有机锡化合物的萃取方法


发布时间:

2024-04-08

  萃取是有机锡样品分析的第一个关键步骤,特别是针对复杂的生物样品,在进行仪器分析前,必须选择性地将目标化合物从基质中提取出来。常见的有机锡萃取技术有以下几种方式:非极性溶剂萃取,非极性溶剂加酸萃取,极性溶剂萃取,固相萃取,超临界流体萃取,碱或酶水解,利用螯合试剂萃取以及最近发展起来的固相微萃取技术。

  非极性溶剂萃取通常用于干燥样品或水样,常用的有机溶剂有己烷、苯、二氯甲烷、戊烷、异辛烷、甲苯等。Parks等研究发现甲苯牌液萃取效率优于甲基异丁酮(MIBK)、氯仿、正己烷,这是由干MIBK与海水可形成聚合物。己烷只能萃取50%的三丁基锡,氯仿溶剂萃取三丁基锡效率很低,而甲苯能给出较好的回收率。另外也可使用混合溶剂萃取有机锡。Matthias等氯甲烷萃取水样中的丁基锡化合物时,四丁基锡萃取率为60%,三丁基锡萃取率为95%。当用硼氢化钠衍生反应和二氯甲烷萃取同时进行可相应提高一丁基锡和二丁基锡化合物50%的响应,其他丁基锡化物的回收率也都有所提高。有时在萃取前加入缓冲溶液,调节样品pH保持在5~6,常用的缓冲体系有醋酸-醋酸钠、柠檬酸-磷酸氢二钠或钾缓冲液。萃取通常采用乎摇、机械振荡、搅拌回流或超声等手段。索式提取法仅适用于不含螯合试剂的挥发性溶剂的萃取过程。选择萃取液需综合考虑各种有机锡的物理化学性质,一般来说,对于那些可溶性较好和具较大极性的一烷基锡和短链有机锡(如甲基锡),只用非极性有机溶剂和配位剂时不能进行有效的萃取,其基体效应很明显,常常需用环庚二烯酮等螯合试剂与有机溶剂一起使用以增加有机锡的溶解性,并进行相应的净化处理。Slu等在萃取泥样中有机锡氯化物时比较了两种萃取溶剂,其中甲苯-异丁基醋酸酯-环庚二烯酮混合溶液可使各丁基锡获得较高的回收率,分别为94.4%±4.7%(三丁基锡)、94.9%±2.2%(二丁基锡)、86.3%±4.2%(一丁基锡);而己烷-异丁基醋酸酯混合溶液作萃取剂对极性较小的二丁基锡氯化物和二丁基锡氯化物的萃取率仅为60%~70%,一丁基锡氯化物的萃取率更小。Chau等比较了最常用的六种萃取剂和不同的萃取操作。这六种萃取剂和方法分别是:①甲苯;②二氯甲烷;③0.5%环庚三烯酮-己烷溶液;④ 0.5%环庚二烯酮-二氯甲烷溶液;⑤0.5%环庚三烯酮-甲苯溶液;⑥用酸回流2h后用0.5%环庚二酮-甲苯溶液萃取。根据回收率结果,萃取剂含有环庚二酮将有利于提高萃取效率,选择第⑤种萃取剂萃取,各丁基锡能取得90%~114%的高回收率。利用二乙基二硫代氨基甲酸钠作为配位剂,再用己烷萃取,也可以很好地萃取样品中的有机锡配合物。

