AAS分析測試中樣品前處理的基本方法和有關(guān)分析測試方法
作者：李昌厚
（中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所 上海 200233）
（原中國科學(xué)院上海生物工程研究中心）
摘要
本文討論了在原子吸收分光光度計(jì)（AAS）分析檢測工作中的兩個(gè)非常重要的問題：第一、AAS樣品前處理中的四種最基本的處理方法和8類樣品的前處理方法，是涉及到了多個(gè)領(lǐng)域具有共性的樣品前處理方法；第二、AAS對(duì)不同樣品的檢測方法；介紹了7類樣品最重要的常規(guī)分析檢測方法。
0、前言
分析測試工作中的樣品前處理是一個(gè)非常復(fù)雜的問題、是分析測試工作中最重要的環(huán)節(jié)之一，也是主要分析檢測誤差來源之一[1]，必須引起所有分析測試工作者的高度重視。很多年輕的科技工作者，往往在樣品前處理問題上出現(xiàn)各種問題；特別是在本文所述的這些樣品的前處理和具體測試方法上，更是使很多科技工作者措手不及，不知道如何進(jìn)行樣品前處理和進(jìn)行具體測試工作。而樣品前處理所需要的分析時(shí)間，有時(shí)可達(dá)到整個(gè)樣品分析測試工作的60%以上、所帶來的分析誤差可能達(dá)到總分析誤差的30%以上[1]。所以，作者在本文中對(duì)這些問題進(jìn)行了小結(jié)。本文主要根據(jù)儀器學(xué)理論和作者的實(shí)踐，總結(jié)了AAS分析測試工作中樣品前處理的四種基本方法；對(duì)常見的、具有代表性的8類樣品前處理的基本方法，做了較詳細(xì)的介紹；同時(shí)，討論了常規(guī)分析檢測中，不同的7類樣品的基本檢測方法。這些方法都具有可操作性，可供AAS使用者及其有關(guān)的科技工作者參考。
1、AAS一般樣品前處理中最主要的4種基本方法
1）濕法消解法：在樣品為0.1000 ~ 0.5000 g左右時(shí)， 一般常用的混合酸和使用時(shí)的比例為：
?。?）HNO3:HCLO3=5:1；（2）HNO3: H2SO4=5:1；（3）HNO3:HCl=5:1；（4）純HNO3
注：消解時(shí)對(duì)容易揮發(fā)（丙酮，乙醚，乙醇等）和易燃易爆的物質(zhì)不能存在樣品中；
濕法消解法使用非常廣泛，大家都非常熟悉，具體操作此不贅述。
2）干灰化法：樣品量一般為2.000～5.000 g、不易揮發(fā)時(shí)的處理方法：
樣品放置在瓷坩堝中，先加幾滴水濕潤，加少許濃硝酸，在小火中加熱炭化，然后轉(zhuǎn)移到馬弗爐在550℃左右灰化2～4小時(shí)。冷卻后取出（無色或淡色），用其它酸加HNO3(1:1)溶解，視不同樣品而異，過濾、定容，置10 mL、25 mL，50 mL待用。
3）高壓罐法（聚四氟塑料制成有蓋罐狀）：
樣品小于0.3000 g時(shí)，加混合酸6 mL，加HF(H2O2) 1 mL 蓋緊高壓罐蓋，在160℃情況下加熱5小時(shí)后，冷卻、過濾、定容待用。
4）微波消解法：一般工作中常用的混合酸有：（1）HNO3：HCLO3；（2）HNO3：H2SO4；（3）純HNO3。
注：具體消解時(shí)使用哪種酸，應(yīng)該視不同樣品而異。請(qǐng)讀者酌情選用。
2、AAS分析測試中8類不同樣品的前處理方法
1）土壤樣品的前處理方法
?。?）土壤的采集：取具有代表性的土壤，風(fēng)干粉碎過100目，待處理。
（2）土壤全量分析的樣品處理：采用常用的混合酸（讀者酌情），具體處理方法如下：
