样品前处理及制备技术

LOGO《样品前处理及制备技术》丁卓平教授目录一、概述第一章溶剂萃取(2学时，自学1学时)第二章蒸馏第三章固相萃取第四章气体萃取（顶空技术Headspace）目录第五章膜分离第六章热解吸第七章衍生化技术一、概述1、样品前处理2、目的指样品的制备和对样品中的待测组分进行提取、净化、浓缩的过程。是消除基质干扰、保护仪器、提高检测方法的灵敏度、选择性、准确度、精密度。12354基体复杂有水分、糖类、脂肪、蛋白质等固态有水果、蔬菜、肉、鱼、蛋、家禽、调味品等碳水化合物食品。液态有饮料、乳制品等。检测限量越来越严格如欧盟要求食品中氯霉素检测限量要求为O.1g/kg，己烯雌酚要求为0.05g/kg。各目标化合物的性质差异极大如极性、沸点、热稳定性等多组分并存对人类健康影响有协同效应例如狄氏剂、DDT等农药与多氯联苯共存时，会使毒性增加一倍浓度极低1防止样品基体组分的信号掩蔽痕量被测物和污染仪器2接近仪器的检测限3、食品样品前处理方法的选择取决于食品危害残留物质分析的特点4、举例9氯霉素类（Chloramphenicols）P129-13210大环内酯类（Macrolides）和林可霉素类（Lincosamides）P143-150举例：HPLC测定邻苯二甲酸酯的样品处理：净化LLE（BBP、DBP）1mL甲醇溶解2g样品，2mL甲醇，4mL正己烷：甲基叔丁基醚（v:v,1:1），震荡提取2次，离心，上清氮吹，正己烷定容至4mL。冷冻去脂，上清液定容至4mL。SPE（DEHP、DNOP、DINP、DIDP）氮吹浓缩本底的去除、活化、上样、淋洗、洗脱牛奶和乳酪奶粉黄油2g样品，水浴融化，用5mL甲醇提取2次，离心，上清氮吹，正己烷定容至4mL。5.分析包括分析方法的选择分析的全过程样品的采集、制备及保存样品前处理本课程的内容样品的采集、制备及保存一、样品的采集分析的首项工作从大量的分析对象（即总体中）抽出一部分（即样品）作为分析材料，这项工作称为样品的采集。说明：※样品来自总体，※并代表总体，※和总体有相同的属性样品的采集、制备及保存（一）采样原则1.采集的样品要均匀，有代表性，能反映全部被检食品的组成；2.采样过程中要设法保持原有的理化指标，防止成分逸散或带入杂质。※重要性说明：否则，即使以后的样品处理、检测等都非常精密准确，其检测的结果亦毫无价值，以致导致错误的结论。样品的采集、制备及保存（二）采样步骤1.检样：由分析对象大批物料的各个部分采集的少量物料成为检样。2.原始样品：许多份检样综合在一起成为原始样品。3.平均样品：原始样品经过技术处理，再抽取其中的一部分供分析检验的样品样品的采集、制备及保存二、样品制备：粉碎、混匀、缩分按采样规程采取的样品往往数量很多，颗粒太大，组成不均匀。因此为了确保分析结果的正确性，必须对样品进行粉碎、混匀、缩分，使任何一个部分都能代表全部样品的成分。样品的采集、制备及保存三、样品保存■样品易变：1.食品是动植物组织，是活细胞，有酶的活动，又因食品中的营养素是天然培养基；2.经过采样，破坏了一部分组织，使汁液外流。样品的采集、制备及保存■保存原则1.应防止污染2.应防止腐败变质3.应稳定水分4.应固定待测成分（不稳定，易挥发）。(应结合分析方法，在采样时加入某些溶剂或试剂，使待测成分处于稳定状态）样品的采集、制备及保存■保存方法净：①器具干净②防止污染和变质密：①稳定水分②防止挥发损失③避免引入污物冷：①冷藏（0～5℃）下运输和保存②降低化学反应速度快：尽快分析避光：VB1、胡萝卜素、黄曲霉素B1,易发生光解冷冻干燥：不能马上分析的样品最好冷冻升华干燥来保存5、本课程的目的（1）（2）（3）知道每一步所加药品或操作步骤的作用和目的能看懂已确立的检测方法的前处理过程。