样品前处理知识(无机篇)

样品前处理知识样品前处理知识(无机篇无机篇)食品样品前处理n n食品的化学组成非常复杂，既含有蛋白质、糖、脂食品的化学组成非常复杂，既含有蛋白质、糖、脂肪、维生素及因污染引入的有机农药等大分子有机肪、维生素及因污染引入的有机农药等大分子有机化学物，也含有钾、钙、铁等各种无机元素，这些化学物，也含有钾、钙、铁等各种无机元素，这些组分之间往往通过各种作用力以复杂的结合态或络组分之间往往通过各种作用力以复杂的结合态或络合态形式存在。当应用某种方法对其中某种组分含合态形式存在。当应用某种方法对其中某种组分含量测定时，其它组分的存在就常給带来干扰，为了量测定时，其它组分的存在就常給带来干扰，为了保证分析工作顺利进行，得到准确的结果，就必须保证分析工作顺利进行，得到准确的结果，就必须把被测组分分离出来，同时排除干扰，此外，有些把被测组分分离出来，同时排除干扰，此外，有些被测组分及其微量，如污染物、农药、毒素等，由被测组分及其微量，如污染物、农药、毒素等，由于含量少，很难被检测出来，为了达到准确测量，于含量少，很难被检测出来，为了达到准确测量，必须对样品进行富集或浓缩，以上的操作称为样品必须对样品进行富集或浓缩，以上的操作称为样品前处理前处理样品前处理目的n n1.使被测组分从复杂的样品中分离出来，制备成便于测定的溶液形式；n n2.除去对分析测定有干扰的基体物质；n n3.如果被测组分的浓度较低，还需要进行浓缩富集；n n4.如果被测组分用选定的分析方法难以检测，还需要通过样品衍生化处理使其定量转化成另一种易于检测的化合物。样品前处理要求n n1.1.样品是否要预处理，如何进行预处理，采用何样品是否要预处理，如何进行预处理，采用何种方法，应根据样品的形状、检验的要求和所用种方法，应根据样品的形状、检验的要求和所用分析仪器的性能等方面加以考虑；分析仪器的性能等方面加以考虑；n n2.2.应尽量不用或少用预处理，以便减少操作步骤，应尽量不用或少用预处理，以便减少操作步骤，加快分析速度，也可减少预处理过程中带来的不加快分析速度，也可减少预处理过程中带来的不利影响，如引入污染、待测物损失等；利影响，如引入污染、待测物损失等；n n3.3.分析处理样品时，分解必须完全，不能造成被分析处理样品时，分解必须完全，不能造成被测物组分损失，待测组分的回收率应足够高；测物组分损失，待测组分的回收率应足够高；样品前处理的要求n n4.样品不能被污染，不能引入待测组分和干扰物质；n n5.试剂的消耗应尽可能少，方法简便易行，速度快，对环境污染少。n n6.尽量选择国标方法。常见的消解方法n1.干灰化法n2.湿法消解n3.高压消解n4.微波消解干灰化法n n1 1、干灰化法、干灰化法n n干灰化法是利用高温除去样品中的有机质，剩余的灰干灰化法是利用高温除去样品中的有机质，剩余的灰n n分用酸溶解，作为样品待测溶液。该法适用于食品和植物样分用酸溶解，作为样品待测溶液。该法适用于食品和植物样n n品等有机物含量多的样品测定。把装有样品的器皿放在高温品等有机物含量多的样品测定。把装有样品的器皿放在高温n n炉内，利用高温（炉内，利用高温（450-850450-850）分解有机物。利用高温下空气）分解有机物。利用高温下空气n n中氧将有机物碳化和氧化，挥发掉易挥发性组分；与此同时，中氧将有机物碳化和氧化，挥发掉易挥发性组分；与此同时，n n试样中不挥发性组分也多转变为单体、氧化物或耐高温盐类。