样品前处理知识详解

今天我们推送的干货知识是有关样品前处理的，一起看看吧！

内容提要

一 样品前处理的重要性

二 样品提取技术理论

三 样品提取净化方法及应用

四 样品浓缩方法

下面，让我们开始吧！

样品前处理的重要性

第一

在化学分析中，样品前处理一个最常见的问题。据统计，人们常常将60%的时间花在样品前处理上。这不但不符合高效率的要求，而且烦琐的传统样品处理方法也直接影响到最后的分析结果。

（一）样品前处理的内容

样品前包括处理：样品采集和制备

1 一般液体样品的处理：

（1）液体的转移

（2） 液体的稀释

（3）液体的混合

（4）标准物的添加

2 分离提取等其他处理

（1）液-液萃取

（2）蒸馏

（3）液-固萃取

（4）固相萃取

（5）超声提取

（6）微波法

（7）超临界流体萃取

（8）膜透析法

（9）生物样品水解、蛋白沉淀

（10）离心/过滤

（11）蒸发浓缩

（12）消解

（二）重要性——以农药残留分析为例

1 需要检测痕量或超痕量残留水平。

2 待测样品污染源的未知性和样品种类的多样性

3 同时进行多残留检测。

4 结论：萃取、净化技术等样品前处理是残留分析的关键。因而选择适当的样品处理方法或多种手段联合使用，是成功完成样品分析的基础。

（三）国际上前处理技术的发展

80年代中后期，国际上针对传统萃取技术的不足，发展了固相萃取（SPE）技术和超临界流体萃取技术(SFE) ；

90年代以来，又出现了固相微萃取技术（SPME）、液相微萃取（LPME）、基质固相分散萃取技术（MSPDE）、免疫亲和色谱技术（IAC)等新的萃取技术。

（四）我国残留分析前处理技术

我国残留分析普遍应用的萃取分离技术还是索氏抽提、振荡提取和超声波提取等传统技术。样品需要量大、萃取时间长、有机溶剂量消耗大，导致大量有毒废弃溶剂的产生。

结论： 我国的残留萃取技术是制约残留分析速度和分析效率提高的瓶颈，无法满足快速、准确的分析要求。

样品提取技术理论

第二

提取是一个复杂的过程，是被测组分、样品基质和提取溶剂（或固体吸附剂）三者之间的相互作用与达到平衡的过程。常用的有液-液萃取 ，液-固萃取，柱色谱萃取等。

（一）液-液萃取(LLE)

1 定义

利用被测物质在两种互不相溶液体中分配系数不同，从一种溶液中转移到另一种溶液中。

2 萃取溶剂的选择

（1）溶剂和样品基质不能混溶；

（2）待测物和溶剂之间应有最大的分配比

（3）溶剂必须不含有干扰分析的污染物

（4）对检测器的响应值应尽可能小

（5）保留时间和待测物应不相同

（6）溶剂本身应毒性低且易于纯化。

3 液-液萃取的类型

（1）分次萃取--通常在分液漏斗中进行，将样品和萃取溶剂混合振荡，静置分层后，分出水相。一个样品可用若干份的溶剂进行多次萃取，以提高萃取率。

（2）连续萃取--是将样品和溶剂在连续萃取仪器中自动混合，由于连续操作，可减少乳化现象，节省劳力，重现性好。

4 液-液萃取优缺点

优点：（1）技术经典（2）设备器材简单（3）操作容易

缺点：（1） 易乳化（2） 回收率不稳定（3） 选择性差（4）人为因素影响大（5）有机溶剂用量大

5 乳化现象的防止措施

（1）在水相或者乳化液中加入氯化钠或硫酸钠，利用盐析作用加大两相间的密度差异。

（2）于3500r/min离心后放置。

（3）用玻璃棒机械搅拌，破坏乳化层。

（二）液-固萃取

1 定义

利用固态（半固体）样品基质中的待测物质在萃取溶剂中较高的溶解度，使其从样品中转移出来的过程。

2 应用模式

索氏提取、超声萃取、微波萃取（MAE）、超临界萃取（SFE）加速溶剂萃取（ASE）。

（三）柱色谱萃取

又称层析技术 。根据其分离原理，有吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱与排阻色谱等。

1 柱色谱技术分类

（1）吸附色谱--利用吸附剂对被分离物质的吸附能力不同，用溶剂或气体洗脱，以使组分分离。常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、聚酰胺等有吸附活性的物质。

（2）分配色谱--利用溶液中被分离物质在两相中分配系数不同，以使组分分离。其中一相为液体，涂布或使之键合在固体载体上，称固定相；另一相为液体或气体，称流动相。常用的载体有硅胶、硅藻土、硅镁型吸附剂与纤维素粉等。

