色谱前处理新技术

PrefacePreparation AutoSox ASE MASE SFESampling SolidMedia SPE SPME LiquidMedia SLME MMLLE LPME EE CCD GasMedia METLCConclusion

Preface 前言

新的色谱方法、机理、检测、联用、自动化、智能化等方向都有许多新的进展。但实际上，目前的色谱分析前处理技术却相对落在了后面。


很难同时实现净化、浓缩、高效预分离；步骤繁多、费时 ( 损失与误差 ) ；溶剂昂贵、污染环境；较难自动化或联用 ( 大批量 ) ；萃取效率低；样品易乳化。

Preface 液液萃取


Preface

样品制备 (sample preparation) 技术

预处理 (pretreatment & sampling) 技术

是指从固体样品中萃取待测成分的技术，

常规方法有渗漉、水蒸汽蒸馏、索氏提

取、超声提取等技术等；（中药）

是指从制备技术获得的溶液或液体样品

中选择性地萃取、富集、纯化待测成分

的技术，常规方法为液液萃取；（体液）

Exhaustive extractionSelective extraction


自动索氏提取 (AutoSox)加速溶剂萃取 (ASE)微波辅助溶剂萃取 (MASE)超临界流体萃取 (SFE)

固相萃取 (SPE)固相微萃取 (SPME)

支持液膜萃取 (SLME)微孔膜液液萃取 (MMLLE)液相微萃取 (LPME)电萃取 (EE)逆流萃取 (CCD)

膜萃取 (ME)

固态介质

液态介质

气态介质

样品制备

预处理

固体样品

溶液

色谱分析

前处理新技术（部分）Preface


Preparation

样品制备技术

sample preparation


AutoSox

自动索氏提取Automatic Soxhlet Extraction


自动索氏萃取实际上是热溶剂沥漉和索氏萃取的结合。

AutoSox 的溶剂用量比索氏萃取少（约一半）；萃取时间短（ 2-4hr

即可完成萃取 ) ）。

AutoSox


AutoSox


Gerhardt - SOXTHERM 2000

AutoSox


加速溶剂萃取 Accelerated Solvent Extraction

ASE


将样品放在密封容器中，高温高压，从而大大提高萃取速度。

高温：增加待测物的溶解度；增加扩散速度；破坏溶质与基质之间的相互作用；降低溶剂的粘度 ( 更好的穿透性 ) ；降低表面张力 ( 更好的润湿性 ) ；

高压：迫使溶剂进入基质内部

ASE


ASE


ASE 原理与 SFE 相似， T<Tc ， P<Pc ，可以借用 SFE 的仪器，步骤与 SFE 类似，可采用静态、动态萃取等模式。

优点：溶剂用量较少；萃取时间短（ 15min ）；回收率、精度与索氏萃取相当 ; 非超临界状态，易控制。

ASE


Dionex 公司的 ASE™ 100 、 300 型仪器

ASE


MASE

微波辅助溶剂萃取 Microwave-Assisted Solvent Extraction


微波加热技术已成为气相、液相萃取的常用辅助手段， MASE 是微波辅助萃取的主要应用领域。在 MASE 中，样品置于敞开或封闭的容器（聚四氟乙烯或石英等）中，用微波加热，引起萃取。

MASE


MASE

OTHER

Energy

Material

Energy

Material

MASE


(1) 吸收微波的溶剂（高偶极常数）样品置于高压容器中，加热到高于沸点的温度，稍微加压以抑制溶剂挥发（类似 ASE 的萃取机理）；

(2) 不吸收微波的溶剂（低偶极常数）

容器敞开不升压，样品通过内含的高偶极常数的物质吸收微波能量升温。这种局部加热方式比其它热溶剂萃取温和地多，很适合于热敏或对热不稳定物质的萃取。

萃取溶剂的分类

MASE


(1) 溶剂用量少；

(2) 可以根据吸收微波能力的大小选择不同的萃取溶剂，控制样品与溶剂间的热交换；

(3) 萃取时间短 (10min) ；效率高

(4) 可同时萃取多个样品 ( 而 ASE 和 SFE只能萃取单个样品 ) 。

MASE 的特点MASE


MASE


SFE

超临界流体萃取Supercritical Fluid Extraction


① 密度大，分子间作用力大；？

② 粘度小；？

③ 扩散系数中等；

④ 临界温度低；？

超临界流体性质

SFE


① 溶解度大，萃取效率高；

② 快速高效、选择性好；

③ 热敏、易挥发的；

④ 价廉、无环境污染；

超临界流体萃取的特点

SFE


(1) 萃取压力

(2) 萃取温度

(3)改性剂

(4)C02 流量

(5) 萃取物颗粒大小

(6)最优化条件的选择

影响 SFE 效率的主要因素：

SFE


SFE 的成功与否取决于三个步骤 :

① 待测物从基质中萃取出来；

② 萃取液的准确收集 *** ；

③ 萃取液的准确分析。

萃取液收集的两条途径：

① 液相收集；（挥发性化合物）

② 固相萃取 (SPE)*** 。改性剂种类、用量、萃取剂流速、收集温度等因素

SFE


① 表面活性剂等改性剂；

② H2O 、 CHF3 、 CHClF3 、 N2O 、 S

F6

等萃取剂；

③ 酯化、形成离子对、配合物等，降低化合物极性

极性化合物的 SFE 方案：

SFE


Sampling 预处理技术

pretreatment & sampling


Comparison of Naproxen spiked serum before(A) and after(B) extraction using the C18 cartridge andanalysis by HPLC.