试样中不挥发性组分也多转变为单体、氧化物或耐高温盐类。干灰化法的优缺点n n优点：干法灰化具有空白低，操作简单，设备便宜，并且可以一次处理大批量样品的优点。n n缺点：首先，由于灰化温度比较高，一般都在500摄氏度左右，可能会有部分元素因为蒸发而损失掉（部分由于坩埚或器皿的吸附，还有些样品可以与坩埚和器皿反应生成难以用酸溶解的物质如玻璃或耐熔物质等），从而导致元素的部分损失，回收率偏低，准确度低。因此干灰化法的回收率不是很稳定，建议每批样品都做加标回收试验。其次，实验过程比较长，样品碳化时间需要1个小时左右，灰化时间在4-6小时之间，中途如果灰化效果不好还需要加入助灰化剂。例如测定铅元素时加入过硫酸铵可以防止发生滞留作用，同时增加氧化能力，加速样品灰化彻底。干法消解注意事项n n某些特殊食品干法灰化时注意事项：某些特殊食品干法灰化时注意事项：n n含油脂成分较高的食品，如植物油，炭化时非常含油脂成分较高的食品，如植物油，炭化时非常容易爆沸，同时易燃，因此不建议采用干灰化法。容易爆沸，同时易燃，因此不建议采用干灰化法。n n酒类样品，建议先低温挥干部分液体再炭化，以酒类样品，建议先低温挥干部分液体再炭化，以防液体飞溅。防液体飞溅。n n含糖、蛋白质、淀粉较多的样品炭化时会迅速发含糖、蛋白质、淀粉较多的样品炭化时会迅速发泡溢出，可加几滴辛醇再进行炭化，以防止炭粒泡溢出，可加几滴辛醇再进行炭化，以防止炭粒被包裹，灰化不完全。被包裹，灰化不完全。n n含磷较多的谷物及制品，在灰化过程中的磷酸盐含磷较多的谷物及制品，在灰化过程中的磷酸盐会包裹沉淀，可加几滴硝酸或双氧水，加速炭粒会包裹沉淀，可加几滴硝酸或双氧水，加速炭粒氧化，蒸干后再继续灰化。氧化，蒸干后再继续灰化。某些元素受灰化温度影响n nHgHg是最易损失的元素，因为它的沸点是是最易损失的元素，因为它的沸点是360360，而其主要化合物在灰化温度下或是被分解，或是而其主要化合物在灰化温度下或是被分解，或是挥发性的。某些元素的损失则是因其在样品中存挥发性的。某些元素的损失则是因其在样品中存在的形式是挥发性的。如某种果叶中的在的形式是挥发性的。如某种果叶中的 CrCr、AsAs、SbSb，即使在，即使在200200加热加热24h24h，其气化损失也大于，其气化损失也大于20%20%。n n在灰化过程中，待测元素也可以与其周围的无机在灰化过程中，待测元素也可以与其周围的无机物反应而转变为易挥发性化合物。如物反应而转变为易挥发性化合物。如ZnZn、PbPb与氯与氯化铵共热，生成易挥发的氯化物而损失。待测元化铵共热，生成易挥发的氯化物而损失。待测元素也可以因为与样品中的有机物反应生成易挥发素也可以因为与样品中的有机物反应生成易挥发性组分。如性组分。如CdCd在灰化中被碳化的有机物还原为熔在灰化中被碳化的有机物还原为熔点和沸点分别为点和沸点分别为321321和和767767的金属镉而挥发。的金属镉而挥发。一种特殊的干灰化方法n n用微波高温马弗炉进行灰化，可不经炭化而一次完成灰化，所需灰化时间极短。与传统马弗炉相比，升温速度极快，能在几分钟内迅速程序升温至10001500，灰化时间也可减少数倍至数十倍。n n微波灰化湿化消解n n湿法消解又称湿灰化法，利用氧化性酸和氧化剂对有机物进行氧化、水解，以分解有机物。