生物樣品無機前處理方法研究進展

肖細煉，魏 立，邵 鑫，劉 金，陳燕波，陳海濤，楊紅梅

1.中國地質調查局武漢地質調查中心（中南地質科技創新中心），湖北武漢 430205；2.中國地質調查局長沙自然資源綜合調查中心，湖南長沙 410699

自20 世紀90 年代以來，隨著工農業技術的快速發展，環境污染問題日趨嚴重，大量的有毒有害物質進入巖石圈、土壤圈、水圈與生物圈，并隨著生物富集、遷移轉化進入生物體內，對生物，特別是人類造成大量的傷害。環境問題已成為當今世界重要的議題，其重要性、緊迫性已經被人類越來越深刻地認識到。

21 世紀以來，在我國開展的新一輪國土資源大調查中，生態地球化學調查是其中重要內容之一，生物樣品分析是生態地球化學調查評價的重要組成部分（尹明和李家熙，2011）。對生物樣品中多種主量及微量無機元素的分析測定可以判斷土壤環境污染程度、農作物適應性和土壤質量，以及預警食品衛生安全，為環境科學及綠色農業提供科學依據（于兆水等，2014a），同時為進一步追索元素在巖石圈、土壤圈、水圈與生物圈中的遷移轉化及其產生的生態效應提供了重要手段。

生物樣品包括植物樣品（如植物的根、莖、葉、果實等）和動物樣品（如頭發、指甲、血漿等），其組成復雜，有機質含量高，主要含有C、H、O、N等組成有機物的有機元素和一些P、K、Ca、S 等無機營養元素，基體干擾較大，其余的大多數元素含量都較低，一般低于樣品的背景值?？茖W、合理、高效的生物樣品前處理方法是準確測定生物樣品有益有害元素的重要保證（梁立娜等，2003）。生物樣品前處理方法包括有機前處理方法和無機前處理方法，目前，大多數研究領域主要將生物樣品的無機元素含量作為污染程度的判定依據，因此，對生物樣品進行無機前處理消解方法研究最多。生物樣品無機前處理技術是其無機元素分析的最關鍵步驟，必須選擇科學、合理、有效的前處理方法進行消解，以保證消解后的溶液適用于對應的無機元素分析。本文針對生物樣品的特殊性，對生物樣品不同的無機前處理方法的國內外研究進展進行了綜述，重點對各方法的優缺點、影響因素及適用的無機元素分析進行了系統論述。

1 生物樣品無機前處理方法

目前，雖然出現過少量文獻報道的固相和液相微萃取等有機前處理技術應用于生物樣品中微量元素分析測定（Comitre and Reis，2003；Malekpour et al.，2009），但是該技術局限性較強，很難應用于大部分生物樣品的無機元素分析。對生物樣品進行完全分解后再用于無機元素分析的無機前處理方法仍是主流。一個理想的分解方法必須具備以下條件（尹明和李家熙，2011）：（1）待測組分必須定量轉入溶液；（2）因試樣分解而引入的雜質將不干擾待測組分的測定，更不能引入待測組分；（3）試樣分解后的溶液可供測定的組分越多越好，即一次溶（熔）樣，可以測定多種組分；（4）分解方法于其后續的分析技術能有機配合；（5）不僅能使待測組分完全分解，而且在試樣分解的同時對待測元素能進行分離；（6）分解方法簡單、快捷；（7）環境污染較??；（8）溶（熔）樣后的測定結果可以重現。常見的生物樣品無機前處理方法主要有干法灰化（王小平，2005，陳海杰等，2015；肖細煉等，2017）、敞開濕法消解（鄭磊等，2020；張曉梅和潘興富，2022）、高壓密閉消解（范博倫等，2017；張皓等，2022）、微波消解（喬愛香等，2010；端愛玲等，2021）等4種，其中敞開濕法消解和高壓密閉消解都屬于濕法消解的范疇，其區別主要是壓力、容器的密封環境以及消解試劑的配比不同，其他的無機前處理方法也基本都由這4種方法改進得來。

