第五章环境中痕量有机污染物的分析检测 第二节样品预处理技术 、液一固萃取(LSE)和液一液萃取(LE) LsE和LLE一直是环境样品固体或水)最为广泛应用的样品前处理方法如索 氏提取和溶剂萃取兼有富集和排除基体干扰的效果过去美国EPA500,600,800 系列方法大都采用这个方案其缺点是要耗用较大量的有机溶剂(数百mL),并易 引入新的干扰(溶剂中的杂质等),还需要费时的浓缩步骤并易导致被测物的损 失。 分析实例沉积物环境样品的索氏提取与色层分离(康跃惠等,2000) 冷冻的沉积物样品在室温下融化后,用干净的不锈钢小匙搅拌均匀,然后在冷冻干燥仪 上冷冻干燥。经研磨后,取20g用干净滤纸(经抽提)包样,索氏提取72h,溶剂为二氯 甲烷和丙酮混合溶剂200mL(体积比为1:1),加入活化的铜片脱硫。抽提水浴温度控制 在62-64°℃,冷却循环水温度控制在10°℃C,回流速度为5-6次/h。提取液在旋转蒸发 仪上浓缩至约1mL,加入10mL的正己烷,再次浓缩至1-2mL以转换溶剂。将已进行溶剂 置换的浓缩液加入硅胶/氧化铝净化柱净化。净化柱为10mm内径的层析拄,正己烷湿法 装柱依次装入12cm的硅胶、6cm的氧化铝、1cm的Na2SO4分别用15mL的正己烷 7omL的二氯甲烷/正己烷(体积比为30:70)和30mL的甲醇淋洗出饱和烃、芳烃(包 括多环芳烃和有机氯农药等)和非烃组分〔主要是含极性化合物)饱和烃淋出液在旋转蒸 发仪上浓缩至约m,正己烷定量转移至5mL的刻度量管中,在柔和的高纯氮气流中吹蒸 定容至200uL,在进行GC/MSD分析之前,加人内标化合物,以测定样品中正烷烃的含 正己烷、二氯甲烷、丙酮和甲醇等有机溶剂均用分析纯,经全玻璃系统二次蒸馏,并经
第五章 环境中痕量有机污染物的分析检测 第二节 样品预处理技术 一、液－固萃取(LSE)和液－液萃取(LLE) LSE 和 LLE 一直是环境样品(固体或水)最为广泛应用的样品前处理方法,如索 氏提取和溶剂萃取,兼有富集和排除基体干扰的效果,过去美国 EPA500,600,800 系列方法大都采用这个方案,其缺点是要耗用较大量的有机溶剂(数百 mL)，并易 引入新的干扰(溶剂中的杂质等),还需要费时的浓缩步骤,并易导致被测物的损 失。 分析实例—沉积物环境样品的索氏提取与色层分离（康跃惠等，2000） 冷冻的沉积物样品在室温下融化后，用干净的不锈钢小匙搅拌均匀，然后在冷冻干燥仪 上冷冻干燥。经研磨后，取 20g 用干净滤纸（经抽提）包样，索氏提取 72h，溶剂为二氯 甲烷和丙酮混合溶剂 200mL（体积比为 1：1），加入活化的铜片脱硫。抽提水浴温度控制 在 62－64℃，冷却循环水温度控制在 10℃，回流速度为 5－6 次／h。提取液在旋转蒸发 仪上浓缩至约 1mL，加入 10mL 的正己烷，再次浓缩至 1-2mL 以转换溶剂。将已进行溶剂 置换的浓缩液加入硅胶／氧化铝净化柱净化。净化柱为 10mm 内径的层析拄，正己烷湿法 装柱依次装入 12cm 的硅胶、6cm 的氧化铝、1cm 的 Na2SO4。分别用 15mL 的正己烷、 70mL 的二氯甲烷／正己烷（体积比为 30：70）和 30mL 的甲醇淋洗出饱和烃、芳烃（包 括多环芳烃和有机氯农药等）和非烃组分（主要是含极性化合物）。饱和烃淋出液在旋转蒸 发仪上浓缩至约 1mL，正己烷定量转移至 5mL 的刻度量管中，在柔和的高纯氮气流中吹蒸 定容至 200uL，在进行 GC／MSD 分析之前，加人内标化合物，以测定样品中正烷烃的含 量。 正己烷、二氯甲烷、丙酮和甲醇等有机溶剂均用分析纯，经全玻璃系统二次蒸馏，并经
