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常见的食品样品前处理方法

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:样品的前处理是指食品样品在测定前消除干扰成分,浓缩待测组分,使样品能满足分析方法要求的操作过程。湿法消化法简称消化法,是常用的食品样品无机化处理方法之一。某些含有还原性组分如酒精、甘油、油脂和磷酸盐等较多的食品样品,不宜采用此法。上述几种湿消化方法各有优缺点,根据国家卫生标准方法的要求、检验项目的不同和待检食品样品的不同进行选择,并且做法略

常见的食品样品前处理方法

样品的前处理是指食品样品在测定前消除干扰成分,浓缩待测组分,使样品能满足分析方法要求的操作过程。由于食品的成分复杂,待测成分的含量差异很大,有时含量甚微,当用某种分析方法对其中某种成分的含量进行测定时,其他共存的组分常常会干扰测定。为了保证检测的顺利进行,得到可靠的分析结果,必须在分析前去除干扰成分。样品的前处理是食品理化检验中十分重要的环节,其效果的好坏直接关系着分析工作的成败。常用的样品前处理方法较多,应根据食品的种类、分析对象、待测组分的理化性质及所选用的分析方法来确定样品的前处理方法。

(一)无机化处理

无机化处理通常是指采用高温或高温下加强氧化条件,使食品样品中的有机物分解并呈气态逸出,而待测成分则被保留下来用于分析的一种样品前处理方法。这种处理方法主要用于食品中无机元素的测定。根据具体操作条件的不同,可分为湿法消化法和干法灰化法两类。

1.湿法消化法

指在适量的食品样品中,加入氧化性强酸,结合加热来破坏有机物,使待测的无机成分释放出来,并形成各种不挥发的无机化合物,以便进行分析测定。湿法消化法简称消化法,是常用的食品样品无机化处理方法之一。

(1)方法特点。本方法的优点是分解有机物的速度快,所需时间短;加热温度较干法灰化法低,可减少待测成分的挥发损失。本方法的缺点是在消化过程中,会产生大量的有害气体,操作必须在通风橱中进行;试剂用量较大,有时空白值较高;在消化初期,消化液反应剧烈易产生大量泡沫,可能溢出消化瓶,消化过程中也可能出现炭化,引起待测成分损失,所以需要操作人员细心看护。

(2)常用的氧化性强酸。常用的氧化性强酸有硝酸高氯酸硫酸等,有时还要加一些氧化剂(如高锰酸钾过氧化氢等)或催化剂(如硫酸钾硫酸铜、五氧化二钒等)来加速样品的氧化分解。

①硝酸:浓硝酸(65%~68%,14mol/L)具有较强的氧化能力,能将样品中有机物氧化生成CO2和H2O,而本身分解成O2和NO2,过量的硝酸容易通过加热除去。硝酸可以以任何比例与水相混合,恒沸点溶液的浓度为69.2%,沸点为121.8℃。由于硝酸的沸点较低,易挥发,因而氧化能力不持久。在消化液中通常会残存较多的氮氧化物,如对待测成分的测定有干扰时,可以加入一定量的纯水加热,驱赶氮氧化物。在很多情况下,单独使用硝酸不能完全分解有机物,因此常常与其他酸配合使用。几乎所有的硝酸盐都易溶于水,但硝酸与锡和锑易形成难溶的偏锡酸(H2SnO3)和偏锑酸(H2SbO3)或偏锡酸、偏锑酸的盐。

②高氯酸:高氯酸(65%~70%,11mol/L)能与水形成恒沸溶液,其沸点为203℃。冷的高氯酸没有氧化能力,热的高氯酸是一种强氧化剂,其氧化能力较硝酸和硫酸强,几乎所有的有机物都能被它分解,高氯酸在加热条件下能产生氧气和氯气

除K+的高氯酸盐外,一般的高氯酸盐都易溶于水;高氯酸的沸点适中,氧化能力较为持久,消化食品样品的速度快,过量的高氯酸也容易加热除去。

在使用高氯酸时,需要特别注意安全。在高温下高氯酸直接接触某些还原性较强的物质,如酒精、甘油、脂肪、糖类等,会有因反应剧烈发生爆炸的危险。所以,使用高氯酸消化时,应在通风橱中进行操作,便于生成的气体和酸雾及时排除。一般不单独使用高氯酸处理食品样品,而是用硝酸和高氯酸的混合酸分解有机物质。在消化过程中,注意随时补加硝酸,直到样品消化液无炭化现象,颜色变浅为止。

