色谱分析样品的预处理技术.ppt

色谱分析样品的预处理技术,先看一典型例子-瘦肉精分析,瘦肉精(盐酸克仑特罗)是白色或类白色的结晶性粉末，无臭，味苦。由于本品化学性质稳定，加热到172时才分解，因此一般加热方法不能将其破坏。该化合物易溶于水,以及热乙醇，不溶于乙醚。而其游离形式能溶于乙醚或乙酸乙脂等有机溶剂。应用这一特点建立一个较理想的提取过程。但预处理过程相当繁琐:,直接法预处理,称样20.0g（经粉碎的样品）,加提取溶液0.1mol/L盐酸溶液50ml,匀浆 5分钟2万转/分钟,超声波萃取（超声波震荡5分钟）,离心（10分钟10000转/分）,留取上清液,丢弃沉淀物或从新提取一次,对动物组织可加热处理,直接法预处理（接上）,调整pH值(用40%NaOH溶液pH至1012),30ml 乙醚脱脂（1-2次）,水相用乙酸乙酯萃取3次,合并有机相,将有机相抽真空旋转蒸发至近干,丢弃乙醚层,丢弃水层,用2mL3%乙醇乙酸乙酯溶液溶解,直接法预处理（接上）,上SCX柱,用10mL95%乙醇洗脱,在氮吹仪吹干,加入流动相2.0ml,混匀,离心5分钟（10000转/分）,上清液HPLC进样,必须提请注意:,任何实际样品都是十分复杂的，从采集到能进仪器检测都必须经复杂预处理过程。预处理需要精心设计，针对不同样品有的放矢。预处理有很多类型，往往需要综合利用。每步预处理都涉及回收率，都不能低。每步都需要有量的概念，算好稀释浓缩的总比例。,一、萃取分离,萃取技术是石油、化工、医药、生物、环保、新材料等众多领域中常用的分离技术，主要有液液萃取和固液萃取,其中：液液萃取分普通溶剂萃取、超临界流体萃取、反胶团萃取、双水相萃取等;固液萃取分提取（抽提）、固相萃取、固相微萃取等,1、常规液-液萃取,液-液萃取分离技术处理能力大，分离效率高、回收率高，经济性好，适应性强。过程：两种互不相溶的溶剂与含被分离组分的试液一起振摇，而后分层。本质：萃取分离就是传质的过程，即将物质由亲水性转化为疏水性的过程。将物质由疏水性转化为亲水性的过程称为反萃取。,亲水性强弱的规律：,1）凡离子均亲水不能被萃取2）物质含亲水基团越多，其亲水性越强；OH，SO3H，NH2，NH。3）物质含疏水基团越多，相对分子量越大，其疏水性越强。CH3，C2H5，卤代烷基等;芳香基如苯基、萘基等。,液-液萃取的特点,液-液萃取分离技术处理能力大，分离效率高、回收率高，经济性好，适应性强。主要适用于：各组分沸点相近或易成共沸物精馏不适用时;含有高沸点组分精馏能耗太高时;精馏时易分解、聚合或发生化学变化时;溶液浓度太低时;溶液中含有溶解或络合的无机物;溶液中含有极难分离的金属时;,液-液萃取的类型,简单分子萃取：简单的物理分配过程，溶剂与被分离组分不发生化学反应（单质碘在水-CCl4中）。螯合物萃取：萃取剂和被萃取物形成中性溶剂螯合物而进入有机相(萃取溶剂)。离子缔合物萃取：被分离物形成络阳离子或络阴离子后与体系中的异电荷离子缔合而进入有机相。酸性磷类化合物萃取：以含酸性基团的有机磷化合物为萃取剂，通过其氢离子与水溶液中的金属离子相互交换而进行萃取。,1、常规液-液萃取,萃取剂至少有一个萃取功能基（O、N、P、S等），必须有较大的烃基链。同时希望有选择性好、稳定、易分层、操作安全、环境友好等特点。萃取溶剂溶解被分离物质与萃取剂形成的各类物质。萃取剂和萃取溶剂有时为同一物质。,萃取溶剂的选择,主要指标是与样品的不混溶性和极性。一般优先选择低溶解性、易挥发的溶剂,萃取结果评价：,单次萃取百分率：,反萃时：,多次萃取百分率：,提高萃取效率和选择性的途径,不同萃取体系对相应条件的要求不同，提高选择性的方法也不同。对螯合物萃取体系，可通过改变酸度pH增加1，n的分配比增加10n倍)提高萃取剂浓度 D=KexHAOn/H+n选择合适的萃取溶剂 相似相溶原则选择合适的掩蔽剂 除去干扰离子的影响利用协同效应 多元配合物有协同效应利用共萃取或反萃取 一定的富集和分步处理改变元素价态 减少干扰,2、连续液-液萃取,K值比较小或需处理的样品量大时，多次萃取不实际。可考虑多用连续萃取法。溶剂密度大于萃取原液时，溶剂受热上行，冷凝后滴回管中，与水相作用，因溶剂比水重，下沉，最后回到烧瓶中，得到浓缩。,2、连续液-液萃取,当溶剂的密度小于萃取原液时，套上图中的小漏斗，并把底部的活塞关上，溶剂将经上出口回流到烧瓶，经过加热烧瓶，可以使溶剂循环使用,方法特点,优点：无需人操作，操作可使用较少的溶剂而得到较高的萃取效率。