華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 復(fù)雜環(huán)境樣品中持久性有機(jī)污染物( p o p s ) 的分析方法是當(dāng)今p o p s 研究的熱點(diǎn) 之一，而樣品預(yù)處理研究又是p o p s 分析的重點(diǎn)。開發(fā)綠色樣品預(yù)處理技術(shù)，是該領(lǐng) 域的發(fā)展趨勢。本文系統(tǒng)的研究了亞臨界水萃取和微波輔助萃取技術(shù)，應(yīng)用于環(huán)境樣 品中痕量氯酚的預(yù)處理，進(jìn)行了湖泊沉積物中2 氯酚、2 , 4 二氯酚、4 一氯酚、4 氯一3 甲基酚、2 , 4 ，6 三氯酚和五氯酚等痕量氯酚類物質(zhì)的分離預(yù)富集，與氣相色譜分析方法 聯(lián)用，成功地應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境樣品中痕量氯酚類物質(zhì)的分析。 1 ) 研究六種氯酚的氣相色譜電子捕獲檢測分析條件，測定了各種氯酚的標(biāo)準(zhǔn)曲 線、檢出限及定量測定限，其檢出限介于o 0 5pg l - - 3 0 pg l 之間，定量測定限介于 o 5ug ，l 。1 0 01 t g l 之間； 2 ) 研究了亞臨界水萃取對氯酚的最佳萃取條件，即p h 值為1 l 的堿性水溶液作 為萃取溶劑，在1 5 0 下萃取8 0 分鐘：在此條件下，對氯酚濃度在0 0 1nc g 級別的 沉積物樣品，萃取回收率可達(dá)9 0 1 1 5 ，r s d 介于1 1 5 ( n = 3 ) 之間：同時(shí)， 進(jìn)一步研究s b w e 與固相萃取的聯(lián)用技術(shù)，為今后的研究工作提供了一些思路； 3 ) 研究了的微波輔助萃取對沉積物中痕量氯酚的最佳萃取條件，即p h 值為9 的 堿性水溶液作為萃取溶劑，在0 2 m p a 下萃取6 分鐘；在此條件下，對氯酚濃度在0 0 1 ug g 級別的沉積物樣品，萃取回收率可達(dá)7 5 1 2 0 ，r s d 介于1 1 5 ( n = 3 ) 之間； 4 ) 將s b w e - g c 和m a e - g c 應(yīng)用于鴨兒湖五個(gè)氧化塘沉積物樣品中氯酚類物質(zhì) 的分析測定，兩種方法的分析結(jié)果一致。r s d 介于1 1 3 ( n = 3 ) 之間，測定結(jié) 果與傳統(tǒng)的索氏提取相比，令人滿意。 關(guān)健詞。樣品預(yù)處理亞i 臨界水萃取微波輔助萃取氯酚氣相色譜 l 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t s a m p l ep r e p a r a t i o nt e c h n i q u e sp l a y a k e y r o l ei ne n v i r o n m e n t a la n a l y s i s ，e s p e c i a l l yi n t h ed e t e r m i n a t i o no ft r a c eo ru l t r a t r a c ea m o u n to fp e r s i s t e do r g a n i cp o l l u t a n t s ( p o p s ) i n t h ee n v i r o n m e n t a ls a m p l e s r e c e n t l yd e v e l o p m e n t o f s a m p l ep r e p a r a t i o n m e t h o d s c o n c e r n i n go r g a n i cs o l v e n t - f r e eo rl e s s v o l u m eo fo r g a n i cs o l v e n tc o n s u m p t i o ni si nt h e e d g e o f - s t a t eo f t h i sf i e l d ，d u et ot h ec o n c e r no ft h eh a z a r do ft h eo r g a n i cr e a g e n td i s p o s a l t ot h ee n v k o n m e n t i nt h i sp a p e r ，t w on e we n v i r o n m e n t a ls a m p l ep r e p a r a t i o nt e c h n i q u e s ， s u b c d t i c a lw a t e re x t r a c t i o na n dm i c r o w a v e - a s s i s t e de x t r a c t i o n , h a v eb e e ns t u d l e da n d a p p l i e d t ot h ed e t e r m i n a t i o no fs o m e t r a c e c h l o r o p b e n o l s ，i e 2 - c h i o r o p h e n o l ， 2 , 4 d i c h l o r o p h e n o l ，4 - c h l o r o p h e n o l ，4 - c h l o r o - 3 一m e t h y l p h e n o l ，2 ，4 ，6 - t r i c h l o r o p h e n o l a n d p e n t a c h l o r o p h e n 0 1 i n l a k es e d i m e n t s t h er e s u l t so f t h i sw o r ka r ef o l l o w i n g s ： 11t h e o p t i m i z a t i o n o fo p e r a t i o n p a r a m e t e r s o fg c e c dw a ss t u d i e df o rs i x c h l o r o p h e n o l s u n d e rt h es e l e c t e do p e r a t i o nc o n d i t i o n ah i g hc h r o m