AAS分析測試中樣品前處理的基本方法和有關分析測試方法

作者：李昌厚

（中國科學院上海營養與健康研究所 上海 200233）

（原中國科學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（AAS）分析檢測工作中的兩個非常重要的問題：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，是涉及到了多個領域具有共性的樣品前處理方法；第二、AAS對不同樣品的檢測方法；介紹了7類樣品最重要的常規分析檢測方法。

0、前言

　　分析測試工作中的樣品前處理是一個非常復雜的問題、是分析測試工作中最重要的環節之一，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，不知道如何進行樣品前處理和進行具體測試工作。而樣品前處理所需要的分析時間，有時可達到整個樣品分析測試工作的60%以上、所帶來的分析誤差可能達到總分析誤差的30%以上^[1]。所以，作者在本文中對這些問題進行了小結。本文主要根據儀器學理論和作者的實踐，總結了AAS分析測試工作中樣品前處理的四種基本方法；對常見的、具有代表性的8類樣品前處理的基本方法，做了較詳細的介紹；同時，討論了常規分析檢測中，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， 一般常用的混合酸和使用時的比例為：

　　（1）HNO₃:HCLO₃=5:1；（2）HNO₃: H₂SO₄=5:1；（3）HNO₃:HCl=5:1；（4）純HNO₃

　　注：消解時對容易揮發（丙酮，乙醚，乙醇等）和易燃易爆的物質不能存在樣品中；

　　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、不易揮發時的處理方法：

　　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，然后轉移到馬弗爐在550℃左右灰化2～4小時。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，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：具體消解時使用哪種酸，應該視不同樣品而異。請讀者酌情選用。

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

　　（1）土壤的采集：取具有代表性的土壤，風干粉碎過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：

　　①濕消解法： 混合酸10 mL于50 mL燒杯中（0.3000 g），在電熱板上加熱，1小時后加HF酸，直至冒白煙，去酸，用無離子水定容待用。

　　②高壓罐消解：稱取0.3000 g土壤于罐中，加混合酸6 mL，加1 mL HF蓋緊蓋，于150℃下，在烘箱內加熱5小時后，取出、冷卻后定容50 mL待用。

　　③浸提法（適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小時后，靜止2小時，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。

　　④干灰化法：（適合高溫元素）：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行處理（請讀者視不同測定元素而定）。

　　（1）干灰化法：(不適合揮發性元素，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，微熱炭化，轉移到馬弗爐中（550℃）灰化止白（2～6小時），冷卻后用酸溶解，用無離子水定容到50 mL待用。

　　（2）濕消解法：取干樣0.3000 g，加混合酸10 mL，在電熱板上加熱，1小時后加H₂O₂ 1 mL，繼續加熱，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。

　　（3）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，冷卻后定容過濾到50 mL備用。

　　（4）微波消解法（見本文“1”；4））

　　3)部分食品樣品的前處理方法

　　（1）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。含多糖，脂類等時間可以適當長些；蛋白質纖維類則適當短些。

　　（2）濕消解法：主要常用三種酸：HNO₃，反應溫和，對蛋白質分解較好；H₂SO₄高沸點強氧化性，對碳水化合物、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。

　　（3）高壓罐消解法：（適合易揮發元素如Se、Cd、As、Hg等）樣品0.1000 ~ 0.2000 g，加混合酸6 mL即可。

　　（4）微波消解法（見本文“1”）。

　　4）部分血制樣品前處理方法

　　（1）全血：早上空腹抽靜脈血，放入預先準備的抗凝劑（0.1 mg肝素鈉）中，據需要進行前處理后待用。

　　（2）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的離心機上離心15～20 分鐘，上層微黃液即可。

　　（3）血清：加空腹血4 mL，靜置2小時，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，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

　　（1）直接稀釋溶解法：適合能溶于水和有機溶劑的樣品；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。

　　(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）

　　②植物的根莖類：少許加H₂SO₄，H₂O₂。

　　(4）高壓罐消解法（適合易揮發元素如Se，Cd，As，Hg，等）：優點：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，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

　　（1）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+HCLO_4。其中應用最多的是⑤、⑥，H₂SO₄與HCLO₄可提高分解溫度，最后用HNO₃為介質測定，用HF與其他混合酸消解對含有硅酸的礦物可以達到完全分解。

　　（2）除硅以外的元素測定：加混合酸，用HCLO₄除去HF使形成SiF₄，殘渣用HCL或HNO₃溶解。

　　（3）測定硅元素：用酸分解后，在溶液中測定Si。

　　（4）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

　　（1）直接進樣測定：樣品直接測定或加有機溶劑測定；

　　（2）無機酸萃取測定：

　　①灰化法：高溫干灰化法，低溫濕消解法

　　②萃取法：關鍵是在樣品中加氧化劑使金屬與碳鏈斷裂，再用無機酸為萃取劑，分離樣品中痕量元素。（注：玻璃器皿的污染用鉻酸洗液浸泡，必要時用塑料瓶萃取。常用萃取劑：HCL、HNO₃、MIBK甲磺酸等溶液）。