为研究建立新的检测方法、为改进前处理方法奠定基础第一章溶剂萃取(2学时，自学1学时)第一节、液-液萃取第二节、液-固萃取第三节、液-气萃取（溶液吸收）第四节、萃取溶剂的选择第一章溶剂萃取什么叫作溶剂萃取在液体、固体或者气体中含有的某些物质，使用溶剂将它们溶解出来，这样的方法也称作溶剂萃取。液体样品最常用的萃取技术之一是溶剂萃取，通常叫做液一液萃取。据调查，在分析化学实验室中几乎半数的人员常常使用液一液萃取。溶剂萃取原理液一液萃取、液一固萃取和液-气萃取(溶液吸收)等，它们都是属于两相间的传质过程，即物质从一相转入另一相的过程。液一液使用石油醚萃取水样品中的氯苯类化合物就是从液相到液相传质的液一液萃取使用二硫化碳萃取活性炭中吸附的有机溶剂就是从固相到液相传质的液一固萃取；液一气使用重蒸馏水吸收。(采集)空气中的甲醇就是从气相到液相传质的液一气萃取，通常叫做溶液吸收。液一固举例第一节液-液萃取液-液萃取是经典的提取方法之一，液-液萃取常用于样品中被测物质与基质的分离，在两种不相溶液体或相之间通过分配对样品进行分离而达到被测物质纯化和消除干扰物质的目的与其它方法相比，液-液萃取法仍是目前最常用的样品处理方法，其原因是：（1）通过萃取可将被测组分自大量内源性物质中分离出来，减少杂质对测定的干扰；（2）操作简单快速、经济实用；（3）可将萃取液蒸发，使组分富集；（4）可一次进行同类组分的萃取。液-液萃取原理它基于被测组分在不相混溶的两种溶剂中溶解度或分配比的不同来达到分离、提取或纯化的目的Nernst分配定律：物质将分配在两种不混溶的液相中。如果以有机溶剂和水两相为例，将含有有机物质的水溶液用有机溶剂萃取时，有机化合物就在这两相间进行分配。在一定的温度下有机物在两种液相中的浓度比是一常数：KD=co／cab式中，KD是分配系数，co是有机相中物质的浓度，cab是水相中此物质的浓度。液-液萃取分类分类常规液-液萃取连续液-液萃取逆流萃取微萃取萃取小柱(Cartridges)技术在线萃取自动液一液萃取常规液-液萃取常规的液-液萃取方法使用分液漏斗，需要10~1000mL的液相(每一种)。对于一步萃取，为了获得较大的回收率(在某一相中达99％以上)，分配系数KD必须大于10，因为相比(Vo／Vaq)必须保持在0.1～10之间。在大部分的分液漏斗的液．液萃取方法中，定量回收需要两次或更多次的萃取。如下式：E=1一[1／(1+Vo／KDV)]n(3-3)式中，n是萃取次数。如果某一种物质的分配系数KD=5，两相的体积相等时(V=1)，必须进行3次萃取(n=3)才能获得大于99％的回收率。每一次萃取都使用新鲜的溶剂。一般来说，多次萃取与一次萃取相比具有较高的萃取效率。连续液-液萃取如果KD值小或者需要的样品量大，多次萃取是不实际的。并且萃取的总体积也太大。在某些情况下，萃取的动力学可能是很慢的，需要很长时间才能建立平衡。在这些情况下，可以使用连续液一液萃取技术。连续液-液萃取在连续液一液萃取中，新鲜的有机溶剂可以循环地连续使用，通过含有被萃取的水相。图3-1表明一个连续液一液萃取器的结构，使用比水重的有机溶剂进行萃取。这种萃取溶剂从烧瓶中被加热蒸馏，上升到冷凝器被冷凝，并淋漓出两种不混合的水和带有萃取物的溶剂。最后，溶剂和萃取物返回到烧瓶中。此过程连续地进行直到足够量的被测物质被萃取出来。在某些模块中，烧瓶也作为浓缩器使用，连续萃取之后便于蒸发和除去萃取溶剂。连续液-液萃取优点无需人工操作，可以处理低KD萃取，使用较少的溶剂，较高的效率。缺点在蒸馏过程中可能会损失高挥发性的化合物，热不稳定化合物也可能会降解，除非他们能够接受沸腾溶剂的温度。逆流萃取逆流萃取（CountercurrentDistribution）装置可以提供1000或者更多的塔板数用于更有效的液一液萃取,但是它需要很长时间和工作量。逆流萃取可以回收分配系数KD值相当小的组分。微萃取采用0.001～0.01范围的相比率值(V)进行萃取过程。与传统的液一液萃取相比，它采用小体积有机溶剂。微萃取提供的回收率较差，但是在有机相中的欲测物质的浓缩大大地增高。