现代农业仪器分析 课件1、2章绪论、样品处理.ppt

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1、主讲教师赵晓松仪器分析 课程的性质和任务 仪器分析是专业基础课，主要介绍现代仪器仪器分析是专业基础课，主要介绍现代仪器分析的基本理论及其对物质进行分析测定的分析的基本理论及其对物质进行分析测定的基本原理、基本方法、基本试验技能。基本原理、基本方法、基本试验技能。通过课程学习和实验训练，培养学生获取知通过课程学习和实验训练，培养学生获取知识能力、独立分析问题和解决问题的能力，识能力、独立分析问题和解决问题的能力，以及仪器管理水平。以及仪器管理水平。课程基本要求 掌握基本理论及应用技能；掌握基本操作技，并达到一定的熟练程度；掌握定性、定量分析基本方法，分析结果表达和判断；运用基础理论知识完成实验任

2、务，具备解决实际工作问题的初步能力。参考书现代仪器分析，刘约权等，高等教育出版社仪器分析，南开大学仪器分析编写组，高等教育出版社仪器分析，赵潘藻，高等教育出版社现代仪器分析学习指导，等，高等教育出版社仪器分析习题集，环境科学教研室，校内印刷第一章 绪论 基本要求 了解仪器分析的特点 仪器分析方法的一般过程 仪器分析方法的分类一、仪器分析与化学分析 分析化学是研究物质组成、状态和结构的科学。分析化学的发展经历了三次巨大的变革：20世纪初期 20世纪40年代 20世纪70年代末期建立溶液平衡理论，形成了分析化学的基础理论一些重大的科学成果为仪器分析方法的建立和发展奠定了基础计算机的发展使分析仪器智

3、能化，仪器分析技术的应用更加广泛1952年核磁共振法和气相色谱法，1959年极谱分析法分别获诺贝尔奖 运动坦克分析化学仪器分析化学分析 利用物质化学反应间的计量关系，确定被测物质的组成和含量。测定含量大于1的常量组分。借助仪器设备测量表征物质物理、化学性质的物理量，确定物质组成、含量以及化学结构。测定痕量组分。仪器分析与化学分析的关系二、仪器分析的特点灵敏度高 方法检出限可达ng/g、pg/g级。选择性好 选择或调整测定条件消除干扰。操作简便、分析速度快、自动化程度高 应用计算机技术，实现了从操作条件控制到分析数据处理自动化。样品用量少，应用范围广 化学分析需样化学分析需样品量品量在在几十几十

4、百克；仪器分析仅需几十毫克。百克；仪器分析仅需几十毫克。相对误差大 n%n%，难达到化学分析具有的准难达到化学分析具有的准确度水平。确度水平。三、仪器分析的一般过程显示分析结果测量和处理信号产生信号分析测试样品预处理例1：测定土壤pH将土壤样品制成土壤溶液电极放入溶液中H浓度转成电位测量电位并转换成pH值给出土壤pH值例2：测定叶绿素溶剂提取叶片中叶绿素，净化提取液分光光度法测定浓度转成光信号测量光信号显示吸光度四、仪器分析方法分类仪器分析方法光学分析法其它分析法色谱分析法电化学分析法质谱/MS、电子能谱、电子显微镜等毛细管电泳色谱/CEC超临界流体色谱/SFC薄层色谱/TLC气相色谱/GC液

5、相色谱/HPLC离子色谱/IC发射光谱原子发射分子发射原子吸收分子吸收FAS,ICP,x-射线等发光/荧光UV/SINIRNMR吸收光谱电导分析法电量分析法伏安分析法电位分析法RCECQCiC第二章 样品处理基本要求 了解样品处理的目的和评价原则 掌握样品采集、保存和制备方法 掌握样品预处理的方法2.1 概 述 任何分析工作，首先对样品进行预处理，如果处理方法不正确，结果是毫无意义的。一个完整的分析过程包括5个部分以下：一、样品预处理的目的 提高灵敏度和降低检出限提高灵敏度和降低检出限 提高测试精度提高测试精度 提高方法的选择性提高方法的选择性 易于保存样品易于保存样品 延长仪器的使用寿命延长

