品预处理技术 一、液－固萃取(LSE)和液－液萃取(LLE) LSE 和 LLE 一直是环境样品(固体或水)最为广泛应用的样品前处理方法,如索 氏提取和溶剂萃取,兼有富集和排除基体干扰的效果,过去美国 EPA500,600,800 系列方法大都采用这个方案,其缺点是要耗用较大量的有机溶剂(数百 mL)，并易 引入新的干扰(溶剂中的杂质等),还需要费时的浓缩步骤,并易导致被测物的损 失。 分析实例—沉积物环境样品的索氏提取与色层分离（康跃惠等，2000） 冷冻的沉积物样品在室温下融化后，用干净的不锈钢小匙搅拌均匀，然后在冷冻干燥仪 上冷冻干燥。经研磨后，取 20g 用干净滤纸（经抽提）包样，索氏提取 72h，溶剂为二氯 甲烷和丙酮混合溶剂 200mL（体积比为 1：1），加入活化的铜片脱硫。抽提水浴温度控制 在 62－64℃，冷却循环水温度控制在 10℃，回流速度为 5－6 次／h。提取液在旋转蒸发 仪上浓缩至约 1mL，加入 10mL 的正己烷，再次浓缩至 1-2mL 以转换溶剂。将已进行溶剂 置换的浓缩液加入硅胶／氧化铝净化柱净化。净化柱为 10mm 内径的层析拄，正己烷湿法 装柱依次装入 12cm 的硅胶、6cm 的氧化铝、1cm 的 Na2SO4。分别用 15mL 的正己烷、 70mL 的二氯甲烷／正己烷（体积比为 30：70）和 30mL 的甲醇淋洗出饱和烃、芳烃（包 括多环芳烃和有机氯农药等）和非烃组分（主要是含极性化合物）。饱和烃淋出液在旋转蒸 发仪上浓缩至约 1mL，正己烷定量转移至 5mL 的刻度量管中，在柔和的高纯氮气流中吹蒸 定容至 200uL，在进行 GC／MSD 分析之前，加人内标化合物，以测定样品中正烷烃的含 量。 正己烷、二氯甲烷、丙酮和甲醇等有机溶剂均用分析纯，经全玻璃系统二次蒸馏，并经
气相色谱仪检验合格后使用。无水硫酸钠∶分析纯,经抽提后在通风橱中凉干,再在马弗炉 中以450°℃焙烧6h后,储存于磨口瓶中井放人干燥器中备用。硅胶(80-I0目)和氧 化铝(Io0-200目):均为层析用,经抽提后,硅胶在(180土2)C、氧化铝在(250 土2)℃分别热活化12h,待冷至室温时再加入重量的3%的去离子水去活化,放置过夜使 之达到平衡,加入正己烷淹没其表面备用。铜片:分析纯,经活化。 快速萃取是在加压(10~14MPa,最高达20MPa)和加热(50~200°C)条件下 萃取,适用于固体样品(10~30g),溶剂用量15~45mL,全程约15min。在飘 尘、砖土、食品和鱼肉中的除草剂、含磷农药,多氯苯并二恶因(PCDD,多氯苯 并呋喃(PCDF)和多氯联苯(PCB)的监测中,回收率和相对标准偏差(RSD均优于 一般萃取法 二、微波萃取 微萃取( microextraction)和连续萃取在方法和设备上均作了改进,前者每次 萃取只需耗用100-1000μL的溶剂;结合气相色谱的连续萃取,检测限可达 02~04ugL水平苯酚和农药) 微波协助萃取(MAE)是将样品(固体)置于用不吸收微波介质制成的密封容器 中利用微波加热来促进萃取对土壤中的PCBs和烟尘中的多环芳烃(PAHs)海洋 沉积物中的酞酸酯均有成功的报道,回收率-般优于索氏提取和超声波萃取法 ( Ezzell j . l,etal,1995)该法易于实现自动化。也有采用低介电常数的溶剂 在敞开式容器中进行微波加热此时主要依靠样品中的高介电常数的组分(如水) 来吸收微波,造成局部加热,形成萃取使过程比较温和适用于热不稳定组成的萃 取。 分析实例1—土壤及沉积物样品预处理的新技术—微波萃取法(但德忠等,2000
气相色谱仪检验合格后使用。无水硫酸钠：分析纯，经抽提后在通风橱中凉干，再在马弗炉 中以 450℃焙烧 6h 后，储存于磨口瓶中井放人干燥器中备用。硅胶（80 一 IO0 目）和氧 化铝（IO0 一 2O0 目）：均为层析用，经抽提后，硅胶在（180 土 2）℃、氧化铝在（250 土 2）℃分别热活化 12h，待冷至室温时再加入重量的 3%的去离子水去活化，放置过夜使 之达到平衡，加入正己烷淹没其表面备用。铜片：分析纯，经活化。 快速萃取是在加压(10～14MPa,最高达 20MPa)和加热(50～200℃)条件下 萃取，适用于固体样品(10～30g)，溶剂用量 15～45mL，全程约 15min。