预处理常用方法

样品预处理的方法，应根据项目测定的需要和样品的组成及性质而定。在各项目的分析检验方法标准中都有相应的规定和介绍。

1.有机物破坏法

在测定食品或食品原料中金属元素和某些非金属元素(如砷、硫、氮、磷等)的含量时常用这种方法。这些元素有的是构成食物中蛋白质等高分子有机化合物本身的成分，有的则是因受污染而引入的，并常常与蛋白质等有机物紧密结合在一起。在进行检验时，必须对样品进行处理，使有机物在高温或强氧化条件下破坏，被测元素以简单的无机化合物形式出现，从而易被分析测定。

有机物破坏的方法，可分为干法灰化法和湿法消化法两大类，各类方法又因原料的组成及被测元素的性质不同而有许多不同的操作条件，选择的原则应是:

①方法简便，使用试剂越少越好。

②方法耗时间越短，有机物破坏越彻底越好。

③被测元素不受损失，破坏后的溶液容易处理，不影响以后的测定步骤。

1)干法灰化法

干法灰化法是利用高温除去样品中的有机质，剩余的灰分用酸溶解，作为样品待测溶液。该法适用于食品和植物样品等有机物含量多的样品测定，不适用于土壤和矿质样品的测定。大多数金属元素含量分析适用干法灰化，但在高温条件下，汞、铅、镉、锡、硒等易挥发损失，不适用。

由于干法灰化是在高温下破坏分解有机物，极易产生元素损失，且会形成酸不溶性混合物，产生滞留损失。如何减少损失，从而提高方法的准确度是干法灰化所要解决的重要问题。样品在用高温电炉灰化以前，必须先在电热板上低温炭化至无烟(预灰化)，然后移入冷的高温电炉中，缓缓升温至预定温度(500～550℃)，否则样品因燃烧而过热导致金属元素挥发。若同时灰化许多试样，应常变换坩埚在高温电炉中位置，使样品均匀受热，防止样品局部过热。应保证瓷皿的釉层完好，因为使用有蚀痕或部分脱釉的瓷皿灰化试样时，器壁更易吸附金属元素，形成难溶的硅酸盐而导致损失。灰化前，可加入灰化助剂，常用的有HNO3、H2O2、H2SO4、(NH4)2SO4、(NH4)2HPO4等，HNO3可促进有机物氧化分解，降低灰化温度，后几种使易挥发元素转变为挥发性较小的硫酸盐和磷酸盐，从而减少挥发损失。如个别试样灰化不彻底，有炭粒，取出放冷，再加硝酸，小火蒸干，再移入高温电炉中继续完成灰化。有时可添加氧化镁、碳酸盐、硝酸盐等助剂，它们与灰分混杂在一起，使炭粒不被覆盖，但应做空白试验。

干法灰化法的主要优点是有机物破坏彻底，能处理较大样品量，操作简单、安全，使用试剂少。灰化温度一般在500～600℃，温度升高将会引入坩锅损失而造成的污染。样品量，干样一般不超过10g，鲜样不超过50g。样品量过大，易引起灰化困难或时间太长，这势必引入新的误差。但样品量太少也会引入样品不均匀性的误差。时间通常控制在4～8h。含脂肪、糖类多的样品需要较长时间，而含纤维素、蛋白质多的样品需要较短时间。灰化是否完全通常以灰分的颜色判断。当灰分呈白色或灰白色但不含炭粒，则认为灰化完全。