  非极性溶剂加酸的萃取方法已被广泛用于非生物或生物样品。样品酸化的目的主要有两个:①溶解样品中影响有机锡测定的无机粒子包括碳化物和硫化物;②将有机锡化合物转化成易于被有机溶剂萃取的卤化物。然而用卤化物酸化后的缺点是有机锡化合物受到卤化氢的亲核进攻后易失去有机基团,从而改变其原有形态,因此分析时需根据不同样品用不同的酸来酸化。Chau等在测定水样中甲基锡及无机锡时,为提高萃取效率,比较了用不同酸(盐酸、溴化氢溶液、醋酸、硫酸)来酸化水样,并用5mL 1%环庚二烯酚酮(tropolone)-苯溶液萃取。结果发现,盐酸和溴化氢溶液可通过阻止Sn4+水解和容器壁吸附而提高Sn的回收率,但它们抑制二甲基锡和三甲基锡的回收;用醋酸酸化可提高二甲基锡和一甲基锡的回收率,但二甲基锡和无机锡的回收率降低;而用硫酸酸化不能提高这四种锡化合物的回收率。相对而言,样品中加入盐酸,经振荡或超声后用溶剂萃取的操作方法较为常见。另外,HBr或HAc可以增强离子对效应,有效提高有机锡如一丁基锡的萃取效率。Vleinema等比较了几种萃取剂萃取水样中的丁基锡化合物,经溴化氢溶液酸化过的样品用苯和氯仿能完全萃取出三丁基锡和二丁基锡,用含0.05%环庚三烯酮的有机溶液能较好地萃取出三丁基锡、二丁基锡、一丁基锡和无机锡。虽然各文献报道加入酸的浓度,处理时间与振摇方式有所不同,但这一过程均在室温下进行。最近,超声已成为非生物样品的常用萃取方式,而生物样品常用低能搅拌方式如振摇、磁子搅拌等。对于萃取样品的溶剂尚无一致选择。通常使用的溶剂有:二氯甲烷、戊烷、己烷、异辛烷、乙酸乙酯、苯、甲苯、乙醚、DCM,另外也有人使用混合溶剂如己烷-乙酸乙酯、己烷-乙酸异丁酯、甲苯-乙酸异丁酯、己烷-乙醚、戊烷-乙醚。当用苯作萃取剂时,可加入过量的格林试剂,在操作上比较方便。而甲苯将干扰二甲基丁基锡的测定,氯仿和二氯甲烷可与格林试剂反应,因而进行格林反应前需用其他溶剂进行替换。降低介质极性的溶剂如甲苯-酸(如醋酸)可满足有机锡的萃取效率,并且有助于将有机锡选择性地从沉淀中提取出来,以进行经典的衍生反应。在使用HCl时,对于生物样品的盐溶出效应或NaCI的离子对效应可增加有机锡从水相转移到有机相的效率。由于甲基锡比具长链的丁基锡更易极化和溶剂化,萃取时加入盐可有效提高回收率,并且不同量的氯化钠其盐析效果不同。一般来说,100mL水样中加入3.6~4.0g的氯化钠对全部甲基锡和无机锡的回收率都较好。Hattori等在测定环境水样和底泥中二丁基锡、二丁基锡、二丙基锡、二苯基锡时,采用盐酸酸化各样品使有机锡化合物转化成有机锡氯化物。虽然三烷基锡可直接用己烷萃取,但用己烷直接萃取二烷基锡的萃取率只有50%,先在各样品中加入氯化钠能克服此缺陷,加入氯化钠和盐酸的样品再用己烷萃取,三烷基锡和二烷基锡的萃取率均为90%~100%。Shhora和Mastsui通过向样品中加入1.5g NaCl和0.5mL浓盐酸,并用10mL 0.05%环庚三酮-苯溶液萃取,干燥后用格林试剂衍生,GC-FPD测定分析牡砺中的丁基和苯基锡化合物,其中有机锡回收率达71%~74%。在无机锡同时存在时,有机锡可选择性地被萃取并直接利用石墨炉原子吸收测定,不经色谱分离。用HCl-己烷体系萃取,经NaOH洗涤可除去一丁基锡与二丁基锡,达到与三丁基锡分离的目的。Forsyth等利用格林试剂衍生-GC-AAS测定葡萄酒和水果汁中的丁基锡、环己基锡、苯基锡化合物时,在样品中先加入0.5g抗坏血酸,用浓盐酸调节样品pH至1,再用0.05%环庚三烯酮-25%戊烷二乙醚萃取。当样品中含有一丁基锡时,抗坏血酸量要控制在0.5g,抗坏血酸用量的减小可提高一丁基锡的回收率。