气相色谱仪检验合格后使用。无水硫酸钠∶分析纯,经抽提后在通风橱中凉干,再在马弗炉 中以450°℃焙烧6h后,储存于磨口瓶中井放人干燥器中备用。硅胶(80-I0目)和氧 化铝(Io0-200目):均为层析用,经抽提后,硅胶在(180土2)C、氧化铝在(250 土2)℃分别热活化12h,待冷至室温时再加入重量的3%的去离子水去活化,放置过夜使 之达到平衡,加入正己烷淹没其表面备用。铜片:分析纯,经活化。 快速萃取是在加压(10~14MPa,最高达20MPa)和加热(50~200°C)条件下 萃取,适用于固体样品(10~30g),溶剂用量15~45mL,全程约15min。在飘 尘、砖土、食品和鱼肉中的除草剂、含磷农药,多氯苯并二恶因(PCDD,多氯苯 并呋喃(PCDF)和多氯联苯(PCB)的监测中,回收率和相对标准偏差(RSD均优于 一般萃取法 二、微波萃取 微萃取( microextraction)和连续萃取在方法和设备上均作了改进,前者每次 萃取只需耗用100-1000μL的溶剂;结合气相色谱的连续萃取,检测限可达 02~04ugL水平苯酚和农药) 微波协助萃取(MAE)是将样品(固体)置于用不吸收微波介质制成的密封容器 中利用微波加热来促进萃取对土壤中的PCBs和烟尘中的多环芳烃(PAHs)海洋 沉积物中的酞酸酯均有成功的报道,回收率-般优于索氏提取和超声波萃取法 ( Ezzell j . l,etal,1995)该法易于实现自动化。也有采用低介电常数的溶剂 在敞开式容器中进行微波加热此时主要依靠样品中的高介电常数的组分(如水) 来吸收微波,造成局部加热,形成萃取使过程比较温和适用于热不稳定组成的萃 取。 分析实例1—土壤及沉积物样品预处理的新技术—微波萃取法(但德忠等,2000
气相色谱仪检验合格后使用。无水硫酸钠：分析纯，经抽提后在通风橱中凉干，再在马弗炉 中以 450℃焙烧 6h 后，储存于磨口瓶中井放人干燥器中备用。硅胶（80 一 IO0 目）和氧 化铝（IO0 一 2O0 目）：均为层析用，经抽提后，硅胶在（180 土 2）℃、氧化铝在（250 土 2）℃分别热活化 12h，待冷至室温时再加入重量的 3%的去离子水去活化，放置过夜使 之达到平衡，加入正己烷淹没其表面备用。铜片：分析纯，经活化。 快速萃取是在加压(10～14MPa,最高达 20MPa)和加热(50～200℃)条件下 萃取，适用于固体样品(10～30g)，溶剂用量 15～45mL，全程约 15min。在飘 尘、砖土、食品和鱼肉中的除草剂、含磷农药，多氯苯并二恶因(PCDD),多氯苯 并呋喃(PCDF)和多氯联苯(PCB)的监测中,回收率和相对标准偏差(RSD)均优于 一般萃取法。 二、微波萃取 微萃取(microextraction)和连续萃取在方法和设备上均作了改进,前者每次 萃取只需耗用 100-1000μ L 的溶剂；结合气相色谱的连续萃取，检测限可达 0.2～0.4μ g·L -1水平(苯酚和农药)。 微波协助萃取(MAE)是将样品(固体)置于用不吸收微波介质制成的密封容器 中,利用微波加热来促进萃取,对土壤中的 PCBs和烟尘中的多环芳烃(PAHs),海洋 沉积物中的酞酸酯均有成功的报道，回收率一般优于索氏提取和超声波萃取法 （Jezzell J.L.,et al, 1995）。该法易于实现自动化。也有采用低介电常数的溶剂 在敞开式容器中进行微波加热,此时主要依靠样品中的高介电常数的组分(如水) 来吸收微波,造成局部加热,形成萃取,使过程比较温和,适用于热不稳定组成的萃 取。 分析实例 1—土壤及沉积物样品预处理的新技术——微波萃取法（但德忠等，2000
