（物理化学专业论文）安瓶法生物样品前处理的研究.pdf

南开大学硕士研究生学位论文 ab s t r act s tudy of am poule m ethod to pre- treat the bi ologi cal s am ples a b s t r a c t 口 . ， a n e w m e t h o d amp o u l e me t h o d e x p e r i m e n t a n d a to i s p r e 一 t r e a t t h e b i o l o g i c a l s a m p l e s 一 p r e s e n t e d i n t h i s p a p e r . a s a f e t y b l a n k e x p e r i m e n tw e r e c a r ri e d o u t t o t e s t t h e a p p l y i n g t h r o u g h c o n d i t i o n o f t h i s m e t h o d . t h e s a f e t y e x p e r i m e n t ， i t i s p r o v e d t h a t 、乍 amp o u l e me t h o d c a n b e a p p l i e d i n h i g h t e mp e r a t u r e a n d h i g h - p r e s s u r e c i r c u ms t a n c e , w h i c h s u p p l i e d a s u i t a b l e c o n d i t i o n f o r b i o l o g i c a l s a m p l e s t o l i x i l i a t e q u i c k l y . t h i s c a n d e c r e a s e b i o l o g i c s a mp l e s b a s a l b o d y d a ma g e a n d a c c i d e n t a l p o l l u t i o n t o s a mp l e s . t h e b l a n k e x p e r i m e n t i n d i c a t e d t h a t t h e b i o l o g i c s a mp l e s c o u l d b e e a s i l y a n d q u i c k l y h e 叭e d a n d n o l o s t c a u s e d b y v o l a t i l i z a t i o n , u s i n g a m p o u l e m e t h o d . c o m p a r i n g t o t h e u s u a l me t h o d , t h i s me t h o d c a n d e c r e a s e t h e d a ma g e t o t h e o p e r a t o r s a n d t h e p o l l u t i o n t o t h e e n v i r o n me n t . t o t e s t t h i s me t h o d f u r t h e r , a n a c t i v a t i o n a n d d e a c t i v a t i o n e x p e r i m e n t o f f l o r i s i l s i l i c a w a s d o n e b y a m p o u l e me t h o d . a n d a g o o d r e s u l t w a s o b t a i n e d . f l o r i s i l s i l i c a a c t i v a t e d a n d d e a c t i v a t e d q u i c k l y , a n d b o t h a c t i v a t i o n a n d d e a c t i v a t i o n c o u l d b e c o mp l e t e d i n o n e t i me , a v o i d i n g t h e u s u a l f u s s y o p e r a t i o n s b e s i d e s t h a t , a p r e 一 t r e a t m e n t e x p e r i m e n t w a s p e r f o r m e d , u s i n g h u ma n s h a i r , p e a n u t , c o t t o n , mi l l e t a n d c o r n a s b i o l o g i c 1 1 南开大学硕士研究生学位论文abs tract s a mp