前处理方法PK：湿法消解与微波消解

huangza

2013/09/12
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微波消解

【生活中的分析仪器】微波消解在重金属检测方面的应用

粮食及植物性中药材的前处理方法对比

在进行重金属的检测过程中，前处理作为不可或缺的部分，前处理效果的好坏直接影响到检测数据的准确性。目前重金属检测的前处理方法主要有：微波消解、湿法消解、干灰化等。
本文就简单以粮食、植物性中药材为对象，以微波消解与湿法消解这两种方法的消解效果对比研究。
微波消解仪式CEM MARS 6型号，电热板是莱伯泰科的EG20B型号。
1 粮食前处理方法研究

以砷的测定为例，GB/T 5009.11标准上前处理方法是湿法消解与干法消化，而干法消化的方法比较烦琐，需要马弗炉，而且过程中需要用到多种试剂，难免会有带入污染的可能性。因此，这里就只对比湿法消解与微波消解。
1.1大米的微波消解条件摸索

消解液为优级纯浓硝酸9mL

质量	罐号	温度	爬升时间	保持时间	消解效果
样品1	0.2952g	3#	180℃	20min	15min	澄清透明
样品2	0.2936g	4#	180℃	20min	15min	澄清透明

对两个辽宁大米样品（种类与批号一样）的消解条件，由消解结果可以看出，大米在180℃温度下仅用硝酸作为消解液，就可以得到很好的消解结果。

1.2 大米增加消解量实验

微波消解系统的主要问题是样品的消解量较小，在前期掌握了大米在消解过程中温度上升的规律后将样品消解量增加到0.5g左右，硝酸量增加至10 mL。

消解液为优级纯浓硝酸10mL

质量	罐号	温度	爬升时间	保持时间	消解效果
样品1	0.4927g	4#	180℃	20min	15min	澄清透明
样品2	0.5108g	13#	180℃	20min	15min	澄清透明

注：功率根据消解罐的数量自动调整确定

1.3大米的湿法消解条件

湿法消解采用的是硝酸与高氯酸（4:1）的混合酸，温度采用从100℃逐步上升的方式进行。

消解液为混合酸10mL

质量	编号	温度	消解现象与效果
样品1	0.5107g	4#	逐步上升温度	刚开始反应较剧烈，局部爆沸，消解液澄清透明
样品2	0.5044g	5#	逐步上升温度	同上

此方法消解的效果也是能得到澄清透明的液体，但耗时较长，而且所用到的高氯酸必须要赶尽，否则在上机测定的时候，它与硼氢化钾反应容易使仪器的管道堵塞。

1.4大米中无机砷的消解条件

称取经粉碎过的样品2.50 g(称样量依据试样含量酌情增减)于25 mL具塞刻度试管中，加盐酸(1+1)溶液20 mL，混匀。置于60℃水浴锅18 h，其间多次振摇．使试样充分浸提。

为什么颜色会不一样呢？

取出冷却，脱脂棉过滤（实际用的滤纸过滤），取一定量的滤液于容量瓶中，加碘化钾-硫脲混合溶液，加水定容。放置10min后测试样中无机砷。同时做试剂空白试验。
注：过滤前一定要用盐酸(1+1)溶液定容至25 mL。

2植物性中药材前处理方法研究

不同种类药材由于所含有机成分的复杂程度不同，前处理过程中消解的反应剧烈程度也不相同。根据实际情况拟把生产所用到的药材进行分类研究前处理方法，重点以根茎类中药材黄芪、果实类中药材枸杞子、种子类中药材酸枣仁为研究对象。2010版《药典》附录Ⅸ B 有两种前处理方法，即微波消解与湿法消解，在实验过程中选取了微波消解和湿法消解进行对比。
2.1黄芪不同前处理方法对比实验

实验1：黄芪的湿法消解实验

样品	质量	消解条件	实验现象	消解结果
样品1	0.4528g	加入10mL混合酸（硝酸:高氯酸4:1），放电热板上加热，如消解液变为黑褐色，则补加混合酸1mL继续消解，至红棕色气体散尽。加水赶酸，至高氯酸的白烟散尽，冷却后定容。	在保持微沸的情况下，开始有泡沫产生，一段时间后产生红棕色气体，局部有爆沸，赶酸过程冒白烟，有大量刺激性气体产生。	消解液有大量悬浮物，定容后的消解液为浅黄色液体，透明度不高，室温静置后，有大量沉淀，上层消解液变澄清透明。
样品2	0.4405g	条件同上	实验现象同上	结果同上

实验2：黄芪的微波消解实验

质量	罐号	温度	爬升时间	保持时间	消解效果
样品1	0.4838g	1#	180℃	20min	15min	澄清透明液体
样品2	0.4631g	2#	180℃	20min	15min	同上
样品3	0.5021g	3#	180℃	20min	15min	同上

