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常用的环境污染物分离和纯化方法

发布时间:2015-08-05 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1492

(一)微蚤有机物萃取样的纯化

被萃取的有机物样中往往含有大量非目标化合物,这些物质如一同进入分析仪器,常常会造成背景干扰太大,无法准确测定待测组分;或者使仪器沾污而影响仪器的正常使用。因此,对含有大量杂质的萃取物,在测定前要进行纯化操作,尽可能除去杂质。常用的纯化方法有吸附柱色谱法、凝胶柱色谱法与酸碱分解法。

1.吸附柱色谱法

吸附柱色谱法是根据吸附剂(固定相)、溶质及洗脱液之间的吸附平衡来分离样品混合物的方法。一般用正相色谱分离法,即在柱子中填充强极性吸附剂,加样品于吸附剂顶端,当通过极性弱的洗脱液时,样品中的组分从极性小的成分开始依次被洗脱流出柱子,则混合物按极性顺序依次被分离。所用吸附剂一般为氧化铝、硅胶、弗罗里土(Florisil)与活性炭等。这几种吸附剂各有其吸附特性、适用范围与选择性。

(1)硅胶。其表面含有硅胶极性基团,呈弱酸性,在140-160℃加热数小时即可活化。完全活化时,有可能进行不可逆吸附,一般可往硅胶中加3%-5%的水以降低其活性。甲醇或乙醇可大大降低其吸附活性,因此用它们作洗脱液时要注意。

(2)弗罗里土。是一种酸性硅酸镁,在667℃的温度下经过了活化处理,可用于许多中极性与非极性有机物的分离纯化。

(3)氧化铝。色谱用氧化铝可分为碱性(pH=9-10)、中性、酸性(pH=4-5)3种。碱性氧化铝的吸附力最强,适用于在碱性中稳定存在的碱性及中性物质,如醇、烷烃等,但在碱性条件下不稳定的物质不能应用。中性氧化铝比碱性氧化铝活性低,适用于醛、酮、醌、酯等物质。酸性氧化铝适用于酸性物质。氧化铝在400-450℃脱水后,用适量水调节其活性。

下面以硅胶为例,其纯化的具体操作如下:

在一根小层析玻璃柱子(长10-30cm,直径为0.3-1.2cm,具有活塞)中加入为柱体积1/2-2/3的已于105℃活化了的硅胶(60-200目)。如柱子底部无砂芯,应先加入少量玻璃毛。如需脱除水分,可加入一定量的无水硫酸钠。为提高分离效率和去除硅胶中可能带有的杂质,硅胶柱应用1-2倍硅胶体积的正己烷和二氯甲烷清洗,并排除硅胶层夹带的空气。将浓缩的提取液加于硅胶柱头上;用适宜的洗脱剂洗脱待测有机物,一般为正己烷和二氯甲烷或其混合溶剂,有时为了区分待测物质,可用不同极性的溶剂先后洗脱硅胶柱,分批收集洗脱液,如依次用正己烷、二氯甲烷和甲醇洗脱,从而得到去除了部分杂质的各个极性段的待测组分。

2.凝胶柱色谱法

凝胶柱色谱法(gelpermissionchromatography,GPC)也是柱层析的一种,它是利用凝胶的自身孔径大小,将被分离物质按相对分子质量大小分离。一即色谱柱中填充适当孔径的填充剂,当样品棍合物通过柱子时,大分子物质先流出,小分子物质后流出,达到分离目的。GPC柱的制备和操作是取70gBioBeadsSX-3置于400mL烧杯中,装柱前用二氯甲烷浸泡填料,装柱时应使填料匀浆以约5mL/min的流速通过柱子。用泵抽提溶剂,调节柱压,去除柱内空气,装好的GPC柱子应进行柱性能检验和分离率校准,并连接好溶剂传输系统、检测装置与洗脱液接收系统。一般是由低压泵、柱子、W检测器与自动接液器组成。进样是通过进样器加入,然后根据检测器信号和标准样品校准,依次收集流出液。

该法由其分离原理而决定它的分离效率不高,一般是用于从样品中除去脂类、蛋白质、天然树脂等大分子物质,不适宜做精密分离。另外,凝胶剂价格较贵,操作手续较为复杂,限制了该法的普及。