?、贊裣夥ǎ?混合酸10 mL于50 mL燒杯中（0.3000 g），在電熱板上加熱，1小時(shí)后加HF酸，直至冒白煙，去酸，用無離子水定容待用。
?、诟邏汗尴猓悍Q取0.3000 g土壤于罐中，加混合酸6 mL，加1 mL HF蓋緊蓋，于150℃下，在烘箱內(nèi)加熱5小時(shí)后，取出、冷卻后定容50 mL待用。
?、劢岱ǎㄟm用于直接被植物吸收的元素）：
A、土壤交換性堿性基（K、Na、Ca、Mg）：10.000 g土壤加100 mL1M乙酸銨于塑料瓶中，浸提室溫在20～25℃，振蕩1小時(shí)后，靜止2小時(shí)，過濾，此溶液為待測液。
B、土壤有效微量元素（Cu、Fe、Mo、Zn、Mn、B）：酸性土壤，用0.1N HCL浸提。中性土壤，用0.05M EDTA 浸提（1:10），浸提室溫20～25℃，振蕩1小后備用。
?、芨苫一ǎ海ㄟm合高溫元素）：稱取0.3000 g土壤于瓷坩堝中，少許水濕潤，在電爐上炭化，然后放到馬弗爐中，加熱到500～650℃，5～7小時(shí)后，樣品成灰白色。冷卻，用HCL溶解樣品，無離子水定容到25 mL待用。
2）植物樣品的前處理方法
提取具有代表性的樣品，洗凈吸干，于105℃殺青10分鐘。然后于70℃烘干，冷卻粉碎過60目待用。一般可采用干灰化消解法，濕化消解法及微波消解法等進(jìn)行處理（請(qǐng)讀者視不同測定元素而定）。
?。?）干灰化法：(不適合揮發(fā)性元素，如：Se、Hg、Ge、Pb、Cd等)
取干樣1.000～5 g（鮮樣2.000 ~ 10.000 g），于50 mL的瓷坩堝內(nèi)，微熱炭化，轉(zhuǎn)移到馬弗爐中（550℃）灰化止白（2～6小時(shí)），冷卻后用酸溶解，用無離子水定容到50 mL待用。
?。?）濕消解法：取干樣0.3000 g，加混合酸10 mL，在電熱板上加熱，1小時(shí)后加H2O2?1 mL，繼續(xù)加熱，直冒白煙為止。加酸溶解（測Cr用HCL）冷卻后用無離子水定容到50 mL，過濾待用。
?。?）高壓罐消解法：（S、Cd、Pb、Hg等）取0.3000 g樣品，加混合酸6 mL加H2O2?1 mL，蓋緊蓋，在150℃消解5小時(shí)，冷卻后定容過濾到50 mL備用。
?。?）微波消解法（見本文“1”；4））
3)部分食品樣品的前處理方法
?。?）干灰化法（淀粉，骨膠類樣品）：干樣小于1.000～2.000 g，鮮樣10.000 g左右，500～600℃，4～8小時(shí)。含多糖，脂類等時(shí)間可以適當(dāng)長些；蛋白質(zhì)纖維類則適當(dāng)短些。
?。?）濕消解法：主要常用三種酸：HNO3，反應(yīng)溫和，對(duì)蛋白質(zhì)分解較好；H2SO4高沸點(diǎn)強(qiáng)氧化性，對(duì)碳水化合物、脂肪消解較好，H2SO4和H2O2盡量少用。常用的混合酸有：①HNO3+H2SO4；②HNO3+HCLO4；③HNO3+H2O2，用量視樣品量酌情而定，一般樣品0.3000 g左右 ，加混合酸10 mL左右即可。
?。?）高壓罐消解法：（適合易揮發(fā)元素如Se、Cd、As、Hg等）樣品0.1000 ~ 0.2000 g，加混合酸6 mL即可。
?。?）微波消解法（見本文“1”）。
4）部分血制樣品前處理方法
?。?）全血：早上空腹抽靜脈血，放入預(yù)先準(zhǔn)備的抗凝劑（0.1 mg肝素鈉）中，據(jù)需要進(jìn)行前處理后待用。
