1、1.6.3 分析測(cè)試質(zhì)量保證,1.6.3.1 分析測(cè)試質(zhì)量保證的內(nèi)容與目標(biāo) 1.6.3.2 取樣的質(zhì)量保證 1.6.3.3 分析測(cè)試過(guò)程的質(zhì)量控制 1.6.3.4 分析測(cè)試的質(zhì)量評(píng)價(jià),推薦： 分析儀器手冊(cè)，朱良漪主編，化學(xué)工業(yè)出版社，1997,1.6.3.1 分析測(cè)試質(zhì)量保證的內(nèi)容與目標(biāo),分析測(cè)試質(zhì)量保證(quality assurance of analytical test)是將統(tǒng)計(jì)學(xué)和系統(tǒng)工程與特定的生產(chǎn)或測(cè)量 實(shí)踐的結(jié)合。 通過(guò)一系列的質(zhì)量控制、質(zhì)量審核和質(zhì)量評(píng)價(jià)達(dá) 到經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確、可信的預(yù)期目標(biāo)。 分析測(cè)試是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)！誤差來(lái)源很多！ 質(zhì)量保證的任務(wù)就是把所有的誤差減小到預(yù)期的 水

2、平。 恰到好處！,質(zhì)量控制工作不僅是一項(xiàng)具體的技術(shù)工作，而且 也是一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室管理工作，如科學(xué)的實(shí)驗(yàn)室管理 制度、正確的操作規(guī)程以及分析工作者的技術(shù)考 核等。 分析測(cè)試質(zhì)量保證的目標(biāo)：保證測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量， 使分析測(cè)試建立在可靠的基礎(chǔ)之上。 分析測(cè)試的質(zhì)量保證可分為取樣的質(zhì)量保證和分 析檢測(cè)系統(tǒng)的質(zhì)量保證兩個(gè)方面。,1.6.3.2 取樣的質(zhì)量保證,樣品是從大量物質(zhì)中選取的一部分物質(zhì)。由于 總體物質(zhì)的不均勻性，用樣品的測(cè)定結(jié)果推斷 總體必然引入誤差，該誤差稱(chēng)為取樣誤差。 可分為隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。 增加取樣次數(shù)，加大取樣量，可以減少取樣的 隨機(jī)誤差。 系統(tǒng)誤差只有通過(guò)嚴(yán)格的取樣質(zhì)量保證工作避免或 消

3、除。,這里ET,Em和Es分別表示取樣和測(cè)量的總誤差，測(cè)量 誤差和取樣誤差。 Ingamells取樣常數(shù)法估算最小取樣量,式中m是每個(gè)樣品的質(zhì)量，CV是樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差，Ks是 Ingamells取樣常數(shù)，它為CV=1%時(shí)的最小取樣量。 例如，先測(cè)定n個(gè)質(zhì)量為m的樣品，算出平均值及標(biāo)準(zhǔn)差，再算 出CV，由m與CV的乘積估算出Ks，再根據(jù)給定的取樣誤差估算 出最小取樣量。,取樣誤差的估算：,1.6.3.3分析測(cè)試過(guò)程的質(zhì)量控制,分析測(cè)試過(guò)程包括樣品的處理、測(cè)量方法和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn) 的選用，測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)，測(cè)定數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和報(bào) 告測(cè)量結(jié)果。 其中每個(gè)環(huán)節(jié)都與測(cè)量者的操作技術(shù)、理論知識(shí)和質(zhì) 量意識(shí)密切相

4、關(guān)，并受實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件、所用化學(xué)試 劑、輔助設(shè)備的影響。 隨著痕量分析技術(shù)的發(fā)展，日益重視分析測(cè)試過(guò)程中 的質(zhì)量控制，以避免過(guò)失，最大限度地減小系統(tǒng)誤差， 提高測(cè)量的準(zhǔn)確度和精密度。,1.6.3.3分析測(cè)試過(guò)程的質(zhì)量控制,A樣品處理與回收率 回收率是樣品處理過(guò)程的綜合指標(biāo)，也是估計(jì)分析結(jié)果準(zhǔn)確度 的主要依據(jù)之一。通常采用“加標(biāo)回收法”(即在樣品中加入標(biāo) 準(zhǔn)物質(zhì))測(cè)定回收率，確定準(zhǔn)確度和發(fā)現(xiàn)方法的系統(tǒng)誤差。,對(duì)例行分析回收率控制指標(biāo)的原則規(guī)定如下,B分析空白的控制與校正,分析空白及其作用 空白包括樣品中被測(cè)組分的污染(正空白)、樣品中被測(cè)組分的 損失(負(fù)空白)和儀器噪聲產(chǎn)生的空白。 對(duì)痕量或超痕

5、量組分分析結(jié)果的報(bào)告方法有如下規(guī)定,其中sB為空白試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差。,分析空白的控制 (1)消除或控制實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)樣品的污染；(2)化學(xué)試劑 對(duì)樣品中被測(cè)組分的污染隨試劑純度和用量而變； (3)儲(chǔ)存、處理樣品所用的器皿，如材質(zhì)不純或未洗 滌干凈均可污染樣品；(4)避免分析者對(duì)樣品的污染。 空白試驗(yàn) 是指采用去離子水代替試樣的測(cè)定，其所加試劑和操 作步驟與試樣測(cè)定完全相同。 根據(jù)空白試驗(yàn)值及標(biāo)準(zhǔn)差，對(duì)試樣測(cè)定值進(jìn)行空白校 正。,C 測(cè)定方法的適用性 測(cè)量方法的類(lèi)別與等級(jí) 標(biāo)準(zhǔn)方法分為如下三類(lèi)：(1)檢測(cè)產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格的普及 型標(biāo)準(zhǔn)方法；(2)為貫徹某些法規(guī)而開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)方法， 稱(chēng)為官方方法；例如，美國(guó)官方

6、分析化學(xué)家協(xié)會(huì)擬定 了用于分析食品、藥物、肥料、農(nóng)藥、化妝品的標(biāo)準(zhǔn) 方法，以保證有關(guān)農(nóng)業(yè)和公共健康法則的貫徹。(3)基 礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)方法。,根據(jù)方法的準(zhǔn)確度或精密度水平，可將化學(xué)測(cè)量方法 分為如下6個(gè)等級(jí),測(cè)量方法的主要技術(shù)參數(shù)和控制指標(biāo) 主要技術(shù)參數(shù)： 線性范圍； (2) 準(zhǔn)確度； (3) 精密度； (4) 靈敏度； (5) 檢出限,參考書(shū)：Quality Control in Analytical Chemistry, G.Kateman, L.Buydens A History of Analytical Chemistry, Herbert A. Laitinen, Galen W. Ew

7、ing,測(cè)量方法的主要技術(shù)參數(shù)和控制指標(biāo) (1) 線性范圍：待測(cè)物質(zhì)的量濃度或含量與相應(yīng)測(cè)量?jī)x 器的響應(yīng)值或其他指示量之間的定量關(guān)系曲線稱(chēng)為校準(zhǔn)曲 線。某一方法校準(zhǔn)曲線的直線部分所對(duì)應(yīng)的待測(cè)物質(zhì)的量 濃度或含量的變化范圍，稱(chēng)為該方法的線性范圍。 (2) 準(zhǔn)確度：反映分析方法或測(cè)量系統(tǒng)存在的系統(tǒng)和 隨機(jī)誤差的綜合指標(biāo)，決定分析結(jié)果的可靠性。 評(píng)價(jià)準(zhǔn)確度的方法有兩種：A. 用某一方法來(lái)分析標(biāo)準(zhǔn) 物質(zhì)，據(jù)其結(jié)果確定準(zhǔn)確度；B. 加標(biāo)回收法。 目前對(duì)復(fù)雜樣品分析可能達(dá)到的準(zhǔn)確度水平如下：,(3) 精密度：反映分析方法或測(cè)量系統(tǒng)存在的隨機(jī) 誤差大小。 平行性是指同一實(shí)驗(yàn)室中，當(dāng)分析人員、分析設(shè)備 和分析