此外，使用的溶剂量也大大地减少。在容量瓶中进行萃取，可以选择比水密度低的有机溶剂，结果有机溶剂积累在瓶颈部分并且便于抽取它们。在有机相中的被测物质的浓缩可以通过盐析作用得到加强。可以采用样品加入内标和萃取校正标准的方法进行测定。萃取小柱(Cartridges)技术使用萃取小柱代替分液漏斗完成液一液萃取，将一种液相混合到一种惰性介质中并经过渗滤，与色谱相类似的方式，不相容相进入不流动相（固定相）。这些萃取小柱同固相萃取小柱一样，在聚乙烯管中填充经煅烧助溶的高纯硅藻土。这些管的体积从0.3～300mL(有商品出售)。具有大表面的填充物可提高萃取效率、防止水溶液样品(被硅藻土吸附的)和有机萃取溶剂之间的乳化。此技术操作简单，可以用于含有误用药物的体液的萃取。可先使用样品润湿萃取小柱中的吸附剂几分钟后，再将有机萃取溶剂加入到萃取小柱中。当有机溶剂还保存在萃取小柱中时(已经含有萃取物质)，分别调节pH值在4．5和9．0时，以萃取样品中的酸性或碱性物质。在线萃取在线萃取优缺点可用于非常小的样品体积(低于100mL)，使用小量的试剂和有机溶剂(费用降低)，闭环系统(样品不会暴露到大气中，防止了污染和对人的毒性及溶剂的可燃性)，高的样品萃取产率，可充分自动化，流动系统的接口可直接与分析仪器相连接。灵敏度较低，要求更复杂的硬件(泵、相沉淀器、相分离器)。自动液一液萃取传统的液一液萃取需要大量的手工操作，当样品负荷增加，并超过了合理的程度，人们就会考虑自动化。许多仪器厂家研制了全部自动或者部分自动地完成样品萃取和浓缩的装置。美国OI分析公司根据EPASW-846方法3510～3520，研制了ExCell自动液一液萃取系统。此系统使用二氯甲烷作为萃取剂，在约3h时间内可同时处理6个1L水样品中半挥发性物质的液一液萃取。此系统的萃取过程与传统的分液漏斗的液一液萃取不同，如图3—3所示。自动液一液萃取在萃取池中装有二氯甲烷溶剂，溶剂液体表面上通过风机作用使萃取池形成轻微的真空，水样品以液滴方式连续地被引进到萃取溶剂中。水样品液滴在进入二氯甲烷溶剂过程中，先通过一个专用的由外部电极产生的电场区域。电场促使萃取溶剂中的水滴进行运动，液滴形状产生扭曲并分裂成更小的液滴。这种分裂在水相和二氯甲烷相之间的界面上大量增加，导致水滴中的欲测定有机物分子快速地扩散进入二氯甲烷中。二氯甲烷真空水滴运动乳化现象的产生液-液萃取中非常重要的操作是急速地振动样品。此步骤可确保两相的完全接触，有助于质量传递。在分液漏斗发生完全的混合，产生大量的界面区域使得有效的分配出现。由于物质剧烈的振动，在液一液萃取中乳化现象经常发生，特别是那些含有表面活性剂和脂肪的样品。收集欲测物质必须先进行破乳。为了防止乳化形成，应用采取加热或加盐的方法破乳。通过改变KD，改变溶剂或化学平衡作用的添加剂，诸如使用缓冲剂调节pH，盐调节离子强度等乳化的害处乳化现象能使被测组分损失。12354加盐使用加热-冷却萃取容器通过离心作用加进少量的不同的有机溶剂通过玻璃棉塞过滤乳化液样品；通过相过滤纸过滤乳化液样品；破乳的常用方法破乳的常用方法为了防止乳化，可应用较大体积的有机溶剂，避免猛烈振摇或加入适当的试剂改变其表面张力而破乳，若已发生严重的乳化现象，可将试管置于冰箱中冷冻破乳。如何避免玻璃容器壁对某些药物的吸附1萃取过程中所用的玻璃容器壁对某些药物的吸附是不可忽略的特别是当药物浓度较低时更是如此。对萃取所用的器具进行硅烷化处理2还常在萃取剂中加入异戊醇。异成醇能减少玻璃壁的吸附，还可减少萃取过程中乳化的形成。也可以加入二乙胺，二乙胺能显著减少吸附作用，提高萃取回收率。第一章溶剂萃取(2学时，自学1学时)第一节、液-液萃取第二节、液-固萃取第三节、液-气萃取（溶液吸收）第四节、萃取溶剂的选择第二节、液-固萃取最简单的液-固萃取就是将欲萃取的固体放入萃取溶剂中，加以振荡，必要时也可加热，然