?。?）血漿：試管中加10 g/L枸綠酸鈉0.8 mL，加空腹血3.2 mL，在2000～3000r min-1的離心機(jī)上離心15～20 分鐘，上層微黃液即可。
?。?）血清：加空腹血4 mL，靜置2小時(shí)，3000r min-1下離心20分鐘，上清微黃即可待用。
血清的消解方法：取血清0.5 mL于50 mL 燒杯中，加混合酸3 mL（硝酸：高氯酸），蓋上表面皿。靜置過夜后于電熱板上加熱，待冒白煙止。冷卻后加HCL 1 mL，加熱到近沸點(diǎn)，冷卻后定容于25 mL容量瓶中備用。血清中部分不同的重金屬元素的具體前處理方法，見本文“3、7）”。
5）部分中藥材保健品樣品的前處理方法
?。?）直接稀釋溶解法：適合能溶于水和有機(jī)溶劑的樣品；常用酸和氧化劑有：HNO3，H2SO4，HCLO4，HNO3?+ HCLO4；HNO3?+ HCLO4+H2SO4；H2SO4+ H2O2；HNO3+ H2O2；HCLO4+ H2O2
(2）干灰化法：馬弗爐 500～800℃，4～6小時(shí)。
(3）濕灰化法：采用合適的酸消解，視不同樣品而異。
①植物的花葉類：HNO3，或HNO3+HCLO4（5+1）
?、谥参锏母o類：少許加H2SO4，H2O2。
(4）高壓罐消解法（適合易揮發(fā)元素如Se，Cd，As，Hg，等）：優(yōu)點(diǎn)：試劑用量少，空白值低，污染少
，適于花葉類中藥；在105℃殺青10 分鐘，然后在70℃烘干，粉碎過60目。稱取0.3000 g左右樣品，加混合酸6 mL，加1 mL H2O2，蓋上蓋在150℃下放置小時(shí)，冷卻過濾，定容止25 mL待用
（5）微波消解法（見本文“1”所述）。
6）礦物、冶金類樣品前處理方法
?。?）此類樣品大多用混合酸消解：①HNO3+HF；②H2SO4；③HCLO4+HF；④HCL+HNO3；⑤HCL+HNO3+HF；⑥HCL+HNO3+HF+HCLO4。其中應(yīng)用最多的是⑤、⑥，H2SO4與HCLO4可提高分解溫度，最后用HNO3為介質(zhì)測定，用HF與其他混合酸消解對(duì)含有硅酸的礦物可以達(dá)到完全分解。
?。?）除硅以外的元素測定：加混合酸，用HCLO4除去HF使形成SiF4，殘?jiān)肏CL或HNO3溶解。
（3）測定硅元素：用酸分解后，在溶液中測定Si。
?。?）含硫化物礦石：先加HCL分解，再加HNO3和偏硼酸在900℃分解硅酸鹽礦石，然后用稀HNO3定容，該溶液可測定Si、Al、K、Na、Fe、Mg、Ca等元素。
7）石油化工類樣品前處理方法
?。?）直接進(jìn)樣測定：樣品直接測定或加有機(jī)溶劑測定；
?。?）無機(jī)酸萃取測定：
?、倩一ǎ焊邷馗苫一?，低溫濕消解法
?、谳腿》ǎ宏P(guān)鍵是在樣品中加氧化劑使金屬與碳鏈斷裂，再用無機(jī)酸為萃取劑，分離樣品中痕量元素。（注：玻璃器皿的污染用鉻酸洗液浸泡，必要時(shí)用塑料瓶萃取。常用萃取劑：HCL、HNO3、MIBK甲磺酸等溶液）。
8）環(huán)境分析樣品前處理方法
?。?）灰化
?、贊裣夥ǎ翰煌旌纤嵯?；
?、诟苫一ǎ焊邷赜民R弗爐450～550℃。低溫用150～200℃；
?。?）萃?。阂话阌靡韵氯N方法萃?。虎偃軇┹腿?；②固相萃?。虎鄢R界萃取。溶劑萃取是最典型的分離濃集法，方法簡便，快速，選擇性好，回收率高；常用有機(jī)溶劑富集：主要有APDC (比咯烷基二硫代氨基甲酸銨)、MIBK(4-甲基-2-戊酮)、NaDDC(二乙基二硫代氨基甲酸鈉)。
在AAS法的環(huán)境分析中，大多采用螯合萃取富集金屬原子；例如：Pb、Cd、Cu、Zn等。
?。?）吸附法：一般有三種吸附法