在飘 尘、砖土、食品和鱼肉中的除草剂、含磷农药，多氯苯并二恶因(PCDD),多氯苯 并呋喃(PCDF)和多氯联苯(PCB)的监测中,回收率和相对标准偏差(RSD)均优于 一般萃取法。 二、微波萃取 微萃取(microextraction)和连续萃取在方法和设备上均作了改进,前者每次 萃取只需耗用 100-1000μ L 的溶剂；结合气相色谱的连续萃取，检测限可达 0.2～0.4μ g·L -1水平(苯酚和农药)。 微波协助萃取(MAE)是将样品(固体)置于用不吸收微波介质制成的密封容器 中,利用微波加热来促进萃取,对土壤中的 PCBs和烟尘中的多环芳烃(PAHs),海洋 沉积物中的酞酸酯均有成功的报道，回收率一般优于索氏提取和超声波萃取法 （Jezzell J.L.,et al, 1995）。该法易于实现自动化。也有采用低介电常数的溶剂 在敞开式容器中进行微波加热,此时主要依靠样品中的高介电常数的组分(如水) 来吸收微波,造成局部加热,形成萃取,使过程比较温和,适用于热不稳定组成的萃 取。 分析实例 1—土壤及沉积物样品预处理的新技术——微波萃取法（但德忠等，2000
矿物岩石,3(20):9195) 1986年匈牙利的 Gansler等(1986)首次报导利用微波萃取从土壤中提取有机物的 研究,为土壤及沉积物样品预处理开辟了一条崭新的路子。 1.微液萃取的原理、特点和影响因素 (1)微波萃取的原理 微波萃取( Microwave extraction,简称ME),亦称为微波辅助萃取( Microwave - Assisted extraction,简称MAE)。MAE是利用微波能的特性来对物料中的目标成分进行 选择性萃取从而使试样中的某些有机成分(如有机污染物)达到与基体物质有效分离的目的。 一般说来介质在微波场中的加热有两种机理即窝子传导和偶极子转动。在微波加热实际应 用中两种机理的微波能耗散同时存在其贡献大小取决于介质的分子结构、介电常数大小、 浓度及驰豫时间等。不同物质的介电常数不同其吸收微波能的程度是有差异的通过选择不 同溶剂和调节微波加热参数利用这种差异可选择性地加热目标成分,以利目标成分从基体或 体系中提取和分离而不会造成有机物的分解。 (2)微波萃取的特点和影响因素 (a)苯取温度的影响 在微波密闭容器中内压可达十几个大气压因此溶剂沸点比常压下高许多。例如丙酮的 沸点由562℃提高到164℃丙酮/环己烷(1:1)的共沸点由498℃提高到158℃C,因此微波 萃取可以达到常压下使用同样溶剂达不到的萃取温度 (b)微波萃取时间 微波萃取时间与样品量、溶剂体积和加热功率有关。一般情况下萃取时间在10min~ 15min (c)萃取罐材料吸附记忆效应
矿物岩石，3（20）：91-95） 1986 年,匈牙利的 Ganzler 等（1986）首次报导利用微波萃取从土壤中提取有机物的 研究，为土壤及沉积物样品预处理开辟了一条崭新的路子。 1． 微波萃取的原理、特点和影响因素 （1）微波萃取的原理 微波萃取(Microwave Extraction, 简 称 ME),亦 称 为微 波 辅助 萃 取(Microwave –Assisted Extraction,简称 MAE)。MAE 是利用微波能的特性来对物料中的目标成分进行 选择性萃取,从而使试样中的某些有机成分(如有机污染物)达到与基体物质有效分离的目的。 一般说来,介质在微波场中的加热有两种机理,即离子传导和偶极子转动。在微波加热实际应 用中,两种机理的微波能耗散同时存在,其贡献大小取决于介质的分子结构、介电常数大小、 浓度及驰豫时间等。不同物质的介电常数不同,其吸收微波能的程度是有差异的,通过选择不 同溶剂和调节微波加热参数,利用这种差异可选择性地加热目标成分,以利目标成分从基体或 体系中提取和分离,而不会造成有机物的分解。 （2）微波萃取的特点和影响因素 （a）萃取温度的影响 在微波密闭容器中,内压可达十几个大气压,因此,溶剂沸点比常压下高许多。例如,丙酮的 沸点由 56.2℃提高到 164℃,丙酮/环己烷(1∶1)的共沸点由 49.8℃提高到 158℃,因此微波 萃取可以达到常压下使用同样溶剂达不到的萃取温度。 （b）微波萃取时间 微波萃取时间与样品量、溶剂体积和加热功率有关。一般情况下,萃取时间在 10min～ 15min。 （c）萃取罐材料吸附记忆效应
