樣品前處理的主要目的
1、基體或共存物質幹擾（幹擾消除）
2、樣品濃度調節（濃縮、富集、稀釋）
3、樣品介質不適合後續分離或檢測（介質置換）
4、避免系統汙染，延長儀器壽命（儀器保護）
固體樣品中被測物的溶出技術
1、溶解：被測物全部溶解，基體全部或大部分溶解（殘渣）
水溶、酸溶、鹼溶、有機溶劑。
2、提取（浸取）：被測物和少部分基體物質溶解進入溶液
（快速）索氏提取、微波/超聲輔助，加速溶劑提取。
3、消解（裂解、降解）：破壞基體，釋放出目標物質。
溼法：強氧化性酸解、微波消解、光解、酶解。
幹法：灰化、熔融、氧彈（氧瓶）燃燒、裂解、燃燒爐。
樣品淨化新技術
1、液相萃取：雙水相、濁點、膠團、離子液體，微萃取
2、固相萃取：基質分散SPE、磁SPE、微萃取
3、色譜：GPC-色質、柱切換（在線幹擾消除/在線富集）
4、電化學：原位電沉積、電滲析、電泳（薄膜、凝膠）
5、膜分離：超濾、透（滲）析、微透析、仿生膜
6、超分子分離：主客體配合物、分子印跡、親和（免疫磁珠）
7、其他：超速離心、超臨界流體萃取、分子蒸餾、晶片分離
樣品前處理技術發展趨勢
1、自動化（加速溶劑提取、SPE、稀釋/濃縮）
2、在線化（GPC-色質、SPE-色譜/色質、CIC、超濾-IC）
3、微量化（液相/固相微萃取、晶片分離）
4、多任務（平臺）（稀釋-滲析、固相萃取-濃縮）
5、專門化（QuEChERS法、頂空-GC、氫化物發生-原子螢光）
重要技術進展舉例
一、液相微萃取（LPME）
1996年在液液萃取基礎上發展起來，結合了液液萃取和固相微萃取的優點。只需極少量的有機溶劑、裝置簡單、操作方便、成本低；適合萃取在水溶液中溶解度小的痕量目標物；方便與後續分析儀器連接，實現在線樣品前處理。
最初的液相微萃取—單滴微萃取（single-drop microextraction)
一滴溶劑直接懸掛於色譜進樣針尖，將其浸入樣品水溶液（或樣品頂空氣相）中，分析物萃取到有機溶劑液滴中，直接注入色譜儀分析（分離+進樣）。
缺陷：懸掛於針尖的有機溶劑液滴在攪拌樣品時容易脫落。
1.多孔中空纖維液相微萃取
改進方法：將多孔中空纖維管固定在針頭上保護和容納有機萃取劑。同時，纖維的多孔性增加了溶劑與樣品接觸的表面積，從而提高萃取效率。
2.多孔纖維液相微萃取的萃取模式
兩相LPME ：
中空纖維管內吸入萃取相（有機溶劑，還可在萃取溶劑中加入萃取劑），纖維管壁微孔內也浸滿萃取相。目標物萃取到纖維腔內，在萃取溶劑相和樣品水相之間達到分配平衡。萃取相可直接進樣分析。
三相LPME：
中空纖維管壁微孔內浸入的是有機萃取劑，而纖維腔內吸入的是水溶液接收相。有機萃取劑成了樣品水溶液和接收相水溶液之間的隔斷。
目標物先被有機萃取劑從樣品水溶液中萃取出來，然後進入管內接收相水相。接受相可直接注入色譜儀分析。
3.簡易動態三相微萃取
有機溶劑（萃取相）浸漬的中空纖維套在注射器前端，注射器內存有少量接受液，推動注射器反覆更新中空纖維內的接受相，可提高富集倍數。
如：水樣中芳胺萃取。
4.動態液滴微萃取
是一種微量樣品富集+進樣的技術，樣品富集機理為液液萃取。
例如：水樣中的十二烷基硫酸鈉，與亞甲基蘭形成離子對，用氯仿液滴（約1.3μl)收集，用光學檢測法檢測。
若樣品為多成分，可將富集後的樣品液滴直接引入色譜系統進行分離檢測。
滴對滴溶劑微萃取（drop-to-drop solvent microextraction）
樣品溶液和萃取溶劑都只有一滴體積大小；適合珍貴樣品溶液的前處理；萃取平衡快。
懸滴式微萃取（directly suspended droplet microextraction）
定量吸取萃取溶劑直接滴於樣品溶液上，萃取一定時間後，用微量取樣針插入液滴內部定量吸取樣品，做後續分析。