l e s . t h e i n o r g a n i c e l e me n t s i n t h e s e s a mp l e s we r e d e t e c t e d e f f i c i e n t l y . t h e a l s o g o o d r e s u l t w a s o b t a i n e d i n t h e o t h e r t w o e x p e r i me n t s o f e x t r a c t i n g a n d d e t e c t i n g t h e a mo u n t o f o i l i n p e a n u t a n d e x t r a c t i n g a n d d e t e c t i n g t h e a mo u n t o f o r g a n o c h l o r i n e i n r e ma i n d e r o f f a r mi n g p e s t i c i d e . k e y w o r d s :a m p o u l e m e t h o d , b i o l o g i c a l s a m p l e , p r i o r t r e a t m e n t ， o i l c o n t e n t , p e s t i c i d e r e s i d u e .;气1 i i i 南开大学硕士研究生学位论文 第一章 第一章 前 言 随着科学技术的发展，和人民生活水平的提高 物的结构和其内部各种物质含量的要求越来越高 技术，不仅为研究生命科学提供重要物质信息， 孟人 们 了解各 种 生 生物 样 品 的前 处理 成为二十一世纪前沿 科学的助手，而且为环境保护、农业生产、医药研究和人们食品的绿 化提供重要监测数据 ，成 为了解 二十一世纪人们共 同关心 的问题 的重 要手段。为了检测生物样品中的各种有机和无机物质，生物样品的前 处理成为首先需要解决的问题。人们为了这个 目标 已经做出了不懈的 努力 。 1 . 1无机待侧组分的样品前处理 近年来，生物样品的前处理技术发展很快，对于无机待测组分在 常压下的干、湿法消化进行了大量改进 。使用增塌法、火焰法、高温 炉分解有机样品是最古老而且是最简单的方法，此法的优点是快速而 不需要昂贵的设备，但需要操作者细心看护以免样品着火燃烧或氧化 太迅速，需要一定技巧.g o r s u c h证实于 5 5 0 干灰化可可豆样品可以 满意地回收s b , c r , c o , f e , m o , s r 和z n ，但a s , c d , c u . h g , p b 和 a g的回收率较低，降低灰化温度到 4 5 0 时，p b的回收率则没有问 题，但耗时过长。s a n d e l l建议用几滴 2 0 %硝酸镁湿润难灰化样品的残 渣，以便测定食品中所含的 c u . b a n d e me r 和 s c h a i b l e建议用滤纸衬入 增祸或灰化器皿，以便千灰化过程更容易控制. 等离子低温灰化法是由微波或射频激发源产生的活性原子态氧分 解有机物，1 9 6 2年 g l e i t 等人首次用高频将低压的氧激发，使含原子态 氧的等离子气体接触有机样品，在低温下缓慢氧化除去有机物 ，他们 在测定生物样品、滤纸、离子交换树脂中所含的极微量金属元素时成 功地防止了这些元素的挥发损失和来 自试剂的污染.从此该方法引起 南 开 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文_- 一一一一递二墓 人们的注意并应用于食品、植物样品、生物样品、高分子材料、药物 中无机成分测定的样品前处理。由于样品总体并没有被加热，不存在 使无机结构发生变化的条件，无机物没有发生热化学反应，仅仅以灰 分残留下来，金属有机物或金属单体在原子态氧的作用下生成低价氧 化物，但金属氧化物或其它稳定的无机化合物几乎没有受到影响。在 用 x 射线分析有机样品中的无机物结晶时，因为低温燃烧不破坏无机 物，保持了灰化前的结晶状态，因而，等离子低温灰化法是较为理想 的样品前处理方法。但是，该方法不仅需要较复杂的设备而且非常费 时，费用也很高。 湿法中最常用的是酸法和混合酸法， 只用一种酸一般不能收到良好 效果。硫酸在通常的实验温度下的氧化能力并不很强，分解生物样品 所需时间较长，通过加入硫酸钾可以提高酸的沸点并加快分解速度， 但使试液中离子浓度增高，对后续检测不利。硝酸的氧化能力很强， 但在样品完全分解前常有分解逸失，蒸干时，炭化的样品有可能在硝 酸蒸汽中着火燃烧，使易挥发组分损失。混酸一般常用硫酸和硝酸的 混酸，对于分解时产生泡沫的样品可加入几滴辛醇以消除泡沫。如果 样品中有抓，则在蒸干硫酸时 s . b . h g . s b , s n . s e , g e的抓化物 可能会逸失。样品中有磷也可能会损.失。s m i t h 和 s c h i l t 推荐用高氯酸- 硝酸. 硫酸的混酸，g o r s u c h用同位素示踪法研究了多种痕量元素的回 收率后认为，用硝酸. 