主题：【资料】化学分析样品制备(86讲 待续)

化学分析样品制备（13）

      第一章  样品制备的基础知识（13）

    1．4 样品的保存（2）
    样品必须满足研究要求的条件下进行保存，样品在采集以后受物理、化学、和生物过程的影响会改变样品的组成，物理过程如蒸发、扩散、在表面上吸附使样品变化，可能的化学变化有光化学反应、氧化和沉淀，生物过程包括生物降解和酶反应。而且样品降解在痕迹量分析的低浓度时尤为突出。如表 1-3中的保存方法，这些方法能使样品保持稳定，并在分析时没有干扰。通常的步骤是把样品置于适当的容器中，控制温度，添加防腐剂，以及遵守样品的允许保存时间。允许保存时间决定于被分析组分和它的基体，例如，大多数溶解金属样品可以保存几个月，但是Cr(VI) 只能保存24 h。样品的保存时间可以用已知样品进行实际测定。
    有机物和生物样品的保存方法见表 1-3样品保存的方法（2）。

  表 1-3  样品保存的方法（2）

化学分析样品制备（14）

        第一章  样品制备的基础知识（14）

1.4.1．样品的挥发性问题

    具有高蒸汽压的分析物，如可挥发性有机物和溶解于溶剂中的样品（如：HCN, SO2 ）很容易因挥发而损失，把样品充满到容器是常用的办法，这样因为没有顶空空间，避免可挥发物的蒸发。固体样品可以用液体把它埋起来。在容器顶部挥发物不可能在样品和蒸汽相（空气）之间建立平衡，样品要经常保持在低温（4℃）下，以便降低其蒸汽压，在处理样品时要避免摇晃和振动。冷冻液体样品会造成相分离，所以建议不要这样做。



1.4.2．选择合适的容器

样品容器的表面可能会与样品发生作用，容器表面的金属成分会起催化剂的作用，造成不可逆吸附，例如玻璃表面上的金属会引起样品的不可逆吸附，所以水样品中的金属含量测定，要把样品存放在塑料容器中。同时要把样品用硝酸酸化，是样品中金属离子出于溶液中。

有机物分子也可能与塑料容器作用，增塑剂如邻苯二甲酸二酯类会从塑料中扩散到样品里。塑料还会对有机物分子起吸着剂的作用（或膜的作用），所以玻璃容器适合用于有机物样品，泰氟隆衬里可以排除塑料瓶盖引起的污染。

    含油性材料会强烈吸附在塑料表面上，这一类样品一定要存放在玻璃容器中，保留在瓶壁上油一定要用溶剂把它洗掉，否则会转入到样品里。在进行分析以前，可以使用超声波探头把油性样品进行乳化，使其均一化。



1.4.3．从空气中吸附气体

在样品处理过程中可能从空气中吸附一些气体，例如当液体注入容器时会导致从空气中吸附气体，这时候像氧、二氧化碳以及挥发性有机物可能会溶解到样品中，氧会氧化一些还原性物质，如亚硫酸根或硫化物，成为硫酸根，吸留了二氧化碳会改变电导率或pH，所以为什么pH 必须要在现场测定，CO2 会使某些金属离子沉淀。有机物会导致不存在化合物的假阳性，进行空白试验就是为了检查在样品制备、转移和实验室处理过程中有没有受到污染。



（资料来源：“Sample Preparation Techniques in Analytical Chemistry“，Editor J. D. WINEFORDNER，2003）

化学分析样品制备（15）

      第一章  样品制备的基础知识（15）

    1.4.4. 化学变化
    样品会有很多中化学变化产生，对无机样品控制 pH 会避免许多化学反应的发生，例如金属离子可能被氧化产生不溶解的氧化物或氢氧化物，样品总是要用硝酸调节到 pH 2，因为许多硝酸盐是可溶解的，而且过量的硝酸盐不会沉淀。其他离子，如硫化物离子和氰化物离子也受 pH 的控制得以保持为离子状态。收集 NH3 样品进行分析要把它用硫酸进行酸化，以稳定的 NH4SO4 形式存在。有机物由于化学反应而发生变化，把样品贮存在茶色瓶中可以避免有机物遭到光造成的氧化，（例如，多环芳烃）。有机物也会与溶解的气体进行反应，例如：饮用水样品中的有机物会与微量氯气反应生成卤代有机物，在这种情况下加入硫代硫酸钠就会消除氯的干扰。样品还有可能含有微生物，它会使样品产生生物降解，极端 pH （高或低）和低温会把微生物降解降低到最小程度，加入抗微生物剂如氯化汞或五氯酚可以杀死微生物。

