现代食品分析技术教学课件

现代食品分析技术—学位课新的样品预处理技术现代仪器分析技术生化技术化学计量学现代食品分析技术—学位课新的样品预处理技术1课程内容：讲课+实验1、概述；样品的采集与制备；样品预处理技术（微波消解、SPE、SPME、浓缩、衍生等）；平面色谱技术；2、ELISA法（AFTB1检测）；速测卡法、酶抑制率法（蔬菜中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量的快速检测）；电位分析法与电导分析法及应用；3、原子吸收光谱法与原子荧光法及其在食品分析中的应用；4、气相色谱法、高效液相色谱法及其在食品分析中的应用；5、紫外-可见分光光度法及其在食品分析中的应用；6、荧光分析法及其在食品分析中的应用；7、红外光谱法及其在食品分析中的应用；8、质谱法，综合谱图解析。课程内容：讲课+实验2参考书：《现代食品分析新技术》陈家华编化工出版社《现代仪器分析》（第二版）刘约权主编高等教育出版社《食品分析》（第二版）王永华主编中国轻工业出版社食品伙伴网/

仪器信息网/参考书：3一、概述1、食品分析的内容2、食品分析方法3、分析方法的选择4、食品分析发展方向二、食品样品的采集、制备与保存现代食品分析技术教学课件4三、样品预处理1、有机物破坏法干法灰化湿法消化微波密闭消解技术优点、原理、方法的建立：①样品的称祥量②分解试样所用酸的种类及用量③微波加热的功率与时间（压力与温度的设置）三、样品预处理52、提取法浸提法（对固态样）超声提取技术；微波辅助提取（MAE）技术；加速溶剂萃取(ASE)溶剂萃取法（对液态样品）超临界流体萃取Supercriticalfluidextraction，SCFE特点与应用固相萃取（SPE）固相微萃取技术（SPME）2、提取法6固相萃取

SolidPhaseExtraction,SPE固相萃取：是近年发展起来一种样品预处理技术，由液固萃取和柱液相色谱技术结合发展而来,主要用于样品的分离、净化和浓缩。广泛应用在医药、食品、环保、商检、农残等领域。固相萃取

SolidPhaseExtraction,7表述1：固相萃取是一个包括液相和固相的物理萃取过程。在固相萃取过程中，固相对分析物的吸附力大于样品母液，当样品通过固相萃取柱时，分析物被吸附在固体表面，其他组分则随样品母液通过柱子，最后用适当的溶剂将分析物脱下来。表述2：固相萃取是一种基于液相色谱分离机制的样品前处理方法。是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品中的基体和干扰化合物分离，然后用洗脱液洗脱，从而达到分离与净化目标化合物的目的。固相萃取原理表述1：固相萃取是一个包括液相和固相的物理萃取过程。在固相萃8固相萃取仪固相萃取仪9固相萃取仪SPE装置由SPE小柱和辅件构成。SPE小柱：由三部分组成，柱管、烧结垫和填料。SPE辅件：一般有真空系统、真空泵、吹干装置、惰性气源、大容量采样器和缓冲瓶。

固相萃取仪SPE装置由SPE小柱和辅件构成。10SPE操作步骤

1.柱的预处理（固定相活化

）

为了获得高的回收率和良好的重现性，固相萃取柱在使用之前必须用适当的溶剂进行预处理，预处理除去填料中可能存在的杂质，另一个目的是使填料溶剂化（润湿）。SPE操作步骤1.柱的预处理（固定相活化）

为了11SPE操作步骤2.上样

预处理后，试样溶液被加至并以一定的流速通过柱子。在该步骤分析物被保留在吸附剂上。SPE操作步骤2.上样

预处理后，试样溶液被加至并以12SPE操作步骤3.柱的洗涤

在样品通过萃取柱时，不仅分析物被吸附在柱子上，一些杂质也同时被吸附，选择适当的溶剂，将干扰组分洗脱下来，同时保持分析物仍留在柱上。SPE操作步骤3.柱的洗涤

在样品通过萃取柱时，不仅13SPE操作步骤4.分析物的洗脱

用洗脱剂将分析物洗脱在收集管中，为了提高分析物的浓度或为以后分析调整溶剂性质，可以把收集到的分析物溶液用氮气吹干，再溶于小体积适当的溶剂中。SPE操作步骤4.分析物的洗脱

