溶解后的樣品，進入IC分析前，常需要凈化。凈化的方法有簡單的濾膜過濾或進一步處理，即從復雜基體中選擇性地富集痕量待測離子或選擇性地去除基體。常用的樣品凈化技術一般為固相萃取法、固相微萃取法、膜分離法等。固相萃取法(SPE)是一個非常有用的樣品處理技術，專門用來進行分析前的樣品純化和濃縮，是由液-固萃取和柱-液相色譜技術相結合發展起來。1978年出現一次性SPE商品柱，自出現以來，以10%的年增長率擴大其應用。在很多情況下，SPE作為制備液體試樣優先考慮的方法取代了傳統的液-液萃取法。第三節

樣品凈化技術一、SPE的特點3.1

SPE特點及使用范圍⑴在許多分析方法中已經取代傳統的溶劑萃取技術；⑵節省分析時間，簡單，快速，是液-液萃取法的1/10；⑶不使用超純溶劑，減少有機溶劑的使用和有機廢物的產生，消除溶劑對人體和環境的危害；⑷高效、快速，可同時處理多個樣品（小體積）；⑸提高回收率，改善重現性；⑹無乳化現象。

SPE是柱色譜分離過程，分離機理、固定相和溶劑的選擇等方面與HPLC有許多相似之處。SPE柱的填料粒徑﹥40μm，要比HPLC填料(3-10μm)大。由于柱床短和粒徑大，SPE柱效N比HPLC柱效N低得多。HPLC柱效N﹥10000；SPE柱效N﹥10-50。因此用SPE只能分離保留性質有很大差別的化合物。二、SPE不足之處及性能比較缺點：⑴SPE的截面積小，流量低（環境和生物樣品）；⑵處理液體樣品的時間長；⑶容易堵塞；⑷吸附劑生產批次之間的差異導致重現性差；⑸柱是一次性使用。

薄膜SPE具有截面積大，不易堵塞，可以高流量，處理時間短的特點，因而代替了柱形SPE的趨勢。

膜狀SPE有兩類:①薄膜中混合了各種化學鍵合固定相填料微粒，其中填料含量占90%；②薄膜本身直接經化學反應鍵合了多種不同的官能團。

填料用量相同時，膜狀SPE流量大，流速低，處理時間短。柱狀與薄膜SPE性能的比較⑴從試樣中除去對后續分析有干擾的物質；⑵富集痕量組分，提高分析靈敏度；⑶變換試樣溶劑，使之與分析方法相匹配；⑷原位衍生；（改善樣品其揮發性，減弱基團和化合物極性，提高揮發度）。⑸試樣脫鹽；⑹便于試樣的儲存和運送。三、SPE的使用范圍1.普通使用的SPE柱

容積為1-6mL的柱體，通常是醫用聚丙烯管，在兩片聚乙烯篩板之間填充0.1-2g填料，常用的填料是C18，這種填料疏水性強，在水相中對大多數有機物顯示保留，也可以使用其它具有不同選擇性和保留性質的填料，如C8，-CN，-NH2，-C6H6，雙醇基填料，硅膠,氧化鋁，硅酸鎂，聚合物，離子交換劑，排阻色譜填料，親和色譜填料。3.2

SPE裝置一、柱構型

近幾年，發展了許多金屬性SPE固定相，針對特定環境，毒品和生化試樣而設計的。具有活性基團或經活性化合物涂漬的SPE固定相可用于分析物衍生化反應。對純度的考慮：①一般選用醫用聚丙烯作為柱體材料(含微量雜質),當經處理的試樣后，用高靈敏度的方法(ECD，FID，GC-MS)進行分析，這些雜質可能被檢測。為了降低SPE空白的雜質，可選用玻璃，純聚四氟乙烯（PTFE）作為柱填料。篩板填料是另一個可能的雜質來源。制作篩板的填料有聚丙烯，PTFE，不銹鋼和鈦金屬篩板不含有機雜質，但易受酸的腐蝕。從柱體，篩板和填料都可能向試樣中引入雜質，在建立和驗證SPE的方法時，必須做空白萃取實驗，這對痕量分析尤為重要。2.SPE盤