1.4.5. 不稳定固体样品的保存
    很多样品在空气中是不稳定的，例如C60中间的碱金属、碳纳米管、石墨是空气敏感化合物，它们是在真空密封的管中进行制备的，在炉子里完成了插层反应之后，把管子直接转移到拉曼光谱仪上进行测量。因为这一化合物是光敏物质，光谱测定要在相对低的激光功率密度下进行测定。
    要进行 X-光衍射、红外、和 X-光电子能谱的实验把密封的管子转移到充氩的干燥盒子里，氩气中只含有 10ppm 的氧，在充氩的干燥盒子里把真空样品管子切开，转移到X-光毛细样品管中，从干燥盒子里取出来时，把毛细管开口的一端用石腊封住，避免被空气污染。
进行红外光谱分析时，把固体样品与矿物油混合，把这一悬浮物放在两个 KBr 或 NaCl 片之间，KBr 或 NaCl 片的边缘处用石腊进行密封。
    要进行 XPS 测定，把样品粉末分布在样品容器连接的带子上，把它插到 XPS 谱仪的转移管中，这一转移管事先已经放到干燥的盒子里了。把不稳定的化合物转移到进样室是比较困难的，最好的办法是在现场制备要测定的样品。

（资料来源：“Sample Preparation Techniques in Analytical Chemistry“，Editor J. D. WINEFORDNER，2003）

化学分析样品制备（16）

      第一章  样品制备的基础知识（16）

1.5.萃取后的处理方法

1.5.1. 样品萃取物的浓缩
    在样品萃取过程中常常被大量溶剂稀释，尤其是在进行微量分析时更是这样，必须进行进一步的浓缩，以增加萃取物的浓度，如果溶剂的量不是太大，被分析物又是不挥发的，这时可以用小气流的氮气在样品溶液表面或溶液中吹扫，如图 1-5-1 所示。


要特别注意在处理时只让溶剂蒸发掉，如果有液滴成气溶胶形式损失，就会使被分析样品损失。
    如果需要把大量溶剂挥发掉，这一方法不实用，需要使用真空旋转蒸发器，使用旋转蒸发器时，把样品溶液置于园底烧瓶中，用水浴加热，在园底烧瓶上装一个冷凝器，并让园底烧瓶不断旋转，促使液体最大限度地从表面上蒸发，使用一个真空泵或水流抽气管来减低烧瓶中的压力，由于减低压力和温和地加热加速了溶剂的挥发，挥发出来的溶剂收集到另外的容器中，蒸发到快干时停止操作。
    对小体积的萃取液又必须把体积浓缩为小于 1 mL,这时需要使用 K-D 浓缩器（Kuderna–Danish concentrator），如图 1-5-2 所示。在水浴中把容器慢慢加热，一直大到所需要的体积，可以利用K-D 浓缩器底部的刻度管度量溶剂的体积。

化学分析样品制备（17）
      第一章  样品制备的基础知识（17）

酸碱间隔净化

    酸碱间隔净化是用液-液萃取分离酸性被分析物的方法，例如用调节 pH 的方法从碱性/中性被分析物（胺、芳烃、喊卤素化合物）中分离有机酸和酚类化合物。这一方法用于石油废物在分析或进一步净化之前的初步净化，从前一次溶剂萃取得到的萃取物与强碱性的水混合摇振，碱性和中性化合物保留在有机溶剂中，而酸性化合物分配转入到水相中，把有机相进行浓缩用于进一步净化或分析，把水相中的碱性用酸进行酸化，并用有机溶剂进行萃取，然后再浓缩（如果需要的话），用于酸性被分析物的分析，见图 1-8。


固相萃取和柱色谱

    溶剂萃取物可以用传统的柱色谱进行净化，或者使用固相萃取小柱来净化，这是通用的净化方法，这一方法广泛地用于生物、临床、和环境样品的制备中，详细的论述将在后面的章节里处理。固相萃取（SPE）的用例如：农药残留和氯代烃的净化，从烃类化合物中分离含氮化合物，从脂肪烃-芳香烃混合物中分离芳香烃，以及用于脂肪、油和腊的分析中使用。这一方法用于净化类固醇、酯类、酮类、生物碱类、和糖类化合物十分有效。这一方法也可以在阳离子、阴离子、金属、和无机化合物分析中使用。
    在柱中填充一定量的吸附剂，把萃取物加入，选择适当的溶剂进行洗脱被分析物，干扰物留在柱中，填料可以是无机物如 Florisil 土（碱性硅酸镁）或多种市场上可以得到的 SPE 固定相的一种，如果需要洗脱物进行再一次浓缩，图 1-9 是Florisil 土柱，无水硫酸钠用于干燥样品。这些净化和浓缩技术可以单独使用，可以以不同方式进行组合，这要决定于萃取物的性质和所使用的分析方法。