8、時(shí)間都相同時(shí)，用同一分析方法對(duì)同一樣品 進(jìn)行雙份或多份平行樣測(cè)定結(jié)果之間的符合程度。 重復(fù)性是指同一實(shí)驗(yàn)室中，當(dāng)分析人員、分析設(shè)備 和分析時(shí)間三因素中至少有一項(xiàng)不相同時(shí)，用同一 分析方法對(duì)同一樣品進(jìn)行兩次或兩次以上獨(dú)立測(cè)定 結(jié)果之間的符合程度。 再現(xiàn)性是指不同實(shí)驗(yàn)室(分析人員、分析設(shè)備甚至分 析時(shí)間都不相同)，用同一分析方法對(duì)同一樣品進(jìn)行 多次測(cè)定結(jié)果之間的符合程度。,(4) 靈敏度：靈敏度隨實(shí)驗(yàn)條件而變化。與發(fā)散性相關(guān)。 是指該方法對(duì)單位濃度或單位量的待測(cè)物質(zhì)的變化所引起 的響應(yīng)值變化的程度。通常用校準(zhǔn)曲線的斜率k來(lái)度量靈敏 度。 可用k/sf表示， sf是線性回歸擬合標(biāo)準(zhǔn)差，可用下式估算：

9、,式中di是第n個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)對(duì)回歸直線的偏離值，n是實(shí)驗(yàn) 點(diǎn)的數(shù)目。,(5) 檢出限： 分析方法的檢出限是在一定的置信概率下能檢出被測(cè) 組分的最小含量(或濃度)，該最小含量所產(chǎn)生的信號(hào)能 與分析空白、儀器噪聲在一定的置信概率下區(qū)分開(kāi)來(lái)。 IUPAC的規(guī)定：在與分析實(shí)際樣品完全相同的條件下， 作不加入被測(cè)組分的重復(fù)測(cè)定(即空白試驗(yàn))，測(cè)定次數(shù) 盡可能多(一般為20次)。算出空白值的平均值和空白值 的標(biāo)準(zhǔn)差sB。在一定置信概率下，與3 sB相對(duì)應(yīng)的被測(cè) 組分的含量qL或濃度cL就是該分析方法的檢出限，即,式中k為校準(zhǔn)曲線的斜率。,測(cè)量方法的校準(zhǔn) 測(cè)量方法校準(zhǔn)的目的是建立測(cè)量信號(hào)與被測(cè)化學(xué) 成分量值的函

10、數(shù)關(guān)系，即物理信號(hào)與化學(xué)成分量 的定量關(guān)系。制作準(zhǔn)確而有效的校準(zhǔn)曲線是獲得 準(zhǔn)確可靠測(cè)量結(jié)果的重要前提。 使用準(zhǔn)確可靠的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn) (2) 消除或者測(cè)定干擾與基體效應(yīng)的影響 大多數(shù)分析測(cè)量方法受樣品中其他組分或主體成分的影響， 而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。通過(guò)選用與被測(cè)樣品組成相同或相近的標(biāo) 準(zhǔn)物質(zhì)就可消除該系統(tǒng)誤差。但有時(shí)很難找到與樣品類(lèi)似的 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，可采用純品配制標(biāo)準(zhǔn)溶液作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。,(3) 控制實(shí)驗(yàn)條件，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 應(yīng)按照如下原則設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：(1)為了盡可能保持測(cè)量樣品 的實(shí)驗(yàn)條件與制作校準(zhǔn)曲線的條件一致，應(yīng)在較短時(shí)間 間隔內(nèi)制作和使用校準(zhǔn)曲線；(2)校準(zhǔn)曲線上的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)數(shù) 最好在5個(gè)以上，且實(shí)驗(yàn)點(diǎn)

11、的量值范圍盡可能寬，以提高 校準(zhǔn)曲線的可靠性和穩(wěn)定性；(3)各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)最好作重復(fù)測(cè) 量取平均值，以減少實(shí)驗(yàn)誤差。,標(biāo)準(zhǔn)分析方法和分析方法標(biāo)準(zhǔn)化 標(biāo)準(zhǔn)分析方法又稱(chēng)分析方法標(biāo)準(zhǔn)，是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的一種。 是權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)某項(xiàng)分析所作的統(tǒng)一規(guī)定的技術(shù)準(zhǔn)則和各 方面共同遵守的技術(shù)依據(jù)。它是公認(rèn)的成熟的方法，并 通過(guò)協(xié)作試驗(yàn)，確定了誤差范圍。 它由權(quán)威機(jī)構(gòu)審批和發(fā)布。 編制和推行標(biāo)準(zhǔn)分析方法的目的是為了保證分析結(jié)果的 重復(fù)性、再現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。不但要求同一實(shí)驗(yàn)室的分析 人員分析同一樣品的結(jié)果一致，而且要求不同實(shí)驗(yàn)室的 分析人員分析同一樣品的結(jié)果也要一致。 標(biāo)準(zhǔn)方法的選定首先要達(dá)到所要求的檢出限，能體現(xiàn)足 夠小的隨機(jī)

12、和系統(tǒng)誤差，對(duì)各種樣品能得到相近的準(zhǔn)確 度和精密度，還要考慮技術(shù)、儀器的現(xiàn)實(shí)條件個(gè)推廣的 可能性。同樣的樣品可選用許多分析方法進(jìn)行測(cè)量. 標(biāo)準(zhǔn)化的必要性！,1.6.3.4 分析測(cè)試的質(zhì)量評(píng)價(jià),質(zhì)量評(píng)價(jià)的目的是讓委托方或主管部門(mén)相信 分析測(cè)量結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的，能滿足預(yù)期要求， 或者測(cè)量實(shí)驗(yàn)室具有進(jìn)行某一測(cè)量工作的能力， 有提供準(zhǔn)確、有效測(cè)量結(jié)果的組織和技術(shù)保證。 從而達(dá)到在國(guó)際貿(mào)易和技術(shù)交流中雙邊相互承 認(rèn)測(cè)量結(jié)果的目的。 質(zhì)量評(píng)價(jià)的任務(wù)是對(duì)分析結(jié)果是否可取做 出判斷。分為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)和實(shí)驗(yàn)室間的質(zhì)量評(píng)價(jià)。,幾種常用的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法： A質(zhì)量控制圖(graph of quality control)

13、質(zhì)量控制圖是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖解，是用來(lái)判斷統(tǒng)計(jì)控制的標(biāo)準(zhǔn)， 也是鑒別失控原因的方法。它是簡(jiǎn)單、直觀、有效的統(tǒng)計(jì)技 術(shù)之一，在實(shí)驗(yàn)工作中的作用： 可以及時(shí)直觀地展示分析過(guò)程是否處于統(tǒng)計(jì)控制中。它能 夠指出在什么時(shí)間、什么位置和多大置信水平下發(fā)生了問(wèn) 題； (ii) 可以對(duì)被控制過(guò)程特性作出估計(jì)； 是例行實(shí)驗(yàn)工作決定觀測(cè)值取舍的最好標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)； 是檢驗(yàn)各實(shí)驗(yàn)室間數(shù)據(jù)是否一致的有效方法； 可檢驗(yàn)測(cè)量過(guò)程是否有明顯的系統(tǒng)誤差，并能指出誤 差的方向。,質(zhì)量控制圖,表示測(cè)量過(guò)程的一個(gè)特定的統(tǒng)計(jì)值隨抽樣順序的變化。,舉例：10個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定了橡膠中ZnO的含量，測(cè)定結(jié)果如下表 所示，試比較實(shí)驗(yàn)室間數(shù)據(jù)的一致性。,