a t o g r a p h i cr e s o l u t i o n o fc h l o r o p h e n o l s ，ad e t e c t i o nl i m i t s ( s n = 3 ) o f0 0 5pe d l - - 3 0 l a g l a n dq u a n t i f i c a t i o n l i m i t s ( s n = 1 0 ) o f o 5pg l 1 0 0 ug l w e r e a c h i e v e d 2 1t h eo p e r a t i o np a r a m e t e r so fs u b c f i t i c a lw a t e re x t r a c t i o nw e r eo p t i m i z e db ya t h r e e f a c t o r - t h r e e l e v e l o r t h o g o n a ld e s i g n t h eo p t i m i z e do p e r a t i o n c o n d i t i o ni st h e t e m p e r a t u r eo f15 0 e x t r a c t i o nt i m eo f 8 0m i n u t e sa n dp ho f1 1 u n d e rt h es e l e c t e d c o n d i t i o n , t h em e t h o dc o u l de x t r a c tc h l o r o p h e n o l sq u a n t i t a t i v e l yi ns p i k e ds a m p l e s ，w h i c h c o n t a i n e dc h l o r o p h e n o l so fa b o u t0 0 1ug d g t h er e c o v e r i e so fc h l o r o p h e n o l sw e r ei nt h e r a n g eo f8 0 t o1 1 5 ，a n dt h er s d w e r eb e t w e e n1 a n d1 5 ( n = 3 ) f u r t h e r m o r e ，t h e c o m b i n a t i o no fs b w ea n ds o l i dp h a s ee x t r a c t i o nw a ss t u d i e d 3 、t h eo r g a n i cs o l v e n t - f r e em i c r o w a v e a s s i s t e de x t r a c t i o np r o c e d u r ew a s o p t i m i z e db y af o u r f a c t o r - t h r e e l e v e lo r t h o g o n a ld e s i g n t h eo p t i m i z e dp a r a m e t e r so fm a ew e r et h e p r e s s u r eo f0 2 m p a , e x t r a c t i o nt i m eo f6m i n u t e sa n dp ho f9 u n d e rt h i so p t i m i z e d c o n d i t i o n ，t h em e t h o dw a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt oe x t r a c tc h l o r o p h e n o l si ns p i k e ds a m p l e s ( o 0 1ug ，g ) t h er e c o v e r i e so fc h l o r o p h e n o l sw e r ei nt h er a n g eo f 7 5 t o1 2 0 ，a n dt h e r s dw e r eb e t w e e n1 a n d1 5 ( n = 3 ) 4 、n 他s b w ea n dm a ew e r ea p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o no f c h i o r o p h e n o l si nt h er e a l s e d i m e n ts a m p l e so fy a e ri a l k e t h er s di sb e t w e e n1 a n d1 3 f n = 3 1 t h er e s u l t so f t h et w os a m p l ep r e p a r a t i o nt e c h n i q u e sw e r ei ng o o da g r e e m e n tw i t i lt h o s ea c h i e v e db y s o x h l e te x t r a c t i o n k e y w o r d s s a m p l ep r e p a r a t i o n ，s u b c r i t i c a lw a t e re x t r a c t i o n ， m i c r o w a v e a s s i t e d e x t r a c t i o n ，c h l o r o p h e n o l s ，g a sc h r o m a t o g r a p h y 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 1緒論 1 1引吾 樣品預(yù)處理技術(shù)在環(huán)境分析化學(xué)領(lǐng)域中占著十分重要的地位，有時(shí)甚至關(guān)系到整 個(gè)分析工作的成敗。樣品預(yù)處理起著濃縮待測組分、提高方法靈敏度、去除對分析系 統(tǒng)有害物質(zhì)的作用。傳統(tǒng)的樣品預(yù)處理方法有液- 液萃取、索氏提取( s o x h l e t e x t r a c t i o n ， s o x ) 、層析、蒸餾、吸附、離一心、過濾等幾十種。這些方法一般要使用大量的有機(jī) 溶劑，而且處理時(shí)問長、操作步驟復(fù)雜，容易導(dǎo)致樣品損失和玷污，產(chǎn)生較大誤差。 