Sampling


基于固态萃取介质的预处理技术SPE 、 SPME……

基于液态萃取介质的预处理技术SLME 、 MMLLE 、 LPME 、 EE 、 CCD ……

基于气态萃取介质的预处理技术ME ……

Sampling


固相萃取Solid Phase ExtractionSPE


SPE最早是 70年代提出来的，至今该技术已发展成为许多领域样品预处理的标准模式，商品化程度非常高。

柱管式 (cartridge SPE， cSPE)

圆盘式 (disk SPE， dSPE)

SPE


SPE


SPE

加速模式：加压、抽真空、离心等


1. Barbital

2. Allobarbital

3. Aprobarbital

4. Phenobarbital

5. Butabarbital

6. Alphenal

7. Hexobarbital

8. Amobarbital

9. Mephobarbital

10. Secobarbital

Serum Extract Containing Barbiturates

SPE


SPE的几点新进展：

① 圆盘式 SPE

② 热辅助 SPE

③ 新型固定相

④ 组合化学SPE

SPE


SPE圆盘类似一张扁平过滤膜 , 厚度<1mm，直径约 4～ 96mm。

圆盘式 SPE

SPE dSPE具有比 cSPE相对较大的横截面、固定相薄，这就使允许流速增大，萃取速度也增大，特别适合环境样品如水中痕量有机物的分析，可以加大样品体积以提高检测灵敏度。


SPE


热辅助 SPE

普通SPE的原理是流动相 A时吸附待测成分，切换至流动相 B时解吸附。热辅助 SPE的原理是 SPE装置冷却时吸附待测成分，而加热时辅助解吸附。

热辅助 SPE尤其适合某些特殊性质的化合物萃取，温控及切换装置已实现电脑控制。

SPE


SPE


新型固定相

限制性 (Restricted Access， RA) 介质，其原理与分子排阻色谱大致相同内表面反相 (Internal Surface Reversed Phase) 半透性表面 (Semi-permeable Surface) 屏蔽式疏水相 (Shielded Hydrophobic Phase) 混合功能相 (Mixed Functional Phase)

分子印迹吸附剂 (molecular imprinting sorbents，MIPs) ，其原理与亲和色谱类似

尤其适合体液样品分析前处理

SPE


Schematic of the molecular imprinting principle, in which the template is the structural analogue of the target analyte.

SPE


LC chromatogram obtained after preconcentration of a 100 mL groundwater sample on (a) a non-imprinted polymer and (b) terbuthylazine-imprinted polymer.

SPE


组合化学是近年来的研究热点，它首先是从溶液相中的组合化学开始的，但由于缺乏一种简单、标准化的高通量纯化方法，合成化学家在合成了大量化合物之后，通常要为化合物分离纯化煞费苦心，固相组合化学应运而生。

组合化学SPE

SPE


SPE


离子交换 SPE ***正相 SPE反相 SPEfluorous SPE

组合化学 SPE 模式

SPE


SPE


Merrifield L.等科学家发明的 SPE

相关的固相肽合成技术还获得了诺贝尔奖 !

SPE


固相微萃取Solid Phase Micro-extractionSPME


SPME采用一种略似进样器的装置，用一根涂布多聚物固定相的熔融石英纤维从液、气态基质中萃取待测物；然后将富集了待测物的纤维直接转移到仪器( 一般是 GC，或 HPLC) 中，通过一定的方式解吸附 ( 一般是热解吸，或溶剂解吸 ) ，然后进行分离分析。

SPME


SPME


直接SPME：适合于气体基质或干净的水基质顶空SPME：适合于任何基质，尤其是直接SPME无法处理的脏水、油脂、血液、污泥、土壤等

SPME


SPME


Pesticides analysis by SPME/Ion Trap MS

SPME


① 不使用有毒有机溶剂② 集采样、萃取、浓缩、进样于一体，避免引入多步误差③ 进样空白值小 ( 或可忽略 )④ 简单快速等优点

SPME 的优势

SPME


SPE 、 SPME 的简单比较

待测物被介质萃取

洗脱非待测成分

换洗脱液洗脱待测成分

待测物被介质萃取

待测成分解吸附（无须 clean-up ）

SPE SPME

SPME


SPE SPME

吸附剂可能吸附非待测成分

吸附剂一般不吸附非待测成分

Break-through现象

平衡式萃取，无此现象

封闭式开放式

∴(micro)SPE≠SPME

SPME

色 谱 前 处 理 新 技 术

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