样品制备方法及应用

随着生命、环境、材料、医药、食品等科学不断发展，以及国计民生和社会发展对快速精准、灵敏分析技术的迫切需求，分析化学所面临的样品多样性和复杂性前所未有，待测组分含量低且随时空变化，使样品制备成为整个分析过程中的关键环节。在过去几十年中，分析化学的发展集中在研究更准确灵敏的分析方法和分析仪器，样品制备技术及仪器的发展明显滞后，成为制约分析化学尤其是色谱技术发展的瓶颈。因此，样品制备技术的研究近二十年来受到了国内外研究者的高度关注，发展快速高效、高选择性、高通量、环境友好、自动化的样品制备技术已成为色谱分析乃至整个分析化学的前沿研究领域。

样品制备是一个从无序到有序的熵减过程，其研究本质上是如何将热力学第二定律的自发过程，以相反方向进行到限度，即如何给体系增加能量和降低体系的熵值以增强分离富集效果。迄今为止，不仅传统的样品制备方法与技术得到了改进和完善，而且发展了很多新的样品制备技术。分析化学书籍和文献中都涉及一些样品前处理技术的介绍，但关于样品制备技术及应用方面的专著很少。“色谱技术丛书”中《色谱分析样品处理》（第二版），以及“分析仪器使用与维护丛书”中《样品前处理仪器与装置》是有关样品制备方面的专门书籍，自出版以来受到了分析工作者及高校师生的广泛好评与肯定。为了全面反映当今国际上样品制备技术的发展与应用，我们结合两本书的优点，全面梳理了样品制备技术的原理、方法及应用，重新编写了本书并纳入“色谱技术丛书”（第三版）中。本书力求做到系统性、科学性、先进性和实用性的有机统一。

本书重新分类了目前主要的样品制备技术，着重介绍各种样品制备技术的原理、方法和应用，也简要介绍了各种样品前处理方法的使用及仪器装置维护要点等，力图反映样品制备技术的研究成果。全书共分十章，分别介绍了各种广泛应用或具有良好发展前景的样品制备技术，内容包括样品制备方法概况，样品采集与处理，相分配样品制备技术、相吸附样品制备技术、场辅助样品制备技术、衍生化样品制备技术及其应用，凝胶色谱净化技术及应用，气体样品和生物样品制备方法，样品制备-分析在线联用技术。

参加本书资料收集、撰写、校对的人员主要来自于中山大学化学学院复杂体系分离分析研究团队，参编者有李攻科（至第十章）、汪正范（第二、七、八、九章）、胡玉玲（第三、四、六章）、肖小华（第五、七、八章）、胡玉斐（第二、十章）、张卓旻（、四章）、夏凌（第九、十章）。此外，路振宇、张艳树、陈彦龙、李娜、董建伟、杨佳妮、谢增辉、梁瑞钰等研究生也参加了资料收集及文献校对工作。全书由李攻科、肖小华统稿。

本书参阅和引用了大量中外文参考书籍和文献资料，主要参考文献均列在每章的末尾，在此特向有关作者致以衷心的感谢。本书在写作过程中得到了北京大学刘虎威教授的大力支持与帮助。书中部分内容是作者及研究生长期从事的研究工作，相关研究成果得到了国家自然科学基金委员会、科技部、广东省科技厅、广州市科技局及中山大学等的资助，在此一并表示感谢。

由于编者水平有限，加上有些领域的研究刚刚起步，无论从理论上还是技术方面都有待于继续深入研究与完善，书中不妥、不足之处在所难免，恳请专家和读者批评指正。

编者

2022年6月于广州

本书是“色谱技术丛书”的分册之一，结合样品制备技术的发展现状，全面梳理并系统介绍了各种样品制备技术及应用，具体内容包括样品制备方法与技术概况，样品采集与处理，相分配样品制备技术、相吸附样品制备技术、场辅助样品制备技术、衍生化样品制备技术及其应用，凝胶色谱净化技术及应用，气体样品和生物样品制备方法，样品制备-分析在线联用技术。对每种方法的原理、模式、特点、仪器、操作步骤、影响因素、联用技术以及方法在环境、食品、生物分析领域的应用做了系统阐述。本书力求做到系统性、科学性、实用性与前沿性的有机结合，从整体上反映国内外样品制备技术的新方法、新成就及发展趋势。本书可作为高等院校分析化学及相关专业研究生及高年级本科生的教材，同时可供科研院所、大专院校、工矿企业、分析测试部门从事科学研究和分析测试的工作者参考阅读。

