化学检验员在处理生物样品（如血液、尿液、组织、毛发等）进行化学分析时，前处理是连接原始样品与仪器分析的桥梁，也是决定分析成败的关键环节。生物样品基体极其复杂（含蛋白质、脂肪、糖类、无机盐等），目标物（如重金属、药物、环境污染物）浓度极低（ppb至ppt级），且易受干扰、吸附或降解。因此，前处理的核心目标是：破坏基体、释放目标物、消除干扰、富集浓缩、转化为适合仪器分析的形式。

一、 生物样品前处理的通用原则

最大化回收率：确保目标物在处理过程中损失最小。

最小化污染：使用高纯试剂、惰性容器，避免引入外来污染物（尤其对痕量金属分析）。

最小化基体干扰：去除或减少蛋白质、脂肪等大分子对仪器的污染和信号抑制。

保证样品均一性：确保取样具有代表性。

方法稳健可靠：操作简单、重现性好、易于自动化。

遵守安全规范：处理强酸、有机溶剂、生物危害样品时，做好个人防护。

二、 主要前处理技术与方法

1. 用于元素分析（金属/类金属）的前处理

湿法消解 (Wet Digestion)：

HNO₃ alone：适用于多数样品和元素。

HNO₃-H₂O₂：H₂O₂增强氧化能力，缩短时间，减少酸用量。最常用。

HNO₃-HClO₄：HClO₄氧化性极强，用于难消解样品（如脂肪多的组织）。危险！ 需严格控制温度，防止爆炸。

HNO₃-H₂SO₄：H₂SO₄提高沸点，增强消解能力，但可能产生硫酸盐沉淀。

原理：用强氧化性酸（HNO₃为主）加热分解有机基体，使元素转化为可溶性离子。

常用体系：

设备：电热板、控温消解仪。

特点：经典、成本低，但耗时、易污染、有损失风险（如Hg、Se挥发）。

微波消解 (Microwave Digestion)：

高效快速（10-30分钟）。

密闭系统：防止挥发性元素（Hg, As, Se）损失，减少试剂用量和污染。

自动化、安全性高。

原理：在密闭的PTFE/PFA消解罐中，利用微波加热和压力加速酸对有机物的分解。

优点：

特点：现代实验室的首选方法，尤其适用于痕量元素分析。

干法灰化 (Dry Ashing)：

易损失挥发性元素（Hg, Pb, Se, As）。

高温可能使某些元素（如Cr）价态变化或与坩埚反应。

时间长。

原理：先低温炭化（~200°C）去除有机物，再高温（450-550°C）灰化，残渣用酸溶解。

优点：可处理大样品量，试剂用量少。

缺点：

应用：对挥发性元素不敏感的分析，或与湿法结合（低温灰化）。

酸提取/浸提：

原理：用稀酸（如HNO₃）直接提取样品中可溶性或弱结合的金属。

应用：常用于尿液中金属的测定（如Cd, Pb），或研究金属的生物可利用性形态。

特点：操作简单快速，但不能代表“总量”。

2. 用于有机污染物分析的前处理

液液萃取 (Liquid-Liquid Extraction, LLE)：

原理：利用目标物在水相和有机相中的分配系数不同进行分离。

操作：将样品（匀浆液、消化液、尿液）与有机溶剂（二氯甲烷、乙酸乙酯、正己烷）混合、振荡、分层、收集有机相。常需多次萃取。

优点：原理简单，成本低。

缺点：溶剂用量大、耗时、乳化问题、回收率不稳定。

应用：经典方法，仍在使用。

固相萃取 (Solid-Phase Extraction, SPE)：

溶剂用量少（比LLE少90%以上）。

可选择性富集。

易于自动化。

回收率高且稳定。

反相（C18, C8）：非极性/中等极性有机物。

亲水-亲油平衡 (HLB)：广谱，适用范围广。

离子交换（SCX, SAX）：离子型化合物。

