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1、膜萃取技术及其应用研究进展,Seminar ,主要内容,发展历程 膜萃取的传质原理及影响因素 主要的膜萃取技术 在线联用系统 发展方向,萃取是分离和提纯物质的一种常用方法，传统的萃取方法由于费时，费力，效率低等缺点，近年来已不能满足发展的需要，因而先后出现了超临界流体萃取，微波萃取，加压溶剂萃取等新技术。膜萃取技术以其独特的优势显示出了良好的发展前景和巨大的应用潜力。 膜萃取，又称固定膜界面萃取，是基于非孔膜技术发展起来的一种样品前处理方法，是膜技术和液液萃取过程相结合的新的分离技术，是膜分离过程中的重要组成部分。,1. 膜萃取发展历程,1984年Kiani和Kim首先提出膜萃取分离技术这个方
2、法。 1986年audusson提出了支持液膜萃取（SLE）技术。 1992年Melcher提出了吸附剂接口膜萃取（MESI）技术。 1993年Wang利用中空纤维制作出了膜萃取器装置。 1994年Lindegard SLE与液相色谱实现了在线全自动联用。 1998年Y. Shen等人提出了微空膜液液萃取模型。 2003年基于中空纤维膜萃取方法实现了与液相色谱在线联用。 ,2. 膜萃取的传质机理及其影响因素,2.1 膜萃取的传质原理,Drive forces：temperature，concentration，pressure，electrical potential ，heat flux，
3、volume flux， momentum flux，electrical flux Selectivity： membrane property， physicalchemical properties between membrane and analysts,Kw：水相的总传质系数 m：微孔膜孔隙率 Kw： 水相分传质系数 m：弯曲因子 Km：膜内分传质系数 tm：膜厚 Ko：有机相分传质系数 m：分配系数,2.2 数学理论模型 基于双膜理论，建立的包括膜阻在内的膜萃取传质模型,(A)疏水膜,=,其中，膜 阻项为,m,（1）,（B）亲水膜,有机相,水相,亲水膜,其中，膜 阻项为：,Kw：
4、水相的总传质系数 m：微孔膜孔隙率 Kw： 水相分传质系数 m：弯曲因子 Km：膜内分传质系数 tm：膜厚 Ko：有机相分传质系数 m：分配系数,y,x,（2）,2.3 影响因素,溶液的组成。 样品的流速。（高浓度，小流速；低浓度，大流速高的富积倍数） 有机溶剂的种类。（相似相溶原理） 支持体的种类。（孔径小，孔率大，富积倍数大） 溶液的PH值。（调节PH值使目标分子转化为可萃取形式） 温度。（温度高，扩散速度快，平衡时间短，分配系数小）,3.1 萃取膜的分类（Membrane types）,聚合物膜（polymeric membrane） 液膜（liquid membrane, hold i
5、n pores） 两相体系（two phase system） 三相体系（three phase system）,3. 膜萃取技术,萃取膜的的性质,溶剂的性质 (受体，膜，供体),J. Chromatogr. A, 2000, 902, 205-225,3.2. 主要膜萃取技术,（A）支载液体膜萃取（SLM）,操作相对复杂 灵敏度高 富集效果较好 重现性好,J. Sep. Sci, 2001, 24,.495-507,体系： 三相体系 PH值： 反向调节供受体溶液PH值 驱动力：离子态和非离子态的分 析物在水相/有机相中的分配系数差。 目标分析物：酸碱性或离子形式存在的化合物 萃取与反萃取的过
6、程的结合。,3.2.1 液膜萃取（liquid membrane extraction）,（B）微孔膜液液萃取（Microporous membrane liquidliquid extraction，MMLLE）,体系：两相体系（acquousorganic） 目标分析物：强疏水性化合物。 萃取效率受分配系数的影响。,（C）乳剂液膜萃取（emulsion liquid membrane extraction， ELME）,体系：三相体系 内相与互不相溶的有机溶剂形成乳滴。分析物经液膜进入膜内受体相。 提取和浓缩同时进行。 高的比表面积和高的传质速度。 高的选择性。 操作简便，成本低。,3.2
7、.2. 聚合物膜萃取（Polymeric membrane extraction）,分析物透过聚合物膜进入受体的过程。 常用的模材料硅橡胶或聚四氟乙烯 使用寿命长。 分析物的扩散系数较液相小。 传质慢，萃取效率低。,吸附剂接口膜萃取（membrane extraction with a sorbent interface， MESI）,膜萃取和吸附剂接口技术的结合。 受体：气体受体（对比其他方法中的液体作受体） 样品：气体和液体样品。 目标分析物的运输通过气体实现。,J. Chromatogr. A, 1999 (830) 365376,3.3 膜萃取装置,1ml channel,10ul c
8、hannel,1.0 ul channel,J.Chromatogr. A, 2000, 902, 205-225,(a),(c),4. 联用接口系统,4.1 SLEHPLC接口的流路系统,LCGC North America 2003， 21，427-438,1,2,3,4,主要用于环境样品和生物样品的在线提取分析。,4.2 MESIGC接口连接系统,Trends Anal. Chem. 1995, 14, 113,硅树脂橡胶中空纤维,特别适合对空气，水， 土壤等样品进行连续检测和过程控制。,4.3 萃取注射器-GC在线联用系统,Analyst, 2000, 125, 673676,操作简单
9、，富集效果好，重现性好，应用前景广阔。,4.4 SLM-AAS(atomic absorption spectrometry),Analyst 1997(122) 1073-1077.,用于尿样中铅的提取，富积倍数达到200以上，回收率大于95，检测限为0.1ug/L.,优点,待优化的条件多。 单次萃取的应用范围窄。 膜的稳定性差。（针对液膜萃取方法） 平衡周期长。,高的选择性和富积率。 有机溶剂用量小。一般为几到几十微升，污染少 准确度和精密度高。 无需特殊设备，成本低。 方便与其他分析设施实现自动和在线联用。 能够避免液滴分散而引起的夹带和溶剂损失。,缺点,5. 应用,环境样品中的有机污染
10、物的提取分析。 生物样品的提取分析。 体液中药物及代谢产物的提取富积分析。 金属元素的提取分析。 -贵金属的提取。 -环境中重金属污染物。 挥发性样品的提取分析。,6. 展望,新型膜萃取技术的研究。 与各种分离分析技术的全自动在线联用。 应用领域的进一步扩展。,参考文献 B.M. Cordero, .L. P. Pavon，J. Chromotogr. A 2000(902)195 J.A. Jonssen, L. J. Chromatogr. A, 2000(902)205 刘景富， 汪桂斌， 分析化学， 2004(10)1389 J. A. Jonsson, L. Mathiasson,
11、J. Sep. Sci, 2001(24)495 J.F.Liu, J.B. Chao, G.B. Jiang, Anal. Chem.Acta, 2002(455) 93 D. Kou, S. Mitra, Anal. Chem, 2003(75)6355 J. Norberg, E. Thordarson, Analyst. 2000(125)673 Y. Shen, J. A. Jonsson, L. Mathiasson, Anal. Chem. 1998(70)946 J. Jonsson, L. Mathiasson， Trend. Anal. Chem., 1999(18)318 10. N.-K. Djane, I.A. Bergdahl, K. Ndungu, etc., Analyst 122 (1997) 1073 11. S.P. Bjergaard., K.E. Rasmussen， J.Chromatogr. B, 2005（817）3-12,谢谢！,