n n优点：是实验室常用的一种消解模式，有机物分解速度快、处理时间短、方法得当时，元素无损失、n n缺点：需随时照管；试剂用量较大，空白值偏高、消解方法的分类n n一、根据消化试剂来分：n n1.硝酸消化法n n2硝酸-高氯酸消化法n nn nn n3硝酸-硫酸-高氯酸消化法n n4硝酸、过氧化氢消化法n n5硝酸-硫酸的消化法各种酸的介绍n n硝酸:65%浓度，沸点为120C;加热易分解，是氧化有机物的典型酸，反应有机物形成一氧化氮，经常与高氯酸、双氧水，盐酸和硫酸混用。n n过氧化氢：沸点150C，加热缓慢分解，过氧化氢是氧化剂(2H2O2-2H2O+O2);与硝酸混合可减少含氮蒸汽，通过增加温度加速有机样品的消解过程.典型混合比例是HNO3:H2O2=4:1(体积/体积)，微波消解常用的反应体系。各种酸介绍n n氢氟酸：40%浓度时沸点为108C;用于消解矿物,矿石,土壤,岩石甚至含硅蔬菜;经常与HNO3或HClO4混用.为避免损坏仪器要求去除HF，可通过加入硼酸除溶液中的HF。n n硫酸：98%浓度的硫酸沸点为340C,高于TFM罐子的最大工作温度;为避免罐子损坏应仔细关注反应;通过脱水反应破坏有机物;300C是TFM罐子的临界温度，对PFA罐子来说温度过高(该温度下将熔化).所以，建议使用硫酸时应进行严格的温度控制。各种酸介绍n nHClO4HClO4（72%72%），沸点），沸点130130是一种强氧化是一种强氧化剂，能彻底分解有机物。但高氯酸直接与有机物剂，能彻底分解有机物。但高氯酸直接与有机物接触会发生爆炸，因此，通常都与硝酸组合使用。接触会发生爆炸，因此，通常都与硝酸组合使用。或先加入或先加入HN03HN03反应一段时间后再加入反应一段时间后再加入HC104HC104。HC104HC104大都在常压下的预处理时使用，较少用于大都在常压下的预处理时使用，较少用于密闭消解中，要慎重使用。注意安全。密闭消解中，要慎重使用。注意安全。n nHClHCl（1.191.19，37%37%），沸点），沸点110110HClHCl不属于氧不属于氧化剂，通常不用来消解有机物。化剂，通常不用来消解有机物。HClHCl在高压与较高在高压与较高温度下可与许多硅酸盐及一些难溶氧化物、硫酸温度下可与许多硅酸盐及一些难溶氧化物、硫酸盐、氟化物作用，生成可溶性盐。许多碳酸盐、盐、氟化物作用，生成可溶性盐。许多碳酸盐、氢氧化物、磷酸盐、硼酸盐和各种硫化物都能被氢氧化物、磷酸盐、硼酸盐和各种硫化物都能被盐酸溶解。盐酸溶解。湿法消解样品的损失n n和干灰化一样有待测元素被挥发损失的问题，但严重程度和机制不同。由于湿式法反应温度较低，而且应用了大量的酸，可以期望将所有元素转化为不挥发的形式，但某些元素仍存在挥发损失问题。例如，Hg、Se在还原条件下或出现炭化时，被还原而挥发损失。在试样含有氯时，Ge、As变成GeCl4和AsCl3（沸点分别为83.1和132）挥发损失,应给予注意。湿化消解注意事项11）加入硝酸、硫酸后，应小火缓缓加热，待反应平稳）加入硝酸、硫酸后，应小火缓缓加热，待反应平稳后方可大火加热，以免泡沫外溢，造成试样损失后方可大火加热，以免泡沫外溢，造成试样损失。（2 2）及时沿瓶壁补加硝酸。避免炭化现象出现。如发生）及时沿瓶壁补加硝酸。避免炭化现象出现。如发生了炭化现象，必须立即添加发烟硝酸。了炭化现象，必须立即添加发烟硝酸。