文稿教案肖最

1、題目：中空纖維膜微萃取-液相色譜聯(lián)用技術(shù)對痕量芳香胺類物質(zhì)的測定研究學科專業(yè)：環(huán)境科學學位申請人：肖婷婷指導教師姓名：蔡強、張永明摘要近年來，芳香胺類物質(zhì)在化工行業(yè)中的應用日益廣泛，芳香胺可導致致病或者，偶氮中的芳香胺隨印染廢水的排放流入到水環(huán)境中，從而導致水體的污染。中空纖維液相微萃取技術(shù)作為一種近年來發(fā)展較快的新型樣品前處理方法，與傳統(tǒng)液相萃取技術(shù)相比，具有萃取裝置簡單，成本低廉，用量少，易于實現(xiàn)自動化、樣品凈化功能突出等優(yōu)點，已廣泛應用于氣相、液相、毛細管電泳的樣品前處理。本主要將中空纖維液相微萃取技術(shù)與液相色譜相結(jié)合，建立了離線和的中空纖維膜液相微萃取-液相色譜連用技術(shù)實現(xiàn)了對痕量芳香

2、胺類物質(zhì)的測定。本文的主要工作和成果如下：1、通過建立離線三相中空纖維膜液相微萃取-液相色譜法聯(lián)用技術(shù)，用于檢測 2-甲氧基苯胺，4,4-二氨基二苯甲烷，4,4-二氨基二苯硫醚，2-甲氧基-5-甲基苯胺，4-氯鄰甲苯胺五種芳香胺類物質(zhì)，通過實驗研究，優(yōu)化了五種芳香胺的萃取條件，主要包括的選擇、供體相和接收相 pH、鹽效應、萃取時間、攪拌速率等影響因素。在最佳萃取條件和色譜條件下，5 種芳香胺富集倍數(shù)可達到 101-193 倍,萃取效率達 20.2-38.6。結(jié)合液相色譜檢測芳香胺的線性范圍為 0.01-0.25 mg L-1，檢出限為 1.0-2.0 g L-1，回收率為 95.2-105.2

3、。表明該方法可用于檢測印染廢水中的芳香胺類物質(zhì)。2、搭建中空纖維膜液相微萃取-液相色譜聯(lián)用裝置，并分別采用兩相和三相萃取模式對鄰甲苯胺，3, 3-二甲基聯(lián)苯胺，2-萘胺三種芳香胺進行了測定，使得此萃取檢測方法更加簡便和易于操作，通過實驗研究，優(yōu)化了三種芳香胺的萃取條件，在最佳萃取條件和色譜條件下兩相和三相的富集倍數(shù)分別為 25-41， 48-96，檢出限為 0.8-14.3，0.3-2.2g/L,加標回收率分別為 89.4-109.2，90.1-107.2，達到了較高的萃取效率。3、從微萃取操作方法、萃取優(yōu)化條件、定量分析參數(shù)三個方面對的兩相和三相中空纖維膜液相微萃取模式進行了比較研究，得出三

4、相中空纖維膜微萃取的富集倍數(shù)遠高于兩相萃取，鄰甲苯胺，3, 3-二甲基聯(lián)苯胺，2-萘胺三種物質(zhì)三相微萃取富集倍數(shù)分別是兩相微萃取的 3.26，2.34，1.92 倍，并且檢出限也遠遠低于兩相萃取的檢出限。由此對兩種萃取模式得到一個定量的認識，也驗證三相萃取的萃取效果優(yōu)于較為傳統(tǒng)的兩相萃取。: 液相微萃取，液相色譜，樣品前處理，中空纖維膜Thesis topic: Determination of aromatic amines by hollow fiber liquid-phase microextractionhigh performance liquid chromatographyPr

5、ofesssional disciplines: Environmental ScienceDegree applicant:Xiao TingtingDirector: Cai Qiang / Zhang YongmingAbstractIn recent years, aromatic amines has now come into more widespread use in chemical industry,it may cause disease and cancer, aromatic amines in Azo dye were flowed into the environ

6、ment of water by the emission of printing and dyeing wastewater.Therefore, the pollution of the water is more serious. As a novel sample pretreatment technology, hollow fiber liquid-phase microextraction(HF-LPME) provides many advantages including low cost, simple, fast and easy to operate. HF-LPME

7、has been widely used in pretreatment for gas chromatography(GC), liquidchromatography(LC) and capillary electrophoresis(CE). The new method for thedetermination of trace aromatic amineshas been developed using on-line andoff-linehollowfiberliquid-phasemicroextractionhighperformanceliquidchromatograp

8、hy. The content of this thesis is as follows:1.The method for the determination of five kinds of trace aromatic amines in printing and dyeing wastewater has been developed using off-line hollow fiber liquid-phase microextractionhigh performance liquid chromatography. The influence of extraction para

9、meters including extracting solvent, donor phase, acceptor phase, stirring rate and extraction time was optimized. Under the optimum conditions, the proposed method provided high enrichment folds of 101-193, high extraction efficiency of 20.2-38.6. a wide linear range of 0.01-0.25 mg L-1 (r0.9916),

10、detection limits (S/N=3) of 1.0-2.0 g L-1 and spiked recoveries of 95.2-105.2.Hollow fiber liquid-phase microextraction-high performance liquid chromatography displays potential application for the determination of aromatic amines in printing and dyeing wastewater.2. It is built an online detection

