痕量分析的富集与分离.ppt

痕量分析的富集与分离痕量分析的富集与分离合作人：杜昊晟合作人：杜昊晟 敖敖 颖颖 1.1.概概 述述 1）痕量分析富集分离模式痕量分析富集分离模式 物质的分离方法是利用混合物中的个别组分在两相物质的分离方法是利用混合物中的个别组分在两相中分配系数的差异而使物质被分配进入不同的相。痕量分中分配系数的差异而使物质被分配进入不同的相。痕量分析所涉及的是样品中痕量组分的测定，有三种可能的分离析所涉及的是样品中痕量组分的测定，有三种可能的分离方式方式：常量常量-微量分离微量分离微量微量-常量分离常量分离微量微量-微量分离微量分离2)富集分离的评价指标富集分离的评价指标 回收率（回收率（R RT T)定义定义 R RT T=Q=QT T/Q/QT T0 0 100%100%Q QT T和和Q QT T0 0分别表示富集后和富集前待测痕量组分的量分别表示富集后和富集前待测痕量组分的量 痕量分析对痕量分析对R RT T的要求的要求一般情况，要求一般情况，要求R RT T在在90-110%90-110%之间之间 富集倍数（富集倍数（F)F)定义：痕量组分的回收率与基体的回收率之比定义：痕量组分的回收率与基体的回收率之比 F F的大小依赖于试样中待测痕量组分的浓度和所用的的大小依赖于试样中待测痕量组分的浓度和所用的测定方法测定方法 其它需考虑的因素其它需考虑的因素 待测痕量组分的沾污和损失要小待测痕量组分的沾污和损失要小 方法简单、快速，富集后的样品适于进一步的处理方法简单、快速，富集后的样品适于进一步的处理 样品量的大小样品量的大小3）痕量分析中常用的富集分离方法痕量分析中常用的富集分离方法 表表5-1 痕量分析中的分离富集技术痕量分析中的分离富集技术样品形态样品形态被分离物质被分离物质富集分离方法富集分离方法固体或熔融体固体或熔融体颗粒颗粒在显微镜下手选、筛分、磁选、重液选、浮选在显微镜下手选、筛分、磁选、重液选、浮选各组分各组分选择溶解、电解溶解、升华、在高温或真空下提选择溶解、电解溶解、升华、在高温或真空下提取金属中气体、有机物干法灰化、区域熔融、火取金属中气体、有机物干法灰化、区域熔融、火试金法、活性气流提取试金法、活性气流提取液体液体颗粒颗粒过滤、离心、浮选过滤、离心、浮选溶解物溶解物沉淀、共沉淀与共结晶、挥发液沉淀、共沉淀与共结晶、挥发液-液萃取、色谱、液萃取、色谱、吸附、分配、分子筛、凝胶渗透色谱、渗析与反吸附、分配、分子筛、凝胶渗透色谱、渗析与反渗析、冷冻干燥和冷冻浓缩、真空蒸馏和蒸汽蒸渗析、冷冻干燥和冷冻浓缩、真空蒸馏和蒸汽蒸馏馏气体气体颗粒颗粒过滤、冲击、沉淀、离心、静电沉降、热沉降过滤、冲击、沉淀、离心、静电沉降、热沉降各组分各组分吸收、吸附、冷凝、渗透、气体扩散、衍生化作吸收、吸附、冷凝、渗透、气体扩散、衍生化作用用2.2.痕量分析中几种常用的分离富集技术痕量分析中几种常用的分离富集技术 1)1)固相萃取固相萃取(solid phase extractionsolid phase extraction)a.a.概述概述 基本原理：基本原理：利用固定相将液体样品中的待测组分吸附，与样品利用固定相将液体样品中的待测组分吸附，与样品中基体和干扰组分分离，然后用洗脱液洗脱，达到分离中基体和干扰组分分离，然后用洗脱液洗脱，达到分离或富集待测组分目的。有时候，可以让感兴趣的组分或富集待测组分目的。有时候，可以让感兴趣的组分（分析物）直接通过固定相而不被保留，同时大部分干（分析物）直接通过固定相而不被保留，同时大部分干扰物被保留在固定相上，从而得到分离。