预处理讲义.ppt

一、概述,在分析测试中，大多数样品组成复杂，存在各种干扰组分，无法直接分析测试，必须通过预处理或分离过程，使样品基体不干扰测定。样品预处理过程是样品分析中最花时间最繁琐的步骤，约占整个分析时间的三分之二；不仅涉及工作效率的问题，同时也关系到分析结果的准确性，因此选择了一种合适的样品预处理方法，等于完成了分析工作的一半。,1,、职业卫生样品的特点,有害物质种类多,职业卫生样品千差万别，形态多种，且组成复杂，,在一个工作地点往往存在多种有害物质且相互影响。,在职业活动过程中使用或产生的原料、辅料、中间产物、成品和副产物，不论是固、液、气态，都有可能逸散到空气中来，以分子状态存在或以雾、烟尘的状态存在，有的已知，有的未知，有的毒性大，有的毒性小，有的挥发性大，有的挥发性小。而且一种物质可以多种结合形态存在，如元素态及化合态，化合态中有无机态和有机态之分，无机态中又以不同价态的形式出现，而有机态中又有各种异构体或同系物之别；不但如此，更重要的是这些不同的形态表现的环境效应与毒性是绝然不同的。,空气中有害物质的浓度变化大 空气的流动性大，工作过程产生的有害物质容易随着空气的流动而扩散开来，挥发性大的物质容易产生高浓度，一个体系中样品组分之间浓度的差异大，可以从,ppm,到,ppb,甚至,ppt,级；在污染发射源的附近有害物质的浓度高，特别是加料和出料时。,理想的样品前处理方法应该符合以下条件,、是否能最大限度的去除影响测定的干扰物，能够选择性地将一个或多个目标化合物从基质中分离出来，且分离出来的化合物能保持原有的基本特征，不能产生变性或破坏。这是衡量前处理方法是否有效的重要指标，否则即使方法简单、快速也无济于事。,、被测组分的回收率高且稳定。回收率不高通常伴随着测定结果的重复性较差，不但影响方法的灵敏度和准确度，而且最终使低浓度的样品无法测定，因为浓度越低，回收率往往也越差。,、操作是否简便、省时。预处理方法的步骤越多，多次转移引起的样品损失就越大，最终的误差也越大。,、成本是否低廉。尽量避免使用昂贵的仪器与试剂。当然，对于目前发展的一些新型高效、快速、简便、可靠而且自动化程度较高的样品预处理技术，尽管有些仪器的价格较为昂贵，但是与其所产生的效益相比，这种投资还是值得的。,、是否影响人体健康及环境。应尽量少用或不用污染环境或影响人体健康的试剂，即使不可避免，必须使用时也要回收循环利用，将其危害降至最低限度。,、应用范围尽可能广泛。尽量适合各种分析测试方法，甚至联机操作，便于过程自动化。,职业卫生预处理方法,、消解法 利用高温或氧化作用破坏样品基质，将各种价态的欲测元素氧化成单一高价态或转变成易于分离的无机化合物，以制成便于测定的样品溶液。,方法有湿式消解法、灰化法,(,高温灰化法和低温灰化法,),及微波消解法。,职业卫生样品检测中主要使用酸消解。常用的酸有硝酸、高氯酸、硫酸、盐酸以及过氧化氢等。通常使用混酸消解。,硝酸（,HNO3,），沸点,120,金属和合金可用硝酸氧化为相应的硝酸盐，这些硝酸盐通常易溶于水。部分金属元素，如,Au,、,Pt,、,Nb,、,Ta,、,Zr,不被溶解。,Al,和,Cr,不易被溶解。硝酸可溶解大部分的硫化物。,盐酸（,HCl,），沸点,110 HCl,不属于氧化剂，通常不用来消解有机物。,HCl,在高压与较高温度下可与许多硅酸盐及一些难溶氧化物、硫酸盐、氟化物作用，生成可溶性盐。许多碳酸盐、氢氧化物、磷酸盐、硼酸盐和各种硫化物都能被盐酸溶解。,高氯酸（,HCl0,4,），沸点,130,是一种强氧化剂，能彻底分解有机物。但高氯酸直接与有机物接触会发生爆炸，因此，通常都与硝酸组合使用。或先加入,HN0,3,反应一段时间后再加入,HC0,4,。,HCl0,4,大都在常压下的预处理时使用，较少用于密闭消解中，要慎重使用。,王水，,HCl:HNO,3,=3:1 vol,王水需现配现用。