儀器分析中的樣品處理教材

1、整個(gè)分析過(guò)程中樣品處理花費(fèi)的時(shí)間和精力最多樣品處理過(guò)程中要防止和避免欲測(cè)組分的沾污或丟失，在處理過(guò)程中應(yīng)盡可能減少無(wú)關(guān)物質(zhì)的引入。 樣品處理所使用的方法應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單易行，所使用的裝置尺寸應(yīng)與處理的樣品量相適應(yīng)。樣品處理時(shí)應(yīng)同時(shí)處理2個(gè)或2個(gè)以上平行樣品，并帶一個(gè)空白，用以檢查樣品處理過(guò)程中是否存在問(wèn)題。蒸餾 利用欲測(cè)組分與干擾組分的沸點(diǎn)不同而進(jìn)行分離，亦可同時(shí)進(jìn)行富集。可分為簡(jiǎn)單蒸餾、分餾（精餾）、減壓蒸餾和水汽蒸餾等。沉淀、結(jié)晶和重結(jié)晶 利用欲測(cè)組分與干擾組分在不同溶劑中的溶解度不同而進(jìn)行分離，亦可同時(shí)進(jìn)行富集?？蓪⒂麥y(cè)組分沉淀，干擾組分留在溶液中；亦可將干擾組分沉淀，欲測(cè)組分留在溶液中?？?/p>

2、利用改變?nèi)芤旱臏囟?、濃度、pH值、溶劑的組成來(lái)改變欲測(cè)組分和干擾組分的溶解度，使其分離；亦可加入某些物質(zhì)，使欲測(cè)組分或干擾組分沉淀或共沉淀（結(jié)晶或共結(jié)晶）而得到分離。可利用重結(jié)晶的方法得到很純的化合物，以便利用某些儀器進(jìn)行準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)分析。膜分離 利用欲測(cè)組分與干擾組分對(duì)不同膜的透過(guò)性不同而分離。其分離過(guò)程可分為滲析、超濾和電滲析。膜分離也被稱為膜萃取。衍生化 利用已知的、能定量完成的化學(xué)反應(yīng)，將不能被儀器分析或檢測(cè)的欲測(cè)組分轉(zhuǎn)化成可被儀器分析或檢測(cè)的物質(zhì)，或?qū)⒉荒芘c干擾組分分離的欲測(cè)組分轉(zhuǎn)化成能分離的物質(zhì)使兩者分離。熱解吸 利用控制加熱速度和溫度的方法使欲測(cè)組分從固體樣品或固相萃取所用的固體吸

3、附劑中解吸出來(lái)，從而與干擾組分分離。熱裂解 主要用于高分子化合物分析，通過(guò)控制加熱速度和溫度使高分子化合物發(fā)生分解，生成小分子碎片，分析這些分解產(chǎn)物，推斷原高分子化合物的組成和結(jié)構(gòu)。工作原理工作原理 利用不同高分子膜對(duì)不同化合物的滲透性有所不同，將欲測(cè)組分與樣品基體和干擾組分分離。在樣品處理中常用的膜分離技術(shù)有：滲析、超濾和電滲析。下表給出這三種膜分離的分離機(jī)理和應(yīng)用。裝 置 目前樣品處理中常用的膜分離裝置有兩種類型：1. 平面膜：下圖給出平面膜與質(zhì)譜或色譜分析聯(lián)用結(jié)構(gòu)圖 排出樣品(氣體/液體)流動(dòng)相泵泵質(zhì)譜或色譜分離膜六通閥2. 中空纖維膜：下圖給出中空纖維膜分離裝置結(jié)構(gòu)圖中空纖維膜吹掃氣體

4、樣品出口樣品入口捕集裝置或分析儀器應(yīng)應(yīng) 用用 由于膜分離技術(shù)具有裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作程序方便、無(wú)需有機(jī)溶劑處理、可與各種分析儀器直接連接，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和在線操作等，所以膜分離技術(shù)的可應(yīng)用于各類儀器分析的樣品處理。下面介紹一個(gè)應(yīng)用實(shí)例：利用膜分離和氣相色譜聯(lián)用測(cè)定血漿中的乙醇。吹掃氣體入口吹掃氣體出口氣相色譜樣品瓶中空纖維膜血樣品和水 膜-氣相色譜連接結(jié)構(gòu)圖0.3m -0.5m長(zhǎng)的空心毛細(xì)管乙醇，6.4 mg/ml血液樣品中乙醇的膜萃取-氣相色譜測(cè)定結(jié)果 膜分離技術(shù)可以與各種捕集技術(shù)相結(jié)合，使欲測(cè)組分得到富集。樣品瓶中空纖維膜微捕集管樣品和水吹掃氣體出口氣相色譜或質(zhì)譜儀器冷卻板 膜萃取-微捕集串

