第十一章采樣和試樣預處理

(MethodsforSampleCollectionandPretreatment)11.1實際試樣分析的一般過程11.2采樣方法11.3試樣的預處理11.4分析化學中常用的分離方法11.1實際試樣分析的一般過程分析過程的一般流程樣品采集試樣預處理試樣檢測結果報告數(shù)據(jù)處理11.2采樣方法氣體試樣液體試樣固體試樣生物樣品(a)采集的樣品堆積成錐形(b)將錐頂壓平(c)樣品堆的俯視圖(d)將樣品切分四等份，保留其中任一對角的2份。湖底巖土采樣方式湖泊水樣采樣點設計四分法固體樣品取樣示意圖11.3試樣的預處理11.3.1試樣的制備溶解（dissolution)

-用適當?shù)娜軇⒃嚇尤芙狻Ｌ崛?extraction）

-用溶劑將待測組分從不溶性的固體基質中溶解出來的過程。分解或消化（decomposition，digestion)

-采用比較苛刻的化學方法，將試樣分解或消化后，使待測組分轉入溶液。問題的提出實際樣品的復雜性干擾的消除控制實驗條件使用掩蔽劑分離(separation)分析方法靈敏度的局限性滿足對靈敏度的要求選擇靈敏度高的方法富集(enrichment)如:海水中U（IV)的測定C=1~3g/L難以測定富集為C=100~200g/L可以測定11.3.2試樣的預分離與富集分離原理分離技術基于分離對象微粒大小的不同過濾（filtration）透析（dialysis）體積排阻色譜(size-exclusionchromatography)基于分離對象質量或密度的不同離心(centrifugation)改變分離對象的物理狀態(tài)蒸餾（distillation）升華（sublimation）重結晶（recrystallization）改變分離對象的化學性質沉淀分離（precipitation）電沉積(electrodeposition)基于兩相分配的分離方法萃?。╡xtraction）固相萃取（solidphaseextraction）色譜(chromatography)分離原理及分離技術分離效果干擾成分減少至不再干擾待測組分有效回收質量分數(shù)>1%，回收率>99.9%以上質量分數(shù)<0.01%，回收率>95%或更低質量分數(shù)0.01%~1%回收率>99%樣品中的待測組分含量是未知的如何測量回收率？11.4分析化學中的常用分離方法沉淀分離法溶劑萃取分離法離子交換分離法色譜分離法揮發(fā)和蒸餾分離法precipitationsolventextractionionexchangechromatographyvolatilizationanddistillation11.4.1沉淀分離與富集1.無機離子的沉淀分離以氫氧化物沉淀分離通過控制[OH-]選擇性沉淀分離pH≥12，NaOH分離兩性離子：Al,Zn,Cr,Sn,Pb,Sb

不沉淀pH8-9,NH3分離絡氨離子：Ag,Co,Ni,Zn,Cd,Cu,(Mg)不沉淀pH5-6,ZnO懸濁液或有機堿沉淀：Al,Fe(III),Ti(IV),Th(IV),Bi…….例如常見陽離子的兩酸兩堿分離分組ⅠⅡⅢⅣⅤ組試劑HClH2SO4NH4Cl-NH3NaOH可溶組*沉淀出的離子Ag+

Hg+

(Pb2+)Ca2+

Sr2+

Ba2+

Pb2+

Fe3+

Mn2+

Al3+

Hg2+Cr3+Cu2+Mg2+

Cd2+

Co2+

Ni2+

Na+K+Zn2+NH4+無機機離子的有機沉淀試劑

鐵試劑

銅試劑8-羥基喹啉2.蛋白質的沉淀分離三氯乙酸、乙腈………，這些有機試劑能破壞了蛋白質表面的水化層，使蛋白質分子聚集而析出11.4.2溶劑萃取分離法萃取分離的過程在含有被分離物質的水溶液中，加入萃取劑和與水不相混溶的有機溶劑，震蕩，利用物質在兩相中的分配不同的性質，使一些組分進入有機相中，使另一些組分仍留在水相中，從而達到分離的目的。1.萃取分離的基本原理例：碘的萃取碘水

