第二章样品的采集保存和处理1

GXUN§2.1样品的采集与保存§2.2样品的预处理第二章

样品的采集、保存和处理1/15/20231本章目的要求：1、掌握样品处理的常用方法。2、熟悉样品采集的一般原则。3、熟悉各类样品（如空气、水、食品、生物材料）的采集方法。1/15/20232卫生分析分析的一般步骤：样品的采集和保存试样的预处理分析方法的选择及试样的测定分析数据的处理和报告分析结果在样品分析的整个过程中，样品的预处理花费的时间往往最多，并且它还直接影响分析结果的准确度，由此可见样品处理在分析过程中重要性。1/15/20233§2.1样品的采取和保存定量分析的基本思想：定量分析工作多数是通过对全部样品中的一部分有代表性物质的测定，来推断被分析对象总体的性质。

分析对象的全体称为总体（population），它是一类属性完全相同的物质。构成总体的每一个单位称为个体。

从总体中抽取部分个体，作为总体代表性物质进行分析测定，这部分个体的集合体称为样品（sample）。从总体中抽取样品的操作过程称为采样（sampling）1/15/20234§

2.1.1样品采集的基本原则取样是定量分析中的第一步；取样的基本原则：具有代表性、典型性、适时性；取样的基本步骤：（1）收集粗样（原始试样）；（2）将每份粗样混合或粉碎、缩分，减少至适合分析所需的数量；（3）制成符合分析用的试样。1/15/20235

正确取样应满足以下要求：1.大批试样(总体)中所有组成部分都有同等的被采集的几率；2.根据给定的准确度，采取有次序的或随机的取样，使取样费用尽可能低；3.将n个单元的试样彻底混合后，再分成若干份，每份分析一次。1/15/20236随机抽取了10个样品，三种分析方案：测定十次混合后取1/10分析一次混合各测一次方案一方案二方案三√

方案一、方案三所得结果的精密度相当；但后者的测定次数仅是前者的3/10。1/15/20237样品采集过程要注意的问题：1、防止样品被污染及避免被测组分的损失。2、采集的样品要做详细的记录，包括：采样时间、地点、位置、温度和压力等。3、采样量适当，采样量的多少，主要决定于检测项目，检测项目多，要多采。4、采集的样品至少两份，一份作为分析样品，一份作为保存，留作复检或仲裁之用。1/15/20238§

2.1.2各类样品采集方法1.组成比较均匀的物料

气体、液体及某些固体气体：直接取样或浓缩取样；液体：在小容器中时，摇匀后取样；在大容器中时，上、中、下分别取样，混合；固体：随机取样；大气、湖海取样(分布不均匀)：布点取样；1/15/202392.组成很不均匀的物料

矿石、煤炭、土壤等：大小、硬度、组成均有较大差异。堆积时，大小分布不均，图中结点取样。

大量个体包装：统计取样；平均试样采取量Q（kg）与试样的均匀度、粒度、易破碎度有关，可按切乔特采样公式估算：Q=K·d2d:试样中最大颗粒的直径，mm；K：表征物料特性的缩分系数；均匀铁矿石：K=0.02~0.3;不均匀：K=0.5~2.0;煤碳：K=0.3~0.5。.....1/15/202310固体试样制备的一般程序:4、分析试样100－300g1号(分析)3号(备查)缩分：四分法1、粗碎筛分(4~6号)缩分→→2、中碎筛分(20号)→缩分→3、细磨100-200号缩分→2号(复检)1/15/2023113、湿存水的处理

湿存水：试样表面及孔隙中吸附的空气中的水。受粒度大小和放置时间影响。干基：去除湿存水后试样的质量。试样中各组分的相对含量通常用干基表示。试样通常需要干燥至恒重。

热稳定性样品：烘干

易受热分解试样的干燥：真空干燥至恒重；1/15/202312§

2.1.3卫生分析中各类样品的采集方法

由于空气污染物的种类及来源不同，它们的物理化学性质及在空气中的存在状态也不同，有的以气态（NOX、SO2、CO、O3等）或蒸气状态（苯、甲醛、丙烯醛等）逸散在空气中，有的以微滴或固体小颗粒分散在空气中呈气溶胶状态（烟、雾、悬浮颗粒物）。§