5、聯(lián)與氣相色譜或質(zhì)譜聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)圖工作原理工作原理 吹掃捕集技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種連續(xù)氣體萃取技術(shù)（屬于動(dòng)態(tài)頂空技術(shù)），吹掃氣（一般使用氮?dú)猓┩ㄟ^(guò)液體或固體樣品，將樣品中的可揮發(fā)組分（其中包括欲測(cè)組分）帶出，然后用冷凍或固體吸附劑吸附的方法，將欲測(cè)組分捕集下來(lái)，再通過(guò)熱解吸的方法，將欲測(cè)組分解吸下來(lái)，進(jìn)入分析儀器分析。裝裝 置置 目前已有多種商品化的吹掃捕集裝置，各裝置在結(jié)構(gòu)上雖有不同，但其流程和工作原理基本一致，下圖給出吹掃捕集方法的流程圖：吹掃和捕集方法流程圖示A 吹掃(萃取)；B 解吸(進(jìn)樣)；C 烘烤清洗1溫除水系統(tǒng) 2冷阱 3冷除水系統(tǒng)4熱阱 5檢測(cè)器 6除熱水器 吹掃氣放空烘烤氣樣品排放GC載

6、氣排氣123456ABC 國(guó)外的吹掃捕集裝置中捕集部分一般有低溫裝置（冷阱），解吸時(shí)的升溫速度也是很快的，瞬間即可達(dá)到解吸溫度，裝置的價(jià)格也是很高昂的。 國(guó)內(nèi)太極公司研制的TJ-618樣品處理裝置也是一種吹掃捕集裝置，它的解吸升溫速度不是很快，但是它采用一種特殊技術(shù)來(lái)減少由于升溫過(guò)程而引起的進(jìn)樣帶展寬，從而使裝置的成本大大降低，該裝置的價(jià)格僅為國(guó)外同類產(chǎn)品的1/31/2。下面給出幾種產(chǎn)品性能的對(duì)比。應(yīng)應(yīng) 用用 吹掃捕集技術(shù)主要用于氣相色譜和氣相色譜質(zhì)譜分析可揮發(fā)性化合物，特別是分析水中有機(jī)揮發(fā)性化合物。該技術(shù)已列入美國(guó)EPA方法中水中有機(jī)揮發(fā)性化合物分析的標(biāo)準(zhǔn)方法。 下面給出使用太極公司TJ-

7、618樣品前處理裝置，結(jié)合氣相色譜來(lái)鑒定真假紅塔山煙和對(duì)茶葉中農(nóng)藥殘留所作的分析。檢測(cè)器：電子捕獲檢測(cè)器工作原理工作原理 在一根很細(xì)的熔融石英纖維上，涂上吸附劑，用來(lái)吸附欲測(cè)組分，使其與干擾組分和基體分離，并得到富集。 被吸附劑吸附的欲測(cè)組分，可通過(guò)加熱或洗脫液洗脫的方法解吸下來(lái)，進(jìn)入分析儀器（主要是氣相色譜和液相色譜）。裝裝 置置 涂敷吸附劑的熔融石英纖維（稱為萃取頭）接在一根細(xì)的不銹鋼鋼絲上，外套一根細(xì)的不銹鋼管（在取樣和進(jìn)樣時(shí)保護(hù)萃取頭），萃取頭在細(xì)的不銹鋼管中可自由伸縮進(jìn)出。在取樣和色譜進(jìn)樣時(shí)，由細(xì)的不銹鋼管穿透密封墊，然后再將萃取頭伸出。在拔出細(xì)的不銹鋼管前，將萃取頭縮進(jìn)。下圖給出了