王水可用来溶解许多金属和合金，其中包括钢、高温合金钢、铝合金、锑、铬和铂族金属等。植物体与废水也常使用它来进行消化。王水可从硅酸盐基质中酸洗出部分金属，但无法有效的加以完全溶解。除王水外，硝酸和盐酸还常以另外的比例混合在一起使用,所谓的勒福特（,Lefort,）王水，也叫逆王水，是三份硝酸与一份盐酸的混合物。可用来溶解氧化硫和黄铁矿HN0,3,:H,2,S0,4,常用的比例为,1:1vol,这种混酸的最高温度仅比单纯,HN0,3,时的最高温度高,10,左右。高温条件下，易于形成硫酸盐络合物，还具有脱水和氧化的性质。通常在完成最初的消化后，可加入,H,2,0,2,以完成消化。但是，只有当液量减少且冒,S0,2,气体后才能添加,H,2,0,2,。用它消解的样品有：聚合物、脂肪及有机物质。,、灰化法 高温灰化法又称高温分解法。,低温灰化法 此方法是利用高频电场作用下产生的激发态氧等离子体消化生物样品中的有机体。该法虽然取样量少且减少了挥发性元素的损失，但灰化时间长、设备昂贵、实验条件要求高，因此一般不采用低温灰化,、微波消解法,结合了高压消解和微波快速加热两方面的性能的一种崭新的样品处理技术。具有加热速度快、加热均匀、无温度梯度、无滞后效应等特点，是“内加热”。消解样品的能力强，特别是一些难溶样品，传统的消解方式需要数小时甚至数天而微波消解只需要几分钟至十几分钟。溶剂用量少，用密封容器微波溶样时，溶剂没有蒸发损失，一般只需溶剂，减少了劳动强度，改善了操作环境，避免了有害气体排放对环境造成的污染。由于样品采用密闭消解，有效地减少了易挥发元素的损失。,.,萃取法,溶剂萃取法（液,-,液萃取）是经典的样品提取方法，利用溶液中各组份在两个互不相溶的液相中分配性质的不同来实现分离的一种过程。,分配定律指出：物质将分配在两种不混溶的液相中。如果以有机溶剂和水两相为例，将含有有机物质的水溶液用有机溶剂萃取时，有机化合物就在这两相间进行分配。,有机物质在有机溶剂中的溶解度一般比在水相中的溶解度大，所以可以将它们从水溶液中萃取出来。分配系数越大，水相中的有机物可被有机溶剂萃取的效率会越高。,在提取过程中，水相的,pH,是重要的参数，一般弱酸性物质可加入一定量的酸，弱碱性物质可加入一定量的碱，使待测物以分子状态存在，有利于有机溶剂的提取效果，在液质联用中，必须使用可挥发性的酸和碱，如盐酸、甲酸、乙酸、氨水等。有时加入一些强离子的无机盐,(,如氯化钠,),，利用盐析作用，能促进组分进入有机相。,通过选择不同的有机溶剂可提高选择性。一般可选用乙酸乙酯、乙醚、二氯甲烷、氯仿、正己烷、甲基叔丁基醚、甲醇、乙腈等有机溶剂及其不同比例的混合物进行提取。,萃取过程中所用的玻璃容器壁对某些物质会有吸附，降低萃取效率，特别是当待测物浓度较低时影响更为明显。使用经硅烧化处理的器具，同时萃取剂中加入异戊醇也可减少玻璃壁的吸附，还可减少萃取过程中乳化的形成。,、,固相萃取,固相萃取技术是以选择性吸附与选择性洗脱的液相色谱分离原理，对样品进行分离和纯化的方法。自上世纪,70,年代诞生以来，以其高效、高选择性、高度自动化的特点，被广泛应用于许多样品的分离和纯化。按照所采用固相萃取剂的种类，可将固相萃取法分为三类：正相、反相和离子交换固相萃取。当前固相萃取剂的开发主要侧重于扩大萃取剂的适用范围，将极性、非极性基团，离子交换基团或高分子树脂混合使用的混合型吸附剂，成为目前研究的热点。,固相萃取一般有四个步骤：活化、上样、淋洗和洗脱。,根据分析物的极性、溶解度、,pKa,等理化性质，选取适合的固相萃取柱。对于非离子性物质而言，优先使用极性相似的固相萃取柱。弱极性或非极性化合物选用,C18,、,C8,、,C2,等非极性柱，极性较强的则使用,CN,、,NH2,柱。强离子型分析物则采用离子交换固相萃取。对于某些弱酸或弱碱性化合物，通过调节缓冲液的,pH,，采用,C18,等非离子型键和相也可获得理想的萃取效果。