6、仪器的使用寿命 二、样品预处理的评价原则 防防止止样样品品被被玷玷污污，最最大大限限度度的的除除去去影影响响测测定定的干扰物；的干扰物；被被测测组组分分不不发发生生化化学学变变化化，转转化化反反应应必必须须是是定量进行，回收率满足分析要求；定量进行，回收率满足分析要求；处理过程尽量操作简便、省时、成本低；处理过程尽量操作简便、省时、成本低；对人体及环境不产生影响和污染。对人体及环境不产生影响和污染。提取消化样品净化去除杂质浓缩衍生化待测液2.2 样品采集、制备及保存一、样品采集、制备和保存的基本方法 是从大量的分析对象中采集有代表性的样本作为分析样品。采样要求样品具有代表性采样量满足测定精度要

7、求1、样品的采集 由分析对象大批物料的各个部分采集到的少量物料 许多份受检样品综合在一起的样品 原始样品经过技术处理，从中抽取部分供分析检验的样品 从大批物料的各个部位随机抽取部分样品，避免了人为因素的影响，但对不均匀样品的代表性较差 在了解样品空间和时间变化规律基础上，按系统抽样法采样，对不均匀样品，从有代表性的各部位取样，能代表整体样品的组成，2、样品制备 样品粉碎混匀缩分编号记录 保证样品均匀性和代表性。避免易挥发成分逸散和样品组成及性质变化。用100天平称样，称样量精度满足测定要求。液体、浆体、悬浮体用玻璃棒或电动搅拌器将样品混均后取样 含水少、有硬度固体样品采用粉碎法；含水量高，质地

8、软样品用匀浆法；韧性强样品，用研磨法。粉碎、研磨、过筛等操作，将样品制成均匀状态 采集样品后尽快进行测定，尽量减少保存时间，尤其是生物样品。不能马上测定的鲜样品，置于20保存，将离体后的变化减少到最低限度。3、样品的保存2.3 样品的提取 用适当的溶剂和方法从试样中分离出待测组分。提取方式浸提：萃取：用溶剂提取液体样品中待测成分或杂质。利用组分在两种互不相溶的溶剂中的分配系数不同，使其从一相转移到另一相中，与其它成分分离。用溶剂浸泡固体样品，以提取样品中的待测成分。一、选择溶剂作为溶剂的要求选择溶剂的原则和样品不互溶，确保能完全分离。沸点低、化学性质稳定、易回收、低毒、价廉。对被测物质的溶解度

9、最大，对杂质的溶解度最小。依据“相似相溶”原则，被测组分在溶剂中有足够的溶解度，保证提取效果。兼顾溶剂和样品的性质。常使用混合溶剂提高提取效果。二、提取方法提取过程混合分离回收提取剂与样品混合，并充分接触，由于待测组分在溶剂中有很高的溶解度而转移到提取液中。回收溶剂，待测组分溶解在少量溶剂中，完成提取或分离。将提取液与样品分离，使待测组分与原样品分离。根据样品性质、实验目的和实验室条件采用不同的提取方法提取方法 捣碎法匀浆法振荡法 将样品与提取剂一起装入组织捣碎机中，高速旋转搅拌使溶剂浸入样品组织，与待测成分充分接触，使试样中的待测成分转移至溶剂中，提取待测成分。将试样与溶剂一起用匀浆机匀浆，

10、破碎细胞，试样中待测成分转移至溶剂中，对生物大分子的破坏较少。将试样和提取剂装入具塞容器内，在振荡机上振荡达到平衡，使溶剂与试样充分地接触，提取待测物质。适用于动物组织、植物组织等多汁样品的提取 适合于土壤、粮食、饲料等固体样品的提取 超声提取法索氏提取法超临界流体样品放入索氏提取器中，提取剂，加热回流10 h，利用热溶剂的萃取作用，提取被测组分。用于提取耐热脂溶性成分。提取效率高，试剂用量少，费时。超声波在液体中传播产生空化作用，形成局部真空，产生极大能量，将待测成分从试样中溶解到溶剂中。适用于提取土壤、粮食、肉类、植物等样品。该法简便、快速，应用广泛。以超临界流体作为萃取剂，从固体和液体样

