生物试样分析的前处理.

生物试样分析的前处理

户田昭三

钟辉译友岩校

一、前言

以电感耦合等离子发射光谱法〈ICP〉或原子吸收法〈AAS〉对生物试样中金属元素进行一般性测定时，必须预先处理水分及有机物等试样主体成分。生物体中含有70％以上的水分，各种生物体中水分含量列于表1。

也有按照灰分重量计算元素含量的。在某些特定的情况下，也有根据某种特定成分的含量计算其它成分含量的。以新鲜生物体为准计算测定成分的含量时，由于取样后试样的经历和保存方式的不同，水分含量也不同，测定值的重现性很差。

二取样保存

生物试样中微量元素的含量与工业制品的情况不同，即使从同一场所采取试样，每个生物体之间也有很大差别。还必须考虑到由于采样环境、粘附或混入试样中物质的影响，如粘在根上的土及叶子上的灰尘等应该洗净。由于海水、河水中金属元素含量非常低，不必顾虑试样粘上的水会使金属元素的含量发生很大变化，可用滤纸或纱布将水轻轻擦拭干净。

生物死亡之后，由于自身新陈代谢的加剧，组织腐败，NA ﹑K﹑CA﹑C I等离子随渗出的细胞液流失，会使得测定值发生很大变化。因此，最好是在采取试样后尽可能快地处理。植物的种子和薯类那样的生物组织如果处于暂时的生长状态，即使经过数日，除水分之外其它成分也不会发生很大变化，动物的肌肉

红血球等细胞膜脆弱的试样，冷冻会破坏细胞膜，使细胞液流出与细胞外液

〈如血清〉混合而得不到真正的分析数值。红血球[1]内Zn、K、Ca﹑Fe、Na的

含量分别为10, 3600, 0.67, 1000, 200ug/ml, 而血清中上述元素的含量分别为0.6

~1.2, 160, 100, 1.0, 3300ub/ml,应该注意到这种悬殊的差别。测定血液中的成分

时，取样后必须尽快进行分离处理，然后再保存，或者采样于定量容器内，分析

时处理全部试样后测定，以全血中的含量表示。

保存干燥试样时应置于干燥、避光的场所，可用硅胶等降低试样保存环境的

温度。用干燥氮气置换保存容器内的空气，或封入防老化箱、一次性手炉那样的

装有脱氧剂的包装之内，可长期保存。只是这类包装含有铁、钙等物质，启封时

必须注意。

三干燥

从生物试样的保存和运输方面考虑，干燥的试样较为方便，为了准确、精密

地分析和表达试样中金属元素含量，最好使用干燥试样并按照干燥试样的单位重

量计算成分含量。某些种类的试样，在一定的条件下干燥会造成低分子有机化合

物的分解和挥发，Se、Hg、As等元素也会损失。

生物试样的干燥条件应根据试样的种类而异，例如碳水化合物含量高的试样

水分与碳的结合力很强，需要较高的干燥温度。对于脂肪含量低水分含量

高的试样，应预先在60～70°Ｃ通风干燥，使之与大气中蒸汽压达到平衡之后

再做作进一步处理。表2中列出了日本科学技术厅和资源调查委员会颁布的食品

标准分析方法中为测定水分含量所规定的干燥条件。表内所列的条件对于分析食

品中无机成分是毫无问题的，但分析其中某些易挥发成分时则需要更稳妥的干燥

方法。分析美国商务部标准局（NBS）和日本环境厅国立公害研究所制备的用于

分析金属元素成分的生物试样时，分析前的干燥条件如表3所示。同时也指出，

分析Hg、Se、As时所用的试样不经干燥直接使用。另行取样在指定条件下干燥，

测定试样的水分，将分析试样换算成干燥试样重量后计算测定成分含量。

蔬菜、水果、藻类等水分含量高达90％左右的试样，若水分含量变化0.5％

就意味着干燥体的重量相差5％，因而对金属成分含量的分析影响很大。可见干

燥是必须注意的前处理之一。

表2 食品分析中规定的干燥条件（用于测定水分）<1>

表3 生物标准试样规定的干燥方法

四、湿式灰化和干式灰化

用1%的盐酸几乎能将Na、K﹑Mg从固体试样中完全浸出，用原子吸收法直接测定。采用ICP发射光谱法这类可同时分析多种元素的分析方法时，这类浸出方法并非上策。一般都采取用混合强酸的湿式灰化法，或者在电炉中使有机物完全燃烧再用稀酸制成水溶液的干式灰化法。

