各类方法又因原料的组成及被测元素的性质不同可有许多不同的操作条件,选择的原则应是:第一,方法简便,使用试剂越少越好;第二,方法耗时间越短,有机物破坏越彻底越好;第三,被测元素不受损失,破坏后的溶液容易处理,不影响以后的测定步骤。
根据具体操作方法不同,又可分为干法和湿法两大类。
(1)干法灰化:又称为灼烧法,是一种用高温灼烧的方式破坏样品中有机物的方法。干法灰化法是将一定量的样品置于坩埚中加热,使其中的有机物脱水、炭化、分解、氧化,再置高温电炉中(一般约550℃)灼烧灰化,直至残灰为白色或浅灰色为止,所得残渣即为无机成分,可供测定用。除汞外大多数金属元素和部分非金属元素的测定都可用此法处理样品。
干法灰化法的特点是不加或加入很少的试剂,故空白值低;因多数食品经灼烧后灰分体积很少,因而能处理较多的样品,可富集被测组分,降低检测限;有机物分解彻底,操作简单,无需操作者看管。但此法所需时间长;因温度高易造成易挥发元素的损失;并且坩埚对被测组分有一定吸留作用,致使测定结果和回收率降低。
干法灰化提高回收率的措施:可根据被测组分的性质,采取适宜的灰化温度;也可加入助灰化剂,防止被测组分的挥发损失和坩埚吸留。例如:加氯化镁或硝酸镁可使磷元素、硫元素转化为磷酸镁或硫酸镁,防止它们损失;加入氢氧化钠或氢氧化钙可使卤素转化为难挥发的碘化钠或氟化钙;加入氯化镁及硝酸镁可使砷转化为砷酸镁;加硫酸可使一些易挥发的氯化铅、氯化镉等转变为难挥发的硫酸盐。
近年来开发了一种低温灰化技术,即将样品放在低温灰化炉中,先将空气抽至0~133 Pa,然后不断通入氧气,0.3~0.8 L/min。用射频照射使氧气活化,在低于150℃的温度下便可使样品完全灰化,从而可以克服高温灰化的缺点,但所需仪器价格较高,不易普及。
(2)湿法消化:简称消化法,是常用的样品无机化方法。即向样品中加入强氧化剂,并加热消煮,使样品中的有机物质完全分解、氧化,呈气态逸出,待测成分转化为无机物状态存在于消化液中,供测试用。常用的强氧化剂有浓硝酸、浓硫酸、高氯酸、高锰酸钾、过氧化氢等。湿法消化法有机物分解速度快,所需时间短;由于加热温度较干法低,故可减少金属挥发逸散的损失,容器吸留也少。但在消化过程中,常产生大量有害气体,因此操作过程需在通风橱内进行;消化初期,易产生大量泡沫外溢,故需操作人员随时照管;此外,试剂用量较大,空白值偏高。
常用消化方法有硝酸-高氯酸-硫酸法、硝酸-硫酸法。
①硝酸-高氯酸-硫酸法具体步骤是:样品于凯氏烧瓶中,加少许水使之湿润,加数粒玻璃珠,加硝酸-高氯酸(4+1)混合液,放置片刻。小火缓缓加热,待作用缓和后放冷,沿瓶壁加入浓硫酸,再加热,至瓶中液体开始变成棕色时,不断沿瓶壁滴加硝酸-高氯酸(4+1)混合液至有机物分解完全。加大火力至产生白烟,溶液应澄清,呈无色或微黄色。在操作过程中应注意防止爆炸。
②硝酸-硫酸法的具体步骤是:样品于凯氏烧瓶中,分别加入浓硝酸和浓硫酸,先以小火加热,待剧烈作用停止后,加大火力并不断滴加浓硝酸直至溶液透明不再转黑后,继续加热数分钟至有白烟逸出,消化液应澄清透明。
湿法消化的特点是加热温度较干法低,减少金属挥发逸散的损失。但在消化过程中,产生大量有毒气体,操作需在通风柜中进行,此外,在消化初期,产生大量泡沫易冲出瓶颈,造成损失,故需操作人员随时照管,操作中还应控制火力注意防爆。
湿法消化耗用试剂较多,在做样品消化的同时,必须做空白试验。
近年来,开发了一种新型样品消化技术,即高压密封罐消化法。此法是在聚四氟乙烯容器中加入适量样品和氧化剂,置于密封罐内在120~150 ℃烘箱中保温数小时,取出自然冷却至室温,便可取此液直接测定。此法克服了常压湿法消化的一些缺点,但要求密封程度高,并且高压密封罐的使用寿命有限。
