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超临界流体萃取的收集技术

发布时间:2019-05-14 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:685

在超临界流体萃取过程中,萃取后的收集也是很重要的过程。Turner对超临界流体技术的收集方法及其应用作了比较详细的评述,这里仅对收集方法作简要的介绍。超临界流体技术的收集方式有两种:即在线方式和离线方式。在线方式就是直接将收集过程与后面的测定技术联用。在线收集可以减少挥发性分析物的损失。提高萃取效率。离线方式则是通过一定的溶剂或吸附剂和适当的方法收集分析物。离线收集技术大体可分为三类:溶剂收集,固相收集,液一固联用收集。

一、溶剂收集

液体溶剂收集因其技术简单,应用非常广泛。在这种收集方法中,分析物质大体经历了三个过程:流出限流器,在气液相界面溶解,向液体溶剂的转移并稳定保留在溶剂当中。溶剂收集的方法又可细分为三种:直接将限流器插入液体溶剂中通过降压进行收集;将限流器与溶剂之间加一个玻璃迁移管进行收集;低温收集。目前在溶剂收集中常用的溶剂有甲醇丙酮环己烷正己烷、甲苯、二氯甲烷等。

对于挥发性分析物在第一种方法中有更好的收集效率,第二种方法因依赖于分析物在液气两相中的溶解度的差异进行收集,因此常需要加一个固相捕集器。一般情况下,第一种方式比第二种方式的收集效率要好一些歌。Burford研究表明将挥发性的多环芳烃直接降压用二氯甲烷收集,可得到大于90%的收集效率,在同样的萃取条件经玻璃迁移管后只能得到50%左右的收集效率。

影响收集效率的因素主要有以下几个方面:收集效率受溶剂种类的影响;收集溶剂的高度和体积;加热限流器的方法及限流器的温度;超临界流体的流速等。Langenfeld调查了美国环保局半挥发性污染物名单上的66种化合物在不同溶剂中的收集效率,研究显示:二氯甲烷氯仿丙酮甲醇正己烷的收集效率高。原因在于二氯甲烷的极性与多环芳烃的极性相似,萃取的多环芳烃在二氯甲烷中较大的溶解度,减少了因形成气溶胶所造成的挥发损失。丙酮中在羰基,其极性与多环芳烃的极性也很相似,因此得到相似的效果。限流器的温度如果不合适,会直接导致分析物的流失或者限流器的堵塞,因此为了控制限流器的温度,加上一个加热或者冷却装置就是比较合理的选择。限流器的流速越低或者收集溶剂的黏度越大,延长了分析物质到达气液界面的时间,间接地提高了萃取效果,增加收集管中收集溶剂的高度,也可得到相同的效果。收集溶剂的溶剂强度也是影响萃取的一个重要因素,收集溶剂的溶解性参数与分析物的溶解性参数匹配得越好,越有利于萃取。通常适当提高溶剂温度,可以增加分析物的溶解度,但是增加了分析物的蒸气压,对挥发性分析物的收集是不利的。所以一般采用低温收集,这样降低了分析物蒸气压,减少了挥发性损失,尤其是对挥发性分析物,这种情况就更为突出。

VejrostaL发展并改进了液体溶剂收集方法,提出了流出物与过热有机溶剂混合再低温收集的方法。这种改进的收
集装置原理图见图7-5。


图7-5 改进的收集装置原理图

二、固相收集

固相收集实际上就是就将超临界流体用分析物降压转化为气体后通过固体吸附剂,分析物通过化学或物理吸附作用保留在吸附剂中从而达到收集的作用。固相吸附剂如二醇和硅酸、Tenax、ODS、XAD、C18、硅胶、硅酸镁载体(Florisil),涂层或吸附了键合相的玻璃或不锈钢珠等。此方法相比较而言用得较少,但有很好的应用前景。

固相收集的影响因素主要有四个方面:捕集剂的性质,捕集温度,洗脱溶剂,改性剂。

捕集剂的选择在超临界流体萃取过程中是一个非常关键的环节。捕集剂的选择恰当,不仅可以提高萃取效果,还可以节省劳力和运行费用,相反,就可能导致超临界流体萃取没有优势可言,甚至耗费大量的人力物力。选择捕集剂方面不仅要考虑它的高捕集效率,也要考虑分析物是否易于选择性地洗脱。理论上讲,惰性材料的低温捕集应当是很好的,而实际上真正应用的却很少,主要因为它只对非常难挥发的化合物有比较高的收集效率。

降低捕集温度通常可以提高捕集效率,但是捕集温度的降低也是有限度的。一方面,大多数环境样品都有少量的水分(除非经过特殊处理),水在0℃易结冰导致堵塞;另一方面,有机改性剂在低温情况下也会与分析物一起保留于捕集剂中。要解决这个问题,最简捷的方法就是升高捕集温度,可是升高捕集温度又会降低非挥发性分析物的捕集效果。这确是一个非常棘手的问题,为了解决这个问题,既要得到更好的收集效果,又避免分析物的流失,Lee发展了两步萃取过程,首先在低温下将挥发性分析物萃取捕集,然后提高捕集温度提取难挥发性的分析物,取得了很好的效果。

Bowadt的实验研究表明少量的改性剂可以提高捕集效果。2%的甲醇作为改性剂,PCB的同系物都可以得到很好的
收集。挥发性大的组分易丢失,如用5%的甲醇,即使捕集温度达到65℃,PCB的同系物都能很好地被捕集。

三、液-固联用收集

Meyer等用二氧化碳及甲苯改性的二氧化碳作超临界流体萃取剂,研究了标准海洋沉积物(SRM-HS-3)中多环芳烃的萃取,采用离线液-固收集装置对分析物多环芳烃进行了收集,避免了因降压导致的气溶胶的形成而造成的分析物的损失,简化了净化过程。液-固收集装置的原理图见图7-6。


图7-6 液-固收集装置

Deuster等应用超临界流体萃取技术萃取多环芳烃及硝基芳香化合物,采用了液-固收集装置,取得了比较好的效果。

文章来源:《环境样品前处理技术》

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