（3 3）补加硝酸等消化液时，最好将消化瓶从电炉上取下，）补加硝酸等消化液时，最好将消化瓶从电炉上取下，待冷却后再补加。待冷却后再补加。（4 4）如消化中采用硫酸（比色分析时），应加水脱去残）如消化中采用硫酸（比色分析时），应加水脱去残存硝酸，以免生成的亚硝酰硫酸能破坏有机显色剂，对存硝酸，以免生成的亚硝酰硫酸能破坏有机显色剂，对测定产生严重的干扰。测定产生严重的干扰。（5)5)湿法消化的试剂用量较大，试剂的纯度对实验的结湿法消化的试剂用量较大，试剂的纯度对实验的结果有较大的影响，试验中必须注意。果有较大的影响，试验中必须注意。高压消解高压消解n n常用的密封容器是由一个常用的密封容器是由一个PTFEPTFE杯杯和盖，以及与之紧密配合的不锈钢和盖，以及与之紧密配合的不锈钢外套组成（见图）。外面的套有一外套组成（见图）。外面的套有一个螺旋顶或螺旋盖个螺旋顶或螺旋盖,当拧紧后使当拧紧后使PTFEPTFE杯和盖紧密密闭配合，形成杯和盖紧密密闭配合，形成高压气密封高压气密封.n n使用这种消解罐时使用这种消解罐时,必须小心，因必须小心，因为混合反应物蒸发产生的压力为为混合反应物蒸发产生的压力为7-12Mpa7-12Mpa。样品和试剂的容量绝。样品和试剂的容量绝对不能超过内衬容量的对不能超过内衬容量的10%10%20%20%，过多的溶液产生的压力会，过多的溶液产生的压力会超过容器的安全额定压力，同样有超过容器的安全额定压力，同样有机物质绝对不能和强氧化剂在消解机物质绝对不能和强氧化剂在消解罐内混合分解温度必须严格控制，罐内混合分解温度必须严格控制，切勿超温。分解完成后必须将消解切勿超温。分解完成后必须将消解罐彻底冷却后才能开，打开时应放罐彻底冷却后才能开，打开时应放在合适的通风橱内小心操作在合适的通风橱内小心操作。高压消解n n 优点优点n n低成本n n污染少n n密闭系统可避免某些元素的损失n n缺点缺点n n存在爆炸的可能性，因此需注意安全n nPTFE可耐受的最高温度170度n n该材料中的填充化合物可能会造成某些元素系统偏差n n较难控制密封容器消解样品与敞开式容器消解样品方法相比有下列优点：n n1.密封容器内部产生的压力使试剂的沸点升高，因而消解温度较高。这种增高的温度和压力可显著的缩短样品的分解时间，而且使一些难溶解物质易于溶解n n2.挥发性元素化合物如：As、B、Cr、Hg、Sb、Se、Sn将保留在容器内，因而这些元素将保存在溶液中n n3.试剂用量大为减少了，节省了成本，也减少了有毒气体的排放n n4.试剂用量减少了，又是密闭的容器，减少了污染的可能性微波消解n n微波消解是无机元素测定的微波消解是无机元素测定的一种较为有效的前处理手段，一种较为有效的前处理手段，其完全在密闭的环境中进行，其完全在密闭的环境中进行，能尽量避免目标元素的污染能尽量避免目标元素的污染和损失。和损失。n n但是该方法称样量少，消解但是该方法称样量少，消解的样品中有大量的氮氧化合的样品中有大量的氮氧化合物，存在一定的基体干扰，物，存在一定的基体干扰，比较适合于比较适合于ICP-MSICP-MS的检测的检测（检出限较易达到）。若使（检出限较易达到）。若使用微波消解后的溶液用微波消解后的溶液AFSAFS测测砷，则需要赶酸，否则检测砷，则需要赶酸，否则检测结果偏低。另外，在测定还结果偏低。另外，在测定还有有机溶剂样品时，要倍加有有机溶剂样品时，要倍加关注。如：醇与硝酸进行微关注。