表觀上與膜過濾器十分相似，盤式萃取器是含有填料的PTFE圓片或載有填料的玻璃纖維片，后者較堅固，無須支撐。填料約占SPE盤的60~90%，盤的厚度約1mm，由于填料顆粒緊密的嵌在盤片內。SPE柱和盤式萃取器的主要區別：在有床厚度/直徑（L/d）比，對于等重的填料，盤式萃取的截面積比柱約大十倍，因而允許試樣以較高的流量通過，SPE盤的這個特點適合從水中富集痕量的污染物。1L純凈的地表水通過直徑為50mm的SPE盤僅需15~20min。1.離線SPESPE與分析獨立進行，SPE僅為以后的分析提供合適試樣，與SPE柱相配合的SPE裝置非常簡單。①憑借重力，溶劑就可以通過萃取柱,但流量較低。②使用注射器加壓或吸濾瓶抽氣可以增加溶解的流量。多支管抽氣裝置能夠同時處理數個萃取柱,為了使試樣溶液與填料有足夠的接觸,溶劑流量不應過高。③對于SPE柱流量應保持每分鐘數毫升。SPE盤截面積大，允許溶劑以較大的流量通過。離線SPE操作可以由SPE儀器完成：由柱架、活塞泵、儲液槽、管線和試樣處理器完成。二、在線和離線SPE2.在線SPE

在線SPE又稱在線凈化和富集技術，主要用于HPLC分析。通過閥切換將SPE處理試樣和分析統一在一個系統中。SPE操作步驟包括:(1)柱預處理；(2)加樣；(3)洗去干擾物；(4)回收分析物。3.3

SPE操作步驟

在加樣和洗去干擾物的步驟中，部分分析物有可能穿透SPE柱造成損失。而在回收分析物步驟中，分析物可能不被完全洗脫，僅有部分殘留在柱口。最理想的情況是分析物100%回收到收集的級分中，但并不是總能達到。萃取樣品之前，為潤濕固相萃取柱填料，用一滿管溶劑沖洗管。1.反相類型硅膠和非極性吸附劑介質通常先使用數毫升甲醇通過萃取柱，再用水或緩沖溶液頂替滯留在柱中的甲醇。甲醇潤濕吸附劑表面和滲透鍵合烷基相，這些溶劑通常是與洗脫劑一樣，可消除固相萃取管上的雜質及對分析物的干擾。2.正相類型硅膠和極性吸附劑介質通常用樣品所用的有機溶劑來處理。離子交換填料用于非極性有機溶劑中的樣品，用3-5mL的去離子水或低濃度的離子緩沖溶液來處理。為了使固相萃取填料從預處理到樣品加入時都保持潤濕，允許大約1mL的預處理溶劑在管過濾片或萃取片表面之上。一、柱預處理柱預處理的目的:①除去填料中可能存在的雜質；②使填料溶劑化，填料未經預處理或未被溶劑潤濕，能引起溶質過早穿透，影響回收率。

如果樣品是從一個液管或過濾管引入固相管，則多加0.5mL，最后的預處理溶劑到1mL的固相萃取管中，如果是2mL到3mL的萃取柱中，多加入4-6mL管中等等。這是為了保證在樣品加入之前萃取柱濕潤。如果在樣品加入之前，萃取柱中的填料干了，需重復預處理過程。在重復引入有機溶劑之前，一定要用水沖洗柱，洗去其中緩沖溶液的鹽。

預處理后，試樣溶液被加至并通過SPE柱。在該步驟中，分析物被保留在吸附劑上。為了防止分析物的流失，試樣溶劑強度不宜過高。當以反萃取時，以水或緩沖劑作為溶劑，其中有機溶劑量不超過10%（v/v）。二、加樣克服加樣過程中分析物流失的方法：①可用弱溶劑稀釋試樣；②減少試樣體積；③增加SPE柱中填料量和選擇對分析物有較強保留的吸附劑。

