分析樣品前處理技術與應用（簡體書）

《分析樣品前處理技術與應用》分基礎篇和應用篇兩部分。基礎篇主要介紹分析樣品前處理涉及的主要基礎知識與技術，包括樣品采集、樣品制備和物質分離方法的原理與特點。同時簡要介紹一些具有發展潛力的新方法和新技術。基礎部分由國內著名高校、科研院所和儀器研發公司的資深研究人員執筆。應用篇主要介紹環境、地質、冶金、農業、食品、生物、醫藥、化工、輕工等不同應用領域的不同類型樣品的前處理方法，從標準方法和研究文獻中篩選出大量具有代表性的應用實例。應用部分由各類分析測試機構具有豐富實踐經驗的高級實驗技術人員執筆。
本書既可作為分析化學等相關專業的教材使用，也適合在各類分析測試機構和相關企事業單位的分析實驗室從事分析測試工作的技術人員學習和參考。

目錄



基礎篇


第1章緒論

1.1分析樣品前處理的目的與要求

1.2樣品前處理方法的評價與質量保證

1.2.1樣品前處理與分離科學

1.2.2前處理方法評價

1.2.3樣品前處理方法的選擇

1.3溶劑特性及其選擇方法

1.3.1物質的溶解過程

1.3.2溶劑的極性

1.3.3溶劑選擇方法

1.3.4溶劑的純化

1.4前處理操作安全防護

1.4.1物質危險性質標準

1.4.2基本安全守則

1.4.3溶劑使用安全知識

1.4.4高壓氣瓶使用注意事項

1.4.5防爆

1.5分析樣品前處理方法的發展趨勢

參考文獻

第2章采樣與樣品保存

2.1一般原則及注意事項

2.1.1采樣一般原則及注意事項

2.1.2樣品保存一般原則及注意事項

2.1.3采樣記錄一般原則及注意事項

2.2環境樣品

2.2.1水樣的采集

2.2.2土壤樣品的采集

2.2.3大氣樣品的采集

2.3地質樣品

2.3.1常用采樣方法

2.3.2采樣原則及要求

2.3.3常見地質樣品的采集

2.4鋼鐵與金屬材料樣品

2.4.1取樣要求

2.4.2熔煉分析樣品的采集

2.4.3成品分析樣品(鋼產品樣品取樣)