③硫酸:稀硫酸没有氧化性,而热的浓硫酸具有较强的氧化性,对有机物有强烈的脱水作用,并使其炭化,进一步氧化生成二氧化碳。硫酸受热分解,反应式为

浓硫酸(98%,18mol/L)可使食品中的蛋白质氧化脱氨,但不能进一步氧化成氮氧化物。硫酸的沸点高(338℃),不易挥发损失,在与其他酸混合使用,加热蒸发至出现三氧化硫白烟时,可以除去其他低沸点的硝酸、高氯酸、水及氮氧化物。硫酸的氧化能力不如高氯酸和硝酸强;硫酸与碱土金属(如钙、镁、钡、铅)所形成的盐类在水中的溶解度较小,难以挥发。

(3)常用的消化方法。在实际工作中,除单独使用浓硫酸消化法外,经常采取几种不同的氧化性酸配合使用,如硫酸-硝酸、高氯酸硝酸-硫酸、高氯酸-硫酸、高氯酸-硝酸等,以达到加快消化速度、完全破坏有机物的目的。几种常用的消化方法如下。

①硫酸消化法:仅使用浓硫酸加热消化样品,由于硫酸的脱水炭化作用,可以破坏食品样品中的有机物。由于硫酸的氧化能力较弱,消化液炭化耗时较长,通常可加入硫酸钾或硫酸铜以提高硫酸的沸点,加适量硫酸铜或硫酸汞作为催化剂以缩短消化时间。例如,凯氏定氮法测定食品中蛋白质的含量就是采用硫酸消化法,在消化过程中,蛋白质中的氮转变成硫酸铵留在消化液中,而不会进一步氧化成氮氧化物而损失。在分析某些含有机物较少的样品(如饮料)时,也可单独使用硫酸,或加入高锰酸钾和过氧化氢等氧化剂以加速消化进程。

②硝酸-高氯酸消化法:此法可以采取以下方式进行。一是在食品样品中先加入硝酸进行消化,待大量有机物分解后,再加入高氯酸;二是将食品样品用一定比例混合的硝酸-高氯酸混合液浸泡过夜,次日再加热消化,直至消化完全为止。该法氧化能力强,消化速度快,炭化过程不明显;消化温度较低,挥发损失少。应该注意,这两种酸的沸点不高,当温度过高、消化时间过长时,硝酸可能被耗尽,残余的高氯酸与未消化的有机物剧烈反应,有可能引起燃烧或爆炸。因此,也可加入少量硫酸,以防烧干,同时加入硫酸也可以适当提高消化温度,充分发挥硝酸和高氯酸的氧化作用。某些含有还原性组分如酒精、甘油、油脂和磷酸盐等较多的食品样品,不宜采用此法。

③硝酸-硫酸消化法:在食品样品中加入硝酸和硫酸的混合液,或先加入硫酸,加热使有机物分解、炭化,在消化过程中不断补加硝酸至消化完全。由于此消化法含有硫酸,不宜做食品中碱土金属的分析,因为碱土金属的硫酸盐溶解度较小。此法反应速度适中,对于较难消化的样品,如含较大量的脂肪和蛋白质时,可在消化后期加入少量高氯酸或过氧化氢,加快消化的速度。

上述几种湿消化方法各有优缺点,根据国家卫生标准方法的要求、检验项目的不同和待检食品样品的不同进行选择,并且做法略有差异。加热温度、加酸的次序和种类、氧化剂和催化剂的加入与否,可按要求和经验灵活掌握,同时应做试剂空白试验,以消除试剂及操作条件不同所带来的误差。

(4)消化操作技术。根据湿消化法的具体操作不同,可分为敞口消化法、回流消化法、冷消化法、密封罐消化法和微波消解法等方法。

①敞口消化法:通常在凯氏烧瓶或硬质锥形瓶中进行,是最常用的消化法。凯氏烧瓶是底部为梨形具有长颈的硬质烧瓶,其长颈可以起到回流的作用,减少酸的挥发损失。消化前,在凯氏烧瓶中加入样品和消化试剂,将瓶倾斜呈约45°,然后用电炉电热板加热,直至消化完全为止。由于有大量消化酸雾和消化分解产物逸出,故应该在通风橱内进行。为了克服凯氏烧瓶颈长底圆、取样不方便的缺点,常常也采用硬质三角瓶进行消化。