有机物材料作容器对被萃取的有机农药易吸附或存在吸附污染。实验结果表明无论新 萃取罐还是用过几次的萃取罐可以排除农药萃取罐吸附或残留记忆的影响。 (d)微波萃取中分解产物形成的影响 在微波萃取中萃取温度高于常规法50℃C~60°C可能发生被萃取物分解的情况。用丙 酮/环己烷(1∶1)作萃取剂在150°℃加热萃取15min后进行色谱测定对六种有机氯残留 DDT和异狄氏剂有分解产物DDE、DDD及乙醛和甲酮异狄氏剂。但这些分解产物或分解 物量小于美国EPA方法的误差允许值 2微波萃取技术 微波萃取整个过程包括样品粉碎、与溶剂混合、微波辐射、分离萃取液等步骤萃取过 程一般在特定的密闭容器中进行。一般说来用于试样消解的微波溶样系统均可用于微波萃 取只是在微波萃取中要准确控制溶剂温度使其不沸腾或不分解待测物。取装置可以用有控 温附件的微波制样设备也可以用普通家用微波炉。在选定溶剂和萃取压力的前提下控制萃 取功率和萃取时间的主要目的还是为了选择最佳萃取温度。萃取罐一般由PTFE材料制成(体 积约100m)允许微波能自由穿透耐高温高压且不与溶剂反应。每个系统中可同时放置9 12个萃取罐(美国EMS公司的MARS5微波制样系统一次可萃取14个样因此试样的批量 处理能力大大提高 微波萃取条件中萃取溶剂的选择对萃取结果的影响至关重要。微波萃取溶剂应为具有 极性的溶剂如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸、甲苯、二氯乙烷、己烷、四甲基铵或水等。因非 极性溶剂不吸收微波能所以不能用100%的非极性溶剂作微波萃取溶剂。一般可在非极性 溶剂中加入一定比例的极性溶剂来使用。已报道的混合溶剂有丙酮/环己烷盐酸/甲苯二氯 甲烷/甲醇水/甲苯甲醇/水/亿酸甲醇/水氨水等。其中以丙酮/环己烷(11)用得最多用它作 微波萃取溶剂测定干燥土壤样时除苯甲酸和碱性化合物外其他有机物回收率都在80%以
有机物材料作容器对被萃取的有机农药易吸附或存在吸附污染。实验结果表明,无论新 萃取罐,还是用过几次的萃取罐,可以排除农药萃取罐吸附或残留记忆的影响。 （d）微波萃取中分解产物形成的影响 在微波萃取中,萃取温度高于常规法 50℃～60℃,可能发生被萃取物分解的情况。用丙 酮/环己烷(1∶1)作萃取剂,在 150℃加热萃取 15min 后进行色谱测定,对六种有机氯残留、 DDT 和异狄氏剂有分解产物 DDE、DDD 及乙醛和甲酮异狄氏剂。但这些分解产物或分解 物量小于美国 EPA 方法的误差允许值。 2.微波萃取技术 微波萃取整个过程包括样品粉碎、与溶剂混合、微波辐射、分离萃取液等步骤,萃取过 程一般在特定的密闭容器中进行。一般说来,用于试样消解的微波溶样系统均可用于微波萃 取,只是在微波萃取中要准确控制溶剂温度使其不沸腾或不分解待测物。取装置可以用有控 温附件的微波制样设备,也可以用普通家用微波炉。在选定溶剂和萃取压力的前提下,控制萃 取功率和萃取时间的主要目的还是为了选择最佳萃取温度。萃取罐一般由 PTFE 材料制成(体 积约 100ml),允许微波能自由穿透,耐高温高压且不与溶剂反应。每个系统中可同时放置 9～ 12 个萃取罐(美国 EMS 公司的 MARS5 微波制样系统一次可萃取 14 个样),因此试样的批量 处理能力大大提高。 微波萃取条件中,萃取溶剂的选择对萃取结果的影响至关重要。微波萃取溶剂应为具有 极性的溶剂,如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸、甲苯、二氯乙烷、己烷、四甲基铵或水等。因非 极性溶剂不吸收微波能,所以不能用 100%的非极性溶剂作微波萃取溶剂。一般可在非极性 溶剂中加入一定比例的极性溶剂来使用。已报道的混合溶剂有:丙酮/环己烷,盐酸/甲苯,二氯 甲烷/甲醇,水/甲苯,甲醇/水/乙酸,甲醇/水/氨水等。其中以丙酮/环己烷(1:1)用得最多,用它作 微波萃取溶剂测定干燥土壤样时,除苯甲酸和碱性化合物外,其他有机物回收率都在 80%以
