绿色样品制备技术.pdf
样品绿色制备新技术 New Green Techniques in sample pretreatment 关亚风 研究员 中国科学院大连化学物理研究所 Email:guanyafeng@dicp.ac.cn 液相微萃 取LPME 固相微萃 取SPME 基质固相 分散 MSPD 固相萃取 SPE 1974 1976 吹扫捕集 P&T 1985 1989 加压溶剂 萃取ASE 1993 1996 固相萃取 搅拌棒 SBSE 分散液液 微萃取 DLLME 微固相 萃取 µ-SPE 2010 2003 2006 1997 1999 QuEChERS 单滴微萃 取 分子印迹 SPE 超临界流 体萃取 SFE 绿色样品制备技术发展之路 2 1 微固相萃取 2 固相萃取搅拌棒 Solid phase extraction PPT模板下载:www.1ppt.com/moban/ 行业PPT模板: www.1ppt.com/hangye/ 节日PPT模板:www.1ppt.com/jieri/ PPT素材下载: www.1ppt.com/sucai/ PPT背景图片:www.1ppt.com/beijing/ PPT图表下载: www.1ppt.com/tubiao/ 优秀PPT下载:www.1ppt.com/xiazai/ PPT教程: www.1ppt.com/powerpoint/ Word教程: www.1ppt.com/word/ Excel教程: www.1ppt.com/excel/ 资料下载:www.1ppt.com/ziliao/ PPT课件下载: www.1ppt.com/kejian/ 范文下载:www.1ppt.com/fanwen/ 试卷下载: www.1ppt.com/shiti/ 教案下载:www.1ppt.com/jiaoan/ PPT论坛:www.1ppt.cn 目录 CONTENTS 3 Stir bar sorptive extraction 吹扫捕集 Purge and trap PPT模板下载:www.1ppt.com/moban/ 行业PPT模板: www.1ppt.com/hangye/ 节日PPT模板:www.1ppt.com/jieri/ PPT素材下载: www.1ppt.com/sucai/ PPT背景图片:www.1ppt.com/beijing/ PPT图表下载: www.1ppt.com/tubiao/ 优秀PPT下载:www.1ppt.com/xiazai/ PPT教程: www.1ppt.com/powerpoint/ Word教程: www.1ppt.com/word/ Excel教程: www.1ppt.com/excel/ 资料下载:www.1ppt.com/ziliao/ PPT课件下载: www.1ppt.com/kejian/ 范文下载:www.1ppt.com/fanwen/ 试卷下载: www.1ppt.com/shiti/ 教案下载:www.1ppt.com/jiaoan/ PPT论坛:www.1ppt.cn 微固相萃取 Micro-Solid phase extraction (µ-SPE) SPE模式 SPE柱 SPE盘 SPE盘 Empore disk Speed disk 吸附剂包埋在多孔 Teflon膜中 吸附剂薄层夹在两个 玻璃纤维滤膜中间, 样品流速可以更大 5 SPE程序 手工操作 自动化 离线进样 在线进样 6 Spark Holland Symbiosis™ 系列 自动进样-在线SPE-LC联用系统 Symbiosis™ Fixed SPE Symbiosis™ Pico 7 Spark Holland Symbiosis™ 系列 ——在线微柱固相萃取-高压进样-在线再生 • 自动进样、在线SPE与LC无 缝全自动连接 • 活化、上样、淋洗、洗脱 (进样)全自动化 • 洗脱液全部进入色谱柱 • SPE微柱耐受高压 10 • SPE柱的移动靠机械臂操作 2 8 Spark Holland Symbiosis™ 系列 ——在线微柱固相萃取-高压进样-在线再生 微型SPE柱,内径2~3 mm,填充10 µm 固相萃 取填料,柱效 200~300。 Spark Holland Symbiosis™ 系列 优点: 1、解析组分全部转移; 2、不需要氮吹; 3、溶剂用量 ∼1 mL/样品; 4、萃取柱在线再生(可重复用3次); 5、绿色环保。 