用洗脱剂将分析物洗脱14过柱方式过柱方式15SPE的分离模式反相固相萃取正相固相萃取离子交换固相萃取①阴离子交换②阳离子交换流动相：极性（水溶液）或中等极性固定相：非极性。分离对象：中等到非极性物质。

SPE的分离模式反相固相萃取①阴离子交换流动相：极性（水16固相萃取填料常用的正相吸附剂有硅胶、CN、NH2。反相SPE采用化学键合C18（硅胶上接十八烷基）、C8等。SCX（硅胶上接磺酸钠盐，阳离子交换）固相萃取填料常用的正相吸附剂有硅胶、CN、NH2。17固定相的选择将取决于分析物质和样品溶剂的性质。

选择极性相似的固定相。正相固定相如CN、Si、NH2都是极性的，用来保留（萃取）极性物质。而C18、C8、PH等是反相固定相，用来保留（萃取）非极性分析物。当分析物极性适中时，正、反相固定相都可使用。

固定相的选择还受样品溶剂强度的制约，弱溶剂会增强分析物在吸附剂上的保留，样品溶剂强度相对该固定相应该较弱。

对于正相和反相来说，组分在固定相上的保留或洗脱直接与溶剂极性有关，溶剂的极性决定溶剂的强度。在洗脱被保留组分时，强溶剂的用量比弱溶剂少。对于正相固定相，溶剂强度随其极性增加而增加。

对于反相固定相，溶剂强度随其非极性增加而增加

离子交换固定相的行为更多地取决于溶剂的pH值、离子强度和反离子强度，而与溶剂强度关系不大。固定相的选择将取决于分析物质和样品溶剂的性质。

选择18液体样品最好还要过滤，防止堵塞柱子。液面的问题，要求在液面下降到筛板时换加不同溶剂，加得太晚，会使填料中干涸产生气泡，相反，如果加得太早，会使加入溶液和在筛板上的原有溶液混合，产生一个无法预料极性的新洗脱液。也有时干脆每次都做到抽空溶液或淋洗后抽干。填料的装填松紧问题及填料的质量稳定问题，注意填料的生产厂家及生产批次。尽量慢，最好还是重力过柱。填料量够用就行。固相萃取柱最好只用一次。并不能完全取代液液萃取。液体样品最好还要过滤，防止堵塞柱子。19固相萃取的优点

与传统的液-液萃取相比，SPE具有的优点：可以显著减少溶剂的用量。避免乳化现象，萃取回收率高，重现性好。快速，一般来说，可批量进行。可选择的固相萃取填料种类多，应用范围广。易于实现自动化。固相萃取的优点与传统的液-液萃取相比，SPE具有的20固相萃取的应用SPE大多数用来处理液体样品，萃取、浓缩和净化其中的半挥发性和不挥发性化合物，也可用于固体样品，但必须先处理成液体。SPE既可用于复杂样品中微量或痕量目标化合物的提取，又可用于目标化合物净化与富集，是目前残留分析中样品前处理的主流技术之一。目前国内主要应用在水中多环芳烃（PAHs）和多氯联苯（PCBs）等有机物质分析，水果、蔬菜及食品中农药和除草剂残留分析，抗生素分析，临床药物分析等方面。

固相萃取的应用SPE大多数用来处理液体样品，萃取、浓缩和净化21应用举例：应用举例：22样品预处理技术的革命——

固相微萃取（SPME）技术克服了以前传统的样品预处理技术的缺陷，它无需溶剂和复杂装置，它能直接从液体或气体样品中采集挥发和非挥发性的化合物，可以直接在GC，GC/MS和HPLC上分析。有手动和自动进样两种。

属于非溶剂型萃取法样品预处理技术的革命——

固相微萃取（SPME）技术克服了23关键：石英纤维上涂高分子液膜原则：目标化合物是非极性时选择非极性涂层；目标化合物是极性时选择极性涂层。非完全萃取

严格控制操作条件，如取样时间和温度，萃取头浸入深度，样品瓶或顶空瓶体积保持一致。

关键：石英纤维上涂高分子液膜非完全萃取严格控制操作条件，如24现代食品分析技术教学课件25根据分析物的分子量和极性选择萃取头：小分子量或挥发性的化合物通常选用100μm非极性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）萃取头大分子量或半挥发性的化合物通常选用30μm或7μmPDMS萃取头极性半挥发性的样品通常选用85μm极性的聚丙烯酸酯（PA）萃取头极性挥发性的样品（如乙醇、胺类）选用65μmPDMS/DVB（二乙烯苯）萃取头

