樣品前處理的發(fā)展技術(shù)與產(chǎn)品
化學(xué)物質(zhì)的分析檢測(cè)與我們的日常生活密切相關(guān)，食品、環(huán)境、商品，樣樣都離不開。其中，樣品前處理是分析檢測(cè)過程中的重要一環(huán)。樣品前處理做得好，才會(huì)有可信的分析檢測(cè)結(jié)果。今天我們用到的樣品前處理技術(shù)和設(shè)備都是經(jīng)過了多年的研究開發(fā)、廣泛應(yīng)用、和商品化推廣等過程。下面，我們來看看樣品前處理是如何一步步發(fā)展到今天的水平的。
哪些因素影響了樣品前處理發(fā)展？
影響樣品前處理發(fā)展的因素可以概括為：
（1）生產(chǎn)制造技術(shù)水平的發(fā)展。隨著工業(yè)化的進(jìn)程，*的制造技術(shù)早已溶入分析檢測(cè)領(lǐng)域，樣品前處理也不例外。比如蒸餾裝置，從原始的玻璃器皿到今天模具化制造，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，智能化操作等，遠(yuǎn)不可同日而語。
（2）分析檢測(cè)領(lǐng)域的拓展，使得可分析的樣品更加豐富，可分析的樣品形態(tài)多種多樣。因此，樣品的前處理方法也隨之多種多樣。
（3）新技術(shù)新材料的出現(xiàn)。新技術(shù)和新材料使得樣品前處理出現(xiàn)了新形式和類型，如不需溶劑的微萃取等。
（4）分析儀器的發(fā)展對(duì)樣品前處理提出了不同的要求。要從各種各樣的原始樣品處理成滿足儀器要求的樣品形態(tài)，往往需要大量的前處理操作。
（5）分析需求的增加，特別是我們不能片刻脫離的食品和環(huán)境方面的分析需求，使得分析儀器和樣品前處理的發(fā)展大為加速，應(yīng)用的廣度也大大增加。
無機(jī)分析中的樣品前處理發(fā)展變遷
無機(jī)分析中的樣品前處理主要包括樣品分解和凈化。樣品分解的途徑有多種。
以電熱消解為例。早期多用電爐加熱，但既不安全，也不清潔，溫度準(zhǔn)確性無法控制。后來出現(xiàn)了電熱板，溫度可控且均勻，安全可靠，又耐腐蝕。
再后來有了消解儀，熱量利用率提高，節(jié)能，而且使用起來更加專業(yè)化、智能化。
再后來，出現(xiàn)了全自動(dòng)的消解儀，可以自動(dòng)加酸，自動(dòng)搖動(dòng)，自動(dòng)升溫，自動(dòng)定容，自動(dòng)排酸氣、遠(yuǎn)程監(jiān)控，等等。
除了利用熱量進(jìn)行消解，有沒有利用其他能量形式的消解方呢？有！這就是微波消解。這種方式充分利用微波的“分子攪拌”作用和迅速產(chǎn)熱升溫的特點(diǎn)，同時(shí)在壓力下，使消解過程迅速而高效地完成。在相對(duì)密閉的容器內(nèi)進(jìn)行消解，還顯著節(jié)省了酸和氧化劑的用量。這里也用到了熱量，但熱量會(huì)在樣品上隨著微波的發(fā)生和停止而迅速產(chǎn)生和消散，因?yàn)槿萜鞑⒉灰蛭⒉ǘa(chǎn)熱。
說到這里，您可能會(huì)問，還有沒有更“刺激”的分解方式呢？有！激光剝蝕。這種方式是由激光能量產(chǎn)生的沖擊波在樣品表面形成的局部爆炸。在極短時(shí)間內(nèi)，激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子
體開始擴(kuò)張膨脹，等離子體冷凝成核后，產(chǎn)生適宜ICP-MS分析的納米級(jí)顆粒。這種產(chǎn)品能夠直接分析固體樣品，對(duì)樣品前期制備的需求極少，不再需要強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑。
這就是一部樣品分解技術(shù)發(fā)展的簡(jiǎn)史，一個(gè)縮影。
有機(jī)分析中的樣品前處理發(fā)展變遷：
有機(jī)分析中主要的樣品前處理技術(shù)包括
破碎，均質(zhì)
提取，萃取，凈化
濃縮