上。微波萃取溶剂用量一般为20m~50ml,用量太多不仅不会提高萃取效率而且还会给后 续“净化″带来困难微波萃取溶剂用量比超声波或索氏萃取法少12~30倍。 经微波萃取后的萃取液除目标成分外往往还含有其它干扰物质,一般需经离心分离、微 孔玻璃过滤器或柱层析法等与试样基体物分离然后送至 GC, HPLO或GC/MS,LC/MS进行 测定。萃取液是否要经浓缩或稀释视待测成分的含量及仪器的检测限而定 一般说来为获得最佳萃取效果在进行微波萃取时,应对微波制样系统、微波萃取参数 (时间、温度、压力)、溶剂种类及其配比用量、试样基体、目标成分和萃取液的分离净化等 进行考察、试验和优选 3微波萃取在土壤及沉积物样品预处理中的应用 10年来微波萃取用于环境样品预处理的研究最多主要集中在土壤及沉积物样品中有 机污染物的萃取分离上。被提取的有机污染物包括多环芳烃、有机氯农药、多氯联苯、邻苯 二甲酸酯、二苯并呋喃( PCDES)和二恶英 PCDDs)、除草剂、杀虫剂、三嗪、酚类化合物 有机锡化合物、甲基汞、总石油烃和三烷基和磷酸三烷基酯(TAPS)等。 三、固相萃取(SPE) SPE是种吸附剂萃取主要适用于水中样品的处理。当水中痕量物质通过装 有合适吸附剂的SPE柱时被富集再被少量的选择性溶剂洗脱因此SPE是同时进 行萃取和浓缩的有效方法。SPE也可以被近似地看作是一个简单的色谱过程吸 附剂作为固定相流动相是萃取过程的水样或解析过程的有机溶剂。若样品中的 有机化合物不超出吸附容量时则被全部保留下来。因为对于中等极性的有机化合 物来说水不作为淋洗流动相,所以一般地讲反相吸附剂材料被广泛使用。 固相萃取是70年代初发展起来的样品前处理技术据统计现在将近有50% 的环境样品采用这个方法。固相萃取是净化和富集相结合的方法特别适用于水
上。微波萃取溶剂用量一般为 20ml～50ml,用量太多不仅不会提高萃取效率,而且还会给后 续“净化”带来困难,微波萃取溶剂用量比超声波或索氏萃取法少 12～30 倍。 经微波萃取后的萃取液除目标成分外,往往还含有其它干扰物质,一般需经离心分离、微 孔玻璃过滤器或柱层析法等与试样基体物分离,然后送至 GC,HPLC 或 GC/MS,LC/MS 进行 测定。萃取液是否要经浓缩或稀释,视待测成分的含量及仪器的检测限而定。 一般说来,为获得最佳萃取效果,在进行微波萃取时,应对微波制样系统、微波萃取参数 (时间、温度、压力)、溶剂种类及其配比用量、试样基体、目标成分和萃取液的分离净化等 进行考察、试验和优选。 3.微波萃取在土壤及沉积物样品预处理中的应用 10 年来,微波萃取用于环境样品预处理的研究最多,主要集中在土壤及沉积物样品中有 机污染物的萃取分离上。被提取的有机污染物包括多环芳烃、有机氯农药、多氯联苯、邻苯 二甲酸酯、二苯并呋喃(PCDFs)和二恶英(PCDDs)、除草剂、杀虫剂、三嗪、酚类化合物、 有机锡化合物、甲基汞、总石油烃和三烷基和磷酸三烷基酯(TAPs)等。 三、固相萃取(SPE) SPE 是一种吸附剂萃取,主要适用于水中样品的处理。当水中痕量物质通过装 有合适吸附剂的SPE柱时被富集,再被少量的选择性溶剂洗脱,因此,SPE是同时进 行萃取和浓缩的有效方法。SPE 也可以被近似地看作是一个简单的色谱过程,吸 附剂作为固定相,流动相是萃取过程的水样或解析过程的有机溶剂。若样品中的 有机化合物不超出吸附容量时则被全部保留下来。因为对于中等极性的有机化合 物来说,水不作为淋洗流动相,所以一般地讲反相吸附剂材料被广泛使用。 固相萃取是 70 年代初发展起来的样品前处理技术,据统计,现在将近有 50% 的环境样品采用这个方法。固相萃取是净化和富集相结合的方法,特别适用于水
样样品样品量不受限制少到几毫升多至几十升都可适应。固相萃取富集空气中 的有机化合物集采样浓缩和去干扰于一体具有如下优点:(1)固相萃取剂种类多, 选择性好既可单独使用又可组合使用;(2)简便快速柱寿命长;(3)柱容量大叵收 率高相应分析灵敏度高;(4)可长时间保存样品;(5)易于商品化和自动化(许建华, 1997 从实验技术上讲SPE接近于一般的顶替色谱样品藉重力或加压通过萃取床 层除去基体富集待测物,然后用少量(若干毫升)适当的溶剂洗脱回收待测物。鉴 于环境中绝大多数有机污染物都呈明显的疏水性如含氯脂肪烃、含氯芳烃(PCBS 等)、多环芳烃等因此一般采用疏水性的固相萃取剂,一是多孔性的非极性或弱极 性高聚物如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯等另-是长碳链烷基键合硅胶石墨碳或 碳分子筛也偶有应用 固相萃取剂的萃取床层有两种形式一是柱状商品预装柱的装填量约100 500mg对于痕量待测物可选择装填量稍大者(5o0mg);另一是以较细的颗粒混 于聚四氟乙烯纤维中形成喋状(disc),装填量约30mg~10g其优点是层薄而紧, 不易发生渗漏样品通过速度可较快(~1Lmin-1)。 在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)。所用固相材料有天津试剂二厂的GDX系列和上海试剂厂的 有机担体(401402等效果均很好。德国和荷兰等国在莱茵河水质监测及系统分 析方案( SAMOS中采用了在线(on-ine)的SPE技术固相材料是 RLRP-S(聚苯乙 烯-二乙烯苯型)水中的三嗪除草剂可用阴离子键合相材料进行处理结合液相色 谱分析可测到10ongL-1。据报导以石墨碳为固相材料在预处理多环芳烃时可