用中等強度的溶劑將干擾組分洗脫下來，同時保持分析物停留在柱上。對反相萃取柱，清洗溶劑是含適當濃度的有機溶劑的水溶液或緩沖溶液。通過調節清洗溶劑的強度和體積，盡可能多的除去被洗脫的雜質。為了確定最佳清洗溶劑的濃度和體積，加試樣于SPE柱口，用5-10倍SPE柱床體積的溶劑清洗，依次收集和分析流出液，得到清洗溶劑對分析物洗脫輪廓圖。依次增加清洗溶劑強度，根據不同強度分析物的洗脫輪廓圖，決定清洗溶劑合適的強度和體積。三、除去干擾雜質（沖洗填料）將分析物完全洗脫并收集在最小體積的級分中。同時使比分析物更強保留的雜質盡可能多的停留在SPE柱上，洗脫溶劑的強度是非常重要的。⑴較強的溶劑能使分析物洗脫并收集在一個小體積的級分中，但有較多的強保留雜質同時被洗脫下來。⑵用較弱的溶劑洗脫，分析物級分體積較大，但含較少的雜質。

為了提高分析物的濃度或為以后分析調整溶劑性質，可以把收集到的分析物級分用氮氣吹干，再溶于小體積適當的溶劑中。為了選擇合適的洗脫劑強度和體積，加試樣于SPE柱上可以改變洗脫劑的強度和洗脫液的體積，測定分析物的回收率。

四、分析物的洗脫和收集

步驟一步驟二步驟三步驟四預處理加樣沖洗洗脫

目標化合物非目標化合物雜質和介質

從SPE的操作步驟可以看出，SPE的重現性受多個因素的影響，實驗條件是影響重現性的主要原因。提高重現性的方法：⑴使用內標法，加入適當的內標作參比;⑵加入樣量適當，不超出穿透量和穿透體積;⑶選擇合適的洗滌液和洗脫液，確保分析物在操作中不流失。隨著自動化儀器的出現，可同時處理幾個或幾十個樣品，自動加液全部實現計算機操作。

建立SPE方法之前，首先要了解分析物的性質及有關信息。影響SPE固定相和洗脫劑選擇的因素：⑴試樣基質和分析物的性質，如：結構、極性、溶解度和酸堿性質等；⑵試樣中分析物的濃度或濃度范圍;⑶樣品溶劑的性質，試樣中存在哪些對選擇的分析方法有干擾的雜質；⑷用什么方法進行試樣分析，該方法對試樣有什么要求;⑸試樣預處理所要達到的目的。SPE分離另一種情況是雜質被保留，分析物通過柱，此時試樣被凈化，但不能使分析物富集，也不可能分離保留性質比分析物更弱的雜質。SPE主要應用在環境分析，藥物分析，臨床分析和食品飲料分析中。SPE應用在處理環境和生物液試樣時，最能體現該技術的特點。如測定水中的油脂，(美國環保局，USEPA1664)，水樣首先用氟里昂或正己烷萃取。前者由于破壞臭氧層已被禁用，后者比水輕容易形成乳濁液。若用SPE處理試樣就簡單的多同時可節省溶劑，在一些USEPA建立水樣方法已經允許使用SPE代替LLE。SPE技術為USEPA所接受，還專門研制SPE柱(專屬)。3.4