（3）离子交换色谱--利用被分离物质在离子交换树脂上的离子交换能力不同而使组分分离。常用的有不同强度的阳、阴离子交换树脂，流动相一般为水或含有有机溶剂的缓冲液。

（4）凝胶渗透色谱--又称排阻色谱，是利用被分离物质分子量大小的不同和在填料上渗透程度的不同，以使组分分离。填料有分子筛、葡聚糖凝胶、微孔聚合物、微孔硅胶或玻璃珠等。

2 柱色谱的典型应用

（1）分离（2）净化（3）制备

样品提取进化方法及应用

第三

（一） 固相萃取（SOILD PHASE EXTRACTION）

固相萃取（ SPE）是一个包括液相和固相的物理萃取过程。在固相萃取过程中，固相对分析物的吸附力大于液相。当样品通过固相萃取柱时，分析物被吸附在固相表面，其它样品组分则通过柱子。分析物再用适当的溶剂洗脱下来，达到与样品基体和干扰化合物的分离及富集目的。

1 特点

（1）取代传统的液--液萃取，不需要大量互不相溶的溶剂；

（2） 处理过程中不会产生乳化现象；

（3） 采用高效﹑高选择性的吸附剂 ，使萃取选择性高，重复性好；

（4） 简化样品处理过程，减少费用。

2 固相萃取机制

3 固相萃取过程

4 固相萃取的分离模式

固相萃取分离模式与液相色谱相同

（1）正相（ 吸附剂极性大于洗脱液极性）

（2）反相（吸附剂极性小于洗脱液极性）

（3）离子交换

5 洗脱溶剂的选择

遵循“相似相溶”原则，并满足下列求：

（1）对被测组分溶解度大；

（2） 对干扰杂质的溶解度小；

（3）能有效释放被测组分；

（4）具有良好地解离蛋白或脂肪的能力；

（5）沸点适中（40～80℃）、黏度小、毒性低、易纯化、价格低廉、并易于进一步净化处理。

6 常见的SPE柱类型

极性柱：CN、NH2、PSA、 20H、Si-等；

非极性柱：C18、C8、C2、CH、CN、PH

阳离子交换柱：SCX，PRS，CBA

阴离子交换柱：SAX，PSA， NH2，DEA

共价型柱：PBA

根据目标化合物性质和样品种类，选用合适的SPE柱和淋洗剂

7 SPE的应用

复杂样品中微量或痕量目标化合物的分离和富集；

例如，生物体液（如血液，尿等）、中药及其代谢产物的分析、食品中有效成分或有害成分的分析、环保水样中有机污染 的分析的样品前处理。

应用实例：保健食品中人参皂甙的测定

（1）样品处理：称量适量样品+水溶解 超声提取30min,定容，摇匀，放置。

（2）层析柱：3mLXAD-2大孔树脂柱（聚芳烃微球）+中性氧化铝（100-200目）。

（3）柱预处理：25mL 70%乙醇， 25mL 水。

（4）进样：取1mL样品溶液进柱层析。

（5）柱洗涤： 25mL 水。

（6）洗脱： 25mL 70%乙醇，收集，挥干。

（二） 凝胶净化法（GPC）

根据多孔凝胶对不同大小分子的排助效应进行分离。

样品在多孔凝胶柱中随着流动相的移动，待分离的组分沿凝胶颗粒间的孔隙移动，大分子移动路径较短，先流出色谱柱，小分子由于扩散进入凝胶颗粒内部，迁移路径长，后流出色谱柱，实现分离。

1 原理

2 凝胶色谱仪

利用凝胶渗透色谱（排阻色谱）的分离原理制造的商品化仪器。

泵——流动相——样品——凝胶柱——组分分离——大分子先流出——弃掉 ——小分子目标化合物后流出——收集

3 影响GPC分离效果的因素

（1）分子的形状和体积

（2）芳烃类化合物 (包括多环芳烃)由于与柱填料聚合物之间形成pi-pi健，所以洗脱时间较长。

（3）不同的溶剂系统对凝胶的溶胀作用不同，所以采用不同的溶剂系统会得到不同的分离结果。

（三） 固相微萃取（SPME）

固相微萃取(SPME)是九十年代兴起并迅速发展的新型的、环境友好的样品前处理技术，无需有机溶剂，操作简便。在一个简单过程中同时完成了取样、萃取、富集和进样，是对液体样品中痕量有机污染物萃取方面的重要贡献。

1 原理

吸附--在石英纤维萃取头外表面涂渍一层固定液。遵循相似相溶原理，待测物在一定条件下被溶解/吸附在固定液中，并在固定液和样品中介质中达到平衡。涂层上吸附的待测物的量与样品中待测物浓度线性相关。