11、device connects the hollow fiber liquid-phase microextraction device and high performance liquid chromatography. The new method for the automated determination of three kinds of trace aromatic amines (o-Toluidine, 3,3'-Dimethylbenzidine,-Naphthylamineha) has been developed using the device respe

12、ctively by the way of two-phase extraction mode and three-phase extraction mode. Through the research, The influence of extraction parameters was investigated. Under the optimum conditions, the enrichment folds of two-phase extraction mode and three-phase extraction mode were 25-41 and 48-96, detect

13、ion limits (S/N=3) of these were 0.8-14.3 and 0.3-2.2 g L-1 , spiked recoveries of these were 89.4-109.2 and 90.1-107.2, It indicates that this process had a highextraction efficiency.3. Two-phase extraction mode and three-phase extraction mode were compared for three regions including on-line extra

14、ction operating method, optimization of extraction parameters, parameter of quantitative analysis, It follows that the enrichment folds of three-phase extraction mode is far above that of two-phase extraction mode, increasing by 3.26，2.34，1.92 times, detection limits (S/N=3) of three-phase extractio

15、n mode were far less than that of two-phase extraction mode. From this, it obtained a quantitative understanding for the two kinds of extraction mode, it was also a successful verification that extraction efficiency of three-phaseextraction mode was much better than that of two-phase extraction mode

16、.Keywords:liquid-phasemicroextraction;liquidchromatography;samplepretreatment; hollow fiber目錄第 1 章 緒論11.1 液相色譜儀簡介21.2 液相微萃取技術(shù)31.2.1 液相微萃取技術(shù)的發(fā)展41.2.2 液相微萃取模式41.3 中空纖維膜液相微萃取技術(shù)71.3.1 中空纖維膜的結(jié)構(gòu)71.3.2 中空纖維液相微萃取模式71.3.3 萃取機理101.3.4 中空纖維膜萃取裝置111.3.5 中空纖維液相微萃取的影響因素151.4 中空纖維液相微萃取技術(shù)的應用171.5 本研究依據(jù)及主要內(nèi)容18第 2 章

17、離線三相中空纖維膜萃取-液相色譜法測定印染廢水中芳香胺202.1 實驗部分202.1.1 儀器與試劑202.1.2 實驗方法212.3 結(jié)果與討論222.3.1 萃取條件優(yōu)化222.3.2 定量分析參數(shù)282.3.3 樣品分析292.4 結(jié)論30第三章3.1中空纖維膜微萃取-液相色譜聯(lián)用測定印染廢水中的芳香胺32實驗部分323.1.1 儀器與試劑323.1.2 實驗方法33結(jié)果與討論363.23.2.13.2.2兩相中空纖維膜微萃取-液相色譜聯(lián)用測定印染廢水中的芳香胺36三相中空纖維膜微萃取-液相色譜聯(lián)用測定印染廢水中的芳香胺433.3第四章4.14.24.3結(jié)論50兩相中空纖維膜液相微萃取方

18、法與三相微萃取方法的比較52兩相與三相中空纖維膜微萃取操作方法的比較52兩相與三相中空纖維膜微萃取優(yōu)化條件的比較52兩相與三相中空纖維膜微定量分析參數(shù)的比較534.4 小結(jié)54第五章 結(jié)論與展望545.1 結(jié)論545.2 展望55參考文獻56致謝62第 1 章 緒論近年來，芳香胺類化合物在化工行業(yè)中的應用日益廣泛，尤其是紡織產(chǎn)業(yè)中的禁用偶氮害1。偶氮中含有的芳香胺類物質(zhì)對消費者的健康和環(huán)境造成了巨大的傷是指結(jié)構(gòu)中含有偶氮基的。這類具有色譜齊全、顏色鮮艷、色牢度較高、成本優(yōu)點。目前全球有三分之二左右的屬于偶氮，估計約 2 000 個品種，年產(chǎn)量近 60 萬噸。目前研究表明，一部分偶氮與作用后能夠

19、產(chǎn)生對有性或懷疑有性的芳香胺類物質(zhì)(如 2-萘胺，聯(lián)苯胺，2，4-二氨等)。芳香胺是指在芳環(huán)上含有氨基取代基的一類化合物。芳香胺通過呼吸道、胃腸道和皮膚進入，經(jīng)過類似氮羥化、酯化等活化作用使細胞的 DNA 發(fā)生結(jié)構(gòu)與功能的變化，導致人過敏、致病甚至2。流行病學指出某些芳香胺如二氨基二苯甲烷等能誘發(fā)泌尿系統(tǒng)的，4-氨基聯(lián)苯、3-氨基聯(lián)苯和 2-氨基聯(lián)苯會抑制許多腸道細菌之生長從而影響到腸道菌群的平衡偶氮及其代謝產(chǎn)物的化學結(jié)構(gòu)和毒性關(guān)系的回顧與前瞻。1994 年德國頒布法令使用能夠產(chǎn)生 22 種有害芳香胺的 118和紡織印染行業(yè)引起了很大的反響。歐盟于 2003 年 9種偶氮，在世界月 11 日公

20、布第 2002/61，指出凡是在還原條件下出芳香胺的偶氮都被禁用，將芳香胺作為優(yōu)先控制污染物3，并且規(guī)定凡是皮革、紡織品必須進行有害芳香胺的檢測，限制芳香胺的使用和控制中有害芳香胺的含量已經(jīng)引起全世界的重視4。我國于 2005 年 1 月 1 日正式實施的標準 GB 1840l-2003紡織基本安全技術(shù)規(guī)范中也將可分解芳香胺的檢測作為其中重要的檢測項目，我國對芳香胺類化合物的排放也做了嚴格的控制5，對于一級排污的一級排放標準為 1 mg/L。里的芳香胺物質(zhì)存在于隨印染廢水等工全統(tǒng)計，印染廢水每天排放量為 3×1064×106 m3，巨大業(yè)廢水中，據(jù)的排放量使得較多的苯胺類物