矿物岩石,3(20):9195) 1986年匈牙利的 Gansler等(1986)首次报导利用微波萃取从土壤中提取有机物的 研究,为土壤及沉积物样品预处理开辟了一条崭新的路子。 1.微液萃取的原理、特点和影响因素 (1)微波萃取的原理 微波萃取( Microwave extraction,简称ME),亦称为微波辅助萃取( Microwave - Assisted extraction,简称MAE)。MAE是利用微波能的特性来对物料中的目标成分进行 选择性萃取从而使试样中的某些有机成分(如有机污染物)达到与基体物质有效分离的目的。 一般说来介质在微波场中的加热有两种机理即窝子传导和偶极子转动。在微波加热实际应 用中两种机理的微波能耗散同时存在其贡献大小取决于介质的分子结构、介电常数大小、 浓度及驰豫时间等。不同物质的介电常数不同其吸收微波能的程度是有差异的通过选择不 同溶剂和调节微波加热参数利用这种差异可选择性地加热目标成分,以利目标成分从基体或 体系中提取和分离而不会造成有机物的分解。 (2)微波萃取的特点和影响因素 (a)苯取温度的影响 在微波密闭容器中内压可达十几个大气压因此溶剂沸点比常压下高许多。例如丙酮的 沸点由562℃提高到164℃丙酮/环己烷(1:1)的共沸点由498℃提高到158℃C,因此微波 萃取可以达到常压下使用同样溶剂达不到的萃取温度 (b)微波萃取时间 微波萃取时间与样品量、溶剂体积和加热功率有关。一般情况下萃取时间在10min~ 15min (c)萃取罐材料吸附记忆效应
矿物岩石，3（20）：91-95） 1986 年,匈牙利的 Ganzler 等（1986）首次报导利用微波萃取从土壤中提取有机物的 研究，为土壤及沉积物样品预处理开辟了一条崭新的路子。 1． 微波萃取的原理、特点和影响因素 （1）微波萃取的原理 微波萃取(Microwave Extraction, 简 称 ME),亦 称 为微 波 辅助 萃 取(Microwave –Assisted Extraction,简称 MAE)。MAE 是利用微波能的特性来对物料中的目标成分进行 选择性萃取,从而使试样中的某些有机成分(如有机污染物)达到与基体物质有效分离的目的。 一般说来,介质在微波场中的加热有两种机理,即离子传导和偶极子转动。在微波加热实际应 用中,两种机理的微波能耗散同时存在,其贡献大小取决于介质的分子结构、介电常数大小、 浓度及驰豫时间等。不同物质的介电常数不同,其吸收微波能的程度是有差异的,通过选择不 同溶剂和调节微波加热参数,利用这种差异可选择性地加热目标成分,以利目标成分从基体或 体系中提取和分离,而不会造成有机物的分解。 （2）微波萃取的特点和影响因素 （a）萃取温度的影响 在微波密闭容器中,内压可达十几个大气压,因此,溶剂沸点比常压下高许多。例如,丙酮的 沸点由 56.2℃提高到 164℃,丙酮/环己烷(1∶1)的共沸点由 49.8℃提高到 158℃,因此微波 萃取可以达到常压下使用同样溶剂达不到的萃取温度。 （b）微波萃取时间 微波萃取时间与样品量、溶剂体积和加热功率有关。一般情况下,萃取时间在 10min～ 15min。 （c）萃取罐材料吸附记忆效应