解吸—采用热解吸GC测定。

2 特点

（1）无需溶剂直接提取水溶液和固体基质中的挥发性和半挥发性化合物

（2）不同吸附纤维满足多种应用需求

（3）配合自动进样器使用，保证实验的精确度和准确性

（4）可取代其他样品浓缩技术

（5）经济：每个萃取头可以反复使用50次以上。（最多达200次左右）

3 分类

（1） 直接固相微萃取（ Direct-SPME ）：

将涂有高分子固相液膜的石英纤维直接插入样品溶液或气样中，对目标分析物进行萃取。经过一定时间达到分配平衡，即可取出进行色谱分析。

（2） 顶空固相微萃取法（HS-SPME）： 石英纤维停放在样品溶液上方进行顶空萃取，不与样品基体接触，避免了基体干扰，同时提高了分析速度。

4 操作步骤

（1） 样品萃取

将SPME针管穿透样品瓶隔垫，插入瓶中。

推手柄杆使纤维头伸出针管，纤维头可以浸入水溶液中（直接萃取）或置于样品上部空间（顶空方式），萃取时间大约2-30分钟。

缩回纤维头，然后将针管退出样品瓶。

（2） GC 分析

将SPME针管插入GC 仪进样口。

推手柄杆，伸出纤维头，热脱附样品进GC色谱柱。

缩回纤维头，移去针管，完成全过程。

5 技术关键

固相微萃取关键在于选择石英纤维上的涂层（吸附剂）。要使目标化合物能吸附在涂层上，而干扰化合物和溶剂不吸附。

一般原则是：目标化合物是非极性时选择非极性涂层；目标化合物是极性时选择极性涂层。

其他影响因素：

（1）液膜厚度及其性质的影响：石英纤维表面的固相液膜厚度对于分析物的固相吸附量和平衡时间都有影响。液膜越厚，固相吸附量越大，有利于提高方法灵敏度。

（2）搅拌效率的影响：HS-SPME方法中分析物由液相向气相扩散仍是最慢的一步。通过搅拌，加快分析物由液相向气相扩散的速度，使顶空区分析物浓度增大，快速达到平衡。可提高分析的灵敏度。

（3）温度的影响： 温度升高， 扩散速度随之增大，同时升温加强了对流过程，因此升温有利于缩短平衡时间，加快分析速度。在使用SPME方法时应寻找最佳工作温度。

（4）盐的作用：在气相和液相间的分配系数 K 受基体性质的影响，当基体变化时，分配系数也会改变。 在水溶液样品中加入盐（NaCl、Na2SO4等）后，水溶液的离子强度增大， K增大，使分析物在水相中溶解度减小，在气相中浓度增大。

（5） 溶液pH值的影响 控制溶液pH值能够改变溶液的离子强度，也能改变有机物在水中的溶解度。

6 应用

SPME在食品与生物样品上应用日趋增加。如：人乳中PCB 及DDT测定。0.5ml样品中加入0.5ml高氯酸（1M）和0.15g硫酸钠。顶空瓶密封后振荡混匀，置加热块上加热，搅拌。SPME纤维（涂渍85um polyacrylate）在顶空瓶里的气相中静置40min。萃取完成后吸附纤维插入GC进样口（280℃）10分钟使目标物从纤维上热解吸，色谱分析(GC-ECD或 GC-MS)。

（四）液相微萃取（LPME）

液相微萃取简单的说就是用极少量的溶剂提取液体样品中的目标化合物。样品状态通常为水或水溶性的生物材料。方法的特点是有机溶剂用量少，操作简便。

1 两种方式

（1） 单滴微萃取（ SDME ）

单滴微萃取：是将萃取液直接接触样品溶液或悬于样品顶部空间，使目标化合物从水相中转移至有机相（萃取溶剂）中，然后分析萃取溶剂。

操作方法：用一个注射器装上萃取溶剂，插在装有样品的密闭萃取瓶中。推出一滴溶剂，并使溶液悬挂在针尖上，保持不掉下去，萃取瓶下面可以加热，也可以搅拌，使样品中的目标化合物逸出，进入上部空间，溶解在萃取液中。时间要足够长，操作条件要一致，使目标化合物在几相中达到动态平衡。然后，将液滴抽回到注射器中，进行GCLCGC-MS分析。

（2）中空纤维膜液相微萃取（LPME-HFM）

由于悬滴液的物理稳定性差，比如，脱落，挥发，分散。所以人们又开始研究改进，产生了中空纤维膜液相微萃取法。

2 中空纤维

中空纤维是上世纪发展起来的八大纤维之一，主要有聚砜类、纤维素类、聚烯烃类等。这些材料的膜具有多孔的特点，孔径在0.01～0.25μm之间，根据需要可以截留纳米级到微米级以上的颗粒，能够除去水中、空气中以及其他低粘度流体中的细菌。目前主要应用于饮料、食品、电子、医药、化工等行业，特别是在民用净水行业，用途尤为广泛。