高抓酸的混酸可以收到满意效果。在使用含有高 氛酸的混酸分解生物样品时，钒或铬的存在可以起到催化作用，铬因 为在有机物氧化分解完全后被高氛酸继续氧化为重铬酸盐，可以使试 样溶液呈橙红色而起指示剂的作用。使用高抓酸时必须小心操作，以 免发生爆炸。 氧化剂法和还原剂法对于测定一些特定元素有 良好效果。过硫酸 盐可用于分解有机化合物测碳，o s b u r n和 we r k m a n用过硫酸钾作氧化 剂，石 肖 酸银作催化剂测定发酵液中的碳，c a l v i n 建议采用此法用于放射 性碳的研究，w i l l a r d和 t h o m p s o n用过硫酸盐加发烟硫酸处理样品测 南 开 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文_- - 一一一一一一进匕if 定 c l , b r和金属元素。在硫酸与磷酸的混合物中加碘酸或铬酸氧化分 解有机物的 v a n s l y k e 法广泛用于测定生物样品中的碳。k j e l d a h l 提出 的将有机物分解，用于测定氮的方法中国际谷物化学协会 ( i c c )及美 国分析化学家协会( a o a c ) 均采用硫酸钾、氧化汞和硫酸将氮还原为馁 离子，俄罗斯的国家标准则采用硫酸钾、硫酸铜和硒作混合催化剂， 我国则采用硫酸钾和硫酸铜作混合催化剂 。过氧化物弹是在密 闭容器 内利用熔融过氧化钠的强氧化性分解有机样品以测定硫、卤素、磷、 硼和一些金属元素的方法。碱金属熔融法是利用碱金属的还原性在密 闭真空反应管中分解有机物以测定卤素、硫和磷的方法. 由于干法都是通过高温燃烧去除有机基体，因此易挥发元素，如: h g , s e , a s , s b , s o , t e , a g , c d等，回收率较低，同时也可能带 入严重污染 a - 4 ;而湿法劳动强度大，易引起污染，形成高空白，同时 痕量元素的损失也难以避免。 随着 1 9 6 8年 b e m a s b . 等人提出增压溶样技术 5 - 8 1 以来，以其溶样 时间短，易挥发组分不损失，试剂用量少，偶然污染少，空白低，对 环境的污染低等特点受到广泛关注。一般采用的是聚四氟乙烯 ( p t f e ) 密封罐外加不锈钢或铝合金套， 用烘箱加热进行酸消化， 通常温度为 1 1 0 c - 1 5 0 c。由于生物消化时产生大量气体，加上消化试剂在实验温度下 产生的气体，在消化雄内形成十几个到几十个大气压，为了安全，消 化罐一般设计有 自动卸压阀。通常以硝酸一 过氧化氢、硝酸一 高抓酸、硝 酸一 盐酸为溶样体系.过氧化氢使样品在低于 1 6 0 条件下发生热均裂， 同时诱发 自由基连锁反应，释放出高氧化性的活性氧。硝酸分解出的 二氧化氮又具有很强的电子传递能力 ，很好的起到了氧化一 催化作用 。 密闭和高于常压下溶液沸点的温度条件增加了体系动能和有效碰撞几 率，提高体系的氧化性和酸性，从而加快了样品的分解。 1 9 7 4年 h e s e k把微波技术用于样品前处理1 , 1 9 7 5 年 a b u - s a m a r a 提出用微波加热技术进行湿法消化生物样品 0 , 1 9 8 3年 ma t t h e s提出 在密闭容器中进行增压微波溶样的技术 , 1 9 8 6年 k i n g s t o n和 j a s s i e 南开大学硕士研究生学位论文 第一章 采用计算机系统对高温高压下密闭容器微波溶样的一些基本参数进行 了定量研究1 2 f121 ，提出微波溶样的基本关系式， k亡t m t (1 . 1 . 1 ) 式中，p为样品所吸收的表观功率 ( w) , c为热容( j / g c ) , a t为样品最终温度 与初始温度差( ) ，m为样品质量( g ) , t 为时间( s ) , k为常数 这一公式对于微波溶样的方案设计是有意义的。 1 9 9 2年 mo h d a . a . 等人 1 3 利用分级阶乘设计法，以混酸为反应试剂，将样品质量与混酸 用量比、混酸体系中各种酸量比、微波功率、溶样时间作为影响因素 进行研究，并通过计算机运算求出最佳溶样条件。随着商品化实验室 溶样专用微波炉上市，大量微波溶样的应用报道出现在国内外各类刊 物， 1 9 9 1 年f e i n b e r g 以数据库的形式收录7 0 0 余篇 1 , 1 9 9 2 年f r e s e n i u s j 又详尽地介绍了大量微波溶样文献 1 3 1 , 1 9 9 7年陈莉月累计文献超过 1 0 0 0篇 1 6 1 。期间，1 9 9 3年美国 c e m 公司生产了具有较高自动化程度 的连续微波溶样仪 s p e c t r o p r e p ，随后又出现了聚焦微波溶样系统 1 7 和 微波马弗炉， 微波马弗炉利用具有很高t g g 的材料 ( 如s i c ) 包围样品， 可以在很短的时间内将温度升高，从而样品熔融或灰化，其中: (1 . 1 . 2 ) 式中s 为物质的介质损耗角，君为物质介电常数，君 为物质的介电损失因子n n 从宏观上说，微波溶样是指利用频率在 3 0 0到 3 0 0 0 0 0 mh z之间的 电磁波( 利用 2 4 5 0 m h z的较多) ，按照式 ( 1 . 