加CCl4萃取

震蕩靜置后CCl4碘水CCl4碘水碘水萃取分離的依據(jù)物質親水性疏水性離子型化合物極性共價鍵化合物弱極性或非極性相互轉換萃取分離的實質將待萃取組分由親水性轉化為疏水性，使其萃入有機相中。反萃取萃取的反過程（將組分從有機溶液中萃取到水溶液中）hydrophilichydrophobicbackextraction例：8-羥基喹啉-CHCl3對Al3+的萃取3親水疏水溶于CHCl38-羥基喹啉：萃取劑CHCl3

：溶劑水合離子的正電性被中和，親水的水分子被疏水有機大分子取代

分配系數(shù)與分配比分配系數(shù)partitioncoefficientHA(w)HA(o)萃取平衡分配定律Water在水相中Organic在有機相中下標KD——分配系數(shù)熱力學常數(shù)分配比distributionratio條件分配系數(shù)HA(w)HA(o)KaA(HA)i締合醋酸在苯和水中的分配D——分配比條件常數(shù)萃取率（thepercentextracted）稱為相比R可近似地反映溶質濃縮的效率當R=1時，其中DE%1001.00.01100500D1101001000E%50919999.9增大萃取率減小相比增加萃取次數(shù)√通過多次萃取提高萃取率設用Vo

mL

有機溶劑萃取Vw

mL中含量為m0

的A

物質，一次萃取后剩余的A

物質的量為

m1g據(jù)分配比定義整理得萃取n次，同理可得n次萃取的萃取率1）用同樣量的萃取劑，分多次萃取比一次萃取的效率高結論：2）萃取原則：少量多次N

?

如用CCl4

萃取I2m0=0.20g，1)、萃取一次，m1=0.0023g，E%=98.82)、分兩次萃取，每次用50mL

有機溶劑m2=0.00016g，E%=99.9Vo=Vw=100mL，D=852.萃取分離的類型萃取類型螯合物萃取離子締合物萃取簡單分子萃取溶劑配合萃取(1)簡單分子萃取體系某些共價無機化合物，例如I2,Cl2等，它們在水溶液中主要以分子形式存在，不帶電荷，可用有機惰性溶劑萃取。（2）螯合物萃取

（chelateextraction）原理---水合金屬離子生成疏水螯合物后萃入有機溶劑被三氯甲烷萃取對于溶液中的無機離子，按將其轉化疏水性化合物的原理，可以分類為螯合物萃取和離子締合物萃取

常見的螯合萃取劑

Dithizone

雙硫腙（常用于萃取鉛離子）Green

Red

2=10168-hydroquinolineandcupferron8-hydroquinoline8-羥基喹啉常用于萃取Al3+、Mg2+等金屬離子Cupferron銅鐵試劑螯合萃取的萃取平衡用

HL萃取金屬離子M，有如下平衡owHL(o)HL(w)KD(HL)KaH++L(w),nL(w)+M(w)MLn

nMLn(o)KD(MLn)M(w)+n(HL)(o)=MLn

(o)+nH+(w)螯合物萃取中酸度對萃取率的影響lgD~pHE%~pH二苯硫腙-CCl4萃取金屬離子的萃取曲線Hg2+Bi2+Pb2+Cd2+100500pHE%0246810控制酸度分別萃取D(HL)D(MLn)有副反應存在時（3）離子締合物萃取陽離子和陰離子通過靜電引力相結合形成電中性疏水化合物而被有機溶劑萃取。M+(w)+A-(w)=M+A-(o)例：HCl

介質中乙醚萃取FeCl4-(CH3CH2)2O+H+=(CH3CH2)2O+H(CH3CH2)2O+H+FeCl4-=[(CH3CH2)2OH]+[FeCl4]-

被

(CH3CH2)2O

萃取(4)溶劑配合體系例：磷酸三丁酯（TBP）對硝酸鹽的萃取Mn++nNO3-+mTBP=M(NO3)n．m(TBP)被TBP

萃取次甲基藍陽離子例：堿性染料在酸性介質中萃取絡陰離子+[BF4]-被苯、甲苯等惰性溶劑萃取通常在酸性介質中進行溶劑參與萃取反應3.萃取分離的實驗方法1.間歇萃取法2.連續(xù)萃取法（batchliquid-liquid

extraction）（continuousliquid-liquidextraction）高密度溶劑萃取低密度溶劑萃取索氏萃取連續(xù)萃取法（高密度溶劑萃?。┍惠腿〉牡兔芏热芤焊呙芏容腿┹腿┱羝懈呙芏容腿┘氨惠腿∥锏臒扛呙芏壤淠旱无D向口冷凝液（Condensate）回流冷凝管（Refluxcondenser）熱源熱源被萃取的高密度溶液低密度萃取劑冷凝液回流冷凝管萃取劑蒸汽含低密度萃取劑和被萃取物質的燒瓶連續(xù)萃取法（低密度溶劑萃?。?1.4.3萃取分離技術的發(fā)展1.固相萃取