样样品,样品量不受限制,少到几毫升多至几十升都可适应。固相萃取富集空气中 的有机化合物,集采样,浓缩和去干扰于一体,具有如下优点:(1)固相萃取剂种类多, 选择性好,既可单独使用又可组合使用;(2)简便,快速,柱寿命长;(3)柱容量大,回收 率高,相应分析灵敏度高;(4)可长时间保存样品;(5)易于商品化和自动化（许建华， 1997）。 从实验技术上讲,SPE 接近于一般的顶替色谱,样品藉重力或加压通过萃取床 层,除去基体,富集待测物,然后用少量(若干毫升)适当的溶剂洗脱回收待测物。鉴 于环境中绝大多数有机污染物都呈明显的疏水性,如含氯脂肪烃、含氯芳烃(PCBs 等)、多环芳烃等,因此一般采用疏水性的固相萃取剂,一是多孔性的非极性或弱极 性高聚物,如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯等,另一是长碳链烷基键合硅胶,石墨碳或 碳分子筛也偶有应用。 固相萃取剂的萃取床层有两种形式,一是柱状,商品预装柱的装填量约 100～ 500mg,对于痕量待测物,可选择装填量稍大者(500mg)；另一是以较细的颗粒混 于聚四氟乙烯纤维中形成碟状(disc),装填量约 30mg～10g,其优点是层薄而紧, 不易发生渗漏,样品通过速度可较快(～1L·min-1 )。 在 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)。所用固相材料有天津试剂二厂的 GDX 系列和上海试剂厂的 有机担体(401,402 等)效果均很好。德国和荷兰等国在莱茵河水质监测及系统分 析方案(SAMOS)中采用了在线(on-line)的SPE技术,固相材料是RLRP-S(聚苯乙 烯-二乙烯苯型)。水中的三嗪除草剂可用阴离子键合相材料进行处理,结合液相色 谱分析,可测到 100ng·L -1。据报导,以石墨碳为固相材料,在预处理多环芳烃时,可
使平面和非平面形的分子得到分离。 分析实例1-应用固相萃取富集环境空气中痕量有机化合物(许建华,1997,环境监 测管理与技术,9(6)) 1.固相萃取剂特性 固相萃取剂除要求对流动相和被富集的化合物呈化学惰性外还应保持吸附可逆性的同 时具有很高的吸附能力吸附平衡要快。常用固相萃取剂有如下几重种活性炭,硅胶,多孔性有 机聚合物等。国内使用活性炭最多其次为硅胶。国外多孔性有机聚合物如 Tenax、XAD Polysorb、 Porapak和 Chromosorb系列等其中 Tenax gC应用最广。吸附剂可分为极性 和非极性两种极性者对极性化合物吸附容量大非极性者对非极性化合物吸附容量大。吸附 除和极性有关外还与吸附剂的表面结构有很大关系。因此不难理解非极性的活性炭对极性化 合物丙酮、异丁醇和正丁醇回收率低分别为75%58%72%和67%,而极性吸付剂对极性 化合物丙酮和异丙酮的回收率有所提高分别达98%和83%在选择固体萃取剂除考虑极性 外还应具备如下条件:(1)能定量捕集(2)能定量回收被捕集成分(3)漏点容量大;(4)捕集时和 回收时试样组分不变(5)吸附剂的空白值低;(6)与水的亲和力极小或完全不亲合 2.吸附剂预处理及装柱 为了使吸附剂能充分发挥吸附性能减低空白值必须经过一定的处理后才能使用。处理 方法随吸附剂不同而异但不外乎溶剂清洗和通气加热两种方法如 Tenax gc须在350°C下 用纯氮气吹30min,再降至200°℃吹12h。挑选内径-致(长6~10cm内径3~5mm)的玻 璃管洗净烘τ。一端填λ一小段经清洗并烘干的玻璃棉长度约2mm。从另-端用漏斗装 入一定量预处理好的吸附剂(一般∂.15~0.50g按测定方法规定装填,轻轻振动使吸附剂长 度相差不应大于5%。两端熔封或用硅橡胶帽密封供采样用。有时单—吸附剂在采样应用上 存在一定的局限性现已发展了多级层吸附管。多级层管中吸附剂的排列原则是从初始层到