為了檢測一個(gè)環(huán)境樣品中的痕量有機(jī)污染物，往往要使用幾十、甚至上百毫升有毒溶 劑，如二氯甲烷、氯仿、四氯化碳和苯等。據(jù)統(tǒng)計(jì)：在化學(xué)分析過程中所使用的化學(xué) 試劑廢棄物，易燃和腐蝕性物質(zhì)占5 5 ，有毒物質(zhì)占4 2 ，其余3 為具有反應(yīng)活 性的物質(zhì)。對操作人員的身體健康帶來危害，而且更加嚴(yán)重的是大量有機(jī)廢溶劑的不 適當(dāng)處置會對環(huán)境造成很大的污染?；瘜W(xué)分析本身成了一種污染排放源，這顯然違背 了保護(hù)環(huán)境、控制污染的宗旨。因此，探索高準(zhǔn)確度、快速、簡單、不使用或少使用 有機(jī)溶劑的環(huán)境樣品綠色預(yù)處理方法，已成為當(dāng)今環(huán)境分析化學(xué)領(lǐng)域的前沿課題之 一。 在樣品預(yù)處理領(lǐng)域，近年來發(fā)展較快的樣品預(yù)處理技術(shù)有超臨界流體萃取 ( s u p e r c r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o i l ，s f e ) 、固相微萃取( s o l i dp h a s em i c r o - e x t r a c t i o n ， s p m e ) 、超聲波輔助萃取( u l t r a s o n i ca s s i s t e de x u a c t i o n ，u a e ) 、加速溶劑萃取 ( a c c e l e r a t e ds o l v e n te x 訂a c f i o n ，a s e ) 、加壓液相萃取( p r e s s u r i z e dl i q u i de x t r a c t i o n ， p l e ) 、膜萃取( m e m b r a n ee x t r a c t i o n ，m e ) 、微波輔助萃取( m i c r o w a v e a s s i s t e d e x t r a c t i o n ，m a e ) 、亞臨界水萃取( s u b c r i t i c a lw a t e re x t r a c t i o n ，s b w e ) 等，均是 朝著綠色預(yù)處理技術(shù)這個(gè)方向發(fā)展。 對固體環(huán)境樣品中痕量持久性有機(jī)污染物( p e r s i s t e do r g a n i cp o l l u t a n t s ，p o p s ) 的 分析是當(dāng)今環(huán)境分析化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。這主要是由于固體環(huán)境樣品( 如土壤、沉 積物) 組成復(fù)雜，p o p s 含量低，基體干擾嚴(yán)重。近年來針對固體樣品開發(fā)出的樣品 綠色預(yù)處理技術(shù)有s f e 、u a e 、a s e 、m a e 、s b w e 等。其中，s b w e 和m a e 均是 華中科技大學(xué)項(xiàng)士學(xué)位論文 9 0 年代左右發(fā)展起來的新技術(shù)，它們不使用有機(jī)溶劑，或使用少量有機(jī)溶劑，代表著 該領(lǐng)域的發(fā)展前沿。 1 2 亞臨界水萃取技術(shù)及其在環(huán)境樣品預(yù)處理中的應(yīng)用 1 2 1 亞臨界水和s b w e 的特點(diǎn) 常溫常壓下，大多數(shù)有機(jī)物難溶于水，這主要是由于常溫下水的極性大。但隨著 溫度的升高，水的極性會降低，對有機(jī)物的溶解能力也會增加【2 】。亞臨界水也稱之為 高溫水、超加熱水、高壓熱水或熱液態(tài)水，是指在一定壓力下，將水加熱到1 0 0 。c 以 上臨界溫度以下的高溫，水體仍然保持在液體狀態(tài)1 3 ，4 】。通過對亞臨界水溫度和壓力的 控制可以改變水的極性、表面張力和粘度，溫度升高，極性降低，亞臨界水對有機(jī)物 的溶解能力大大增加。t o s h i oy a m a g u c h i 【5 】研究了亞臨界、超臨界流體的性質(zhì)，指出 這兩種流體物理、化學(xué)特性的改變，主要與流體微觀結(jié)構(gòu)的氫鍵、離子水合、離子締 合、簇狀結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)，隨著溫度的增加，亞臨界水的氫鍵被打開或減弱了。表1 1 列出了幾種有機(jī)溶劑在常溫常壓下的介電常數(shù)和水在不同溫度下的介電常數(shù)。可見水 的介電常數(shù)與溫度有很大關(guān)系，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，其極性與有機(jī)溶劑相當(dāng)， 從而使對有機(jī)物的溶解能力大大增強(qiáng)。 從沉積物、土壤、植物、食物等復(fù)雜固體樣品中萃取有機(jī)物時(shí)，可以采用亞臨界 水作為萃取溶劑，萃取所用的水要求是高純水( h p l c 級) ，萃取前用氮?dú)怛?qū)除水中 溶解氧1 2 1 ，以避免有機(jī)物在亞臨界水中被氧化。不同有機(jī)物的介電常數(shù)不同，當(dāng)改變 亞臨界水的溫度和壓力時(shí)，使水的極性接近于樣品中的待測組分，使其能溶解于水中， 這樣，s b w e 具有選擇性萃取的能力。 2 華中科技大學(xué)項(xiàng)士學(xué)位論文 表1 1水和有機(jī)溶劑的介電常數(shù)f 6 】 溶劑 ( 常溫常壓)( ) ( 5 m p a ) s b w e 是一種新的綠色樣品預(yù)處理技術(shù)，與一些經(jīng)典和常用的預(yù)處理方法相比， 如s o x ，對多環(huán)芳烴( p a h s ) 、多氯聯(lián)苯( p c b s ) 、酚類等有機(jī)物的萃取效率、回 收率或水平相當(dāng)或有所提高，具有較好的選擇性，萃取時(shí)間短，重現(xiàn)性好，靈敏度高， 而且該技術(shù)采用純水作為萃取溶劑，是一種沒有污染的綠色萃取技術(shù)。 