有机物材料作容器对被萃取的有机农药易吸附或存在吸附污染。实验结果表明无论新 萃取罐还是用过几次的萃取罐可以排除农药萃取罐吸附或残留记忆的影响。 (d)微波萃取中分解产物形成的影响 在微波萃取中萃取温度高于常规法50℃C~60°C可能发生被萃取物分解的情况。用丙 酮/环己烷(1∶1)作萃取剂在150°℃加热萃取15min后进行色谱测定对六种有机氯残留 DDT和异狄氏剂有分解产物DDE、DDD及乙醛和甲酮异狄氏剂。但这些分解产物或分解 物量小于美国EPA方法的误差允许值 2微波萃取技术 微波萃取整个过程包括样品粉碎、与溶剂混合、微波辐射、分离萃取液等步骤萃取过 程一般在特定的密闭容器中进行。一般说来用于试样消解的微波溶样系统均可用于微波萃 取只是在微波萃取中要准确控制溶剂温度使其不沸腾或不分解待测物。取装置可以用有控 温附件的微波制样设备也可以用普通家用微波炉。在选定溶剂和萃取压力的前提下控制萃 取功率和萃取时间的主要目的还是为了选择最佳萃取温度。萃取罐一般由PTFE材料制成(体 积约100m)允许微波能自由穿透耐高温高压且不与溶剂反应。每个系统中可同时放置9 12个萃取罐(美国EMS公司的MARS5微波制样系统一次可萃取14个样因此试样的批量 处理能力大大提高 微波萃取条件中萃取溶剂的选择对萃取结果的影响至关重要。微波萃取溶剂应为具有 极性的溶剂如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸、甲苯、二氯乙烷、己烷、四甲基铵或水等。因非 极性溶剂不吸收微波能所以不能用100%的非极性溶剂作微波萃取溶剂。一般可在非极性 溶剂中加入一定比例的极性溶剂来使用。已报道的混合溶剂有丙酮/环己烷盐酸/甲苯二氯 甲烷/甲醇水/甲苯甲醇/水/亿酸甲醇/水氨水等。其中以丙酮/环己烷(11)用得最多用它作 微波萃取溶剂测定干燥土壤样时除苯甲酸和碱性化合物外其他有机物回收率都在80%以
有机物材料作容器对被萃取的有机农药易吸附或存在吸附污染。实验结果表明,无论新 萃取罐,还是用过几次的萃取罐,可以排除农药萃取罐吸附或残留记忆的影响。 （d）微波萃取中分解产物形成的影响 在微波萃取中,萃取温度高于常规法 50℃～60℃,可能发生被萃取物分解的情况。用丙 酮/环己烷(1∶1)作萃取剂,在 150℃加热萃取 15min 后进行色谱测定,对六种有机氯残留、 DDT 和异狄氏剂有分解产物 DDE、DDD 及乙醛和甲酮异狄氏剂。但这些分解产物或分解 物量小于美国 EPA 方法的误差允许值。 2.微波萃取技术 微波萃取整个过程包括样品粉碎、与溶剂混合、微波辐射、分离萃取液等步骤,萃取过 程一般在特定的密闭容器中进行。一般说来,用于试样消解的微波溶样系统均可用于微波萃 取,只是在微波萃取中要准确控制溶剂温度使其不沸腾或不分解待测物。取装置可以用有控 温附件的微波制样设备,也可以用普通家用微波炉。在选定溶剂和萃取压力的前提下,控制萃 取功率和萃取时间的主要目的还是为了选择最佳萃取温度。萃取罐一般由 PTFE 材料制成(体 积约 100ml),允许微波能自由穿透,耐高温高压且不与溶剂反应。每个系统中可同时放置 9～ 12 个萃取罐(美国 EMS 公司的 MARS5 微波制样系统一次可萃取 14 个样),因此试样的批量 处理能力大大提高。 微波萃取条件中,萃取溶剂的选择对萃取结果的影响至关重要。微波萃取溶剂应为具有 极性的溶剂,如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸、甲苯、二氯乙烷、己烷、四甲基铵或水等。因非 极性溶剂不吸收微波能,所以不能用 100%的非极性溶剂作微波萃取溶剂。一般可在非极性 溶剂中加入一定比例的极性溶剂来使用。已报道的混合溶剂有:丙酮/环己烷,盐酸/甲苯,二氯 甲烷/甲醇,水/甲苯,甲醇/水/乙酸,甲醇/水/氨水等。其中以丙酮/环己烷(1:1)用得最多,用它作 微波萃取溶剂测定干燥土壤样时,除苯甲酸和碱性化合物外,其他有机物回收率都在 80%以