2.4.4原材料復驗分析樣品

2.4.5其他樣品

2.4.6制樣標識

2.5農產品樣品

2.5.1植物組織樣品

2.5.2籽粒樣品

2.5.3水果、蔬菜樣品

2.5.4飼料樣品

2.6食品樣品

2.6.1采樣目的

2.6.2采樣工具和容器

2.6.3樣品分類

2.6.4采樣數量

2.6.5采樣步驟和方法

2.6.6樣品運輸及保存

2.7生物醫學樣品

2.7.1采樣要求

2.7.2生物樣品的采集

2.7.3生物樣品的儲存

2.8化工樣品

2.8.1固體化工產品的采樣

2.8.2液體化工產品的采樣

2.8.3氣體化工產品的采樣

2.9輕工樣品

2.9.1定義

2.9.2輕工樣品抽樣

2.9.3多種輕工產品采樣方法

參考文獻

第3章樣品分解

3.1概述

3.1.1樣品分解過程中的污染

3.1.2樣品分解過程中的損失

3.1.3操作安全問題

3.2溶解

3.2.1水溶解

3.2.2順序提取

3.3濕式消解

3.3.1常壓消解

3.3.2高壓消解

3.3.3流動消解

3.3.4蒸氣消解

3.3.5純酸的制備與超凈器皿

3.4能量輻射消解

3.4.1紅外/紫外輔助消解

3.4.2超聲輔助消解

3.4.3微波輔助消解

3.4.4微波輔助紫外消解

3.4.5微波輔助消解的一般安全問題

3.4.6多種濕式消解的比較

3.5水解

3.5.1酸水解和堿水解

3.5.2酶水解

3.6干灰化

3.6.1高溫干灰化

3.6.2低溫干灰化

3.6.3微波灰化

3.7燃燒分解

3.7.1氧瓶燃燒

3.7.2氧彈燃燒

3.7.3高溫燃燒水解

3.7.4微波誘導燃燒

3.7.5在線燃燒離子色譜

3.8熔融

3.8.1概述

3.8.2熔融操作

3.8.3熔劑選擇

3.8.4常用坩堝

3.8.5其他熔融方法

參考文獻

第4章溶劑萃取分離

4.1溶劑萃取方法分類與特點

4.2經典液液萃取

4.2.1方法原理與特點

4.2.2萃取體系與操作方式

4.2.3溶劑選擇及乳化去除辦法

4.2.4應用概述

4.3雙水相萃取

4.3.1方法原理

4.3.2萃取體系

4.3.3萃取流程

4.3.4影響因素

4.3.5特點與應用

4.4膠團萃取

4.4.1方法原理與特點

4.4.2萃取體系

4.4.3影響因素

4.4.4應用概述

4.5液相微萃取

4.5.1方法原理與特點

4.5.2萃取模式

4.5.3單滴微萃取

4.5.4多孔中空纖維液相微萃取

4.5.5分散液相微萃取

4.6索氏提取

4.6.1方法原理與特點

4.6.2影響索氏提取的因素

4.6.3應用概述

4.7超聲波萃取

4.7.1方法原理與特點

4.7.2實驗裝置

4.7.3影響因素

4.8微波輔助萃取

4.8.1方法原理與特點

4.8.2實驗裝置

4.8.3影響因素

4.8.4應用概述

4.9超臨界流體萃取

4.9.1方法原理與特點

4.9.2實驗裝置

4.9.3影響因素

4.9.4亞臨界水萃取

4.9.5應用概述

4.10快速溶劑萃取

4.10.1方法原理與特點

4.10.2實驗裝置

4.10.3影響因素

4.10.4選擇性萃取

4.10.5應用概述

參考文獻

第5章固相萃取分離

5.1引言

5.2常規固相萃取

5.2.1固相萃取原理

5.2.2固相萃取常用固定相

5.2.3固相萃取裝置與操作

5.2.4固相萃取方法開發

5.3分散固相萃取

5.3.1分散固相萃取

5.3.2基質固相分散萃取

5.3.3磁固相萃取

5.4固相微萃取

5.4.1固相微萃取原理

5.4.2固相微萃取的形式

5.4.3固相微萃取的方法開發

5.5整體柱固相萃取

5.5.1概述

5.5.2整體柱的制備

5.5.3整體柱固相萃取

5.6其他新型固相萃取技術

5.6.1分子印跡固相萃取

5.6.2限進介質固相萃取

5.6.3生物親和固相萃取

5.6.4納米材料固相萃取

參考文獻

第6章膜分離

6.1概述

6.2膜過濾

6.2.1微濾

6.2.2超濾

6.3透析

6.3.1透析技術的原理與特點

6.3.2透析膜

6.3.3透析在樣品前處理中的應用