s b w e 有靜態(tài)和連續(xù)( 即動(dòng)態(tài)) 兩種儀器，對設(shè)備沒有苛刻要求，其加熱裝置最 常見的是氣相色譜爐，也可以采用專門的加熱爐，如用f i s h e ri s o t e m p 爐口j 、馬弗爐【4 】 等。此外，s b w e 與其它分析方法的聯(lián)用性能較好，其分析速度和操作簡便性均可得 到保證。 1 2 2 亞臨界水萃取的影響因素 1 2 2 1 萃取溫度和壓力 s b w e 的最主要影響因素是溫度。通過對水溫的控制，可以選擇性的萃取無機(jī)或 有機(jī)物質(zhì)、極性或非極性有機(jī)物質(zhì)陰。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道【2 j ，隨著溫度的增加，其極性會隨 之改變。當(dāng)從相同的樣品中萃取標(biāo)準(zhǔn)加入的不同極性的有機(jī)物質(zhì)時(shí)，對于極性較強(qiáng)的 有機(jī)物質(zhì)，1 0 0 左右時(shí)就可基本回收完全，而對于中等極性和非極性物質(zhì)，必須在 更高的溫度下才能得到較高回收率，例如酚類物質(zhì)在1 0 0 c 時(shí)的回收率可達(dá)到8 9 l l o ，而p c b s 要在2 5 0 時(shí)的回收率才可達(dá)到8 7 1 0 5 1 2 】。 此外，亞i i 缶界水萃取的溫度還與樣品基體的性質(zhì)有關(guān)。y uy 髓9 1 2 】等采用亞臨界 水，分別從玻璃擔(dān)體、氧化鋁、硅酸鎂載體、硅膠鍵合c 1 8 和聚合x a d - 4 樹脂等材 料上洗脫加入的有機(jī)物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)吸附材料的類型對洗脫效率有很大影響。實(shí)驗(yàn)表明， 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 水在較低的溫度下就可以破壞吸附質(zhì)與玻璃擔(dān)體、氧化鋁、硅酸鎂載體之間的偶極矩 作用，而要求在較高的溫度下來打開吸附質(zhì)與硅膠鍵合c 1 8 之間的范德華力，對于吸 附質(zhì)與聚合x a d - 4 之間的電子作用，溫度要求則更高，即使在洗脫氯酚類極性較 強(qiáng)的物質(zhì)時(shí)，溫度仍然要求2 0 0 c 。 亞臨界水萃取技術(shù)對壓力的要求較低，只要適當(dāng)?shù)膲毫κ顾３衷谝后w狀態(tài)即可 【引。文獻(xiàn)報(bào)道一般為5 m p a ，因此，s b w e 系統(tǒng)很容易在裝置上實(shí)現(xiàn)。 1 2 2 2 萃取時(shí)間 亞臨界水萃取的時(shí)間比較短，一般小于1 小時(shí)。s b h a w t h o r n e 嘩1 等人用 s b w e s p m e 聯(lián)用技術(shù)，萃取土壤、沉積物中的p c b s ，在2 5 0 時(shí)萃取l 小時(shí)，所測 的濃度與索氏提取1 8 個(gè)小時(shí)所得結(jié)果相當(dāng)。采用亞臨界水萃取目標(biāo)組分時(shí)，當(dāng)這些 組分萃取完全后，萃取時(shí)間的延長，有時(shí)會導(dǎo)致回收率降低。a u d r e ye m c g o w i n l 4 】等 人采用靜態(tài)亞臨界水萃取p a i l s 和一些殺蟲劑，11 0 條件下萃取4 0 分鐘所得的回收 率( 4 7 7 9 ) 明顯低于萃取2 0 分鐘的回收率( 7 8 9 l ) 。 1 2 2 3 萃取后處理 在萃取結(jié)束后，系統(tǒng)由相對高溫高壓的狀態(tài)回復(fù)室溫常壓時(shí)，水的極性急劇增強(qiáng)， 萃取到水中的中等極性和非極性物質(zhì)會有一部分重新分配到樣品基體中，存在個(gè)樣 品水體平衡。因此，采用s b w e 分析實(shí)際樣品時(shí)，般需要加入內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正。例 如s b h a w t h o r n e 砌等人通過s b w e s p m e 萃取土壤、沉積物中的p c b s ，就加入了 氘化的p c b l 0 3 和p c b l 6 9 作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正。結(jié)果表明，亞臨界水萃取出來的p c b s 在亞臨界水降溫過程中，只有1 3 保留在水中，接下來進(jìn)行的固相微萃取，也只 從冷卻后的水體中萃取出了2 0 5 0 的p c b s 。 此外還有文獻(xiàn)報(bào)道，為了避免亞臨界水降溫過程中待測物重新分配到樣品基體 中，有人在亞臨界水萃取的過程中加入吸附材料，這樣待測物在亞臨界條件下同時(shí)被 水萃取和被吸附材料吸附，減少重新分配回樣品基體的比例。s b h a w t h o r n e 9 l 等人在 萃取土壤、沉積物、空氣顆粒物中的p a i l s 時(shí)，將樣品、水和苯乙烯一二乙烯基苯 ( s d b x c ) 萃取片一起在亞臨界條件下進(jìn)行萃取，冷卻系統(tǒng)后，用丙酮和氯甲烷洗 脫萃取片上的p a h s 。a u d r e ye m c g o w i n h i 等人也采取類似的方法，在萃取之前將c 1 8 樹脂與樣品混勻，萃取之后再用有機(jī)溶劑洗脫。另外，s b w e 也存在分析物被稀釋的 問題。因此，在s b w e 之后，一般需進(jìn)行后續(xù)處理，如液液萃取或固相微萃取等， 4 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 再進(jìn)行儀器檢測。 1 2 2 4 萃取溶劑的改良 亞臨界水萃取溶劑主要是純水，此外也有關(guān)于改良萃取溶劑的研究，根據(jù)萃取對 象的不同，在純水里加入一些改良試劑，可以改變分析性能。m m j i m e n e z - c a r m o n a a 等人在萃取煤中的一些金屬元素時(shí)，采用硝酸酸化后的亞l 臨界水萃取這些物質(zhì)，效果 很理想，有很好的重現(xiàn)性和選擇性。v f e m 6 n d e z - p d r e z i 】等人在亞臨界水萃取土壤中 的p a h s 時(shí)，往水中加入十二烷基硫酸鈉，可以增加水體萃取低極性物質(zhì)的能力。 