11、品中萃取出高沸点或热敏性组分。以处理固体样品为主，被萃取的溶质包括农药、多环芳烃、多氯联苯、石油烃等多种非极性或低极性的有机化合物。处于临界温度和压力以上的物质，既非气体也非液体，而兼有气体和液体的性质。优先考虑临界条件较低的物质作为超临界流体萃取剂，使用最多的是CO2。萃取剂萃取剂乙烯乙烯COCO2 2乙烷乙烷N N2 2OO丙稀丙稀丙烷丙烷NHNH3 3己烷己烷水水临界温度临界温度/9.39.331.131.132.332.336.536.591.991.996.796.7132.5132.5234.2234.2374.2374.2临界压力临界压力/barbar50.450.473.873

12、.848.848.872.772.746.246.242.542.5112.8112.830.330.3220.5220.5固相萃取/固相微萃取利用选择性固体吸附剂，吸附溶解在液体样品中的待测组分，与样品基体和干扰物质分离，洗脱液淋洗或加热解吸被吸附的组分，达到分离和富集的目的。柱型:n mm V:16 ml 存在的问题：柱径小，流速受限制;填充物粒径大，填充不均匀；样品较脏时，易堵塞柱子。固相萃取盘 载有填料的聚四氟乙烯圆片或玻璃纤维片，盘厚1mm，填料占6090，填料颗粒镶嵌在盘片内，萃取时不形成沟流。盘式与柱式的主要区别：床厚度/直径比不同，等重量填料，盘截面积比柱大10倍；允许试样以较

13、高流量通过萃取盘。柱活化加样淋洗洗脱和收集分析组分除去填料中的杂质；使填料溶剂化 使分析物质保留在吸附剂上 调节清洗剂强度和体积 萃取基本步骤 选择洗脱剂的强度洗脱被分析组分，柱上保留杂质大固相微萃取固定相涂在1cm长石英丝表面构成萃取头，固定在活塞上。活塞安在手柄里，推动萃取头。萃取头浸在样品中230 min，分析物质在萃取头上达到吸附平衡，直接进样。萃取头手柄 与SPE不同，SPME不将待测物全部萃取，而是在固定相和液相间建立分配平衡。有机物破坏法 对样品进行长时间高温处理，在氧化剂作用下，有机质分子结构彻底破坏，C、H、O元素生成CO2和H2O，样品中的金属化合物生成简单的金属离子溶解在

14、溶液中。湿消化法干灰化法 又称碱熔融法，将样品和碳酸钠等碱性化合物一起置于坩埚中，于400900下加热，样品在高温和碱作用下氧化成金属氧化物，稀酸溶解残渣、过滤、定容，试样供测定用。又称酸溶法，向样品中加入酸、氧化剂或混合溶液，在一定温度下消煮样品，利用溶剂的强酸性和氧化性，使样品中有机物分解为CO2，无机物生成可溶性盐，用稀酸溶解、过滤、定容，试样供测定用。目的是破坏样品基体，使待测元素形成可溶性盐，根据样品基体的化学性质选择消化体系。硫酸消解利用硫酸的氧化性和脱水性；H2SO4 H2O+SO2+O 氧化1g有机物需要硫酸1020g；与其它酸或氧化剂联用，增强氧化能力。主要缺陷：形成难溶性硫

15、酸盐影响测定。难于驱除多余的酸。硝酸消解 基本氧化剂，绝大多数的硝酸盐有可溶性；与氯酸盐、高锰酸盐、过氧化氢、溴配合使用，提高温度和压力能提高硝酸的氧化性；自催化作用：4HNO3 2H2O+4NO2+2O 恒沸点120，沸腾逸失而减弱挥氧化作用；易驱除多余的酸。高氯酸消解 浓、热的HClO4有强氧化性和脱水性，分子中所有氧都能有效利用。高温下分解有机物反应剧烈。与硝酸、硫酸混用，实现有机物可控消解。120，HNO3被HClO4脱水，增强氧化性。升高温度，进一步消解剩余的物质。磷酸消解特别适于分解氧化物。主要利用其难挥发性和强络合性。利用难挥发性从盐酸溶液中蒸发掉挥发性无机酸；利用脱水性增强硫酸