根据分析物的分子量和极性选择萃取头：26特点

简单：操作方便，只需按动手柄。集采样、萃取、浓缩、进样于一体。快速：可以节省样品预处理的70%时间。经济：无需溶剂及注射器，每个萃取头可以反复使用50次以上。无毒害：因为无需溶剂。适用性强：可以随身携带，现场采样，并可在任何型号的GC和HPLE仪器上直接进样。

特点27SPME应用环境污染物、农药、食品饮料及生物物质的分离与富集。例如，苯及其同系物、多环芳烃、硝基苯、氯代烷烃、多氯联苯、有机磷和有机氯农药的分离。饮用水中挥发性有机物，食品中的香料、添加剂和填充剂等的分离。SPME应用283、蒸馏法常压蒸馏；减压蒸馏；水蒸气蒸馏；吹扫捕集顶空制样4、化学分离法磺化法和皂化法；沉淀分离法5、透析法6、色层分离法柱层析、纸层析、薄层层析。3、蒸馏法29纸层析方法原理原理：纸上色谱分离法是根据不同物质在固定相和流动相间的（溶解度）分配比不同而进行分离的。固定相：滤纸——利用纸上吸着的水分(一般的纸吸着约等于自身质量20％的水分)流动相（展开剂）：有机溶剂简单装置如下图操作：点样、展开、干燥、显色、定性和定量原点愈小愈好，一般直径以2～3mm为宜。纸层析方法原理原理：纸上色谱分离法是根据不同物质在固定相和流30纸上色谱分离装置1.层析筒2.滤纸3.原点4.展开剂5.前沿6、7.斑点纸上色谱分离装置1.层析筒31展开方式上行法：展开速度慢、容易达到平衡，分离效果好下行法：展开速度快、适用于易分离的组分分离双向法：使用两种展开剂、90度展开、适用于难分离的混合物的分离径向层析：圆形滤纸，2个培养皿，适用于Rf相差较大的组分的分离。展开方式上行法：展开速度慢、容易达到平衡，分离效果好32比移值比移值：Rf＝a／ba为斑点中心到原点的距离cmb为溶剂前沿到原点的距离cmRf值最大等于1，最小等于0Rf值是衡量各组分的分离情况的数值Rf值相差越大，分离效果越好使用Rf值定性；扫描光谱定性比移值比移值：Rf＝a／b33讨论：Rf与组分性质、流动相及溶解度有关。极性组分→易保留，Rf小（流动相极性↑,Rf↑）非极性组分→易流出，Rf大（流动相极性↑,Rf↓）讨论：34应用甘氨酸、丙氨酸和谷氨酸混合氨基酸的分离展开剂：正丁醇：冰醋酸：水＝4：1：2显色：茚三酮葡萄糖、麦芽糖和木糖混合糖类的分离展开剂：正丁醇：冰醋酸：水＝4：1：5显色：喷硝酸银氨溶液，出现Ag的褐色斑点。定性：葡萄糖的Rf为0.16，麦芽糖的Rf为0.11,木糖的Rf是0.28。应用甘氨酸、丙氨酸和谷氨酸混合氨基酸的分离35薄层色谱法的特点设备简单，操作方便。混合物的分离情况可观察，可保存。比纸色谱快速。薄层色谱一般只需十几分钟或几十分钟。使用无机吸附剂，薄层色谱可以采用腐蚀性的显色剂。对于难以检出的化合物，可以喷以浓硫酸，然后小心加热，使有机物碳化，显棕色斑点。固定相的选择，比纸色谱更灵活。流动相的选择，比气相色谱灵活。薄层色谱法的特点设备简单，操作方便。36薄层色谱法的特点比纸色谱法斑点的扩散作用小，斑点比较密集，检验灵敏度较高。适于分析小量样品(一般到微克级)，也适于大量样品的分离（可以分离出几毫克甚至几十毫克组分）。适于分析热不稳定，难挥发的样品。薄层色谱法的特点比纸色谱法斑点的扩散作用小，斑点比较密集，检37方法原理原理：薄层色谱分离法是将固定相吸附剂均匀地涂在玻璃上制成薄层板，试样中的各组分在固定相和作为展开剂的流动相之间不断地发生溶解、吸附、再溶解、再吸附的分配过程。不同物质上升的距离不一样而形成相互分开的斑点从而达到分离。操作方法：同纸上色谱法方法原理原理：薄层色谱分离法是将固定相吸附剂均匀地涂在玻璃38点样要求配制样品的溶剂高度挥发性和尽可能非极性，否则易使斑点扩展。采用多次点加法，第二次点加时应待前一次点加的溶剂挥发后再进行。点样量应适中，过载会引起斑点拖尾，分离度变差，以最小检测量的几倍～几十倍为宜。手工点样工具：定容玻璃毛细管（1–5ul），微量注射器。点样39展开方法展开缸和展开槽展开展开方法展开缸和展开槽展开40展开方式多数采用直线形上行展开，薄层板水平角度以75