2)湿法消化法

也称湿灰化法或湿氧化法或消解法，在适量的食品中加入氧化性强酸，并同时加热消煮，使有机物质分解氧化成水以及CO2等。为加速氧化进行，可同时加入各种催化剂，这种破坏食品中有机物质的方法就叫做湿法消化。含有大量有机物的生物样品通常采用混酸进行湿法消解，用于湿法消解的混酸包括HNO3-HCl O4、HNO3-HCl O3-HCl O4、HNO3-HCl O4-H2SO4、HNO3-H2SO4、H2SO4-H2O2和HNO3-H2O2。其中沸点在120℃以上的硝酸是广泛使用的预氧化剂，它可破坏样品中的有机质; 硫酸具有强脱水能力，可使有机物炭化，使难溶物质部分降解并提高混合酸的沸点; 热的高氯酸是最强的氧化剂和脱水剂，由于其沸点较高，可在除去硝酸以后继续氧化样品。在含有硫酸的混合酸中过氧化氢的氧化作用是基于过一硫酸的形成，由于硫酸的脱水作用，该混合溶液可迅速分解有机物质。当样品基体含有较多的无机物时，多采用含盐酸的混合酸进行消解; 而氢氟酸主要用于分解含硅酸盐的样品。酸消化通常在玻璃或聚四氟乙烯容器中进行。由于湿法消解过程中的温度一般较低(200℃以下)，待测物不容易发生挥发损失，也不易与所用容器发生反应，但有时会发生待测物与消解混合液中产生的沉淀发生共沉淀的现象。其中最常见的例子就是当用含硫酸的混合酸分解高钙样品时，样品中待测的铅会与分解过程中形成的硫酸钙产生共沉淀，从而影响铅的测定。做湿法消化时一般用HNO3-HCl O4或H2SO4-HCl O4，比例一般为4 1，但如果样品含有高脂肪、高蛋白、高糖，比例应为5 1，这是防止在加热消解过程中产生爆沸。消解终点应是开始冒白色烟雾，最后再加蒸馏水赶酸，也是在出现白色烟雾时即可。

湿法消化的特点是加热温度较干法低，操作简便，减少了金属挥发逸散的损失，可一次处理较大量样品，适用于生物样品中痕量金属元素分析。该法的缺点是: ①耗用试剂较多，在做样品消化的同时，必须做空白试验。②某些混酸对消解后元素的光谱测定存在干扰，例如当溶液中含有较多的HCl O4或H2SO4时会对元素的石墨炉原子吸收测定带来干扰，测定前将溶液蒸发至近干可除去此类干扰。③湿法消解时间长，比如猪肉含油脂比较多，相对蔬菜来说比较难消化，茶叶消解过程中会产气泡，途中需取下冷却一下，白酒、黄酒在消解前需先浓缩至小体积。④消化过程中，产生大量有毒气体，操作需在通风柜中进行，此外，在消化初期，产生大量泡沫易冲出瓶颈，造成损失，故需操作人员随时照管，操作中还应控制火力，注意防爆。

近年来，高压消解罐消化法得到广泛应用。此法是在聚四氟乙烯内罐中加入样品和消化剂，放入密封罐内并在120～150℃烘箱中保温数小时。此法克服了常压湿法消化的一些缺点，但要求密封程度高，而且高压消解罐的使用寿命有限。

3)紫外光分解法

紫外光分解法属氧化分解法，主要用于消解样品中的有机物从而测定其中的无机离子。当需测定样品中Mn2+、I-、NO2-和SO32-等易被氧化的成分时，不宜用该法。由于该法只用极少的试剂，污染少、试剂空白值低、回收率高。紫外光分解一般是用高压汞灯在(85±5)℃的温度下进行光解，时间可根据样品的类型和有机物的量而改变。在光解过程中通常加入双氧水，提供羟基自由基，破坏残留的有机基体以加速有机物的降解。有报导称测定植物样品中的Cl-、Br-、SO2-4、PO3-4、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Co2+等离子时，称取50～300mg磨碎或匀化的植物样品置于石英管中，加入1～2m L双氧水(30%)后，用紫外光光解60～120 min即可将其完全消解。测定橄榄油、花生油、豆油、葵花油及人造黄油中的无机阴、阳离子时，称取1000mg植物油或油脂样品，与2m L乙醇(95%)、2m L水及0.5g KOH混合均匀，在50℃皂化30min。再加入100μL双氧水(30%)，紫外光解30～60min可将皂化后的样品完全消解。