注：消解液为10ml优级纯硝酸，功率根据消解罐的数量自动调整确定
根据微波消解结果可以看出：在 180℃，爬升时间20min，保持时间15min的微波条件下，0.5g左右的黄芪样品可以消解完全，消解液能达到澄清透明，,利于样品中砷的检测。
中药材（黄芪）湿法消解、微波消解两种前处理方法的比较：
1.相对于湿法消解，微波消解的优点在于：整个过程在密闭环境中样品不容易受污染，不容易损失；整个实验过程相对较短，消解效果好，实验效率高；消解过程受人为的因素影响小，可避免人为操作造成的误差。
2.相对于微波消解，湿法消解的优点在于：处理的样品量相对要大些。
2.2枸杞子不同前处理方法对比实验
果实类中药材（枸杞子）前处理方法研究。

实验3：枸杞子湿法消解实验

质量	消解条件	实验现象	消解结果
样品1	0.5476g	加入混合酸（硝酸:高氯酸4:1）10mL,放电热板上加热，如消解液变为黑褐色，则补加混合酸1mL继续消解，至红棕色气体散尽。加水赶酸，至高氯酸的白烟散尽，冷却后定容。	在保持微沸的情况下，开始有大量白色泡沫产生，一段时间后产生大量红棕色气体，爆沸较严重。赶酸过程冒白烟，有大量刺激性气体产生。但相对黄芪容易消解些。	有少量悬浮物，消解液澄清透明。
样品2	0.5034g	条件同上	同上	同上

实验4：枸杞子微波消解实验

质量	罐号	温度	爬升时间	保持时间	消解效果
样品1	0.5327g	1#	180℃	20min	15min	澄清透明液体
样品2	0.5080g	2#	180℃	20min	15min	同上
样品3	0.5236g	3#	180℃	20min	15min	同上

注：消解液为10mL优级纯硝酸，功率根据消解罐的数量自动调整确定
从上面实验结果看：
1.湿法消解，加入混合酸10mL进行消解，消解过程比较耗时，产生大量红棕色气体，爆沸较严重，难于控制；消解液有少量悬浮物，消解效果还不错。
2.微波消解，消解效果较湿法消解要好，得到的消解液完全澄清透明，在消解过程发现，枸杞子较其他药材要好消解的多。
2.3酸枣仁不同前处理方法对比实验
种子类中药材（酸枣仁）前处理方法研究。

实验5：酸枣仁湿法消解实验

质量	消解条件	实验现象	消解结果
样品1	0.5006g	加入混合酸（硝酸:高氯酸4:1）10mL,放电热板上加热，如消解液变为黑褐色，则补加混合酸1mL继续消解，至红棕色气体散尽。加水赶酸，至高氯酸的白烟散尽，冷却后定容。	在保持微沸的情况下，开始有白色泡沫产生，一段时间后产生红棕色气体，局部爆沸。赶酸过程冒白烟，有大量刺激性气体产生，颜色变微黄色。反应相对枸杞子要温和些。	有少量悬浮物，消解液微黄色。
样品2	0.5174g	条件同上	同上，颜色变微红色。	同上，消解液微红色

实验6：酸枣仁微波消解实验

质量	罐号	温度	爬升时间	保持时间	消解效果
样品1	0.5317g	4#	180℃	20min	15min	澄清透明液体

注：消解液为10mL优级纯硝酸，功率根据消解罐的数量自动调整确定
从上面实验结果看：
1.湿法消解，加入混合酸10mL进行消解，消解过程相当耗时，并且难于控制。消解过程中消解液很容易变为黑褐色，需要补加混合酸，得到的消解液有少量悬浮物，呈微黄色或微红色。
2.微波消解，消解效果较好，实验效率高。
3 前处理实验总结

有些易消解样品，如大米，枸杞子，从消解效果上看，两种方法没有区别。但是湿法消解所用的混合酸有高氯酸，高氯酸必须要赶尽，否则在做砷时会与硼氢化钾反应容易使仪器的管道堵塞。而且消解过程容易爆沸，虽然在烧杯上加盖了表面皿可防止消解液溢出，但是烧杯内壁沾有一定量的粉末，在定容时不易洗脱。
1.通过对中药材前处理方法的对比实验，样品通过微波消解进行前处理，较湿法消解具有操作简便、处理时间短、实验效率较高、过程样品不容易被污染、样品中待测成分损失少等优点。
2.湿法消解，可以同时做不同类型样品的前处理，而且处理的样品量较微波消解大。但过程控制复杂，消解的温度、赶酸的温度、添加消解液的时机、如何防止样品损失（尤其是汞）等，对实验过程要进行严格地控制。