②回流消化法:测定含有挥发性成分的食品样品时,可以在回流消化装置中进行。装置上端连接冷凝器,可使挥发性成分随同酸雾冷凝流回反应瓶内,以避免被测成分的挥发损失,同时也可防止烧干。

③冷消化法:又称低温消化法,将食品样品和消化液混合后,置于室温或37℃~40℃烘箱内,放置过夜。在低温下消化,可避免易挥发元素(如汞)的挥发损失,但仅适用于含有机物较少的样品。

④密封罐消化法:采用压力密封消化罐和少量的消化试剂,在一定的压力下对样品进行湿化消化。在聚四氟乙烯容器中加入样品和少量的消化试剂置于密封罐内,放入150℃烘箱中保温2h。由于在密闭容器中消化液的蒸气不能逸散,产生较高的压力,提高了消化试剂的利用率,使消化时间缩短。消化完成后,冷却至室温,摇匀,开盖后即可用消化液直接进行测定。这种消化法所用的样品量一般小于1g,仅需加入30%过氧化氢和1滴硝酸,故空白值较低。但该方法要求密封程度高,压力密封罐的使用寿命有限。

⑤微波消解法:在2450MHz的微波电磁场作用下,微波穿透容器直接辐射到样品和试剂的混合液中,吸收微波能量后,使消化介质的分子相互摩擦,产生高热。同时,交变的电磁场使介质分子极化,高频辐射使极化分子快速转动,产生猛烈摩擦、碰撞和震动,使样品与试剂接触界面不断更新。微波加热是由内及外,因而加快了消化速度。

微波消解装置由微波炉、消化容器、排气部件等组成。不能采用家用微波炉进行样品的消化,因为消化产生的酸雾难于逸散。金属器皿不能放入微波消解装置中,以免损坏微波发射管。微波消解法与常规湿消化法相比,具有样品消解时间短(几十秒至几分钟)、消化试剂用量少、空白值低的优点。由于使用密闭容器,样品交叉污染少,也减少了常规回流消化法消解产生大量酸雾对环境的污染。

(5)消化操作的注意事项。

①消化所用的试剂(酸及氧化剂)应采用分析纯或优级纯,并同时做消化试剂的空白试验,以扣除消化试剂对测定数据的影响。如果空白值较高,应检查试剂的纯度,并将优质的玻璃器皿经过稀硝酸硝化后再使用。

②为了防止暴沸,可在消化瓶内加入玻璃珠瓷片。采用凯氏烧瓶进行消化时,瓶口应倾斜,不能对着自己或他人。加热应集中于烧瓶的底部,使瓶颈部位保持较低的温度,以便酸雾能冷凝回流,同时也能减少待测成分的挥发损失。如果试样在消化时产生大量泡沫,可以适当降低消化温度,也可以加入少量不影响测定结果的消泡剂(如辛醇、硅油等)。最好将样品和消化试剂在室温下浸泡过夜,次日再进行加热消化,可以取得事半功倍的效果。

③在消化过程中需要补加酸或氧化剂时,首先要停止加热,待消化液冷却后,再沿消化瓶壁缓缓加入。切记不能在高温下补加酸液,以免因反应剧烈,致使消化液喷溅,造成对操作者的危害和样品的损失。

2.干法灰化法

指将食品样品放在瓷坩埚中,先在电炉上使样品脱水、炭化,再置于500℃~600℃的高温电炉中灼烧灰化,使样品中的有机物氧化分解成二氧化碳、水和其他气体而挥发,剩余无机物(盐类或氧化物)供测定用。干法灰化法又称为灼烧,也是破坏食品样品中有机物质的常规方法之一。

(1)干法灰化法的特点。干法灰化法的优点在于操作简便,试剂用量少,有机物破坏彻底;由于基本上不加或加入很少的试剂,因而空白值较低;能同时处理多个样品,适合大批量样品的前处理;很多食品经灼烧后灰分少,体积小,故可加大称样量(可达10g左右),在检验方法灵敏度相同的情况下,能够提高检出率;灰化过程中不需要一直看守,省时省事。本法适用范围广,可用于多种痕量元素的分析。干法灰化法的缺点是敞口灰化时间长,温度高,故容易造成待测成分的挥发损失;其次是高温灼烧时,可能使坩埚材料的结构改变形成微小空穴,使某些待测组分会部分吸留在空穴中而难以溶出,致使回收率降低。

