shaweinan
第1楼2006/07/16
三、各种色谱技术的进展
1、毛细管气相色谱技术的不断发展和应用
高灵敏度、高选择性气相色谱检测器和GC,MS的发展奠定了USEPA 1979年底公布的114种水中优先检测有机污染物分析方法的基础,而毛细管气相色谱的应用大大提高了分离效率和分析速度,使方法简化、净化损失减少,近20年来,毛细管柱管材由金属改变为玻璃,再发展为熔融石英,解决了管壁对分析的干扰和操作技术的可靠性。毛细管柱固定相、高分子液晶固定相、高分子冠醚新固定相的研制、柱表面去活性处理(如辐射处理),尤其是化学键合交联固定相的研制成功,使大批重要污染物(包括众多异构体)有了可靠的测定方法。采用无分流进样和柱上进样技术解决了柱容量小和热不稳定试样的分解问题。近几年来发展的0.53mm,0.75mm内径的宽口径毛细管柱进一步解决了柱容量小的问题,使它们直接与气提设备相接,简化了挥发性化合物的分析步骤,而且更有利于与灵敏度稍差的检测器匹配。组合柱技术、化学衍生技术(包括柱前、柱后)等,不但可提高分辨能力或灵敏度,并在一定程度上解决了某些挥发性较差的化台物的监测。高灵敏、高选择性的检测器仍在不断发展,例如化学发光检测器、TEA、离子化检测器、酶抑制剂荧光监测器等,再加上多维色谱的应用、多监测器联用,特别是GC与MS及其它仪器的联用,使GC在环境分析、色谱分析中仍将继续占据优势。徐晓白等综述了色谱技术研究我国大气污染的现状,对环境中潜在致癌物质,如多环芳烃和硝基多环芳烃进行了研究和探讨。并对我国若干城市大气中痕量元素的温室效应和有害有毒颗粒物进行了研究。目前EPA已将毛细管气相色谱作为常规监测技术,GC—TID(离子阱检测器)在提高灵敏度方面有特色。我国在这方面,无论是仪器的生产或毛细管柱的研制都有较好基础,今后可能在开辟色谱新技术,提高质量,降低价格以及系列处方固做出更多贡献。在1998年召开的第七次全国色谱学术报告会上发表了350多篇论文,其中1/6与环境样品有关,这也反应了我国色谱分析在环境分析化学中的重要作用。
近年江桂斌研制的表面发射火焰光度检测方法(Quartz surface induced lurninescene-FPD)在国际上首次将由石英表面引发的发射(QSIL)原理用于定量分析,引起学术界的高度评价,并获国家发明专利。该研究工作提供了一种高灵敏度火焰光度检测器。和现有商品仪器相比,它有三个优点:(1)色谱柱直接插入燃烧头的顶端,避免了样品的扩散等造成的色谱峰展宽等现象。(2)改变了传统的氢火焰燃烧方式,使火焰的稳定性得到根本的提高。(3)通过改变火焰的发射介质,导致了发射机理的根本变化,获得了强度很大的发射光谱。与一般气相色谱火焰光度方法相比,灵敏度提高100—1000倍。用该系统已很好地分离和测定了各种介质中不同形态的有机锡化合物,最低检测限在30fg—2.3pg。另外,已证明这一原理可以推广到硫、磷化合物,有机硒,有机铅等化合物的定量分析。
1997年在美国召开的“21世纪环境实验室” (environmental laboratory moving for the 21 century)研讨会后,对现场监测和可移动实验室的设计与研究,出现了一个新的发展方向。如便携式色谱仪已开始在现场环境分析中应用。1998年匹茨堡会议上,已出现了商品。我国也正在研制毛细管便携式色谱仪。在微型化过程中,常规色谱检测器的微型化技术是这一领域的制约因素。
色谱进样技术:发展很快,枝头进样(oncolumn)、分流/无分流进样(split/splitless)吹捕法(purge and trap)进样等技术已成为实验室的常规方法。色谱校的发展也日新月异。法国研制的用一种平行的多毛细管往系(含有900根1m长,40μm内径的毛细管,涂层厚度为0.2μm)成功地分离和测定了多种有机锡化合物。分离时间由常规毛细管柱的5—10min缩短到30s。
2、高效液相色谱的广泛应用
