GCMS和LCMS有机分析的液体样品前处理制备的全面解决方案.ppt

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1、GC/MS和LC/MS有机分析 的液体样品前处理制备的全面解决方案,2006-11-13,2,内容提要,样品制备步骤概述 SPE 概述 SPE 与液液萃取 (LLE)比较 SPE 萃取盘与 SPE 萃取柱比较 SPE 萃取盘应用方法 全自动固相萃取系统的优势 干燥和浓缩技术 回收率数据 总结,2006-11-13,3,样品制备一般可分为三步: 1) 样品萃取 2) 萃取物干燥 (去除残留水分) 3) 浓缩萃取物,样品制备步骤,2006-11-13,4,萃取步骤,2006-11-13,5,萃取步骤,液液萃取（LLE)为普遍使用萃取技术，可分为： 分液漏斗（ Separatory Funnels）

2、 连续萃取 （ Continuous Extractors）,2006-11-13,6,分液漏斗萃取,加溶剂到分液漏斗,摇荡分液漏斗2分钟.,溶剂分离和收集,10 个工时做 20 样品 2个实验人员花费 5 个连续小时时间 萃取1L水样,2006-11-13,7,连续液液萃取,2006-11-13,8,分液漏斗与连续液液萃取比较,分液漏斗 消耗200 ml 溶剂 振荡过程 易发生乳化现象 低选择性 需要去除溶剂 2小时 /样品,连续液液萃取 消耗500 ml溶剂 连续过程 不易形成乳化现象 低选择性 需要去除溶剂 12 - 24 小时 / 样品,2006-11-13,9,固相萃取(SPE)是什

3、么? -萃取步骤,固相萃取是液体样品经吸附剂颗粒层过滤， 感兴趣的分析物从液体样品中分离并浓缩至吸附层中的萃取过程，浓缩后的分析物通过溶剂洗脱从吸附层中分离出来并收集。,2006-11-13,10,SPE的历史,2006-11-13,11,手动式SPE 盘萃取,2006-11-13,12,手动式SPE 盘萃取,2006-11-13,13,手动式SPE 盘萃取,2006-11-13,14,LLE与SPE Disk方法比较,LLE 使用200-500ml溶剂 摇动/连续过程 易产生乳化液/表面活性剂 低选择性 需去除溶剂 2个小时/样品,SPE Disk 使用20-30ml溶剂 过滤过程 不会产生

4、乳化现象 选择范围宽(吸附剂) 可选 20分钟/样品,2006-11-13,15,SPE萃取盘优越性 -与LLE 相比,SPE与LLE相比使用更少的溶剂 SPE盘萃取更快,1升样品20-30min SPE与LLE相比费用相当少 SPE比LLE有更好的回收率 SPE新方法不断发展更新,2006-11-13,16,SPE 萃取盘与 SPE萃取柱优势比较,SPE萃取柱 要控制流速1-10ml/min 低动力学性, 穿透现象 时间长, 几小时/样品 进样体积少, 100-200ml 适用于洁净样品 更高费用/样品,SPE 萃取盘 流速可100-200ml/min 高动力学性,无穿透 时间短, 几分钟/

5、样品 样品体积大,约8升 可处理脏污样品 低费用/样品,2006-11-13,17,萃取柱VS萃取盘吸附颗粒大小,萃取柱 萃取盘,若流速过快，大吸附颗粒易使样品发生穿透现象,2006-11-13,18,萃取柱局限性低流速,萃取柱使用40m吸附剂颗粒, 流速仅1-10ml/min 萃取盘使用8-12m吸附剂颗粒,因高的动力学性,流速不受限制. 萃取盘不易发生穿透现象,2006-11-13,19,LLE/萃取柱/萃取盘费用比较,费用计算表来自于美国一商业环境实验室,2006-11-13,20,萃取盘与萃取柱比较,研究表明47mm萃取盘有4-7个理论塔板数 如果HETP由吸附层厚度和预测塔板数计算可