2.1.3.1空气

在进行大气监测、作业场所空气中有害成分的监测、室内空气和公共场所空气质量的监测，需要采集空气样品。1/15/202313虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。PM2.5（细颗粒物又称细粒、细颗粒）。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5

微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。1/15/2023142013年2月，全国科学技术名词审定委员会将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物。细颗粒物的化学成分主要包括有机碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐（Na+）等。中文名：细颗粒物外文名：PM2.5当量直径≤2.5微米英文全称:fineparticulatematter单

位：微克每立方米定名时间：2013年4月19日1/15/202315（一）简述卫生化学的性质、任务。并简单说明卫生化学与分析化学的关系。答：1、卫生化学是应用分析化学特别是仪器分析的基本理论和实验技术，研究预防医学领域中与健康相关化学物质的质、量及其变化规律的学科。卫生化学的任务是为学生讲授预防医学专业课程、毕业实习和技术工作所必须的分析科学的基本理论、、基本知识和基本技能。2、卫生化学主要是对预防医学领域中有关分析化学基本理论、基本知识和基本技能的研究，即卫生化学是以预防医学需要为前提，在不同历史时期有其不同的研究内容，并随着预防医学的发展而发展。而分析化学是研究物质化学组成、含量、结构及其多种化学信息的科学，它是涉及化学学科所有领域。1/15/202316答：1、样品的采集和保存；2、样品的预处理；3、分析方法的选择及试样的测定4、分析数据的处理和报告分析结果（三）样品采集的原则是什么？样品采集过程要注意哪些问题？（二）定量分析的一般步骤包括哪些？答：首先要根据分析对象、分析任务、待测组分的性质及分析要求，在建立正确的总体和样品概念的基础上，样品采集的原则是：使采集的样品应具有代表性，考虑其典型性，还要顾及适时性。1/15/202317样品采集过程要注意的问题：1、防止样品被污染及避免被测组分的损失。2、采集的样品要做详细的记录，包括：采样时间、地点、位置、温度和压力等。3、采样量适当，采样量的多少，主要决定于检测项目，检测项目多，要多采。4、采集的样品至少两份，一份作为分析样品，一份作为保存，留作复检或仲裁之用。1/15/202318§

2.1.3.1.2浓缩采集法：适用于空气中的被测组分含量较低或分析方法灵敏度较低的情况。§

2.1.3.1.1直接采集法：

适用于空气中的被测组分含量较高或分析方法较灵敏的情况。

采样时应根据监测目的和检项目选择合适的采样点、采样时间、采样频率和采样方法，并预先计算采样量。采样方法应根据被测物在空气中的存在状态和浓度以及检测方法的灵敏度来选择。§

2.1.3.1空气

在进行大气监测、作业场所空气中有害成分的监测、室内空气和公共场所空气质量的监测，需要采集空气样品。1/15/202319§

2.1.3.1.2.2固体吸附剂阻留法：主要用于气态和蒸气物质的采集。空气通过装有固体吸附剂的吸收管时，被测组分被固体吸附剂吸附，然后用溶剂洗脱或通过加热解吸的方法将其分离出来，达到分离富集的目的。§

2.1.3.1.2.1溶液吸收法：主要用于气态、蒸气状态物质的采集。空气通过装有吸收液的吸收管时，被测组分由于溶解作用或化学反应进入吸收液中，达到浓缩的目的。吸收液应对被测组分有较大的溶解度，或与其发生化学反应的速度快，吸收效率高，并且对后续分析无干扰。常用的吸收液有水、水溶液及有机溶剂。1/15/202320§