14、由上圖可知，除9號(hào)實(shí)驗(yàn)室外，其他各實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)值的變動(dòng)性 是一致的。,由上圖可知，3，5，8和10號(hào)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)定結(jié)果在控制限之外，6 號(hào)和9號(hào)的結(jié)果接近上控制限，只有4個(gè)實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果在控制限之 內(nèi)。這表明不同實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果間的變動(dòng)性大于同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)重 復(fù)測(cè)定結(jié)果的變動(dòng)性，不同實(shí)驗(yàn)室的測(cè)定結(jié)果之間可能存在系統(tǒng) 誤差。,B 對(duì)照分析 在分析樣品的同時(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或由權(quán)威部門(mén)制備的合成標(biāo)準(zhǔn) 樣進(jìn)行平行分析。只要標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果與保證值一致，便 表明分析工程是有效的，未知樣品的分析結(jié)果也是可靠的。是 考核人員的一種方法。 C 雙樣品法 為檢查實(shí)驗(yàn)室間是否操作系統(tǒng)誤差，它的大小和方向以及對(duì)分析 結(jié)果的可

15、比性是否有顯著影響，可用雙樣品法對(duì)有關(guān)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行 誤差檢驗(yàn)。 該方法是將兩個(gè)濃度不同(分別為xi,yi，兩者相差5)，但很類(lèi) 似的樣品分發(fā)給各實(shí)驗(yàn)室，分別對(duì)其做單次測(cè)定，其結(jié)果表示 為xi,yi。,D熟練實(shí)驗(yàn)(proficiency testing) 是權(quán)威機(jī)構(gòu)為核驗(yàn)和評(píng)價(jià)例行檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果可靠性和實(shí) 際測(cè)量能力而組織的實(shí)驗(yàn)。是評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試能力的一種方法。 E實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證(laboratory accreditation) 是對(duì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行某個(gè)領(lǐng)域或特定類(lèi)型測(cè)量能力的正式承認(rèn)。 在中國(guó)稱(chēng)為計(jì)量認(rèn)證，是計(jì)量行政主管部門(mén)對(duì)向社會(huì)提供公正數(shù) 據(jù)的技術(shù)機(jī)構(gòu)，從事計(jì)量鑒定或測(cè)試的實(shí)際能力、可靠性和

16、公正 性所進(jìn)行的考核和證明。 經(jīng)認(rèn)證合格的實(shí)驗(yàn)室，由國(guó)家認(rèn)證機(jī)構(gòu)發(fā)給有一定期限的證書(shū)， 證明該實(shí)驗(yàn)室有為社會(huì)提供公正數(shù)據(jù)的能力和資格。在證書(shū)規(guī)定 的范圍內(nèi)提供的數(shù)據(jù)可用于貿(mào)易出證、產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定、成果鑒定 等需要公正數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，并且具有法律效力。,實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證的程序（有相關(guān)文件規(guī)定）要點(diǎn)： (1) 權(quán)威性；國(guó)際間的相互承認(rèn) (2) 公正性； (3) 溯源性；國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn) (4) 有效性。,第二章,樣品的取樣、處理與制備,2.1導(dǎo)言 2.2取樣 2.3樣品制備,分析過(guò)程主要由如下5個(gè)環(huán)節(jié)組成：,樣品采集,樣品預(yù)處理,樣品測(cè)定,數(shù)據(jù)分析,結(jié)果報(bào)告,2.1導(dǎo)言,圖2.1 分析過(guò)程的主要步驟,圖2.2 液

17、相色譜分析過(guò)程中誤差來(lái)源分配圖,2.2取樣,分析對(duì)象千差萬(wàn)別、種類(lèi)繁多(固體、液體和氣體，金 屬、礦石、土壤、食品、醫(yī)藥、血、尿、毛發(fā)等)；分 析對(duì)象的數(shù)量可以驚人的巨大，如一輪船礦石、石油 可以上萬(wàn)噸；也可以是十分稀少，如天外來(lái)客、古代 文物、體液等。 不可能將“整體”拿來(lái)作分析測(cè)定，也不能任意抽取一 部分作分析。 取樣要有代表性！ 參考書(shū)：“樣品前處理儀器與裝置”，李攻科等,試樣（又稱(chēng)樣品）的定義是：自整體中取出的可 代表其組成和質(zhì)量的一小部分。 從整體抽出代表性的部分的過(guò)程稱(chēng)為取樣。 取樣可分為選擇性取樣、客觀性取樣（隨機(jī)取樣) 。 按照一定的程序?qū)⑷〉玫臉悠纺ニ?、研磨、過(guò) 濾、混勻、縮

18、分，直至取得足夠分析測(cè)定和重 復(fù)測(cè)定用的試樣，該過(guò)程稱(chēng)為制樣。 樣品的制備包括三個(gè)基本步驟：樣品采集、樣品保存 和樣品制備。,2.2.1 固態(tài)樣品的取樣 固態(tài)樣品包括礦物、土壤、沉積物、食品、 藥片和膠囊、高分子和金屬材料以及生物組 織樣品等。 固體樣品的成分分布通常不均勻，取樣應(yīng)保 證采集的樣品能夠代表被分析的對(duì)象。針對(duì) 不同來(lái)源的樣品，取樣方式有所不同。 固體樣品在保存過(guò)程中有可能發(fā)生化學(xué)組成 的變化。,地質(zhì)礦樣的采集和制備： 樣品的采集量可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： QKd2(2.1) 式中Q為采集試樣的最低質(zhì)量(Kg)，d為試樣中最大顆粒 的直徑(mm)，K為樣品特性常數(shù)(0.02-1)。取樣之

19、后要用 機(jī)械方法將樣品粉碎，然后經(jīng)過(guò)過(guò)篩、混勻、縮分等步 驟，制得均勻而有代表性的試樣。從大量取樣制得 10300 g分析試樣。,圖2.3 敞車(chē)取樣模式 適用于卡車(chē)或駁船,(2) 食品檢驗(yàn)的取樣 通常取樣對(duì)象的數(shù)量是總數(shù)的平方根 人為污染 綠色壁壘,圖2.4 隨機(jī)取樣方法示例,圖2.5 取樣器示例,2.2.2 液態(tài)樣品的取樣 液態(tài)樣品包括溶劑、飲料(如牛奶和果汁)、自然界 樣品(如湖水和河水等)、體液(如血液等)以及懸浮 液(如各種口服液)等。 代表性！ 例如水質(zhì)分析和廢水分析。地表水受流速和深度的 影響。對(duì)于流速快的河流，可采用簡(jiǎn)單取樣；對(duì)于 流速較慢的河流或湖水，必須考慮樣品在不同深度 的

20、分布。,在采集液態(tài)樣品時(shí)，還必須注意容器的材料。 例如，分析有機(jī)物、殺蟲(chóng)劑和油污時(shí)，由于 這些物質(zhì)與塑料表面相互作用，應(yīng)該選用玻 璃容器；分析痕量金屬離子時(shí)，由于玻璃容 器對(duì)金屬離子有吸附作用，應(yīng)該選用塑料容 器。,表2.1 水質(zhì)和廢水分析中樣品的保存方法及時(shí)間,2.2.3 氣態(tài)樣品的取樣 氣態(tài)樣品包括汽車(chē)尾氣、工業(yè)排氣、大氣和壓縮氣， 同時(shí)也包括氣溶膠中的固體顆粒。 大多數(shù)情況下，采用固體吸附或過(guò)濾的方法采集氣態(tài) 樣品。吸附的方法用于采集揮發(fā)以及半揮發(fā)樣品；過(guò) 濾適用于不揮發(fā)樣品。 氣態(tài)樣品一般比較穩(wěn)定，不需要特殊保存。可通過(guò)熱 解吸或溶劑萃取的方式將樣品與吸附劑分離。,2.2.4 生物樣品