6、得 每个萃取盘0.5mm（厚度）/5塔板0.1mm/塔板 通常萃取柱吸附层厚度为1cm，最多有20个理论塔板数 10mm/20塔板0.5mm/塔板 萃取盘比萃取柱效率提高5倍 E.M. Thurman; SPE Principles and Practice Wiley Interscience - 1998,2006-11-13,21,SPE4790系统上的萃取柱,萃取柱可使用在4790萃取系统 可操作6cc萃取柱 需连适配器 要降低真空度 可使用1个萃取柱的特殊应用,2006-11-13,22,当今采用SPE萃取盘 的EPA 方法,饮用水 （500系） 废水 （600系） 油料&油脂 （1

7、664A） SW-846 （3535A-8000系） 内分泌干扰素/荷尔蒙 食品和饮料 农作物和土壤,所有方法都使用SPE萃取盘,2006-11-13,23,EPA饮用水方法-SPE 萃取盘,506 邻苯二甲酸酯 508.1 半挥发性有机物 515.1 含氯杀虫剂 525.2 半挥发性物质(MS) 548 百草枯(Paraquat) / 杀草快 (Diquat) 549 茵多杀(Endothall)除草剂 550.1 多环芳烃(PAHs) 552.1 卤乙酸(Haloacetic Acids),2006-11-13,24,废水方法,608 含氯杀虫剂和多氯联苯 1613 二恶英(Dioxin)

8、 1664A 油料&油脂 / 非极性物 1668A 多氯联苯同系物,2006-11-13,25,固体废物方法,8061 邻苯二甲酸酯 8081 有机氯杀虫剂 8081 TCLP有机氯杀虫剂 8082 多氯联苯(PCBs) 8095 爆炸物(Explosives) 8141 有机磷杀虫剂 8270 TCLP半挥发性有机物 8321 TCLP苯氧酸除草剂 8330 硝基苯/三硝基苯甲胺,2006-11-13,26,其他SPE方法,内分泌干扰素 TPH-总石油烃 汽油和柴油类有机物(GROs and DROs) 二恶英 SPE-IR 用于离岸原油台,2006-11-13,27,为什么自动化 SPE

9、萃取盘方法?,通过提高样品处理量来提高效率 通过减少人为操作误差来提高准确度 和精度 通过减少操作时间/溶剂使用量/玻璃器皿消 耗来降低实验室费用 减少操作人员暴露于有机溶剂环境的机会 对关键的空气干燥步骤提供一致控制,2006-11-13,28,SPE-DEX 4790萃取系统,完全自动化、模块化 可同时运行8个萃取工作站 可独立运行 可运行不同方法 可使用 47, 50, 和90-mm SPE萃取盘 满足所有SPE化学方法 可预存EPA方法 在实验台上操作 高样品处理量,2006-11-13,29,SPE-DEX 4790萃取系统,分析Hudson 河水中PCBS，8升水样,2006-11

10、-13,30,SPE-DEX 4790萃取系统,使用气体传送溶剂 使用真空系统去除液体 所有的溶剂装在分离的 溶剂瓶中 分开收集废溶剂和废水 所有样品和溶剂管路为PTFE、PEEK和Kalrez 全自动冲洗样品瓶 使用液位传感器，保证萃取盘湿润,2006-11-13,31,半挥发性有机物回收率,2006-11-13,32,全自动固相萃取系统在水中多氯联苯（PCB）定量分析应用,Northeast Analytical, Inc. 2190 Technology Dr., Schenectady, NY 12308, Tel: 518-346-4592, Fax: 518-381-6055,耐用

11、，快速和费用低 对8升样品可获得MDLs 1 PPT (ng/L) 对 1升样品可获得9 PPT (ng/L) 结果可重复 能够萃取1升到8升液体样品体积 溶剂消耗量少 (30ml/ 样品) 无玻璃器皿需更换或清洗 完全无人照看 有限工时 易操作使用,2006-11-13,33,SPE MDL 1升水样分析 添加1.25 ng/L内标物,Northeast Analytical Lab,2006-11-13,34,苯酚（Phenols）-EPA8270,苯酚SPE方法回收率,2006-11-13,35,对于EPA8270中性化合物浓缩和干燥步骤比较,2006-11-13,36,SPE回收率-P

