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分析化学中常用的样品前处理技术
添加时间:2018-02-03 点击量:

现代科学技术的迅猛发展推动了现代分析仪器的发展。分析仪器灵敏度的提高及分析对象基体的复杂化,对样品的前处理提出了更高的要求。目前,现代分析方法中样品前处理技术的发展趋势是速度快、批量大、自动化程度高、成本低、劳动强度低、试剂消耗少、利于人员健康和环境保护、方法准确可靠,这也是评价样品前处理方法的准则。

样品前处理指样品的制备和对样品采用合适分解和溶解及对待测组分进行提取、净化、浓缩的过程,使被测组分转变成可测定的形式以进行定量、定性分析检测。若选择的前处理手段不当,常常使某些组分损失、干扰组分的影响不能完全除去或引入杂质。样品前处理的目的是消除基体干扰,提高方法的准确度、精密度、选择性和灵敏度。因此,样品前处理是分析检测过程的关键环节,只要检测仪器稳定可靠,检测结果的重复性和准确性就主要取决于样品前处理;方法的灵敏度也与样品前处理过程有着重要的关系,一种新的检测方法,其分析速度往往取决于样品前处理的复杂程度。

测定各类样品中的金屑元素,一般均需首先破坏样品中的有机物质。选用何种方法,在某种程度上取决于分析元素和被测样品的基体性质。本章主要介绍以下几种常用的前处理方法。
第一节 试样的处理技术
一、干灰化法
1.高温干灰化法
一般将灰化温度高于100'C的方法称为高温干灰化法。高温干灰化法对于破坏生化、环境和食品等样品中的有机基体是行之有效的。样品一般先经100~105℃干燥,除去水分及挥发物质。灰化温度及时间是需要选择的,一般灰化温度约450~600℃。通常将盛有样品的坩埚(一般可采用铂金坩埚、陶瓷坩埚等)放人马弗炉内进行灰化灼烧,冒烟直到所有有机物燃烧完全,只留下不挥发的无机残留物。这种残留物主要是金属氧化物以及非挥发性硫酸盐、磷酸盐和硅酸盐等。这种技术最主要的缺点是使可以转变成挥发性形式的成分会很快地部分或全部损失。灰化温度不宜过低,温度低则灰化不完全,残存的小碳粒易吸附金属元素,很难用稀酸溶解,造成结果偏低;灰化温度过高,则损失严重。干灰化法一般适用于金属氧化物,因为大多数非金属甚至某些金属常会氧化成挥发性产物,如As、Sb、Ge、Ti和Hg等易造成损失。

食品样品分析中多采用高温干灰化法,一般都控制在450—550'C进行干灰化,灰化温度若高于550~C会引起样品的损失。食品样品中铅和铬的分析,灰化温度一般都在450~550℃范围内。但对于含氯的样品,由于可能形成挥发性氯化铅,需采取措施防止铅的损失。对于鸡蛋、罐头肉、牛奶、牛肉等多种食品中铅的分析,这种高温干灰化破坏有机物的方法是可行的。

高温干灰化法的优点是能灰化大量样品,方法简单,无试剂玷污,空白低。但对于低沸点的元素常有损失,其损失程度取决于灰化温度和时间,还取决于元素在样品中的存在形式。 .

2.低温干灰化法
为了克服高温干灰化法因挥发、滞留和吸附而损失痕量金屑等问题,常采用低温干灰化法。用电激发的氧分解生物样品的低温灰化器,灰化温度低于loo~C,每小时可破坏18有机物质。这种低温干灰化法已用于原子吸收测定动物组织中的铍、镉和碲等易挥发元素。低温等离子体灰化方法可避免污染和挥发损失以及湿法灰化中的某些不安全性。将盛有试样的石英皿放入等离子体灰化器的氧化室中,用等离子体破坏样品的有机部分,而使无机成分不挥发。低温灰化的速度与等离子体的流速、时间,功率和样品体积有关。目前,氧等离子体灰化器已用于糖和面粉等样品的前处理。

二、湿式消解法
湿式消解法属于氧化分解法。用液体或液体与固体混合物作氧化剂,在一定温度下分解样品中的有机质,此过程称为湿式消解法。湿式消解法与干灰化法不同。干灰化法是靠升高温度或增强氧的氧化能力来分解样品有机质。而湿式消解法则是依靠氧化剂的氧化能力来分解样品,温度并不是主要因素。,湿式消解法常用的氧化剂有HNOa、HzSO4、HClO4、H2O2和KMnO4等。湿式消解法又分为以下几种方法。

1.稀酸消解法
对于不溶于水的无机试样,可用稀的无机酸溶液处理。几乎所有具有负标准电极电位的金属均可溶于非氧化性酸,但也有一些金属例外,如Cd、Co、Pb和Ni与盐酸的反应,反应速度过慢甚至钝化。许多金属氧化物、碳酸盐、硫化物等也可溶于稀酸介质中。为加速溶解,必要时可加热。

2.浓酸消解法
为了溶解具有正标准电极电位的金属,可以采用热的浓酸,如HNO3、H2SO4和H3PO4等。样品与酸可以在烧杯中加热沸腾,或加热回流,或共沸至干。为了增强处理效果,还可采用钢弹技术,即将样品与酸一起加入至内衬铂或聚四氟乙烯层的小钢弹中,然后密封,加热至酸的沸点以上。这种技术既可保持高温,又可维持一定压力,挥发性组分又不会损失。热浓酸溶解技术还适用于合金、某些金属氧化物、硫化物、磷酸盐以及硅酸盐等。若酸的氧化能力足够强,且加热时间足够长,有机和生物样品就完全被氧化,各种元素以简单的无机离子形式存在于酸溶液中。

3.混合酸消解法
混合酸消解法是破坏生物、食品和饮料中有机体的有效方法之一。通常使用的是氧化性酸的混合液。混合酸往往兼有多种特性,如氧化性、还原性和络合性,其溶解能力更强。

常用的混合酸是HNO3—HClO4,一般是将样品与HClO4共热至发烟,然后加入HNO3使样品完全氧化。可用于乳类食品(其中的Pb)、油(其中的Cd,Cr)、鱼(其中的Cu)和各种谷物食品(其中的Cd、Pb、Mn、Zn)等样品的灰化,对于发样的消解也有良好的结果。

HNO3—H2SO4的混合酸消解样品时,先用HNO3氧化样品至只留下少许难以氧化的物质,待冷却后,再加入H2SO4,共热至发烟,样品完全氧化。

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