1 . 2 )方式让被溶样品吸收 微波能，从而加热样品.从微观上看，当对某一样品施加微波时，在 电磁场的作用下，样品内微观粒子可产生四种类型的介电极化，即电 子极化 ( 原子核周围电子的重新排布) 、原子极化 ( 分子内原子的重新 排布 ) 、取 向极化 ( 分子永久偶极的重新取 向)和空间电荷极化 ( 自由 电荷的重新排布) 。在这四种极化中，与微波电磁场的变化率相比，前 两种极化要快得多 ，所 以不会产生介 电加热 ，而后两种极化 则与之相 南开大学硕士研究生学位论文 第一章 当，故可产生介电加热，即可通过微观粒子的这种极化过程，将微波 能转变为样品的热能。这种微波加热与微波频率以及样品的组成、温 度、形状等有关。每一种物质都对应一个特征频率，在此频率下，该 物质吸收微波能量最有效。样品的组成和溶液的成分影响取向极化和 空间电荷极化，从而改变 t g 8 .随着样品温度的上升，水的 t g s 降低， 但大多数有机液体和固体样品的 t g s 却增加，许多固体在室温下吸收 的微波能很小，而随温度上升，吸收的微波能迅速增加。传统的加热 方法是利用热源与样品间的中间介质将热传导给样品。相反，微波加 热不需要这种中间介质，而将能量直接引入样品的内部，因此样品形 状对样品内部温度的分布有更大的影响，再加上微波在样品与周围物 体界面处的弯曲和在样品中的反射，使样品内部温度的分布很复杂j i g 1 从无机待测组分的样品前处理的发展看，湿法增压溶样不论是用 水浴、气浴还是微波加热，都取得较好效果 2 0 1 ，这主要应归功于密闭 体系和由此带来的高温高压环境，其共同特点是溶样时间短，易挥发 组分不损失，试剂用量少，偶然污染少，空白低，对环境的污染少。 水浴和气浴加热的增压溶样优点是控温容易，对密闭容器的材料和所 用试剂无特殊要求，设备简单，缺点是升温较微波加热慢:微波加热 的增压溶样优点是升温快，溶样快，缺点是.由于容器材质不同 t g s 不同，而且试剂和样品甚至溶样过程的不同产物都影响 t g s，从而使 容器内的温度不易控制，密闭容器中的压力变化也不易掌握。为实现 实验所需设备较昂贵。 1 . 2有机待侧组分的样品前处理 有机待测组分的样前处理大致可分为提取、净化二步骤。 1 . 2 . 1有机待侧组分的提取 从生物样品中提取有机待测组分首先是保证提取剂不与被测物发 生反应，其次还要考虑被测物的极性，在不同溶剂中被测物的溶解性， 欲提取样品的类型 ( 含水多、含油多、千材料等) ，溶剂的毒性、挥发 性，溶剂的价格及提纯成本等。传统方法有液一 液萃取、索氏提取、匀 南开大学硕士研究生学位论文 第一章 质萃取、层析、吸附等，其中索氏提取、匀质萃取使用的比较多。但 是，传统方法中使用有机试剂多，处理时间长，操作步骤多。 近年来发展的有机待测组分的提取技术中以超临界流体萃取、微 波萃取、固相萃取、固相微萃取等技术发展较快。 在 1 0 0多年前，h a n y和 h o g a r t h就发现了超临界乙醇和四氯化碳 能溶解金属卤化物且在压力降低时又重新析出的现象1 2 1 1 ，但是，超临 界流体萃取 ( s u p e r c r i t i c a l f l u i d e x t r a c t i o n ， 简称 s f e )却是在近 3 0年 来才迅速发展起来的新型化工分离技术，该技术特别适用于分离提取 难挥发和热敏性物质，在食品、医药、化工、能源及环保等领域中得 到了广泛的应用，作为分析样品前处理方法则是 7 0年代末以后的事1 2 2 2 9 1 。当物质处于其临界温度 ( t c )和临界压力( p c ) 以上的状态时，成为 既非气体也非液体的流体，称为超临界流体( s u p e r c r i t i c a l f l u i d ， 简称 s c f ) 。超临界流体具有独特的物理化学性质，不仅具有和液体一样的 凝聚力和溶解力，同时它的扩散系数又接近气体，是通常液体的近百 倍，粘度小，扩散系数大，易达到相平衡，萃取速度快，对生物样品 的前处理取得良好效果1 3 0 , 3 1 1 . s c f具有选择性溶解物质的能力，而且 这种能力受温度和压力的影响，与密度直接相关。在超临界状态下， 温度和压力的微小变化都会导致 s c f密度的大幅度变化，而溶解度与 密度的关系常呈指数关系，k u m a r 和 j o h n s t o n提出 s c f与固体的相平 衡关系式13 2 1 . in y 2 = c o 一 奇， 。 ( 1 . 2 . 1 . 1 ) 式中:y 2 是在 s c f相中溶质的平街摩尔分数，c o 为常数，k为溶质在 s c f相 中的偏摩尔体积，t为操作温度，k : 为流体相的等温压缩系数，r为气体常数， p ， 为对比密度 目前，在s f e中常用的溶剂有c 0 2 、 c 2 h , , c 2 h a , c a , c h , o h , c h 3 0 0 0 h 3 ,吼丛c h 3 , h 2 o 等(3 3 1 ，其中c 0 2 , c 2 从、c , h 。 