,在职业卫生作业场所空气中有害物质检测时，金属、类金属及其化合物的样品采集主要用滤料或浸渍滤料作为采样介质，比如我们使用微孔滤膜采集铅，铬，铜等，用过氯乙烯滤膜或者玻璃纤维滤纸采集硼及其化合物。用浸渍微孔滤膜采集砷及其化合物。工作场所空气中一些非金属化合物以气溶胶态存在，如氰化物、氟化物、三氧化硫和硫酸、磷酸等，也可采用滤料进行采集。,这一类的物质在测定前，我们必须将滤料上的待测物转移入溶液中，常用的处理方法有：洗脱法、消解法。,二、滤料样品的预处理,洗脱法是用溶剂或溶液（称为洗脱液）将滤料上的待测物溶洗下来的方法，洗脱法可用于采集到滤料上的金属、类金属化合物的样品预处理，也可用于采集到滤料上的无机非金属化合物和有机化合物的样品预处理。大部分的金属及其化合物的测定是需要消解的。只是一部分才能直接洗脱。,1,、洗脱法,洗脱液一般为酸性溶液,(,测定金属、类金属化合物,),、去离子水（测定无机非金属化合物）以及有机溶剂（测定有机化合物）等。,洗脱过程可以是简单的溶解过程，也可以是经过化学反应生成可溶性化合物的过程，或是兼有两者。,浸渍滤料采集某些气态和蒸气态化合物也常用洗脱法处理。,洗脱法的评价指标为洗脱效率，表示洗脱方法的洗脱能力，指能从滤料上洗脱下来的待测物量占滤料上阻留的待测物总量的百分比，一般要求洗脱效率应,90,。用式表示为：,洗脱效率,T,100%,M,m,式中：,T,洗脱效率，；,m,测得的待测物量，,mg,；,M,滤料上阻留的待测物总量，,mg,。,取,18,份滤料，分为,3,组，每组,6,份，分别加入,3,个剂量的标准溶液，加入量一般为在,0.5,、,1,、,2,倍容许浓度下，检测方法规定的采样体积所采集的量。加入待测物标准溶液的体积应不大于,100,L,。,放置过夜，洗脱并测得每份滤料的待测物量；同时作试剂空白和滤料空白，计算前减去空白值。按上述公式计算洗脱效率。,洗脱效率的测试方法,洗脱液的性质，包括极性、对待测物的溶解度和化学活性等理化性质，例如极性待测物要选择极性洗脱液；对待测物的溶解度越大，洗脱效率越高；能与待测物起化学反应，生成物易溶于洗脱液的，洗脱效率就高。,随着洗脱时间的增加，洗脱效率提高，一定的洗脱时间后，达到高而稳定的洗脱效率。,加热、振摇或超声等方法可以加快洗脱和提高洗脱效率。,影响洗脱效率的因素,消解法是利用高温和,(,或,),氧化作用将滤料及样品基质破坏，制成便于测定的样品溶液。,大部分金属及类金属物质的测定都需要消解样品。,消解法分为干灰化法和湿式消解法两种，在工作场所空气检测中，主要使用湿式消解法中的酸消解法，用于采集到滤料上的无机金属、类金属化合物的样品预处理。酸消解法是指利用氧化剂（主要是氧化性酸）将样品进行消解的方法。,2,、消解法,常用的消解液（氧化剂）有氧化性酸如硝酸、高氯酸及过氧化氢等。为了提高消解效率和加快消解速度，经常使用混合消解液，如,1,：,9,的高氯酸和硝酸的混合消解液常用于微孔滤膜样品的消解。,加热是提高消解效率和加快消解的方法，加热温度一般在,300,以下，通常在,200,左右。特别对于易挥发的待测物样品处理，加热温度一般不超过,200,。,将样品在消解液中浸泡过夜，可以缩短消解 时间。不要将消解液蒸发干，保留少量消解液，有利于样品的溶解和测定。若将消解液蒸干，再 在较高温度下加热，有可能生成难溶的金属氧化 物，影响测定。,2,、消解效率,M,式中：,T,消解效率，；,m,测得的待测物量，,mg,；,M,滤料上加入的待测物量，,mg,。,消解法的评价指标是消解效率，又叫消解回收 率，表示消解方法的消解能力。指滤料经消解处理后 能够测得的待测物量占滤料上阻留的待测物总量的百分比。一般要求消解回收率应在,90,105%,范围内。用公式表示为：,100%,T=,m,1.,消解方法常用电热消解法和微波消解法等，对不同的待测物要选择合适的消解方法，例如测定易挥发性金属化合物，最好采用微波消解法，可以防止待测物因挥发而损失。