缺点：易挥发组分要有损失。热不稳定化合物将会降解。,3、逆流萃取,可提供1000或更多的塔板数用于萃取分离，但耗时也长。原理上讲，可以看成是在一系列的分液漏斗进行，样品被引入到分液漏斗的上层液相，平衡后转入第二 漏斗，然后引入新的上层溶剂相到第一漏斗。重复进行即可。逆流萃取类似于低分辨率柱色谱，目前是一种常用的制备技术。,高速逆流色谱(High-Speed Counter Current Chromatography，),高速逆流色谱 液-液分配色谱20世纪80年代，由Yoichiro Ito研制开发 特点：两个互不相混的溶剂逆向流动，样品在两相之间分配，不用固态吸附剂的全液态的色谱方法。,工作原理：螺旋管作同步行星式运动利用螺旋管柱在行星运动时产生的离心力,分离原理：在一缠绕的螺旋空管内，注入互不相溶的两相溶剂中的一相作为固定相，然后作行星运动；同时由恒流泵不断注入载着样品的另一相(流动相)，由于行星运动产生的离心力场使得固定相保留在螺旋管内，流动相则不断穿透固定相；这样两相溶剂在螺旋管中实现高效的接触、混合、分配和传递。样品中各个组分依据它在两相中的分配系数的差异实现分离，以达到分离的目的。,下相(重相)作流动相时管柱里溶剂的状态：混合区：靠近中心轴的近1/4的区域，两相剧烈地混合；沉积区：两相分成两层，重相占据螺旋管每一段的外部，轻相占据每一段的内部。,高速逆流色谱仪系统,洗脱次序：,在流动相中分配比例大的组分先被洗脱出来，而在固定相中分配比例大的组分后被洗脱。假定各组分在上层相(UP)和下层相(LP)的浓度比(分配系数)CB(UP)/CB(LP)的大小次序如下：f e d c b a若上层为流动相，下层为固定相，则分离效果为：f e d c b a,HSCCC系统示意图,分析型半制备型制备型,HSCCC的优点,不存在样品的不可逆吸附；样品可定量回收。极大地控制了样品的失活和变性等问题，样品不会遭到破坏。分离量较大，分离效率高，分离结果能达到相当高的纯度。,高速逆流色谱条件的选择,固定相保留率越高，分离效果也越好！,溶剂系统应满足以下要求：,(1)样品在溶剂系统中有足够高的溶解度，且不造成样品的分解、变性等问题。(2)样品中各组分在溶剂系统中的分配系数值范围为0.52。(3)为了保证固定相能实现足够高的保留，溶剂系统的两相分层时间尽可能小于30秒。(4)溶剂系统上下两相的体积大致相等，以免浪费溶剂，而且尽量采用挥发性溶剂，以方便后续处理，易于物质的纯化。,常用溶剂系统根据组分的极性和溶解性,疏水性更强的体系，可以用乙醇代替甲醇；亲水性较强的体系，可加入乙酸铵等盐类物质，或者三氟乙酸或乙酸等有机酸。,螺旋管转速与固定相保留率,螺旋管的旋转速度对两相的混合程度具有决定性的影响作用，同时旋转速度所产生的离心力场对固定相的保留也具有决定性的影响作用。两相分布与螺旋管转速的关系图：,高表面张力的溶剂系统：使用较高的转速，以使两相之间有剧烈的混合而促进分配和减少质点传递的阻力。低表面张力的溶剂系统：使用较低的转速，避免过分的混合作用引起样品区带沿螺旋管长度的展宽和乳化作用的固定相流失。,固定相保留率,固定相的量是影响溶质峰分离度的重要因素。高固定相保留率会大大提高峰的分离度。溶剂系统的物理特性如表面张力、粘度和两相之间的密度差与固定相的保留值有密切关系。在溶剂系统的各个物理量中，粘度对固定相的保留值起主要的影响作用，低粘度的溶剂系统可望得到高的固定相保留率，而高粘度的溶剂系统的固定相保留率较低。通常应尽量加大两相密度差和减小粘度。,HSCCC与HPLC的比较,两法互为补充，其分离效率虽不能与分析型HPLC相比，但可与制备型相媲美。不用固体支撑体，避免了样品的不可吸附、失活和变性等有广泛的龙两相溶剂供选择，大大增加了适用范围就制备量而言，操作成本低操作灵活，固定相和流动相可互换使用,HSCCC 在分离纯化药用成分的应用,生物碱：黄柏中的小檗碱和巴马亭；高乌头中的刺乌头碱、小乌头碱、去乙酰刺乌头碱，长春花中的长春花碱、长春朵灵、长春花朵灵、泻花碱，川芎中的川芎嗪等；黄酮类：葛根中的葛根素，木蝴蝶中的黄芩素，黄芩中的黄芩苷，黄芪中的毛蕊异黄酮，银杏黄酮，大豆异黄酮等；多酚类：绿茶中的儿茶素，虎杖中的白藜芦醇、白藜芦醇苷，红茶中的茶黄素，红景天苷，金银花中的绿原酸等；,小檗碱,黄芩素,醌类：大黄中的大黄素、大黄酸、大黄酚、大黄素甲醚，虎杖中的花色素 A、花色素 B 等；香豆素类：羌活中的羌活醇、异前胡醚，补骨脂中的补骨脂素、异补骨脂素，白芷中的欧前胡素、异欧前胡素、氧化前胡素等；木脂素类：厚朴中的厚朴酚，牛蒡子中的牛蒡子苷，五味子中的-五味子素、去氧五味子素；萜类：白芍中的芍药苷，穿心莲中的穿心莲内酯、新穿心莲内酯，番茄红素，叶黄素等。