第二章 样品预处理方法

第二章样品预处理方法一、概述：1、样品处理的目的色谱分析技术气相色谱高效液相色谱高效毛细管电泳平面色谱气相色谱—质谱联用技术液相色谱—质谱液相色谱—核磁气相色谱—红外石化过程分析工业卫生调查和评价药物动力学和毒理学研究食品分析法庭取证分析色谱法应用医疗诊断核能和燃料分析制药过程监测化妆品和香料组成分析商品质量检验样品预处理的目的除去微粒减少干扰杂质浓缩微量的组份提高检测的灵敏度及选择性改善分离的效果有利于色谱柱及仪器的保护2、样品处理的必要性和重要性色谱分析的全过程包括：样品采集、样品制备、色谱分析、数据处理与结果表述样品种类繁多，其组成、浓度、物理形态等均是色谱分析测定的影响因素。样品处理技术就成为提高分析测定效率、改善和优化色谱分析的重要环节。占样品分析时间的比例（60%）样品预处理所用时间远大于色谱分离的时间占分析的消耗总成本最大消耗大量的溶剂及其他化学品实验的重复性及准确性最差的环节影响实验结果好坏的最重要因素是决定性的步骤3、样品处理的原则（1）样品中可能存在的物质组成？浓度水平？（2）样品中的主要组分？（3）采样方法是非破坏性的还是破坏性的？（4）收集的样品必须有代表性。（5）采用方法必须和分析目的保持一致。（6）样品制备过程中尽可能防止和避免待测定组分发生化学变化或丢失3、样品处理的原则（续）（7）样品处理中，若进行待测定组分的化学反应，则反应应是已知的和定量完成的。（8）样品制备过程中，要防止和避免待测定组分受到污染，减少无关化合物引入制备过程。（9）处理过程应简单易行，所用样品处理装置的尺寸应与处理样品的量相适应。（10）采用后应尽可能快的进行分析样品的制备和分析，或使用适当的方法消除可能产生的干扰，做好样品的保存。二、样品的采集气体（包括蒸汽）涉及的样品形式液体（包括乳液）固体（包括气体悬浮物、液体悬浮物）直接采集主要采集方法富集采集化学反应法采集直接采集：只需将样品直接引进容器中，所用容器最好是新的或洗净后干燥的，以防止其他样品的残留影响。富集采集：是在采集过程中，同时将待测组分富集，如吸附采样中选择合适的吸附材料，在吸附的同时使待测材料在吸附材料上富集使用采集方法的注意事项（1）采集的样品应具有代表性，要注意采样的时间、地点及采样位置的选择。（2）所有样品都要采集双份，一份分析样品，一份保存样品，备复查时使用。（3）样品的采集和储存过程要作记录，详列采样时间、地点、准确位置等。（4）采集储存中待测组分不应有损失或发生化学变化。损失—包括挥发、在储存容器上的吸附等物理原因化学变化——包括被氧化、微生物引起的分解、各组分间的化学反应等（5）避免样品受到外界污染。（6）采集后要尽快进行分析样品的制备和分析。三、样品预处理常用的方法高速离心过滤、超滤选择性沉淀萃取索氏抽提衍生反应新样品处理技术—加速溶剂萃取（ASE）浓缩样品液-固萃取/液-液萃取固相萃取样品小柱样品预处理的过程去除微粒过滤过滤膜/过滤装置有机(0.5m)/无机(0.45m)膜片可更换一次性使用的膜使用方便简单，交叉污染小有更小内径，可用于微量样品的处理高速离心大于：10,000g超滤机理超滤是一种基于分子量分离的技术目的根据分子量的不同把分子、细胞及病毒等分为不同的馏份除去小分子样品中的大分子蛋白脱盐选择性沉淀常用于生化样品中除蛋白有机溶剂乙腈，甲醇强酸三氯乙酸，过氯酸盐50%硫酸铵10%TCA样品衍生提高检测的灵敏度增加紫外基团以增强紫外检测的灵敏度增加荧光基团使样品用高灵敏度荧光检测器改变分离的选择性改变组份的基团，如：变离子型化合物为非离子型，用反相方法分离典型的例子氨基酸分析加速溶剂萃取（ASE）ASE是用溶剂对固体、半固体的样品进行萃取的技术.ASE的原理是选择合适的溶剂、通过增加温度和压力来提高萃取过程的效率.ASE可用来替代索氏提取、超声萃取、手工振摇、煮沸法和其他萃取方法三种不同型号