80年代以来,HPLC仪器的增长速度一直据首位,据估计1983年世界HPLC的销售额己超过GC。这是出于GC主要适用于测定较易挥发的污染物,但70%以上的化合物是低挥发性、大分子量或热不稳定的,不进行衍生化就不能直接用GC法测定,而HPLC法恰好弥补了这方面的不足,所以后者在环境分析中越来越多地得到应用。金祖亮曾统计Analytical Abstract引述文章的情况;1980年应用HPLC的文章数量仅为引用GC的文章数量的1/5,而到1989年则几近一半。HPLC的分辨率虽不如毛细管气相色谱(HRGC)。但也有用它一次直接分析32种优先检测污染物的成功例子,缩小柱径和采用3μm填料可提高分辨率。己制成的3—7cm商品柱的柱效可达5000一10000理论塔板/m,用它进行环境样品的常规分析,1min就能完成一次测定HPLC的柱后反应,检测灵敏度可达pg级,是目前迅速发展的领域。另外发展类似GC上用的更为通用型的检测器,例如HPLC-FID,HPLC-ECD,HPLC—TID,HPLC—NPD和HPLC-FPD等是另一倾向。
微孔柱的应用促进了LC-MS的发展,由于溶剂的减少,与MS接口的问题迎刃而解,已可进行常规检测。不过由于用微孔柱分析速度较慢,其它的接口例如热喷射(thermospray),电喷雾(electrospray)、粒子束(particle beam)等接口技术配合更为理想。如用HPLC法分级预分离,在系统分析中能使被检出的污染物数目增加数倍。
3、超临界流体色谱的发展
超临界流体在化学分离中的应用并与计算机技术的成功结合,制成了现代化的SFC仪,引起了分析界的兴趣。近年来商品毛细管SFC的问世在环境分析化学中得到较广泛的关注。由于该方法的特点是采用超临界的流体作为流动相,可填补GC与HPLC的空隙,适用于极性化合物、热不稳定、化学性质活泼、分子量高及挥发性化合物等复杂混合物的分离、测定,理论计算推断毛细管SFC分离效率与GC相近,而比HPLC高。因此SFC兼具GC与HPLC的优点。
SFC常用的流动相为CO2,但现有更多的流体可供选用。还可能用不同流体及不同成分比的组合,因此分析方法可以有相当多样化选挥。还能起到选择萃取预分离的作用。这样既可节省溶剂,减少萃取时间,又可能减少预处理过程中引起的污染。
目前,公认SFC可贵的另一主要原因是因为它能和一系列检测系统联用。一般说来,GC与HPLC的检测器在SFC上均可应用,常用的有FID,FPD,ECD,UV和荧光等。新的检测器,如化学发光硫检测器,测定硫化合物的灵敏度可达数十至100pg,线性范围为103。SFC与MS及FT-IR的联用亦已获得成功。目前,与—般EI,CI相似的质谱图可从SFC-FTIR获得,而且灵敏度尚佳。
已报道应用SFC的对象有农药、染料、有机酸、表面活性剂及药物等。其中以农药及其代谢物测定的报告较多。
4、离子色谱(IC)的应用
由于IC具有操作简便、快速、选择性好、灵敏度和推确度均较高,而且能进行多组分同时测定等优点,随着离子色谱的发展,已逐渐应用于环境分析。首先在阴离子分析方而,发展很快。近几年由于梯度淋洗、柱和检测器等的进一步发展,已能应用IC测定阳离子、过渡金属、金属络合物。区分不同价态、直至分析有机化合物等。
5、毛细管电泳
近年来,毛细管电泳在环境化学中的应用正在逐步扩大,包括污染物与DNA加合物的分析、正辛酵—水分配系数的测定以及动物体内甲基汞的测定等,并且已发表了数篇综述,由于毛细管电泳的持点:样品需要量小,高分离效率,柱价格低,易清洗,试剂耗费量小,方法简单,分析时间短等,使其在分离环境污染物时拥有独特优势,可以作为一种与GC和HPLC相互补充的新的污染物分析手段。Yan等采用填充拄毛细管电色谱,在45min以内分离了16种EPA优先检测PAHs。采用CZE(毛细管区带电泳)模式可在24min内分离酚及其10种衍生物,改变分析条件可在5min内就能实现对12种酚类化合物的快速分离。也有关于分离二恶英TCDD,PCB异构体、光学异构体的报导,MEKC(micellar electrokinetic chromatography胶柬电动色谱)分离分析胶类化合物获得成功。毛细管电泳曾用来分离百草快和杀草快、磺酰脲、苯氧基酸等。此类工作既涉及除草剂对映体或异构体的分离,又包括分析农作物上除草剂的残留和水中的除草剂。目前毛细管电泳分离分析环境污染物的研究在不断深入和扩大,但很多工作集中在分离标准样品上,应用于实际环境样品分析的还相对较少。就其主要原因,主要是检测器灵敏度不够和要求新的样品预处理方法等。但总的来看前景是十分光明的。