3.酸碱分解法

水样中部分含羟基、酯基、氨基等化合物,往往也会被一起萃取到有机相中,这些杂质在遇到强酸、强碱时可以分解,所以可利用这些杂质的分解性质,将其转移到水相中,实现杂质分离。

(1)硫酸氧化。在操作时通常是用浓硫酸与试样萃取液混合振荡,一般是在已放入有机萃取液的分液漏斗内加入适量浓硫酸,振摇2-5min,硫酸相会色度增加或混浊,静置分层,弃去下层浓硫酸溶液。重复操作1-4次(依提取液中杂质多少而定),直至下层溶液澄清为止。上层有机相用2%硫酸钠水溶液洗涤,洗去有机相中残存的硫酸,静置分层后,弃去水相。然后,有机相用无水硫酸钠千燥,并转移至烧瓶内,用5mL正己烷清洗分液漏斗2次,合并清洗液于烧瓶中。将有机相旋转蒸发至1-2mL,定容后供色谱测定。

(2)碱性分解。常用的碱性酯化试剂为KOH的乙醇溶液,将试样萃取液与适量碱性酯化试剂混合置于回流装置中,于沸腾水浴中加热回流,使脂质分解为水溶性脂肪酸盐。移离水浴,待冷却后将混合液置于分液漏斗中进行有机相与水相(乙醇溶液)的分离。

(二)微量有机物样品的浓缩

常用的有机样品浓缩技术有旋转薄膜蒸发与K-D浓缩。前者是利用溶剂在旋转玻璃烧杯内壁形成薄膜而易于挥发,在负压下迅速蒸发;后者是利用溶剂在有多个小球的Snyder柱中形成多级蒸馏,从而达到蒸除溶剂而保留待测物的目的。

1.旋转薄膜蒸发技术

将旋转薄膜蒸发仪安装好,将已去除水分的萃取液(一般用无水硫酸钠)置于蒸发仪的圆形或梨形烧瓶中,将烧瓶安装回原位;设定好水浴加热的温度,开始水浴加热;设置旋转速度,开启旋转开关使烧瓶旋转;开启水龙头,打开抽真空系统;注意蒸发仪流出液的速度不可太快,如过快应降低水浴温度或改变旋转速度等,观察烧瓶中有机溶液的量,待烧瓶底部的溶液近干时,应停止蒸发。关闭旋转薄膜蒸发仪应先从水浴锅中抬起烧瓶,再缓缓打开抽真空系统,然后关闭旋转开关,从装置上取下烧瓶,转移浓缩液至小试样管中,待分析或氮气进一步吹带浓缩。

该法优点是时间短,但挥发性组分损失多,适合于高沸点物质的浓缩。

2.K-D浓缩技术

将使用的K-D浓缩器各部件安装妥当,将已去除水分的萃取液(一般用无水硫酸钠)倒入烧杯中,在烧瓶中加入2-3粒沸石。把带有3球的Snyder柱或回流管安装好,用1mLCH2C12淋洗该柱。再把K-D浓缩器转移到水浴上,水浴温度要高于溶剂的沸点15-20℃。调节浓缩管在水浴中的位置与水浴温度,使Snyder柱中的小球上下跳动而不积余过多的溶剂。浓缩最好在30min内完成,当K-D浓缩管中萃取液体积约为1mL时,应将K-D浓缩器迅速移离水浴,在冷却后,撤除K-D浓缩器,转移烧瓶中有机浓缩物至小样品管或氮气进一步吹带浓缩。

如需将浓缩液转换为其他溶剂,可迅速拿掉Snyder柱,加入所需转移的溶剂(适量)、沸石后,再按上述步骤进行浓缩。

3.氮气吹带技术

当溶剂量较少时,可用缓流氮气直接浓缩,对旋转薄膜蒸发浓缩和K-D浓缩的少量溶剂如仍多余,也可应用氮气吹带技术,进一步吹除多余溶剂,浓缩到所需体积,并将浓缩物转移到仪器分析的样品瓶中。使用氮气吹带时,氮气最好先经过装有活性炭的柱(柱材料应为金属,不可用塑料制品)过滤,以避免带进污染。如有机溶剂沸点较高,氮气吹时可在水浴条件下进行,当有机溶剂体积接近。.5ML时,样品管应移离水浴。氮气吹带时应往意用缓流,在溶剂液面上一定距离,不要使液面有较明显的扰动。一般情况下不可把样品吹干。另外,该法缺点是易将半挥发性有机物吹带走。

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