缺点: 1、萃取柱再生不彻底,残留物留在柱头; 2、只可重复用3次, 因每次密封刀口不重合、且再生不彻底。 上样 淋洗 洗脱 再生 大连化物所 全自动阵列微固相萃取装置 动态双面高压密封、准确重复定位、 定压强压力密封。 能够高压进样-再生使用10次 上压头 µ-SPE柱 下压头 11 大连化物所 全自动阵列微固相萃取装置 主要特点 • 旋转萃取柱托盘实现萃取柱移动 • 萃取柱托盘可容纳24个萃取柱, 提高处理量 • 洗脱液无需氮吹,全部转移至液 相色谱柱,样品利用率100% • 能与自动进样器和液相色谱仪在 线联用,全自动化 12 大连化物所 全自动阵列微固相萃取装置 泵1 上样、淋洗位 脱附进样、再生 采样泵 废 液 分离色谱柱 再生液 泵 自动进样器 样品瓶 废 液 泵2 大连化物所 全自动阵列微固相萃取装置 泵1 萃取柱再生时,另一个萃取柱开始上样-淋洗 上样、淋洗位 脱附进样、再生 废 液 采样泵 分离色谱柱 再生液 泵 自动进样器 样品瓶 废 液 泵2 大连化物所 全自动阵列微固相萃取装置 应用实例 蔬菜、水果中有机磷、有机氯农药残留的测定 基质空白 标准样品 基质加标 黄瓜样品 西红柿样品 15 固相萃取 搅拌棒 Stir bar sorptive extraction(SBSE) 优点 萃取固定相体积大(30~250微升),富集倍数高,适合痕量分析,适 合在实验室应用 缺点 萃取时间和热解析时间比纤维针SPME长;热解析需要特殊装置;商品 化涂层种类较少——PDMS、PDMS/石墨化炭黑 适用于蔬菜、水果、饮料、酒、奶制品、茶等 样品中的农残和有机污染物 17 商品化搅拌棒 Gerstel TwisterTM 应用例1 水果中的甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂 SBSE涂层:PDMS 样品:水果 分析物:7种杀菌剂 SBSE条件:置于水果甲醇提取液 中搅拌2000 rpm,45oC,20 min 解析方式:溶剂解析(ACN/H2O) 分析检测方法:HPLC-DAD 分析结果: 回收率:80-105% 柠檬加标样品的SBSE-HPLC-DAD谱图。 1. metominostrobin, 30 ng/g; 2. azoxystrobin, 20 ng/g; IS, drazoxolon, 70 ng/g; 3. dimoxystrobin, 50 ng/g; 4. kresoxim-methyl, 110 ng/g; 5. picoxystrobin, 120 ng/g; 6.pyraclostrobin, 75 ng/g; 7. trifloxystrobin,100ng/g LOD:0.3-2.0 ng/g Journal of Chromatography A, 1217 (2010) 4529 18 商品化搅拌棒 Gerstel TwisterTM 应用例2 肉中的丙二醛 SBSE涂层:PDMS 样品:猪肉 分析物:丙二醛 SBSE条件:猪肉样品切碎研磨, 加水、缓冲、衍生剂,涡旋离 心后萃取,1200 rpm,1 h,室 SBSE-TD-GC/MS分析猪肉中原位衍生的丙二醛(全扫描模式) 衍生后溶液中同时存在衍生剂PFPH和抗氧化剂BHT 丙二醛含量(µmol/kg) 0-day 温 解析方式:热解析 分析检测方法:GC-MS 分析结果: 7-day 1 oC -20 oC 生猪肉 0.37 ± 0.04 0.75 ± 0.07 0.51 ± 0.08 熟猪肉 1.45 ± 0.14 8.19 ± 0.13 1.82 ± 0.06 回收率:78-89%(肉中) LOD:~ 0.4 nM Rapid Commun. Mass Spectrom. 2014, 28, 2723 19 商品化搅拌棒 Gerstel TwisterTM 应用例3 酒精饮料中的挥发性酚类化合物 SBSE涂层:乙二醇-PDMS共聚物 样品:酒精饮料 分析物:乙基苯酚、乙烯基苯酚、 乙基愈创木酚、乙烯基愈创木酚 SBSE条件:1000 rpm,3h,室温 解析方式:热解析 分析检测方法:GC-MS 分析结果: 回收率:95.7-104.4%(啤酒) 81.4-97.6%(红酒) SBSE萃取酚类和游离脂肪酸的色谱分离谱图 LOD:0.1~ 1.39 µg/L pH 7时,饮料中的游离脂肪酸为离子态,被SBSE过 程萃取的量明显小于pH 3时的情况。 