?、傥锢矸ǎ菏欠沁x擇性，吸附力是范徳華力。
?、诨瘜W(xué)法：起化學(xué)反應(yīng)的過程中，活性炭對(duì)金屬離子的吸附。
?、劢粨Q吸附法：吸附與帶異種電荷，吸附劑表面發(fā)生靜電引力（離子交換）。
此吸附法的特點(diǎn)：可從大量樣品中分離富集多種微量元素，簡單，快速，試劑用量少。
?。?）離子交換法
是離子交換劑與溶液中離子（陰陽）之間發(fā)生交換反應(yīng)，而達(dá)到分離的目的，在環(huán)境分析中常用痕量元素的分離、富集；按官能團(tuán)不同，可分陽離子、陰離子交換樹脂和螯合型樹脂。
（5）沉淀法
所謂沉淀法，就是在溶液中加入某種物質(zhì)，在一定條件下形成沉淀，使溶液中被測元素同時(shí)沉淀下來，從而達(dá)到分離，富集目的。常用組分沉淀形態(tài)有：氫氧化物，硫化物，氧化磷酸鹽，鉻酸鹽，有機(jī)螯合物等。例如：氫氧化物沉淀形態(tài)：加100～200m g FeCl3到10 L水樣中，沉淀過夜過濾，棄除濾液，共存淀物用鹽酸溶解（pH＝7）待測。
3、部分樣品的AAS分析檢測方法
1）Pb 、Cd 、As、Mo、Cr等的測試（石墨爐AAS法）：
Pb：取樣1.0 mL 用1％HNO3稀釋到10 mL待測。線性范圍 0～20n g/mL，干燥溫度 80～100℃，灰化溫度200℃ ，原子化溫度 1500℃
Cd：取樣1.0 mL 用無離子水稀釋到10 mL待測。線性范圍 0.1～0.4 n g/mL，干燥溫度 80～100℃，灰化200℃ ，原子化 1800℃
As：取樣1.0 mL加100 μL Ni(2mg/mL) 用1％ HNO3稀釋到10 mL 待測。 線性范圍0～4 ng/mL，干燥溫度80～100℃，灰化溫度200℃，原子化溫度 2200℃。
Mo：（土壤pH大于7.5會(huì)影響植物對(duì) Mo 的吸收，不能用HCL稀釋樣品，否則產(chǎn)生Mo CL2而揮發(fā)）：
取樣1.0 mL用1％ HNO3稀釋到10 mL待測 。 以Pd作為改進(jìn)劑，線范圍0～20 ng/mL，干燥溫度 80～100℃，灰化溫度1200 ℃，原子化溫度 2600℃。
Cr：取樣1 mL 用無離子水稀釋到100 mL，酌情取樣測試。 線性范圍 0～40 ng/mL，干燥溫度 80～100℃，灰化1000℃ ，原子化 2600℃
2）植物樣品中的Se、K?、Na 、Ca、Mg等的分析測試
植物樣品洗凈擦干，于150℃殺青10分鐘，然后于70℃烘干，粉碎過目待測。
?。?）牧草中的Se的測試：取樣1 mL加改進(jìn)劑Ni（NO3）2?100 μL（3 mg/mL），用1％ HNO3 0.1％曲通（1：1）稀到10 mL，酌情取樣測試。 線性范圍 0～20 ng/mL，干燥溫度 80～100℃，灰化溫度1000℃ ，原子化溫度 2400℃。
?。?）植物中的K、Na的測試：稱取樣品0.2000 g于聚乙烯瓶內(nèi)，加入混合酸10 mL，在90℃恒溫水浴提取一定時(shí)間，然后過濾定容到50 mL，酌情取樣測試。
（3）植物中的Ca、Mg的測試：樣品在550℃灰化，用鹽酸溶解(1+1)定容到50 mL (5% CsCl2改進(jìn)劑2 mL)酌情取樣測試。
3）中藥樣品中的Cd、 Pb測試方法
中藥粉碎過60目，稱取0.3000 g樣品于高壓罐中加混合酸6 mL蓋緊蓋，于150℃下加溫5小時(shí)，冷卻后過濾定容25 mL，酌情取樣測試。