的ASEASE100↑ASE200↓ASE300↑ASE的突出优点快速，15分钟溶剂用量少萃取效率高样品基体影响小可同时选用四种溶剂萃取安全，全自动ASE建立了环境,药物,聚合物,食品,和化妆品工业的大量应用ASE工作流程加溶剂时间(min)0.5–1加样品静态萃取5氮气吹扫1–2溶剂泵吹扫阀炉体氮气瓶静态阀收集瓶萃取池循环加热5加压萃取结束Total(min)准备分析12–18新溶剂冲洗0.5食品安全评价中ASE的应用•水果和蔬菜中的农药•动物组织中的二噁英和多氯联苯•粮食中的农药•粮食中的毒枝菌素•熏肉中的多环芳烃•葡萄干中的杀真菌剂•咸肉中的硝酸盐/亚硝酸盐•一些正在发展的方法ASE的应用领域环境农业、食品聚合物制药浓缩样品浓缩样品的方法萃取/吹干沉淀/再溶解色谱法液固抽提/固相萃取小柱固相萃取（SPE）技术固相萃取技术是基于同液相色谱同样技术开发的产品，分离复杂样品中的不同组份固相萃取技术（SPE）的重要性实验室中60~80%的成本及工作量在样品制备上加速样品的制备时间降低样品前处理的成本提高分析的准确性及回收率更容易自动化减少样品处理步骤降低对不稳定样品的影响提高安全性SPE小柱SPE小柱的应用领域除去杂质及干扰组份把样品分成不同极性的组进行分析富集微量的组份SPE小柱的主要种类反相正相离子交换SPE小柱的种类反相正相离子交换固定相非极性极性带电荷溶剂从极性到非极性从非极性到极性PH或离子强度（低到高）☞根据SPE小柱的种类及样品的性质，选洗脱强度不同的溶剂把样品分开☞让样品的各组份在固定相上吸附、解吸附，或不与固定相作用第一步：让所感兴趣的样品留在小柱，杂质通过小柱第二步：用不同极性的溶剂，使所感兴趣的样品通过小柱各种SPE小柱（一）正相使用方法可先用6到10倍柱体积的非极性溶剂平衡加入样品用非极性溶剂洗脱不想要的组份用极性溶剂洗脱第一组感兴趣的组份用极性更强的溶剂洗脱剩下的感兴趣的组份在不同条件下，有些填料可以用于反相或离子交换，如∶NH2/CN确认回收率各种SPE小柱（二）反相使用方法可先用6到10倍柱体积的甲醇或乙腈活化，再用6到10倍柱体积的水或缓冲液平衡，不要让小柱干了样品溶解在强一些极性的溶剂中加入样品用强极性溶剂洗脱不想要的组份用极性弱些的溶剂洗脱第一组感兴趣的组份用极性更弱的溶剂洗脱剩下的感兴趣的组份确认回收率各种SPE小柱（三）离子交换使用方法可先用6到10倍柱体积的去离子水或弱缓冲液平衡，样品溶解在去离子水或弱缓冲液中加入样品用弱缓冲液洗脱不想要的组份用强一些缓冲液（改变pH或离子强度）洗脱第一组感兴趣的组份用更强的缓冲液洗脱剩下的感兴趣的组份确认回收率SPE小柱的方法开发SPE方法开发的几个关键因素文献查阅流速控制同色谱理论：以10ml/min润湿小柱，1～5ml/min加载样品离子交换填料或固定相少于100mg的小柱，用更低的流速加载样品以1～5ml/min流速洗脱样品注意样品本底的不同注意载荷量及加样方式四、生物样品的制备技术植物：花、叶、茎、根、果实体液：尿、血液、唾液、胃液、胆汁等生物样品动物毛发肌肉组织器官：心、肝、肺、脑、胃、肾、胰腺等微生物生物样品中需分析的组分：植物体内—营养成分、农药残留等动物体内—药物及代谢产物、糖类及有关化合物、脂类、维生素、核甘、核甘酸及其衍生物、磷酸酯类化合物、固醇类化合物、氨基酸、多肽、蛋白及其衍生物、某些生物大分子生物样品中待测组分存在的形式及处理方法待测组分存在于体液或细胞外时：用萃取的方法提取、浓缩制备样品用沉淀的方法除去干扰组分（蛋白质、DNA、多糖）待测组分存在于生物细胞内：破碎细胞，释放待测组分，再用萃取或沉淀等方法制备样品1.生物样品的采集采集生物样品时注意事项：（1）注意样品的代表性、典型性和适时性（2）注意采样部位的准确，特别是动物的组织器官，一定要认准（3）生物样品一般都有一定的生物活性，样品采集后要立即处理（4）生物样品的采集大部分可以在实验室内进行，采样工具要消毒，最好在无菌的条件下采样2.