的临界温度 接近室温 ( 3 0 4 .2 k , 2 8 2 . 4 k , 3 0 5 .4 k ) , c 0 2 以其化学稳定性好，不易 南开大学硕士研究生学位论文 第一章 燃烧;无毒、无嗅、无色、不污染环境;对许多天然物成分具有很强 的溶解能力:制取费用低，易取得高纯气体，等优点成为 s f e 中应用 最多的超临界流体。c o , 对非极性物质和中等极性物质， 如烷烃、 菇类、 醇、醛、脂等在较低的温度下有较强萃取能力，对.热敏感性强，对复 杂样品中的微量组分能有效的萃取 3 4 1 ，同时通过加入改性剂 ( 如甲醇 或甲苯)可以破坏欲萃取的强极性物质与基体之间较强的相互作用， 改善和控制c q的萃取能力 3 5 - 3 8 1 ，从而实现样品的较大范围的分级萃 取 。 但是，由于缺乏超临界流体体系相平衡和 s f e过程中传递性质的 基础数据，不能建立满意的相关的预测模型，给建立分析方法带来了 一定困难，使每个方法的确定都要求做许多条件实验，不仅要选择萃 取模式、改进剂的引入方式及萃取物的收集方法，而且要选择萃取时 压力、温度、流速、萃取时间、密度甚至对类似样品的同一种被萃取 物的萃取条件有较大差异。对某一条件的变化，可能引起其他因素的 改变，例如:提高流速可以减少萃取时间，但可能对收集产生不利影 响;降低温度可以提高流体密度，但对萃取物的扩散及基体效应的消 除有不利影响。 微波萃取主要用于固体样品的萃取，可分为常压法，密闭高压法， 连续流动法。d o n a r d等 3 9 1 在常压下用醋酸萃取沉淀物中各种金属锡有 机化合物，与通常的萃取法比，萃取时间短，萃取率高。高压微波萃 取 4 0 - 4 3 1 已用于动植物，食品，种子和饲料中的添加剂，农药残留，油 和活性物等，也用于萃取土壤，沉积物等环境样品中的多环芳烃等有 机污染物4 3 . 4 5 。与传统的索氏萃取比较，微波萃取的主要特点是快速， 低能耗，溶剂用量少，而且有利于极性和热不稳定的化合物避免长时 间处于高温引起的热分解， 且适用于同时处理多个样品。 g r e e n w a y 等1 4 6 1 用流动注射微波萃取法研究了牛奶，谷物中维生素的提取。 1 . 2 . 2有机待侧组分的净化 在有机待测组分的提取过程中如:液一 液萃取、层析、吸附、超临 南开大学硕士研究生学位论文第一章 界流体萃取、微波萃取、固相萃取、固相微萃取等，有机待测组分 已 经得到净化，为了进一步净化有机待测组分，最常用的的方法是液一液 萃取和柱层析1 4 7 1 。正确选择萃取剂，可以把有机待测组分与大多数共 萃取物分开，作为经典方法常常被使用。柱层析在有机待测组分的净 化中应用的更加广泛，常用的柱填料有活性炭、硅藻土和镁土的混和 物、氟罗里硅土、凝胶、氧化铝、wo e l m 硅胶、中性和碱性 wo e l m 矾 土、ma l l i n c r o d t 硅胶、me r c k硅藻土。 层析柱的柱内径和吸附剂柱层长度之比最好选在 1 : 5和 1 : 1 5之间， 用内径 8 m m或 1 2 m m的层析柱代替 l o m m的层析柱时，硅胶的洗脱曲 线形状并无多大变化1 4 9 1 。不同吸附剂的性能相差很大，用同一种吸附 剂而活化条件不同，吸附能力也有较大不同1 4 9 1 氧化铝( 中性) 和氟罗里 硅土首先于 8 0 0 和 “0 灼烧 4小时，使用前于 1 3 0 活化 1小时的 吸附能力最强。用 3 -5 %的水适当灭活，有利于提高氟罗里硅土净化 柱的性能，灭活通常要在活化后马上加水，充分振荡 2小时，静止过 夜。但活化及灭活的氟罗里硅土只能在短时间内使用，时间稍长其性 能将不稳定。 1 . 3选愚的意义 随着现代科学技术的发展，特别是微机与分析仪器结合成为 自动 控制和数据采集处理系统以来，分析仪器自动化、智能化程度和灵敏 度、精度的不断提高，分析测试所需时间大为缩短，检测所需进样量 趋于微量，从常规的几十毫升或几克缩减为零点几毫升、几微升或零 点几克、几毫克.相对测试现状，分析样品前处理所需时间长，手续 繁琐，常常成为整个分析过程中时耗，能耗，物耗最大的环节。为了 减小这个矛盾，在总结前人工作经验的基础上，我们提出了一种在密 闭安瓶中，快速加热样品，在一定压力下，快速浸出生物样品中待测 组分 的样 品前处理 的新方法 。该方法对常量和微 量 的待测 组分 同样适 用，对有机或无机待测组分同样适用。 南开大学硕士研究生学位论文第二章 第二章 安瓶法的相关理论与实验 2 . 1萃取机理 对于失去生物活性的生物膜， 依j . s . s i n g e r 和g . l . n i c o l s o n 于1 9 7 2 年提出的流动镶嵌模型) 5 0 ) ，以被动的简单扩散为主要方式，溶质 自发 地从高浓度区到低浓度区扩散，直到平衡。传送速度与膜两侧浓度差 成正比，与膜的厚度成反比，同时还与温度，溶剂粘度，溶质与溶剂 及膜中成分相互作用等因素有关。提高温度，减小溶剂粘度，减弱溶 质与溶剂及膜中成分相互作用将有利于提高传送速度，尽快达到平衡. 