21、采集 血液、尿液、腦脊液、唾液、汗液、毛發(fā)等 注射器 量 糖尿病血液 興奮劑尿液（75ml,1小時(shí)內(nèi)） 拿破侖毛發(fā) 特點(diǎn)：樣品量少！,2.3樣品制備 Why? 除X射線熒光光譜、紅外光譜等非常少 的幾種分析技術(shù)無(wú)需樣品處理外，大部 分分析方法或技術(shù)均需要樣品處理。 外太空探索中常用的分析儀器,通常樣品制備步驟必須能夠?yàn)闃悠窚y(cè)定提供如下條 件或?qū)崿F(xiàn)如下目標(biāo)： (1)樣品溶于合適的溶劑（對(duì)于測(cè)定液體樣品的分析 方法); (2) 基底干擾被除掉或者大部分被除掉; (3) 最終待測(cè)的樣品溶液的濃度范圍適合于所選定的 分析方法; (4) 方法符合環(huán)保要求; (5) 方法容易自動(dòng)化。,2.3.1 有機(jī)樣品

22、的制備 有機(jī)樣品按照形態(tài)，可以分類(lèi)為揮發(fā)、半揮發(fā)和不揮 發(fā)樣品。樣品的初始形態(tài)可以是固態(tài)、半固態(tài)（包括 霜膏、凝膠、懸浮液和膠體），液態(tài)和氣態(tài)。揮發(fā)性 物質(zhì)通常用氣相色譜分析。有關(guān)樣品預(yù)處理技術(shù)有簡(jiǎn) 單取樣、固相俘獲、液阱、頂空采樣、動(dòng)態(tài)頂空技術(shù) 以及熱萃取等。,表2.2 氣體樣品制備技術(shù),相對(duì)于氣體和固體及半固體樣品而言，液體 樣品比較容易，通常僅需要將樣品用合適的 溶劑稀釋。 對(duì)于液體樣品，分析化學(xué)工作者更關(guān)心的是 基底的干擾、分析物的濃度是否合適以及與 所選的分析方法是否匹配等。,表2.3 常用溶液和懸浮液樣品制備方法,有機(jī)固體及半固體樣品的處理過(guò)程要復(fù)雜一些，存在 兩種情形： 若要分析

23、整個(gè)樣品，所有成分必須完全溶解；若對(duì)樣 品中的成分進(jìn)行選擇性測(cè)定，則待測(cè)組分需要與基底 分離。對(duì)于易溶解的鹽和藥片等，則只需要選擇適當(dāng) 的溶劑即可。如果樣品不溶于普通溶劑，則要考慮將 待測(cè)組分提取出來(lái)，常用的技術(shù)有過(guò)濾、固-液萃取、 索氏(Soxhlet)萃取、超臨界流體萃取和超聲萃取等。,2.3.2 無(wú)機(jī)樣品的制備 樣品干燥：一般認(rèn)為干燥過(guò)程中減少的質(zhì)量為水分。應(yīng)注意易 揮發(fā)物的損失。 包括冷凍干燥、傳統(tǒng)的烘箱干燥、放入保干器中 平衡、真空干燥、紅外和微波爐干燥等。 2. 樣品的溶解 大部分固體溶液 A. 水溶法：能夠全部溶解于水(或其它溶劑)。 酸溶法：例如王水(HCl:HNO3為1:3)

24、能夠溶解Au、 Pt等。,C. 堿溶法：例如溶解兩性金屬Al、Zn及其合金。 D. 熔融法： 熔融法是將難以被水、酸、堿溶解的試樣與溶劑相 混合，加熱至高溫，利用發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)，使試樣 的全部組分轉(zhuǎn)化為易溶于水、酸、堿的物質(zhì)。 實(shí)驗(yàn)難度大，是不得己而用的方法。 E. 干式灰化法： 為了測(cè)定有機(jī)試樣或生物試樣中的一些元素，需要將 試樣破壞，將待測(cè)元素轉(zhuǎn)化為一便于測(cè)定的狀態(tài)。 樣品的消化： 通常借助于酸和加熱。安全和特殊的 容器！,表2.4 硝酸及其混合酸消化無(wú)機(jī)樣品,為什么常采用硝酸？,3 微波方法在樣品制備中的應(yīng)用 微波消解方法的出現(xiàn)大大加快了樣品的消解速度， 并有可能為樣品處理和分析的自動(dòng)

25、化提供條件。 處理生物樣品該方法僅需要515分鐘，傳統(tǒng)方法1 2小時(shí)。,圖2.6 波導(dǎo)型微波系統(tǒng),極稀溶液分析物的穩(wěn)定性 在濃度極稀(例如10-9g/g)的情況下，分析物表現(xiàn)出濃 度不穩(wěn)定性，主要原因是容器壁的吸附。 吸附機(jī)理主要有： 物理吸附； 化學(xué)吸附； 滲入。,表2.5 pH對(duì)各種材料的容器吸附無(wú)機(jī)離子的影響,第三章,常用分離與富集方法,分析測(cè)定中常用的分離方法有揮發(fā)法（包括蒸餾、冷凍干燥等）、 萃取法（連續(xù)萃取、固相萃取和超臨界流體萃取等）、色譜法、 毛細(xì)管電泳法、離子交換法，浮選法，膜分離法以及沉淀法等。 3.1導(dǎo)言 3.2沉淀分離法 3.3萃取分離法 3.4膜分離法 3.5相變分離

26、法 3.6浮選分離法 3.7 毛細(xì)管電泳法,干擾的消除分離、富集與掩蔽,干擾是指在分析測(cè)試過(guò)程中，由于非故意原因?qū)е聹y(cè)定 結(jié)果失真的現(xiàn)象（有意造成的失真稱(chēng)為過(guò)失?。?。主要 是由于樣品中與待測(cè)組分性質(zhì)相似的共存物引起的，或 者是某種外因給出與待測(cè)組分相同的信號(hào)響應(yīng)，從而產(chǎn) 生錯(cuò)誤的結(jié)果。 干擾是產(chǎn)生分析誤差的主要來(lái)源。消除干擾是一門(mén)藝 術(shù)，是分析測(cè)試最耗時(shí)費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)。 消除干擾的主要方法是分離、富集和掩蔽。,3.1導(dǎo)言,3.2沉淀分離法 根據(jù)溶解度的不同，控制溶液條件使溶液中化合物或離 子分離的方法統(tǒng)稱(chēng)為沉淀分離法。 對(duì)于金屬離子的分離，根據(jù)沉淀劑的不同，可分為無(wú)機(jī) 沉淀劑分離法、有機(jī)沉淀劑

27、分離法和共沉淀分離富集法。 3.2.1 無(wú)機(jī)沉淀劑分離法 最有代表性的無(wú)機(jī)沉淀劑有NaOH、NH3、H2S等。 大多數(shù)金屬離子都能生成氫氧化物沉淀，但沉淀的溶解度往往 相差很大，有可能借控制酸度的方法使某些金屬離子彼此分離。 金屬離子分離的最宜pH范圍與計(jì)算值常會(huì)有出入，必須由實(shí)驗(yàn) 確定。,采用NaOH作沉淀劑可使兩性元素與非兩性元素 分離，兩性元素便以含氧酸陰離子形態(tài)保留在 溶液中，非兩性元素則生成氫氧化物沉淀。 在銨鹽存在下以氨水為沉淀劑（pH8-9）可使 高價(jià)金屬離子如Th4+、Al3+、Fe3+等與大多數(shù) 一、二價(jià)金屬離子分離。此時(shí)，Ag+、Cu2+、 Ni2+、Zn2+、Cd2+等以