1.1 干法灰化

干法灰化是通過高溫灼燒分解試樣中的有機物，使有機物脫水、炭化、分解、氧化，灼燒后剩余灰分顏色為白色或淺灰色，成分主要為耐高溫鹽類或金屬氧化物，該方法可以減少因試劑用量大而造成試劑浪費和環境污染的問題，由于試劑用量少，所以空白值低，可以有效富集待測非揮發元素，但是對于易揮發性元素如As、Hg、Se、Bi、Te、Pb、B等則不適用，容易造成該類元素揮發損失而導致結果偏低。目前，該方法已應用在多種生物樣品無機前處理中（王小平，2005，陳海杰等，2015；肖細煉等，2017）。該方法主要存在灰化溫度、灰化時間、助灰化劑和稱樣量等4種影響因素。

1.1.1 灰化溫度和灰化時間

生物樣品的灰化是一個高溫去除有機物的過程，因此，灰化溫度和灰化時間是非常重要的前處理條件，溫度過高或過低、時間過長或過短都會對樣品無機元素的分析測定造成很大影響。一般根據待測元素來選擇合適的灰化溫度和時間，溫度大概在350 ℃～650 ℃之間，時間一般為1～4 h。溫度過高或時間過長，則大部分待測元素均揮發，將導致測定值嚴重偏低；溫度太低或時間短，則樣品未完全分解，測定值也會偏低。因此，必須了解待測元素的揮發溫度，樣品的灰化溫度不能超過該溫度，同時通過試驗選擇合適的灰化時間。

陳海杰等（2015）采用干法灰化-原子熒光光譜法測定植物樣品中痕量鍺，研究了灰化溫度和灰化時間對植物樣品的影響，結果表明采用程序化升溫模式，2 h將溫度緩慢升至灰化溫度，樣品灰化效果較好，灼燒溫度在500 ℃以下時，測定值偏低，這是由于樣品灰化不完全所致；在500 ℃以上時，樣品能夠灰化完全，結果保持恒定，并且與標準值一致；但是進一步實驗表明，當溫度高于700 ℃時，圓白菜、菠菜等蔬菜樣品容易粘結于石英坩堝的底部，致使坩堝腐蝕，將降低坩堝的使用壽命，因此確定了適宜的灰化溫度為600 ℃。當灰化時間小于3 h時，測定值偏低，因為樣品灰化不完全，灰分中有明顯的黑色物質存在；灼燒3 h 以上時測定值趨于恒定，但考慮到時間過長，坩堝在高溫下使用壽命會降低，并且也降低了樣品分析效率，因此，確定了4 h為適宜的灰化時間。肖細煉等（2017）也在干法灰化實驗中考察灰化溫度和灰化時間對植物樣品中氟的影響，在保證樣品灰化完全，避免氟損失，同時盡可能減少了坩堝的損傷的前提下，通過條件優化實驗確定了適宜的灰化溫度和灰化時間分別為550 ℃和2 h。王小平（2005）研究了不同分解方法對ICP-AES測定植物樣品中元素含量的影響，文中對干法灰化的灰化溫度和灰化時間進行了詳細的闡述，當灰化溫度過高時易造成As、Hg、Se 等易揮發元素的損失；當馬弗爐升溫時，最好在280 ℃左右停留一段時間，讓空氣自由進入，避免植物樣品因碳化速率過快而造成元素損失；對于較難分解的西紅柿葉而言，過短的灰化時間不能將有機物完全分解，導致許多元素的測定值遠低于實際值。