21、質(zhì)進入湖泊河生很大的污染，因此水體中芳香胺類物質(zhì)的檢測是十分必要的。目前用于測定芳香胺的方法主要有離子色譜6、氣相色譜-質(zhì)譜法7、毛細管電泳8等, 液相色譜法由于其高壓、高速、高效、高靈敏度也廣泛應用于檢測胺類物質(zhì)。芳香胺的前處理方法主要有固相萃取9, 10 ，離子對液液萃取11-13，固相微萃取14，這些傳統(tǒng)的前處理操作方法相對復雜，時間長，溶劑耗費多。近年來，以多孔中空纖維膜為載體的液相微萃取15-17作為一種綠色樣品前處理新技術(shù)得到較快發(fā)展，該方法集采樣、萃取、濃縮于一體，避免了交叉污染問題，有機溶劑使用量也很少(幾至幾十微升)18，因此采用中空纖維膜液相微萃取-液相色譜聯(lián)用的方法能夠很

22、好地富集芳香胺類物質(zhì)并且檢測芳香胺。但是純手工操作萃取過程麻煩，耗時較長，萃取效果也不理想，而萃取具有自動化程度高、操作簡便、節(jié)約時間、重現(xiàn)性好等優(yōu)點，能更好的實現(xiàn)芳香胺的富集和測定的準確性。因此，本文研究中空纖維膜液相微萃取-液相色譜聯(lián)用的的方法來測定印染廢水中的芳香胺類物質(zhì)，并采用離線和兩種方法來實現(xiàn)芳香胺的檢測，解決了前處理操作復雜，污染嚴重等問題。1.1 液相色譜儀簡介高效液相色譜法是20世紀70年代發(fā)展起來的一項高效、快速的分離分析技術(shù)。它是在經(jīng)典柱色譜角理論和實驗基礎上,引入氣相色譜的塔板等有關(guān)理論和先進技術(shù),并加以改進和發(fā)展起來的一門現(xiàn)代液相色譜學21?，F(xiàn)在，高效液相色譜幾乎能夠

23、分析所有的有機、高及生物試樣，在目前已知的有機化合物中，若事先不進行化學改性，只有20%的化合物用氣相色譜可以得到較好的分離，而80%的有機化合物則需要高效液相色譜分析。高效液相色譜在有機化學、生化、醫(yī)學、臨床、化工、食品衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測、商檢、和法檢等方面都有廣泛的用途22。高效液相色譜主要由貯液器、高壓泵、梯度洗提裝置、進樣器、色譜柱、檢測器、恒溫器和色譜工作站等主要部件，如圖1-1所示。數(shù)據(jù)及處理裝分離檢測泵液進樣溫度控制器梯度洗提裝置餾分收集色譜柱高壓泵貯液泵檢測器進樣器圖 1-1 高效液相色譜流路圖傳統(tǒng)的柱色譜、薄層色譜和紙色譜其操作繁瑣、分析時間冗長，因而未受到重視；氣相色譜法具有選

24、擇性高、分離效率高、靈敏度高、分離速度快的特點，但它僅適用于分析蒸氣壓低，沸點低的樣品。高效液相色譜法適用于高沸點的有機物、高和熱穩(wěn)定性差的化合物，以及生物活性物質(zhì)的分析和分離，彌補了氣相色譜法的不足。高效液相色譜的優(yōu)點如下：（1）高壓 液相色譜法以液體作為相，液體流經(jīng)色譜柱時受到的阻力較大，為了能迅速通過色譜柱，必須對相施加高壓。（2）高速 高效液相色譜法所需的的分析時間一般少于 1h，流量一般可達 1-10 mlmin-1。（3）高效 高效液相色譜法的柱效可達 3 萬塔板/m 以上。（4）高靈敏度 紫外檢測器的最小檢出量客單納克數(shù)量級；熒光檢測器的靈敏度可達 10-11g。由于支持和色譜和

25、工作者的共同努力，高效液相色譜在我國環(huán)境19、食品安全20、醫(yī)療、化工、生物等方面都得到了廣泛的應用，許多高效液相色譜方法都被制定為檢測標準進行執(zhí)行。在色譜柱填料和液相色譜儀器制作方面也逐見完善。1.2 液相微萃取技術(shù)傳統(tǒng)的樣品前處理技術(shù),如液-液萃取、索式提取、層析、蒸餾、離心、沉淀等,富集倍數(shù)低,操作繁瑣費時,而且需要耗費大量高純和的有機試劑,長期的身體很大,而且對環(huán)境也造成一定的污染,同時在萃取使用不僅對操作過程中容易出現(xiàn)乳化現(xiàn)象,影響分離效果,使測定結(jié)果有很大的不確定性。所以,高效、快速的無溶劑或少溶劑的樣品與前處理技術(shù)的研究已成為現(xiàn)代分析化學研究的前沿課題之一。液相微萃取技術(shù)是在液-

