樣品前處理技術(shù)教學(xué)課件

1、第二章 樣品前處理技術(shù)Sample Pretreating Methods1 萃取技術(shù) 凈化技術(shù)超臨界流體萃取加速溶劑萃取微波萃取超聲波萃取柱層析法固相萃取法固相微萃取本章主要內(nèi)容樣品前處理技術(shù)2樣品前處理（Sample Pretreating）是指樣品的制備和對樣品中待測組分進(jìn)行提取、凈化、濃縮的過程。樣品前處理的目的是消除基質(zhì)的干擾、保護儀器、提高方法的準(zhǔn)確度、精密度、選擇性和靈敏度。食品樣品的前處理，除了取樣外，主要是指提取和凈化步驟。概 述3復(fù)雜樣品的前處理往往是現(xiàn)代分析方法的薄弱環(huán)節(jié)，有數(shù)據(jù)表明：完成一個實驗70-80%甚至更多時間用在樣品的前處理上；給實驗帶來的誤差有60%以上出自

2、樣品的前處理。樣品前處理越來越成為現(xiàn)代分析方法發(fā)展的制約因素，也越來越引起人們的重視。樣品前處理時間樣品前處理誤差4 食品樣品制備的基本要求代表性這里所指的樣品是實驗室樣品中具有代表性的試樣，制備均勻的有代表性的實驗室測試樣品是樣品前處理的一個重要環(huán)節(jié)，直接影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。有效性樣品制備過程中，必須小心處理，防止待測組分發(fā)生變化、污染和降解。否則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的錯誤和無效。5 食物樣品的特點基質(zhì)復(fù)雜目標(biāo)化合物檢測限量日趨嚴(yán)格如氯霉素限量為0.1ppb，ppb=10-9某些殘留危害物在食品中存在的濃度極低如食品中的二惡英含量在10-12數(shù)量級各目標(biāo)化合物的性質(zhì)，如極性、沸點、熱穩(wěn)定性等

3、差異極大需要同時檢測多種組分6 前處理方法的技術(shù)要求所有監(jiān)控組分的回收率要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)方法的要求；盡量不使用價格昂貴的專用設(shè)備；試劑和吸附劑純度高，最好不需要再純化處理，價格適中；前處理所用的有機溶劑少或者不用；前處理不強調(diào)將試樣基質(zhì)全部分離，但基質(zhì)的剩余部分在色譜圖上的色譜峰不能影響主要成分定量，基質(zhì)剩余部分盡量不污染色譜柱和檢測器，即使污染也能通過簡單的清洗去除。7經(jīng)典前處理方法索氏提取法液液分配柱層析液液萃取提取方法凈化方法搗碎法8凝膠滲透色譜（GPC）固相萃取（SPE）固相微萃?。⊿PME）加速溶劑提?。ˋSE）超臨界流體萃?。⊿FE）微波萃?。∕AE）基質(zhì)固相分散萃?。∕SPD）微波消解

4、現(xiàn)代前處理技術(shù)9本章主要介紹： 萃取技術(shù) 凈化技術(shù)超臨界流體萃取加速溶劑萃取微波萃取超聲波萃取柱層析固相萃取固相微萃取10第一節(jié) 萃取技術(shù)萃取技術(shù)是指利用一定的方法把被測物質(zhì)從試樣中提取出來，待凈化后供測試使用。萃取技術(shù)要求溶劑盡可能選擇性溶解待測物，而不溶解或少溶解食品基質(zhì)，萃取效果的關(guān)鍵是溶劑的選擇，提取回收率的大小直接決定整個分析步驟的精度。111 超臨界流體萃?。⊿FE, Supercritical Fluid Extraction）固態(tài)液態(tài)氣態(tài)三相點臨界點超臨界態(tài)12臨界點是氣液兩相區(qū)的終結(jié), 在臨界點以上，氣液兩相之間無相變化。臨界點可以用臨界溫度和臨界壓力來表達(dá)。 當(dāng)一種流體的溫

5、度和壓力均超過其相應(yīng)的臨界點值，則稱該狀態(tài)下的流體為超臨界流體。13超臨界流體SCF（Supercritical Fluid）不同于一般的氣體，也有別于一般液體，它本身具有許多臨界特性：密度類似液體，具有較高的溶解能力；擴散系數(shù)比液體高一個數(shù)量級，可以充分和樣品混合；粘度接近氣體，有利于傳質(zhì)；壓力或溫度的改變均可導(dǎo)致相變。（見前面的狀態(tài)圖） 超臨界流體液體氣體密度（g/cm3）0.20.90.81.0(0.62.0)10-3擴散系數(shù)（cm2/s）(0.53.3)10-4(0.52.0)10-50.011.0粘度（Pas）0.200.993.0024.00.050.3514最常用的超臨界流體是C