使平面和非平面形的分子得到分离。 分析实例 1—应用固相萃取富集环境空气中痕量有机化合物（许建华，1997，环境监 测管理与技术，9（6）） 1．固相萃取剂特性 固相萃取剂除要求对流动相和被富集的化合物呈化学惰性外,还应保持吸附可逆性的同 时具有很高的吸附能力,吸附平衡要快。常用固相萃取剂有如下几重种:活性炭,硅胶,多孔性有 机聚合物等。国内使用活性炭最多,其次为硅胶。国外多孔性有机聚合物如 Tenax、XAD、 Polysorb、Porapak 和 Chromosorb 系列等,其中 Tenax GC 应用最广。吸附剂可分为极性 和非极性两种,极性者对极性化合物吸附容量大,非极性者对非极性化合物吸附容量大。吸附 除和极性有关外还与吸附剂的表面结构有很大关系。因此不难理解非极性的活性炭对极性化 合物丙酮、异丁醇和正丁醇回收率低,分别为 75%,58%,72%和 67%，而极性吸付剂对极性 化合物丙酮和异丙酮的回收率有所提高,分别达 98%和 83%。在选择固体萃取剂除考虑极性 外,还应具备如下条件:(1)能定量捕集;(2)能定量回收被捕集成分;(3)漏点容量大;(4)捕集时和 回收时试样组分不变;(5)吸附剂的空白值低;(6)与水的亲和力极小或完全不亲合。 2．吸附剂预处理及装柱 为了使吸附剂能充分发挥吸附性能,减低空白值,必须经过一定的处理后才能使用。处理 方法随吸附剂不同而异,但不外乎溶剂清洗和通气加热两种方法,如 Tenax GC 须在 350℃下 用纯氮气吹 30min，再降至 200℃吹 12h。挑选内径一致(长 6～10cm,内径 3～5mm)的玻 璃管洗净,烘干。一端填入一小段经清洗并烘干的玻璃棉,长度约 2mm。从另一端用漏斗装 入一定量预处理好的吸附剂(一般 0.15～0.50ｇ,按测定方法规定装填),轻轻振动使吸附剂长 度相差不应大于 5%。两端熔封或用硅橡胶帽密封,供采样用。有时单一吸附剂在采样应用上 存在一定的局限性,现已发展了多级层吸附管。多级层管中吸附剂的排列原则是从初始层到
最后层的吸附活性逐渐増大。采样时空气流向是最后到达吸附活性髙的吸附层解析时的方 向则相反 3.漏点容量 break through volumes)及保留体积 为了防止采样过程中希望采集的污染物从吸附小柱中漏出采样体积不能超过一定限 度。采样小柱出口与入口处待测物浓度比称之为漏点漏点一般不应超过5%漏点容量是指 在一定漏点下采样时间和流量的乘积其值越大则吸附容量也越大。漏点容量可从保留体积 和采样管的理论塔板数求出vb=(2/EXP(-0.5)+η川r 式中:vb漏点容量;Ⅵr-保留体积;n-采样管理论塔板数(10~40);η一漏点。 保留体积为保留时间与采样流量之乘积通常漏点容量比保留体积小,因为柱效必须耗费 定体积。大多数化合物保留体积与其沸点存在良好的相关关系沸点低的化合物保留体积 小沸点高的化合物保留体积大线性相关系数高达098 分析实例2-固相萃恥/等梯度高效液相色谱快速分析地表水中痕量多环芳烃化合物 郁建栓,2000,现代科学仪器) 1.实验部分 (1)仪器与试剂 高效液相色谱仪,Ⅵ SIPREPDL固相萃取装置和ENV-18固相萃取小柱(6m L)( SUPELCO公司)。乙腈(液相色谱纯);甲醇(液相色谱纯;二氯甲烷(分析纯,经精馏所 得);多环芳烃标样(美国进口)。 (2)实验步骤 富集水样中多环芳烃用的ENⅥ-18固相萃取小柱安装在Ⅵ SIPREPDL固相萃取装置上 后先用4mL甲醇和蒸馏水进行活化,然后将盛有20L水样的样品瓶与之连接,调节水样 流速为20mL/min。等水样完全通过ENⅥ1-18小柱后,继续抽干小柱内残留水分然后用