本书是“色谱技术丛书”的分册之一，结合样品制备技术的发展现状，全面梳理并系统介绍了各种样品制备技术及应用，具体内容包括样品制备方法与技术概况，样品采集与处理，相分配样品制备技术、相吸附样品制备技术、场辅助样品制备技术、衍生化样品制备技术及其应用，凝胶色谱净化技术及应用，气体样品和生物样品制备方法，样品制备-分析在线联用技术。对每种方法的原理、模式、特点、仪器、操作步骤、影响因素、联用技术以及方法在环境、食品、生物分析领域的应用做了系统阐述。本书力求做到系统性、科学性、实用性与前沿性的有机结合，从整体上反映国内外样品制备技术的新方法、新成就及发展趋势。本书可作为高等院校分析化学及相关专业研究生及高年级本科生的教材，同时可供科研院所、大专院校、工矿企业、分析测试部门从事科学研究和分析测试的工作者参考阅读。

李攻科，教授，博士生导师，中山大学化学学院分析科学研究所所长。1992年中山大学获理学博士学位，曾到日本东海大学、日立仪器制作所、德国Duisburg大学分析化学系、香港浸会大学化学系访问研究。任化学类专业教学指导委员会委员、中国色谱专业委员会副主任、中国仪器仪表学会分析仪器分会样品制备专业委员会副主任委员。广东省化学会及广州市化工学会分析化学专业委员会主任、广东省分析测试协会色谱专业委员会主任等。Journal of Separation Science副主编，Analytical Chemistry,Journal of Chromatography A、Microchimica Acta及分析化学等18个学术刊物编委，HPLC国际会议常设科学委员会委员。主要从事色谱、质谱及光谱分析，分析仪器研制，复杂样品分离分析、快速检测技术等研究，涉及食品药物分析、环境生命分析等领域。先后主持40多项科研项目，包括科技部项目3项、国家自然科学基金项目11项、省基金重点及面上项目8项，其中主持国家基金重点项目1项、仪器专项项目1项，国家重大科学仪器设备开发专项课题1项、国家重点研发计划项目课题2项。在Chemical Science，Analytical Chemistry, Journal of Chromatography A、分析化学等杂志发表论文460篇，出版《样品前处理仪器与装置》《样品制备方法及应用》著作2部、编写3个专章、参编《分析化学》教材2部；授权国家发明专利35件。获省部级科技奖励3项，省级教学成果一等奖1项，获宝钢教育基金优秀教师奖，2015年获“中国女分析化学家奖”。研究成果“复杂样品高效前处理新方法研究”获2017年高等学校科学研究优秀成果奖自然科学二等奖、“食品和饮水中污染物高通量高灵敏快速检测技术研究及应用”获2019年中国分析测试协会科技技术一等奖及2020年天津市科学技术进步一等奖。