(2)提高干法灰化法回收率的措施。影响干法灰化法回收率的主要因素是待测组分高温挥发损失;其次是被坩埚壁吸留。提高回收率可以采取以下措施。

①采用适宜的灰化温度:在尽可能低的温度下进行样品灰化,但温度过低会延长灰化时间,通常选用500℃~550℃灰化2h,或在600℃灰化,一般不超过600℃。近年来采用的低温灰化技术是将样品放在低温灰化炉中,先将炉内抽至近真空(10Pa左右),并不断通入氧气,每分钟为0.3~0.8L,用射频照射使氧气活化,在低于150℃的温度下便可将有机物全部灰化。但低温灰化炉价格较贵,目前尚难以普及推广。用氧瓶燃烧法来灰化样品,不需要特殊的设备,较易办到。将样品包在滤纸内,夹在燃烧瓶塞下的托架上,将一定量的吸收液加入燃烧瓶中,并充满纯氧,点燃滤纸包后,立即塞进燃烧瓶口,使样品中的有机物充分燃烧,再剧烈振摇以便烟气全部吸收在吸收液中,最后取出分析。本法可用于植物种子和叶子等少量固体样品,也适用于少量被测样品及纸色谱分离后的样品斑点分析。

②适当加入助灰化剂:为了加速有机物的氧化,防止某些组分的挥发损失和坩埚吸留,在干法灰化时可以加入适量的助灰化剂。例如,测定食品中碘含量时,加氢氧化钾使碘元素转变成难挥发的碘化钾,减小挥发损失;测定食品中氟含量时,加入氢氧化钙可得到难挥发的氟化钙;测定食品中总砷时,加入氧化镁和硝酸镁,能使砷转成不挥发的焦砷酸镁(Mg2As2O7),减小砷的挥发损失,同时氧化镁还能起到衬垫坩埚的作用,减少样品与坩埚的接触吸留。

③其他措施:在规定的灰化温度和时间内,如样品仍不能完全灰化变白,可以待坩埚冷却后,加入适量酸或水,改变盐的组成或帮助灰分溶解,解除低熔点灰分对碳粒的包裹。例如,加入硫酸可使易挥发的氯化铅、氯化镉转变成难挥发的硫酸盐;加硝酸可提高灰分的溶解度。但酸不能加得太多,否则形成的酸雾会对高温炉造成损害。

(二)干扰成分的去除

测定食品中的各种有机成分时,可以采用多种前处理方法,将待测的有机成分与样品基体和其他干扰成分分离后再进行检测。近年来,新颖的样品前处理技术,如固相萃取、固相微萃取、加压溶剂萃取以及超临界萃取等已经逐步在食品理化检验中得到应用。常用待测成分的分离、净化等前处理方法主要有如下几种。

1.溶剂提取法

根据相似相溶的原则,用适当的溶剂将某种待测成分从固体样品或样品浸提液中提取出来,而与其他基体成分相分离,是食品理化检验中最常用的提取分离方法之一。溶剂提取法一般可分为浸提法、溶剂萃取法和盐析法。

(1)浸提法。利用样品中各组分在某一溶剂中溶解度的差异,用适当的溶剂将固体样品中的某种待测成分浸提出来,与样品基体分离。对极性较小的成分(如有机氯农药)可用极性小的溶剂(如石油醚正己烷)提取;对极性大的成分(如黄曲霉毒素B1)可用极性大的溶剂(如甲醇和水的混合溶液)提取。溶剂沸点宜选择在45℃~80℃,以避免低沸点溶剂的易挥发性和高沸点溶剂的难浓缩缺陷。此外,溶剂应比较稳定,且不与样品发生化学作用。浸提方法又可分为振荡浸渍法、捣碎法、索氏提取法和超声波提取法。