6、O2，其具有以下優(yōu)良特性：性質(zhì)穩(wěn)定，使用安全價格低廉臨界溫度低（Tc=31），臨界壓力適中（Pc=7.2MPa）CO2是非極性物質(zhì)，對極性化合物的溶解能力很低，為了提高其溶解極性物質(zhì)的能力，可在體系中加入改性劑（modifier）常用的改性劑有：甲醇、乙醇、四氫呋喃、二氯甲烷和二硫化碳等。15超臨界流體萃取在食品分析中的應(yīng)用優(yōu)勢：大大提高了萃取的效率應(yīng)用：萃取果蔬中的農(nóng)藥殘留萃取食物中的環(huán)境污染物（如多環(huán)芳烴）萃取奶粉中的總脂肪162 加速溶劑萃?。ˋSE, Accelerated Solvent Extraction）ASE 是用溶劑對固體、半固體的樣品進(jìn)行萃取的技術(shù)。ASE 通過選擇合適的

7、有機溶劑、升高溫度（50200）和壓力（10.320.6 MPa）來提高萃取過程的效率。ASE的優(yōu)點有有機溶劑用量少，1g樣品僅需要1.5mL溶劑；提取速度快，一般僅需15min左右；回收率高。所以ASE被美國環(huán)保局（EPA）選定為推薦的標(biāo)準(zhǔn)方法，廣泛用于環(huán)境、藥物、食品和高聚物等樣品的前處理，特別是農(nóng)藥殘留的分析。17ASE為何具有上述優(yōu)點呢？提高溫度可以加速溶質(zhì)分子的解析動力學(xué)過程，增加分析物的溶解度；降低溶劑的粘度，從而減小溶劑進(jìn)入樣品的阻力，增加溶劑進(jìn)入樣品基體的擴散。提高壓力可以提高溶劑的沸點，使其保持液態(tài)，從而保持較高的溶解能力。保持易揮發(fā)性物質(zhì)不揮發(fā)。18將樣品裝入萃取池 , T

8、ime (min) 溶劑充滿萃取池, 0-1 萃取池加熱加壓, 5 樣品保持一定的壓力和溫度 (靜態(tài)萃取), 5 向萃取池中注入清潔溶劑, 0.5 用N2 吹掃萃取池, 1-2 萃取液準(zhǔn)備分析, Total 12-14 Solvent溶劑Oven爐體Collection Vial收集瓶Extraction Cell萃取池Pump泵ASE提取流程19ASE 30012個樣品連續(xù)自動萃取樣品池體積為34、66和100毫升，使用萃取溶劑40-125毫升用于大體積樣品萃取20ASE的應(yīng)用提取食品中的農(nóng)藥殘留，包括有機氯、有機磷殺蟲劑，除草劑，多氯聯(lián)苯和二惡英。從大豆、亞麻、棉籽等油料種子中萃取油，精確

9、的測定含油量。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的萃取方法，例如用ASE萃取煙葉中的成分。21 3 微波萃取微波的頻率介于300MHz300GHz之間，常用的微波頻率為2450MHz。微波遇到金屬物質(zhì)會被反射，但遇到非金屬物質(zhì)則能穿透或被吸收。微波在食品研究領(lǐng)域最重要的性質(zhì)是其熱效應(yīng)。22（1）微波萃取的原理微波能量被生物樣品吸收細(xì)胞內(nèi)部的溫度快速上升細(xì)胞破裂，有效成分流出。微波所產(chǎn)生的電磁場，可加速被萃取組分的分子由固體內(nèi)部向固液界面擴散的速率。23（2）微波萃取的特點1. 試劑用量少，節(jié)能，污染小。 2. 加熱均勻，且熱效率較高。3. 微波萃取無需干燥等預(yù)處理，不受物質(zhì)含水量的影響，回收率較高。4. 微波萃取的處理

10、批量較大，萃取效率高，省時。5. 微波萃取的選擇性較好。由于微波可對萃取物質(zhì)中的不同組分進(jìn)行選擇性加熱，因而可使目標(biāo)組分與基體直接分離開來，從而可提高萃取效率和產(chǎn)品純度。24（3）微波萃取在食品檢測中的應(yīng)用美國環(huán)保局認(rèn)證了微波萃取的方法EPA3546方法選擇性萃取肉類、雞蛋和奶制品中的有機氯農(nóng)藥和除草劑蘑菇、谷物中的真菌毒素豬肉中硫胺二甲嘧啶，蛋中氯霉素海洋生物中甲基汞、砷和有機錫25 4 超聲波萃取超聲波是指頻率為20kHz50MHz之間的聲波，它是一種機械波，需要能量載體介質(zhì)來進(jìn)行傳播。26（1）超聲波提取原理機械效應(yīng)產(chǎn)生一種輻射壓強，對物料有很強的破壞作用 。使溶液中的物料顆粒分散。空化