,2.,消解的温度和时间，通常加热可以促进消解，缩短消解时间。但要控制好消解的温度和时间，温度过高或时间过长，会造成易挥发性金属化合物的损失，降低消解回收率。,影响消解效率的因素,部大分无机非金属类化合物以及部分有机化合物可采用吸收管法采集,用吸收管法采样后，所得吸收液样品通常可以直接用于测定，不必作预处理。但是，在某些情况下，例如吸收液样品中待测物浓度太低或太高，样品中含有干扰的有害物质等，也需要进行预处理。常用的预处理方法有稀释、浓缩和溶剂萃取等。,三、吸收液样品的预处理,吸收液样品中待测物浓度高于测定方法的测定范围时，可用吸收液稀释后测定。如果吸收液样品中待测物浓度高是由采样过程中吸收液的溶剂挥发损失而造成的，则应先补充溶剂，恢复吸收液原本组成后，再用吸收液进行适当稀释。,吸收液样品中待测物的浓度低于测定方法的测定范围时，可将吸收液样品通过挥发或蒸馏等方法浓缩后测定。在进行稀释或浓缩时，要注意稀释或浓缩后样品基体的变化对测定结果的影响。,1,、稀释或浓缩,吸收液样品中待测物的浓度低于测定方法的测定范围时，或样品中含有干扰的有害物质时，为了达到分离干扰物和浓缩待测物的目的，可以采用萃取法。吸收液采集的有机化合物一般采用溶剂萃取法处理。,2,、溶剂萃取,工作场所空气中有机化合物样品采集大多数采用固体吸附剂法，一些无机酸如盐酸、硫酸等也可采用固体吸附剂进行采集。我们一般使用活性炭管或者硅胶管进行采集。,在,NIOSH,方法中，一些无机气体如氨气、二 氧化硫等气体也可采用经过特殊处理的固体吸附剂管进行采集。,我国职业卫生标准方法中，固体吸附剂管主要用于气态和蒸气态有机化合物的采集。,四、固体吸附剂管样品的预处理,用固体吸附剂采集气体和蒸气态待测物后，需要将被吸附的待测物转移到溶液中，然后再测定溶液中的待测物含量。常用的方法是解吸，解吸法又分为溶剂解吸法和热解吸法。,溶剂解吸法是将采样后的固体吸附剂放入溶剂解吸瓶内，加入一定量的解吸液，密封溶剂解吸瓶，解吸一定时间，大量的解吸液分子将吸附在固体吸附剂上的待测物置换出来并进入解吸液中，解吸液供测定。,为了加快解吸速度和提高解吸效率，可以振摇解吸瓶，或用超声波帮助解吸。,1,、溶剂解吸法,解吸液应根据待测物及其所使用的固体吸附剂的性质来选择。通常非极性固体吸附剂，对非极性化合物的吸附能力强，解吸时用非极性解吸液。如用非极性固体吸附剂活性炭管吸附的有机蒸气，大多数用二硫化碳作为解吸液，而用极性固体吸附剂硅胶采集的醛醇等极性化合物通常用水或醇类化合物解吸。,解吸液的选择,选择解吸液时可以采用单相解吸液或多相解吸液，由所采集的化学物质在不同溶剂中的溶解特性决定。单相解吸液是指用一种溶剂作解吸液，如用二硫化碳解吸活性炭上吸附的苯、甲苯等。多相解吸液是指用两种或两种以上溶剂混合作为解吸液，如果其中两种溶剂相溶可以配成溶液，即一种溶剂溶于另一种溶剂中，解吸后得到的是单一样品溶液，测定时得到一个浓度值。,优点,：适用范围广；采用合适的解吸剂，通常可得 到满意的解吸效率和准确精密的测定结果；操作简 单，无需特殊仪器；所得解吸液样品可以多次测定。,缺点,：解吸液选择不当，可能对测定产生影响；解吸液有一定毒性，如二硫化碳，使用时应注意防护，要在通风柜内操作，尽量减少用量；溶剂解吸法因使用的解吸溶剂量较大，一般,1ml,，进样体积仅,1,2,L,，仅是解吸液样品总量的,1/1000,2/1000,，影响了测定方法的灵敏度。,溶剂解吸法的优缺点,.,解吸液的性质和用量,溶剂解吸法是通过物理和,(,或,),化学作用将待测物从固体吸附剂上解吸下来，物理解吸主要与固体吸附剂、待测物和解吸液的极性有关。解吸也可以利用解吸液与待测物发生化学反应，生成易被解吸的化合物。增加解吸液的用量，通常可以提高解吸效率，但可能降低测定的灵敏度。,影响溶剂解吸法解吸效率的因素,解吸时间和解吸方式,随着解吸时间的增加，解吸效率提高，一定的解吸时间后，达到稳定的解吸效率。