3 中空纤维在分析中的应用

4 研究实例 《中空纤维膜液-液萃取气相色谱法测定体液中曲马多》

（1）取样：自来水、尿、血浆等4mL,加1μL内标物（度冷丁1 mg/mL），加0.1 mL 1M NaOH，于6 mL萃取瓶中。放入磁性转子，于磁力搅拌器上。

（2）萃取装置：中空纤维膜（聚偏氟乙烯类）外径1.0mm, 内径0.65mm，膜壁平均孔径0.2μm。截取2cm长，清洗，干燥。用微量注射器抽取4μL甲苯（萃取液），注如入到中空纤维膜内，将另一端融封。

（3）将萃取装置插入萃取池中，室温下搅拌萃取15分钟。

（4）测定：萃取结束后，剪开融封端，抽取1μL萃取液进GC测定。

（5）影响萃取的因素：萃取溶剂种类；萃取时间；搅拌速度；样品酸度。

（6）方法优点：有机溶剂用量少，环保；操作简单，快速；装置简单，经济；尤其适合样品量少的情况。

（五）加速溶剂萃取

1 原理

根据待测物对有机溶剂具有较高的亲合力，通过增加温度（50～200℃）和压力提高（1500-2000psi） 将待测物从固体、半固体的样品中萃取到有机溶剂中。

2 装置示意图

3 ASE特点

溶剂用量少

萃取效率高

快速

减少人为误差

样品基体影响小

可进行全自动萃取

4 提取过程

5 溶剂萃取技术的比较

（1）ASE技术与索氏提取的比较

（2）ASE技术与固相萃取的比较

（3）ASE的应用领域

（六）超临界流体萃取（SFE）

超临界流体具有类似气体的较强穿透力和类似于液体的较大密度和溶解性，具有良好的溶剂特性，由于具有特殊的物化性质，被作为溶剂萃取样品中的某些目标化合物。

SFE利用超临界流体为萃取剂的萃取技术。

1 特点

SFE提取速度快，效率高、选择性强、避免大量溶剂的使用，且易于净化。

2 应用

通常采用二氧化碳作为SFE流体，萃取非极性和中等极性的物质。对于样品分子含有羟基或羧基等极性基团，需要在二氧化碳中加入适量的极性溶剂，以提高流体的极性，或采用极性的超临界流体，如：氨等。用二氧化碳为流体时，操作温度低，有利于热不稳定化合物的萃取，同时，流体中不含氧，避免了组分的氧化。

3 发展方向

对于糖类、氨基酸、卵磷脂等极性物质以及蛋白质、核酸、多萜等天然大分子超临界流体萃取还无法进行，如何扩大到极性物质甚至离子型物质，是其发展的重要方向。

SFE可以与GC、HPLC等在线联用，避免了样品的转移损失，使分析的灵敏度得到进一步提高。

（七）微波辅助萃取（MAE）

1 原理

利用一些极性溶剂（如乙醇、甲醇、丙酮或水）的分子可以迅速吸收微波能量的样品前处理技术。微波促进组分的释放和溶解。

有机溶剂选择对微波辅助萃取至关重要，溶剂偶极矩的强度是有机溶剂与微波加热有关的主要因素。偶极矩越大，溶剂分子在微波场振动越强烈。

2 特点

（1）被加热物质里外一起加热，瞬间可达高温，热能损耗少，利用率高。

（2）微波穿透力强，加热均匀，对某些难溶样品的分解尤为有效。

（3）传统加热都需要相当长的预热和升温时间。微波加热在微波启动10-15秒便可奏效。溶解时间极大缩短。比经典加热消解快4-200倍。

（4）微波辅助萃取能够实现仪器化、自动化操作。

3 影响因素

（1）温度：温度过高可能使欲萃取物分解；

（2）萃取溶剂：非极性溶剂不能吸收微波能量，所以微波萃取不能采用100%的非极性溶剂作为萃取溶剂，可以在非极性溶剂中加入一定比例的极性溶剂。不同的溶剂比的萃取效率不同；

（3）萃取杯的记忆效应

（八）超声波辅助提取（SAE）

原理

超声提取使分子运动加快，并将超声波的能量传递给样品，使组分解离，溶解加快。

（九）分子印迹技术固相萃取

以分子印迹聚合物（MIP)为固定相的萃取技术。

MIP以待测物为模板分子，利用高分子合成手段制备的能选择性吸附待测物的功能高分子材料。

样品浓缩方法

第四

1 旋转蒸发仪

2 氮吹仪

3真空浓缩仪

4离心真空浓缩仪

样品前处理发展方向

（1）快速 （2）有效

（3）简单 （4）节约成本

（5）良好的健康保护和环境保护

（6）选择性和重现性好

（7）最大的回收率

（8）自动化

（9）易于推广

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