为最佳。展开距离一般为10-15cm。多次展开——一次展开未达满意分离时，可将薄层板干燥后再次用同一种溶剂展开，可重复多次，直到混合物分离为止。分步展开——混合物性质差别较大时，一种流动相不能有效分离时，可用不同溶剂依次展开不同距离。连续展开——使到达薄层上缘的溶剂不断蒸发，连续展开以增加展开距离。因无溶剂前沿，需要有个参照物同时展开，以计算相对保留值。二维展开——在两个垂直的方向上进行展开。将样品点在薄层板的一个角上，展开适当距离后，挥干溶剂，再将薄层板以与原展开方向成90

的方向进行展开。展开方式41固定相和展开剂1.固定相：（1）硅胶：微酸性极性固定相，适用于酸性、中性物质分离（可以制备成酸度不同或碱性硅胶扩大使用范围）（2）氧化铝：碱性极性固定相，适用于碱性、中性物质分离（可以制备成中性或酸性氧化铝扩大使用范围）（3）聚酰胺：含有酰胺基极性固定相，适用于酚类、醇类化合物的分离（4）纤维素：含有羟基的极性固定相，适用于分离亲水性物质硅胶GF254：硅胶中既含有煅石膏（G表示）又含荧光指示剂（F表示），在254nm紫外光照射下呈黄绿色荧光。

根据制备方法不同，吸附剂又可以分为不同的活性，如：硅胶和氧化铝可以分为五级固定相和展开剂1.固定相：42增强活度级别含水量（％）吸附力硅胶氧化铝Ⅰ__Ⅱ103Ⅲ126Ⅳ1510Ⅴ2015

硅胶、氧化铝活度分级及其与含水量的关系

增强增强活度级别含水量（％）吸附力硅胶氧化铝Ⅰ__Ⅱ103Ⅲ1243展开剂展开剂对被分离物质有一定的解吸能力和溶解度。展开剂展开剂对被分离物质有一定的解吸能力和溶解度。44吸附剂和展开剂的一般选择原则是：非极性组分的分离选用活性强的吸附剂，用非极性展开剂；极性组分的分离，选用活性弱的吸附剂，用极性展开剂。实际工作中要经过多次实验来确定。吸附剂和展开剂的一般选择原则是：非极性组分的分离选用活性强的45流动相选择时需考虑的情况一些溶剂如氯仿、乙醚一般含有微量乙醇作保护剂，有时需重蒸除去乙醇。许多溶剂有吸湿性，使溶剂含水量不一致，导致实验难以重现。溶剂储藏时间和条件对溶剂质量影响，应注意出厂日期。混合流动相组分之间（或杂质）可能发生相互作用。对于易挥发的溶剂，难于配制稳定组成的流动相。要求操作格外小心，同时混合流动相不应重复使用。若出现斑点拖尾，可向流动相中加少量水，或降低薄层活性，有利于改善分离。流动相选择时需考虑的情况46薄层裂口：一则可能是因为硅胶的比例太大，二则可能是，板子要在常温下晾干后，再在烘箱中活化。如果铺完不久就在较高温度下，裂口的几率就比较高。薄层裂口：一则可能是因为硅胶的比例太大，二则可能是，板子要在47边缘效应：同一物质在同一薄层板上出现中间部分的Rf值比边缘部分的Rf值小。（边缘的溶剂蒸发比中间的快

）克服的办法：

（1）展开前预饱和。（2）采取单一的展开剂代替混合展开剂。

（3）采取共沸混合展开剂代替一般混合展开剂。

（4）在展开缸内壁（或在薄板后部）粘一浸湿展开剂的滤纸条。

（5）点样时避免点在边缘

。

（