1 2 2 5s b w e 與其他萃取方法的比較 s b h a w t h o r n e t l 2 】等人研究了s o x 、p l e 、s f e 、s b w e 等不同預(yù)處理方法萃取 環(huán)境固體樣品中p a h s ，結(jié)果見表1 2 。各種技術(shù)對p a i l s 的回收率都比較接近。s o x 和p l e 的回收率略微高出一點(diǎn)，但這兩種方法的選擇性比較差，有機(jī)溶劑作為萃取劑 時(shí)，對樣品中的非目標(biāo)萃取有機(jī)質(zhì)也有較高的萃取能力。因此，當(dāng)樣品中的p a h s 濃 度比較低時(shí)，s o x 和p l e 就需要事先對萃取產(chǎn)物進(jìn)行分餾，除去這些干擾有機(jī)質(zhì)， 避免干擾濃度太高時(shí)影響目標(biāo)分析物的測定?？梢?，s b w e 是一種較好的適用于環(huán)境 樣品中痕量有機(jī)物( 如p a l l s ) 分析的預(yù)處理方法。 表1 2s o x 、p l e 、s f e 、s b w e 的萃取情況比較【1 2 j 條件接近于e p a 方法3 5 4 0 c 。 5 條件接近于e p a 方法3 5 4 5 。 。s b w e 使用3 0 m l 水和1 0 m l 甲苯( 3 0 0 1 2 萃取) 或者6 0 m l 水和2 0 m l 甲苯( 2 5 0 c 萃取) 。 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ：= 一：= = = = = = ；= = = = = ；= = = = = = = = = = = = = = = m a r ks k r i e g e r 【1 3 1 等人研究比較了s f e 、s b w e 和常規(guī)的有機(jī)溶劑萃取土壤中的 除草劑，結(jié)果s b w e 的萃取效率跟有機(jī)溶劑萃取效率相當(dāng)，s f e 的萃取效率明顯低于 有機(jī)溶劑萃取效率，即使往超臨界c 0 2 中加入極性改良劑，也沒有明顯提高萃取效率a 1 2 3s b w e 在環(huán)境樣品預(yù)處理中的應(yīng)用 亞臨界水萃取技術(shù)自問世以來，受到廣大分析科學(xué)工作者廣泛的重視，目前主要 應(yīng)用于環(huán)境樣品預(yù)處理，此外還用于天然產(chǎn)物提取【1 4 , 1 5 、工業(yè)分析1 、生化分析【1 8 l 等領(lǐng)域。s b w e 在環(huán)境樣品預(yù)處理的研究，主要集中在土壤、水體沉積物、空氣顆粒 物以及其他一些固體環(huán)境樣品中p a h s 、p c b s 、酚類、有機(jī)氯農(nóng)藥、除草劑、殺蟲劑 的分析預(yù)處理，表1 3 列出了一些應(yīng)用實(shí)例。 表1 3s b w e 在環(huán)境樣品預(yù)處理中的應(yīng)用實(shí)例 1 3 微波輔助萃取技術(shù)及其在環(huán)境樣品預(yù)處理中的研究進(jìn)展 1 3 1 引言 微波輔助萃取是2 0 世紀(jì)末問世的一種新型分離技術(shù)，與微波消解不同，微波萃 取不會將試樣分解，而是要保持分析對象的原本化合物狀態(tài)。其基本原理是1 19 】：不同 物質(zhì)的介電常數(shù)不同，對微波能的吸收程度也不同。一方面微波能強(qiáng)化溶劑的效率， 另一方面，微波與被分離物質(zhì)直接作用，吸收微波能力的差異使樣品基體中某些組分 被選擇性加熱，從樣品體系中分離出來。這種微波與被分離物質(zhì)的直接作用，稱為微 波的激活作用，h a s w e l ls j 【2 0 】等人對固相分離過程中的微波效應(yīng)進(jìn)行研究，證明微波 6 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 輔助萃取過程中確實(shí)存在著這種特殊作用。 微波萃取設(shè)備的主要部件是微波加熱裝置和萃取容器，密閉式微波萃取系統(tǒng)必須 配有控時(shí)和控壓附件，有時(shí)還配控溫和揮發(fā)性溶劑監(jiān)測附件。最早用于微波萃取的裝 置是普通家用微波爐【2 1 1 ，現(xiàn)在己出現(xiàn)專門用于微波輔助萃取的商品化設(shè)備，如美國 c e m 公司的m e s l 0 0 0 1 2 2 1 、m d s 2 0 0 0 1 2 3 1 型微波系統(tǒng)，o i 公司的7 1 9 5 或7 1 6 5 型微波 系統(tǒng)【2 4 1 ，還有意大利m i l e s t o n e 公司的1 2 0 0 微波制樣系統(tǒng)，以及國產(chǎn)m s p - 1 0 0 型、 s h 9 4 0 2 型、w r - 2 型和m k 2 型微波制樣裝置等1 2 5 】。萃取罐一般由聚四氟乙烯材料制 成，它允許微波能自由通過、耐高溫、耐高壓、不與溶劑反應(yīng)，并且沒有吸附記憶效 應(yīng)。f i s hj r 2 6 1 等人的研究表明。無論是新萃取容器還是重復(fù)使用的容器，對有機(jī)氯 農(nóng)藥的回收率相當(dāng)。 微波輔助萃取還是一種相當(dāng)年輕的樣品預(yù)處理方法，其主要特點(diǎn)是快速、高效、 節(jié)省溶劑、污染小、選擇性好，有利于萃取熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，避免長時(shí)間高溫引起的 樣品分解，可實(shí)行多份試樣同時(shí)處理，特別適合于處理大量樣品。同時(shí)，儀器設(shè)備比 校簡單、操作簡便、適應(yīng)面較廣，在環(huán)境分析、農(nóng)藥分析、食品分析、藥物分析、生 化分析等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 1 3 2 徽波輔助萃取技術(shù)的影響因素 1 3 2 1 萃取溶劑的影響 溶劑的極性對萃取效率有很大影響，對于固體或半固體樣品，一般選用極性溶劑。 這是因?yàn)闃O性溶劑能更好的吸收微波能，提高溶劑的活性，使溶劑和樣品間的相互作 用更有效，有利于從固體或半固體樣品中萃取有機(jī)物質(zhì)1 2 7 1 。