混合模式：结合多种作用力。

原理：让样品溶液通过装有吸附剂（固定相）的小柱，目标物被吸附，杂质被洗去，再用小体积溶剂洗脱。

吸附剂类型：

优点：

特点：现代有机分析的主流前处理技术。

固相微萃取 (Solid-Phase Microextraction, SPME)：

原理：用涂有吸附涂层的熔融石英纤维直接浸入样品或顶空吸附目标物，然后热解吸进样（GC）或溶剂洗脱（LC）。

优点：无溶剂、操作简便、可现场采样。

缺点：纤维易损、寿命有限、定量需内标。

应用：VOCs、SVOCs分析，尤其适合GC-MS。

加速溶剂萃取 (Accelerated Solvent Extraction, ASE)：

原理：在高温高压下用溶剂快速萃取固体或半固体样品（如组织、毛发）。

优点：高效、快速、自动化、溶剂用量少。

应用：土壤、沉积物、生物组织中有机污染物（农药、PAHs、PCBs）的萃取。

QuEChERS 方法：

原理：最初为农药残留开发，现广泛用于生物样品。基于盐析液液萃取和分散固相萃取 (d-SPE) 净化。

步骤：样品+乙腈→加盐（MgSO₄, NaCl）震荡分层→取上清液+净化剂（PSA, C18）震荡→离心取上清。

优点：快速、简单、便宜、高效，适合大批量样品。

3. 用于特定形态分析的前处理

形态分析 (Speciation Analysis)：

提取：用温和溶剂（如甲醇-水、酶解）选择性提取目标形态，避免形态转化。

衍生化：将不易检测的形态转化为易检测的衍生物（如GC分析金属需衍生化）。

目标：测定元素的不同化学形态（如Cr(III)/Cr(VI), As(III)/As(V)/MMA/DMA, Hg⁰/Hg²⁺/甲基汞）。

前处理：

分析：通常与色谱-质谱联用（HPLC-ICP-MS, GC-MS）结合。

三、 化学检验员关键实践要点

方法选择：

元素总量：微波消解 > 湿法消解 > 干法灰化。

有机污染物：SPE、ASE、QuEChERS > LLE。

形态分析：温和提取 + 色谱分离。

空白控制：

试剂空白：所有试剂和水必须是高纯级（优级纯、电子级、超纯水）。

容器空白：器皿需用酸（如10% HNO₃）浸泡过夜，再用超纯水冲洗。

流程空白：全程同步处理不含样品的空白，监控全过程污染。

防止损失与污染：

金属：使用PTFE/PFA/PP容器，避免玻璃（溶出Na, K）和金属工具。

有机物：避免塑料容器（吸附），使用玻璃或PTFE。

挥发性物质：密闭操作，低温，快速。

质量控制 (QC)：

加标回收实验：在样品处理前加入已知量目标物，计算回收率（理想70%-120%），评估方法准确度和基体干扰。

平行样：评估精密度。

标准物质 (CRM)：使用有证生物基体标准物质（如NIST血铅、尿镉标准物质）验证整个分析流程的准确性。

安全第一：

在通风橱内操作强酸、有机溶剂。

穿戴防护服、护目镜、耐酸手套。

微波消解严格遵守操作规程。

生物样品前处理是化学检验员专业技能的核心体现。它远非简单的“溶解”或“萃取”，而是一个需要深刻理解样品基体、目标物性质和分析方法要求的系统工程。现代趋势是高效、自动化、低溶剂消耗（如微波消解、SPE、ASE）。无论采用何种技术，严格的污染控制、有效的质量保证措施和对安全的高度重视，是获得可靠、准确分析结果的根本保障。化学检验员必须像“精密切割师”一样，精准地剥离复杂的生物基体，将珍贵的痕量目标物安全、完整地送达分析仪器，为健康与环境评估提供坚实的数据支撑。