4)微波消解法

微波消解法(microwave-digestion)是一种利用微波为能量对样品进行消解的新技术，包括溶解、干燥、灰化、浸取等，该法适于处理大批量样品及萃取极性与热不稳定的化合物。微波消解法于1975年首次用于消解生物样品，但直到1985年才开始引起人们的重视。与传统的传导加热方式(如电热板加热，加热方式是热源“由外到内”间接加热分解样品)相反，微波消解是对试剂(包括吸附微波的试样)直接进行由微波能到热能的转换加热。微波消解法以其快速、溶解用量少、节省能源、易于实现自动化等优点而广泛应用。已用于消解废水、废渣、淤泥、生物组织、流体、医药等多种试样，被认为是“理化分析实验室的一次技术革命”。美国公共卫生组织已将该法作为测定金属离子时消解植物样品的标准方法。

日立公司、美国的CEM公司等已有多种型号的微波消解仪生产。Yamane等用微波消解法，以填充有强酸型阳离子交换树脂的硼硅酸盐玻璃柱为分离柱，测定大米粉样品中的Pb、Cd、Mn时，用硝酸及盐酸的混合液进行微波消解。往300mg样品中加入2m LHNO3及0.3m L0.6mol/LHCl，于微波辐射下进行消解。开始加热时间为3min，最后阶段的加热时间为2min。将消解产物转移到50m L玻璃烧杯中，在电热板上小心地将溶液蒸至近干，加入少量水将剩余的部分溶解，然后转移至25m L容量瓶中，加入2.5m L1.1×10-2mol/LN—(二硫代羧基)肌氨酸(DTCS)，以去离子水定容，即可进行离子色谱分析。经典的氨基酸水解需在110℃水解24h，而用微波消解法只需150℃，10～30min，不但能够切断大多数的肽键，而且不会造成丝氨酸和苏氨酸的损失。蛋氨酸在微波水解样品过程中相当稳定，用标准酸水解条件水解样品时，不能定量测定胱氨酸和色氨酸。胱氨酸被过甲酸氧化为磺基丙氨酸后即可定量测定。苯酚可用做氨基酸的稳定剂，尽管如此，仍不能准确测定被氧化后的蛋白质样品中的酪氨酸和色氨酸。因此，欲测定蛋白质样品中的所有氨基酸，需采用三种不同的水解方式: 标准水解法、氧化后再水解及碱性条件下水解，然而无论用何种水解方式，在微波炉内水解蛋白质可极大地减少水解时间。

2.蒸馏法

此法是利用被测物质中各组分挥发性的不同来进行分离的方法。可以用于除去干扰组分，也可以使被测组分定量分离出去后再测定。例如测定样品中挥发性酸含量时，可用水蒸气蒸馏样品，将馏出的蒸汽冷凝，测定冷凝液中酸的含量即为样品中挥发性酸含量。

根据样品中待测定成分性质的不同，可采用常压蒸馏、减压蒸馏、水蒸气蒸馏等蒸馏方式。常压蒸馏适用于被测组分受热不易分解的或沸点不太高的样品，加热方式可视情况选择水浴、油浴或直接加热。减压蒸馏用于常压蒸馏容易使被测组分分解或沸点太高的样品。水蒸气蒸馏可用于被测组分加热到沸点时可能发生分解; 或被蒸馏组分沸点较高，直接加热蒸馏时，因受热不均易引起局部炭化的样品。