SPE應用展望：⑴用球形硅膠或高聚物作為填料基質和改進合成方法，提高柱效和重現性；⑵引進新型選擇性高或特效性的填料和具有不同極性的新型SPME纖維；⑶繼續完善和改進柱構型，提高工作效率，滿足各種試樣的不同要求。⑷新材料和填料制備SPE裝置，減少空白的雜質，擴大SPE在痕量分析中的應用。⑸進一步改進自動儀裝置，提高工作效率。3.5膜萃取簡介膜萃取是膜技術與萃取過程相結合的新型膜分離技術，又稱固定膜界面萃取。在膜萃取過程中，萃取劑和料液分別在膜兩側流動。其傳質過程是在分隔料液相的萃取相的微孔膜表面進行的。沒有相分散行為發生。⒈膜萃取過程沒有相的分散和聚結，可減少因液滴分散在另一液相中而引起的夾帶現象和隨之產生的溶劑損失。⒉膜萃取過程沒有直接接觸的液液兩相流動，因此選取萃取劑時，對物性（密度、粘度、界面張力）的要求可大大放寬。⒊由于膜萃取過程中兩相分開流動，可以避免在一般逆流萃取柱中嚴重影響傳質效果的軸向返混現象。膜萃取的特點：⒋由于膜萃取過程可以實現同級萃取，反萃取及利用萃合物載體促進遷移，可以提高萃取過程的傳質推動力。⒌與一般萃取比較，膜萃取的缺點是增加了一層膜的阻力被萃取組分要經過三個步驟：⑴由料液水相主體到膜面；⑵擴散通過膜；⑶由膜的另一面到萃取有機相主體才能完成總傳質過程。膜阻使過程的總阻力增大，總傳質系數下降。克服辦法選用膜材料加以克服。⒍在膜萃取過程中可能發生的相互滲透，膜的溶脹及影響膜的使用。幾乎所有常規的分相溶劑萃取都可以用膜萃取代替。目前使用微孔膜的溶劑萃取主要用于以下6方面：⒈金屬萃取⒉有機污染物萃取⒊芳烴萃取⒋藥物萃取⒌發酵產物萃取⒍萃取生化反應3.6

膜分離法的應用指組分主要依靠在互不相溶兩液相間的選擇性滲透、化學反應、萃取和吸附等機理而進行分離的。顯然當被隔開的兩個溶液是有機溶液時，液膜則應該是水型；相反，當被隔開的兩個溶液是水溶液時，液膜則應該是油型。

3.7

液膜分離例如:處理廢水（含鉻廢水），常采用加入叔胺R3N起萃取劑（流動載體），相應內相試劑選用堿、反萃取劑。反應式：

2R3N+2H++Cr2O72-=(R3NH)2Cr2O7

油膜相外相（料液）油膜相

(R3NH)2Cr2O7+4OH-=2R3N+Cr2O72-+3H2O

膜相內相試劑膜相內相

液膜萃取除鉻的優點之一是把萃取和反萃取結合在一起同時進行，使得鉻離子一旦與膜相中流動載體形成配合物便立即被內相試劑捕集，從而加大了過程的推動力，提高分離效果。此法也可以用于處理含CN-、NO3-和NO2-等陰離子的廢水。生化方面：主要是酶，包括尿素酶，胰蛋白酶可以用液膜封閉，不會降低酶的活性；

醫學方面：不需要破乳液膜人工肺、液膜人工肝、液膜人工腎、液膜解毒及緩釋藥物等。

冶金方面：稀有金屬和稀土金屬分離。

沉淀分離和溶劑萃取法在提高選擇性方面的研究都取得了新進展。其中共沉淀富集痕量元素的技術已趨成熟，溶劑萃取法就正在不斷研究開發了新的萃取劑，新的萃取體系。

離子交換分離的進展主要集中在高選擇性吸附能力的離子交換體系或吸附劑的研究和應用上。如合成高選擇性多種功能團的螯合樹脂、螯合纖維素、負載有固定螯合功能團的樹脂、纖維素、還有植物體吸附(木質素)

、微生物吸附(有藻類、細菌、真菌、酵母)等

。尤其在有色金屬和貴金屬方面應用的比較多。一、經典的分離富集技術的不斷完善3.8

離子色譜樣品前處理技術發展趨勢吸附預富集分離方面的進展：⑴吸附劑種類的多樣化：新型螯合樹脂；生物吸附劑：植物體：如柿子皮、植物莖和葉；

微生物：藻類、細菌、真菌、酵母等。(2)對吸附機理研究的深入化：使用FTIR、XRD、XPS對吸附機理進行探究和表征。殼聚糖（Chitosan），β-2-氨基-2-脫氧-(1,4)-D-吡喃葡萄聚糖。一種弱堿，不溶于水，溶于pH<6的有機酸。⒉各種分離技術相互滲透