皂苷类：三七中的三七皂苷。,蒽醌,香豆素,木脂素,绿茶中儿茶素的分离和纯化,HSCCC条件：溶剂系统：正己烷-乙酸乙酯-水(1：10：10，V/V)上相为固定相，下相为流动相。流动相流速：3.5mL/min转速：800r/min紫外检测波长：280nm,HPLC纯度98%,茶多酚中儿茶素分子的结构修饰,HSCCC条件：溶剂系统：正己烷：乙酸乙酯：甲醇：水(1：1：1：1，V/V)下相为固定相，上相有机相为流动相。流动相流速：3.2mL/min转速：750r/min紫外检测波长：280nm固定相保留率：69%,峰3组分,Journal of Chromatography A,2002,982(1),163-165茶叶科学，2003，23(2)，115-118,藤茶提取物中类黄酮苷的分离,Journal of Chromatography A,2004,1040,147-149,HSCCC条件(型号：GS-10A，柱容量：280mL)溶剂系统：正己烷:乙酸乙酯:甲醇：水(1:6：1.5:7.5，V/V)上相为固定相，下相为流动相。流动相流速：1.5mL/min转速：750r/min紫外检测波长：254nm固定相保留率：45%,杨梅苷(Myricitrin),虎杖提取物中白藜芦醇的分离,HSCCC条件：溶剂系统：正己烷-乙酸乙酯-乙醇-冰乙酸-水(1：4：2：0.2：2，V/V)上相为固定相，下相为流动相。流动相流速：3.0mL/min转速：800r/min紫外检测波长：254nm,石蒜提取物中加兰他敏和力可拉敏的分离,HSCCC条件：溶剂系统：正丁醇-碳酸钠缓冲溶液(1：1，V/V)上相为固定相，下相为流动相。流动相流速：4.5mL/min转速：800r/min固定相保留率:3540%。,肉桂中的水溶性多酚类聚合物,肉桂中的水溶性多酚类聚合物：控制血糖水平，对 II 型糖尿病可起到预防作用。二聚物(dimer)的含量：0.005%三聚物(trimer)的含量：0.1%四聚物(tetramer)的含量：0.04%五聚物(pentamer)的含量：0.003%。,HSCCC条件：溶剂系统：正己烷-乙酸乙酯-正丁醇-水(1：10：2：10，V/V)上相为固定相，下相为流动相。流动相流速：3.5mL/min转速：800r/min,药物中间体 溴代苯胺异构体的分离,HSCCC条件：溶剂系统：四氯化碳-氯仿-甲醇-水(7：3：7：3，V/V)下相为固定相，上相为流动相。流动相流速：3.0mL/min转速：800r/min紫外检测波长：254nm,分配系数：1.41、1.05、0.70,4.液相微萃取,(liquid phase micro-extraction,LPME)集采样、萃取、浓缩于一体，使用极少量的有机溶剂进行萃取操作。方法由Jeannot/Cantwell于1996年提出。(一特氟隆棒顶端小凹槽内存8L n-辛烷，直接浸入分析样品的水溶液中，实现了对微量4-甲基苯乙酮的萃取),Jeannot M.A.Cantwell F.F Anal.Chem.1996,68:2236.,其他微萃取,微萃取是微量分离，用小体积的萃取剂(相比为0.0010.01)，可在容量瓶中萃取，采用轻质溶剂，在瓶颈上抽取。液相微萃取方法改进：用微量进样器抽取2L溶剂，将微量进样器针头浸入到水样中，抽取水样进入针头至总体积达到10L，停留30秒，而后推出水样但不推出溶剂，如此反复25次，最后将有机溶剂进入GC分析。,连续流动微滴萃取,1)将样品溶液通过蠕动泵，以一定的流速通过PVC管流过直径约0.5cm的萃取橡胶管。2)当萃取橡胶管充满样品溶液并恒速滴下溶液后，向萃取橡胶管插入已吸有一定体积的有机萃取溶剂(1-2.5L)的微量注射器，缓缓推出萃取溶剂，使其在微量进样器针尖处形成球形的微滴。3)随着样品溶液在萃取溶剂表面的连续流动，溶液中的分析物不断被萃取到微滴有机溶剂中。4)萃取后直接进样分析。,分离实例吡虫啉分析,吡虫啉具有高效、速效、特效、低用量，以及对天敌昆虫安全等优点，对粮食作物、油料、蔬菜、水果等多种虫害有防治效果，是目前广泛使用的有机磷、拟除虫菊酯类以及其他高毒低效杀虫剂的比较理想的替代品种。