液固萃取技術2.超臨界流體萃取超臨界流體：低粘度，低表面張力，類似于氣體的穿透力，易溶于有機溶劑片狀和柱狀固相萃取柱固相萃取裝置超臨界CO2萃取裝置表11-3常見改性硅膠固相萃取劑的性質和使用范圍萃取類型表面改性（鍵合）基團使用范圍吸附未改性，表面為硅羥基從油性基體中吸附低極性和中等極性的化合物（如：脂溶性維生素，類固醇）分配丙氰基：-C3H6CN從水溶液或油性基體中吸附極性化合物（如農(nóng)藥，多肽）分配二醇基：

從水溶液或油性基體中吸附極性化合物（如：蛋白質，多肽，殺菌劑）分配十八烷基（C-18），-C18H37從水溶液中吸附疏水性物質（如咖啡因，多環(huán)芳烴，農(nóng)藥等分配辛烷基（C-8），

-C8H17與C-18類似離子交換磺酸基，

-SO-3吸附陽離子離子交換季銨基團，-N+（C2H5）4吸附陰離子11.4.4經(jīng)典色譜分離法柱色譜(columuchromatography)薄層色譜(thin-layerchromatography)紙色譜(paperchromatography)色譜分離法的分類分離分析分離制備按作用分：按形狀分：按原理分：吸附色譜排阻色譜（凝膠色譜）分配色譜離子交換色譜吸附能力的差異分子尺寸的大小不同兩相中分配系數(shù)的不同親和力的差異adsorptionchromatographyexclusionchromatographygel-permeationchromatographypartitionchromatographyion-exchangechromatography親和色譜特異反應，親和力的差異affinitychromatography1.柱色譜分離法（columnchromatography)(1)概述chromatographyCaCO3

固定相

stationaryphase石油醚

流動相mobilephase葉綠素的石油醚溶液石油醚1906年俄國植物學家MichaelTswettCaCO3洗脫洗脫tI以吸附柱色譜為例進行討論固定相，如Al2O3，裝柱柱頂傾入樣品(A,B)頂部加入洗脫劑（流動相）物質A物質BA、B兩組分隨流動相的流動而向下移動。A、B在兩相不斷進行著的溶解、吸附、再溶解、再吸附過程中，由于在兩相吸附能力的差異，達到分離。吸附機理弱極性流動相極性固定相硅膠結構無定型硅膠，薄殼型硅膠，全多孔球型硅膠為固定相，弱極性溶劑為流動相的柱色譜2.柱色譜分離機理分配機理

C18H37十八烷基鍵合相ODS,C18球形硅膠較強極性的流動相

類似于液-液萃取分子排阻機理按組分分子大小和幾何形態(tài)實現(xiàn)分離的方法。小分子、離子進入固定相孔結構中而被保留，而大分子離子則不能。具有一定分子量分布的高分子化合物，可以按分子量的大小分離。親和色譜機理利用生物大分子（如酶的底物、抗原、DNA）與固定在固定相表面的配基（酶、抗體、適體等）的特異性親和作用而實現(xiàn)選擇性分離的一種方法。分子印跡

(molecularimprintedpolymer，MIP)caffineChinI.Linetal,Anal.Chim.Acta,481(2003)175-180Description聚甲酰胺-乙烯三乙氧硅烷無機-有機復合分子印跡材料的合成示意圖2.紙色譜（paperchromatography）取一大小適宜的濾紙條在濾紙條下端點標準和樣品放在色譜筒中展開取出，標記前沿，涼干著色，分析固定相：