?。?）Cd：樣品稀釋10倍（無離子水），線性范圍0.1 ~ 0.4 ng/mL，干燥溫度 80～100℃，灰化溫度200℃ ，原子化溫度 1500℃。
（2）Pb：樣品稀釋10倍，線性范圍1～4 ng/mL， 0.1％HNO3稀釋樣品后待測。干燥溫度 80～100℃，灰化溫度200℃ ，原子化溫度 2400℃
4）蘑菇、茶葉中的 Be的測試方法（可以采用橫向加熱AAS法）
樣品洗凈擦干，在105℃下殺青，70℃烘干，冷卻后粉碎，過60目待用。
稱取1.0000 g樣品于150 mL燒杯中，加15 mL HNO3，1 mL H2SO4，蓋上表面皿，低溫消解，冒白煙時(shí)取下冷卻，定容到25 mL 酌情取樣測試。測試結(jié)果：Be線性范圍0～8 ng/mL。測試時(shí)儀器條件：干燥溫度130℃，灰化溫度1500℃，原子化溫度2300℃。
5）飲料中的 Ge的測試（可以采用橫向加熱平臺(tái)石墨管）
測試結(jié)果：線性范圍可達(dá)0～200 ng/mL，Ni(NO3)2改進(jìn)劑50 μg/mL，1% HNO3介質(zhì)。儀器條件：干燥溫度130℃，灰化溫度800℃， 原子化溫度2000℃。
6）鋼渣中的Ca檢測（一般用火焰AAS法）
樣品過200目，稱取0.0500 g于50 mL聚四氟乙烯坩堝中，先用少量水濕潤、采用水：硝酸：氫氟酸＝5：8：6，加熱到全溶，再加硫酸2 mL，繼續(xù)加熱，直到冒白煙，用水定容到50 mL待用。因鋼渣中一般含鈮，干擾鈣的分析。加改進(jìn)劑Triton-100（20％），Vc（0.1 M/L）2% HNO3，效果都很好。
7）血樣中部分金屬元素的測定方法
人體血液中含有各種微量物質(zhì)；例如：無機(jī)鹽、各種代謝物、O2、激素、酶、抗體、微量元素等等。一般通過各種方法可以檢測到這些微量物質(zhì)。特別是對(duì)人體有益、有毒、有害的重金屬元素，可以用AAS檢測，具體消解方法見“2、3）、（3）”。例如：
?。?）血清中Cu的測定(火焰AAS法)：取0.8 mL血清，用1% HNO3稀釋到10 mL即可取樣測試。
（2）血清中As的測定（石墨爐AAS法）：用1％ HNO3稀釋，以Ni (NO3)2作基體改進(jìn)劑測試。
?。?）血清中Cd測定（石墨爐AAS法）：取血清2 mL于50 mL燒杯中，慢慢加入1 mL HNO3，放10分鐘后加H2O2?0.5 mL，在電熱板上加熱20分鐘后，再加0.5 mL H2O2，直至淡黃色為止，再加無離子水4 mL溶解后，酌情取樣測試。
?。?）白蛋白中Fe、Cu測定(火焰AAS法)：取1 mL樣品，加混合酸7 mL于50 mL燒杯中，加蓋置于電熱板上加熱（150℃），直到冒白煙為止。而后定容到25 mL，酌情取樣測試。
（5）全血中鍺的測定：（石墨爐AAS法）：取1.0 mL靜脈血，以0.2％ Triton-100稀釋4倍，進(jìn)樣量20 μL。為提高靈敏度，用鍶（30 μg）＋硝酸銨(10 μg)混合液作基體改進(jìn)劑。測試時(shí)采用灰化溫度1000℃，原子化溫度2500℃。
致謝：本文寫作過程中，得到了上海交通大學(xué)農(nóng)學(xué)院周林愛高級(jí)工程師的幫助，作者特此致謝。
4、主要參考文獻(xiàn)
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[5] 曹文明（Wilmar Global R&D Center）學(xué)術(shù)報(bào)告：《糧油食品分析前處理及快速檢測技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展》，2017/09，上海儀器聯(lián)盟樣品前處理學(xué)術(shù)討論會(huì)