,吡虫啉,分离实例吡虫啉分析,经过优化后的最佳萃取条件：室温；萃取剂：正己烷/硅油(9:1)；萃取液滴体积为1.5L；流速：5.0rpm；萃取时间：10min。样品在该优化条件下，以甲醇/水(70:30)作为流动相进行HPLC定性定量分析。,5、在线萃取,动态在线萃取采用流动注射分析的原理。,在线萃取特点,可用很小量的试剂和有机溶剂(费用低)，体系封闭(不污染环境)，萃取效率高，可实现自动化，可直接导入分析仪器的进样口中。相对灵敏度较低，硬件要求高。,6.自动液-液萃取,可用于液体易于分散和混合的体系，在小体积样品瓶中进行萃取，实现自动化。用涡流混合的方法使样品瓶高速旋转，完成萃取，而后静置，分层后控制自动进样器针头长度以取用上层或下层的样品。,对大量样品的处理可参照图示。CH2Cl2为萃取剂，风机使萃取池形成局部真空，引入样品。外加电场使萃取溶剂中的水滴运动、扭曲，进而分裂，增大接触面，使水中有机物迅速分散到萃取溶剂中。,7、超声萃取,利用超声波的能量进行萃取的方法。与常规萃取过程相似，只是将手工振摇过程改为用超声振荡，节省时间，并减轻劳动强度。SDE是1964年由美国的Likens和Nickerson发明的1。其工作原理是含有样品组分的水蒸汽和萃取溶剂蒸汽在一定的装置中充分混合，冷凝后两相充分接触实现组分的相转移，且在反复循环中实现高效的萃取。,超声萃取提取烟草中的相关组分,准确称取20.00g香精香料液，用60mL萃取溶剂分两次超声萃取，共10min。合并上层清液，加15g无水硫酸钠干燥0.5h，用脱脂棉过滤，滤液用K-D浓缩器浓缩到0.5mL。取1L进行气相色谱分析。,8、同时蒸馏萃取（Simultaneous Distillation Extraction，SDE）,“同时蒸馏萃取”是一种提取、分离和富集试样中挥发性、半挥发性成分的较为新颖的方法，其特点是水蒸气蒸馏与溶剂萃取二合为一，从而减少了实验步骤，缩短了分析时间，节省了萃取溶剂，而且设备简单。SDE常作为GC、GC-MS的前处理手段，广泛地应用于食品、烟草及香精香料中挥发性、半挥发性组分分析。,SDE的基本原理、装置和特点,“同时蒸馏萃取”将水相中样品与萃取溶剂由两个容器(1和2)同时加热，水气携带样品蒸发后在萃取器(5)内与溶剂相遇后进行萃取，冷凝在中间小容器中分层后分别流回各自容器中。反复进行后完成萃取。,同时蒸馏萃取的基本装置示意图,SDE 特点：水蒸气蒸馏与溶剂萃取二合为一，从而减少了实验步骤，缩短了分析时间，节省了萃取溶剂，而且设备简单。,影响SDE萃取效率的主要因素,在一定实验条件下，组分在水中的挥发性对萃取效率影响最大，易挥发性组分如丙酮极易被蒸馏、萃取 萃取溶剂的种类和体积选择萃取溶剂应该从溶剂的沸点、密度、极性等几方面考虑。在SDE中常用的萃取溶剂有二氯甲烷、正戊烷、异戊烷、三氯氟甲烷、己烷、乙醚、1,1,2-三氯三氟乙烷、氯仿、乙酸乙酯、甲基叔丁基醚等，其中最为常用的溶剂是二氯甲烷。,影响SDE萃取效率的主要因素,蒸馏的温度：水浴(试样)温度越高，组分的蒸馏效率越高，尤其有利于低挥发性组分的萃取。但要注意对不稳定组分的影响，通常控制在水溶液的沸腾温度。萃取溶剂温度越高，溶剂蒸馏速度快，在冷凝管中有机相占的比例大，有利于提高萃取效率。对于二氯甲烷作萃取溶剂时，文献报道的水浴温度大多为40 60C。冷凝温度对萃取效率也有很大的影响。冷凝速度慢时，有利于冷凝后的两相充分接触，有利于萃取。因此，冷凝速度不宜过快。但是，SDE的系统是敞开体系，如果冷却效率不高，会使水蒸汽、溶剂蒸汽逸出系统，造成组分的损失。,影响SDE萃取效率的主要因素,循环蒸馏-萃取的时间时间长萃取效率相对高，但对低沸点化合物时间过长反而会使萃取率下降，可能是由于低沸点组分会随萃取溶剂发生再次蒸馏，影响了对新蒸馏出组分的萃取。另外，随着循环萃取时间的延长，一些不稳定化合物会发生严重的副反应，反而降低萃取效率。实际采用的萃取时间一般在14h之间，需通过实验优化。,影响SDE萃取效率的主要因素,盐析作用(往试样与水的混合液中加入无机盐类使某些物质析出的现象)盐析作用能降低挥发性组分的水溶性，提高了试样中一些极性组分的萃取效率。盐浓度太高会显著提高水溶液的沸点，引发一些热不稳定化合物的分解。需要综合考虑。在烟草分析中发现，当在试样与水的混合液中加NaCl至饱和状态，能明显提高萃取效率，尤其是高沸点组分（如高级烷烃）。