分散液-液微萃取（DLLME ）
萃取相是由少量（如10-50μL）萃取溶劑與數倍量（如0.5-1.5mL）分散劑混合而成，用注射器將萃取相快速注入離心管中的數mL樣品溶液中，萃取相即以細小液滴形式分散於樣品溶液中，相當於多個液滴微萃取。離心分離使萃取相聚集於底部，吸取萃取相分析。主要用於水樣中有機物汙染物，特別是農殘的富集。
實例：DLLME分離富集水樣中擬除蟲菊酯類農藥殘留
取5.0mL經0.45μm濾膜過濾後的水樣於10mL具塞尖底離心試管中，加10μL氯苯（萃取溶劑）和1.0mL丙酮（分散劑），輕輕振蕩1min，即形成一個水/丙酮/氯苯的乳濁液。氯苯均勻地分散在水相中，室溫放置2min，以5000 r/min離心5min，萃取溶劑氯苯沉積到試管底部，用微量進樣器吸取1μL萃取溶劑直接進樣做GC分析。
二、固相微萃取（SPME）
固相微萃取（SPME）
SPME裝置類似色譜進樣針，針頭（石英纖維頭）外表面塗有高分子塗層，有機分析物遵循「相似相溶」原理被萃取富集到固相塗層。稱為纖維針式SPME。與色譜在線聯用。集進樣、萃取、濃縮功能於一體。
針式SPME的特點：
（1）結構簡單，操作方便；
（2）萃取速度較快；
（3）不使用有機溶劑；
（4）適合現場採樣；
（5）支持材料較多，纖維萃取頭易折斷，後來又發展了不鏽鋼、陶瓷、金屬絲、碳材料等支持體材料；
（6）塗層易流失，重複性較差。
SPME的三種操作模式
（A）直接萃取：適合氣體和較乾淨液體樣品中低揮發性或中等揮發性目標組分的萃取。不適合複雜樣品、強酸強鹼性樣品（塗層易遭到破壞）。
（B）頂空萃取：適合複雜液體或固體樣品中高揮發性或中等揮發性組分的萃取。
（C）膜保護萃取：適合複雜基體中低揮發性組分的萃取。
固相微萃取攪拌棒（SBSE）
SBSE技術的優點：
（1）萃取固定相的容量大；
（2）自身完成攪拌，避免競爭吸附。
缺點：
（1）需要特製的解吸器；
（2）萃取所需平衡時間長。
薄膜微萃取（TFME）
將薄膜（如PDMS薄膜）切成像房子側面的形狀：2cm×2cm的正方形上帶有一個1cm高的三角形。
將其附著在一些剛性支撐物上，例如不鏽鋼絲、不鏽鋼網或特氟龍片等，插入攪拌的溶液中進行萃取。
TFME也可用於氣體或頂空樣品分析。
三、磁分散固相萃取
磁固相萃取（Magnetic solid phase extraction, MSPE）採用具有磁性或可磁化材料作為固定相，通常分散SPE形式應用。
特點：相分離簡便快速！
磁性吸附劑
核殼型磁性微球：通常以磁性無機納米（亞微米、微米）微球（如Fe3O4）為核，磁核表面包覆具有活性基團的過渡層（除提供修飾位點外，還可引導功能材料在核上生長，避免自聚成核生長出次生顆粒），再在過渡層外修飾具有不同吸附作用的有機功能層。（磁核+過渡層+功能層）
磁性複合（非核殼）材料：以具有特殊結構和吸附能力的材料（如碳納米管、石墨烯、聚合物）作為載體，在其表面或網絡結構中複合磁性粒子。
核殼型磁顆粒的殼層製備
殼層的作用：
Fe3O4顆粒易氧化破壞，需要包覆層保護；
Fe3O4顆粒易團聚，殼層材料可提高分散性能；
Fe3O4顆粒表面吸附作用弱，且缺乏選擇性，需功能殼層；
中間殼層（過渡層）：Fe3O4顆粒表面的活性基團反應性和選擇性不夠強，需先包覆特定中間層，再進行功能修飾。
核殼型介孔磁性微球
Fe3O4@SiO2@C18疏水有機功能層磁性微球
Fe3O4@C@CHI製備流程圖
化學鍵合法製備離子液體磁顆粒
磁性氧化石墨烯複合材料（生物樣品中重金屬離子分析的前處理）
胺基酸修飾的磁性氧化石墨烯AMGO/Fe3O4
吸附劑對牛血紅白蛋白具有選擇性吸附作用
四、 滲析（透析）