常温常压下的盐酸浸提无机元素法和索氏抽提油料类粗脂肪及农药残 留的事实，证明了浸出的热力学的可能性，同时反映出动力学条件的 不足一一浸出需要时间长。安瓶法提供了一个较高温度和较高压力的良 好动力学条件。安瓶法的实质就是通过高温高压使溶液处在界于常温 常压与临界状态之间，使溶液的凝聚力和溶解力增加，及扩散系数增 大，粘度减小，易于达到相平衡，萃取速度快。 2 . 2安瓶的安全性 安瓶在加热条件下的安全性，即:耐压能力和耐温度变化能力。 由于玻璃的抗压强度比抗张强度大十倍左右，因此在以下讨论中只考 虑 玻 璃的 抗张 强 度 。已 知 安 瓶 用 料的 抗 张 强 度 为5 0 0 棺/ c m 2 左 右， 考 虑 溶液对玻璃的影响，参照安瓶的国家标准” ，由公式) 5 1 ) . ( 2 . 2 . 1 ) 其中:d为瓶直径 ( c m) , t 为瓶壁厚 ( c m) , p为瓶中压力( k g l c m 2 ) , s 为瓶表面应力( k g l c m ) 。可计算得出不同规格安瓶抗内压最低值，再由 克劳修斯一一克拉伯龙方程，公式: 南开大学硕士研究生学位论文 第二章 d p a h d t n r t 2 ( 2 . 2 . 2 ) 其中:o h为溶剂汽化热，r为普氏 气体常数， n 为与 只对应的摩尔数， t为 爆炸时温度 ( k ) , d p为爆炸时压力差，d t为爆炸时温度差 计算出安瓶盛水密闭时允许加热最高温度列于表 2 . 2 . 1 0 表 2 . 2 . 1 理论计算安瓶盛水密闭时允许加热最高温度表 安瓶规格( m l ) 1 2 5 1 0 2 0 最高温度 ( ) 2 1 2 2 0 8 一2 0 1 1 9 91 9 6 通过实验，给出几种常见溶剂的安全加热温度于列表 2 . 2 . 2 表 2 . 2 .2 常见溶剂于 2 0 m l安瓶中密闭时允许加热安全温度表 溶剂 水0 . 1 m o l / l h c i2 m o l / l h c i8 。 % 乙 醉 温度( ) 1 9 01 8 01 8 01 5 0 溶剂乙醉乙醚丙酮正己烷乙腑 温度( ) 1 3 0 1 0 01 5 0 1 5 01 7 0 在日常实验中，使用温度以低于表 2 . 2 . 2中所列温度 2 0 为宜。 由加热状态急冷到安瓶所能承受最大应力时的最低温度由下列公 式 计 算 5 2 1, s = 3 . 5 a t 沂( 2 . 2 . 3 ) 其中 t为温度变化量，s , t同 ( 2 . 2 . 1 ) 以盛 1 8 0 水和 1 4 0 正己烷为例，给出急冷时允许最低环境温度 于表 2 . 2 . 3 . 实验结果与理论计算基本吻合。日常实验中，可先在空气中冷却， 或在比理论温度高 1 0 的温水中冷却，然后再用自来水冷却或在空气 中冷却。但用水冷却时，切不可直接冷却安瓶封口处，因为此处壁厚， 温度变化相同时应力较大，易引起安瓶炸裂. 南开大学硕士研究生学位论文 第二章 表 2 . 2 . 3 急冷时允许最低环境温度表 安瓶规格( m l ) 条件 1( ) 条件 2( ) 5 1 0 2 4 一1 6 4 4 41 2 2 2 注:条件 1 :盛水密闭恒温 1 8 0 的安瓶，置于水中的温度 各样 2 2浦f己烷密闭恒温 1 4 0 的安瓶，置于油中的温度 玻璃的抗冲击能力较差，在实验中，特别是安瓶温度较高时，要 特别注意，不可使其与硬物撞击.另外，实验用安瓶要将表面有划痕 或结疤等有缺陷的剔除。 2 . 3安瓶对空白影响 对于有机组份，在有机溶剂中，安瓶的玻璃材质对其基本没有影 响，但在水溶液中，因为玻璃形成胶体膜，有可能吸附某些有机组份 而使测定结果偏低，在具体实验中有必要对该项做回收率测定。对于 金属离子，安瓶可能对空白值有正影响，也可能有负影响，即沥出和 吸附x 5 3 ，下面给出对几个较典型元素的实验结果。 对于安瓶的酸空白，实际上是安瓶内壁污染物带入，酸溶液带入 及安瓶内壁材质中物质的沥出之和。n . a . k e r s h n e r 等人曾用高纯盐酸封 闭在安瓶中，放置在 5 0 水浴中 1 3天，然后进行发射光谱分析，结果 表明:s b、c a , c r , c o , f e , p b , mn , h g , n i , k , s n , z n等元素 含量保持不变。 我们的研究结果表明，分别用 0 . 1 0 , 0 . 2 0 , 0 . 4 0 , 0 . 6 0 , 0 . 8 0 , 1 . o m o 1 / l h c i 在 1 6 0 1c , 1 7 0 c 条件下恒温 3 0 , 4 0 , 5 0 , 7 0 , 1 2 0 m i n ， 然 后用原子吸收测定， 以相应酸为空白的安瓶z n , f e , m n , c u , m g , c a , k的空白， 结果表明m n , c u 没有检出， 即m n 0 . o l m g / l , c u 0 . 0 1 5 m g / l ; z n在时间超过 5 0 mi n后，开始明显地随时间延长而有所增大，f e , c a 也有类似关系，但增大幅度较小。mg , k在实验范围内无明显变化， mg 0 . 