上。微波萃取溶剂用量一般为20m~50ml,用量太多不仅不会提高萃取效率而且还会给后 续“净化″带来困难微波萃取溶剂用量比超声波或索氏萃取法少12~30倍。 经微波萃取后的萃取液除目标成分外往往还含有其它干扰物质,一般需经离心分离、微 孔玻璃过滤器或柱层析法等与试样基体物分离然后送至 GC, HPLO或GC/MS,LC/MS进行 测定。萃取液是否要经浓缩或稀释视待测成分的含量及仪器的检测限而定 一般说来为获得最佳萃取效果在进行微波萃取时,应对微波制样系统、微波萃取参数 (时间、温度、压力)、溶剂种类及其配比用量、试样基体、目标成分和萃取液的分离净化等 进行考察、试验和优选 3微波萃取在土壤及沉积物样品预处理中的应用 10年来微波萃取用于环境样品预处理的研究最多主要集中在土壤及沉积物样品中有 机污染物的萃取分离上。被提取的有机污染物包括多环芳烃、有机氯农药、多氯联苯、邻苯 二甲酸酯、二苯并呋喃( PCDES)和二恶英 PCDDs)、除草剂、杀虫剂、三嗪、酚类化合物 有机锡化合物、甲基汞、总石油烃和三烷基和磷酸三烷基酯(TAPS)等。 三、固相萃取(SPE) SPE是种吸附剂萃取主要适用于水中样品的处理。当水中痕量物质通过装 有合适吸附剂的SPE柱时被富集再被少量的选择性溶剂洗脱因此SPE是同时进 行萃取和浓缩的有效方法。SPE也可以被近似地看作是一个简单的色谱过程吸 附剂作为固定相流动相是萃取过程的水样或解析过程的有机溶剂。若样品中的 有机化合物不超出吸附容量时则被全部保留下来。因为对于中等极性的有机化合 物来说水不作为淋洗流动相,所以一般地讲反相吸附剂材料被广泛使用。 固相萃取是70年代初发展起来的样品前处理技术据统计现在将近有50% 的环境样品采用这个方法。固相萃取是净化和富集相结合的方法特别适用于水
上。微波萃取溶剂用量一般为 20ml～50ml,用量太多不仅不会提高萃取效率,而且还会给后 续“净化”带来困难,微波萃取溶剂用量比超声波或索氏萃取法少 12～30 倍。 经微波萃取后的萃取液除目标成分外,往往还含有其它干扰物质,一般需经离心分离、微 孔玻璃过滤器或柱层析法等与试样基体物分离,然后送至 GC,HPLC 或 GC/MS,LC/MS 进行 测定。萃取液是否要经浓缩或稀释,视待测成分的含量及仪器的检测限而定。 一般说来,为获得最佳萃取效果,在进行微波萃取时,应对微波制样系统、微波萃取参数 (时间、温度、压力)、溶剂种类及其配比用量、试样基体、目标成分和萃取液的分离净化等 进行考察、试验和优选。 3.微波萃取在土壤及沉积物样品预处理中的应用 10 年来,微波萃取用于环境样品预处理的研究最多,主要集中在土壤及沉积物样品中有 机污染物的萃取分离上。被提取的有机污染物包括多环芳烃、有机氯农药、多氯联苯、邻苯 二甲酸酯、二苯并呋喃(PCDFs)和二恶英(PCDDs)、除草剂、杀虫剂、三嗪、酚类化合物、 有机锡化合物、甲基汞、总石油烃和三烷基和磷酸三烷基酯(TAPs)等。 三、固相萃取(SPE) SPE 是一种吸附剂萃取,主要适用于水中样品的处理。当水中痕量物质通过装 有合适吸附剂的SPE柱时被富集,再被少量的选择性溶剂洗脱,因此,SPE是同时进 行萃取和浓缩的有效方法。SPE 也可以被近似地看作是一个简单的色谱过程,吸 附剂作为固定相,流动相是萃取过程的水样或解析过程的有机溶剂。若样品中的 有机化合物不超出吸附容量时则被全部保留下来。因为对于中等极性的有机化合 物来说,水不作为淋洗流动相,所以一般地讲反相吸附剂材料被广泛使用。 固相萃取是 70 年代初发展起来的样品前处理技术,据统计,现在将近有 50% 的环境样品采用这个方法。固相萃取是净化和富集相结合的方法,特别适用于水