Journal of Chromatography A,1390 (2015) 22 20 大连化物所 PPESK 采用相转移法制备新型聚合物涂层 — 聚醚砜酮 (PPESK) Poly (phthalazine ether sulfone ketone) PPESK 15 mm 耐解析温度290 °C 适合极性和中等极性化 合物的萃取 J. Chromatogr. A , 2008, 1177, 28 21 PDMS PDMS萃取棒涂层耐温 300 °C Glass sheath Iron bar PPESK coating PPESK萃取棒涂层耐温 290 °C 大连化物所 专用热解析装置 热解析最高温度 350 ºC 完全解析沸点 450 ºC 的组分 分体式设计,热解析单元直接置于色谱进样口上 样品传输过程无冷区、传输无残留,无需额外加热保温装置 快速高效的加热系统,升温时间小于2 min 温度和热解析流量可编程 分流/不分流功能有效防止色谱柱超载、色谱峰拖尾、二次进样等现象 保护气设计可防止环境气体渗透进入解析室 23 SBSE萃取条件优化 NaCl盐浓度 搅拌速度 方法:SBSE/TD-GC 条件选择: 萃取温度 萃取时间 NaCl盐浓度:0.3 g /mL 搅拌速度:800 rpm 萃取温度:25 ℃ 萃取时间:20 min 10 g 蔬菜样品+15 ml 丙酮 农药样品前处理方法 萃取蔬菜中有机磷农残 SBSE 提取15min 过滤 滤渣+15ml 丙酮 提取15min 过滤 提取液1 提取液2 合并提取液 SBSE 浓缩后 用水稀释 滤渣 大连化物所 PPESK搅拌棒-热解析装置 应用例1 土豆中的有机磷农残 样品体积:20ml 萃取温度:30°C 搅拌速度:600rpm 75 50 甲基对硫磷 25 2.7 ng/g 0 -19 15 16 17 18 19 20 21 2 26 PDMS stir bar 分析土豆中的有机磷农药 加标水样(800ng/L) 黄瓜样品,SBSE/GC-TSD谱图 检测到4.0ng/g Dimethoate 和 11.0ng/g Parathion-methyl 1.Monocrotophos; 2.Phorate; 3.Dimethoate; 4.Parathion-methyl; 5.Malathion; 6.Fenitrothion; 7.Fenthion; 8.Chlorpyrifos; 9.Parathion; 10.Methidathion; 11.Triazophos; 12.Ethion. PPESK萃取搅拌棒 用于黄瓜和土豆样品中有机磷农药的检测 化合物 欧盟最大农残 标准(ng/g) 乐果 甲基对硫磷 “—”:未检出 黄瓜 土豆 含量 (ng/g) RSD (%, n=3) 含量 (ng/g) RSD (%, n=3) 20 9 4.0 — — 200 5 11 2.7 10 PDMS stir bar 分析茶叶中的农残 加标水样(有机氯农 药为2ng/L,其他农 药为2µg/L) 1. Pentachloronitrobenze; 2. Triadimefon; 3. op-DDE; 4. pp’-DDE; 5. op-DDD; 6. pp’-DDD; 7. op-DDT; 8. pp’-DDT; 9. Fenpropathrin; 10. Permethrin Cis; 11. Permethrin Trans; 12. Fenvalerate Trans; 13. Esfenvalerate; 14. Deltamethrin Cis; 15. Deltamethrin Trans. 市售茶叶SBSE/GC-MS谱图 检测到0.025µg/g op-DDT和 0.018µg/g Fenpropathrin PPESK stir bar 分析饮料中的有机磷农药 葡萄汁(稀释20倍)SBSE/GC-TSD谱图 检测到94.9ng/L Methidathion 桃汁(稀释20倍) SBSE/GC-TSD谱图 检测到21.7ng/L Malathion 和44.1ng/L Parathion SPME-GC-TSD 分析果汁和红酒中的 OPPs mVolts 桔汁:0.5mL 稀释到 20mL 萃取模式:直接浸入 萃取时间:30 min 400 氧化乐果 0.17 mg/l 300 200 100 0 红葡萄酒:1mL 稀释到 20mL 萃取模式:直接浸入 萃取时间:30 min mVolts 400 300 氧化乐果 0.05 mg/l 200 100 0 19 20 色谱条件同前图 21 22 23 