近年来已有带微处理器的自动控制蒸馏系统，使分析人员能够控制加热速度、蒸馏容器和蒸馏头的温度及系统中的冷凝器和回流阀门等，使蒸馏法的安全性和效率得到很大提高。

3.溶剂抽提法

此法是使用无机溶剂如水、稀酸、稀碱溶液，或有机溶剂如乙醇、乙醚、石油醚、氯仿、丙酮等，从样品中抽提被测物质或除去干扰物质，是常用的处理食品样品的方法。

被提取的样品，可以是固体或液体。用溶剂浸泡固体样品，抽提其中的溶质，习惯上称为浸提，例如用水浸提固体原料中的糖分，用石油醚浸提肉制品中的油脂等。用溶剂提取与它互不相溶或部分相溶的液体样品中的溶质，称为萃取。例如，测定饮料中糖精钠、苯甲酸的含量时，用乙醚(酸性条件下)萃取出饮料中的糖精钠或苯甲酸后，再挥发除去溶剂，最后用层析法或比色法测定。

经典的抽提方法有振荡浸提法、索氏抽提法和连续液-液萃取法等。加速溶剂提取(ASE)是一种全新的处理固体和半固体样品的方法，该法是在较高的温度(50～200℃)和压力(10.3～20.6MPa)下用有机溶剂萃取样品。它的突出优点是有机溶剂用量少(1g样品仅需1.5m L溶剂)、快速(约15min)和回收率高，已成为样品前处理最佳方式之一，广泛用于环境、药物、食品和高聚物等样品的前处理，特别是农残的分析。市面已有加速溶剂萃取仪商品供应。

超临界流体萃取(SFE)是20世纪70年代开始用于工业生产中有机化合物萃取的，它是用超临界流体(最常用的是CO2)作为萃取剂，从各组分复杂的样品中，把所需要的组分分离提取出来的一种分离提取技术。已有人将其用于色谱分析样品处理中，也可以与色谱仪器实现在线联用，如SFE-GC、SFE-HPLC和SFE-MS等。

微波萃取(MAE)是一种萃取速度快、试剂用量少、回收率高、灵敏以及易于自动控制的新的样品制备技术，可用于色谱分析的样品制备。特别是从一些固态样品，如蔬菜、粮食、水果、茶叶、土壤以及生物样品中萃取六六六、DDT等残留农药。

4.色层分离法

色层分离法又称色谱分离法，是一种在载体上进行物质分离的一系列方法的总称。根据分离原理的不同，可分为吸附色谱分离、分配色谱分离和离子交换色谱分离等。

1)吸附色谱分离

利用聚酰胺、硅胶、硅藻土、氧化铝等吸附剂经活化处理后所具有的适当的吸附能力，对被测成分或干扰组分进行选择性吸附而进行的分离称吸附色谱分离。例如: 聚酰胺对色素有强大的吸附力，而其他组分则难于被其吸附，在测定食品中的色素含量时，常用聚酰胺吸附色素，经过过滤洗涤，再用适当溶剂解吸，可以得到较纯净的色素溶液，供测试用。

2)分配色谱分离

此法是以分配作用为主的色谱分离法，是根据不同物质在两相间的分配比不同所进行的分离。两相中的一相是流动的(称流动相)，另一相是固定的(称固定相)。被分离的组分在流动相中沿着固定相移动的过程中，由于不同物质在两相中具有不同的分配比，当溶剂渗透在固定相中并向上渗展时，这些物质在两相间的分配作用反复进行，从而达到分离的目的。例如，分离多糖类样品的纸层析。

3)离子交换色谱分离

离子交换色谱分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的交换反应来进行分离的方法。分为阳离子交换和阴离子交换两种。交换作用可用下列反应式表示:

阳离子交换: R—H+M+X-===R—M+HX

阴离子交换: R—OH+M+X-===R—X+MOH

式中: R——离子交换剂的母体;

MX——溶液中被交换的物质。

当将被测离子溶液与离子交换剂一起混合振荡，或将样液缓慢通过离子交换剂时被测离子或干扰离子留在离子交换剂上，被交换出的H+或OH-以及不发生交换反应的其他物质留在溶液内，从而达到分离的目的。在食品分析中，可应用离子交换剂分离法制备无氨水、无铅水。离子交换剂分离法还常用于较为复杂的样品。