近20年來，最有意義的是發展了萃取色譜，泡沫吸附以及萃取分離技術（固相萃取、固相微萃取、氣相萃取、超臨界萃取、微波萃取、膜萃取、加速溶劑萃取、微量化學法及自動化核酸提純系統）。其中相當一部分前處理技術-無溶劑萃取技術。另處還有新的分離技術，毛細管電泳、毛細管柱電色譜和超臨界流體色譜等使應用領域十分廣泛。萃取色譜：將有機萃取劑或配合劑等吸附在惰性載體上作為固定相，以無機物質（如酸、堿溶液）為流動相。是將溶劑萃取和色譜相結合的一種新的分離技術。特點：㈠萃取色譜的固定相為有機萃取劑，流動相為水溶液，比較容易選擇合適的水相組分。萃取劑在不同水相條件下萃取金屬離子的分配比，可作為萃取色譜選擇分離條件的借鑒。㈡固定相的萃取劑種類較多，如：磷類、胺類、含氧的醚和酮類、螯合萃取劑、混合萃取劑、新的冠醚類大環化合物都可以用于萃取色譜，獲得良好的分離。㈢萃取劑固定在惰性支持體上，其用量比溶劑萃取少。一般不怕乳化現象，柱可以反復利用。㈣萃取色譜相當于級數很高的多次萃取，分離效率高，并能有效地分離性質相似的元素及含量很少的放射性元素。㈤操作簡便，易于實現自動化。⒊分離富集技術的自動化

流動注射FI技術是能夠實現樣品自動引入、稀釋、在線分離富集與儀器聯機，提高分析性能：FI-CE，膜分離技術聯用和液相發光儀器一體化，受到關注。還有微流控芯片技術可使樣品在芯片上實現在線酶解分離富集檢測（蛋白質組學）。

微流控芯片(Microfluidic)：是把生物和化學等領域中所涉及的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成或基本集成到一塊幾平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成網絡，以可控流體貫穿整個系統，用以取代常規生物或化學實驗。圖3.2芯片照片及實驗過程示意圖⒋發展化學形態分析的分離富集方法⑴形態分析：分析化學的一個分支，它包括物理形態分析和化學形態分析。IUPAC于2000年統一規定了痕量元素形態分析的定義：化學形式(chemicalspecies)：一種元素的特有形式，如:同位素組成、電子或氧化狀態、化合物或分子結構等。形態(speciation)：一種元素的形態即該元素在一個體系中特定化學形式的分布。形態分析(speciationanalysis)：識別和(或)定量測量樣品中的一種或多種化學形式的分析工作。分步提取(fractionation)：根據物理(如粒度、溶解度等)或化學性質(如結合狀態、反應活性等)把樣品中一種或一組被測定物質進行分類提取的過程。

有時某些樣品中元素的不同化學形態的測定很難做到。因為樣品中存在的化學形態往往不是很穩定.在整個分析過程中可能會發生變化。

化學形態分析對了解環境元素的毒性及其對生態系統的影響極為重要，己成為近年來越來越引人關注的課題。對于環境中的痕量無機元素的價態、化合態、金屬有機化合態進行分析是近年來化學分析中非常活躍的領域。形態分析的主要挑戰是樣品處理問題，即如何完整無損的將原始樣品中存在的各種形態定量分離。最合理的形態分析應該是通過直接探測天然環境中原始樣品的在線實時分析。但目前多數方法需要采集樣品并在實驗室中預處理之后進行分離和測定。顯然.這種方法存在著一些缺陷，在分析期間存在形態改變的可能性。