26、液萃取和固相微萃取基礎上發(fā)展起來的一種新型萃取技術(shù)。傳統(tǒng)的液-液萃取操作步驟繁瑣、操作高、設備費用高、操作條件嚴格、處理時間長、難于實現(xiàn)自動化，無法適應現(xiàn)代儀器分析的速度快、靈敏度高的要求23-25，以及液-液萃取過程中需使用大量且易產(chǎn)生乳化現(xiàn)象。1.2.1 液相微萃取技術(shù)的發(fā)展1996 年 Fernández 等提出液-液微萃取方法，實現(xiàn)了對樣品中脂肪胺的檢測26隨后，Jeannot 和Cantwell 提出了一種懸滴液相微萃取技術(shù)，此技術(shù)建立了微滴基礎之上的 LPME 技術(shù)27。此外一種懸掛于微量進樣器針端Jeannot 和Cantwell 還提出了液相微萃取的動力學和熱力學的理

27、論基礎,討論了攪拌速率對于被分析物傳質(zhì)速率的影響28。Dasgupta等一種drop-in-drop溶劑萃取體系,它是通過一個套管裝置在一個連續(xù)著的水相(含目標分析物)液滴中形成一個和水不互溶的有機相液滴。這個有機液滴顏色的深淺和被分析物的濃度有關(guān)，該系統(tǒng)成功應用于十二烷基硫酸液滴容易回收29。鈉的測定。該方法成本低，使用的少，且He等將LPME分為靜態(tài)和動態(tài)兩種，研究了動態(tài)的兩相液相微萃，與靜態(tài)液相微萃取相比。并首次提出直接浸入式動態(tài)LPME模型。Pedersen-Bjergaard 15等首次提出了以中空纖維為載體的液相微萃取技術(shù)。Pedersen和Kramer等提出了法只用一根微量進樣針

28、來注入和吸出接收相，這樣不僅簡化了模型而且易于實現(xiàn)自動化，尤其為動態(tài)中空纖維液相微萃取模型提供了方便30 。乙醚進行了富集31。Theis32Zhu等采用中空纖維懸掛裝置，對水樣中的等建立了頂空溶劑微萃取的裝置。Shen33 等利用微進樣器內(nèi)壁形成的膜作為頂空 LPME 的萃取界面，從組成復雜的樣品基質(zhì)中萃取了揮發(fā)性物質(zhì)，Jiang和Lee34提出了一種將一定量的封裝在一段多孔中空纖維膜中,封閉兩端做成溶劑棒,萃取后再吸取萃取劑后進行色譜分析。Myung等采用自動LPME裝置代替手工操作解決低重復性和低精密度的問題35。Hou36等首次以中空纖維內(nèi)壁為萃取界面，采用三相動態(tài)液相微萃取萃取了水溶

29、液中的芳香胺，這也是最近發(fā)展起來的三相液相微萃取,所使用的有機萃取溶劑更加微量化，這 系中,分析物是先從樣品溶液被萃取到有機相,然后再被后萃取到纖維空腔中的接受相。1.2.2 液相微萃取模式1.2.2.1 單滴液相微萃取技術(shù)單滴液相微萃取技術(shù)是最早出現(xiàn)的一種比較簡單的液相微萃取模式，也是使用比較普遍的一種模式。用Teflon 探頭或者微量進樣器抽取一定體積的進入到樣品溶液中,推出溶劑使之以液滴的形式懸掛在針頭上; 水樣中的分析物,通過擴散作用分配到中，從而實現(xiàn)萃取。一定時間后將溶劑抽回,再進行色譜檢測分析。房賢文37等測定了水中酞酸酯類化合物,了萃取溶劑、萃取時間等因素對萃取效果的影響,確定了

30、最佳萃取條件,檢出限達到 0.8lg/L。Vidal38等采用離子液體單滴液相微萃取方法實現(xiàn)水中微量防曬劑的萃取。這種方法對于純潔樣品的萃取效果較好39。雖然單滴液相微萃取技術(shù)操作裝置簡單、成本低廉，但是懸掛液滴在萃取過程中,易于溶解、容易揮發(fā)損失以及在樣品攪拌時容易脫落,因此無法提高攪拌速度、延長萃取時間，導致靈敏度和精確度都較低；而且由于溶劑微滴是露在水樣中的，當處理復雜試樣時還需額外地增加過濾操作。這些缺點很大程度上限制了 SD-LPME 技術(shù)的發(fā)展和應用。1.2.2.2 頂空液相微萃取技術(shù)HS-LPME 是液相微萃取和頂空取樣的結(jié)合,它與 SD-LPME 不同之處是懸于樣品溶液的頂部空

31、間或者采用吸有微量的微量注射器抽取樣品的頂空氣體來進行萃取的方法,這樣不僅排除了基質(zhì)的干擾,還可以通過選擇萃取溶劑的極性,達到對目標物的選擇性萃取。適用于分析復雜基質(zhì)中揮發(fā)性或半揮發(fā)性的有機化合物。這是因為，揮發(fā)性有機化合物在氣相中擴散速度非?？欤覔]發(fā)性有機化合物從樣品溶液通過空氣進入萃取溶劑中的擴散速度比從樣品溶液直接進入萃取劑中的擴散速度快。趙汝松18等認為在頂空液相微萃取中包含著三個相態(tài)(、液上空間、樣品溶液)，分析物在三相中的化學勢是推動分析物從樣品溶液進入有機相的驅(qū)動力，一般通過攪拌使之不斷產(chǎn)生新的表面來增強這種驅(qū)動力。具體萃取過程為40, 41：樣品中的待測目標化合物首先通過擴

