样品前处理技术教学课件

1、第二章 样品前处理技术Sample Pretreating Methods1 萃取技术 净化技术超临界流体萃取加速溶剂萃取微波萃取超声波萃取柱层析法固相萃取法固相微萃取本章主要内容样品前处理技术2样品前处理（Sample Pretreating）是指样品的制备和对样品中待测组分进行提取、净化、浓缩的过程。样品前处理的目的是消除基质的干扰、保护仪器、提高方法的准确度、精密度、选择性和灵敏度。食品样品的前处理，除了取样外，主要是指提取和净化步骤。概 述3复杂样品的前处理往往是现代分析方法的薄弱环节，有数据表明：完成一个实验70-80%甚至更多时间用在样品的前处理上；给实验带来的误差有60%以上出自

2、样品的前处理。样品前处理越来越成为现代分析方法发展的制约因素，也越来越引起人们的重视。样品前处理时间样品前处理误差4 食品样品制备的基本要求代表性这里所指的样品是实验室样品中具有代表性的试样，制备均匀的有代表性的实验室测试样品是样品前处理的一个重要环节，直接影响检测结果的准确性和可靠性。有效性样品制备过程中，必须小心处理，防止待测组分发生变化、污染和降解。否则会导致数据的错误和无效。5 食物样品的特点基质复杂目标化合物检测限量日趋严格如氯霉素限量为0.1ppb，ppb=10-9某些残留危害物在食品中存在的浓度极低如食品中的二恶英含量在10-12数量级各目标化合物的性质，如极性、沸点、热稳定性等

3、差异极大需要同时检测多种组分6 前处理方法的技术要求所有监控组分的回收率要达到标准方法的要求；尽量不使用价格昂贵的专用设备；试剂和吸附剂纯度高，最好不需要再纯化处理，价格适中；前处理所用的有机溶剂少或者不用；前处理不强调将试样基质全部分离，但基质的剩余部分在色谱图上的色谱峰不能影响主要成分定量，基质剩余部分尽量不污染色谱柱和检测器，即使污染也能通过简单的清洗去除。7经典前处理方法索氏提取法液液分配柱层析液液萃取提取方法净化方法捣碎法8凝胶渗透色谱（GPC）固相萃取（SPE）固相微萃取（SPME）加速溶剂提取（ASE）超临界流体萃取（SFE）微波萃取（MAE）基质固相分散萃取（MSPD）微波消解

4、现代前处理技术9本章主要介绍： 萃取技术 净化技术超临界流体萃取加速溶剂萃取微波萃取超声波萃取柱层析固相萃取固相微萃取10第一节 萃取技术萃取技术是指利用一定的方法把被测物质从试样中提取出来，待净化后供测试使用。萃取技术要求溶剂尽可能选择性溶解待测物，而不溶解或少溶解食品基质，萃取效果的关键是溶剂的选择，提取回收率的大小直接决定整个分析步骤的精度。111 超临界流体萃取（SFE, Supercritical Fluid Extraction）固态液态气态三相点临界点超临界态12临界点是气液两相区的终结, 在临界点以上，气液两相之间无相变化。临界点可以用临界温度和临界压力来表达。 当一种流体的温

5、度和压力均超过其相应的临界点值，则称该状态下的流体为超临界流体。13超临界流体SCF（Supercritical Fluid）不同于一般的气体，也有别于一般液体，它本身具有许多临界特性：密度类似液体，具有较高的溶解能力；扩散系数比液体高一个数量级，可以充分和样品混合；粘度接近气体，有利于传质；压力或温度的改变均可导致相变。（见前面的状态图） 超临界流体液体气体密度（g/cm3）0.20.90.81.0(0.62.0)10-3扩散系数（cm2/s）(0.53.3)10-4(0.52.0)10-50.011.0粘度（Pas）0.200.993.0024.00.050.3514最常用的超临界流体是C