28、氨絡(luò)合物形式存在于溶 液中，而Ca2+、Mg2+因其氫氧化物溶解度較大， 也會(huì)留在溶液中。此外，還可加入某種金屬氧 化物（如ZnO）或有機(jī)堿如 (CH2)6N 4等來(lái)調(diào) 節(jié)和控制溶液的酸度，以達(dá)到沉淀分離的目的。,硫化物沉淀法與氫氧化物沉淀法相似，不少金屬硫化 物的溶度積相差很大，可以借控制硫離子的濃度使金 屬離子彼此分離。 在常溫常壓下，H2S飽和溶液的濃度大約與H+2呈反 比，因此，可以通過(guò)控制溶液酸度的方法來(lái)控制溶液 中硫離子的濃度，以實(shí)現(xiàn)分離的目的。 例如，往氯代乙酸緩沖溶液中通入H2S，則使Zn2+沉淀 為ZnS而與Fe2+，Co2+，Ni2+，Mn2+分離。 硫化物共沉淀現(xiàn)象嚴(yán)重，

29、分離效果常常不理想，加之 H2S有毒氣味難聞，現(xiàn)在硫化物沉淀分離法應(yīng)用不廣泛。,3.2.2 有機(jī)沉淀劑分離法 有機(jī)沉淀劑種類(lèi)繁多、選擇性高、共沉淀不嚴(yán)重、沉淀晶形 好、在較低溫度下就能夠除掉水分。 例如： 丁二酮肟在氨性溶液中，在酒石酸存在下，它與鎳的反應(yīng)幾乎 是特效的:,在弱酸性溶液中也只有Pd2+、Ni2+與它生成沉淀。,例如： 銅鐵試劑在1：9 H2SO4中可定量沉淀Fe3+、Th4+、V(V)等而 與Al3+、Cr3+、Co2+、Ni2+等分離。 8-羥基喹啉能與許多金屬離子在不同pH下生成沉淀，可通 過(guò)控制溶液酸度和加入掩蔽劑來(lái)分離某些金屬離子。在8- 羥基喹啉分子中引入某些基團(tuán)，也

30、可以提高分離的選擇性。 例如：與Al3+、Zn2+均生成沉淀，而2-甲基8-羥基喹啉不能 與Al3+生成沉淀，仍能與Zn2+生成沉淀，可使Al3+與Zn2+分離。 可參考有機(jī)分析試劑手冊(cè),3.2.3 共沉淀劑分離富集法 在定量分析課程中討論共沉淀現(xiàn)象時(shí)，主要考慮它的消極 方面。但在微量組分測(cè)定中，卻往往利用共沉淀現(xiàn)象來(lái)分 離和富集那些含量極微的不能用常規(guī)沉淀方法分離出來(lái)的 組分。 例如，自來(lái)水中微量鉛的測(cè)定，因鉛含量甚微，測(cè)定前需 要預(yù)富集。若采用濃縮的方法會(huì)使干擾離子的濃度同樣地 提高，但采用共沉淀分離富集的方法則較合適。為此，通 常是往大量自來(lái)水中加入Na2CO3, 使水中的Ca2+轉(zhuǎn)化為

31、CaCO3 沉淀或特地向其中加CaCO3并猛烈搖動(dòng)，水中的就Pb2+會(huì)被 CaCO3沉淀載帶下來(lái)?？蓪⑺贸恋碛蒙倭克崛芙?，再選適 當(dāng)方法測(cè)定鉛。 上述方法中所用的共沉淀劑（載體）是CaCO3，屬于無(wú)機(jī)共 沉淀劑。這類(lèi)共沉淀劑的作用機(jī)理主要是表面吸附或形成 混晶，而把微量組分載帶下來(lái)。,3.2.4提高沉淀劑分離選擇性的方法 (1) 控制溶液的酸度 這是最常用的方法,前面提到的氫氧化物沉淀分離、硫化物 沉淀分離都是控制溶液酸度以提高沉淀選擇性的典型例子。 (2) 利用絡(luò)合掩蔽作用 利用掩蔽劑提高分離的選擇性是經(jīng)常被采用的手段。 例如，往含Cu2+、Cd2+的混合溶液中通入H2S時(shí)，它們都會(huì)生成

32、硫化物沉淀；若在通H2S之前，加入KCN溶液，由于Cu2+與CN-反 應(yīng)生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，便不再被H2S沉淀；而Cd2+雖也生成 Cd(CN)42-絡(luò)合物，但穩(wěn)定性差，仍將生成CdS沉淀，這樣就能 使Cu2+與Cd2+分離了。,又如Ca2+和Mg2+間的分離問(wèn)題，若用(NH4)2C2O4作沉淀劑沉淀 時(shí)，部分MgC2O4也將沉淀下來(lái)，但若加過(guò)量(NH4)2C2O4，則 Mg2+與過(guò)量C2O42-會(huì)形成Mg(C2O4)2絡(luò)合物而被掩蔽，這樣便可 使Ca2+和Mg2+分離。 在沉淀分離中應(yīng)用EDTA作掩蔽劑，可以有效地提高了分離效果。 以草酸鹽形式分離Ca2+和Pb2+就是一例：PbC2O4在水溶

33、液中的 溶解度比CaC2O4小，但在EDTA存在下，并控制一定酸度，就能 選擇性地沉淀Ca2+而使之與Pb2+分離。,EDTA- 乙二胺四乙酸,(3) 利用氧化還原反應(yīng) 許多元素可以處于多種氧化態(tài)，而不同氧化態(tài)與同一種試劑 的作用常不同，通過(guò)預(yù)先氧化或還原，改變離子的價(jià)態(tài)，可 以實(shí)現(xiàn)分離的目的。 例如，F(xiàn)e3+與Cr3+的分離，用氨水為沉淀劑是不能使兩者分離 的，如果先把Cr3+氧化成CrO42-，則CrO42-就不會(huì)被氨水沉淀 了，這樣就能將鐵和鉻定量分離。 再如，在巖石分析中，Mn2+含量不高，往往僅部分地與氧化 物Fe2O3和Al2O3等一起沉淀，仍有一部分留在溶液中，就會(huì) 干擾以后對(duì)C

34、a2+、Mg2+的測(cè)定。為此，可先把Mn2+氧化到Mn(IV)， 由于MnO(OH)2溶解度小，就可與上述氧化物一起定量沉淀， 從而消除了Mn2+對(duì)Ca2+、Mg2+測(cè)定的干擾。,作業(yè)2： (1)對(duì)于常量(組分)分析、微量分析以及 痕量分析中試劑用量或含量的范圍各 為多少？誤差的范圍各為多少？ (2)分析檢測(cè)質(zhì)量保證的涵義是什么？ (3)控制圖的概念是什么？ (4)選擇樣品制備方法時(shí)應(yīng)該注意哪些問(wèn)題， 應(yīng)該保證或達(dá)到哪些目的？,樣品的取樣、處理和制備 代表性！ 常用富集與分離方法 沉淀分離法,3.3萃取分離法,萃取是將所要分析的化合物從一種溶液 （如水相）轉(zhuǎn) 移到另外一種不相混溶的溶液中（通常