6.4電滲析

6.4.1基本原理

6.4.2電滲析離子交換膜

6.4.3電滲析法在樣品前處理中的應用

6.5膜萃取

6.5.1方法原理與特點

6.5.2微孔膜液液萃取

6.5.3中空纖維膜萃取

6.5.4支撐液膜萃取

6.6親和膜分離

6.6.1分離原理

6.6.2親和膜

6.6.3親和膜分離方式

6.6.4親和膜分離在樣品前處理中的應用

參考文獻

第7章色譜分離

7.1紙色譜

7.1.1平面色譜概述

7.1.2紙色譜原理與條件選擇

7.1.3紙色譜樣品前處理應用

7.2薄層色譜

7.2.1固定相與分離原理

7.2.2展開劑與展開方式

7.2.3薄層色譜樣品前處理應用

7.3凝膠色譜

7.3.1分離原理與特點

7.3.2凝膠固定相

7.3.3凝膠色譜樣品前處理應用

7.4柱層析

7.4.1概述

7.4.2常用固定相

7.4.3柱層析操作

7.4.4柱層析樣品前處理應用

7.5柱切換技術

7.5.1柱切換流路

7.5.2在線富集

7.5.3在線干擾消除

7.5.4分組順序分析

參考文獻

第8章其他樣品凈化與富集技術

8.1沉淀分離法

8.1.1沉淀的生成與沉淀方式

8.1.2直接沉淀

8.1.3共沉淀

8.1.4均相沉淀

8.1.5離心分離

8.2泡沫浮選

8.2.1方法原理與類型

8.2.2沉淀浮選

8.2.3離子浮選

8.2.4溶劑浮選

8.3揮發與蒸餾

8.3.1揮發

8.3.2蒸發

8.3.3常規蒸餾

8.3.4分子蒸餾

8.4電化學分離

8.4.1自發電沉積

8.4.2電解

8.4.3電泳分離法

8.4.4化學修飾電極

8.5超分子分離

8.5.1小分子聚集體

8.5.2冠醚

8.5.3杯芳烴及其衍生物

8.5.4環糊精及其衍生物

8.5.5分子印跡聚合物

8.6樣品前處理芯片技術

8.6.1芯片毛細管電泳

8.6.2芯片多相層流無膜擴散分離

8.6.3芯片液液萃取

8.6.4芯片固相萃取

8.6.5芯片過濾

8.6.6芯片滲析分離

參考文獻


第9章自動化樣品前處理技術

9.1概述

9.1.1樣品自動識別與跟蹤技術

9.1.2工作站與機器人

9.1.3自動化樣品前處理的時序

9.1.4樣品前處理的自動化與聯用

9.1.5自動化樣品前處理的優勢與問題

9.1.6自動化樣品前處理的發展趨勢

9.2自動溶劑萃取

9.2.1自動索氏提取

9.2.2加壓溶劑萃取

9.2.3微波輔助萃取

9.2.4超臨界流體萃取

9.3自動濃縮

9.3.1自動蒸發濃縮

9.3.2在線濃縮柱技術

9.4自動熱解吸

9.5自動頂空萃取

9.5.1自動靜態頂空萃取

9.5.2自動吹掃捕集

9.6自動固相萃取

9.6.1概述

9.6.2離線自動化固相萃取技術

9.6.3在線固相萃取技術

9.6.4自動化固相微萃取技術

9.6.5QuEChERS的自動化技術

9.7自動凝膠凈化

9.7.1凝膠凈化的自動化技術

9.7.2在線凝膠凈化

9.8自動化樣品分解技術

9.8.1自動化電熱消解技術

9.8.2微波消解的自動化技術

9.8.3熔融的自動化技術

9.9在線過濾和透析技術

9.9.1在線超濾

9.9.2在線透析

9.10樣品前處理技術的自動化平臺

9.10.1無機樣品前處理平臺技術

9.10.2有機樣品前處理平臺技術

9.10.3微全分析系統/芯片實驗室

參考文獻

應用篇

第10章環境樣品前處理

10.1概述

10.2環境空氣和廢氣

10.2.1空氣污染的特點

10.2.2大氣中揮發性有機物

10.2.3大氣中微量有害金屬

10.2.4汽車尾氣

10.2.5室內空氣

10.3水樣

10.3.1水樣的類型與特點

10.3.2生活飲用水

10.3.3天然水

10.3.4海水

10.3.5城市污水

10.4污泥和底泥

10.4.1污泥和底泥的特點

10.4.2重金屬元素測定樣品前處理

10.4.3氮磷測定樣品前處理

10.4.4有機物測定樣品前處理

10.5土壤

10.5.1土壤樣品的特點

10.5.2重金屬元素

10.5.3土壤中的陰離子

10.5.4微量有機物

10.6固體廢物和危險廢物