12、AH化合物,2006-11-13,37,样品工作量增加,数据来源商业实验室,2006-11-13,38,处理效率增加,数据来源商业实验室,2006-11-13,39,费用计算表,2006-11-13,40,BREAK,2006-11-13,41,干燥步骤,2006-11-13,42,传统的干燥技术,硫酸钠(Na2SO4 )是用于从萃取物中去除残留水分的传统方法。 Na2SO4为化学吸附有机溶剂中水分、干燥溶剂满足下一步分析步骤。,2006-11-13,43,Na2SO4 具有有限的水分处理能力. 处理乳状液很困难. 操作者不同，去水的结果不同. 靠重力，有很长过滤时间. 使用前要预热. 使用前

13、要用溶剂预洗，去除杂质. 需处理得当; 成“无有害废物”.,存在问题,2006-11-13,44,步骤 1: 溶液加内标、浓缩 回收率高，好 步骤 2: 溶液加内标、经硫酸钠 干燥、浓缩 回收率低，差,不正确干燥方法的负面影响,2006-11-13,45,Horizon 开发 DryDisk 分离膜. DryDisk 具有一定孔径大小和厚度的 PTFE膜, 使溶剂能够通过而保留住多余的水份. DryDisk 设计的最好之处在于利用真空泵来加快干燥步骤. 一般流速为 100 ml / min 保留的多余水分可再萃取;又可增加回收率. DryDisk 有两种规格: 65 mm 直径干燥盘 20cc

14、 干燥针筒,如何解决干燥问题?,2006-11-13,46,2006-11-13,47,DryDisk操作运行,2006-11-13,48,可使用DryDisk 的溶剂: 二氯甲烷（Methylene Chloride）, 二氯二氟甲烷（Freon 113）, 正己烷（Hexane）, 乙醚（Ethyl Ether）, 乙酸乙酯（Ethyl Acetate）, 二氯甲烷/丙酮（Methylene Chloride/Acetone） 由于其优化的膜设计,可处理CH2CL2 ：丙酮( 40%). EPA 8270方法一般为此比例.,Compatible Solvents,2006-11-13,49

15、,回收数据 8270 分析物 pH 2.0,2006-11-13,50,回收数据 8270 分析物 pH 2.0&Ph12.0,2006-11-13,51,回收数据 8270 分析物 pH 12.0,数据由JT Baker提供,2006-11-13,52,浓缩步骤,2006-11-13,53,玻璃器皿 KD 瓶、浓缩器、冷凝管 需水/蒸汽浴 氮吹浓缩 N-吹（柔和N2流吹溶剂表面） 旋转蒸发仪(Rotovap ) 现有市场的浓缩系统 （Zymark TurboVap和Labconco）,传统的浓缩技术,2006-11-13,54,传统浓缩技术,2006-11-13,55,每种蒸发技术都有优缺点

16、: KD 一般有很好的回收率,浓缩溶剂时费人力耗时间,需有人照看. 旋蒸操作简单, 但很难把样品回收完全. 氮吹有很好的回收率,但费人力耗时间,需有人照看. 当前自动蒸发系统, 由于开放式设计,不能捕获到“轻的”组分 .,传统浓缩技术优劣势,2006-11-13,56,同时融合三个重要的技术参数来浓缩样品: 加热, 氮吹和真空 控制三个参数来获得最佳回收率 在浓缩管内进行浓缩，可提高“轻组分”回收率. 使用可控制内部加热源，而不是外部水浴. 从蒸发管底部吹氮气,而不是从顶部. 融合自动”在线“溶剂干燥 浓缩管完全密封,可减少样品损失和交叉污染. 每个工作站独立运行 完全自动化、可靠，使速度和回

17、收率等灵活可调至最佳化,Dryvap仪器设计理念,2006-11-13,57,自动在线溶剂干燥 可选择溶剂干燥时间 内部加热单元 自动关闭加热器 利用真空,氮吹和加热技术 创新氮吹系统 独立密封浓缩管 可靠终点检测 实验台上操作，不用通风橱 组合 KD 和氮吹于一体,DryVap浓缩系统,2006-11-13,58,2006-11-13,59,Rinse Solvent,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,DryVap 系统的主要部件,看看各个部分,2006-11-13,60,Rinse Solvent,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valv