g a n z l e rk 刪等人的研究 表明，萃取溶劑的電導(dǎo)率和介電常數(shù)較大時(shí)，微波萃取的萃取效率明顯提高。常見的 萃取溶劑有甲醇、丙酮、乙酸、二氯甲烷、苯、甲苯等有機(jī)溶劑【2 明和硝酸、磷酸等無 機(jī)試劑，有時(shí)也在非極性溶劑中加入一定比例的極性溶劑來使用，文獻(xiàn)報(bào)道中以利用 丙酮己烷( 1 ：1 ) 作溶劑最多。除此之外，還要求溶劑對分離成分有較強(qiáng)的溶解能力， 對萃取的后續(xù)操作干擾較少。 微波輔助萃取溶劑的使用量比索氏提取法少1 2 3 0 倍【3 0 1 ，一般為2 0 5 0 m l ，用 量太多不會提高回收率，反而給后續(xù)處理帶來困難。 1 3 2 2 萃取溫度、壓力和時(shí)間 華中科技大學(xué)項(xiàng)士學(xué)位論文 在進(jìn)行m a e 時(shí)，萃取罐內(nèi)的溶劑保持在液態(tài)，內(nèi)部壓力最高可達(dá)i o m p a i 2 。在 此壓力下，溶劑的沸點(diǎn)提高，又不至于分解被萃取物質(zhì)。萃取回收率隨溫度的升高而 升高，達(dá)到1 1 5 1 2 0 時(shí)，被萃取物質(zhì)的平均回收率最大【2 4 】 2 7 1 【2 9 1 ，再進(jìn)一步提 高溫度回收率反而會降低，可能會導(dǎo)致萃取物質(zhì)的分解。l o p e z a v i l av 1 3 2 】等人的研 究表明，進(jìn)一步提高溫度不會獲得更好的回收率，萃取溫度達(dá)1 4 5 c 時(shí)，反而會降低 堿性化合物的回收率。f i s hj r 1 3 3 l 等人用丙酮，環(huán)己烷( 1 ：1 ) 萃取有機(jī)氯農(nóng)藥，在1 5 0 下微波萃取1 5 r a i n 后進(jìn)行色譜測定，發(fā)現(xiàn)d d t 和異狄氏劑有分解產(chǎn)物d d e 、d d d 及乙醛和甲酮異狄氏劑。 微波萃取時(shí)間與被測樣品量、溶劑體積和加熱功率有關(guān)，對于不同的物質(zhì)，最佳 萃取時(shí)間不同，一般情況下為1 0 1 5 m i n 。萃取回收率隨萃取時(shí)間的延長有所增加， 但增長幅度不大，更長的萃取時(shí)間并不會明顯提高回收率【2 “。在萃取過程中，一般加 熱1 2 m i n 即可達(dá)到要求的萃取溫度。 1 3 2 3 樣品基體的影響 樣品基體對微波萃取有影響，可能是因?yàn)闃悠分泻袑ξ⒉ㄎ蛰^強(qiáng)的物質(zhì)，或 者某種物質(zhì)的存在導(dǎo)致微波加熱過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。熊國華等人【3 4 】用丙酮正己烷 ( 1 ：1 ) 萃取四種樣品中的p a h s ( 3 1 1g g ) ，沙土中有機(jī)碳含量約為1 ，粘土中有 機(jī)碳含量低于0 0 5 ，膨潤土和氟羅里硅土不含有機(jī)質(zhì)。結(jié)果沙土樣萃取效率明顯較 低，其余三者比較接近。這說明土壤樣品中的有機(jī)質(zhì)對萃取效率有一定影響，而無機(jī) 質(zhì)的影響不大。 同時(shí)，樣品的濕度也會影響萃取回收率。因?yàn)樗帜苡行瘴⒉?，產(chǎn)生溫度 差，因此對于不含水分的樣品，要采取加濕的方法，使樣品具有適量的水分。熊國華 等人的研究表明，以丙酮，正己烷( 1 ：1 ) 萃取土壤中的p a h s 時(shí)，最佳水分含量是 1 0 2 0 ，回收率為8 2 2 9 4 1 ，水分太高會降低萃取效率。o n u s k a f i i ”】等 人以異辛烷萃取沉積物中的殺蟲劑，樣品水分為1 5 時(shí)微波萃取效率最高。 l o p e z a v i l av 【3 2 】等人對干燥泥土和未干燥泥土進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)未干燥泥土中 的堿性化合物、苯甲酸和一些酚類物質(zhì)的回收率比干燥泥土更高。 1 3 2 4 與其他萃取方法的比較 l o p e z - a v i l av 【3 6 l 等人曾比較微波輔助萃取、索氏提取和超聲波萃取方法對農(nóng)藥 殘留的萃取效率，具體數(shù)據(jù)列于表1 4 。由表中數(shù)據(jù)可見，m a e 的測定精密度和對分 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 析物的回收率都高出另外兩者?？紤]微波輔助萃取技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn)，可以預(yù)見這種技 術(shù)將是一種很有發(fā)展前景的樣品預(yù)處理技術(shù)。 表1 4 微波輔助萃取、索氏提取、超聲波萃取法比較【3 6 】 一 超聲波萃取索氏提取 微波輔助萃取 化合物下而孬百萬r 瓦琵麗石1 甄曩瓦礪廠i 聶灑麗面莜軍萬萬1 麗回收率( ) r s d ( ) 回收率( ) r s d ( )回收率( ) r s d ( ) 樣品濃度為5 0 n g g ，測定3 次 1 3 3 m a e 在環(huán)境樣品預(yù)處理中的應(yīng)用 近年來，微波輔助萃取已經(jīng)在環(huán)境分析、農(nóng)藥分析、食品分析、藥物分析、生化 分析等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在環(huán)境樣品預(yù)處理的研究最多，主要集中在土壤、水體沉 積物、環(huán)境灰塵和水中各種有機(jī)污染物的萃取分離上。萃取對象包括p a h s f 3 7 1 3 8 1 、有 機(jī)氯農(nóng)藥d 9 1 d o 、p c b s 4 ” 4 2 1 、除草劑田】、鄰苯二甲酸酯、殺蟲劑【4 5 1 、酚類化合物【4 6 1 、 甲基汞【4 7 】，也有萃取各種水樣中農(nóng)藥、除草劑等物質(zhì)的報(bào)道，表1 5 列出了一些應(yīng)用 實(shí)例。 一一 9 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 表1 5m a e 在環(huán)境樣品預(yù)處理中的應(yīng)用實(shí)例 1 4 本文的研究任務(wù) 本研究課題來源于湖北省自然科學(xué)基金和武漢市科委重點(diǎn)項(xiàng)目。