,同时蒸馏萃取法和超声溶剂萃取法的比较,超声溶剂萃取法色谱图,同时蒸馏萃取法色谱图,二、液-固萃取,最古老的方法是将溶剂和样品一起浸泡，利用溶剂对样品中欲提取组分溶解能力将其提取出来，如药酒的浸泡。实验室里最简单的是将固体样品和萃取剂一起振荡，而后离心或过滤分离。效率低，有溶剂挥发，少用。,最常用的是索氏抽提器。形状规格可各异，但基本功能相同。液固萃取有两个过程：欲测定组分在溶剂中溶出组分与溶剂分子相互扩散,1、液-固萃取的主要影响因素,物料性质：主要为样品粒度、含杂质情况等萃取温度：温度高有利于提高萃取效率，但也易使杂质两增大。一般比溶剂沸点略低。萃取时间：理论上是越长月好，但萃取液达到一定浓度后已平衡，此时无限延长时间无益。溶剂性质与用量：很重要，影响可能最大。萃取液浓度：要使萃取液浓度在萃取部分是最低的，以使样品中有效物不断溶出。,2、液-固萃取的注意点,对土壤、谷物等含水样品，宜在萃取液中加入适量水。如需要，可借用助滤装置。以硅藻土为助滤剂，除去不纯物。,三、液-气萃取,相当于气体吸收装置。要求采集速度均匀，尽量使气泡直径缩小，以提高效率。为防止气溶胶影响效率，可使用多孔板吸收管。吸收液的选择尤为重要。,四、固相萃取 Solid Phase Extraction SPE,利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，以与样品基体及干扰化合物的分离，进而或洗脱、或热解吸进样。固相萃取不需太多的溶剂，无乳化现象，效率高，费用低。既是提取手段，更是净化方法。,固相萃取（SPE）被日趋认为是一个非常有用的样品处理技术。使用固相微萃取法能避免液-液萃取所带来的许多问题。比如，不完全的相分离，较低 的定量分析回收率，昂贵易碎的玻璃器皿和大量的有机废液。与液-液相比，固相萃取更有效，容易达到定量萃取，快速和自动化，同时也减少了溶剂用量和工作时间。固相萃取（SPE）通常是用于液体样品的准备和不易或不挥发样品的萃取，但是也用于能预先提取到溶液里的固体样品。固相萃取产品对样品的萃取，浓缩和净化都非常好。它们提供给您多种的化学性质，吸附剂类型和大小。针对您的需要和样品性质，选择适当的产品是非常重要的。,固相萃取的基本原理,类似于色谱原理 吸附和分配 相似相容原理 氢键、偶极偶极相互作用、静电、色散力,SPE优点,a 净化速度快b 准确、重复性好、又可避免污染c 回收率高，能避免样本损失 微形柱可自行制备，目前多家公司均有商品化的微形柱销售，根据吸附剂的种类可分为极性、非极性、离子交换型、共价型等,微型柱分类,极性柱有：CN，20H，PSA，Si,NH2等。非极性柱有：C18、C8、C2、CH、CN、PH阳离子交换柱：SCX，PRS，CBA阴离子交换柱：SAX，PSA，NH2，DEA 共价型柱：PBA根据待测物质性质，样本种类，选用合适的微型柱和淋洗剂。微型柱存放在密封袋中，温度80，PH 8.5。,固相萃取柱的选择,分析物的性质1分析物在极性或非极性溶剂中的溶解度2分析物有无可能离子化，从而决定可否用离子交换固定相3分析物有无可能与固定相形成共价键4不要的组分与分析物在固定相结合点上的竞争程度样品溶剂 通常多种性质的固定相联合使用,SPE 使用四步骤,活化,上样,淋洗,洗脱,活化,Unconditioned sorbent,Good transport between sample and sorbent,Conditioned sorbent,固相表面发生了什么,上样,Sample matrix,Wash solvent,Elution solvent,淋洗,洗脱,非极性 交互作用,Silica base,Bonded functional group(C8),极性 交互作用,Silica base,离子交换 交互作用,Silica base,容量与洗提体积,50mg 100mg 200mg 500mg 1000mg 5g 10g,Elution volume2 Bed volume,Capacity,5%of sorbent mass,100%,0%,0 1 2 3 4 5 6 7,Too fast for reliable retention/elution,流速 mL/minute,回收率,流速与回收率的关系,Effect of flow rate at retention and elution,固相萃取操作,上样后抽真空或加压，使样品过小柱，实现分离。也可用离心的方法进行萃取操作。