濾紙上的H2O流動相：

展開劑（有機溶劑）(1)基本步驟：(2)保留值（相對比移值）Rf參比樣品Blbal標準樣品將標準和樣品的Rf

值進行比較，可以對樣品進行定性分析。Rf

在0-1之間Rf

=0，表明在原點不動Rf

=1，表明隨溶劑一起移動BbaA定性分析：定量分析：截取洗脫、掃描、CCD攝像3.薄層色譜（thin-layerchromatography，TLC）用涂有固定相的薄層板代替濾紙進行分離分析支撐體：鋁板，塑料板，玻璃板等。固定相：硅膠，氧化鋁，聚酰胺等。分離原理：吸附色譜、分配色譜等。流動相：各種配比的溶劑。定性分析：比移值、相對比移值等。定量分析：截取后洗脫、斑點掃描。TLC定量測定（面積積分）數(shù)字圖像處理及數(shù)據(jù)處理橫向，縱向掃描，得到每個光斑的總亮度值，做出曲線CCD拍攝的TLC板上的斑點成像圖(a)亮度/灰度值隨掃描位置變化的曲線(b)以亮度/灰度-濃度作圖的工作曲線(c)ab各斑點對應物質的濃度（x軸）與斑點總亮度/灰度值(y軸)的關系c二維薄層層析（2DTLC)

C/M/NH395:5:0.8→

C/A/M/HAc/H2O8:1.5:0.25:0.25:0.278653421C:CHCl3,M:CH3OH,A:CH3COCH3Steroids類固醇1progesterone211-deoxycorticosterone311-dehydrocorticosterone4estrone5estrasiol611-deoxycortisol7hydrocortisone8corticosteroneTLCdiodearrayscannerTLC2010二極管陣列薄層色譜掃描儀11.4.5離子交換分離法離子交換樹脂離子交換親合力離子交換分離操作離子交換分離法的應用1.離子交換樹脂離子交換分離法是離子交換劑與溶液中的離子發(fā)生交換反應而使離子分離的方法

離子交換樹脂的結構帶有活性基團的網(wǎng)狀高分子聚合物骨架活性基團酚醛樹脂聚乙烯樹脂交聯(lián)劑酸性基團堿性基團—SO3H—COOH—N+R3OH-—NR2（ionexchangeresins）特殊基團聚苯乙烯磺酸型陽離子交換樹脂的制備聚合磺化交聯(lián)劑交聯(lián)作用活性基團R-SO3H+M+=R-SO3M+H+離子交換樹脂的分類依據(jù)活性基團分類陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂螯合樹脂特殊交換樹脂強酸型弱酸型交換基為酸性，H+與陽離子交換—SO3H—COOH—OHpH>2pH>6使用pH范圍pH>10交換基為堿性，陰離子發(fā)生交換強堿型弱堿型—N+(CH3)3OH-—N+H3OH-—N+H2ROH-—N+HR2

OH-pH<12pH<4含有特殊螯合基團的樹脂電子交換樹脂，含有氧化還原功能基團手性基團，進行手性拆分R-NH2+

H2O

R-N+H3OH-

示意圖pH>pKapOH>pKb交換反應陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂R-SO3H+M+R-SO3M+H+RN+(CH3)3OH-

+X-RN+(CH3)3X-

+OH-R-NH2+H2OR-N+H3OH-

水合作用RN+H3OH-

+X-

RN+H3X-

+OH-螯合交換樹脂R-L+M(R-L)nMSO3-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+M+M+M+M+M+Cl-陽離子交換示意圖2.離子交換樹脂的性能參數(shù)

交聯(lián)度交換容量表征骨架性能的參數(shù)表征活性基團的性能參數(shù)是指交聯(lián)劑在反應物中所占的質量分數(shù)交聯(lián)度大，樹脂孔隙，交換反應速度，選擇性。小慢高交聯(lián)度小，樹脂孔隙，交換反應速度，選擇性。大快低氨基酸的分離，交聯(lián)度8%，多肽的分離2~4%每克干樹脂所能交換的物質的量（mmol)。決定于網(wǎng)狀結構中活性基團的數(shù)目。交換容量由實驗測得請設計一個測定強堿型陰離子交換樹脂容量的方法。交換容量的測定

稱取某R4N+OH-型陰離子交換樹脂2.00g，置于錐型瓶中，加入0.200mol/LHCl100mL

浸泡一晝夜。用移液管吸取25.00mL,以甲基紅為指示劑，用0.100mol/LNaOH溶液滴定，消耗20.00mL。計算離子交換樹脂的交換容量。離子交換樹脂與電解質溶液接觸時發(fā)生離子交換反應R-A++B+R-B++A+

K——選擇性系數(shù)，也叫分離因素可以推導得衡量樹脂對離子的親和力的大小的參數(shù)親和力水合離子的半徑離子的電荷K半徑小K電荷數(shù)離子交換分離的基礎親和力的差異離子交換親合力