滲析現象：半透膜兩側分別放置溶液和純水，或者在膜兩側放置不同濃度的溶液，只有溶液中的小分子可以穿過半透膜，從高濃度一側向低濃度一側移動。
滲析是受擴散控制，以濃度梯度為驅動力的膜分離方法。
滲析與滲透本質上相同，但所用膜不同。滲透膜不允許溶質通過，只有溶劑通過；而滲析膜允許小分子溶質通過。
用於清除蛋白質溶液中的鹽類等小分子雜質；在醫學領域用於血液透析。
微透析技術
微透析針插入活體動物組織，灌流液由注射器推入膜內套管，體液中小分子、離子擴散穿過透析膜進入採樣針內（阻止蛋白質等大分子通過）。
微透析技術的特點
活體(In vivo)、實時（In time）、在線（On line）
時間分辨性（不同時間物質含量的變化）。
空間分辨性（不同器官、組織部位物質含量的變化）。
提供游離態小分子化合物,對藥物研究有重要意義。
樣品因不含蛋白質、酶等大分子物質，可不經預處理直接用於IC、HPLC測定。
不足: 回收率低,通常在15%左右。
微透析作為ESI-MS除鹽接口
五、親和分離技術
親和作用：通常指生物分子之間的特異性相互作用。如抗原與抗體、酶與底物、核酸與互補鹼基鏈之間。
親和分離材料：含親和功能基團的材料。如膜、吸附劑。
親和分離方法：親和SPE、親和色譜、親和膜分離、親和層析、親和沉澱、親和萃取、親和過濾。
親和配基
天然特異性配基：如免疫親和配基（抗體與抗原）。
天然基團性配基：核苷酸、凝集素、苯甲醚、肝素、硼等。
人工合成配基：生物活性染料及金屬離子。
天然配基對特定生物分子具有內在的生物特異性作用，而合成配基則需通過優化偶合和洗脫條件來實現其特異性作用。
天然配基性能優於合成配基，但天然配基製取提純困難、價格昂貴、使用條件苛刻。實際多使用量大且便宜的配基，如生物活性染料，其可與多種脫氫酶、鹼性磷酸酯酶、羧肽酶、白蛋白等結合。
1.親和膜分離
利用膜的孔徑大小及親和基團的生物特異選擇性，不受相對分子量大小的限制。
原則上講，只要選擇合適的膜，共價鍵合上能與目標物質產生親和相互作用的配位基，就可以從複雜體系，尤其是細胞培養液和發酵液中分離和製備出任何一種目標物。
2.親和膜分離原理
3.親和膜超濾
膜孔徑30-100nm。樣品溶液流過膜時，與配基產生親和作用的分子被截留在膜上,其他生物大分子順著液流進廢液槽；而部分溶劑則透過膜流到溶劑槽中。
優點：不僅目標生物大分子可與和其他分子分離，而且同時可去除部分溶劑（濃縮）。
4.親和膜微濾
孔徑在0.3~3μm。能與配基產生親和作用的生物分子被膜上的配基「抓住」，其他分子和溶劑透過膜。
用合適的頂替試劑洗脫後分析，進一步用透析、凝膠過濾等除掉小分子後在分析。
免疫磁珠（ImpetiCbead，IMB）分離
免疫磁珠是一項新的免疫學技術，它將固化試劑特有的優點與免疫學反應的高度特異性結合於一體，以免疫學為基礎，滲透到病理、生理、藥理、微生物、生化以及分子遺傳學等各個領域，其在免疫檢測、細胞分離、生物大分子純化和分子生物學等方面得到了越來越廣泛的應用。
免疫磁珠分離原理
以表面覆蓋高分子材料的超順磁性顆粒（數十nm至數μm）為核，利用核表面的功能基團（如氨基、羧基、巰基等）將抗體（或抗原）修飾在顆粒表面，用於特異性吸附相應的抗原（或抗體）。
通過外加磁場使吸附了目標物的磁珠從樣品溶液分離出來，洗脫後分析。
應用：基因、蛋白質、細胞、微生物等的分離純化。
六、在線燃燒爐消解
特點與應用：
分析對象：難降解樣品中滷素與硫的分析。
特點：全自動，消解徹底，全封閉體系目標組分物損失。
應用領域：環境(塑料廢棄物、活性炭）、能源（油品、煤炭）、電子（電路板、樹脂、線纜、絕緣材料）、新材料（高分子聚合物、石墨烯、OLED）、食品（油脂、香料、調味品）、製藥（原料、中間物、成品）、礦物。