24 SBSE棒制备评价 线性范 围 (μg L-1) R 2-氯酚 0.1-30a 1 2,6-二甲基酚 0.1-30a 1 2-硝基酚 0.3-30b 0.9998 2,4-二氯酚 0.1-30a 0.9998 2,4,6-三氯酚 0.1-10c 0.9995 分析物 RSDd (%, n = 3 ) LOQ (ug L-1) 单根搅拌 棒 批内 批间 2.4 4.3 4.7 0.010 0.032 4.0 3.6 7.5 0.012 0.041 1.6 5.8 4.9 0.037 0.123 5.7 1.7 9.5 0.008 0.026 5.8 9.7 7.2 0.008 0.028 a 标准溶液浓度分别为0.1, 0.3,1, 4,10 以及30 μg L-1 b标准溶液浓度分别为0.3,1, 4,10 以及30 μg L-1 c 标准溶液浓度分别为0.1, 0.3,1, 4以及10 μg L-1 d加标浓 度为10 μg L-1 LOD (ug L-1) SBSE-TD-GC实际样分析 海水 废水 相对回收率/% 浓度 -1 (RSD/%, n = 3) 分析物 /μg L (RSD/ 0.6 μg 2 μg a %, n = L-1 L-1 3) 18.0 126.4 2-CP (10.0) (3.9) 2,6121.9 nd DMP (6.0) 2-NP 101.8 nd (6.8) 2,4350.4 DCP (8.1) 2,4,6- 13.2 115.1 TCP (12.0) (13.6) 110.5 (4.0) 132.6 (1.7) 110.8 (10.9) 101.8 (14.4) 105.6 (4.6) 91.7 (7.0) 91.5 (6.3) 111.2 (9.3) 69.1 (7.0) 相对回收率:69.1-132.6% RSD:1.7-14.4% 相对回收率/% 浓度 (RSD/%, n = 3) /μg L-1 (RSD/ %, n = 0.3 μg 1 μg 10 μg L-1 L-1 L-1 3) nd 109.4 (4.9) 114.7 (5.3) 86.8 (2.4) 119.0 (5.4) 108.3 (8.2) 109.1 (7.3) 81.2 (3.4) 109.3 (8.9) 99.1 (2.1) 101.9 (2.9) 59.6 (2.5) 87.7 (3.5) 51.6 (4.0) 39.6 (5.5) 30.5 (2.4) 相对回收率:30.5-119.0% RSD:2.1-8.9% 自来水 相对回收率/% (RSD/%, n = 3) 浓度 /μg L-1 (RSD/ %, n = 0.3 μg L-1 3) 1 μg L-1 10 μg L-1 103.9 (3) 108.7 (1.2) 66.9 (14.1) 106.4 (5.7) 100.6 (7.1) 99.8 (2.2) 69.7 (10.9) 99.6 (6.6) 96.2 (8.7) 96.5 (10.1) 48.1 (3.8) 86.8 (5.7) 40.1 (13.3) 37.1 (0.9) 28.8 (3.6) nd 相对回收率:28.8-108.7% RSD:1.2-14.1% PDMS stir bar 分析海水中的PAHs 加标水样(以萘计为2µg/L) 1, Naphthalene); 2, Acenaphthylene; 3, Acenaphthene; 4, Fluorene; 5, Phenathrene; 6, Anthracene; 7, Fluoranthene; 8, Pyrene; 9, Benzo[a]anthracene; 10, Chrysene; 11, Benzo[b]fluoranthene; 12, Benzo[k]fluoranthene; 13, Benzo[a]pyrene; 14, Indeno[1,2,3-cd]pyrene; 15, Dibenzo[a,h]anthracene; 16, Benzo[g,h,i]perylene SBSE/GC-FID谱图;海水样品:傅家庄海水浴场 检测到:1-490ng/L;2-431ng/L;3-45ng/L;8-391ng/L;15-827ng/L PPESK stir bar 分析海水中的有机氯 香炉礁码头海水样品 SBSE/GC-FID谱图 检测到200.5ng/L 2,4,6-TCP 甘井子海域海水样品 SBSE/GC-FID谱图 检测到99.0ng/L 2,4-DCP和 95.0ng/L 2,4,6-TCP PPESK stir bar 分析炸药厂废水中的爆炸物 1. Nitrobenzene; 2. 