最后层的吸附活性逐渐增大。采样时空气流向是最后到达吸附活性高的吸附层,解析时的方 向则相反。 3．漏点容量(break through volumes)及保留体积 为了防止采样过程中希望采集的污染物从吸附小柱中漏出,采样体积不能超过一定限 度。采样小柱出口与入口处待测物浓度比称之为漏点,漏点一般不应超过 5%,漏点容量是指 在一定漏点下采样时间和流量的乘积,其值越大则吸附容量也越大。漏点容量可从保留体积 和采样管的理论塔板数求出:Vb=(2/EXP(-0.5)+η )Vr 式中:Vb—漏点容量；Vr—保留体积；n—采样管理论塔板数(10～40)；η —漏点。 保留体积为保留时间与采样流量之乘积,通常漏点容量比保留体积小,因为柱效必须耗费 一定体积。大多数化合物保留体积与其沸点存在良好的相关关系,沸点低的化合物保留体积 小,沸点高的化合物保留体积大,线性相关系数高达 0.98。 分析实例 2—固相萃取/等梯度高效液相色谱快速分析地表水中痕量多环芳烃化合物 （郁建栓，2000，现代科学仪器） 1. 实验部分 （1）仪器与试剂 高 效 液 相色 谱 仪 ,VISIPREPDL 固 相 萃取 装 置和 ENVI-18 固 相萃 取 小柱 (6 ｍ Ｌ)(SUPELCO 公司)。乙腈(液相色谱纯)；甲醇(液相色谱纯)；二氯甲烷(分析纯，经精馏所 得)；多环芳烃标样(美国进口)。 （2）实验步骤 富集水样中多环芳烃用的ENVI－18固相萃取小柱安装在VISIPREPDL固相萃取装置上 后,先用 4mL 甲醇和蒸馏水进行活化，然后将盛有 2.0L 水样的样品瓶与之连接，调节水样 流速为 2.0mL/min。等水样完全通过 ENVI-18 小柱后，继续抽干小柱内残留水分,然后用
3mL纯化后的二氯甲烷洗脱吸附在小柱上的多环芳烃,洗脱液用№z气浓缩至0.5mL取50 uL浓缩液进样分析。 2结果与讨论 (1)多环芳烃分离条件的选择 在等梯度淋洗条件下无论用何种浓度的甲醇或乙腈都无法实现多环芳烃的分离。而用 PAH径向分析柱(10cm)在乙腈作淋洗剂的情况下,可实现16种多环芳烃标准混合物中有荧 光响应的7种多环芳烃化合物的完全分离。实验发现90%的乙腈用于多环芳烃的分离此时 7种多环芳烃可达到基线分离,且分析时间仅14min左右。 (2)多环芳烃分析的精密度及灵敏度 用连续6次多环芳烃混合标样进样分析的结果计算多环芳烃分析的精密度,7种多环芳 烃6次平行测定的相对标准偏差除二苯并(a,h)蒽为59%外其它6种均小于5%7种多环 芳烃的绝对进样量(pg)分别为荧蒽200,苯并(a)蒽100,苯并(b)荧蒽150苯并(k)荧蒽 40苯并(a)芘50,二苯并(ah)蒽100苯并(ghi)北200。以HPLC基线噪音的三倍作为 仪器的绝对检出限则本文中7种多环芳烃的绝对检出限(pg)分别为荧蒽23.37,苯并(a) 蒽13.65苯并(b)荧蒽2046,苯并(k)荧蒽513,苯并(a)芘915,二苯并(a,h)蒽14.07,苯 并(ghi)北2571。若以实际水样计算则7种多环芳烃的相对检出限(ng/L)为荧蒽1.17, 苯并(a)蒽068苯并(b)荧蒽1.02苯并(k)荧蒽0.26,苯并(a)芘0.46,二苯并(a,h)蒽0.70, 苯并(ghi)北129 (3)多环芳烃回收率试验 作者试验了不同过柱速度对加标水样中多环芳烃回收率的影响结果发现当水样过柱速 度大于5ml/min时多环芳烃回收率太低不适合实际水样分析。尽管水样过柱速度降低有 利于多环芳烃的吸附回收率但却大大延长了水样过柱时间。本方法水样过柱速度采用
3mL 纯化后的二氯甲烷洗脱吸附在小柱上的多环芳烃，洗脱液用Ｎ2气浓缩至 0.5mL,取 5.0 μ L 浓缩液进样分析。 2.结果与讨论 （1）多环芳烃分离条件的选择 在等梯度淋洗条件下,无论用何种浓度的甲醇或乙腈,都无法实现多环芳烃的分离。而用 PAH 径向分析柱(10cm)在乙腈作淋洗剂的情况下,可实现 16 种多环芳烃标准混合物中,有荧 光响应的 7 种多环芳烃化合物的完全分离。实验发现,90%的乙腈用于多环芳烃的分离,此时 7 种多环芳烃可达到基线分离,且分析时间仅 14min 左右。 （2）多环芳烃分析的精密度及灵敏度 用连续 6 次多环芳烃混合标样进样分析的结果,计算多环芳烃分析的精密度,7 种多环芳 烃 6 次平行测定的相对标准偏差,除二苯并(ａ,ｈ)蒽为 5.9%外,其它 6 种均小于 5%,7 种多环 芳烃的绝对进样量(ｐｇ)分别为:荧蒽 200,苯并(ａ)蒽 100,苯并(ｂ)荧蒽 150,苯并(ｋ)荧蒽 40,苯并(ａ)芘 50,二苯并(ａ,ｈ)蒽 100,苯并(ｇｈｉ)北 200。以 HPLC 基线噪音的三倍作为 仪器的绝对检出限,则本文中 7 种多环芳烃的绝对检出限(ｐｇ)分别为:荧蒽 23.37,苯并(ａ) 蒽 13.65,苯并(ｂ)荧蒽 20.46,苯并(ｋ)荧蒽 5.13,苯并(ａ)芘 9.15,二苯并(ａ,ｈ)蒽 14.07,苯 并(ｇｈｉ)北25.71。若以实际水样计算,则7种多环芳烃的相对检出限(ｎｇ/Ｌ)为:荧蒽1.17, 苯并(ａ)蒽0.68,苯并(ｂ)荧蒽1.02,苯并(ｋ)荧蒽0.26,苯并(ａ)芘0.46,二苯并(ａ,ｈ)蒽0.70, 苯并(ｇｈｉ)北 1.29。 (3)多环芳烃回收率试验 作者试验了不同过柱速度对加标水样中多环芳烃回收率的影响,结果发现,当水样过柱速 度大于 5mL/min 时,多环芳烃回收率太低,不适合实际水样分析。尽管水样过柱速度降低,有 利于多环芳烃的吸附回收率,但却大大延长了水样过柱时间。本方法水样过柱速度采用