[6]李昌厚，保證分析檢測數(shù)據(jù)可靠性的一些關(guān)鍵問題，分析測試百科網(wǎng)，2021-02-26
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作者簡介
李昌厚，男，1963年畢業(yè)于天津大學(xué)精密儀器系，中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所（原中國科學(xué)院上海生物工程研究中心）原儀器分析室主任、兼生命科學(xué)儀器及應(yīng)用研究室主任、教授、博士生導(dǎo)師、華東理工大學(xué)兼職教授；終身享受國務(wù)院政府特殊津貼。
主要研究方向：分析儀器及其應(yīng)用研究；長期從事光譜儀器（紫外吸收光譜、原子吸收光譜、旋光光譜、分子熒光光譜、原子熒光、激光拉曼光譜等儀器）、色譜儀器（高效液相色譜、氣相色譜等儀器）及其應(yīng)用研究；特別對(duì)《儀器學(xué)理論》、各類分析儀器的可靠性設(shè)計(jì)、影響各類分析儀器可靠性的性能技術(shù)指標(biāo)的測試方法、以及如何評(píng)價(jià)分析儀器和如何用好分析儀器等有關(guān)問題有精深研究。
以第一完成者身份，完成科研成果15項(xiàng)。由中國科學(xué)院組織專家鑒定；其中13項(xiàng)達(dá)到鑒定時(shí)國際上同類儀器的先進(jìn)水平，2項(xiàng)填補(bǔ)國內(nèi)空白；以第一完成者身份獲得國家和省部級(jí)（中國科學(xué)院、科技部、上海市）科技成果獎(jiǎng)5項(xiàng)（含國家發(fā)明獎(jiǎng)1項(xiàng)）；發(fā)表論文183篇，出版專著5本。
曾任中國儀器儀表學(xué)會(huì)理事、中國儀器儀表學(xué)會(huì)分析儀器分會(huì)第五屆、第六屆付理事長；全國物理光學(xué)、光譜儀器、高速分析技術(shù)等專業(yè)委員會(huì)副主任、國家認(rèn)監(jiān)委計(jì)量認(rèn)證/審查認(rèn)可國家級(jí)常任評(píng)審員、國家科技部“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”多項(xiàng)重大儀器及其應(yīng)用專項(xiàng)的技術(shù)專家組組長或成員、上海市科學(xué)儀器專家組成員、《光學(xué)儀器》副主編、《生命科學(xué)儀器》副主編、《光譜儀器與分析》副主編、上?；ぱ芯吭涸菏繉＜夜ぷ髡境蓡T等數(shù)十個(gè)學(xué)術(shù)團(tuán)體的領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)和成員。曽經(jīng)先后擔(dān)任過多個(gè)國內(nèi)外從事各類光譜、色譜等儀器研發(fā)、生產(chǎn)和有關(guān)媒體等高科技企業(yè)和學(xué)術(shù)團(tuán)體的技術(shù)專家顧問，為他們聯(lián)合召開的各類技術(shù)交流會(huì)、各類技術(shù)培訓(xùn)會(huì)等講課、做學(xué)術(shù)報(bào)告600多次以上。
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