,SPE Processing Stations,Vac Elut 20 Manifold,Vac Elut SPS 24 Manifold,Positive Pressure Manifold,96-well Plate Vacuum Manifold,SPE 在 EPA 方法中的发展,EPA Organics Manual 198813 个饮用水中 200 种有机物检测规范6 个检测 VOCs、7个检测 SOCs 及农药Method 525 唯一利用 Liquid-Solid Extraction 技术其他方法为Purge-and-trap 及 Liquid-liquid 萃取增订第一版 19909 个饮用水及水源 54 种有机物检测规范（包含Dioxin）Method 513 以 LLE 或 LSE 净化、浓缩 Dioxin 样品4 個方法采用 LSE,SPE 在 EPA 方法中的发展,增订第二版 19928 个饮用水及水源 133 种有机物检测规范7 個方法采用 LSE增订第三版 199515 個饮用水及水中 260 种有机物检测规范包含地表水、地下水、饮料、废水将 LSE 改为 SOLID PHASE EXTRACTION增订 6 个采用 SPE 的方法以后几乎每两年修订一次,C18 饮用水农药萃取应用范例,环保署 W656.50B 方法,1L水样,添加/不添加标准品农药,过滤膜过滤,5ml 试剂水condition,以250ml/min进样,抽干水分,4ml四氯甲烷elute,抽干水分,干燥后以丙醇溶解,GC/NPD,5ml甲醇,SPE小柱的适用范围,EnvirElut 1664,EPA 1664/ASTM method 413.1控制废水、排放水地表/地下水油污方法提供快速、准确、简易且低成本的前处理方法40 分钟內可处理 1L 废水样品具有大于 90%回收率,Condition,Apply sample,Rinse,Elute,AquaSep,Matrix Solid Phase Dispersion,MSPD kit经济、快速农残萃取方法只需 10 ml 溶剂/液液萃取需 300 ml适合用样品：肉类、鱼类、蔬菜、水果、婴儿食品、牛奶,Bond Elut Jr.,多重管柱组合应用适合多种样品、不同萃取机制增加样品萃取之纯净度自由组合使用方便,SPE“column”,SPE cartridge,SPE 样品前处理优点,不需考虑溶剂混溶性增加溶剂的选择、操作手续简单、快速广泛吸附物选择依分析物萃取机制选择，有更大的选择性减少溶剂使用操作安全性、降低污染及溶剂回收成本可配合自动化仪器使用提高操作效率、排除人为不当操作,五、固相微萃取(SPME),固相微萃取(SPME)是一种用于气相色谱分析的无需溶剂的样品前处理方法 该方法可适用于液体基质和固体基质的样品 1994年，该技术荣获全球 R&D 100项技术创新奖,固相微萃取(SPME)是一种不須使用溶剂的简易进样技术,且能广泛的应用与无法直接进行GC 注射进样的样品大多数頂空进样(HS)与吹扫捕集进样(P&T)的应用均可以固相微萃取(SPME)來取代固相微萃取(SPME)是未來适应实验室与生活环境保护必須发展的必然方向,活塞,套筒,保持螺母,彩标螺丝毂,密封隔垫,纤维附着杆,SPME 纤维,纤维护套（用于刺穿样品瓶和进样口的隔垫）,自动固相微萃取(SPME)的原理与应用,固相微萃取纤维安装到改进后的自动进样器针头上。该纤维从溶液或样品瓶顶空处吸收被分析物，再通过加热的进样口将其解吸到色谱柱上。这样，对于应用固相微萃取分析水中挥发性和半挥发性有机物、饮料中香料、血液中酒精及其它挥发物，可以用自动进样代替手动进样。从而节约方法开发的时间，并大大提高该项技术的重现性,SPME 取样过程,伸出的吸附头,C0 VL=CGVG+CLVL+CFVF,K1=CL/CGK2=CF/CLK3=CF/CG,SPME is a Three-Phase System,SPME Sampling of an Empty Vial,需优化的条件,进样口衬管SPME纤维盐析Size of sampling vial混合及搅动取样时间,固相微萃取技术的应用领域,残留农药的分析饮料中香精、香料的分析酒类的分析烟草种类的分析环境分析,牛奶中的农残分析,Top:fiber injected after sampling Bottom:fiber rinsed with water 15 seconds before injection,六、加速溶剂萃取 即加压、加温的溶剂萃取,原理:使用常规的溶剂、利用增加温度和提高压力来提高萃取效率，大大缩短萃取的时间并减少溶剂使用量。