①振荡浸渍法:将样品切碎,放在合适的溶剂系统中浸渍,振荡一定时间,从样品中提取待测成分。此法简单,但回收率较低。

②捣碎法:将切碎的食品样品放入高速组织捣碎机中,加入溶剂匀浆一定时间,提取待测成分。此法回收率较高,同时干扰杂质也溶出较多。

③索氏提取法:将一定量样品装入滤纸袋,放入索氏提取器中,加入适当溶剂加热回流,将待测成分提取出来。此法提取完全,提取效率高,但操作烦琐费时。

④超声波提取法:将样品粉碎、混匀后,加入适当的溶剂,在超声波提取器中提取一定时间。超声波的作用是使样品中待测物迅速溶入提取溶剂中,该法简便,提取效率高。(www.xing528.com)

(2)溶剂萃取法。利用溶质在两种互不相溶的溶剂中分配系数的不同,将待测物从一种溶剂转移到另一种溶剂中,而与其他组分分离。例如,测定动物油脂中的有机氯农药,可先用石油醚萃取,然后加浓硫酸使脂肪磺化生成极性大的亲水性物质,加水进行反萃取便可除去脂肪,有机氯农药则留在石油醚层。

在有机物的萃取分离中,相似相溶的原则是十分有用的。一般来说,有机物易溶于有机溶剂而难溶于水;但有机物的盐类则易溶于水而难溶于有机溶剂。所以,根据检测的目的,需要改变待测组分的极性,以利于萃取分离。对于酸性或碱性组分的分离,可通过调节溶液的酸、碱性来改变被测组分的极性。例如,鱼肉中的组胺,以盐的形式存在于样品中,需加碱使之生成组胺,才能用戊醇进行萃取,然后再加盐酸,此时组胺以盐酸盐的形式存在,易溶于水,被反萃取至水相,从而与样品中其他组分分离。又如,海产品中无机砷与有机砷的分离,可利用无机砷在大于8mol/L盐酸中能被有机溶剂萃取,在小于2mol/L盐酸介质中易溶于水中的特性,先加9mol/L盐酸于海产品中,以乙酸丁酯等有机溶剂萃取,此时无机砷进入乙酸丁酯层,而有机砷则留在水层。然后在乙酸丁酯层中加入水并调节酸度,振摇进行反萃取,此时无机砷进入水相,干扰成分则留在有机相,即可使无机砷与有机砷分离。

(3)盐析法。向溶液中加入某一盐类物质,大大降低溶质在原溶剂中的溶解度,从而从溶液中沉淀出来,这种方法称为盐析。例如,向蛋白质中加入重金属盐,将形成的蛋白质沉淀进行硝化,即可测定其中的氮含量,据此以判定样品中纯蛋白质的含量。

2.挥发法

利用待测成分的挥发性或通过化学反应将其转变成为具有挥发性的气体,而与样品基体分离,经吸收液或吸附剂收集后用于测定,也可直接导入检测仪测定。这种分离富集方法,可以排除大量非挥发性基体成分对测定的干扰。挥发法包括扩散法、顶空法、蒸馏法、氢化物发生法和吹蒸法等。

(1)扩散法。加入某种试剂使待测物生成气体而被测定,通常在扩散皿中进行。例如,肉、鱼或蛋制品中挥发性盐基氮的测定,在扩散皿内样品中挥发性含氮组分在37℃碱性溶液中释出,挥发后被吸收液吸收,然后用标准酸溶液滴定。

(2)顶空法。顶空分析法常与气相色谱法联用,通常可分为静态顶空分析法和动态顶空分析法。静态顶空分析法是将样品置于密闭系统中,恒温加热一段时间达到平衡后,取出蒸气相用气相色谱法分析样品中待测成分的含量。动态顶空分析法是在样品顶空分离装置中不断通入氮气,使其中挥发性成分随氮气流逸出,并收集于吸附柱中,经热解吸或溶剂解析后进行分析。动态法操作较复杂,但灵敏度较高,可检测痕量低沸点化合物。顶空分析法突出的优点在于能使复杂样品的提取、净化过程一次完成,大大简化了样品的前处理操作,可用于分离测定液体、半固体和固体样品中痕量易挥发组分的检测。

(3)蒸馏法。可分为常压蒸馏法、减压蒸馏法和水蒸气蒸馏法等。通过加热蒸馏或水蒸气蒸馏可使样品中挥发性物质被蒸出,收集馏出液用于分析。蒸馏法具有分离和净化的双重效果,其缺点是仪器装置和操作较为复杂。

当被蒸馏物质受热不发生分解或沸点不太高时,可选择常压下进行蒸馏。加热方式可根据被蒸馏物质的沸点和特性选择水浴、油浴或直接加热。例如,食品中氟化物经高温灰化后,在酸性条件下,使氟变成易挥发的氟化氢气体,被碱溶液吸收后供测定用。