32、散作用進入空氣中，再經(jīng)過擴散作用進入萃取溶劑中，當目標化合物在三相中達到平衡時，萃取效率最高。目前 HS-LPME 技術(shù)已廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境污染物的分析1.2.2.3 動態(tài)液相微萃1997 年,He 和Lee 等提出了一種動態(tài)的液相微萃取技術(shù),該技術(shù)把通常使用的微量進樣器作為萃取過程中的一個微型分離裝置,通過重復移動進樣器活塞使分析物在微量進樣器內(nèi)壁的萃取劑液膜相與水相之間進行反復分配，與 Dir-LPME相比,在較短的時間內(nèi)即可得到較高的富集倍數(shù)，Shrivas 等采用與大氣壓基質(zhì)輔助激光解吸/離子化質(zhì)譜聯(lián)用成功測定了尿樣和血漿中的奎寧;金曉英等利用與 GC 聯(lián)用對水樣中的有機磷殘留進

33、行了測定,在優(yōu)化的條件下,各目標物的萃取富集倍數(shù)為 21-60。目前有關(guān)這種動態(tài)液相微萃取的還較少。1.2.2.4 連續(xù)液相微萃取CF-LPME 是一種動態(tài)液相微萃取,最初由 Liu 和 Lee 通過微量進樣器把萃取劑液滴懸掛樣品溶液出口處的正上方,然后浸入充滿樣品溶液的腔中,隨著樣品溶液的連續(xù)，有機液滴不斷地與的溶液接觸,分析物被富集到液相微滴中去,萃取完成后將有機液滴吸回到微量注射器,直接進行色譜分析。Xu L42等利用此分析方法檢測了水中的銷基芳胺和氯苯,檢測限可以達到 fg/ml 水平。該法裝置簡單,易操作,精密度高,是一種理想的萃取方法。1.2.2.5 分散液-液微萃取2006 年

34、Rezaee 等43首次提出了分散液相微萃取技術(shù)。首先精確量取一定體積的樣品溶液于離心管中；然后在樣品溶液中加入一定體積的萃取劑和分散劑，讓微量萃取劑在分散劑的作用下以微滴形式均勻分散在溶液中，增大樣品溶液與萃取劑的接觸面積?；旌弦航?jīng)振蕩后使樣品溶液、分散劑、萃取劑形成一個乳濁液體系，然后通過離心使分散在溶液中的萃取劑沉積到試管底部,實現(xiàn)富集44。分散液相微萃取技術(shù)相當于微型化的液液萃取技術(shù)，是目標分析物在樣品溶液和小體積的萃取劑之間平衡分配的過程。該方法最大的優(yōu)點就是傳質(zhì)速度快,能迅速達到萃取平衡,萃取平衡時間可低至幾秒,有很高的萃取效率和富集倍數(shù),該方 法已經(jīng)運用在水樣的多環(huán)芳烴、有機磷殺

35、蟲劑、氯船、氯苯等物質(zhì)的分析檢測。1.2.2.6 中空纖維膜液相微萃取1999 年 Pedersen-Bjergaard15等首次提出了以多孔中空纖維為載體的液相微萃取技術(shù)，即以中空纖維膜為的載體，目標分析物從水溶性樣品溶液中，通過中空纖維壁微孔中的進入中空纖維腔內(nèi)的接收相。因此，接收相不與樣品溶液直接接觸，避免了 SD-LPME 技術(shù)溶劑易損失的缺點；萃取過程在多孔的中空纖維表面膜進行,纖維表面孔徑僅僅幾個微米,大、顆粒雜質(zhì)等不能通過纖維壁的微孔，因此還具有固相微萃取、單滴液相微萃取不具備的樣品凈化功能，可用于復雜基質(zhì)樣品的直接分析45。中空纖維內(nèi)有機液體能方便進入GC-MS、LC-MS、C

36、E 等檢測儀器檢測。1.3 中空纖維膜液相微萃取技術(shù)1.3.1 中空纖維膜的結(jié)構(gòu)中空纖維膜按材料來分主要有聚砜類、芳香雜環(huán)類、聚烯烴類、含氟高類纖維素類等。其中聚丙烯材料的中空纖維膜表面有很多微孔46，具有較高的強度和十分優(yōu)良的耐酸耐堿性能，是一種有皮層的異形截面多孔膜，具有不對稱膜的特性與優(yōu)點。由于聚丙烯的非極性特征，使其表面自由能和表面張力較低，具有典型疏水性能，它對多數(shù)有較強的結(jié)合力，萃取過程中發(fā)生滲漏。內(nèi)徑通常為 6001200 m，壁厚一般為 200 m，具有一定的機械強度，同時使萃取時間在一個合理的范圍內(nèi)，纖維壁微孔的孔徑一般為0.2 m，使供體相中某些小組分通過，同時可防止大或者

37、顆粒雜質(zhì)進入接收相，由于廉價且耐化學侵蝕性膜的是高微孔膜研究與開發(fā)的重要方向，聚丙烯中空纖維膜的研究得到了較多關(guān)注。1.3.2 中空纖維液相微萃取模式中空纖維膜萃取根據(jù)其萃取原理可分為兩相萃取、三相萃取、載體運轉(zhuǎn)、聚合物涂覆萃取、和加電中空纖維膜萃取等多種萃取模式。1.3.2.1 兩相萃取兩相中空纖維液相微萃取一般是指液液兩相萃取，包括供體相和有機相，供體相位于中空纖維膜的外部，一般為水溶液；有機相充滿膜壁上的微孔和膜內(nèi)腔，一般為；供體相中的目標分析物經(jīng)過中空纖維膜壁上的微孔進入有機相中，分析物在兩相中進行分配。萃取完成后，接收相通?？芍苯舆M行儀器分析；也可用甲醇稀釋47或?qū)⑷軇┱舭l(fā)48后再進