章绪论

节样品制备技术简介002

一、样品制备的定义与地位002

二、样品制备的目的002

三、样品制备方法的评价标准003

四、传统的样品制备方法及其缺点003

五、样品制备技术的分类004

第二节样品制备技术的发展009

参考文献012

第二章样品采集与简单处理方法

节样品的采集015

一、被动采样与有动力采样015

二、直接采集025

三、浓缩采集030

第二节简单样品前处理方法048

一、离心048

二、过滤051

三、超声波辅助萃取056

四、脱盐057

五、浓缩060

六、蒸馏062

参考文献067

第三章相分配样品制备技术

节液-液萃取070

一、常规液-液萃取071

二、连续液-液萃取072

三、双水相液-液萃取072

第二节液相微萃取074

一、液相微萃取模式074

二、液相微萃取技术理论基础081

三、萃取效率的影响因素084

四、液相微萃取技术的应用086

第三节分散液-液微萃取090

一、分散液-液微萃取基本过程090

二、分散液-液微萃取的影响因素091

三、分散液-液微萃取技术的发展092

四、分散液-液微萃取的应用096

第四节液膜分离技术100

参考文献105

第四章相吸附样品前处理技术

节固相萃取110

一、固相萃取基本原理、分离模式及操作步骤111

二、固相萃取吸附剂114

三、固相萃取溶剂的选择121

四、固相萃取装置122

五、固相萃取的应用126

第二节固相微萃取129

一、固相微萃取基本装置和操作步骤130

二、固相微萃取基本理论133

三、固相微萃取涂层135

四、新型固相微萃取介质及其应用137

第三节搅拌棒吸附萃取145

一、搅拌棒吸附萃取基本原理145

二、搅拌棒吸附萃取的萃取解吸模式146

三、搅拌棒吸附萃取技术优化147

四、搅拌棒吸附萃取的应用151

第四节磁固相萃取156

一、磁固相萃取的过程156

二、磁固相萃取材料及其应用157

第五节分散固相萃取164

一、分散固相萃取原理、特点及应用164

二、QuEChERS方法167

第六节基质分散固相萃取169

一、基质分散固相萃取基本原理和特点170

二、基质分散固相萃取的影响因素172

三、基质分散固相萃取的应用173

参考文献174

第五章场辅助样品前处理技术

节微波辅助萃取技术184

一、微波辅助萃取溶剂188

二、微波辅助萃取模式192

三、微波辅助萃取联用技术197

四、微波辅助萃取的影响因素201

五、微波辅助萃取的应用202

第二节超声波辅助萃取技术203

一、超声波主要作用203

二、超声波辅助萃取的影响因素204

三、超声波辅助萃取联用技术205

四、超声波辅助萃取的应用207

第三节超临界流体萃取技术209

一、超临界流体萃取基本原理209

二、超临界流体萃取的影响因素210

三、超临界流体辅助萃取联用技术216

四、超临界流体萃取技术的应用217

第四节加速溶剂萃取技术218

一、加速溶剂萃取基本原理218

二、加速溶剂萃取的影响因素218

三、加速溶剂萃取联用技术220

四、加速溶剂萃取应用220

第五节电场辅助萃取技术221

一、电场辅助膜萃取技术种类221

二、电场辅助液相（微）萃取技术223

三、电场辅助固相（微）萃取技术224

第六节磁分离技术225

参考文献227

第六章凝胶色谱净化技术

节概述232

一、凝胶渗透色谱的发展历史232

二、凝胶色谱净化过程234

三、凝胶色谱净化方法与其他样品前处理方法比较234

第二节凝胶色谱净化技术基本理论和特点235

一、空间排斥理论235

二、有限扩散理论237

三、流动分离理论238

四、凝胶色谱净化技术分离特点238

第三节凝胶色谱净化系统239

第四节凝胶色谱净化技术的填料和溶剂选择240

一、凝胶渗透色谱填料240

二、溶剂的选择244

第五节凝胶色谱净化技术的应用246

一、凝胶色谱净化技术在环境分析中的应用246

二、凝胶色谱净化技术在食品分析中的应用249

三、凝胶色谱净化技术在生物样品分析中的应用251

参考文献254

第七章样品衍生化技术

节衍生化的目的与条件256

一、衍生化的目的256

二、衍生化条件256

第二节气相色谱中常用的柱前衍生化方法257

一、硅烷衍生化方法257

二、烷基衍生化方法258

三、酰基衍生化方法259

四、酯化衍生化方法259

五、卤化衍生化方法260

第三节液相色谱中常用的柱前衍生化方法261

一、紫外衍生化方法261

二、荧光衍生化方法265

三、电化学衍生化法268

四、手性衍生化法269

第四节衍生化样品前处理改进方法269

一、原位萃取衍生化269

二、固相化学衍生化272

第五节衍生化样品前处理技术注意事项274

第六节衍生化样品前处理技术应用274

一、生物样品分析275