血清、唾液等液体试祥，只需用纯水稀释即可供给测定。

将固态生物试样制成溶液大体上可采取二类灰化方法，干式灰化法和湿式灰化法。有关各类灰化方法的具体操作，“栽培植物分析测定法”无机成分分析一项<4>中记述如下：

干式灰化法

称取适量（如10～25克）干燥的试样于耐热玻璃烧杯之中，置于110°C的恒温干燥箱中干燥（如有必要应在电热板上加热至大体上炭化），然后放入200～250°C的电炉内，以每小时50°C左右的速度升温，在500°C以下灰化。如有残留炭，冷却后加入过氯酸和硝酸各5m1，盖上表面皿加热至分解完全之后降低

冷却后加入25ｍｌ１Ｎ盐酸盖上表面皿，放在沸水浴上加热5分钟使之溶解。用1N盐酸洗净表面皿并定容为50m1。若发现不溶性硅酸盐，过滤后制成溶液。按照处理试样的全过程做空白试验制备空白溶液。当测定生成不溶性氯化物的金属元素（如Pｂ）时，最终需制成硝酸溶液。

湿式灰化法

称取适量试样于高型烧杯（至少250ｍｌ）之中。2克试样加１０ｍｌ硝酸，每增加１克试样多加4ｍｌ峭酸，根据取样量按上述比率加入硝酸。盖上表面皿使试样浸润后置于电热板上缓缓加热或放置一夜之后，缓缓加热至激烈反应结束，冷却后再加入10m1硝酸和10m1过氯酸与硫酸的混合酸（比例：４：１），继续在180一200°Ｃ下分解。分解至溶液完全透明时从电热板上取下冷却，用洗瓶洗净表面皿，在不沸腾的温度下加热蒸发至近于（如有残余炭化物，可再加入少量硝酸和过氯酸重新分解），加入所需的酸性溶液，缓缓加热至残余物溶解之后定容。

其它湿式灰化法

用上述方法分解试样会造成试样中的Ｈｇ﹑Ｓｅ﹑Ａｓ等元素挥发损失，此时可使用如图１﹑２所示的容器湿式灰化分解。图1＜５＞是测定超微量汞时所用的装置，分解过程中反应器内的蒸气和气体全部通过装置上部的捕集器中的1N硫酸之后向外排放，蒸发出来的汞蒸气被捕集于硫酸中。但是如果室内存在汞蒸气，当反应器冷却时，室内的空气会通过捕集器进入反应器而造成污染。ＡＯＡＣ法＜８＞也是同类方法。

图2＜６＞所示的长颈烧瓶适于处理多种生物试样，并可成批地放在电热板上加热处理。长颈烧瓶的颈部被冷却得接近室温，从瓶内蒸发出来的易挥发元素在颈部冷凝和冷凝的酸液一起回流，灰化处理过程不会造成挥发损失。

图3＜７＞是聚四氟乙烯制的分解容器，这是一种能缩短处理时间的方法，分解试样的酸不能向外逸出，并能在更高的温度下灰化。处理少量试样时用内部的小容器ａ。一般不在小客器ａ内分解试样，而是取试样（１０mg以上时）于聚四氟乙烯内筒ｂ内，将装有试祥的容器ｂ放入－20°C的冰箱内冷却30分钟以上，除去盖子放入不锈钢套内。由于聚四氟乙烯的膨胀系数比不锈钢大１O倍，将冷却的内筒放入不锈钢套内加热，可以使得溶样器密闭而保证不泄漏。

将称有试样的聚四氟乙烯内筒b放入不锈钢套筒之内，以每100mg试样加入1. 2ml混合酸(5份硝酸加1份过氯酸)的比例加入酸之后密封,放入电热烘箱之中,先

是在90°C加热3小时,再升至120°C加热3小时。这种阶梯式的升温是为了避免有机物与过氯酸激烈反应而引起爆炸。

将从烘箱中取出溶样器放入冰箱，冷却后启风封用水溶解分解物后定容。

五各种灰化法的比较

用气种试样分解法处理桑叶和蚕两个代表试样，测定了其中的K﹑Ca ﹑Mg ﹑Na﹑Zn Fe﹑Cu﹑Mn等八种元素，以对各种分解方法加以比较<9>。七种方法的分解分别为：①550°C干式灰化；②450°C干式灰化；③聚四氟乙烯容器湿式灰化（HNO3-60%H202）；④聚四氟乙烯容器湿式灰化（HNO3-HClO4）；⑤锥型烧瓶湿式灰化（HON3）；⑥基也达烧瓶湿式灰化（HNO3-H2SO4）；⑦基也达