38、樣。目前，兩相萃取主要應用于氣相色譜（GC）49-52的樣品前處理領域，也有部分應用于高效液相色譜（HPLC）53-55 和毛細管電泳（CE）的樣品前處理領域。兩相萃取要求目標分析物在有機相中的溶解度要大于其在水相中的溶解度，要求目標分析物具有較大的分配系數(shù) K 接收相/供給相（平衡狀態(tài)下，目標分析物在接收相和供給相中的濃度比）。對于可離解的化合物，可以通過調(diào)節(jié)水樣的 pH 值，使目標分析物去離子化，從而提高目標分析物的萃取效果。對于酸性分析物，可以加入鹽酸56或者磷酸緩沖液55；對于堿性分析物，可以加入NaOH57, 58。此外，利用“鹽效應”向水相中加入 NaCl51, 59，也可以有效降

39、低目標分析物在水相中的溶解度，從而提高萃取效率。的選擇對于兩相萃取。選用的必須與中空纖維膜的材質(zhì)具有相似的極性，使其能夠充滿中空纖維膜膜壁上的微孔；該必須對目標分析物具有較高的親和力，從而保證目標分析物能被有效地萃取至有機溶劑中60。同時，該還必須不溶于水，揮發(fā)性低以及具有適當?shù)恼扯?，從而保證其在萃取過程中仍能保留在膜孔中而擴散滲漏到水相中。1.3.2.2 三相萃取三相中空纖維液相微萃取一般是指液液液三相萃取，包括供體相，有機相和接收相。供給相位于中空纖維膜的外部，一般為水溶性溶液；膜壁的微孔中充滿；內(nèi)腔中為接收相，一般也為水溶性溶液。樣品中的目標分析物首先被萃取到中空纖維壁上微孔內(nèi)的中，再被

40、反萃取到中空纖維膜腔內(nèi)的接收相中。這種萃取方式的接收相一般為水溶液，所以主要應用于高效液相色譜61, 62 和毛細管電泳63, 64的前處理中。這種萃取方式僅限于能離子化的目標分析物。對于堿性分析物（如芳香胺），可向供給相加入 NaOH65, 66、氨水和磷酸緩沖液 67等提高樣品溶液的 pH 值的物質(zhì)，接收相中加入鹽酸、磷酸緩沖液68和甲酸69 等降低接收相的 pH 值的物質(zhì)，從而使目標分析物去離子化被萃取到有機相，又離子化后被反萃取到水溶性接收相中；對于酸性物質(zhì)正好相反，要降低樣品溶液的 pH 值，提高接收相的 pH 值，從而使目標分析物去離子化被萃取到有機相，再經(jīng)離子化后被反萃取到水溶性

41、接收相。三相萃取中，作為支撐液膜的的選擇同樣。選用的標準與兩相萃取相似。1.3.2.3 載體轉(zhuǎn)運載體轉(zhuǎn)運中空纖維液相微萃取不同于以上兩種萃取模式，它是在樣品溶液中加入相對疏水的離子對試劑，使其與目標分析物形成離子對，離子對被萃取進入中空纖維膜壁微孔中的有機相，在有機相和接收相接觸時，目標分析物被進入接收相，接收相中的反離子（如 H+）與載體交換形成新的離子對，新的離子對被反萃取到樣品溶液中，載體出反離子，與新的目標分析物形成新的離子對，繼續(xù)進行萃取，如此循環(huán)往復。1.3.2.4 聚合物涂覆萃取Lee70等在 2004 年提出了聚合物涂覆萃取的中空纖維液相微萃取新技術(shù)。將自行的聚合物涂覆在中空纖

42、維膜的內(nèi)外表面，使中空纖維膜成為一根固相萃取。萃取時，將內(nèi)外表面涂覆有聚合物的中空纖維膜直接放入樣品溶液中進行萃取，目標分析物會吸附在聚合物涂層上。萃取完成后，將中空纖維膜取出，然后用正己烷超聲解吸，隨后將解吸液進入氣相分析。這種萃取方式由于涂覆后比表面積增大而且中空纖維膜本身膜壁上有很多微孔結(jié)構(gòu)，并且中空纖維膜可以隨著磁力攪拌在樣品溶液自由地移動增加了傳質(zhì)和擴散效能，因此它比固相萃取和中空纖維上負載有機相的萃取富集系數(shù)更高。此外，中空纖維膜價格低廉，實驗時每小段只使用一次，從而避免了交叉污染的問題。1.3.2.5 加電中空纖維液相微萃取傳統(tǒng)的中空纖維膜萃取主要基于目標分析物在供給相與接收相之

43、間的濃度差，是一種擴散，因而常常需要甚至一個多小時才能達到萃取平衡。并且，對于一些極性較強的目標分析物，需要向樣品溶液或者有機支撐液膜中加入離子對試劑、絡合劑等改進劑來改善萃取效果。Pedersen-Bjergaard 71等在 2006年提出了加電中空纖維膜液相微萃取，其萃取裝置與普通的中空纖維液相微萃取相似，在中空纖維膜內(nèi)負極，樣品溶液中正極，在電場的作用下進行萃取，整個萃取過程只需短短 5 分鐘，同時目標分析物的萃取效率也很高。加電中空纖維膜萃取使用的與傳統(tǒng)中空纖維萃取相比，需要具有更大的極性，從而有效降低整個萃取體系的電阻，取得更好的萃取效果。1.3.3 萃取機理1.3.3.1 兩相萃

