【干货分享】有机样品前处理技术的发展及应用

2019-02-20 11:50:32, 董雪北京普立泰科仪器有限公司

首先，我们先来了解一下样品前处理的技术的重要性：

完整的样品分析过程是由样品的采集、样品前处理、分析测定、数据处理和报告结果四部分组成。其中，样品前处理既是整个分析过程中的重要步骤也是最费时费力的。我们大概统计下，样品前处理过程在整个分析过程中所占的时间如下图1：

因此，“选择一种合适的前处理方法，等于完成了分析工作的一半”。这句话恰如其分地说明了样品前处理的重要性。样品前处理的好坏不仅直接影响最终的分析结果，而且还会影响后续大型精密分析仪器的使用寿命。下图2为从实验结果的角度来判断样品色谱分析整个过程各项操作可能带来的误差值。

一个样品不论是进行无机分析还是有机分析，其需要进行的前处理步骤均较多。在早期，这些步骤如提取、萃取、浓缩、净化等均需要人员实时来完成，就会带来以下几点问题：

1、手工前处理需要人工值守，并且人员劳动强度大

2、手工前处理误差大，重现性不好

3、手工前处理速度慢

4、由于各种干扰，重现性不好，回收率受影响

通过以上的一些讨论，那么具体的样品前处理应该遵循哪些原则？以下图3示意具体过程需要注意的问题。

同时，随着社会的发展，技术的不断革新，层出不穷的食品及环境问题，对实验室的检测效率提出了更高的要求。因此，这些机械的需要人员来完成的前处理步骤逐渐被自动化的仪器所取代，以达到批量、准确的样品分析的要求。

接下来，我们将从有机分析和无机分析的角度分别出发，基于上述原则谈一谈目前样品前处理的一些常用的手段。

我们先从“有机样品前处理”开始：

一、目前前处理技术

样品前处理主要要求包括预处理、提取、净化、浓缩衍生等。涉及到的前处理技术主要有：固相萃取技术、凝胶渗透技术、浓缩技术等。

二、固相萃取技术 20 世纪 70 年代中期出现的固相萃取技术(Solid Phase Extraction， SPE)是一种吸附剂萃取，样品通过填充吸附剂的一次性萃取柱，分析物和部分杂质被保留在柱上，使大部分杂质与分析物分离，然后分别用选择性溶剂除去杂质，洗脱出分析物，从而达到分离的目的。固相萃取(SPE) 技术基于液-固相色谱理论，采用选择性吸附、选择性洗脱的方式对样品进行富集、分离、纯化，是一种包括液相和固相的物理萃取过程；也可以将其近似的看作一种简单的色谱过程。较常用的方法是使液体样品通过一吸附剂，保留其中被测物质，再选用适当强度溶剂冲去杂质，然后用少量溶剂洗脱被测物质，从而达到快速分离净化与浓缩的目的。也可选择性吸附干扰杂质，而让被测物质流出；或同时吸附杂质和被测物质，再使用合适的溶剂选择性洗脱被测物质。

目前，固相萃取（SPE）是一种用途广泛而且越来越受欢迎的样品前处理技术，具有有机溶剂用量少、便捷、安全、高效等特点。

SPE 大多数用来处理液体样品，萃取、浓缩和净化其中的半挥发性和不挥发性化合物，也可用于固体样品，但必须先处理成液体。

上图为：全自动多通道固项萃取仪 SPE432

三、 GPC 凝胶净化系统能做什么

目前在对各类食品样品、环境样品（水、土壤）、农产品等各类样品的农药残留、半挥发性有机物分析时，一般在有机样品萃取物中含有大分子的物质, 例如色素、油脂, 聚合物和蛋白质，在进行 GC 或 GC/MS 分析之前,如果不去除掉这些大分子物质, 它们将聚集在 GC 或 GC/MS 进样口和分析柱，凝结在 GC 检测器的内部，由于大分子的干扰妨碍了物质的识别, 并且导致色谱效率的明显损失，在影响数据分析的同时，色谱柱分离效率降低、进样口和色谱柱的使用寿命随之缩短。因此，农药残留、半挥发性有机物的样品分析前必须进行有效的净化前处理。

凝胶渗透色谱（GPC）作为样品净化的手段之一，已经被证明是适应各种有机样品的最通用、最便捷的样品净化技术。GPC净化相对于其他吸附净化技术，GPC 净化样品损失低，重现性好；样品经过 GPC净化后，可提高分析结果的精确度，获得更低的检测限，降低分析设备的使用成本和维护成本。凝胶渗透色谱（GPC）也被称为空间排阻色谱（SEC），其原理是空间尺寸排阻的分离机理，根据样品中各组分分子大小不同，流经不同大小的多孔填料时，在填料滞留时间不同而达到分离，实现不同分子量大小物质的分离。

样品用 GPC 柱进行净化分离时，油脂、色素等大分子物质（通常分子量大于 600）首先流出，随后流出的是农药、多氯联苯、半挥发性有机物、二恶英等（分子量多为 200～400 之间），据此分离时间上的差异，大分子的油脂等杂质可以高效的去除。 GPC 技术在有毒药物残留分析检测中优异的净化效果使其在国内外获得较为广泛的应用,它已成为美国环保局（EPA）,食品与医药品管理（FDA）,美国分析化学协会（AOAC）及欧州(EN)法定方法。 EPA3640A 方法明确地描述了GPC 净化技术的操作规范，并已经成熟地应用到环保等领域。

四、浓缩技术

浓缩是实验室最常用的处理手段之一，目的是提高样品液的浓度或者转换不同的溶剂等。常见的浓缩有氮吹、旋转蒸发、冷冻浓缩、真空浓缩等等方式，是样品前处理过程中必不可少的辅助手段，浓缩以后最终定容到所需体积，然后使用分析仪器进行检测。浓缩的效率以及定容时的准确度把握，也是整个正处理过程中的一个终点。

五、多种前处理手段的联用

在实验分析过程中，步骤越多，转移越多，可能带来的误差就会越大。在实验室仪器的不断摸索过程中，前处理技术的联用也得到了很好的发展。对于有些特殊样品，在用 GPC凝胶渗透色谱净化处理后，仍然有些干扰物与一些农残等目标化合物分子量非常接近，无法去除干净，仍然会影响我们样品的分析，为了去除这些干扰物，在样品通过 GPC 凝胶渗透色谱净化处理后，可将样品再通过固相萃取系统进行净化，这样使样品得到全方位、多层次的净化效果。另外，为了减少转移，GPC、SPE与浓缩的任意在线使用也可以将误差降到最低。