2.1.3.1.2.3滤纸滤膜阻留法：主要用于采集不易或不能被液体吸收的尘粒状气溶胶，如烟、悬浮颗粒物等。空气通过滤纸或滤膜时，被测组分被阻留在滤膜上，达到浓缩的目的。

常用的材料：有定量滤纸、超细玻璃纤维和有机化学纤维滤膜。如空气中的锰及其氧化物测定时，用玻璃纤维滤膜阻留，然后用磷酸溶解后进行分析。常用的吸附剂有硅胶。活性炭、分子筛等。如空气中的苯系物、多环芳烃的测定常使用活性炭采集样品后再用二硫化碳解吸后进行分析。1/15/202321§

2.1.3.1.2.4冷阱吸收法:

也称低温浓缩法，将一个U型管浸入液氮（-196℃）中，通过便携常用泵将空气样品收集到冷阱中，选择性地浓缩空气中的某些组分，然后在40℃-70℃解吸后进行分析。如空气中挥发性有机硫化物分析可采用这种采集方法。§

2.1.3.1.3采样装置§

2.1.3.1.3.1收集器:直接收集型和浓缩富集型。§

2.1.3.1.3.2流量计：计量所通过气体流量。§

2.1.3.1.3.3采样动力：多采用真空泵。

浓缩采集法采集的样品代表采样期间被测组分在空气中平均浓度。1/15/202322§

2.1.3.2水:

水样分为天然水、生活饮用水、生活污水和工业污水等，应根据监测目的、水样的来源和检测项目选择合适的采样点、采样时间、采样频率和采样方法，有的监测项目要求现场或立即测定，如pH、余氯、水中溶解氧等；有的项目允许样品存放一定时间，应采取适当方法保存。

常用的采样容器有水桶、单层采水瓶、深层采水器、急流采水器、采水泵等，其选择取决于水体情况。存放水样的容器常用聚乙烯瓶或桶、硬质玻璃瓶、不锈钢瓶，采样量主要决定于检测项目的多少及检测目的而定，一般为2升-3升。1/15/202323§

2.1.3.3食品：

食品的检测项目主要有食品的营养成分、功效成分、鲜度、添加剂及污染物等。可按随机抽样、系统抽样、和指定代表性样品的方法采样。一、随机抽样时:总体中每份样品被抽取的几率都相同。如食品的合格率，分析食品中某种营养素的含量是否符合国家卫生标准。二、系统抽样:适用于样品随空间、时间变化规律已知的样品采样，如分析生产流程对食品营养成分的破坏或污染情况。三、指定代表性样品:适用于掺伪食品、变质食品的检验，应选取可疑部分采样。1/15/202324§

2.1.3.4生物材料：生物材料是指人和动物的体液、排泄物、分泌物、及脏器等。包括血液、尿液、毛发、指甲、唾液、呼出气、组织和粪便。§

2.1.3.4.1血液：

包括全血、血浆、和血清。可反映机体的近期状况，成分比较稳定，取样污染少，但取样量和取样次数受限制。可采集指血、耳垂血（需血量较少时）或静脉血（需血量较多时）根据被测物在血液中的浓度，分别选用全血血浆和血清进行分析。1/15/202325

血样采集后，应及时分离血浆和血清，最好立即进行分析。若不能立即测定，应妥善保存样品。血浆和血清应置于聚四氟乙烯、聚乙烯或硬质玻璃管中密赛后保存。4℃下样品可短期保存，长期保存须在-20℃条件下冷冻保存。1/15/202326§

2.1.3.4.2唾液：唾液作为生物材料样品，具有采样方便、无损伤、可反复测定的优点。唾液分为混合唾液和腮腺唾液，前者易采集，应用较多，后者需要专用取样器，样品成分校稳定，受污染机会少。§

2.1.3.4.3毛发：毛发作为生物样品的优点是1、毛发是许多重金属元素的蓄积库，含量比较固定。2、可以记录外部环境对机体的影响。头发每月生长1-1.5cm，它能反映机体近期或过去不同阶段物质吸收和代谢的情况。3、头发易于采集、便于长期保存。1/15/202327§