当常压蒸馏容易使蒸馏物质分解,或其沸点太高时,可以选用减压蒸馏,如海产品中无机砷的减压蒸馏分离,在2.67kPa压力下,于70℃进行蒸馏,可使样品中的无机砷在盐酸存在下生成三氯化砷被蒸馏出来,而有机砷在此条件下不挥发也不分解,仍留在蒸馏瓶内,从而达到无机砷和有机砷分离的目的。

某些物质沸点较高,直接加热蒸馏时,因受热不均易发生局部炭化;还有些被测成分加热到沸点时可能发生分解。此时,可选用水蒸气来加热混合液体,使具有一定挥发度的被测定组分与水蒸气成比例地一起蒸馏出来。

(4)氢化物发生法。在一定条件下,用还原剂将待测成分还原成挥发性共价氢化物,从基体中分离出来,经吸收液吸收显色后用分光光度法测定,或直接导入原子吸收光谱仪进行测定。该法可以排除基体的干扰,当与原子吸收光谱联用时,检测灵敏度比溶液直接雾化提高几个数量级。现已广泛用于食品中汞、砷、锗、锡、铅、锑、硒和碲的测定。

(5)吹蒸法。这是AOAC农药分册中用于挥发性有机磷农药的分离、净化的方法。用乙酸乙酯提取样品中的农药残留,取一定量样液加入填有玻璃棉石英砂的Storherr管中,将该管加热到180℃~185℃,用氮气将农药吹出,经聚四氟乙烯螺旋管冷却后,收集到玻璃管中。样品中的脂肪、蜡质、色素等高沸点杂质仍留在Storherr管中,从而达到分离、净化和浓缩的目的。

3.色谱分离法

利用物质在流动相与固定相相间的分配系数差异,当两相做相对运动时,在两相间进行多次分配,分配系数大的组分迁移速度慢,反之则迁移速度快,从而实现各组分的分离。这种分离方法的最大特点是分离效率高,能使多种性质相似的组分彼此分离,是食品理化检验中一类重要的分离方法。根据操作方式不同,可以分为柱色谱法、纸色谱法和薄层色谱法等。

(1)柱色谱法。将固定相填装于柱管内制成色谱分离柱,在柱内进行分离。常用的固定相有硅胶、氧化铝、硅镁吸附剂和离子交换树脂等。该法操作简便,柱容量大,适用于微量成分的分离和纯化。例如,采用荧光法测定食品中的维生素B时,利用硅镁吸附剂柱将维生素B2与杂质分离。

(2)纸色谱法。以层析滤纸作为载体,滤纸上吸附的水作为固定相。将样品液点在层析滤纸的一端,然后用展开剂展开,达到分离目的。例如,纸色谱法可用于食品中人工合成色素的分离鉴定。

(3)薄层色谱法(TLC)。将固定相均匀地涂铺于玻璃、塑料或金属板上形成薄层,在薄层板上进行色谱分离的方法。将待测的样液点在薄层板上展开,使待测组分与样品中的其他组分分离。例如,食品中黄曲霉毒素B。测定的国家标准方法(GB/T 5009.22—2003)就是采用薄层色谱法分离后再用荧光法检测。

4.浓缩法

食品样品经提取、净化后,有时净化液的体积较大,在测定前需进行浓缩,以提高被测成分的浓度。常用的浓缩方法有常压浓缩法和减压浓缩法两种。

①常压浓缩法:常用于待测组分为非挥发性样品净化液的浓缩,该法操作快速、简便,常采用蒸发皿直接挥发;若要回收溶剂,则可用一般蒸馏装置或旋转蒸发仪。

②减压浓缩法:主要用于待测组分为热不稳定性或易挥发的样品净化液的浓缩。浓缩时,水浴加热并抽气减压。此法浓缩温度低,速度快,被测组分损失少,适用于农药残留分析中样品净化液的浓缩。