8、固相微萃取裝置和色譜進(jìn)樣的示意圖。隔墊穿孔針頭手柄外套活塞固定螺桿Z-溝槽連接器觀察窗口可調(diào)節(jié)針頭導(dǎo)軌/深度標(biāo)記纖維固定管敷涂層的石英纖維彈簧密封墊固相微萃取裝置示意圖固相微萃取的采樣和進(jìn)樣操作方法(a) 穿透樣品瓶密封墊(b) 暴露/提取(c) 撤回萃取頭(d) 插入GC注入口(e) 暴露/解吸(f) 撤回萃取頭(g) 插入進(jìn)樣裝置(h) 到HPLC柱(i)撤回萃取頭應(yīng)應(yīng) 用用 主要應(yīng)用于氣相色譜和液相色譜分析時(shí)的樣品處理，具有操作時(shí)間短，樣品量小，無(wú)需萃取溶劑，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，適于分析揮發(fā)性與非揮發(fā)性物質(zhì)，重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。很多研究結(jié)果表明，在樣品中加入適當(dāng)?shù)膬?nèi)標(biāo)進(jìn)行定量分析時(shí)，其重現(xiàn)性和精密

9、度都非常好，是近年發(fā)展很快的一種樣品處理新技術(shù)。根據(jù)欲測(cè)組分性質(zhì)和樣品情況選用不同萃取方式熔融石英纖維膜樣品涂層 樣品涂層(a) 直接萃取 (b) 頂空萃取 (c) 膜保護(hù)萃取 根據(jù)欲測(cè)組分的揮發(fā)性和極性選擇涂層 種類和涂層厚度 Poly(dimethylsiloxane)Poly(acrylate)PDMS/DVBCarbowax/DVBCarbowax TR/DVB吸煙婦女乳汁的固相微萃取氣相色譜/質(zhì)譜分析 1. 苯胺2.甲基苯胺3.二甲基苯胺4.三甲基苯胺5.尼古丁時(shí)間（分）1.穩(wěn)壓閥 2.壓力表 3.水瓶 4.水罐 5.四通閥 6.廢水容器 7.六通閥 8.微型兩通接頭 9. 微型三通

10、接頭 10.萃取毛細(xì)管柱 11.過(guò)濾器 12./13.穩(wěn)流閥 14.GC進(jìn)樣器 15.毛細(xì)管預(yù)柱 16.毛細(xì)管分離柱 17.FID檢測(cè)器微波灰化 用微波高溫馬弗爐進(jìn)行灰化，可不經(jīng)炭化而一次完成灰化，所需灰化時(shí)間極短。與傳統(tǒng)馬弗爐相比，升溫速度極快，能在幾分鐘內(nèi)迅速程序升溫至10001500，灰化時(shí)間也可減少數(shù)倍至數(shù)十倍。微波消解 密閉式微波消解（微波高壓消解）：將放有樣品和消解液的消解罐放入微波爐內(nèi)，用微波加熱，在高溫、高壓和微波的作用下，難消解的化合物很快消解，由于消解罐是密閉的，故不會(huì)有任何元素?fù)p失。使用試劑少，消解速度快，所有時(shí)間比電熱板消解可減少數(shù)倍至數(shù)十倍，污染也大大減少。微波萃取

11、在密閉的容器里，利用微波瞬間將萃取液加熱到常壓沸點(diǎn)以上，在微波的作用下，加快被萃取物從樣品中溶出。微波萃取所有的溶劑僅為常規(guī)萃取的數(shù)十分之一，而萃取速度為常規(guī)萃取的數(shù)十倍，萃取效率也要高。 下表給出了微波萃?。∕AE）與超聲波萃取和索氏提取用于某些有機(jī)氯農(nóng)藥殘留分析時(shí)結(jié)果的比較。 微波萃?。∕AE）與超聲波萃取和索氏提取法用于某些有機(jī)氯農(nóng)藥殘留分析的比較 生物樣品通常是指植物的花、葉、莖、根、種子等，動(dòng)物(包括人)的體液(如：尿、血、唾液及生物體的分泌液)、毛發(fā)、肌肉和一些組織器官。欲分析的組分常有植物體內(nèi)的微量元素、營(yíng)養(yǎng)成分、農(nóng)藥殘留等等；動(dòng)物體內(nèi)的微量元素、藥物及代謝產(chǎn)物、糖類及有關(guān)化合物