扰物被保留在固定相上，从而得到分离。固相萃取的分离机理、固定相和溶剂的选择和固相萃取的分离机理、固定相和溶剂的选择和HPLCHPLC相相似，只是在填料的形状和粒径上有所区别似，只是在填料的形状和粒径上有所区别b.b.固相萃取装置固相萃取装置 固相萃取柱固相萃取柱 结构：固相萃取柱由柱管、筛板和固定相结构：固相萃取柱由柱管、筛板和固定相三部分组成三部分组成 图图6-1 6-1 固相萃取柱固相萃取柱 存在问题：存在问题：v 流速受到限制流速受到限制v 对于比较脏的样品，很容易将柱堵塞，增对于比较脏的样品，很容易将柱堵塞，增加样品处理时间加样品处理时间v 填料粒径较大，容易造成填充不均匀填料粒径较大，容易造成填充不均匀 固相萃取盘固相萃取盘 结构图结构图v 由粒径很细的键合硅胶或其它填由粒径很细的键合硅胶或其它填料同聚四氟乙烯或玻璃纤维丝压制料同聚四氟乙烯或玻璃纤维丝压制而成。填料约占而成。填料约占SPESPE盘总量的盘总量的60-90%60-90%，盘的厚度仅，盘的厚度仅0.5-1mm0.5-1mm。v 固相萃取盘的截面积大，允许固相萃取盘的截面积大，允许液体试样以较高的流量通过液体试样以较高的流量通过 图图6-2 6-2 固相萃取盘固相萃取盘c.c.固相萃取固定相固相萃取固定相 键合硅胶固定相键合硅胶固定相 通通过过化化学学反反应应的的方方法法把把各各种种有有机机官官能能团团共共价价键键合合到到硅硅胶胶表表面的游离羟基上。面的游离羟基上。正正相相：键键合合基基团团为为CN(CN(腈腈基基)、DIOLDIOL（二二醇醇基基）、NHNH2 2（氨氨基基）可可作作为为正正相相的的固固定定相相。正正相相固固定定相相是是极极性性的的，用来保留极性物质用来保留极性物质 反反相相：C C1818（十十八八烷烷基基）、C C8 8（辛辛烷烷基基）、C C2 2（乙乙基基）、CHCH（环环己己烷烷基基）、PHPH（苯苯基基）都都是是反反相相固固定定相相。反反相固定相用来保留非极性或弱极性的分析物相固定相用来保留非极性或弱极性的分析物离离子子交交换换：键键合合基基团团为为丙丙磺磺酸酸基基（PRSPRS）、SCX(SCX(苯苯磺磺酸酸基基)、二二乙乙基基丙丙基基胺胺（DEADEA）、三三甲甲基基丙丙基基胺胺（SAXSAX）可作为离子交换固定相。可作为离子交换固定相。高分子聚合物吸附剂高分子聚合物吸附剂 有机聚合物吸附剂多为苯乙烯有机聚合物吸附剂多为苯乙烯-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。根据极性大小和所选用的单体分聚甲基丙烯酸甲酯等。根据极性大小和所选用的单体分子结构不同，可分为强极性、极性、中等极性、非极性子结构不同，可分为强极性、极性、中等极性、非极性四种类型四种类型 碳基吸附剂：常见的有活性炭、分子筛、多孔石墨碳碳基吸附剂：常见的有活性炭、分子筛、多孔石墨碳等等 混合型吸附剂混合型吸附剂 ：混合型吸附剂能综合运用氢键、极：混合型吸附剂能综合运用氢键、极性、非极性以及离子间相互作用等多种作用力，使各种性、非极性以及离子间相互作用等多种作用力，使各种吸附剂在性能上相互补充，可用于各种化合物的固相萃吸附剂在性能上相互补充，可用于各种化合物的固相萃取。已开发成产品的有取。已开发成产品的有VarianVarian的的Bond-Elut CertifyBond-Elut Certify等。等。d.d.固相萃取过程固相萃取过程 固相萃取操作一般有四个基本步骤：固定相活化、样品固相萃取操作一般有四个基本步骤：固定相活化、样品上柱、淋洗和分析物洗脱上柱、淋洗和分析物洗脱 e.e.