  常用极性溶剂为HCl水溶液、醋酸溶液,盐酸或醋酸与极性溶剂的混合溶液如盐酸-甲醇、盐酸-丙酮、丙酮、1-丁醇,极性有机溶剂与非极性有机溶剂的混合液如二氯甲烷-甲醇等。最近微波萃取被用以缩短萃取时间至几分钟。Shawky等测定鱼中三丁基锡时,向鱼组织中加入0.5mol·L-1甲醇-乙酸溶液或0.5mol·L-1甲醇-醋酸溶液再用超声处理或微波振荡萃取。Han和Weber通过在0.5g牡砺组织中加入1mL甲醇和5mL 8.4mol·L-1盐酸溶液,于60℃水浴中用50~60Hz超声处理1h,使牡蛎完全溶解成橙黄色透明溶液来萃取牡砺中的有机锡化合物,其回收率为96%~104%。然而通常高温、高浓度盐酸以及加热时间过长也将致使某些有机锡失去有机基团。Desauzlers等在测定泥样和生物样中无机锡和甲基锡时,尝试使用多种不同酸溶液进行酸化,其中包括0.1mol·L-1盐酸、2 mol·L-1盐酸、8mol·L-1盐酸-甲醇溶液、纯醋酸。从回收率结果来看,0.1mol·L-1盐酸无论对无机锡还是有机锡效果都较差;2 mol·L-1盐酸和8mol·L-1盐酸-甲醇溶液对无机锡萃取效果最好。由于泥样中无机锡的含量较高,用这种酸体系酸化后测定无机锡和甲基锡,SnH4信号峰将会掩盖甲基锡信号峰;纯醋酸对三丁基锡的酸化效果最好,对一丁基锡和二丁基锡萃取效果也不错。在很多情况下,一些固体样品在利用酸或极性溶剂萃取后,再利用与之不相溶的溶剂如苯、二氯甲烷、异辛烷、氯仿-二氯甲烷、己烷、二氯甲烷-己烷、甲苯-乙酸异丁酯、甲苯-乙酸异丁酯、已烷-乙醚进行液液萃取,可将有机锡从原来萃取液中提取出来。Sasaki等用3份30mL 1:1的0.5 mol·L-1盐酸和甲醇溶液依次提取10g黄尾鱼中的二丁基锡和二丁基锡,合并的提取液离心后,取L层清液浓缩至30mL,加入100mL饱和氯化钠溶液,再用3份40mL正己烷萃取,离心后用0.1mol·L-1碳酸氢钠溶液洗正己烷层。萃取液干燥浓缩后进行衍生分析。利用环庚三烯酚酮(tropolone)或盐溶出效应可增加有机锡在有机溶剂中的溶解性,提高萃取率。二乙基二巯基氨基甲酸钠(DDTC)也可用于螯合萃取样品基质中的离子态有机锡。

  固相萃取主要用于水样分析,常用的萃取柱为C18柱、Cep-Pak-C18柱、Waters-Sep-Pak Classic cartridges C18反相柱与填C8、C2、苯基填料(1.2:1:1)的Maxi-Clean cartridges柱,也有将螯合试剂溶液预先通过柱子形成tropolone-Sep-Pak C18柱,还有人采用多孔树脂柱。吸附在柱子上的有机锡可直接利用衍生试剂淋洗过柱,从而进行柱上衍生,接着加极性溶剂如甲醇将衍生物洗脱下来;或者有机锡可直接形成螯合物吸附于柱上,再利用溶剂如乙醚、酸化乙醚、酸化乙酸乙酯、戊烷、二氯甲烷-己烷、甲醇-己烷等洗脱下来。Okoro等研究发现甲醇-酸消解有助于提高有机锡分析方法回收率,采用固相萃取对水中三丁基锡和二苯基锡的加标回收率分别是65%和70%,苯基锡回收率略高于丁基锡。