我們以粉碎均質(zhì)技術(shù)的發(fā)展為例。早期，樣品破碎主要靠普通的刀具、剪刀。后來家用的榨汁機(jī)出現(xiàn)在了實(shí)驗(yàn)室。要求更專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室則使用的刀式研磨儀。均質(zhì)設(shè)備也從原來的單刀頭發(fā)展出多位均質(zhì)儀，有多個(gè)刀頭并且可以自動(dòng)換樣品，還增加了超聲探頭。
固樣品溶劑提取方面的變化則體現(xiàn)了不同能量形式的利用。從早期的索氏提取儀的常壓下加熱冷凝回流，到使用超聲波為能量的萃取儀，再到常壓下或高壓下的微波的利用，再到高溫高壓的加壓溶劑萃取儀，萃取形式的變化充分顯示了這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展程度。
高效的萃取往往帶來許多共萃物，可能會(huì)干擾分析。這些干擾物分子有大有小，這種情況下可以利用分子排阻作用原理對(duì)大分子雜質(zhì)進(jìn)行清除。突出的技術(shù)是“凝膠滲析色譜凈化”，也稱為“GPC凈化”。對(duì)于小分子干擾物，則需要利用其不同于分析目標(biāo)物的極性、吸附性、離子強(qiáng)度等特點(diǎn)進(jìn)行分離凈化。突出的技術(shù)是“固相萃取”。
GPC凈化利用特定排阻限的凝膠色譜柱將早于分析物流出的大分子雜質(zhì)如油脂、色素等與分析物分離。自動(dòng)化的GPC凈化系統(tǒng)可自動(dòng)上樣、分離、收集，甚至還可在線自動(dòng)定量濃縮。
固相萃取越來越常用，這同樣是基于它得到充分發(fā)展。早期的柱層析需要事先處理填料并手工裝填，而如今各種預(yù)裝填的SPE小柱可以很容易買到。同時(shí)固相萃取的方式也有許多變化。圖中將固相萃取劃分為直接的和間接的固相萃取。直接固相萃取中，除了我們常用的小柱式固相萃取，還包括分散固相萃取和固相萃取微萃取等。此外還有使用膜片式的固相萃取。間接固相萃取則將吹掃捕集和頂空孔視為固相萃取，只不過是從液體樣品的氣相中吸附萃取分析物。
固相萃取產(chǎn)品的形式也有許多種，手工操作的、自動(dòng)操作的、適合小柱式萃取的、適合膜片式萃取的、并行操作的、順序操作的、適合處理潔凈水樣的、適合處理污水的、……分別適合不同的樣品或用戶群。
定量濃縮方面，早期的濃縮手段主要是旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（大體積樣品）和K-D濃縮儀（小體積樣品，且可定容）。后來有了氮吹儀，但也只適用于小體積樣品。再后來出現(xiàn)了可以快速將大體積樣品濃縮，并且可自動(dòng)判斷終點(diǎn)并終止?jié)饪s，進(jìn)行定容的智能化的濃縮儀。它除了使用氮?dú)夂图訜嵬?，還使用真空泵和液位傳感器。
樣品前處理為我們帶來了哪些好處呢？
“變”是樣品前處理技術(shù)發(fā)展的永恒主題，變也是為了追求的利益，包括——
高效、快速：自動(dòng)化的樣品前處理設(shè)備往往可以同時(shí)處理多個(gè)樣品，大大節(jié)省了時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)室效率；
準(zhǔn)確、可重復(fù)的分析結(jié)果：規(guī)范化的設(shè)備和自動(dòng)化的操作使得樣品之間的處理?xiàng)l件有很好的重復(fù)性，處理的結(jié)果自然也有很高的重復(fù)性；
人員安全：安全的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和自動(dòng)化操作可以顯著減少人員對(duì)化學(xué)品的接觸；
綠色：降低化學(xué)污染，環(huán)境友好；過程安全：過程可控；自動(dòng)化程度高：節(jié)省人力，好的使用體驗(yàn)
在樣品前處理領(lǐng)域，技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的魅力在于一個(gè)“變”字。越變?cè)缴蠙n次的樣品前處理裝置讓使用者更樂于操作使用。越變?cè)礁咝У臉悠非疤幚砑夹g(shù)和產(chǎn)品讓實(shí)驗(yàn)更快速、準(zhǔn)確和可靠。越變?cè)?ldquo;綠色”的樣品前處理技術(shù)和產(chǎn)品讓實(shí)驗(yàn)更安全。