0 5 m g / l , k 0 . 5 m g / l 。在酸浓度增大时，z n , f e , c a 的空白有增 1 1 第二章 南开大学硕士研究生学位论文 大趋势。在酸浓度小于 0 . 6 m o l / l ，时间少于 7 0 m i n ,温度低于 1 7 0 时 被研究元素空白值基本不变。有关 z n , f e , c a随酸度和时间的变化情 况列于表 2 . 3 . 1 - 2 . 3 . 3 表2 . 3 . 1 1 7 0 时锌空白随酸度和时间的变化情况表( m g / l ) hci ( mo l / l ) 0 . 1 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 0100110.12013015 010010011012014 0八引n.且飞 .盖目.1目.皿目.皿，孟 . 0000n 0uc.通， ，.几.孟.几.砚 . 00nno onncui ，.二目.止目.ld.11.皿 ，. 0000n甘 000n.1 .皿，.几.孟卫孟 . ocn甘nn .3 0 mi n 4 0 mi n 5 0 mi n 7 0 mi n 1 2 0 mi n 表2 . 3 . 2 1 7 0 时铁空白随酸度和时间的变化情况表( m g / l ) h c i ( m o l / l ) 0 . 1 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 .0 3 0 mi n 4 0 mi n 5 0 mi n 7 0 mi n 1 2 0mi n 0 . 01 8 0 . 01 8 0 . 01 8 0. 01 8 0. 01 8 0 . 01 8 0. 01 8 0 . 01 8 0. 01 8 0. 01 9 0 . 01 8 0. 01 8 0 . 0 1 8 0 . 01 8 0 . 0 2 0 0 . 01 8 0 . 01 8 0. 01 8 0 . 01 9 0. 021 0 . 01 8 0 . 01 8 0. 01 9 0 . 0 2 0 0. 0 2 2 0 . 01 8 0 . 01 8 0 . 01 9 0 . 0 21 0. 02 3 表 2 . 3 . 3 1 7 0 时钙空白随酸度和时间的变化情况表( m g / l ) hc i ( mo l / l ) 0 . 1 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 3 0 mi n 4 0 mi n 5 0 mi n 7 0 mi n 1 2 0 mi n 0 . 01 1 0 . 01 1 0. 01 1 0 . 01 1 0. 01 2 0 . 01 1 0 . 01 1 0 . 0 1 1 0 . 01 1 0. 01 2 0 . 01 1 0 . 01 1 0 . 01 1 0 . 01 1 0 . 01 2 0 . 01 1 0 . 01 1 0. 01 1 0 . 01 2 0. 01 3 0. 01 1 0. 01 1 0 . 01 1 0 . 01 2 0. 01 3 0. 01 2 0. 01 2 0 . 0 1 2 0 . 01 3 0. 01 4 k i n g . w . g等人1 5 4 的实验表明，当与水长时间接触后，玻璃表面起 着离子交换剂的作用，从而使一些重金属吸附在表面上。 我们在 1 6 0 c 烘箱中恒温 3 0 m i n ， 处理 0 .2 0 , 0 . 4 0 , 0 . 6 0 , 1 . o mo l / l h c i 中 0 . 1 0 , 0 . 2 0 , 0 . 5 0 , 1 . 0 , 2 . 0 . 5 . o m g / l的 z n , m n , f e , c u , mg的 混合标液:在 0 . 2 0 , 0 . 8 0 m o l / l h c i 中处理 5 . 0 , 1 0 , 2 0 , 5 0 , 1 0 0 , 2 0 0 , 5 0 0 , 1 0 0 0 m g / l的 mg , c a , k混合标液，同时用原子吸收测定经安瓶 处理前后的同一混合标液，分别计算回收率。发现，对于 z n , mn , f e , 随着酸浓度增加吸附作用明显减弱，而沥出量明显增加;z n l m g / l , 南开大学硕士研究生学位论文 第二章 m n 0 . 2 m g / l , f e 0 . 2 m g / l 时有沥出，否则无沥出。 对于c u , m g , c a , k则沥出与酸度无相关性;c u 0 . 2 m g / l时有沥出.m g 2 : 1 h n 0 3 : h c 卜h c 1 0 4 h n 0 3 h c i 但是，消化能力强时，生物试样在消化过程中产生大量气体，使密闭 安瓶中内压增大，容易引起安瓶爆炸或在开瓶时引起炸裂及进溅。本 法以浸出为目的，因此一般情况下只使用盐酸为浸出液.但当待测组 份不容易浸出时，可以加入适当量的硝酸，此时硝酸只能起助浸出作 用，不能以硝酸氧化试样，从理论上讲只是以硝酸氧化细胞质膜上的 微孔，使之扩大，或破坏某些组份与有机组织间的键合，从而使待测 组份易于浸出。