5.化学分离法

常用的方法包含沉淀分离法、磺化法、皂化法和掩蔽法。

①沉淀分离法:利用沉淀反应进行分离的方法。在试样中加入适当的沉淀剂,使被测成分或干扰成分沉淀下来,经过滤或离心达到分离目的。如测定食品中的亚硝酸盐时,先加入碱性硫酸铜或三氯乙酸等沉淀蛋白质,经过滤除去沉淀后,取滤液来分析亚硝酸盐的含量。再如测定冷饮中的糖精含量,可向试剂中加入碱性硫酸铜,将蛋白质等干扰杂质沉淀,经过滤可将可溶性糖精与蛋白沉淀相分离。

②磺化法:本方法采用浓硫酸处理样品提取液,可使样品中的脂肪、色素等发生磺化反应并形成易溶于水的化合物,经水洗涤后即可有效除去脂肪、色素等干扰杂质,从而达到分离净化的目的。这种方法操作简便、快速、净化效果好,在分液漏斗中就可进行。全部操作只是加酸、振摇、静置分层,最后把分液漏斗下部的硫酸层放出,用水洗涤溶液层即可。该过程又称直接磺化,但仅限于在强酸介质中稳定的农药(如有机氯农药“六六六”、DDT等)提取液的净化,其回收率在80%以上。

有时,还可利用经浓硫酸处理的硅藻土做层析柱来磺化样品中的油脂成分。常以硅藻±10g加发烟硫酸3mL,研磨至烟雾消失,随即再加入浓硫酸3mL,继续研磨,装柱,加入待净化的样品,用正己烷等非极性溶剂洗涤。经此处理后,样品中的油脂就被磺化分离,洗脱液经水洗涤后可继续进行其他的净化或脱水等处理。

③皂化法:此法是用热碱溶液(如氢氧化钾的乙醇溶液)来处理样品提取液,以除去脂肪等干扰杂质。此法仅用于对碱稳定的组分,如维生素A和维生素D等提取液的净化。

④掩蔽法:此法是利用掩蔽剂与样品中的干扰成分作用,使干扰成分转变为不引起干扰的测定状态。因为此方法可不经过分离干扰成分的操作,可简化分析步骤,在食品分析中常用于金属元素的测定。如用二硫腙比色法测定铅的含量时,在测定条件pH=9时,可加入氰化钾和柠檬酸铵掩蔽Cu2+和Cd2+等离子对测定的干扰。

6.固相萃取(SPE)

这是一类基于液相色谱分离原理的样品制备技术,实际上属于柱色谱分离方法。在小柱中填充适当的固定相制成固相萃取柱,当样品液通过SPE小柱时,待测成分被吸留,再用适当的溶剂洗涤除去样品基体或杂质,然后用一种选择性的溶剂将待测组分洗脱,从而达到分离、净化和浓缩的目的。该方法简便快速,使用的有机溶剂少,在痕量分离中应用广泛。

根据分离原理不同,SPE可分为吸附、分配、离子交换、凝胶过滤、螯合和亲和固相萃取。其中采用化学键合反应制备的固相材料,如C18键合硅胶、C18键合硅胶、苯基键合硅胶等填装的固相萃取小柱使用广泛,目前已经有各种类型的商品小柱供选用。例如,保健食品中的总皂苷用水提取后,采用XAD-2大孔树脂预柱分离净化后,再用分光光度法测定。此外,已有文献报道将黄曲霉毒素的特异抗体连到载体上制成亲和柱,当食品样液通过亲和柱时,黄曲霉毒素与抗体发生特异性反应而被截留,从而与杂质相分离,然后用适当的溶剂洗脱黄曲霉毒素进行检测。这种免疫亲和小柱的净化和浓缩效果较好,特异性高。

7.固相微萃取法(SPME)

这是根据有机物与溶剂之间“相似者相溶”的原理,利用石英纤维表面的色谱固定液对待测组分的吸附作用,使试样中的待测组分被萃取和浓缩,然后利用气相色谱仪进样器的高温,高效液相色谱或毛细管电泳的流动相将萃取的组分从固相涂层上解吸下来进行分析的一种样品前处理方法。与传统分离富集方法相比,固相微萃取具有几乎不使用溶剂、操作简单、成本低、效率高、选择性好等优点,是一种比较理想的新型样品预处理技术。SPME可与GC、HPLC或CE等仪器联用,使样品萃取、富集和进样过程合而为一,从而大大提高了样品前处理、分析速度和方法的灵敏度。