35、為有機(jī)相）或 者從固體中將化合物提取到液相中的方法。前者是 液-液萃取，后者是固-液萃取。 最近由于可反應(yīng)固定相的發(fā)展，可以將物質(zhì)從液相中 萃取到固定相中，這一新技術(shù)被稱(chēng)為固相萃取。,3.3.1 萃取分離的基本原理 當(dāng)與水互不相溶的有機(jī)溶劑（有機(jī)相）和水溶液（水相）一 起混合振蕩時(shí)，由于一些組分的疏水性而從水相轉(zhuǎn)入有機(jī)相， 而親水性的組分留在水相中，這樣就實(shí)現(xiàn)了分離和提取。 無(wú)機(jī)化合物的溶劑萃取可以追溯到十九世紀(jì)。1892年，Rothe 和Hanroit分別用二乙醚萃取了鹽酸中的鐵之后，這一方法被 應(yīng)用于從共存金屬離子中分離鐵。,1891年Nernst從熱力學(xué)的角度闡述了分配定律：假定化合 物

36、A在水相和與水不相溶的有機(jī)相中都沒(méi)有達(dá)到飽和,當(dāng)分 配達(dá)到平衡時(shí)，如果A在兩相中存在的形式相同，則A在 水相和有機(jī)相中的濃度之比在給定的溫度下是常數(shù)。該常 數(shù)記作KD，稱(chēng)作分配系數(shù)：,嚴(yán)格地講活度之比才為常數(shù)。只有中性分子才可被萃取， 而中性分子的活度受介質(zhì)影響較小，所以在應(yīng)用分配定律 時(shí)可用濃度代替活度。,(3.1),定義化合物A在兩相中各形式濃度和之比為分配比 （Distribution ratio）,以D表示：,當(dāng)化合物A在兩相中的存在形式相同時(shí)，分配比就是分配系 數(shù)，是常數(shù)。在其它情形下，分配比不是常數(shù)，且隨介質(zhì)條 件改變而變化。,(3.2),萃取率是衡量萃取的總效果的量，常用E表示：

37、,即,R=V水/V有 相比,(3.3),(3.4),圖3.1 當(dāng)R=1時(shí)分配比與萃取率的關(guān)系曲線,D,當(dāng)D不高時(shí)，萃取不完全，可采用多次萃取以 提高萃取率。例如，對(duì)于n次萃取，萃取率為：,(3.5),3.3.2 萃取平衡 A 萃取劑在兩相中的分配 大多數(shù)萃取劑是有機(jī)弱酸（堿），它們的中性形式具有疏水 性，易溶于有機(jī)相，在水相中主要是它們的各種離解形式 （帶正電荷或負(fù)電荷）。,設(shè)萃取劑是一元弱酸（HL），它在兩相中的平衡可用下式表示：,(3.6),(3.7),從(3.7)式可見(jiàn)：在pH=pKa時(shí), D=KD；當(dāng)pHpKa時(shí)，D將變得很小。,圖3.2乙酰丙酮在水/苯中的分配與pH的關(guān)系,例如在苯/

38、水體系中（圖3.2），乙酰丙酮的KD=5.9，其 pKa=8.9, 則pH7.9時(shí)，D5.9; pH8.9時(shí)，D=5.9/23.0。,圖3.3乙酰丙酮在苯/水體系中各種形式的摩爾分?jǐn)?shù),只要知道KD，Ka，R及水溶液的pH，就可算出萃取劑 各種存在形態(tài)的摩爾分?jǐn)?shù)。,B 金屬離子的萃取,不論萃取的機(jī)理如何，只有中性的化合物才能被萃取到 有機(jī)相。由于這一原因，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，溶劑萃取 并沒(méi)有廣泛應(yīng)用于金屬離子的分離。直到1925年，F(xiàn)ischer 應(yīng)用雙硫腙作為沉淀劑與一些金屬離子形成穩(wěn)定的螯合 物來(lái)分離金屬，他于1934年報(bào)道了應(yīng)用雙硫腙形成螯合 物萃取金屬離子。 金屬離子的萃取，根據(jù)萃取劑的類(lèi)

39、型可分為螯合物萃取、 離子締合物萃取等方式。,B1 螯合物萃取,螯合物萃取中使用的螯合劑, 一般是有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿。 例如，丁二酮肟與鎳，雙硫腙與汞等都是典型的螯合物萃 取體系。為了了解影響螯合物萃取的主要因素，下面對(duì)萃 取平衡作簡(jiǎn)單介紹。 螯合物萃取體系存在幾個(gè)平衡關(guān)系，可用下圖表示：,螯合物萃取體系存在幾個(gè)平衡關(guān)系，可用下圖表示,總的萃取平衡方程式為：,(3.8),該反應(yīng)的平衡常數(shù)可簡(jiǎn)稱(chēng)為萃取常數(shù)，用Kex表示,(3.9),Kex的大小，取決于鰲合物的分配系數(shù)KD(MLn)和累積 穩(wěn)定常數(shù)n，以及鰲合劑的分配系數(shù)KD(ML)和離解常 數(shù)(Ka)。,若水相中只有游離的金屬離子M，有機(jī)相中只

40、有螯合物MLn一種 形式，則式(3.9)可改寫(xiě)成：,(3.10),實(shí)際萃取時(shí)所涉及的平衡關(guān)系要復(fù)雜得多，如螯合劑在兩相中的 分配，以及它在水相中的離解或質(zhì)子化，金屬離子和其他絡(luò)合劑 的副反應(yīng)等等。若考慮水相中的M與有機(jī)相中的HL的副反應(yīng)，它 的條件萃取比D為:,(3.11),在研究金屬鰲合物萃取分離時(shí)，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)作出不同金屬離子 的萃取率E-pH曲線。萃取率為50時(shí)的pH稱(chēng)為pH1/2，即金屬離 子被萃取一半時(shí)的pH。 在E=50%和R=1時(shí)，D=1，因此，式(3.11)可改寫(xiě)為：,(3.12),為使兩種金屬離子達(dá)到定量分離，要求兩者的pH1/2相差約3個(gè)pH 單位(即分離效果達(dá)到99.9%

41、)。,圖3.4以雙硫腙的四氯化碳溶液萃取金屬離子時(shí)酸度對(duì) 萃取率的影響,如何才能使兩種金屬離子的pH差值加大，以達(dá)到定量分離的 目的？ 在萃取條件相同的情況下，若兩種金屬離子的螯合物皆是MLn 形式，則式3-12中右邊的后兩項(xiàng)是相同的。為擴(kuò)大它們間的差 值，必須從前面兩項(xiàng)考慮：（i）擴(kuò)大兩種金屬離子的萃取常數(shù) 的差值。應(yīng)選用螯合物穩(wěn)定常數(shù)相差較大的螯合劑和合適合適 的溶劑，使被萃取的螯合物在有機(jī)相中有較大的分配系數(shù)KD以 及使留在水相中的另一種金屬鰲合物的KD盡可能小。（ii）加 入適當(dāng)?shù)难诒蝿?，使干擾離子的M（A）有更大的值。而被萃取 的金屬離子與掩蔽劑基本無(wú)作用。,螯合物萃取有許多成功的例

42、子，被萃取的金屬離子主要以分光 光度法測(cè)定，比如臨床檢驗(yàn)中血鉛的分離和測(cè)定。結(jié)合使用掩 蔽劑和調(diào)整溶液pH值，可以達(dá)到選擇性萃取Pb的目的。實(shí)驗(yàn)方 案之一如下圖：,B2 離子締合物萃取 陽(yáng)離子和陰離子通過(guò)靜電引力相結(jié)合而形成電中性的化合物 稱(chēng)離子締合物。該締合物具有疏水性，能被有機(jī)溶劑萃取， 例如在HCl溶液中用乙醚萃取FeCl-4時(shí)，溶劑乙醚與H+鍵合生 成離子(CH3CH2)2OH+，該離子與鐵的絡(luò)陰離子締合成 稱(chēng)為yang 鹽的中性分子，可被有機(jī)溶劑萃取，即,(C2H5)2O:H+,FeCl4(C2H5)2O-2,3.3.3 其他萃取方法簡(jiǎn)介 A 連續(xù)萃取 在很多情況下，欲萃取的物 質(zhì)的