加入硝酸时，可根据试样量进行调整，但浓度以不超 过 o . l m o l / l为宜.盐酸的使用浓度也以小于 1 m o l / l为佳。 3 . 3酸度温度及时间影响 当于 1 6 0 c 恒温处理 1 : 5 0的植物样品与 0 . 2 - 0 . 8 m o l / l h c i 时，z n , mn , mg , c a , k的测定结果与对照样品结果无显著差异 ( 见表 3 . 5 . 2 . 1 ) , 曰. . . . . 第三章 南开大学硕士研究生学位论文 而对于 f e 则表现为:随酸度增加而浸出率提高 ( 见图 3 . 3 . 1 ) . 当用 0 . 5 m o l / l h c i 处理 3 0 mi n 植物试样时，z n , mn , c a , k在 1 5 0 以上 表 3 . 3 . 1 酸度和温度对f e 浸出率( %) 的影响表 ( 处理 2 0 m i n ) h ci ( mo l / l )1 2 01 c 1 4 0 1 5 卫 c 68. 0 0 nnc仲onunu 0u000n ，且0声、，只0 ，rl少.roor9 00000cn n0000n0 . 072，r1曰月矛 441、ju6工了7 nnonn 八un000 . 月峙joo月j一1 月崎、j66 2 0 c 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0 1 0 . 0 0 1 1 . 0 0 1 1 . 0 0 1 2. 0 0 1 3 0 1 c 3 2. 0 0 3 6. 0 0 0八11u六ullon 00n0000 . 020r40u0 丹j门j月崎月呀之jl，6 气0000c工u 0.且2月峙6ruo . 0000八uol 1 . 5 0 1 2 . 0 0 6 4 . 0 0 7 1 . 0 0 8 4 . 0 0 9 2 . 0 0 2 . 0 0 1 3 . 0 0 6 5 . 0 0 7 6 . 0 0 8 9 . 0 0 9 6 . 0 0 1 0 0 尹声 尹 8 0/产 产户 了声 声 尹 洲 0 / 尹尹j 沪呻 州 护 z沪 / / 室沮 e c 少 丁 )i 1 2 0 1c 1 3 0 0 1 4 0 c 夕产了j. 1，产沛了 浸出率怒 巧o c 0 00 5. 1 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 0 1 . 0 0 1 . 5 0 2 . 0 0 h c l 浓度 ( m ) 图 3 . 3 . 1 酸度和温度对 f e 浸出率的影响图 ( 处理 2 0 m i n ) 处理时与对照样结果无显著差异，在 1 4 0 c z n . k处理结果与对照样结 果无显著差异。 以酸度和温度对浸出率影响最大的 f e为例分别在不同酸度，不同 1 7 南开大学硕士研究生学位论文 第三章 温度下处理试样 2 0 mi n ，将所得数据列于表 3 . 3 . 1 ，并绘于图 3 . 3 . 1 . 处理时间对浸出率的影响，总的讲是随时间增加而提高，最后趋 于恒定。0 . 5 m o l / l h c i 介质中，1 6 0 c 处理，时间从 3 0 - 1 2 0 m i n ，对 mg . c a . k 无显著影响、对于 mn恒温超过 4 0 mi n即可定量浸 出;对于 f e 要 5 0 mi n以上可定量浸出;对于 z n以 4 0 - 7 0 mi n为宜，超过 7 0 mi n后空 白值升 高 。 3 . 4荃体对侧定的影响 取植物试样及毛发试样的安瓶法处理液，分别加入相对其体积 0 . 2 %的 z n , f e . m n的混合标液试样浓度增加 l m g / l , 2 m g / l及同体积水 同时测定这三个试液，并同时做直接测定和d z 灯扣除背景的测定，计 算加入标液的回收率，各元素都在 9 5 - 1 0 5 %间，并且与是否进行背景扣 除无关。取植物试样的安瓶法处理液 1 m l ，加入 3 m l 2 . 5 %的 l a 溶液， 再加入 1 m g / l的mg , c a , k的混合标液或直接定容至5 0 m l 容量瓶中， 测定其回收率，在实验误差范围内达到 1 0 0 %，只用盐酸处理毛发样时， 试样液可用比色分析。其他处理液用于比色分析时，必须先进行基体 空白试验，以确定是否可以进行直接显色、比色，也可以通过条件实 验， 选择最佳处理条件。 一般情况下， 试样量与浸出液的比， 以小于 1 : 5 0 为宜，比例过大，不仅降低浸出效率，而且也会增大试样液中的非待 测组份含量从而增大对测定千扰的可能性。 3 . 5实际侧定 3 . 5 . 1毛发中锌的侧定 通过条件实验，我们选择:0 . 4 - 0 . 6 m o l / l h c i ，于 1 5 0 - 1 6 0 恒温处 理 2 5 - 3 0 m i n ，可以得到与对照样一一1 : 3 h c 1 q: h n o 聚四氟乙烯溶样 中， 密闭于1 5 0 c