化学分析样品制备（18）

第一章  样品制备的基础知识（18）

1．6 在样品制备中的质量保证和质量控制

    就像前面曾经说过的那样，完成一个分析任务包括取样、样品储存、样品制备、和最后的样品分析，质量保证(QA)和质量控制(QC)的目的是监测、计量和保持系统和随机误差在可控的范围内。在取样、样品储存、样品制备、和最后的样品分析中需要有 QA/QC 计量体系，曾经讲过样品制备是样品测定带来误差的主要来源，因此，在样品制备过程中 QA/QC 特别重要，这里主要讨论样品制备的 QC。

    质量保证是指证明所作的工作符合规定的质量标准，它包括所用工具和文件的管理程序是有效的 QC。 质量控制是指所使用的方法步骤在测定过程中不同的阶段的统计控制。所以 QC 包括特定的活动，例如：分析的重复进行保证适当的萃取效率和对污染的控制，QC 系统的基本要素见图 1-10。

化学分析样品制备（19）

        第一章  样品制备的基础知识（19）

对要进行控制参数的解释
    熟练的操作人员和合适的工具是 QC 最为基本的要求，许多现代化的分析/样品制备技术使用高级的仪器，使用这些仪器人要受到特殊的培训。优良实验室实践（GLP）是指实验室运行过程中实践能力和所依据的方法，有效的样品处理和管理、记录的保存、和仪器的维护都属于这一范畴中。良好的测量实践（GMPs）是指在样品制备和分析中所使用的特殊方法。另一方面 GLPs 是与特殊方法无关的，而是指实验室中通用技术。一个重要的 QC 步骤是要仔细地遵循 GLPs 和 GMPs 文件的要求。严格地遵循 SPPs 会减小偏差和提高精密度，这一点对样品制备也特别重要，它会导致进行多个步骤时得到重复的结果，

标准操作步骤 (SOPs) 是所遵循分析方法的文字描述，SOPs 的重要性不理能解为只是为了把它转移到其他操作人员或实验室的方法，严格的遵循 SOPs 能减少偏差提高精密度，这一点对样品制备尤为重要，样品制备常常包括多个步骤，而每个步骤有不止进行一次操作，例如：萃取效率决定于溶剂组成、萃取时间、温度、甚至搅拌速度，所有这些参数都需要控制以便减小测量的变异性。改变萃取时间就回改变萃取效率，这样一来会增加相对标准偏差（降低精密度）。SOPs 要规定这些参数，这些参数可以是来自文献中的标准方法，也可以自己研究实验得到，大多数 SOPs 来源于一些组织部门，如美国测试和材料学会（ASTM）、美国环境保护局（EPA）。最后，有必要进行一些文件编写，它们可以是书面形式或电子版形式。这些文件要包括测定过程的每一个步骤，样品信息（来源、批号、日期）、样品制备/分析方法（测量过程的每一个个步骤，涉及到的容积，温度读读数等）、校准曲线、仪器输出、和数据分析（定量校准，统计分析），这些数据都要记录下来。另外的 QC 步骤如空白、基体的回收、和控制图表也是要进行记录的内容，良好的记录文件对保证数据的有效性是至关重要的，提交到管理机关的分析数据也要求有各个 QC 步骤的详细文件。
    在样品制备中有许多质量参数要引起重视，这些参数列于表 1-4 中
表 1-4 质量控制的步骤

化学分析样品制备（20）

第一章  样品制备的基础知识（20）

    前一讲说到准确度、精密度、萃取效率（或回收率）和污染的控制等参数对样品制备很重要，这些参数的控制在样品制备后的分析也要注意。准确度的测定要用评价样品来进行，分析已知浓度的样品证明得到的结果与真值接近。精密度的测定是重复进行样品的分析，当分析了多个样品后，需要定期地进行精密度测定，保证这一方法的稳定性。污染是一个严重的问题，特别是在微量分析时尤为重要，如环境分析。进行空白实验用以保证在任一步骤中没有被污染，如果被污染了，是在那一个步骤中被污染的。如前所述，检测限、灵敏度、和其他重要的参数都决定回收率的大小。在样品制备的效率方面如萃取和净化必须进行核查，以保证被测定物质从样品中得到了回收。