43、分配比很低，需要溶劑 的體積非常大，或者需要多 次萃取才能夠?qū)崿F(xiàn)待測(cè)物質(zhì) 的定量萃取。連續(xù)萃取方法 和裝置的建立能夠使得溶劑 被重復(fù)使用，而且滿足有機(jī) 相和水相接觸的時(shí)間足夠長(zhǎng)。 使得這些化合物的萃取分離 或富集成為可能。 例如，以氯仿萃取可樂(lè)中的 咖啡因。,圖3.5 有機(jī)溶劑重于水時(shí)的連續(xù)萃取裝置,圖3.6 索氏提取器,有些固體樣品中待測(cè)成分的分配比較 低，對(duì)于這些物質(zhì)的提取則同樣需要 大量的有機(jī)溶劑。理想的裝置能夠容 納非常細(xì)的固體顆粒以保證與有機(jī)溶 劑有較大的接觸面，而且能夠重復(fù)使 用少量的有機(jī)溶劑。德國(guó)農(nóng)業(yè)化學(xué)家 Franz Ritter von Soxhlet發(fā)明了索氏提 取器, 如

44、圖3.6所示。 儀器由以下幾部分組成：A和C 為 加熱和控溫裝置；圓底燒瓶B中盛 有溶劑；D為萃取腔，E為冷凝管。 加熱時(shí)溶劑流通的方向如箭頭所示。 被萃取物最終流入B中。之后，純 溶劑又從B中蒸發(fā)，重復(fù)圖中所示的 萃取過(guò)程。每一次循環(huán)之后，B中 的萃取物的濃度都在增加。,B 固相萃取 固相萃取屬液固分離,物質(zhì)從液相被萃取到固相。固相萃取柱的 原理與色譜分離的原理是相同的。 1978年，Waters公司將該方法推向市場(chǎng)。所用的固相萃取物質(zhì) 是一個(gè)直徑約1cm的鍵合不同種化合物的硅膠多孔盤(pán)。樣品通 過(guò)圓盤(pán)時(shí)，所要的化合物保留在固相圓盤(pán)上。之后可以用幾毫 升甚至小于1mL的溶劑將所要的化合物洗脫下

45、來(lái)。在固相萃取 中，固相可以直接與待萃取的溶液混合來(lái)萃取。但是，最常見(jiàn) 的是將固相填充到一個(gè)很小的柱子中，之后將樣品流過(guò)柱子。 固相萃取的步驟如下圖所示，分為以下五步：（1）選擇合適 的固相萃取柱；（2）平衡柱子；（3）加樣；（4）洗滌柱子； （5）洗脫欲測(cè)組分。針對(duì)不同的樣品的極性等應(yīng)該選擇合適 材料的柱子以及合適的洗脫液等等。,1選柱 2平衡 3加樣 4洗滌 5洗脫,圖3.7 固相萃取過(guò)程,當(dāng)分析痕量物質(zhì)時(shí)，固相萃取方法則比與傳統(tǒng)的液-液萃取具有明 顯的優(yōu)越性：不僅快速，而且節(jié)約了溶劑，避免了濃縮步驟。幾 升的溶液可以通過(guò)萃取柱，痕量組分被保留在柱上，之后用幾毫 升的溶劑便可將組分從柱上洗

46、脫下來(lái)。既將待測(cè)組分從樣品中提 取了了出來(lái)，又達(dá)到了濃縮的目的。固相萃取柱僅有10-15塔板 數(shù)，遠(yuǎn)不及HPLC的柱效。,C 超臨界流體萃取 超臨界流體萃取是氣-固萃取方式。 萃取劑是處于超臨界狀態(tài)下的氣體。 對(duì)于某一特定氣體，當(dāng)溫度和壓力 超過(guò)某一臨界值（臨界溫度Tc和臨界 壓力Pc）后，該氣體便轉(zhuǎn)化為介乎氣 態(tài)和液態(tài)的超臨界狀態(tài)（如左圖）， 形成了超臨界流體。 在超臨界狀態(tài)下， 氣體比絕大多數(shù)液體具有較低的粘度 和近乎于零的表面張力，具有類(lèi)似氣 體的強(qiáng)大穿透能力和有機(jī)溶劑的溶解 度。這一性質(zhì)使得其以更快的速度穿 過(guò)固相，實(shí)現(xiàn)分離的目的。當(dāng)萃取完 全時(shí)，降低壓力，氣體將自動(dòng)揮發(fā)， 萃取下來(lái)的

47、化合物將自動(dòng)得到濃縮。,圖3.8 CO2相圖,氣態(tài),固態(tài),在所有的超臨界流體中，CO2被認(rèn)為是最有效、最 安全和最經(jīng)濟(jì)的萃取劑。當(dāng)壓力和溫度在臨界范圍 內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，CO2具有與有機(jī)溶劑相同的溶解度，因 此能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)有機(jī)物進(jìn)行萃取。,圖3.9 超臨界流體萃取裝置示意圖,超臨界流體萃取裝置由四部分組成：超臨界流體提供系統(tǒng)（泵）、 萃取器、控制器和樣品收集系統(tǒng)。 如上圖所示。從鋼瓶放出的 CO2經(jīng)高壓柱塞泵壓縮形成CO2液體，再經(jīng)閥門(mén)進(jìn)入載有有機(jī)萃取 物的高溫萃取儀中，在超臨界溫度和壓力下的CO2流經(jīng)樣品進(jìn)行超 臨界萃取。隨后CO2攜帶萃取物經(jīng)限流管一同從萃取池（樣品管） 流出并進(jìn)入收集管內(nèi)的回收液

48、中。萃取物被收集在小量溶液內(nèi)， CO2自然揮發(fā)。當(dāng)CO2超臨界流體與萃取物的極型差異較大，而 不能對(duì)樣品進(jìn)行萃取時(shí)，可利用另一個(gè)泵加入改性劑（夾帶劑） 以提高CO2之極性，加強(qiáng)極性樣品的萃取效率。,3.4膜分離法 3.4.1透析分離 透析指利用濃度梯度的差別將低分子量的分子或離子從溶液 中除掉的方法。 透析的應(yīng)用很廣泛。在醫(yī)學(xué)上，腎功能衰竭的病人每三天需 要進(jìn)行血液透析以除去積累在血液中的鹽。在生物制備中， 透析分離法用于除去小分子或鹽。例如，采用透析法除去蛋 白質(zhì)樣品中的微量金屬離子。將蛋白質(zhì)溶液放入透析袋中， 封口，放入純水中。透析膜具有一定的孔徑，只允許小分子 透過(guò)。由于透析袋內(nèi)外的濃度

49、差，金屬離子遷移到透析袋外 的水中，當(dāng)濃度達(dá)到平衡，遷移停止。當(dāng)不斷地更新水，遷 移會(huì)進(jìn)行下去，從而達(dá)到除去金屬離子的目的。,3.4.2液膜分離 液膜分離具有高效和高選擇性等特點(diǎn)，分為乳狀液膜和支撐 液膜，通過(guò)選擇不同的載體，可以達(dá)到選擇性分離。支撐液 膜是指多孔固體膜材料中固定了有機(jī)溶劑（大多含有萃取劑， 又稱(chēng)流動(dòng)載體）。乳狀液膜是通過(guò)乳化制備的，根據(jù)膜相（ 有機(jī)溶劑或水）或接收相（內(nèi)相，水或有機(jī)溶劑）不同，分 為W/O型和O/W型。制備的乳狀液分散到被分離的溶液（料 相或外相）中，料相中的被分離物質(zhì)通過(guò)膜相遷移入內(nèi)相， 實(shí)現(xiàn)分離。由于液膜分離將萃取和反萃取結(jié)合在一起，分離 效率很高。,3.