,过程:向萃取池注入有机或极性溶剂将萃取池加热加压，持续静态萃取用泵送出萃取液，并用氮气吹扫样品获得全部萃取液,功效:提高被分析物质的溶解能力降低样品基质对被分离物的作用或减弱基质与被分离物间的作用力加快被分离物从基质中解析并快速进入溶剂降低溶剂粘度有利于溶剂分子向基质中的扩散增加压力使溶剂在萃取过程中保持液态,ASE与其他方法的比较,仪器介绍以美国戴安(DIONEX)公司的仪器为例,ASE-100型 ASE-200型 ASE-300型,方法应用,应用范围相当广泛：环境分析杀虫剂、除草剂、多环芳烃、多氯联苯、石油总烃等食品分析食品污染情况、食品风味物质确认、食品添加剂种类和品质检测天然产物提取各种植物中有用成分和各种药物中有效组分的提取聚合物分析确定结构、增塑剂确认等,超临界流体萃取的流程图,七、超临界流体萃取,超临界萃取实验操作,称取烟丝样品1.8g装入超临界萃取装置内的10ml萃取池中，用移液管准确移入夹带剂，调节萃取仪温度，用高压泵把液体二氧化碳压至所需压力。冰浴循环水控制高压泵温度恒定。萃取仪的出口处温度调节至50以防止二氧化碳因迅速挥发而结冰。利用细口径毛细管做限流器控制二氧化碳的流量，二氯甲烷做吸收剂。静态萃取15min，动态萃取15min，之后让二氧化碳自然流出15min。实验结束后无需分离处理直接进样。,超临界萃取实验操作,在实验中，选取乙酸丁酯（a）、a-松油醇（b）、1,3-二乙酸甘油酯(c)、尼古丁(d)、新植二烯（e）、n-二十七烷(f)的这些不同沸点、不同极性物质的收率高低，并结合不同条件下的谱图来综合考虑萃取条件的选择。本实验选择较温和的萃取条件进行萃取（选择的温度条件范围为2060，压力范围为8Mpa15Mpa，夹带剂的量为05（V/V）。,超临界萃取温度,的收率随着温度的升高而增大，当温度升到60时，所选化合物的收率均有所下降。40-50时是较好的提取温度，在此温度范围也不会提取出大量的高沸点的物质给色谱分析带来困难。在45时，对于芳香化合物有一定的提取效果。,超临界萃取温度,不同萃取温度对超临界萃取的影响（20,30,45,60),超临界萃取压力,由于压力范围不大，不同压力下的谱图比较相似，但是在不同的压力下，提取物中的化合物收率有不同，总的来说压力较小对小分子的化合物的提取效果较好，而随着压力增大萃取能力也增强，对醇类等有一定极性的化合物提取效果较好但同时也会因为萃取能力的增加而萃取出较多的长链烷烃、西柏三烯类化合物。选择10Mpa为萃取压力,超临界萃取压力,不同萃取压力对超临界萃取的影响（8Mpa,10Mpa,12Mpa,15Mpa),夹带剂对超临界萃取的影响,加入夹带剂比不加夹带剂萃取效果是增大的，加入夹带剂后萃取物中酯类物质含量增大，尤以不饱和、饱和长链酯最为明显，同时酸性物质如十六酸、亚麻酸的含量骤增，谱图中西柏三烯类物质含量下降。不同的夹带剂对萃取的影响是不一样的。,夹带剂的用量对超临界萃取的影响,加入不同量的夹带剂，其萃取的得到的谱图比较相似，在夹带剂加入较少的情况下，对于不饱和酯类的提取效果较差，萃取物中邻苯二甲酸酯类物质含量较大，随着甲醇量的增大，萃取能力也增强，同时酸的含量增大，当加入0.5ml甲醇时萃取物中芳香类物质明显减少。因此选取加入0.3ml甲醇作夹带剂,超临界萃取的重现性,浮选分离,分子蒸馏简介,在一定温度下，压力越低，气体分子的平均自由程越大。当蒸发空间的压力很低(10-2 10-4 mmHg)，且使冷凝表面靠近蒸发表面，其间的垂直距离小于气体分子的平均自由程时，从蒸发表面汽化的蒸气分子，可以不与其他分子碰撞，直接到达冷凝表面而冷凝。,工作原理,分子蒸馏是一种特殊的液-液分离技术，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。这样，达到物质分离的目的。,分子蒸馏设备,在沸腾的薄膜和冷凝面之间的压差是蒸汽流向的驱动力，对于微小的压力降就会引起蒸汽的流动。在1mbar下运行要求在沸腾面和冷凝面之间非常短的距离，基于这个原理制作的蒸馏器称为短程蒸馏器。短程蒸馏器（分子蒸馏）有一个内置冷凝器在加热面的对面，并使操作压力降到0.001mbar。,蒸馏过程是：物料从蒸发器的顶部加入，经转子上的料液分布器将其连续均匀地分布在加热面上，随即刮膜器将料液刮成一层极薄、呈湍流状的液膜，并以螺旋状向下推进。