2-Nitrotoluene; 3. 4-Nitrotoluene; 4. 1,3-Dinitrobenzene; 5. 2,6-Dinitrotoluene; 6. 2,4-Dinitrotoluene; 7. 2,4,6-Trinitrotoluene 排污口废水(稀释4万倍) SBSE/GC-TSD谱图 检测到: 1、10.6 µg/L; 2、13.2 µg/L;3、8.6 µg/L; 4、19.2 µg/L;5、0.6 µg/L; 6、1.7 µg/L 处理后减压水(稀释100倍) SBSE/GC-TSD谱图 检测到:1、5.0 µg/L; 2、31.4 µg/L;3、5.1 µg/L; 4、12.6 µg/L;5、283 µg/L; 6、60.9 µg/L;7、786 µg/L SPME-GC-TSD 分析水中OPPs 标样 mVolts 200 8+9 样品体积:20 mL 浓度:0.8 ng/mL 11 150 3 100 6 2 50 5 7 4 1 10 12 0 -20 19 20 21 22 23 25 24 Minutes 1.Momocrotophos; 2.Phorate; 3.Dimethoate; 4.Parathionmethyl; 5.Malathion; 6.Fenitrothion; 7.Fenthion; 8.Chlorpyrifos; 9.Parathion. 10.Methidathion; 11.Triazophos; 12.Ethion. Column: 30m×0.25mm×0.25µm SE-54 260 °C Detector:TSD 20min Carrier gas:N2,13.6 cm/s 60°C 6min 110 °C SBSE-GC-FID 分析水中 PAHs 标准样品 2 pA 3 Volume: 50 mL Extraction time:120 min Desorption temp.:280 ℃ 11 Desorption time:5 min 7 2 1000 8 4 800 5 9 1 600 12 400 10 13 6 14,15 16 200 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25 27.5 1. Naphthalene (10 µg/L); 2. Acenaphthylene (20 µg/L); 3. Acenaphthene (10 µg/L); 4. Fluorene (2 µg/L); 5. Phenanthrene (1 µg/L); 6 .Anthracene (1 µg/L); 7. Fluoranthene (2 µg/L); 8. Pyrene (1 µg/L); 9. Benzo(a)pyrene (1 µg/L); 10. Chrysene (1 µg/L); 11.Benzo(b)fluoranthene (2 µg/L); 12. Benzo(k)fluroanthene (1 µg/L); 13. Benz(a)anthracene (1 µg/L); 14. Indeno(1,2,3-c,d)pyrene (1 µg/L); 15. Dibenz(a,h) anthracene (2 µg/L); 16. Benzo(g,h,i)perylene (2 µg/L). Column: 30m×0.53mm×1µm OV-1 280 °C Detector:FID 25min Carrier gas:H2,8 mL/min 40°C 8min 120 °C SBSE-GC-FID 分析海水中PAHs 组分 pA 450 2 400 350 300 3 250 200 8 15 1 150 100 50 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25 27.5 1. Naphthalene 0.49 ng/ml;2. Acenaphthylene 0.43 ng/ml;3. Acenaphthene 0.045 ng/ml;8. Pyrene :0.39 ng/ml;15. Dibenz(a,h) anthracene : 0.827 ng/ml 色谱条件同前图。 