44、取機理待測物從水相進入有機相是基于其在水相和有機相的分配系數(shù)，當達到萃取平衡時,根據(jù)質(zhì)量守恒定律，待測物在有機相中的濃度 Co,eq 可用公式(1-1)式來表示：K×Caq,initialC= K × C=o,eqaq,eq𝐾×𝑉01+𝑉aq(1-1)上式中 K 是待測物在有機相和水相間的分配系數(shù)，即Co,eqCaq,eqK =(1-2)Caq,initial和Caq,eq分別表示待測物在水相中的初始濃度和達到萃取平衡時的平衡濃度,，𝑉0和𝑉aq表示有機相和水相的體積。在通常情況下，待

45、測物在兩相間分配需較長的時間才能達到平衡，萃取經(jīng)常被強行終，故待測物在有機相中的濃度常低于通過平衡計算而獲得的理論濃度Co,eq。1.3.3.2 三相萃取機理本文采用中空纖維液相微萃取技術(shù)是三相液相微萃取方式，包括供體相（水溶性樣品），有機相（萃取溶劑）和水溶性的接收相。萃取過程為：首先，目標分析物從水溶性樣品溶液中被萃取到中空纖維膜微孔內(nèi)的有機相中；隨后目標分析物又被萃取到中空纖維膜內(nèi)腔的水溶性接收相中，如公式（1-3）。Ad ¬¾K¾or®¾g /d¬Ao¾¾®¾Ka / orgAa（1-3

46、）其中，Ad 為樣品溶液中目標分析物 A，Ao 為中空纖維膜膜孔內(nèi)的有機相中目標分析物 A，Aa 為接收相中目標分析物 A。平衡狀態(tài)下，目標分析物 A 在供體相和有機相之間的分配系數(shù) Korg/d，目標分析物 A 在有機相和供體相之間的分配系數(shù) Ka/org，定義如下：Korg / d = Ceq, org（1-4）Ceq, dCeq , aKa / org =（1-5）Ceq, org其中 Ceq,d 為平衡狀態(tài)下供體相中目標分析物的濃度，Ceq,org 為平衡狀態(tài)下有機相中目標分析物的濃度，Ceq,a 為平衡狀態(tài)下接收相中目標分析物的濃度。目標分析物 A 在供體相和接收相之間的分配系數(shù)為：

47、Ka / d = Ceq, a= Korg / dKa / org（1-6）Ceq, d在中空纖維三相液相微萃取技術(shù)(HF-LLLME)中，Korg/d 和 Ka/org 都會影響目標分析物的萃取效率，平衡狀態(tài)下分析物 A 的濃度可表示為：Ka / dCiVdKa / dVa + Korg / dVorg + VdCeq, a =（1-7）其中 Ci 為樣品中目標分析物的初始濃度。Vd,Vorg 和 Va 分別為供體相，有機相和接收相的體積。HF-LLLME 技術(shù)的萃取效率（E%）的方程式表示如下：E% = Ceq, a ´Va ´100%（1-8）Ci ´Vd萃

48、取過程為：首先，目標分析物從水溶性樣品溶液中被萃取到中空纖維膜微孔內(nèi)的有機相中；隨后目標分析物又被萃取到中空纖維膜內(nèi)腔的水溶性接收相中。從公式（1-7）和（1-8）可以得出 HF-LLLME 技術(shù)的萃取效率（E%）還可以由如下公式計算：Ka / dVaE% =´100%（1-9）Ka / dVa + Korg / dVorg + Vd1.3.4 中空纖維膜萃取裝置中空纖維膜萃取裝置多為裝置，分為離線中空纖維膜萃取裝置和中空纖維膜萃取裝置。1.3.4.1 離線中空纖維膜液相微萃取裝置離線中空纖維膜萃取裝置大致可分為 U 型萃取裝置、一型萃取裝置、頂空萃取裝置、萃取棒裝置、加電萃取裝置和

49、 XT-管萃取裝置等。U 型萃取裝置是指將中空纖維膜彎成 U 型，中空纖維膜兩端連接不銹上的一種萃取裝置。一根針用于注入接收相，另一根針用于收集接收相，然后進入儀器分析，如圖 1-2（a）58。一型萃取裝置比較簡單，將中空纖維膜的一段，另一端與微量進樣器相連，用于注入和收集接收相，如圖 1-2（b）72。萃取棒裝置是指中空纖維注入接收相后，兩段都，將其直接放入樣品溶液中，進行萃取，待萃取完成后，將萃取棒的一端剪開，用微量進樣器收集接收相，然后進入儀器分析，如圖 1-2（c）34。頂空萃取裝置是將中空纖維膜置于加熱樣品上方的蒸汽中，然后進行萃取的一種萃取裝置，如圖 1-2（d）73。加電萃取裝置