目前固體樣品的前處理一般采用選擇性浸取、輔以加壓、超聲、微波等手段。準確形態分析的主要手段是聯用技術，即先用有效的在線分離技術將某種元素的各種化學形式進行選擇性分離，然后用高靈敏度的無機元素檢測技術進行測定。這些聯用技術正在環境科學、臨床化學、毒理學和營養學等領域不斷擴大應用范圍。最常用的做法是依據被分析物的物理化學特征，如揮發性、電荷、極性、質量及分子的空間結構等性質，選擇GC、HPLC、IC、SFC、CE等現代色譜學分離技術進行被測物質的形態分離。然后用AAS、AFS、MIP-AES)、ICP-AFS)和ICP-MS等高靈敏度、高選擇性的無機元素檢測技術進行測定。(1)GC在形態分析中：GC比較適合揮發性金屬及金屬有機化合物的分析，對于難揮發金屬及其金屬有機物，需要轉變成揮發性的化合物，通常是利用各種衍生化方法使其轉變成金屬共價氫化物或螯合物，保留時間被用作鑒定的依據。GC分離系統：GC色譜柱和毛細管柱均己廣泛用于手性化合物的分離。填充柱的優點從是在有油脂或有機物殘渣沉積后，可通過更換部分填料而消除污染。此外，毛細管柱及大口徑開管柱也被廣泛地應用。柱效高、分辨率好、尖銳的峰形可導致靈敏度的提高。檢測系統：AAS和AFS選擇性較高，是金屬有機化合物形態測定中廣泛使用的檢測技術。主要缺點是靈敏度隨著待測形態揮發性而改變。冷蒸汽(CV)AAS可用少各種有機汞的GC流出物測定。AFS具有很高的靈敏度，適于易揮發元素的測定。還有GC-ICP-MS等。(2)HPLC和IC在形態分析中的應用與GC相比HPLC通常是在室溫下進行，對高沸點和熱不穩定化合物的分離不需經過衍生化，因而使得HPLC更適合于環境分析以及生物活性物質分析。同時，HPLC擁有較多的可改變的因素(包括固定相和流動相等)，使得HPLC的適用性更為廣泛。

HPLC分離系統：在化學形態分析中應用較多的是IC，因其具有分離游離或絡合物離子型化合物的能力。反相(RP)-MPIC由于利用了離子對試劑，因而也能廣泛用小分子型化合物的分離。HPLC和RP-MPIC可用于Se、Hg、As、Sn和Pb等元素的形態分離。檢測系統目前，所有與HPLC聯用的檢測系統中，原子光譜和質譜己證實最適合于痕量元素的化學形態分析。1.植物、糧食及其它生物試樣的預處理

對植物、糧食及其它生物試樣中微量無機成分的測定，通常采用原子吸收光譜法、等離子體原子發射光譜分析法或離子色譜法。動植物組織、血液和尿等試樣，除極少數可直接進樣外，一般都須預處理。讓樣品風干或烘干，剖碎過篩后稱樣，將樣品灰化，使有機物質分解，而被測元素轉入溶液之中。常用方法為干法灰化后，用硝酸或鹽酸溶解灰分；或用強酸消化，使有機物分解，通常采用混合酸破壞有機物更有效或用合適試劑浸提被測元素等。(1)測定無機成分時植物、糧食及其它生物試樣的預處理3.9、樣品前處理示例

準確稱取2.0-5.0g粉碎樣品于坩堝中用小火炭化至無煙后，冷卻。小心滴加幾滴硝酸，使殘渣濕潤，然后用小火蒸干移入高溫爐中于600℃灰化2h，冷卻后取出。如灰化不完全再按上述操作滴加硝酸濕潤殘渣，小火蒸干移入高溫爐中于600℃繼續灰化直至樣品全部變成白色殘渣，冷卻后取出。殘渣先加少量蒸餾水濕潤，再加入1mol/L硝酸2mL，轉移至25mL容量瓶中，坩堝用蒸餾水少量多次沖洗于容量瓶中，定容，溶液供測定用，同時做試劑空白。(2)離子色譜法測定糧食樣品中鉛和鎘樣品處理

土壤中的無機元素的定性及定量測定比較簡單。對于常量和微量元素的測定，可以用離子色譜法、原子吸收光譜法以及電感耦合等離子體發射光譜法。采用電感耦合等離子體直讀光譜儀可以同時分析Si，Al，Fe，Mg，Ca，Ti，Mn及P等28種元素，分析時間不到3min，且精密度好。對土壤中有機成分的分析比較復雜一些，例如研究不同土壤中的腐殖酸的化學結構。這些結構各不相同的有機化合物，雖然用紅外光譜法、氣相色譜-質譜聯用等可以得到很好的解決，但分離仍是關鍵的一步。2.土壤中常量、微量元素及有機成分的研究

研究土壤組成的常用分離方法有溶劑萃取、薄層色譜、制備氣相色譜等，為了獲得滿意的分離，必要時還須進行化學衍生化。為了使非極性有機化合物不漏檢，因此