6、O2，其具有以下优良特性：性质稳定，使用安全价格低廉临界温度低（Tc=31），临界压力适中（Pc=7.2MPa）CO2是非极性物质，对极性化合物的溶解能力很低，为了提高其溶解极性物质的能力，可在体系中加入改性剂（modifier）常用的改性剂有：甲醇、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷和二硫化碳等。15超临界流体萃取在食品分析中的应用优势：大大提高了萃取的效率应用：萃取果蔬中的农药残留萃取食物中的环境污染物（如多环芳烃）萃取奶粉中的总脂肪162 加速溶剂萃取（ASE, Accelerated Solvent Extraction）ASE 是用溶剂对固体、半固体的样品进行萃取的技术。ASE 通过选择合适的

7、有机溶剂、升高温度（50200）和压力（10.320.6 MPa）来提高萃取过程的效率。ASE的优点有有机溶剂用量少，1g样品仅需要1.5mL溶剂；提取速度快，一般仅需15min左右；回收率高。所以ASE被美国环保局（EPA）选定为推荐的标准方法，广泛用于环境、药物、食品和高聚物等样品的前处理，特别是农药残留的分析。17ASE为何具有上述优点呢？提高温度可以加速溶质分子的解析动力学过程，增加分析物的溶解度；降低溶剂的粘度，从而减小溶剂进入样品的阻力，增加溶剂进入样品基体的扩散。提高压力可以提高溶剂的沸点，使其保持液态，从而保持较高的溶解能力。保持易挥发性物质不挥发。18将样品装入萃取池 , T

8、ime (min) 溶剂充满萃取池, 0-1 萃取池加热加压, 5 样品保持一定的压力和温度 (静态萃取), 5 向萃取池中注入清洁溶剂, 0.5 用N2 吹扫萃取池, 1-2 萃取液准备分析, Total 12-14 Solvent溶剂Oven炉体Collection Vial收集瓶Extraction Cell萃取池Pump泵ASE提取流程19ASE 30012个样品连续自动萃取样品池体积为34、66和100毫升，使用萃取溶剂40-125毫升用于大体积样品萃取20ASE的应用提取食品中的农药残留，包括有机氯、有机磷杀虫剂，除草剂，多氯联苯和二恶英。从大豆、亚麻、棉籽等油料种子中萃取油，精确

9、的测定含油量。代替传统的萃取方法，例如用ASE萃取烟叶中的成分。21 3 微波萃取微波的频率介于300MHz300GHz之间，常用的微波频率为2450MHz。微波遇到金属物质会被反射，但遇到非金属物质则能穿透或被吸收。微波在食品研究领域最重要的性质是其热效应。22（1）微波萃取的原理微波能量被生物样品吸收细胞内部的温度快速上升细胞破裂，有效成分流出。微波所产生的电磁场，可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率。23（2）微波萃取的特点1. 试剂用量少，节能，污染小。 2. 加热均匀，且热效率较高。3. 微波萃取无需干燥等预处理，不受物质含水量的影响，回收率较高。4. 微波萃取的处理

10、批量较大，萃取效率高，省时。5. 微波萃取的选择性较好。由于微波可对萃取物质中的不同组分进行选择性加热，因而可使目标组分与基体直接分离开来，从而可提高萃取效率和产品纯度。24（3）微波萃取在食品检测中的应用美国环保局认证了微波萃取的方法EPA3546方法选择性萃取肉类、鸡蛋和奶制品中的有机氯农药和除草剂蘑菇、谷物中的真菌毒素猪肉中硫胺二甲嘧啶，蛋中氯霉素海洋生物中甲基汞、砷和有机锡25 4 超声波萃取超声波是指频率为20kHz50MHz之间的声波，它是一种机械波，需要能量载体介质来进行传播。26（1）超声波提取原理机械效应产生一种辐射压强，对物料有很强的破坏作用 。使溶液中的物料颗粒分散。空化