在此过程中，从加热面上逸出的轻分子，经过短的路线和几乎未经碰撞就到内置冷凝器上冷凝成液，并沿冷凝器管流下，通过位于蒸发器底部的出料管排出；残液即重分子在加热区下的圆形通道中收集，再通过侧面的出料管中流出。,过程,分子蒸馏过程可分如下四步：1、分子从液相主体向蒸发表面扩散通常，液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的主要因素，所以应尽量减薄液层厚度及强化液层的流动。2、分子在液层表面上的自由蒸发蒸发速度随着温度的升高而上升，但分离因素有时却随着温度的升高而降低，所以，应以被加工物质的热稳定性为前提，选择经济合理的蒸馏温度。,3、分子从蒸发表面向冷凝面飞射蒸气分子从蒸发面向冷凝面飞射的过程中，可能彼此相互碰撞，也可能和残存于两面之间的空气分子发生碰撞。由于蒸发分子远重于空气分子，且大都具有相同的运动方向，所以它们自身碰撞对飞射方向和蒸发速度影响不大。而残气分子在两面间呈杂乱无章的热运动状态，故残气分子数目的多少是影响飞射方向和蒸发速度的主要因素。4、分子在冷凝面上冷凝只要保证冷热两面间有足够的温度差（一般为70100），冷凝表面的形式合理且光滑则认为冷凝步骤可以在瞬间完成，所以选择合理冷凝器的形式相当重要。,特点,1、普通蒸馏在沸点温度下进行分离，分子蒸馏可以在任何温度下进行，只要冷热两面间存在着温度差，就能达到分离目的。2、普通蒸馏是蒸发与冷凝的可逆过程，液相和气相间可以形成相平衡状态；而分子蒸馏过程中，从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中间不与其它分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的可能性，所以，分子蒸馏过程是不可逆的。,特点,3、普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象；分子蒸馏过程是液层表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。4、表示普通蒸馏分离能力的分离因素与组元的蒸汽压之比有关，表示分子蒸馏分离能力的分离因素则与组元的蒸汽压和分子量之比有关，并可由相对蒸发速度求出。,优点,1.蒸馏温度低，分子蒸馏是在远低于沸点的温度下进行操作的，只要存在温度差就可以达到分离目的，这是分子蒸馏与常规蒸馏的本质区别。2.蒸馏真空度高，分子蒸馏装置其内部可以获得很高的真空度，通常分子蒸馏在很低的压强下进行操作，因此物料不易氧化受损。3.蒸馏液膜薄,传热效率高。,优点,4.物料受热时间短，受加热的液面与加冷凝面之间的距离小于轻分子的平均自由程，所以由液面逸出的轻分子几乎未经碰撞就达到冷凝面。因此，蒸馏物料受热时间短，在蒸馏温度下停留时间一般几秒至几十秒之间，减少了物料热分解的机会。5.分离程度更高，分子蒸馏能分离常规不易分开的物质 6.没有沸腾鼓泡现象，分子蒸馏是液层表面上的自由蒸发，在低压力下进行，液体中无溶解的空气，因此在蒸馏过程中不能使整个液体沸腾，没有鼓泡现象。,优点,7.无毒、无害、无污染、无残留，可得到纯净安全的产物，且操作工艺简单，设备少。分子蒸馏技术能分离常规蒸馏不易分离的物质。8.分子蒸馏设备价格昂贵，分子蒸馏装置必须保证体系压力达到的高真空度，对材料密封要求较高，且蒸发面和冷凝面之间的距离要适中，设备加工难度大，造价高。9.产品耗能小，由于分子蒸馏整个分离过热损失少，且由于分子蒸馏装置独特的结构形式,内部压强极低,内部阻力远比常规蒸馏小,因而可大大节省能耗。,设备,主要有3种：(1)降膜式：为早期形式，结构简单，但由于液膜厚，效率差，当今世界各国很少采用；(2)刮膜式:形成的液膜薄，分离效率高，但较降膜式结构复杂；(3)离心式：离心力成膜，膜薄，蒸发效率高，但结构复杂，真空密封较难，设备的制造成本高。为提高分离效率，往往需要采用多级串联使用而实现不同物质的多级分离。,应用,（一）食品工业1、单甘酯的生产 2、鱼油的精制 3、油脂脱酸 4、高碳醇的精制,（二）在精细化工中的应用,分子蒸馏技术在精细化工行业中可用于碳氢化合物、原油及类似物的分离;表面活性剂的提纯及化工中间体的制备;羊毛脂及其衍生物的脱臭、脱色;塑料增塑剂、稳定剂的精制以及硅油、石蜡油、高级润滑油的精制等。在天然产物的分离上,许多芳香油的精制提纯,都应用分子蒸馏而获得高品质精油。1、芳香油的提纯2