主要研究固體環(huán) 境樣品中痕量有機(jī)污染物的綠色樣品預(yù)處理技術(shù)，并與色譜技術(shù)聯(lián)用，建立環(huán)境樣品 中持久性有機(jī)污染物的分析方法。通過對武漢市幾個(gè)典型湖泊的實(shí)際樣品分析，得出 湖泊沉積物中氯酚類物質(zhì)的污染狀況，為研究污染物在水環(huán)境中的分布、遷移規(guī)律以 及其控制提供依據(jù)。 本文的主要研究任務(wù)有： 氣相色譜電子捕獲檢測器檢測多種氯酚，研究最佳的氣相色譜分離條件，確立 定量方法； 應(yīng)用亞臨界水萃取技術(shù)對沉積物樣品中的氯酚類物質(zhì)進(jìn)行萃取，通過正交設(shè)計(jì)實(shí) 驗(yàn)研究多種影響因素，并利用正交分析，全面地比較各種影響參數(shù)，尋找最佳萃取條 件，并應(yīng)用于實(shí)際沉積物樣品中氯酚類物質(zhì)的分析檢測，同時(shí)進(jìn)步研究s b w e 與 1 0 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 s p e 的聯(lián)用技術(shù)； 研究微波輔助萃取的各種影響因索，通過正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)尋找最佳萃取條件，同時(shí) 與s b w e 技術(shù)進(jìn)行研究對比，并應(yīng)用于實(shí)際沉積物樣品中氯酚類物質(zhì)的分析檢測。 華中科技大學(xué)項(xiàng)士學(xué)位論文 2 氯酚類物質(zhì)的氣相色譜分析研究 2 1 引言 國家環(huán)保局頒布的酚類物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)分析方法是4 氨基安替比林光度法1 5 0 j ，這也是 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布的酚類分析方法。根據(jù)酚類能否與水蒸汽一起蒸出，分為揮發(fā)酚 與不揮發(fā)酚。揮發(fā)酚多指沸點(diǎn)在2 3 0 c 以下的酚類，通常屬一元酚。4 一氨基安替比林 光度法適用于測定水中的揮發(fā)酚類化合物，該方法容易操作，最低檢出濃度可達(dá)到 o 1 m g 幾，但對于對位取代酚，以及多取代酚則不能適用。因此，對環(huán)境中的酚類污 染物的分析常常采用色譜技術(shù)進(jìn)行分離檢測，其中在研究中最為常用的是氣相色譜技 術(shù)。 氣相色譜法一般適用于揮發(fā)性半揮發(fā)性有機(jī)物的分離分析。它的突出特點(diǎn)是高分 離效率和高分離速度，用于g c 的檢測器通常有氫火焰離子化檢測器( f i d ) 、電子 捕獲檢測器( e c d ) 、氮磷檢測器( n p d ) 、熱導(dǎo)檢測器( t c d ) 等【5 ”。此外，質(zhì)譜 ( m s ) 、傅立葉變換紅外光譜( f t i r ) 等技術(shù)也常與氣相色譜聯(lián)用，直接用于對未 知組分的定性分析。 e c d 是目前分析痕量電負(fù)性有機(jī)化合物的高靈敏度檢測器，適合于測定含鹵素、 氧、硫、氮和磷的化合物，它是一種濃度型檢測器，響應(yīng)信號與進(jìn)入檢測器中分析物 的濃度成正比【5 2 1 。g c - e c d 不能對分析組分直接進(jìn)行定性，必須用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行定性 分析，以保留時(shí)間作為定性標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行定量分析時(shí)，必須建立待測物標(biāo)準(zhǔn)曲線，由 于e c d 的線性范圍窄，曲線的形態(tài)隨組分不同而異，一般建議確定第二級曲線擬合【5 引。 本課題研究中采用氣相色譜電子捕獲檢測器，對2 氯酚( 2 - c p ) 、2 , 4 - 二氯酚 ( 2 ，4 d c p ) 、4 - 氯酚( 4 。c p ) 、4 - 氯3 甲基酚( 4 c - 3 - m p ) 、2 , 4 ，6 三氯酚( 2 ，4 ，6 t c p ) 和五氯酚( p c p ) 等六種氯酚類物質(zhì)進(jìn)行分析測定。同時(shí)，選用適合于分離氯酚類物 質(zhì)的h p 1 毛細(xì)管色譜柱( c r o s s l i n k e dm e t h y ls i l o x a n e ，3 0 m 0 3 2 m m 0 2 5um f i l m t h i c k n e s s ) 。h p 1 柱有較強(qiáng)的非極性鍵合相，固定相在高溫下流失率很低，適合于分 離痕量酚類物質(zhì)。 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 2 氯酚類物質(zhì)色譜條件的優(yōu)化研究 2 2 1 儀器及試劑 h p 6 8 9 0 氣相色譜儀，e c d 檢測器，h p 一】毛細(xì)管柱( c r o s s l i n k e dm e t h y ls i l o x a n e ， 3 0 m 0 3 2 m m x o 2 5umf i l mt h i c k n e s s ) ，h e w l e t t - p a c k a r d ，u s a ： h p 3 3 9 8 a 化學(xué)工作站，氮?dú)? n 2 ) 作為載氣； d f 2 0 0 a 電子分析天平，中國輕工業(yè)機(jī)械總公司常熟衡器工業(yè)公司； 2 - c p 、2 , 4 d c p 、4 - c p 、4 - c 3 - m p 、2 , 4 ，6 - t c p 和p c p 六種氯酚為美國s i g m a 公司出品； 二氯甲烷和丙酮，a r ，天津化學(xué)試劑有限公司； 超純水由美國e a s yp u r el f 的c o m p a c t u l t r a p u r ew a t e rs y s t e m 制備。 2 2 2 實(shí)驗(yàn)部分 2 2 2 1 溶液的配制 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：用丙酮作為溶劑，分別準(zhǔn)確配制一定濃度的各種氯酚的標(biāo)準(zhǔn)儲 備液，5 0 m l 棕色試劑瓶保存，密封保存于4 c 冰箱中。