为了加快解吸和提高解吸效率，可以采取加热、振摇或超声等方法,。,热解吸法是将热解吸型固体吸附剂管放在专用的热解吸器中，在一定温度下进行解吸，然后通入氮气等化学惰性气体作为载气，将解吸出来的待测物直接通入分析仪器（如气相色谱仪）进行测定，或先收集在容器（如,100ml,注射器）中，然后取出一定体积样品气进行测定。如果将解吸出来的样品气全部进入分析仪器测定，具有高的测定灵敏度，但只能测定一次，不能重复测定；使用注射器收集后进行测定，则可根据解吸样品气中待测物浓度大小，取不同体积进样测定，以得到满意的结果，但灵敏度较前者低。,2,、热解吸法,.,解吸温度和时间 解吸温度和时间是主要影响因素，要根据待测物的性质，通过实验选择最佳的解吸温度和解吸时间，以获得高而稳定的解吸效率。吸附性强热稳 定性好的待测物可以使用较高的热解吸温度，相反，应该使用较低的解吸温度。,载气流量和通气时间 热解吸过程需要一定的正确和稳定的载气流量和通气时间，才能保证解吸效率高而稳定。,热解吸器 热解吸器的性能和质量是确保解吸温度、时间、载气流量准确和稳定的关键，是确保解吸效率高且稳定的关键，也是确保测定结果准确度和精密度的关键。,影响热解吸法解吸效率的因素,指被解吸下来的待测物量占固体吸附剂上吸附 的待测物总量的百分数,按下式计算：,3,、解吸效率,M,m,式中：,E,解吸效率，；m,测得的待测物量，,mg,；,M,固体吸附剂上吸附的待测物,总量，,mg,E=,100%,解吸效率是评价固体吸附剂管解吸方法的性能指标，我国有关规范要求固体吸附管解吸效率最好,90%,，不得,75%,。由于使用的吸附剂类型不同、生产批号不同，可能有不同的解吸效率，影响测定结果，因此，,对每一批固体吸附剂管在使用前都应作解吸效率试验,，以检查其解吸效率是否满足检测要求，并用于校正测定结果，即将测定结果除以解吸效率，得到校正值。,取,18,支固体吸附剂管，分为,3,组，每组,6,支，分别加入三个剂量的待测物（标准溶液或标准气），加入量一般为在,0.5,、,1,、,2,倍容许浓度下检测方法规定的采样体积所采集的量。加入待测物若是标准溶液，则加入溶液的体积应,10,L,，放置过夜，解吸并测定每支管的待测物量；同时作试剂 空白和固体吸附剂管空白，计算前减去空白值。按上述公式计算解吸效率。,解吸效率的测试方法,我们以活性炭管为例：取,18,支活性炭管，分,3,组，每组,6,支。用,10L,微量注射器分别加入,2.0L,、,4.0L,、,8.0L,的标准溶液，形成低、中、高三个剂量。于干燥皿中放置过夜。测定时将上述炭管分别倒入解吸瓶中，加入,1.0 mL,二硫化碳，振摇,1min,，解吸,30min,。取,1.0L,解吸液上机测定。同时做空白试验。,标准溶液浓度的设定,：做解吸效率的加入量应为国家标准的,0.5,倍、,1,倍、,2,倍。以正己烷为例。正己烷的短时接触容许限值为,180 mg/m3,，按采样,3 L,计算，则,1,倍浓度时炭管中采集到的正己烷应为,540g,。取,200L,色谱纯正己烷定容至,1.0 mL,时标准储备液中的正己烷浓度为,133.4 mg/mL,，当在炭管中打入,4.0L,标准储备液时，加入的正己烷为,534g,，基本满足理论要求的,540g,。则此标准储备液在活性炭管中打入,2.0L,、,4.0L,、,8.0L,时，加入的量分别对应短时接触容许限值的,0.5,倍、,1,倍、,2,倍。,解吸效率的准确与否直接影响了结果的准确与否，特别是结果处于国标容许限值附近的时候，解吸效率往往产生十分重要的影响。由于不同厂商、不同批次的活性炭管的解吸效率可能都存在差异，因此采购的,每一批活性炭管都应该抽取一部分对其解吸效率进行测定。,1.,滤料样品的预处理方法主要有哪些？,2.,影响热解吸法解吸效率的因素有哪些？,3.,溶剂解吸法和热解吸法有哪些优缺点？,4.,影响消解效率的因素有哪些？,思考题,Thank You!,