固相萃取优点固相萃取优点 可选择分离模式很多，可以提供多种实验途径可选择分离模式很多，可以提供多种实验途径 不会出现乳化现象，提高分离效率不会出现乳化现象，提高分离效率 减少溶剂大量使用和暴露，保证实验室安全、低毒减少溶剂大量使用和暴露，保证实验室安全、低毒 减少劳动强度减少劳动强度 重现性好便于不同实验室进行质控比较分析结果重现性好便于不同实验室进行质控比较分析结果 易于与其他仪器联用，实现自动化在线分析易于与其他仪器联用，实现自动化在线分析2)2)液液萃取（液液萃取（在无机痕量分析的应用）在无机痕量分析的应用）a.a.概述概述 萃取体系萃取体系:螯合萃取螯合萃取利用金属离子与螯合剂形成疏利用金属离子与螯合剂形成疏水性的螯合物由水相萃取到有机相水性的螯合物由水相萃取到有机相离子缔合萃取离子缔合萃取通过离子缔合作用以离子通过离子缔合作用以离子缔合物的形式进入有机相缔合物的形式进入有机相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、废水以及其它水样中的各种痕量重天然水、废水以及其它水样中的各种痕量重金属，在适当条件下，可以以螯合物的形式萃取金属，在适当条件下，可以以螯合物的形式萃取到小体积的有机相中到小体积的有机相中 高纯材料和其它固体样品中痕量元素的富集高纯材料和其它固体样品中痕量元素的富集也常用螯合萃取法也常用螯合萃取法 生物样品如血、尿和组织中金属离子可直接生物样品如血、尿和组织中金属离子可直接萃取，其它形态的金属化合物需要先消解萃取，其它形态的金属化合物需要先消解 痕量元素的离子缔合萃取痕量元素的离子缔合萃取 c.基体元素的萃取基体元素的萃取基体元素的螯合萃取基体元素的螯合萃取 基体元素的螯合萃取基体元素的螯合萃取 应用较少，存在两个问题：应用较少，存在两个问题：金属螯合物在有机相中的溶解度有限金属螯合物在有机相中的溶解度有限共萃取效应可能使痕量待测元素损失；大量螯合剂共萃取效应可能使痕量待测元素损失；大量螯合剂引起溶液沾污引起溶液沾污基体元素的离子缔合萃取基体元素的离子缔合萃取 离子缔合体系中有机相的萃取容量大，适合基体元离子缔合体系中有机相的萃取容量大，适合基体元素萃取素萃取 广泛应用于高纯金属和化合物中广泛应用于高纯金属和化合物中ug/g级或级或ng/g级的级的杂质分离杂质分离3）沉淀和共沉淀沉淀和共沉淀a.基体元素的沉淀：基体元素的沉淀：在适当条件下，可用沉淀法除去基在适当条件下，可用沉淀法除去基体元素，而把痕量待测元素定量地留在溶液中体元素，而把痕量待测元素定量地留在溶液中 沉淀剂分类沉淀剂分类无机沉淀剂无机沉淀剂 氨水、氢氧化钠、硫化氢等氨水、氢氧化钠、硫化氢等有机沉淀剂有机沉淀剂 常用的有机沉淀剂有二肟类常用的有机沉淀剂有二肟类(如丁二酮肟如丁二酮肟)、羟、羟基肟类基肟类(如水杨醛肟如水杨醛肟)、亚硝基化合物、亚硝基化合物(如铜铁灵如铜铁灵)、8-8-羟基喹啉及其衍生物等羟基喹啉及其衍生物等 基体沉淀法的弊端：基体沉淀法的弊端：大量使用沉淀剂容易造成溶液沾污大量使用沉淀剂容易造成溶液沾污 共沉淀作用可能引起待测痕量元素共沉淀作用可能引起待测痕量元素的损失的损失 溶液的稀释倍数比较大，给后面测溶液的稀释倍数比较大，给后面测定带来困难定带来困难b.