  有机锡的超临界流体萃取(SFE)与测定已得到较多的应用。SFE方法仅用于土壤与沉淀样品,萃取时间短,有毒溶剂与酸使用量少,分析物损失少是这一方法的主要优点,但该方法对于一丁基锡的萃取回收率较低,为55%~62%。为提高一烷基锡与二烷基锡的萃取效率,可加入螯合剂如DEA-DDC或DDC,通过SFE萃取,而后再以有机溶剂萃取衍生。微波辅助萃取也被报道用于底泥样品中丁基锡与苯基锡的提取,样品中加入醋酸溶液,微波萃取时间仅需3~4min,该方法通过测定标准参考物质NRCC PALS-1与BCRCRM 462进行了验证。

  碱与酶水解通常用于生物样品分析,使组织增溶,这样样品内含的有机锡更易于进入萃取溶剂。一般而言,四甲基氢氧化铵(TMAH)水解温度设置在室温~60℃的范围内,水解时间为几个小时(如1~2h)。当用微波消解时,TMAH水解时间可由儿小时减到几分钟。生物样品水解后,再利用tropolone-己烷溶液液-液萃取获得有机锡。或者对生物水解溶液进行pH校正后,用NaBEt4直接衍生,并同时结合有机溶剂萃取,这比经典的格林试剂衍生方法有效,减少了萃取次数。另外,用KOH-60%甲醇、3% NaOH或NaHCO3洗涤有机溶剂萃取液皂化水解,或使衍生样品通过弗罗里硅土柱后吹干,再用20%水~乙腈淋洗以除去共萃取的脂质,然后进行液液萃取,这一方法也可用于测定生物样品中的有机锡化合物。但由于一烷基锡、二烷基锡化合物在碱萃取条件下的稳定性差,所以消化时间的控制很重要。另外,胃蛋白酶可在pH=2时用于消化酒样,这有利于液液萃取时有机相与水相的清晰分层。Pannier等测定鱼组织中丁基锡时,用发酵法提取生物样中的目标化合物,具体步骤为:在8mL具盖玻璃管中加入0.1~0.3g干鱼样或0.2~0.5g湿鱼样,依次加入4mL pH=7.5的磷酸盐缓冲溶液、10mg脂肪酶姐和10mg蛋白酶X Ⅸ,恒温37℃发酵4h,同时磁力搅拌,发酵完成后的萃取液可直接用于HG-GC-QFAAS分析测定。

  将tropolone溶于非极性溶剂如二氯甲烷、苯、乙醚、甲苯、己烷中,可有效提高有机锡特别是一取代、二取代有机锡在低极性萃取溶剂与超临界流体中的溶解性。tropolon。浓度在0.01%~0.5%范围内,萃取效率无显著差异。用液体溶剂从生物或非生物样品中萃取有机锡时使用tropolone可增加共存物的溶解性,所以在GC分析前必须先进行净化处理。另一种螯合剂DDC也较常使用,其他螯合试剂如EDTA、DEA-DDC同样可以提高有机锡在超临界流体CO2中的溶解性。

  固相微萃取(SPME)是20世纪90年代由加拿大Waterloo大学的Pawliszyn及其同事提出的一项新型的无溶剂样品萃取技术。它基于待测物在样品及萃取介质中平衡分配的原理,利用光纤的熔融石英或涂布有气相色谱固定液的石英纤维作为吸附层有效萃取富集待测物。目前这一技术在分析领域中已备受重视.它成功解决了传统样品制备方法中的一系列问题,如操作步骤繁琐,使用大量有毒溶剂,被分析物易损失等。该技术在环境污染物分析方面的应用日益增加。结合顶空操作方法,检测对象可为挥发或半挥发有机化合物。目前SPME技术已很好用干水样有机锡形态分析方法中,它在一个简单过程中同时完成了取样、氢化或乙基化衍生、萃取和富集,从而大大简化了待测物的前处理过程,获得了对液体样品中痕量有机锡萃取方法的重要进展。