2.1.3.4.4组织：组织主要包括尸检或手术后采集的肝、肾、肺等脏器。尸体组织最好在死后24-48小时内取样，并要防止所用器械带来的污染，采集的样品应尽快分析，否则需将样品冷冻保存。注意：毛发易受环境污染，所以毛发样品的洗涤非常重要，既要洗去外源性污染物，又要保证内源性被测组分不损失。采样方法：若要反映机体的近期状况，取后枕部据头皮2cm左右的发段，取样量1-2g。1/15/202328§2.1.3.4尿液：由于大多数毒物及其代谢物经肾脏排出，同时尿液的收集也比较方便，所以尿液作为生物材料在临床和卫生检验中应用较广。但尿液受饮食、运动、和用药的影响较大，还容易带入干扰物质，所以测定结果需加以校正或综合分析。由于测定结果受排尿量影响，所以常用比重法和肌酐法校正测定结果。1/15/202329§2.1.4样品的保存方法

采集的样品应尽快分析，对于不能及时分析的样品应妥善保存。由于物理、化学和微生物的作用，样品在存放过程中应力求被测组分不损失、不污染。如应避免被测组分挥发、容器及共存固体悬浮物的吸附，防止共存物之间发生化学反应，避免微生物引起的样品分解等。应根据样品的性质、检测项目及分析方法，选择适当的样品保存方法。常用的保存方法有如下三种：1/15/202330§

2.1.4.1密封保存法：防止空气中的氧气、水、二氧化碳等对样品的作用及挥发性组分的损失等。§

2.1.4.2冷藏保存法：对于易变质、含挥发性组分的样品，采样后应冷冻或冷藏保存。该方法特别适用于食物样品和生物样品的保存，较低温度下可减缓样品中各组分的物理化学作用、抑制酶的活性及细菌的生长和繁殖。1/15/202331§

2.1.4.3化学保存法

在采集的样品中加入一定量的酸、碱或其它化学试剂作为调节剂、抑制剂或防腐剂，用以调节溶液的酸度，防止水解、沉淀等化学反应，抑制微生物的生长等。一、加入硝酸调节酸度：如为了防止水样中的重金属离子水解、沉淀。二、加入氢氧化钠：测定氰化物、挥发性酚类使其生成盐。三、加入苯甲酸、三氯甲烷的防腐剂：防止食品腐败变质。1/15/202332

此外，样品的保存还应注意存放容器的选择、容器的洗涤及存放时间。容器选择主要决定于样品的性质和检测项目，材料应是惰性的，且对被测组分吸附很小，易洗涤。如测定水样中微量金属离子时，选择聚乙烯或聚四氟乙烯塑料容器；测定有机污染物时可选择玻璃容器为好。容器在使用前，一定要洗涤干净。样品存放时间决定于样品性质、检测项目的要求和保存条件。1/15/202333§2.2样品的预的处理§2.2.1试样处理的目的：采集的大多数样品是不能直接测定的，必须经过适当的物理或化学处理，才能测定。样品处理应达到如下目的：

1、使被测组分从复杂的样品分离出来，制成易测定的溶液形式；2、除去对分析有干扰的基体物质；

3、如果被测组分浓度较低还需进行浓缩或富集；4、如果被测组分用选定的方法难以检测还需要进行衍生化处理使被测组分定量转移成另一种易于检测的化合物。1/15/202334

对处理的要求：（1）被测组分不损失或损失很小；（2）样品不能被污染;（3）试剂用量少、方法简便易行、速度快对环境和人员污染小。§2.2.2试样溶液的制备§2.2.2.1分解法基础知识：分解法分为全部分解法和部分分解法。全部分解法是将样品中的所有有机物分解破坏成无机成分，适用于测定样品中无机成分。部分分解法是使样品中的大分子有机物在酸、碱或酶的作用下水解成简单的化合物，使待测组分释放出来，适用于测定有机成分。1/15/2023351.对分解方法的要求