參考文獻

濕式消解
開放系統傳統方式加熱、微波加熱
密閉系統傳統方式加熱、微波加熱
流動系統
3.1.1樣品分解過程中的污染
在元素分析的整個過程中，都需要特別注意控制樣品的污染問題。在樣品分解操作中，多種因素可能造成污染，如高溫條件、固體或液體的鹽、強酸性或強堿性化學試劑、含有某些特定元素的容器、開放的分解反應環境、操作者本身釋放出的顆粒物等。
化學試劑是樣品污染的一個重要來源。在熔融過程中，可能用到多種固態熔劑，如氫氧化鈉、焦硫酸鈉、四硼酸鋰、偏硼酸鋰及它們的混合物等。干式灰化中會用到灰化助劑，如硝酸鎂、硝酸鉀、硝酸鈉、乙酸鎂、氫溴酸、鹽酸及磷酸等。在濕式消解中會用到多種無機強酸、氧化性試劑或它們的混合物，如硫酸，硝酸，高氯酸，氫氟酸和雙氧水等。所有這些化學試劑均可能向分解反應中引入雜質。特別是在使用固體試劑時，需要使用足夠高純度的試劑，以達到分析要求。為消除酸中的雜質，常常要對酸進行亞沸蒸餾以提高純度。應當使用去離子系統處理后的電阻率為18~25MΩ·cm的超純水，并且應將其儲存于PFA(全氟烷氧基樹脂)、FEP(全氟乙烯丙烯共聚物)或LDPE(低密度聚乙烯)等材質的容器內。
容器是另一個重要的污染來源。例如，在一次分解反應中，玻璃容器或鉑坩堝表面吸附的金屬離子可能對下一次分解反應的樣品造成交叉污染。有些分解反應中，裝有樣品的坩堝和樣品同時處于高溫環境和強腐蝕性化學條件中，容器材料本身可能受到侵蝕而污染樣品。因此選用合適的反應容器材料對防止樣品污染很重要。高純石英玻璃就是一種非常適合的材料，它的特點是低污染，低吸附，耐溫達1200℃，可耐受除了氫氟酸和濃磷酸以外的所有強酸。PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(四氟乙烯與全氟乙烯醚共聚物)和TFM(一種改性PTFE)都屬于氟塑料，用這些高純氟塑料制作的容器特別適合用于酸消解。它們的表面是非極性的，對極性的金屬離子沒有吸附作用，因而完全避免了由吸附解吸過程引起的樣品污染與損失。它們通常可以耐受250℃的高溫，對幾乎所有酸均呈惰性，可用氫氟酸進行消解。應避免使用由回收氟塑料制作的容器，因為可能含有雜質，污染風險較高。PTFE因在生產中經過燒結而具有多孔結構，不如PFA和TFM兩種材料。玻璃碳材料能耐受大部分強酸，常用于制作高溫消解容器。但它不耐氧化，像硝酸這樣的氧化試劑在高溫下會侵蝕其表面，所以玻璃碳材料僅用于在惰性氣氛中的高溫加熱。另外，玻璃碳材料的純度也不如石英或氟塑料，存在污染風險。
所有可以反復使用的容器(玻璃、石英、聚丙烯、PTFE、FEP等)都要進行充分的清洗才能用于新的分解反應，這對防止污染很重要。常用的方法是將容器浸泡在實驗室級別的清潔劑和水中過夜，然后徹底清洗。也可用自來水淋洗后，在φ=20%硝酸或硝酸∶鹽酸∶水(1∶2∶9)本書如無特殊說明均為體積比。混合物中浸泡4h以上，然后再用純凈水清洗。清潔程度要求更高時，可用熱的酸蒸汽，一般采用硝酸蒸汽，蒸容器和工具。上述材料均適合用這種方式清洗。
通常情況下，開放環境中的分解反應相對于密閉環境下的反應來說需要更多的化學試劑，有較高的污染風險，而與環境空氣中的顆粒物接觸更加重了樣品污染的風險，可能造成高本底。這些顆粒物包括天然灰塵，也包括實驗室裝飾材料磨損后的漂浮微粒，如PVC(聚氯乙烯)顆粒。這些顆粒物中所含元素會對樣品造成污染，需要通過一定級別的空氣過濾系統加以去除。高效空氣(high efficiency particulate air,HEPA)過濾器可去除99.97%以上的0.3μm顆粒物，而超高效空氣(ultra low penetration air,ULPA)過濾器可去除99.997%以上的0.3μm顆粒物。通常所說的100級實驗室即是指每立方英尺內所含大于0.3μm顆粒物的數量小于100個。實驗室的臺面和通風柜應當定期清潔，需要使用低顆粒物的濕巾和遮蓋布，以降低實驗環境對樣品污染風險。
離心和靜置過夜的樣品可能仍含有懸浮顆粒物，可能堵塞霧化器，需要過濾。應防止過濾裝置污染樣品，特別是過濾膜片應保持清潔。
實驗操作者也是一個重要的污染源。人每分鐘可能從皮膚、頭發、衣物、化妝品等處釋放出幾百萬個微粒。潔凈室內不能有外部帶入的鞋子，操作人員也不應使用化妝品。所戴的手套不能有粉末，要經常清潔或更換，并且不能接觸樣品。