16、的氧化性；加热磷酸，发生缩合反应生成多磷酸，与某些元素形成稳定的络合物，促进样品分解。氢氟酸消解 非氧化性弱酸，可单独或与强酸配合使用。利用其强络合性，与硅形成稳定的氟硅酸H2SiF2络合物，使金属离子从晶格中释放。加热条件下，H2SiF2分解成气态SiF4逸出。络合性限制了应用。使用铂、聚乙烯、聚丙烯和特氟隆器皿。盐酸消解 非氧化性酸，具有弱还原性和络合性。As、Ge、Sb、Sn、Hg 的氯化物有挥发性。与其它酸混用能增强氧化性。盐酸硝酸混和生成亚硝酰氯NOCl，混和体系具有极强的氧化性，如：王水（3+1）、逆王水（1+3），足可以溶解矿物晶格中的元素。过氧化氢消解是最容易获得的高纯试剂。反

17、应产物是水。不直接与有机物反应，用HNO3或H2SO4分解有机物。经HNO3或H2SO4预消化后，应逐滴加入H2O2。硝酸高氯酸 硝酸硫酸 硝酸磷酸 硫酸磷酸 硫酸高锰酸钾（V2O5、NaNO2）硝酸硫酸过氧化氢 硝酸盐酸高氯酸各种混酸体系1.消化过程中维持氧化剂的量，避免样品发生炭化，使金属离子还原。2.设空白实验，以消除试剂杂质引入的误差。3.硝化方法依据样品性质、待测元素性质以及仪器分析方法而异。2.4 样品的净化 从提取液中除去共存物质/杂质的过程层析法/吸附根据杂质成分不同选择固定相 活性氧化铝活性炭交换树脂硅胶 等萃取法/分配同时兼有提取和净化的作用 固相萃取液 液萃取超临界流体共

18、蒸馏 等磺化法 用浓H2SO4对提取液进行磺化处理，除去脂肪、色素等杂质。此法简单、快速、净化效果好，但仅限于处理在强酸介质中稳定的化合物。皂化法 用热碱溶液处理样品提取液，与杂质发生皂化反应，以除去脂肪等杂质，达到净化的目的。此法适用于对碱稳定化合物的净化。化学法2.5 样品的浓缩除去部分溶剂，提高被测组分浓度 试液中溶剂自然挥发，用于非挥发性组分，低沸点溶剂试液的浓缩。水浴加热试液，抽真空加速溶剂挥发，用于高沸点溶剂，待测组分热不稳定或易挥发试液的浓缩。常压浓缩常压浓缩冷冻干燥冷冻干燥减压浓缩减压浓缩氮气吹干氮气吹干 氮气流吹扫试液，加速溶剂挥发，保护样品不被氧化，用于氧化性样品的浓缩。冷

19、冻试液，同时抽真空减压，使溶剂升华除去，用于生物活性样品的浓缩。2.6 样品的衍生化 通过化学反应将样品中待测组分定量的转化成易于检测的衍生物的过程例1：HPLC测定氨基酸 氨基酸的吸收光谱210nm，在氨基酸分子上引入具有紫外吸收或有荧光的官能团，使氨基酸的吸收光谱向长波方向移动，进入分光光度计能够检测的范围。例2：GC法测定有机酸 脂肪酸具有强极性，难挥发性和热不稳定性，难进行GC测定，对试液进行衍生化处理，生成的脂肪酸甲酯稳定，易挥发，能进行GC分析。总之，快速、简单、自动化程度高的前处理方法，不仅省时、省力，而且能够减少分析人员的操作误差，和样品多次转移的误差。同时，还可以避免使用大量的溶剂，减少环境污染。样品前处理技术研究的深入，对分析化学的发展起到了积极的推动作用。