12、、脂類及長(zhǎng)鏈脂肪酸化合物、維生素及輔酶類化合物、核苷、核苷酸及其衍生物、磷酸酯類化合物、固醇類化合物、胺、酰胺、氨基酸、多肽、蛋白及其衍生物和某些生物大分子（分子量在數(shù)千到數(shù)百萬(wàn)的生物大分子）。由于生物樣品及某些欲測(cè)組分的特殊性，生物樣品的處理，除可使用上述的樣品處理常用技術(shù)外，在采樣、欲測(cè)組分的分離提取方面需采用一些特殊技術(shù)，現(xiàn)對(duì)這些特殊技術(shù)作些簡(jiǎn)要介紹。采采 樣樣 生物樣品一般采自動(dòng)、植物活體，采樣方法與其他樣品有所不同，一般采用注射器吸取，手術(shù)刀、剪切割等方法采集。采樣時(shí)要注意采樣時(shí)機(jī)，因?yàn)樯锘铙w總在新陳代謝；采樣后對(duì)采集的樣品要立即加以處理，因?yàn)樯飿悠芬话愣加猩锘钚?，如不立即加?/p>

13、處理，欲測(cè)組分就可能發(fā)生變化。如采集血樣后要立即加抗血凝劑；采集好某些器官組織后要立即加一些防腐劑，或立即進(jìn)行速凍或脫水處理。生物樣品的采集最好在無(wú)菌條件下進(jìn)行。細(xì)胞的破碎細(xì)胞的破碎 當(dāng)生物樣品中的欲測(cè)組分（主要是各種多肽激素、各種酶以及各種基因工程的產(chǎn)物如干擾素、胰島素、生長(zhǎng)激素等等）存在于生物體細(xì)胞內(nèi)及多細(xì)胞生物組織中時(shí)，需在分析測(cè)定它們之前將細(xì)胞和組織破碎，使這些欲測(cè)組分充分釋放到溶液中去。不同的生物體，或同一生物體的不同組織，其細(xì)胞破碎的難易程度不一樣，使用的方法也不完全相同。如動(dòng)物胰臟、肝臟、腦組織一般比較柔軟，用普通的勻漿器研磨即可，肌肉及心臟組織較韌，需預(yù)先鉸碎再作成勻漿。植物肉

14、組織可用一般研磨方法，含纖維較多組織則必須在搗碎器內(nèi)破碎或加砂研磨。許多微生物均具有堅(jiān)韌的細(xì)胞壁，常用自溶、冷熱交替、加砂研磨、超聲波和加壓處理等方法?？傊?，破碎細(xì)胞的目的就是為了破壞細(xì)胞的外殼，使細(xì)胞內(nèi)含物有效地釋放出來(lái)，獲得有效的提取。常用細(xì)胞破碎方法細(xì)胞的破碎方法機(jī)械的 非機(jī)械的 液體剪切 固體剪切 脫水 溶胞作用 超聲波 機(jī)械攪拌壓力 研磨 壓力 空氣干燥 物理的 化學(xué)的 酶的溶菌 桿和臼 Hughes壓榨機(jī) 真空干燥 滲透沖擊 陽(yáng)離子和陰離子洗滌劑 酶和有關(guān)的酶噬菌體溶胞 球磨機(jī) “X” 壓榨機(jī) 冷凍干燥 壓力釋放 溶劑干燥 凍結(jié)和融化 抗生素 抗菌素 甘氨酸 生物大分子的提取生物大分子的提取 生物大分子是指分子量在數(shù)千到數(shù)百萬(wàn)的大分子。主要包括多肽、蛋白質(zhì)、酶、核酸、多糖等生物大分子。它們?cè)诩?xì)胞破碎時(shí)被充分釋放出來(lái)。為了將它們制備成儀器分析的樣品就要用一定的溶劑將它們抽提出來(lái)，與細(xì)胞殘?jiān)蛛x。這些生物大分子大部分可溶于水或含有少量酸、堿、鹽的水溶液。有時(shí)也加入一些有機(jī)溶劑改善欲測(cè)組分的提取效率，并使欲測(cè)組分與其他組分分離。影響提取的因素較多，要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)條件，特別是溶劑性質(zhì)、pH值、離子強(qiáng)度、介電常數(shù)、提取溫度等主要因素靈活加以運(yùn)用，選擇最佳條件和方法，達(dá)到提取的最佳效果。利用不同蛋白質(zhì)在高濃度的鹽溶液中，溶解度不同程