六種氯酚標(biāo)準(zhǔn)儲備液的濃度 列于表2 1 。 表2 1 六種氯酚的標(biāo)準(zhǔn)儲備液( 溶劑：丙酮) 六種氯酚混合溶液的配制：分別從六種氯酚的標(biāo)準(zhǔn)儲備液中準(zhǔn)確移取一定體積的 溶液，加入1 0 m l 容量瓶中，以二氯甲烷為溶劑定容。 2 2 2 2 氣相色譜分析操作 運(yùn)行h p 3 3 9 8 a 化學(xué)工作站，調(diào)整n 2 分壓，在儀器設(shè)置中設(shè)定進(jìn)樣方式、進(jìn)樣量、 進(jìn)樣口溫度、柱中載氣流速、爐溫、檢測器溫度及尾吹氣( n 2 ) 流速等運(yùn)行條件。在 設(shè)定條件下進(jìn)樣分析，在化學(xué)工作站中對檢測信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 2 2 2 3 氣相色譜條件的確定 1 3 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 研究中我們選用濃度接近于o 5 m g l 的氯酚混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，來分析確定合適的氣 相色譜條件。進(jìn)樣口溫度設(shè)定為2 5 0 c ，尾吹氣選用儀器操作手冊推薦的6 0 m l m i n ， h p 1 毛細(xì)管柱的載氣流速選擇推薦的2 0 m l m i n 。固定這些運(yùn)行條件，我們對爐溫進(jìn) 行研究，對比恒溫和程序升溫，發(fā)現(xiàn)恒溫運(yùn)行時(shí)存在峰拖尾現(xiàn)象，因此選擇程序升溫。 通過調(diào)整不同的程序升溫運(yùn)行方式，使六種氯酚能有很好的分離效果，較高的柱效能， 同時(shí)保證測定時(shí)間較短。 在h p 6 8 9 0 的進(jìn)樣口，裝有分流不分流石英襯管，可以選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)樣方式。分 流進(jìn)樣主要用于高濃度樣品分析，同時(shí)減輕毛細(xì)管柱的負(fù)荷。分流出口流量和柱流量 之比稱為分流比，分流比根據(jù)具體分析對象控制?？紤]到所研究的分析物濃度比較低， 分流比不宣太大，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，我們選定分流比為1 0 。通過實(shí)驗(yàn)，我們確定的具體 色譜操作條件列于表2 2 ，圖2 1 是在此操作條件下得到的六種氯酚的色譜圖，其中 2 c p 、2 , 4 - d c p 、4 - c p 和4 - c - 3 - m p 的濃度均為2 0 0 l ag l ，2 , 4 ，6 t c p 的濃度是5 0 ug l ， p c p 的濃度是1 0 ug l 。 表2 2 氣相色譜操作條件 進(jìn)樣口溫度 進(jìn)樣方式 進(jìn)樣：量 色譜柱 載氣 柱流量 尾吹氣 爐溫 e c d 檢測器 色譜：工作站 2 5 0 分流模式，分流比：1 0 1ul h p 一1 毛細(xì)管柱( c r o s s l i n k e dm e t h y ls i l o x a n e ，3 0 m o 3 2 m m 0 2 5t ai nf i l mt h i c k n e s s 、 n 2 ( 9 9 9 9 9 5 ) 2 o r a l r a i n 6 0 m l m i n 4 0 c 至2 1 0 c ( 1 0 。c r a i n ) ，停留l m i n 2 5 0 h p 3 3 9 8 a 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖2 1六種氯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液的氣相色譜圖 2 3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立 以二氯甲烷為溶劑，配制一系列不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液五份。在優(yōu)化確定的色 譜條件下進(jìn)行檢測分析，得到各種氯酚的標(biāo)準(zhǔn)曲線。因?yàn)閑 c d 的線性范圍窄，所以 其標(biāo)準(zhǔn)曲線是二次擬合曲線，得到檢出限( l d ) ( s n = 3 ) 及定量測定限( l q d ) ( s n = 1 0 ) ， 具體數(shù)據(jù)列于表2 3 。 表2 3 六種氯酚的標(biāo)準(zhǔn)曲線和l d 、l q d 氯酚標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)l d ( u g l ) l q d ( ug l ) 2 c p y = 0 0 7 9 8 x 2 + 3 6 2 4 8 x 0 9 9 9 18 82 9 3 2 , 4 - d c py = 2 3 4 6 9 x + 3 4 9 6 3 x 0 9 9 9 76 32 1 4 4 c p y = 0 0 5 6 5 + 6 6 8 8 8 x 0 9 9 9 91 4 34 7 8 4 - c - 3 - m p y = 0 0 7 8 2 x 。+ 9 1 9 4 x 0 9 9 7 93 0 51 0 1 7 2 ，4 ，6 一t c p y = 8 2 4 6 x 。+ 5 4 7 9 8 x 0 9 9 9 90 20 6 7 p c p y = 8 2 4 2 4 x 2 + 2 7 1 8 6 6 x 0 9 9 9 90 0 50 1 6 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 從表中可以看出，p c p 和2 ，4 ，6 一t c p 的檢出限和定量測定限都比較低，這是由于 有機(jī)酚的氯取代基越多，其電負(fù)性越強(qiáng)，e c d 檢測器對電負(fù)性有機(jī)化合物響應(yīng)信號敏 感，所以在相當(dāng)?shù)偷臐舛确秶鷥?nèi)，仍可以準(zhǔn)確定量檢