50、5相變分離法 是利用溫度和壓力的變化使得欲分離的物質(zhì) 發(fā)生相變，而其他組分不發(fā)生變化而達(dá)到分 離的目的。所使用的相變分離方法有揮發(fā)、 區(qū)域熔融、蒸餾、升華以及凍干等方法。,3.6浮選分離法 是指將氣泡通過(guò)樣品的懸浮液選擇性地 攜帶粒子到溶液表面。在浮選分離法中 有吹掃捕集(purge and trap, PAT) 泡沫浮選(foam fractionation)等。,3.7 毛細(xì)管電泳法 Capillary electrophoresis,CE,3.7.1 毛細(xì)管電泳簡(jiǎn)介 1808年俄國(guó)物理學(xué)家Von Reuss首次發(fā)現(xiàn)電泳現(xiàn)象，即溶液中的荷電粒子在電 場(chǎng)作用下會(huì)因?yàn)槭艿脚懦饣蛭l(fā)生差速遷

51、移。 1937年瑞典科學(xué)家Arem Tiselius成功地將電泳技術(shù)用于人血清中不同蛋白質(zhì)的 分離，因此而獲得了1948年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 1981年美國(guó)學(xué)者Jorgenson 和Lukacs使用內(nèi)徑為75 m的石英細(xì)管，配合30 kV 的高電壓進(jìn)行自由溶液電泳，獲得了高于每米40萬(wàn)理論塔板數(shù)的分離柱效。 CE的特點(diǎn)：高效、快速、低成本，是20世紀(jì)分析化學(xué)領(lǐng)域中最有影響的進(jìn)展 之一，在人類(lèi)基因組計(jì)劃中發(fā)揮了極其重要的作用！ J.W.Jorgenson, K.D. Lukacs, Anal.Chem., 1981, 53, 1298.,參考劉虎威教授的現(xiàn)代色譜分析（本科生和研究生課程）！,傳統(tǒng)的電

52、泳技術(shù)主要是凝膠電泳，因?yàn)槟z可以抑止因熱效應(yīng) 而導(dǎo)致的對(duì)流。 作為與色譜法并列的分離分析技術(shù)，CE與傳統(tǒng)的電泳技術(shù)相比， 有如下特點(diǎn)： 應(yīng)用范圍廣：無(wú)機(jī)和有機(jī)小分子；生物大分子，中性和荷電物質(zhì)。 分離效率高：柱效可達(dá)幾十萬(wàn)到上百萬(wàn)的理論塔板數(shù)。 分離模式多：6種模式，可容易實(shí)現(xiàn)各模式之間的切換。 最小檢測(cè)限低：以樣品絕對(duì)量表示的最小檢測(cè)限很小。 分析成本低：一是毛細(xì)管成本低；二是溶劑和試劑消耗少；三是樣 品用量少，僅為納升。 儀器簡(jiǎn)單： 環(huán)境友好：,3.7.2 毛細(xì)管電泳的基本原理,CE是以電滲流(EOF)為驅(qū)動(dòng)力，以毛細(xì)管為分離通道，依據(jù)樣品 中組分之間淌度和分配行為上的差異而實(shí)現(xiàn)分離的一

53、種液相微分 離技術(shù)。 當(dāng)離子所受電場(chǎng)力和離子通過(guò)介質(zhì)所受的摩擦力達(dá)到平衡時(shí)，可 得到如下公式,電泳淌度,離子絕對(duì)淌度和有效淌度e,電滲流(Electroosmotic Flow, EOF),EOF是CE中最重要的概念，指毛細(xì)管內(nèi)壁表面電荷所引起的 管內(nèi)液體的整體流動(dòng)，來(lái)源于外加電場(chǎng)對(duì)管壁溶液雙電層的 作用。,電荷分布與 Zeta 電勢(shì),圖3.10 毛細(xì)管壁雙電層結(jié)構(gòu)示意圖,很多非離子型材料如聚四氟乙烯等也可以產(chǎn)生電滲流,一般來(lái)講，水溶液中固體表面均帶有過(guò)剩的電荷。就石英毛細(xì) 管而言，表面的硅羥基在pH大于3后就會(huì)發(fā)生明顯的解離，使 表面帶負(fù)電荷。,EOF is inherent in any

54、CE setup that uses bare-fused silica capillaries or capillaries coated with a charged group.,(3.13),電滲淌度,Effect of Flow Profile on Zone Width,圖3.11 不同驅(qū)動(dòng)力的流型和相應(yīng)的譜帶峰形,電滲流的一個(gè)重要特性是具有平面流型。由于引起 流動(dòng)的推動(dòng)力在毛細(xì)管的徑向上均勻分布，所以管 內(nèi)徑向擴(kuò)散對(duì)譜帶擴(kuò)展的影響非常小。 另外一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是可使幾乎所有被分析物向同一 個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。原因是電滲流淌度比離子的電泳淌度 大得多！ 電滲流的方向一般是從正極到負(fù)極?？梢酝ㄟ^(guò)

55、修飾 毛細(xì)管內(nèi)表面而使電滲流的方向改變！,毛細(xì)管電泳的基本參數(shù) CE中的分析參數(shù)主要有遷移時(shí)間(t，定義為一種物質(zhì)從進(jìn)樣口 遷移到檢測(cè)點(diǎn)所用的時(shí)間)，遷移距離(l，是被分析物從進(jìn)樣口 遷移到檢測(cè)點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的距離，又稱(chēng)毛細(xì)管的有效長(zhǎng)度)，遷移速 率(，是遷移距離與遷移時(shí)間之比)：,(3.14),因?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度等于施加電壓(U)與毛細(xì)管長(zhǎng)度(L)之比：,(3.15),對(duì)于CE的最簡(jiǎn)單模式毛細(xì)管區(qū)帶電泳(CZE),(3.16),CZE測(cè)得的淌度是電泳淌度與電滲流淌度的矢量和，稱(chēng)為表觀 淌度,即,(3.17),實(shí)驗(yàn)中可以采用一種中性化合物來(lái)單獨(dú)測(cè)定電滲流淌度，然 后求得被分析物的有效淌度。,影響分離的因素

56、 在CE中仍然可采用色譜中的塔板和速率理論來(lái)描述分離過(guò)程。若 以電泳峰的標(biāo)準(zhǔn)偏差或方差()表示理論塔板數(shù)(n)，則有：,(3.18),造成CE分離過(guò)程中譜帶或區(qū)帶展寬的因素主要有擴(kuò)散( )、進(jìn) 樣( )、溫度梯度( )、吸附作用( )、檢測(cè)器( )和 電分散( )等，可用如下 的總方差表示：,(3.19),3.7.3 CE 體系的組成,圖3.12 CE儀器組成示意圖,高壓電源：0-30KV 毛細(xì)管：內(nèi)徑25-100m, 長(zhǎng)度20-100cm 緩沖液的pH值和濃度 檢測(cè)器：紫外吸光檢測(cè)器，激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器和電化學(xué)檢測(cè)器。均需要標(biāo) 準(zhǔn)樣品進(jìn)行校準(zhǔn)。,Methods of Sample Injection,圖3.13 CE中不同的進(jìn)樣方法,確切的進(jìn)樣量一般不知道，只要操作條件能夠嚴(yán)格重復(fù)，采用 標(biāo)準(zhǔn)樣品校準(zhǔn)后，可得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果。,各種分離模式,CZE：毛細(xì)管區(qū)帶電泳；EKCC：毛細(xì)管電動(dòng)色譜(MEKC和 MEEKC)；CEC：毛細(xì)管電色譜；CGE：毛細(xì)管凝膠電泳； CITP：毛細(xì)管等速電泳；CIE