18、e,Vent,浓缩后，浓缩物保留在浓缩管的 1 mL底部尖端部分.,2006-11-13,61,Rinse Solvent,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,顶部包含加热器和三个端口,60W 加热器,氮吹和干燥样品出口,溶剂清洗口,真空口,2006-11-13,62,Rinse Solvent,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,所有金属表面经 Sulfinert 蒸镀包被而钝化（此技术广泛用于 GC 注射器）. 样品不会直接接触到金属表面 Sulfinert is a registered trademark of Res

19、tek Corp.,60W heater,Sparge gas tube & Dried sample entry,Lid assembly,Rinse solvent tube,2006-11-13,63,Rinse Solvent,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,浓缩管的支架有液位传感器和浓缩管传感器.,Sensors,2006-11-13,64,Rinse Solvent,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,Add Clean Tube Connect 20 cc DryDisk Tube Pour Sample,以

20、下内容说明Dryvap系统是如何工作的？.,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse Finish,2006-11-13,65,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,Add Clean Tube Connect 20 cc DryDisk Tube Pour Sample,Rinse Solvent,放干净的浓缩管在支架上,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse Finish,2006-11-13,66,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,Rinse Solvent,Ad

21、d Clean Flask Connect 20 cc DryDisk Tube Pour Sample,传感器检测到浓缩管的存在后，工作站显示在 “Ready” 模式。,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse Finish,2006-11-13,67,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,Rinse Solvent,连接一个20 cc DryDisk 管,Add Clean Flask Connect 20 cc DryDisk Tube Pour Sample,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse

22、 Finish,2006-11-13,68,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,Rinse Solvent,加样品到 DryDisk 管,Add Clean Flask Connect DryTube Pour Sample,Squares = Analytes Circles = Water,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse Finish,2006-11-13,69,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,Rinse Solvent,DryDisk去除样品中水分，干燥后的样品传输到浓缩管。,A

23、dd Clean Flask Connect DryTube Pour Sample,Remaining water,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse Finish,2006-11-13,70,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,Rinse Solvent,干燥后样品在管路中通过氮吹推入浓缩管,Add Clean Flask Connect DryTube Pour Sample,氮吹一直至结束,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse Finish,2006-11-13,71,Vacuum Pu

24、mp,Valve,Valve,Valve,Vent,Rinse Solvent,打开加热器，快速蒸发,Add Clean Flask Connect DryTube Pour Sample,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse Finish,2006-11-13,72,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,Rinse Solvent,溶剂很快热起来，在沸点温度达到平衡约 1 minute. 在真空条件下，溶剂沸点降低,Add Clean Flask Connect DryTube Pour Sample,Ready Dry Hea

25、t Vacuum Sparge Rinse Finish,2006-11-13,73,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,Rinse Solvent,Add Clean Flask Connect DryTube Pour Sample,依内置热电偶的数据，DryVap 系统确定何时关闭加热器,当溶剂接近加热器表面时，加热器自动关闭,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse Finish,2006-11-13,74,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,Rinse Solvent,Add Clean

26、Flask Connect DryTube Pour Sample,使用氮吹和真空,溶剂液面到 0.9 mL时，液位传感器激活.,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse Finish,2006-11-13,75,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,Rinse Solvent,自动清洗浓缩管来提高分析物的回收率,Add Clean Flask Connect DryTube Pour Sample,清洗后液面又高起来，液位传感器关闭,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse Finish,2006-11-

27、13,76,Vacuum Pump,Valve,Valve,Valve,Vent,Rinse Solvent,样品又到 0.9 mL，工作站准备到 Finish 状态.,Add Clean Flask Connect DryTube Pour Sample,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse Finish,2。 浓缩管放空,3。继续喷射气体约5秒，排空管路中样品,Ready Dry Heat Vacuum Sparge Rinse Finish,1。 液位传感器在最终时间被激活,2006-11-13,77,Finish灯闪烁，可调音量的报警器激活,2006-1