1.6.1. 准确度和精密度的测定
  准确度和精密度大小决定测定的质量，如果这些参数没有专门规定，就使他们最接近于随机的数值。准确度的测定要使用已知浓度的样品（评价用样品），对测定值和标准值进行比较。可以从管理部门和商业销售部门得到标准物质，已知浓度的标准物也可以在实验室制备，用作评价样品。评价样品使用的有效性决定于是否与真实样品的相似程度，特别是样品基体的相似程度。从鱼肝赃样品中萃取农药，真实样品的农药是埋藏在细胞里面的（细胞内的物质），如果校准用标样是加到鱼肝赃中，农药有可能吸附在细胞外面（细胞外），萃取细胞外面的农药比萃取细胞内的农药要容易一些，所以萃取外加农药样品的效率要高很多，使用这样的校准标样可能回形成负偏差，所以样品基体的影响和样品基体的比较对提高准确度有很大的影响，萃取方法应该不受样品基体的影响。
    精密度的测定要进行多次重复测量，如前所述它是浓度相关，应该在相应的浓度范围内进行测定，在样品之内偏差的测定是样品分成若干份，在相同的情况下进行样品的制备和分析，得到相对标准偏差（RSD）。例如，取均一化的等分鱼甘脏试样若干份，用相同的方法进行萃取和分析，计算其 RSD。也可以从同一样品源进行分析来测定 RSD，例如，从从同一水池取不同的鱼进行测定样品间的 RSD，
全部分析过程的精密度常常是以萃取步骤的 RSD 表示，而不是以分析步骤的RSD 表示，因为分析步骤可以得到高的精密度，萃取不容易得到高的精密度。例如，进行气相或液相色谱分析的 RSD 在 1～3% 之间，但是一些 EPA 批准的方法可以接受的萃取效率为 70 到 120%，单独表示的变动性高达 75%，所以在包含几个样品制备的分析方法其精密度决定于样品制备步骤。

（资料来源：“Sample Preparation Techniques in Analytical Chemistry“，Editor J. D. WINEFORDNER，2003）

化学分析样品制备（21）

  第一章  样品制备的基础知识（21）

1.6.2. 统计控制

在某些特定的限制范围内进行精密度测定的统计工作叫做“统计控制”，统计控制不考虑准确度，但是在估算准确度之前必须作精密度的测定并进行统计控制，
控制图表
控制图表用于监测分析的变动性，用图表形式显示统计控制，在特定的间隔（例如每 50个样品）里分析已知浓度的标准样品，当重复进行测定时，其结果应该落在特定的限制区间中，它的唯一偏差是来源于随机误差，把这一结果绘制成控制图表，以保证随机误差不会增加，或不会发生系统误差的增加。图 1.11 即为控制图表，是随时间变化的重复测定，中间的线是平均值，或期待值，


测定值应该落在上限(UCL) 和下限(LCL) 值之间，正常情况下，控制界线是 ±3σ,在应该有 99.7% 的数据落在此范围内。例如，在一个实验室每天进行微波萃取的数据，用标准样品进行一定数量的萃取实验，把测定值划成控制图表，如果测定值超出控制界线，就有必要从新调整控制界线，以保证分析方法的测定结果能落在控制界线范围内。出去分析测定之外，控制图表用于不同的过程中，例如，制造过程，控制限常常基于产品的质量。在分析测定中，控制限基于分析人员的判断和实验的结果。通常的方法是选择测量的平均值作为中心线，然后把标准偏差的倍数设定控制限。常常是使用常规分析方法测定标准样品或检查性样品来制作控制图表，然后再考察这一控制图表的趋势或离开中心线的系统偏差。

（资料来源：“Sample Preparation Techniques in Analytical Chemistry“，Editor J. D. WINEFORDNER，2003）

化学分析样品制备（22）

      第一章  样品制备的基础知识（22）

控制样品

    需要用不同类型的控制样品来测定测量过程是否处于统计控制之下，下面是一些通用的控制标准样品。

1．实验室控制标准样品(LCSs)，是有证书的标准样，可以从外面的代理机构或以商品购得，用以检查得到的数据是否和标准样一致，LCSs 可用来衡量准确度的好坏，可用于方法的检查，LCSs 的追溯源是参考物质(SRMs)，SRMs 可从美国的标准测试研究所（NIST）的有证标准物质，NIST 提供各种固体、液体和气体的参考物质(SRMs)，
制备成的 SRMs 是稳定和均一的物质，使用多于一种各自独立的方法进行分析，验证其浓度。又证标准也可以从参考物质局（European Union Community Bureau of
Reference (BCR)），政府机构如 EPA 以及各种销售标准物质的商业公司得到。这些标准物质是很昂贵的。常常把实验室制备的样品与有证标准物质进行比较，用它作为二级参考（标准）物质，用于每日检查的标准物质。

2．校准控制标准(CCSs)，CCSs 用于检查校准值，它是得到校准曲线以后首先要分析的样品，其浓度可以知道，也可以不知道，但是它用于连续性的比较，

  CCS 可以定期进行分析，或在分析了一定数量的样品后进行分析（比如 20），CCS 值可以绘制成控制图表，进行统计控制。

（资料来源：“Sample Preparation Techniques in Analytical Chemistry“，Editor J. D. WINEFORDNER，2003）