(1)分解完全、分解速度快；(2)分离测定容易；(3)不导致试样中待测组分损失或沾污；(4)无污染或污染小。2.常用分解方法湿法（溶解法）：用酸或碱溶液分解试样；干法（熔融法）：用固体碱或酸性物质熔融分解。特殊分解方法：氧瓶法、钠解、微波溶解等。1/15/2023363.湿法分解中的溶剂选择原则（1）能溶于水的用水作溶剂；（2）不溶于水的酸性物质采用碱性溶剂，碱性试样采用酸性溶剂；（3）还原性试样采用氧化性溶剂，氧化性试样采用还原性溶剂；（4）有机溶剂浸出法。1/15/202337§

2.2.2.2无机物的分解一.溶解法:主要选用无极的强酸或强碱，来溶解金属、金属氧化物、合金及不溶于水的盐类。二.熔融法（熔剂与样品在高温下反应）:

（1）酸熔:常用熔剂：焦硫酸盐(K2S2O7);硫酸氢钾(KHSO4)

适用对象：难溶于酸的碱性或中性氧化物、

矿石；刚玉(Al2O3)；金红石(TiO2)等；1/15/202338(2)碱融法常用熔剂:：Na2CO3、K2CO3、NaOH、KOH、Na2O2等适用对象：硅酸盐、酸性炉渣、粘土等。§

2.2.2.3有机物的分解1.有机溶剂浸出法：适用于易溶于有机溶剂的待测组分。常用的有机溶剂有乙醚、石油醚、氯仿、丙酮、正己烷等。如食品中的脂溶性维生素可用氯仿浸提；水果、蔬菜中的有机氯农药可用丙酮浸出后再用石油醚提取；食品中的油脂可用乙醚浸提等。其依据：1/15/202339（1）“相似相溶”原则；（2）酚、有机酸溶于乙二胺、丁胺等碱性溶剂（3）有机碱、生物碱易溶于甲酸、乙酸等酸性溶剂；2.分解法（1）干灰化法：包括高温灰化法和低温灰化法。①高温灰化法利用高温（450℃-550℃）破坏样品中的有机物，使之分解呈气体逸出。具体方法是将样品置于坩埚中，先低温炭化，然后转移至高温炉（马弗炉)中进一步灰化，直到剩下白色或灰白色无机残渣，取出冷却后用水或酸溶解残渣。1/15/202340

②低温灰化法是利用高频等离子体技术，以纯氧为氧化剂，在灰化过程中不断产生氧化性强的氧等离子体（由激发态氧分子、氧离子、氧原子、电子等混合组成），产生的氧等离子体在低温下破坏样品中的有机物，该方法所需灰化温度低，可大大降低待测组分的挥发损失；有机物分解速度快，样品处理效率；由于不需外加试剂，空白值低。1/15/202341③氧瓶燃烧法：有机物中卤素、硫、磷、硼等元素测定及部分金属Hg、Zn、Mg、Co、Ni测定④定温灰化法：在坩埚中加热(500～550℃)分解，灰化常用于有机物和生物试样中的无机元素锑、铬、铁、钼、锶、锌等；1/15/202342

该方法的优点：消化速度快、分解效果好、消化温度低、被测组分挥发损失少。

该方法使用时注意：由于在消化过程中使用大量酸，产生大量酸雾、氮和硫的氧化物等强腐蚀性有害气体，所以必须在有良好的通风设备，同时要求试剂的纯度较高，否则空白值较高。（2）湿消化法

在加热的条件下，利用氧化性的强酸或氧化剂来分解样品。湿消化法使用的试剂成消化剂，常用的消化剂有硝酸、硫酸、高氯酸、高锰酸钾和过氧化氢等1/15/202343

具体操作：将样品加到三角烧瓶或大试管等玻璃容器中，加入消化剂在电热板或电炉上加热，消化至溶液成无色透明为止。为降低消化液对测定的影响，应将消化后的残余消化剂尽量赶尽。为提高消化效果，大多采用混合消化剂。常用的消化剂有：硝酸-硫酸、硝酸-高氯酸、硝酸-过氧化氢、硝酸-硫酸-高氯酸。消化过程表示如下：1/15/202344硝酸盐或硫酸盐有机试样硝酸-硫酸或硝酸-硫酸-高氯酸硝酸-高氯酸或硝酸-过氧化氢C或H金属元素非金属元素阴离子1/15/202345