50、是在接收相和供體相中分別電極，然后進行萃取的一種萃取裝置，這種裝置可以提高目標分析物的萃取效率，也可以縮短萃取時間，如圖 1-2（e） 71。(a )( b)（c）( d)(e)圖 1-2 各類萃取裝置圖（a）U 型萃取裝置；（b）一型萃取裝置；（c）萃取棒裝置；（d）頂空萃取裝置；（e）加電萃取裝置；1.3.4.2中空纖維膜液相微萃取裝置聯(lián)用的膜萃取裝置多使用兩相萃取模式，一般情況下，接收相在中空纖維膜的內(nèi)腔，供給相在中空纖維膜外部，且兩相的流向正好相反，從而使兩相能夠更充分地接觸以提高萃取效率。目前，中空纖維膜萃取已經(jīng)實現(xiàn)了與GC 和 HPLC 的聯(lián)用。Guo 和 Mitra74設計了一套

51、脈沖導入中空纖維膜萃取-GC 系統(tǒng)，如圖 1.3（a）所示。該系統(tǒng)由 HPLC 泵、三通閥、六通閥、中空纖維膜萃取裝置、微捕獲裝置和 GC 構(gòu)成。萃取時，去離子水在 HPLC 泵的作用下將定量環(huán)內(nèi)的樣品溶液轉(zhuǎn)移至中空纖維膜內(nèi)腔，目標分析物穿過膜壁上的微孔進入到作為接收相的N2 氣中，隨后被 N2 氣帶至微捕獲裝置。萃取完成后，加熱微捕獲裝置將目標分析物熱脫附至 GC 中進行分析。Kuosmanen75等建立了高壓熱水萃取-中空纖維膜萃取-GC 系統(tǒng)，如圖 1.3（b）所示。高壓熱水萃取后的樣品溶液進入中空纖維膜萃取裝置后，目標分析物被萃取至靜置在中空纖維膜內(nèi)腔的環(huán)己烷接收相中。待萃取完成后，再

52、打開泵2b，將接收相轉(zhuǎn)移至閥 V1 的定量環(huán)上，隨后再由泵 2c 轉(zhuǎn)移至 GC 中進行分析。Ouyang 和 Pawliszyn76 等通過自動化軟件控樣器, 建立了全自動的 H F-LPM E 裝置，并實現(xiàn)了與 GC -MS 的分析速度。聯(lián)用，從而改善了方法的重現(xiàn)性, 提高了Choi 等于 2009 年建立了 SD M E-C E熒光素和熒光素的新方法。通過調(diào)節(jié) C E 的聯(lián)用測定 2，7-二氯熒光素、氨基，使毛細管端口形成由有機層包裹的水相液滴，目標分析物從酸性樣品溶液萃取進入正辛醇的薄層中，再被反萃到水相的接受相中，最后由 CE 分析檢測。在 10min 的攪拌萃取時間內(nèi)，該方法的富集倍

53、數(shù)高達 2000 倍。中空纖維膜萃取-HPLC 系統(tǒng)通常是將中空纖維膜萃取模塊放置于六通閥之前。萃取時，樣品溶液在中空纖維膜的外部，接收相在中空纖維膜的內(nèi)腔，目標分析物被萃取至接收相后，被帶至六通閥的定量環(huán)中。萃取完成后，將六通閥切換至進樣狀態(tài)，從而將含有目標分析物的接收相轉(zhuǎn)移至 HPLC 系統(tǒng)中進行分析。此外，還可以在中空纖維膜萃取模塊后再放置一個溶劑蒸發(fā)模塊，將部分接收相蒸發(fā)至 N2 氣中，從而對目標分析物進行濃縮。(a)(b)中空纖維膜萃取-GC 系統(tǒng)示意圖圖 1.31.3.5 中空纖維液相微萃取的影響因素1.3.5.1 中空纖維膜材料的影響中空纖維膜材料是中空纖維液相微萃取技術(shù)的部分。

54、液相微萃取要達到好的萃取效果,中空纖維膜既要有一定的疏水性,又要讓能滲透進膜壁微孔中，還要有合適的孔徑和壁厚,這樣便于對有較強的力。壁厚過小時,纖維沒有足夠的機械強度而容易破損。壁厚過大時,體積和厚度增加,會延長萃取時間77。膜壁孔徑過小會使從而降低了萃取效率。膜壁孔徑過大雖然能增加與樣品溶液的接觸面積減少,與樣品溶液的接觸面積,的滲漏,并且在處理復雜甚質(zhì)時也會影響但在進行劇烈攪拌時容易造成中空纖維膜的凈化樣品功能。目前中空纖維大部分材質(zhì)是聚丙烯材料，具有良好的化學穩(wěn)定性，耐酸、堿以及多種有機溶液；中空纖維膜表面有較多的微孔，具有較大的比表面積。目前采用較多的是聚丙烯材質(zhì)的中空纖維，纖維孔隙一

55、般為 0.2 m。中空纖維的內(nèi)徑通常為 600-1200 m。文獻中使用最多的是德國 Membrana 公司生產(chǎn)的壁厚為 200 m 的聚丙烯中空纖維。為了避免交叉污染問題影響萃取效果，實驗中的中空纖維只使用一次。1.3.5.2的影響對于提高中空纖維液相微萃取技術(shù)的萃取效率，選擇合適的萃取溶劑是一個重要因素。理想的萃取溶劑應該符合以下條件78：1、選擇的要與中空纖維膜材料相似的極性，使其能充滿中空纖維膜壁的微孔，以及中空纖維膜要對目標分析物有較高的親和力，才能保證溶劑對目標物的富集能力；2、必須難溶或者不溶于樣品溶液，以減少溶解在樣品溶液中造成的溶劑損失；3、的揮發(fā)性要小，以減少在萃取過程中揮發(fā)造成的溶劑損失； 4、三相體系中的對目標分析物