痕量元素的共沉淀痕量元素的共沉淀 共沉淀的定义：在沉淀分离中，待分离化合物未达到溶共沉淀的定义：在沉淀分离中，待分离化合物未达到溶度积，而由于体系中存在的其他难溶化合物（捕集剂或载度积，而由于体系中存在的其他难溶化合物（捕集剂或载体）在形成沉淀过程中引起的待分离化合物同时沉淀的一体）在形成沉淀过程中引起的待分离化合物同时沉淀的一类现象类现象 共沉淀剂的分类共沉淀剂的分类 无机共沉淀剂无机共沉淀剂 氢氧化物、硫化物、硫酸盐等氢氧化物、硫化物、硫酸盐等 有机共沉淀剂有机共沉淀剂 甲基紫、孔雀绿、品红等甲基紫、孔雀绿、品红等4 4）挥发挥发挥发法是将气体和挥发性组分从液体或固体样挥发法是将气体和挥发性组分从液体或固体样品中转变为气相的过程，它包括蒸发、蒸馏、品中转变为气相的过程，它包括蒸发、蒸馏、升华、气体发生和驱气。升华、气体发生和驱气。一般来说，在一定的温度和压力下，当待测痕一般来说，在一定的温度和压力下，当待测痕量组分的挥发性和蒸汽压足够大，而基体的挥量组分的挥发性和蒸汽压足够大，而基体的挥发性和蒸汽压小到可以忽略时，可选择性地挥发性和蒸汽压小到可以忽略时，可选择性地挥发痕量组分。反之，如果基体的挥发性和蒸汽发痕量组分。反之，如果基体的挥发性和蒸汽压远大于痕量组分，则可选择性地挥发基体元压远大于痕量组分，则可选择性地挥发基体元素素(或化合物或化合物)。a.痕量组分的挥发痕量组分的挥发溶液中痕量组分的挥发溶液中痕量组分的挥发 在在液液体体样样品品(或或者者通通常常把把固固体体溶溶解解成成溶溶液液)中中，使使痕痕量量组组分分定定量量挥挥发发，挥挥发发出出来来的的元元素素或或化化合合物物，用用适适当当的的溶溶液液吸吸收收，冷冷凝凝或或用用其其他他捕捕集集方方法法进进行行富富集集，然然后后进进行行测测定定。可可直直接接与与各各种种检检测测仪仪器器相相联联接接，实现试样的分解、富集分离和测定同时进行。实现试样的分解、富集分离和测定同时进行。挥发方法：气流载带法、热挥发法、化学反应挥发方法：气流载带法、热挥发法、化学反应法法氢化物发生法：氢化物发生法：v 原理：一些金属性质比较弱的元素如锗、原理：一些金属性质比较弱的元素如锗、锡、砷、锑、铋、硒、碲等，在酸性介质和还锡、砷、锑、铋、硒、碲等，在酸性介质和还原剂存在的条件下，可生成易挥发的共价分子原剂存在的条件下，可生成易挥发的共价分子氢化物。氢化物。v 氢化物的形成和测定条件氢化物的形成和测定条件 HCl被广泛用作反应介质，被广泛用作反应介质，NaBH4或或KBH4用用作还原剂；作还原剂；v 氢化物发生法单独作为一种富集分离手段，氢化物发生法单独作为一种富集分离手段，也可以和原子吸收光谱、原子发射光谱联用也可以和原子吸收光谱、原子发射光谱联用 固体和熔融体痕量组分的挥发固体和熔融体痕量组分的挥发 挥发方法挥发方法v 热提取法热提取法v 真空熔融法真空熔融法v 活性气流提取法活性气流提取法 通过化学反应将待测痕量组分直接转化为挥通过化学反应将待测痕量组分直接转化为挥发性化合物；提取效率高，沾污小发性化合物；提取效率高，沾污小b.b.基体成分的挥发基体成分的挥发 溶液中基体成分的挥发：溶液中基体成分的挥发：最简单的应用从大体积水和非水溶液中除最简单的应用从大体积水和非水溶液中除去水、挥发性酸（碱）、有机和无机液体，去水、挥发性酸（碱）、有机和无机液体，把痕量元素留在残渣中把痕量元素留在残渣中 有机化合物和生物材料的湿法分解也属于有机化合物和生物材料的湿法分解也属于这一类这一类 固体中基体成分的挥发固体中基体成分的挥发 少数可以直接挥发少数可以直接挥发,大多数通过化学反应挥大多数通过化学反应挥发：卤化反应、氧化反应等发：卤化反应、氧化反应等 有机和生物材料的干法灰化也属于这一类有机和生物材料的干法灰化也属于这一类，