11、效應(yīng)溶劑內(nèi)的氣泡發(fā)生共振然后突然閉合，在其周圍產(chǎn)生幾千個大氣壓的壓力，造成基質(zhì)腔體的破裂，使待測成分溶出。熱效應(yīng)不顯著。27（2）超聲波提取的特點超聲波提取時不需加熱，避免了常規(guī)加熱對有效成分的不良影響，適用于對熱敏物質(zhì)的提??；超聲波提取提高了有效成分的提取率；溶劑用量少，節(jié)約了溶劑；超聲波提取是一個物理過程，在整個浸提過程中無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，不會改變大多數(shù)成分的分子結(jié)構(gòu)。28（3）超聲波提取在食品檢測中的應(yīng)用超聲波提取在中藥制劑質(zhì)量檢測中（藥檢系統(tǒng)）已廣泛應(yīng)用。中華人民共和國藥典中，應(yīng)用超聲波處理的有232個品種，且呈日漸增多的趨勢。 29第二節(jié) 凈化技術(shù)凈化是對萃取得到的物質(zhì)進(jìn)行純化和分離的

12、過程。本節(jié)主要介紹柱層析技術(shù)、固相萃取技術(shù)和固相微萃取技術(shù)等常用的凈化方法。30 1 柱層析法（柱色譜法）吸附柱層析固定相是吸附劑，由于吸附劑對不同成分的吸附能力不同而將樣品分離。（例如分離葉綠素實驗）離子交換柱層析固定相是離子交換樹脂，根據(jù)各成分所帶電荷的不同而加以分離。凝膠滲透色譜根據(jù)各成分分子量的差異而加以分離。免疫親和柱層析根據(jù)抗原和抗體間的專一性親和力而得到純凈的組分。31 2 固相萃取法（SPE）固相萃取SPE（Solid Phase Extraction）是一種用途廣泛而且廣受歡迎的樣品前處理技術(shù)。它采用高效、高選擇性的固定相能顯著減少溶劑的用量簡化樣品的預(yù)處理過程同時所需費用也

13、有所減少固相萃取的實質(zhì)是液相色譜分離。也是利用物質(zhì)在流動相和固相相之間分配系數(shù)的差異而加以分離的。32固相萃取裝置固相萃取柱為避免交叉污染，一般固相萃取柱不能重復(fù)使用。33固相萃取柱結(jié)構(gòu)示意圖34固相萃取操作步驟活化吸附劑：在萃取樣品之前需要用適當(dāng)?shù)娜軇┝芟垂滔噍腿≈?，使吸附劑保持濕潤，可以吸附目?biāo)化合物。加樣品：將試樣溶液以適當(dāng)?shù)乃俣燃佑谳腿≈鶅?nèi)，使被測物充分吸附于柱上。淋洗除雜：用溶解能力較弱的溶劑洗去部分雜質(zhì)。洗脫待測物：用溶解能力較強的溶劑洗脫被測物。35固相萃取柱的分類正相SPE柱固定相是極性材料，用來保留極性物質(zhì)。反相SPE柱固定相是非極性的，用來保留非極性物質(zhì)。離子交換SPE柱陰

14、離子交換柱，保留帶負(fù)電荷的物質(zhì)。陽離子交換柱，保留帶正電荷的物質(zhì)。36 3 固相微萃取技術(shù)（SPME）固相微萃?。⊿olid Phase Micro-Extraction， SPME）是在固相萃取技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的萃取分離技術(shù)。它能直接從液體或氣體樣品中采集揮發(fā)和非揮發(fā)性的化合物，可以直接在GC，GC/MS和HPLC上分析。 37固相微萃取裝置結(jié)構(gòu)SPME由手柄（Holder）和萃取頭（Fiber）兩部分構(gòu)成，狀似一支色譜注射器，萃取頭是一根涂有色譜固定相或吸附劑的熔融石英纖維，接不銹鋼絲，外套細(xì)的不銹鋼針管（保護石英纖維不被折斷及進(jìn)樣），纖維頭可在針管內(nèi)伸縮，手柄用于安裝萃取頭，可重復(fù)使用。不銹鋼針管38固相微萃取裝置39固相微萃取原理固相微萃取采用涂覆不同化合物的微型熔融石英纖維吸附水溶液中或者氣體中微量有機化合物，再結(jié)合色譜技術(shù)將被吸附物質(zhì)進(jìn)行鑒定。選擇性吸附。SPME法不是將待測物全部分離出來，而是通過樣品與固相涂層之間的平衡來達(dá)到分離的目的。吸附于萃取頭上的分析物的量n與樣品中分析物的含量C成線性關(guān)系。此方法不需要使用溶劑。40固相微萃取過程1 吸附2 解析GC進(jìn)樣口萃取頭萃取頭41