如：醇与硝酸进行微波消解时会产生爆炸。波消解时会产生爆炸。微波消解优点n n并不是时间短并不是时间短n n1.非常短的消解时间以分钟计算而不是小时n n2.不损失挥发元素包括Hg，Se，As等n n3.无酸雾提高实验室的工作环境n n4.无样品污染无论从环境或其他方面来说n n5.低空白使用最少量的酸溶液微波消解需要注意地方n n一、样品一、样品n n样品类型：同批次相同或类似样品样品类型：同批次相同或类似样品n n样品量：样品量一般不大于样品量：样品量一般不大于0.50.5克克 n n注意：胶囊类等升温后反应剧烈的样品，推荐预消解注意：胶囊类等升温后反应剧烈的样品，推荐预消解或者浸泡过夜。或者浸泡过夜。n n二、试剂二、试剂n n常用试剂：硝酸、盐酸、双氧水常用试剂：硝酸、盐酸、双氧水n n试剂量：试剂量：5-10mL5-10mL为宜（厂家不建议过少，但是过多为宜（厂家不建议过少，但是过多会带来一系列问题：消解后酸度过高；赶酸耗时；空白会带来一系列问题：消解后酸度过高；赶酸耗时；空白高等问题高等问题微波消解需要注意地方n n三、程序三、程序n n分步骤：可以使样品中各种不同基体的组分分步分步骤：可以使样品中各种不同基体的组分分步骤地消解，使反应更平稳安全。骤地消解，使反应更平稳安全。n n温度控制：温度控制：n n1 1）压力控制方法不足：即使同种样品因为称样量）压力控制方法不足：即使同种样品因为称样量的差异，会产生不同的压力，因而产生消解效果的的差异，会产生不同的压力，因而产生消解效果的差异。差异。n n2 2）压力控制对于反应剧烈的样品无法保证安全，）压力控制对于反应剧烈的样品无法保证安全，因为压力仅仅是样品反应后的结果，非反应的根本因为压力仅仅是样品反应后的结果，非反应的根本原因。原因。而温度是控制反应的最好选择。而温度是控制反应的最好选择。n n冷却：冷却到安全温度（低于冷却：冷却到安全温度（低于5050）后再进行）后再进行下一步操作下一步操作前处理需要思考的问题n n1 1、实验用器皿如何清洗？、实验用器皿如何清洗？n n运行相应清洗程序、泡酸（运行相应清洗程序、泡酸（1 1：1 1硝酸浸泡硝酸浸泡24h)24h)、使用前用纯水、使用前用纯水冲洗，洗好的器皿不要长时间的暴露在空气中。冲洗，洗好的器皿不要长时间的暴露在空气中。n n2 2、所用酸介质？、所用酸介质？n n根据仪器需要、不同基质的样品需要选用合适的酸根据仪器需要、不同基质的样品需要选用合适的酸n n3 3、酸的纯度如何保证？、酸的纯度如何保证？n n购买高纯试剂或自己重蒸，必要时，需对不同厂家，不同批次的购买高纯试剂或自己重蒸，必要时，需对不同厂家，不同批次的试剂进行空白验收。试剂进行空白验收。n n4 4、是否需要预消解？、是否需要预消解？n n蛋白质含量高的样品，反应剧烈的油脂含量高的样品等需要预消蛋白质含量高的样品，反应剧烈的油脂含量高的样品等需要预消解解n n5 5、是否需要赶酸？、是否需要赶酸？n n需要考虑测定过程中酸的匹配需要考虑测定过程中酸的匹配n n6 6、定容容器是否一定要用容量瓶？、定容容器是否一定要用容量瓶？n n不用，主要不确定度不在这里不用，主要不确定度不在这里n n核心问题：低空白，保证被测元素不跑掉，尽量去除有机物，待核心问题：低空白，保证被测元素不跑掉，尽量去除有机物，待测元素充分转变成易被测定的形态测元素充分转变成易被测定的形态