二、食品分析276

三、其他分析应用276

参考文献277

第八章气体及挥发性样品制备方法

节水蒸气蒸馏和同时蒸馏萃取法279

第二节吸附-热解吸技术283

一、热解吸操作原理284

二、热解吸装置285

三、使用热解吸技术时需要注意的问题288

四、热解吸技术应用292

第三节静态顶空萃取技术293

一、顶空系统中组分的分布294

二、静态顶空中温度的影响295

三、静态顶空中样品体积的影响296

四、静态顶空分析的线性296

五、静态顶空分析用的样品瓶297

六、静态顶空分析的平衡时间299

第四节吹扫-捕集技术299

一、吹扫-捕集的基本原理和装置301

二、吹扫-捕集法的改进技术305

三、吹扫-捕集法的应用307

参考文献308

第九章生物样品制备方法

节生物样品采集和细胞破碎310

一、液体生物样品采集310

二、组织样品采集311

三、细胞破碎312

四、生物样品部分及完全分解314

第二节蛋白质的分离纯化与转移性裂解315

一、蛋白质的提取315

二、蛋白质的纯化315

三、蛋白质的专一性裂解320

第三节核酸的提取与PCR技术321

一、RNA的提取322

二、DNA的提取322

三、PCR技术323

第四节生物样品处理中常用的一些分离技术324

一、蛋白质去除324

二、双水相萃取技术325

三、反胶束萃取技术327

四、微透析技术330

第五节生物样品制备技术的应用333

一、尿液分析333

二、血液分析334

三、生物组织分析334

四、其他应用335

参考文献336

第十章样品制备-分析检测在线联用技术

节样品制备-分析联用技术原则339

第二节样品前处理-色谱-质谱在线联用技术341

一、在线萃取342

二、在线解吸347

三、色谱分离-光谱检测在线联用349

四、多功能在线分析系统355

第三节样品前处理-光谱分析在线联用技术360

一、样品前处理-原子光谱在线联用360

二、样品前处理-分子光谱在线联用363

第四节微纳流控样品制备技术369

一、微纳流控样品制备技术370

二、微纳流控样品前处理-分析检测技术应用372

参考文献375

本书是“色谱技术丛书”的分册之一，结合样品制备技术的发展现状，全面梳理并系统介绍了各种样品制备技术及应用，具体内容包括样品制备方法与技术概况，样品采集与处理，相分配样品制备技术、相吸附样品制备技术、场辅助样品制备技术、衍生化样品制备技术及其应用，凝胶色谱净化技术及应用，气体样品和生物样品制备方法，样品制备-分析在线联用技术。对每种方法的原理、模式、特点、仪器、操作步骤、影响因素、联用技术以及方法在环境、食品、生物分析领域的应用做了系统阐述。本书力求做到系统性、科学性、实用性与前沿性的有机结合，从整体上反映国内外样品制备技术的新方法、新成就及发展趋势。本书可作为高等院校分析化学及相关专业研究生及高年级本科生的教材，同时可供科研院所、大专院校、工矿企业、分析测试部门从事科学研究和分析测试的工作者参考阅读。

李攻科，教授，博士生导师，中山大学化学学院分析科学研究所所长。1992年中山大学获理学博士学位，曾到日本东海大学、日立仪器制作所、德国Duisburg大学分析化学系、香港浸会大学化学系访问研究。任化学类专业教学指导委员会委员、中国色谱专业委员会副主任、中国仪器仪表学会分析仪器分会样品制备专业委员会副主任委员。广东省化学会及广州市化工学会分析化学专业委员会主任、广东省分析测试协会色谱专业委员会主任等。Journal of Separation Science副主编，Analytical Chemistry,Journal of Chromatography A、Microchimica Acta及分析化学等18个学术刊物编委，HPLC国际会议常设科学委员会委员。主要从事色谱、质谱及光谱分析，分析仪器研制，复杂样品分离分析、快速检测技术等研究，涉及食品药物分析、环境生命分析等领域。先后主持40多项科研项目，包括科技部项目3项、国家自然科学基金项目11项、省基金重点及面上项目8项，其中主持国家基金重点项目1项、仪器专项项目1项，国家重大科学仪器设备开发专项课题1项、国家重点研发计划项目课题2项。在Chemical Science，Analytical Chemistry, Journal of Chromatography A、分析化学等杂志发表论文460篇，出版《样品前处理仪器与装置》《样品制备方法及应用》著作2部、编写3个专章、参编《分析化学》教材2部；授权国家发明专利35件。获省部级科技奖励3项，省级教学成果一等奖1项，获宝钢教育基金优秀教师奖，2015年获“中国女分析化学家奖”。研究成果“复杂样品高效前处理新方法研究”获2017年高等学校科学研究优秀成果奖自然科学二等奖、“食品和饮水中污染物高通量高灵敏快速检测技术研究及应用”获2019年中国分析测试协会科技技术一等奖及2020年天津市科学技术进步一等奖。