①硝酸-硫酸：硝酸氧化能力强。沸点低，硫酸的沸点高且有氧化性和脱水性，二者混合具有较强的消化能力，常用于生物样品和混浊污水的消化。该方法消化时间较长，3h-5h,不适合能形成硫酸盐沉淀的样品。

②硝酸-硫酸-高氯酸：通常在样品中先加入硝酸和硫酸消化，待冷却后再加高氯酸进一步消化，或将三种酸按一定比例配成混合酸加入样品进行消化。此方法特别适合于有机物含量较高且难以消化的样品，但对含碱土金属、铅及部分稀土元素的样品不适合。1/15/202346③硝酸-高氯酸或硝酸-过氧化氢：高氯酸和过氧化氢的氧化能力均较强，加之高氯酸沸点较高且有脱水能力，所以这两种消化液能有效破坏有机物，对许多元素测定都适用，消化时间短，1h-3h,应用广泛。但高氯酸与羟基化合物可生成不稳定的高氯酸酯而发生爆炸。为了避免危险，消化时应先加入硝酸将羟基化合物氧化，冷却后再加高氯酸继续消化。1/15/202347（3）密封加压消化：把样品加到聚四氟乙烯为衬里的密封罐中，再加适量的消化剂，加盖密封，然后在烘箱中加热消化。该法的优点是试剂用量少、空白值低、快速，可防止挥发性元素的损失且污染小。（4）微波溶样法：该法是将微波快速加热与密闭加压消化相结合的一种新型而有效的分解样品技术。该法的主要设备由微波炉和聚四氟乙烯密封罐组成。样品中的极性分子和可极化分子在微波电磁场（一般2450MHz）中快速转向和定向排列产生剧烈震动、撕裂和相互摩擦，使样品分解。该法快速高效，一般3-5分钟可将样品彻底分解，试剂用量少、空白值低、挥发性元素不损失。书上还有部分分解法。1/15/202348§2.2.3干扰成分的分离和被测物富集

问题的提出实际样品的复杂性共存组分干扰的消除控制实验条件使用掩蔽剂分离分析方法灵敏度的局限性满足对灵敏度的要求选择灵敏度高的方法富集例如海水中U（IV)的测定C=1～3g/L难以测定富集为C=100～200g/L可以测定1/15/202349分离效果干扰成分减少至不再干扰待测组分有效回收常量组分，含量>1%，回收率>99%以上。对于微量组分及痕量组分，0.01%<含量<

1%，含量<0.01%，回收率>95%或更低。1/15/202350常用分离方法沉淀分离法溶剂萃取分离法（液－液萃取分离法）离子交换分离法色谱分离法（液相色谱分离法）挥发和蒸馏分离法1/15/202351§2.2.3.1溶剂萃取分离法

§2.2.3.1.1萃取分离法：利用待测组分在互不相溶的两溶剂体系中溶解度（S）的不同，把待测组分从原来的待测体系中定量地转入到有机溶剂（萃取体系）中。溶剂萃取分离法既可用于常量元素的分离又适用于痕量元素的分离与富集，而且方法简单、快速。如果萃取的组分是有色化合物，便可直接进行比色测定，称为萃取比色法。这种方法具有较高的灵敏度和选择性。1/15/202352§2.2.3.1.2

萃取分离的基本原理1、萃取分离的依据一、萃取分离的本质疏水性物质亲水性离子型化合物极性共价键化合物弱极性或非极性相互转换1/15/202353例，8-羟基喹啉-CHCl3对Al3+的萃取3亲水疏水溶于