11、效应溶剂内的气泡发生共振然后突然闭合，在其周围产生几千个大气压的压力，造成基质腔体的破裂，使待测成分溶出。热效应不显著。27（2）超声波提取的特点超声波提取时不需加热，避免了常规加热对有效成分的不良影响，适用于对热敏物质的提取；超声波提取提高了有效成分的提取率；溶剂用量少，节约了溶剂；超声波提取是一个物理过程，在整个浸提过程中无化学反应发生，不会改变大多数成分的分子结构。28（3）超声波提取在食品检测中的应用超声波提取在中药制剂质量检测中（药检系统）已广泛应用。中华人民共和国药典中，应用超声波处理的有232个品种，且呈日渐增多的趋势。 29第二节 净化技术净化是对萃取得到的物质进行纯化和分离的

12、过程。本节主要介绍柱层析技术、固相萃取技术和固相微萃取技术等常用的净化方法。30 1 柱层析法（柱色谱法）吸附柱层析固定相是吸附剂，由于吸附剂对不同成分的吸附能力不同而将样品分离。（例如分离叶绿素实验）离子交换柱层析固定相是离子交换树脂，根据各成分所带电荷的不同而加以分离。凝胶渗透色谱根据各成分分子量的差异而加以分离。免疫亲和柱层析根据抗原和抗体间的专一性亲和力而得到纯净的组分。31 2 固相萃取法（SPE）固相萃取SPE（Solid Phase Extraction）是一种用途广泛而且广受欢迎的样品前处理技术。它采用高效、高选择性的固定相能显著减少溶剂的用量简化样品的预处理过程同时所需费用也

13、有所减少固相萃取的实质是液相色谱分离。也是利用物质在流动相和固相相之间分配系数的差异而加以分离的。32固相萃取装置固相萃取柱为避免交叉污染，一般固相萃取柱不能重复使用。33固相萃取柱结构示意图34固相萃取操作步骤活化吸附剂：在萃取样品之前需要用适当的溶剂淋洗固相萃取柱，使吸附剂保持湿润，可以吸附目标化合物。加样品：将试样溶液以适当的速度加于萃取柱内，使被测物充分吸附于柱上。淋洗除杂：用溶解能力较弱的溶剂洗去部分杂质。洗脱待测物：用溶解能力较强的溶剂洗脱被测物。35固相萃取柱的分类正相SPE柱固定相是极性材料，用来保留极性物质。反相SPE柱固定相是非极性的，用来保留非极性物质。离子交换SPE柱阴

14、离子交换柱，保留带负电荷的物质。阳离子交换柱，保留带正电荷的物质。36 3 固相微萃取技术（SPME）固相微萃取（Solid Phase Micro-Extraction， SPME）是在固相萃取技术基础上发展起来的一种新的萃取分离技术。它能直接从液体或气体样品中采集挥发和非挥发性的化合物，可以直接在GC，GC/MS和HPLC上分析。 37固相微萃取装置结构SPME由手柄（Holder）和萃取头（Fiber）两部分构成，状似一支色谱注射器，萃取头是一根涂有色谱固定相或吸附剂的熔融石英纤维，接不锈钢丝，外套细的不锈钢针管（保护石英纤维不被折断及进样），纤维头可在针管内伸缩，手柄用于安装萃取头，可重复使用。不锈钢针管38固相微萃取装置39固相微萃取原理固相微萃取采用涂覆不同化合物的微型熔融石英纤维吸附水溶液中或者气体中微量有机化合物，再结合色谱技术将被吸附物质进行鉴定。选择性吸附。SPME法不是将待测物全部分离出来，而是通过样品与固相涂层之间的平衡来达到分离的目的。吸附于萃取头上的分析物的量n与样品中分析物的含量C成线性关系。此方法不需要使用溶剂。40固相微萃取过程1 吸附2 解析GC进样口萃取头萃取头41