(3)紫外光分解法:这也是一种消解样品中的有机物从而测定其中的无机离子的氧化分解法。紫外光由高压汞灯提供,在(85±5) ℃的温度下进行光解。为了加速有机物的降解,在光解过程中通常加入双氧水。光解时间可根据样品的类型和有机物的量而改变。有报导称测定植物样品中的Cl-、Br-、SO2-4、PO3-4、Cd2+、Cu2+、Zn2+、Co2+等离子时,称取50~300 mg磨碎或匀化的样品置于石英管中,加入1~2 mL双氧水(30%)后,用紫外光光解60~120 min即可将其完全光解。
(4)微波消解法:这是一种利用微波为能量对样品进行消解的新技术,包括溶解、干燥、灰化、浸取等,该法适于处理大批量样品及萃取极性与热不稳定的化合物。微波消解法以其快速、溶剂用量少、节省能源、易于实现自动化等优点而广泛应用。目前这种方法已用于消解废水、废渣、淤泥、生物组织、流体、医药等多种试样,被认为是“理化分析实验室的一次技术革命”。美国公共卫生组织已将该法作为测定金属离子时消解植物样品的标准方法。
3.2.2溶剂提取法
在同一溶剂中,不同的物质具有不同的溶解度。利用样品各组分在某一溶剂中溶解度的差异,将各组成分完全或部分地分离的方法,称为溶剂提取法。此法常用于维生素、重金属、农药及黄曲霉毒素的测定。
溶剂提取法又分为浸提法、溶剂萃取法、盐析法。
(1)浸提法:用适当的溶剂将固体样品中的某种待测成分浸提出来的方法,又称液-固萃取法、浸泡法。
一般提取剂的选择要使提取效果符合相似相溶的原则,故应根据被提取物的极性强弱选择提取剂。对极性较弱的成分(如有机氯农药)可用极性小的溶剂(如正己烷、石油醚)提取;对极性强的成分(如黄曲霉毒素B1)可用极性大的溶剂(如甲醇与水的混合溶液)提取。溶剂沸点宜在45~80℃,沸点太低易挥发,沸点太高则不易浓缩,且对热稳定性差的被提取成分也不利。此外,溶剂要稳定,不与样品发生作用。
提取方法有振荡浸渍法、捣碎法、索氏提取法。
振荡浸渍法是将样品切碎,放入一合适的溶剂系统中浸渍、振荡一定时间,即可从样品中提取出被测成分。此法简便易行,但回收率较低。
捣碎法是将切碎的样品放入捣碎机中,加溶剂捣碎一定时间,使被测成分提取出来。此法回收率较高,但干扰杂质溶出较多。
索氏提取法是将一定量样品放入索氏提取器中,加入溶剂加热回流一定时间,将被测成分提取出来。此法溶剂用量少,提取完全,回收率高,但操作较麻烦,且需专用的索氏提取器。
(2)溶剂萃取法:利用某组分在两种互不相溶的溶剂中分配系数的不同,使其从一种溶剂转移到另一种溶剂中,而与其他组分分离的方法。此法操作迅速,分离效果好,应用广泛,但萃取试剂通常易燃、易挥发,且有毒性。
选择萃取溶剂时应注意其与原溶剂不互溶,但对被测组分有最大溶解度,而对杂质有最小溶解度;或被测组分在萃取溶剂中有最大的分配系数,而杂质只有最小的分配系数。经萃取后,被测组分进入萃取溶剂中,同仍留在原溶剂中的杂质分离开。此外,还应考虑两种溶剂分层的难易以及是否会产生泡沫等问题。
萃取通常在分液漏斗中进行,一般需经4~5次萃取,才能达到完全分离的目的。当用比水轻的溶剂,从水溶液中提取分配系数小,或振荡后易乳化的物质时,采用连续液体萃取器较分液漏斗效果更好。烧瓶内的溶剂被加热,产生的蒸汽经过管上升至冷凝器中被冷却,冷凝液化后滴入中央的管内并沿中央管下降,从下端成为小滴,使欲萃取的液层上升,此时发生萃取作用。萃取液经回流至烧瓶内后,溶液再次气化,这样反复萃取,可把被测组分全部萃入溶剂中。
(3)盐析法:向溶液中加入某一盐类物质,使溶质溶解在原溶剂中的溶解度大大降低,从而从溶液中沉淀出来。例如,在蛋白质溶液中,加入大量的盐类,特别是加入重金属盐,蛋白质就从溶液中沉淀出来。在蛋白质的测定过程中,也常用氢氧化铜或碱性醋酸铅将蛋白质从水溶液中沉淀下来,将沉淀消化并测定其中的含氮量,据此以断定样品中纯蛋白质的含量。