　　8）環境分析樣品前處理方法

　　（1）灰化

　　①濕消解法：不同混合酸消解；

　　②干灰化法：高溫用馬弗爐450～550℃。低溫用150～200℃；

　　（2）萃取：一般用以下三種方法萃取；①溶劑萃取；②固相萃取；③超臨界萃取。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。

　　（3）吸附法：一般有三種吸附法

　　①物理法：是非選擇性，吸附力是范徳華力。

　　②化學法：起化學反應的過程中，活性炭對金屬離子的吸附。

　　③交換吸附法：吸附與帶異種電荷，吸附劑表面發生靜電引力（離子交換）。

　　 此吸附法的特點：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。

　　（4）離子交換法

　　是離子交換劑與溶液中離子（陰陽）之間發生交換反應，而達到分離的目的，在環境分析中常用痕量元素的分離、富集；按官能團不同，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，在一定條件下形成沉淀，使溶液中被測元素同時沉淀下來，從而達到分離，富集目的。常用組分沉淀形態有：氫氧化物，硫化物，氧化磷酸鹽，鉻酸鹽，有機螯合物等。例如：氫氧化物沉淀形態：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會影響植物對 Mo 的吸收，不能用HCL稀釋樣品，否則產生Mo CL₂而揮發）：

取樣1.0 mL用1％ HNO₃稀釋到10 mL待測 。 以Pd作為改進劑，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。

　　（1）牧草中的Se的測試：取樣1 mL加改進劑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℃。

　　（2）植物中的K、Na的測試：稱取樣品0.2000 g于聚乙烯瓶內，加入混合酸10 mL，在90℃恒溫水浴提取一定時間，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，冷卻后過濾定容25 mL，酌情取樣測試。

　　（1）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，冒白煙時取下冷卻，定容到25 mL 酌情取樣測試。測試結果：Be線性范圍0～8 ng/mL。測試時儀器條件：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石墨管）

　　測試結果：線性范圍可達0～200 ng/mL，Ni(NO₃)₂改進劑50 μg/mL，1% HNO₃介質。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；例如：無機鹽、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。特別是對人體有益、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：

　　（1）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作基體改進劑測試。

　　（3）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。

　　（4）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)混合液作基體改進劑。測試時采用灰化溫度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農學院周林愛高級工程師的幫助，作者特此致謝。

4、主要參考文獻

　　[1]閻軍 胡文祥，《分析樣品制備》，北京：解放軍出版社，2003

　　[2]陳小華 汪群杰，《固相萃取技術與應用》，北京：科學出版社，2010

　　[3]李昌厚著，《原子吸收分光光度計及其應用》，北京：科學出版社，2010

　　[4]李昌厚著，《儀器學理論與實踐》，北京：科學出版社，2008

　　[5] 曹文明（Wilmar Global R&D Center）學術報告：《糧油食品分析前處理及快速檢測技術應用研究進展》，2017/09，上海儀器聯盟樣品前處理學術討論會

　　[6]李昌厚，保證分析檢測數據可靠性的一些關鍵問題，分析測試百科網，2021-02-26

　　[7]李昌厚，用好AAS的幾個關鍵問題，分析測試百科網，2020-08-17

　　作者簡介

　　李昌厚，男，1963年畢業于天津大學精密儀器系，中國科學院上海營養與健康研究所（原中國科學院上海生物工程研究中心）原儀器分析室主任、兼生命科學儀器及應用研究室主任、教授、博士生導師、華東理工大學兼職教授；終身享受國務院政府特殊津貼。

　　主要研究方向：分析儀器及其應用研究；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）及其應用研究；特別對《儀器學理論》、各類分析儀器的可靠性設計、影響各類分析儀器可靠性的性能技術指標的測試方法、以及如何評價分析儀器和如何用好分析儀器等有關問題有精深研究。

　　以第一完成者身份，完成科研成果15項。由中國科學院組織專家鑒定；其中13項達到鑒定時國際上同類儀器的先進水平，2項填補國內空白；以第一完成者身份獲得國家和省部級（中國科學院、科技部、上海市）科技成果獎5項（含國家發明獎1項）；發表論文183篇，出版專著5本。

　　曾任中國儀器儀表學會理事、中國儀器儀表學會分析儀器分會第五屆、第六屆付理事長；全國物理光學、光譜儀器、高速分析技術等專業委員會副主任、國家認監委計量認證/審查認可國家級常任評審員、國家科技部“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”多項重大儀器及其應用專項的技術專家組組長或成員、上海市科學儀器專家組成員、《光學儀器》副主編、《生命科學儀器》副主編、《光譜儀器與分析》副主編、上海化工研究院院士專家工作站成員等數十個學術團體的領導職務和成員。曽經先后擔任過多個國內外從事各類光譜、色譜等儀器研發、生產和有關媒體等高科技企業和學術團體的技術專家顧問，為他們聯合召開的各類技術交流會、各類技術培訓會等講課、做學術報告600多次以上。