2.0mL/min,此时7种多环芳烃的吸附回收率(4次测定平均值)分别为荧蒽125.5%苯并(a) 蒽98.5%苯并(b)荧蒽95.0%苯并(k)荧蒽73.7%,苯并(a)芘72.4%二苯并(a,h)蒽 78.5%苯并(ghi)北78.0%。该方法适用于地面水中痕量多环芳烃化合物的分析测定 四、固相微萃取(SPME) 近年来在SPE的基础上发展出了固相微萃取(SPME样品前处理技术但它不 是把待测物全部分离出来而是通过样品(例如水样)与萃取剂(固相)之间的平衡分 配来达到目的。 该法的基本技术是将一附着有适当涂层(固相)的弹性石英丝(丝径100-150 μm)浸入待测水样待平衡一段时间(~20min)后,水样中的待测物即被吸附于固 相凃层上吸附量与水样中待测物的原始浓度成正比并与待测物的物化性质和平 衡条件有关然后将石英丝导入气相色谱进样室待测物受热挥发进入色谱系统。 涂层的厚度可根据需要调节一般约为50um涂层长10mm相当于约3x 10←cm3的涂层固相)。该法易设计成自动进样,一般每根石英丝可重复使用50 次左右。涂层基本上有两种形式一是高聚物涂层如聚甲基丙烯酸或聚酰亚胺(这 两者均带有一些极性,另一是聚硅氧烷涂层(极性),可涂布或键合于石英丝上, 其涂层技术近似于气相色谱毛细柱的内壁处理。影响SPME效率的因素除涂层 厚度进样器的内衬直径外进样位置和进样温度也是很重要的控制因素。 该法对水中挥发性有机物的测定取得了较好的效果以聚硅氧烷为涂层达到 了饮用水中挥发性有机物的检测要求(EPA524.2法)。此法也已成功地应用于排 放水中氯苯、PCB、PCDD、除草剂、农药等的监测数据与液液萃取法基本平 行,RSD稍低。应用聚丙烯酸涂层结合GCMS对水中的酚和氯酚用SPME方法 进行予处理效果也令人满意
2.0mL/min,此时 7 种多环芳烃的吸附回收率(4 次测定平均值)分别为:荧蒽 125.5%,苯并(ａ) 蒽 98.5%,苯并(ｂ)荧蒽 95.0%,苯并(ｋ)荧蒽 73.7%,苯并(ａ)芘 72.4%,二苯并(ａ,ｈ)蒽 78.5%,苯并(ｇｈｉ)北 78.0%。该方法适用于地面水中痕量多环芳烃化合物的分析测定。 四、固相微萃取(SPME) 近年来,在SPE的基础上发展出了固相微萃取(SPME)样品前处理技术,但它不 是把待测物全部分离出来,而是通过样品(例如水样)与萃取剂(固相)之间的平衡分 配来达到目的。 该法的基本技术是将一附着有适当涂层(固相)的弹性石英丝(丝径 100-150 μ m)浸入待测水样,待平衡一段时间(～20min)后,水样中的待测物即被吸附于固 相涂层上,吸附量与水样中待测物的原始浓度成正比,并与待测物的物化性质和平 衡条件有关,然后将石英丝导入气相色谱进样室,待测物受热挥发进入色谱系统。 涂层的厚度可根据需要调节,一般约为 50μ m,涂层长 10mm,相当于约 3× 10-4cm3 的涂层(固相)。该法易设计成自动进样,一般每根石英丝可重复使用 50 次左右。涂层基本上有两种形式,一是高聚物涂层,如聚甲基丙烯酸或聚酰亚胺(这 两者均带有一些极性),另一是聚硅氧烷涂层(非极性),可涂布或键合于石英丝上, 其涂层技术近似于气相色谱毛细柱的内壁处理。影响 SPME 效率的因素除涂层 厚度,进样器的内衬直径外,进样位置和进样温度也是很重要的控制因素。 该法对水中挥发性有机物的测定取得了较好的效果,以聚硅氧烷为涂层,达到 了饮用水中挥发性有机物的检测要求(EPA524.2 法)。此法也已成功地应用于排 放水中氯苯、PCB、PCDD、除草剂、农药等的监测,数据与液液萃取法基本平 行,RSD 稍低。应用聚丙烯酸涂层,结合 GC-MS,对水中的酚和氯酚用 SPME 方法 进行予处理,效果也令人满意