5.化学分离法

1)磺化法和皂化法

磺化法和皂化法是除去油脂的一种方法，常用于农药分析中样品的净化。

(1)磺化法

本法是用浓硫酸处理样品提取液，能有效地除去脂肪、色素等干扰杂质。其原理是浓硫酸能使脂肪磺化，并与脂肪和色素中的不饱和键发生加成反应，形成可溶于硫酸和水的强极性化合物，不再被弱极性的有机溶剂所溶解，从而达到分离净化的目的。此法简单、快速、净化效果好，但仅适用于对强酸稳定的被测组分的分离。如用于农药分析时，仅限于在强酸介质中稳定的农药(如有机氯农药中六六六、DDT)提取液的净化，其回收率在80%以上。

(2)皂化法

本法是用热碱溶液处理样品提取液，以除去脂肪等干扰杂质。其原理是利用氢氧化钾乙醇溶液将脂肪等杂质皂化除去，以达到净化目的。此法仅试用于对碱稳定的组分，如维生素A、维生素D等提取液的净化。

2)沉淀分离法

沉淀分离法是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，使被测组分沉淀下来，或将干扰组分沉淀下来，经过过滤或离心将沉淀与母液分开，从而达到分离目的。

例如: 测定冷饮中糖精钠含量时，可在试剂中加入碱性硫酸铜，将蛋白质等干扰杂质沉淀下来，而糖精钠仍留在试液中，经过滤除去沉淀后，取滤液进行分析。

3)掩蔽法

此法是利用掩蔽剂与样液中干扰成分作用，使干扰成分转变为不干扰测定状态，即被掩蔽起来。运用这种方法可以不经过分离干扰成分的操作而消除其干扰作用，简化分析步骤，因而在食品分析中应用十分广泛，常用于金属元素的测定。如双硫腙比色法测定铅时，在测定条件(p H=9)下，Cu2+/Cd2+等离子对测定有干扰，可加入氰化钾和柠檬酸铵掩蔽，消除它们的干扰。

6.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

此法主要用于待测组分为非挥发性的样品净化液的浓缩，通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器。该法简便、快速，是常用的方法。

2)减压浓缩法

此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，通常采用K-D浓缩器。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，特别适用于农药残留量分析中样品净化液的浓缩。

7.灭酶法

在样品的预处理过程中，面临的一个问题就是酶的作用。通常情况下，如果某样品它所有成分的含量都已经确定了，这个时候就没有必要考虑酶灭活了。但是如果要分析检测一些样品中糖、脂肪、蛋白质等成分时，就要考虑酶的作用，必须采用一定的手段处理酶，使其失活，从而保证分析结果的稳定性和准确性。

无论什么时候，在对样品进行分析时，都应该尽可能采用新鲜的材料。这时采用一定的手段使酶灭活，以使目标化合物以最初的形式存在。一般来说，酶的活性受温度变化的影响比较大，所以常用的灭酶手段就是加热。例如，真菌中对热敏感的淀粉酶，通过相对较低的温度处理就可以达到使其灭活的目的; 而一些细菌的淀粉酶耐热性就相对强一些，它可以承受面包烘烤温度。

对样品进行干燥时应该尽可能使用较低的温度、较短的时间，与此同时，样品表面积的扩大有利于干燥加快。一般来说，60℃真空干燥条件，如果样品中不含热敏感和挥发性成分，也可以采用加热到70～80℃维持数分钟，采用加热条件，可以达到使大多数酶失活和破坏细胞的目的。

一般情况下，在干燥的过程中，酶失活的同时也伴随着维生素的损失，而蛋白质和脂肪的变化不大。此外，如果在干燥的过程中处理不小心，酸性食品中可能会发生焦糖化和糖转化反应，这可能会影响样品的分析。