细胞的破碎根据样品的不同，采用不同的破碎方法：①动物的胰脏、肝脏、脑组织一般比较柔软，用普通的匀浆器研磨②肌肉及心脏组织较柔韧，要先绞碎再作成匀浆③植物组织用一般碎磨法④含纤维较多组织则必须在捣碎器内破碎或加砂研磨⑤对具有坚韧细胞壁的微生物，常用自溶、冷热交替、加砂研磨、超声波和加压处理等方法。细胞破碎方法的分类3.生物大分子的提取提取生物大分子样品时条件的选择：（1）溶剂常用的溶剂有水、稀酸、稀碱、稀盐等，也可以采用不同比例的有机溶剂，如：乙醇、丙酮、氯仿、四氯化碳选择溶剂时要注意物质的溶解性，如极性物质易溶于极性溶剂；碱性物质易溶于酸性溶剂；温度升高时一般溶解度相应增大；远离等电点时溶解度增大（2）pH值在稳定的范围内，pH选择在偏离pI的两侧注意测量pH值的准确性，误差不应超过0.1（3）温度一般提取温度在5℃以下除此之外，还应考虑溶剂的离子强度、介电常数等对提取效果的影响4.蛋白质的去除（1）加热法前提条件：待测组分热稳定性好，而其它易产生热变性该法最简单，但只能除去热变性蛋白4.蛋白质的去除（续）（2）盐析法原理：利用不同蛋白质在高浓度的盐溶液中溶解度有不同程度的降低来沉淀去除蛋白质常用的中性盐有：硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、磷酸钠影响盐析的条件盐的饱和浓度pH的选择蛋白质的浓度温度的影响4.蛋白质的去除（续）（3）有机溶剂沉淀法蛋白质的沉淀和溶解与溶剂的介电常数有关常用的有机溶剂：乙醇、丙酮（4）等电点沉淀法原理：利用蛋白质在等电点时溶解度最低，用酸、碱调pH值，使蛋白沉淀出来缺点：蛋白沉淀不完全4.蛋白质的去除（续）（5）膜分离法膜分离技术：超滤、反渗透析、电渗析、微孔过虑、气体渗析、超精密过虑等超滤法的特点（与沉淀法比较）适用于小量样品适用于对酸碱不稳定的样品待测物质结合在膜上，影响回收率超滤膜的材料：醋酸纤维素、聚酰胺、聚砜等4.蛋白质的去除（续）（6）凝胶层析原理：利用分子大小不同的物质在流过凝胶固定相时的保留时间不同，分离待测的小分子化合物和大分子蛋白质。（7）柱层析原理：用能吸附蛋白质的材料装填成小柱。使含蛋白质的样品流过，样品中的蛋白质被柱填料吸附，而待测组分则流出小柱。4.蛋白质的去除（续）（8）高速离心原理：根据物质沉降系数、质量、浮力因子等的不同，应用强大的离心力使物质分离、浓缩、提纯的方法。5.微透析技术微透析技术：实质上是一种膜分离技术，它利用膜透析原理，微量地对细胞液进行流动性连续采样的新型采样和色谱样品制备技术。6.应用例：用HPLC法测定血清和尿中厚朴酚与和厚朴酚时样品的制备厚朴酚、和厚朴酚是木兰科植物厚朴干皮、根皮、枝皮的主要成分，作用是抗菌、抑制胃溃疡和防止应激性胃功能障碍、抑制血小板聚集、抑制中枢神经系统和降血压等作用。6.应用(续)用于HPLC法测定的样品制备方法：0.5ml血清或1ml尿↓分别加入0.5ml甲醇，离心取上清液0.5ml↓加入0.1mol/l的冰醋酸0.1ml，↓摇匀；↓用乙酸乙酯和乙醚混合液（v/v为1：1）↓2ml萃取离心后，取1ml有机相置尖底试管↓在45℃水浴中用氮气流吹干，↓加入HPLC用流动相0.1ml分析样品五、导致待测物损失的因素吸附：原因之一：玻璃表面或橡胶塞会吸附药物，特别是脂肪胺类及含硫化合物。解决方法：☞可采用硅烷化减少玻璃表面的吸附性☞非极性提取溶剂中加入少量极性溶剂可减少器皿对药物的吸附。原因之二：血样中红血球和纤维蛋白元凝块的形成，常能引起待测物的共沉淀。解决方法：将全血样品加入缓冲液后再行提取。☞这样血球散开，药物可从血球表面解吸，以减少共沉淀的损失。☞缓冲液的一定离子强度，可蛋白质变性时形成疏松的絮状物，这样可减少药物的物理性滞留和共沉淀的损失