固相微萃取装置类似于微量注射器,由手柄和萃取头两部分组成。萃取头是一根长度为0.5~1.5cm、直径为0.05~1mm涂有不同色谱固定液或吸附剂的熔融石英纤维。将萃取头接在空心不锈钢针上,不锈钢针管用以保护石英纤维不被折断,石英纤维头在不锈钢管内可伸缩,需要时可推动手柄使石英纤维从针管内伸出。固相微萃取通常分为两步:第一步是先将针头插入装有试样的带隔膜塞的固相微萃取专用容器中,推出石英纤维通过其表面的高分子固相涂层,对样品中有机分子进行萃取和预富集,可以向试样瓶中加入无机盐、衍生剂来调节试样的pH值,还可进行加热或磁力搅拌;第二步是将石英纤维收回不锈钢针管内,由试样容器中取出,立即将针头插入色谱进样器中,再推出石英纤维完成热解吸或溶剂解吸,同时进行色谱分析。固相微萃取的方式有两种:一种是石英纤维直接插入试样中进行萃取,适用于气体与液体中组分的分离;另一种是顶空萃取,适用于所有基质的试样中挥发性、半挥发性组分的分离。影响固相微萃取灵敏度的主要因素有涂层的种类、待测物和基质的种类、试样的加热、搅拌、衍生化、pH值和盐浓度等。其中涂层的种类和厚度对待测物的萃取量和平衡时间有重要的影响。

8.超临界流体萃取(SFE)

这是近年来发展的一种样品前处理新技术。超临界流体萃取与普通溶剂萃取法相似,也是在两相之间进行的一种萃取方法,不同之处在于所用的萃取剂为超临界流体。超临界流体是一类只能在温度和压力超过临界点时才能存在的物态,介于气、液态之间。超临界流体的密度较大,与液体相近,故可用作溶剂溶解其他物质;另一方面,超临界流体的黏度较小,与气态接近,传质速度很快,而且表面张力小,很容易渗透进入固体样品内。由于超临界流体特殊的物理性质,使超临界流体萃取具有高效、快速等优点。最常用的超临界溶剂为CO2,其临界值较低,化学性质稳定,不易与溶质发生化学反应,无臭、无毒、沸点低,易于从萃取后的组分中除去,并适用于对热不稳定化合物的萃取。但CO2是非极性分子,不宜用于极性化合物的萃取。极性化合物的萃取通常采用NH3或氧化亚氮做萃取剂。但NH3化学性质活泼,会腐蚀仪器设备,氧化亚氮有毒,故两者均使用较少。

影响超临界流体萃取最主要的因素是压力和温度。压力的变化会导致溶质在超临界流体中溶解度的急剧变化。在实际操作中,通过适当改变超临界流体的压力可以将样品中的不同组分按其在萃取剂中溶解度的不同而进行萃取。例如,先在低压下萃取溶解度较大的组分,然后增大压力,使难溶物质与基体分离。当温度变化时,超临界流体的密度和溶质的蒸气压也随之改变,其萃取效率也发生改变。

SFE的萃取装置包括:①超临界流体发生源,包括萃取剂贮槽、高压泵或压缩机等,使萃取剂由常温常压态转变为超临界流体;②样品萃取管,萃取剂将被萃取的组分从样品中溶解出来,与样品中的共存干扰组分分离;③减压分离部分,流体和待萃取的组分从超临界态减压、降温转变为常温常压态,超临界流体(CO2)则挥发逸出,收集被萃取的组分。

超临界流体萃取常与色谱分析联用,如超临界流体萃取-气相色谱(SFE-GC)、超临界流体萃取-超临界流体色谱(SFE-SFC)、超临界流体萃取-高效液相色谱(SFE-HPLC)等,可以用于食品、生物材料等样品中的稠环芳烃、多氯联苯、农药残留量等有毒有害成分的检测。

9.透析法

利用高分子物质不能透过半透膜,而小分子或离子能通过半透膜的性质,实现大分子与小分子物质的分离。例如,测定食品中的糖精钠含量时,可将食品样品装入玻璃纸的透析膜袋中,放在水中进行透析。由于糖精钠的分子较小,能通过半透膜而进入水中,而食品中的蛋白质、鞣质、树脂等高分子杂质不能通过半透膜,仍留在玻璃纸袋内,从而达到分离的目的。

综上所述,样品的前处理方法很多,可根据样品的种类、待测成分与干扰成分的性质差异等,选择合适的样品前处理方法,以保证样品的分析能获得可靠的结果。

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