SBSE-TD-GC污水分析 (1)甲苯,(2)一氯苯, (3)己醇,(4)二甲苯,(5)苯酚, (7,18)一氯酚,(9,10)二氯苯, (12)苯甲醇,(13)甲基酚, (15)苯乙醇,(16)乙基酚, (17,19)二氯酚,(21)三氯苯, (22,27)脂肪酸类,(23)丙基酚, (25,30,31)吲哚类化合物; (26)甲基萘,(28)三氯酚, (29)氯甲基酚,(35,39)酯类, 农药类物质: (32)磷酸三丁酯,(33)莠去津, (34)异噁草松,(36)乙草胺; 生产农药的原料: (6)甲磺酰胺, (11)2-乙基-4-甲基-1-戊醇, (24)2-乙基-6-甲基苯胺; 农药生产过程中间体: (8)3,4-二氯三氟甲苯, (20)2-氯苄醇; 农药生产过程副产物: (14)苯甲胺类化合物, (37)均三嗪类化合物, (38)酰胺类化合物 吹扫捕集 Purg and trap (P&T) 基本程序 用流动的气体将样品中的挥发性成分“吹扫”出来,再用一个捕集 器将吹扫出来的物质吸附下来,然后经热解吸将样品送入GC分析 不使用有机溶剂 取样量少,富集效率高 无机盐 脱水柱 受基质干扰小 可在线操作 × 伴随有水蒸气吹出 × 易形成泡沫 适用于饮用水及固体食品中挥发性有机物的在线前处理 42 关键难点 样品气脱水 除去吹扫过程带出的水蒸气,保留VOC组分 干吹:高挥发性样品损失 低温富集(−10 ~ −15 oC):极性、高沸点非极性组分部分甚 至完全损失在低温水体中! 常温吸附:无机盐涂渍的不锈钢柱在常温下吸附水蒸气,不吸 附VOC,但是水溶性组分会损失! 43 关键难点 样品气脱水 Cyclone Water Management system(专利产品) A 吹扫阶段(除水系统110 oC,水 伴随VOC一起流过) B 解吸阶段(除水系统降至室温, 水被冷捕集 ,分析物被运至GC) C 烘焙阶段(除水系统升至240oC, 捕集的水被蒸发而排出系统) 美国OI公司Eclipse 4660 44 关键难点 泡沫控制 商品化仪器一般均可选配: 1)泡沫/气泡传感器:光学传感器,在吹扫过程中检测形成的泡沫 2)泡沫消除手段: 加入消泡剂(如美国Tekmar公司的Lumin) 泡沫破碎装置(不加消泡剂,如OI公司的Eclipse) 45 目前商品化仪器以进口产品为主 Teledyne Tekmar Lumin O.I Analytical Eclipse 4660 EST EVOLUTION 三谱仪器 PTC-1 (国产) 46 “吹扫捕集”的改型 膜萃取/微捕集 无孔膜萃取:基于膜对VOC组分的溶解扩散 多孔膜萃取:基于膜对VOC组分的孔流扩散和溶解扩散 PVDF中空纤维膜 47 大连化物所 膜萃取/微捕集 • 载样:水样泵入样品容器,水中VOCs经溶解、渗透扩散至膜内腔的气相中; 吹扫气将VOCs运载至捕集柱富集 • 热解析:加热捕集柱,载气反吹捕集管,热解析组分随载气进入GC分离 • 自净化:纯净水泵入样品瓶,载气吹扫净化中空纤维膜,同时捕集柱在高温 下老化 48 大连化物所 膜萃取/微捕集 膜清洗效果 5 min即可清洗干净 49 大连化物所 膜萃取/微捕集 自来水在线测定 自来水加标 自来水 甲苯 氯苯 苯乙烯 四氯乙烯 三氯乙烯 四氯化碳 1,2-二氯乙烷 三氯甲烷 三氯甲烷 一溴二氯甲烷 50 大连化物所 膜萃取/微捕集 分析性能 相关系数 RSD (%) 2 ppb RSD (%) 20 ppb LODsa (µg/L) 1,2-二氯乙烷 0.5-50 0.5-50 0.9936 0.9999 3.71 2.65 9.64 5.37 0.012 0.010 四氯化碳 0.5-50 0.9971 7.07 13.03 0.041 三氯乙烯 0.5-50 0.9971 5.72 7.72 0.011 甲苯 0.5-50 0.9969 4.64 6.60 0.003 四氯乙烯 0.5-50 0.9969 6.38 11.67 0.008 氯苯 0.5-50 0.9970 3.24 8.43 0.004 乙苯 0.5-50 0.9971 5.32 8.76 0.003 苯乙烯 0.5-50 0.9967 3.68 10.16 0.005 化合物 三氯甲烷 a S/N=3 线性范围 (µg/L) 51 大连化物所 膜萃取/微捕集 优点: 不需要脱水 避免气泡问题 不丢失极性组分 不丢失低沸点组分 不丢失较高沸点组分 52 膜萃取/微捕集 流金岁月 2015年3月∼10月 谢谢聆听!