28、1-13,78,样品可转移到 GC自动进样小瓶.,2006-11-13,79,其他设计优势 在底端的样品由于整个蒸发过程中始终为冷却状态 象二氯甲烷这样溶剂约低 10. 样品始终在氮气保护之下，直至用户取样,2006-11-13,80,多种浓缩管,此类浓缩管与标准的自动进样器小瓶可连接 使被浓缩物直接收集在A/S 小瓶 无需移液步骤，减少误差来源。,2006-11-13,81,多种浓缩管,浓缩管可连接4ml 小瓶 需不同的浓缩管支架，放直径大的小瓶 支架可互换,2006-11-13,82,把萃取物至干的浓缩管（50ml）,2006-11-13,83,样品可倒入DryDisk或浓缩管,当样品需干

29、燥时，样品可直接倒入 DryDisk装置. 在主控板上设定合适体积.,若不需干燥,样品可直接倒在浓缩管中. 干燥体积设为0.,2006-11-13,84,溶剂清洗管,真空使清洗溶剂进入浓缩管 压力有助于溶剂清洗过程 在清洗操作中,溶剂清洗顶盖和玻璃管壁 对高沸点化合物回收十分有利,2006-11-13,85,参数优化,调节氮气流量和加热器功率, 在浓缩管内管壁可形成浓缩带。 类似于 KD装置, 浓缩 a condensing band traps the more volatile compounds. The parameters can be optimized for speed or

30、recoveries. Optimizing Parameters,2006-11-13,86,工作曲线(沸点-真空度),2006-11-13,87,优化参数- 8270回收率,真空度为5”Hg条件,2006-11-13,88,含氯杀虫剂回收率,200ml的宠物醚和正己烷,加40ug Pest Mix 200ml DCM,加20ug的Pest Mix Power(功率)= 5 Vaccum(真空度)=15”Hg Sparge Gas = 25 psi Auto Rinse = 1,2006-11-13,89,脂肪化合物的回收率,2006-11-13,90,KD/水浴氮吹 VS Dryvap,数

31、据来源于Pace Labs,效率提高,2006-11-13,91,适合食品分析-Dryvap,食品萃取物常为几种高沸点的萃取溶剂混合物溶液. 溶液含有几种高沸点的溶剂时,在蒸发浓缩过程中会发生什么呢? 加热曲线如何? 如何优化DryVap的工作参数?,以下内容介绍:,2006-11-13,92,DCM加热曲线,45ml的DCM浓缩降到加热器关闭 Sparge Heat 设为50 因内部元件余温,第二次运行时蒸发速率更快 加热器的加热曲线形状两次运行是相同的.,2006-11-13,93,正己烷加热曲线,45ml的正己烷浓缩降到加热器关闭 Sparge Heat 设为50 因内部元件余温,第二次

32、运行时蒸发速率更快 加热器的加热曲线形状两次运行是相同的,2006-11-13,94,食品溶剂混合物的加热曲线,S-19 混合物： 55% Iso-Octane 28% Toluene 11% Acetone 6% Hexane 45 ml S-19混合物利用学习模式和调整值. 加热器提前关闭没有热电偶升高的信号. 工作站没有正确程序.,2006-11-13,95,优化参数食品溶液混合物,45 ml S-19混合物运行 12延迟从60改变为180秒 提高Moving 平均值 T13 Offset 设为35 加热器正确关闭,保证加热器仍浸在溶液中 第二次的运行时间缩短,约为 10-12分钟,20

33、06-11-13,96,食品萃取物的回收率,2006-11-13,97,Dryvap LabView Program,2006-11-13,98,总结,样品制备包含主要有三个步骤:萃取、干燥和浓缩 萃取：SPE 萃取盘有效替代LLE和 SPE萃取柱 干燥：DryDisk可减少硫酸钠所产生的问题 浓缩：Dryvap解决浓缩步骤的问题 三步结合起来，制备水样品的全面整体方案是可实现的。,2006-11-13,99,Horizon自动化优势,一致和可重复的实验数据-减少人为误差 提高效率- 无需照看 减少人力-操作时间从每个样品要高于45分钟到低于5分钟 节省费用- 3-12月可收支平衡 安全：减少操作人员暴露在溶剂中 快速培训新人员，快速掌握操作,2006-11-13,100,Horizon 产品提供解决方案,操作费用减少 提高结果质量和一致性 减少溶剂使用量和处理废液费用 效率最大化,