1.1.2 助灰化劑

干法灰化法提高回收率的措施除了可根據被測組分的性質采取適宜的灰化溫度外，也可加入適量的助灰化劑，防止被測組分的揮發損失和坩堝吸留。常見的助灰化劑有：MgO、MgCO3、Mg(NO3)2、NaOH、Ca(OH)2、HNO3、H2SO4等。加入MgO 或MgCO3或Mg(NO3)2可使磷元素、硫元素、砷元素轉化為磷酸鎂、硫酸鎂、砷酸鎂，防止它們損失；同時Mg(NO3)2有雙重作用，其可分解為NO2和MgO，前者促進氧化，后者可稀釋灰分，減少灰分與坩鍋壁的總接觸面積，從而減少沾留。例如：As、Cu、Ag等在常規灰化時會有嚴重損失，如果加入Mg(NO3)2后，則能得到滿意的測定結果。加入NaOH 或Ca(OH)2可使鹵素轉化為難揮發的碘化鈉或氟化鈣；HNO3起氧化作用，加速有機物的破壞，因而可適當降低灰化溫度，減少揮發損失。加入H2SO4能使揮發性較大的氯酸鹽（例如氯化鉛、氯化鎘等）轉化為揮發性較小的硫酸鹽，起到基體改良劑的作用，例如H2SO4的加入使灰化溫度升高到980 ℃，而鉛、鎘等待測元素未發現明顯的損失。

龔琦等（2003）提出了在松香樣品中添加混合助劑MgCO3+Mg(NO3)2進行干法灰化預處理，可使砷的回收率大大提高，比單獨用Mg(NO3)2的效果更好，且用該方法消解試樣比硝酸+高氯酸的濕法消解更徹底，灰化殘渣只需稀釋溶解便可用于測量。而用硝酸+高氯酸消解試樣后，在除去剩余酸的過程中容易造成砷的損失。覃建東等（2007）研究了干法消解測定桑葉中總氟化物，在樣品灰化過程中加入了3.0 g 鎂氧化物助灰化劑，小火炭化，在400 ℃下灰化2 h，定容后測得的氟化物比不加助灰化劑要高，提高了回收率，為準確判斷桑葉受污染程度提供了依據。

1.1.3 稱樣量

生物樣品中的大多數元素含量都較低，一般都低于樣品的背景值。根據待測元素性質，干法灰化的樣品稱樣量一般為1 g 左右（成玉梅等，2004，2005；楊劍虹等，2007）。對于更低含量的元素（例如Au、Ag等元素），可以加大稱樣量，以提高方法的靈敏度、精密度和準確度。

韓格非等（2022）在國標擴散比色法的基礎上研究了鎂鹽固定灰化-超聲浸提-氟離子選擇電極測定植物樣品中的氟，將本方法應用于200余件植物籽粒、葉片、根莖等植物樣品的檢測，針對不同的植物樣品，稱樣量會有所不同，范圍0.2000～2.0000 g，加入硝酸鎂+氫氧化鈉固定樣品中的氟，低溫升至550～600 ℃直至灰化完全，加標回收率在95%～106%之間，滿足分析要求。雙龍（2022）建立了高溫灰化、酸溶去除生物樣品中的復雜有機組分，離子選擇性電極法測定生態地球化學評價生物樣品中痕量氟的方法，稱取1.0000 g試樣，經5 mL硝酸鎂溶液固定，電熱板蒸干和炭化，在600 ℃灼燒1.5 h，采用鹽酸（1+10）提取，與現有的分析方法相比，大大提高了工作效率，該方法不僅適用于植物樣品，也適用于人體毛發、血液、尿液、唾液等生物樣品中氟含量的測定。葛江洪和于兆水（2019）研究了高溫灰化-離子選擇性電極法測定植物樣品中微量氟，考察了稱樣量對測試溶液中氟離子的濃度影響關系，當稱樣量過少，特別是樣品中氟的實際含量較低時，溶液中氟離子濃度可能會低于其選擇性電極的線性范圍，電極響應時間變長，加上攪拌速度帶來的點位波動等因素，將嚴重影響測定結果的準確性；當稱樣量大于1.0000 g后，測定值趨于恒定，回收率近100%，最終確定適宜稱樣量為2.0000 g。施意華等（2012）研究了電感耦合等離子體質譜法測定銅礦區20種植物中的金、銀，由于植物中金和銀的含量極低，使其難以準確定量，因此，該方法選擇稱取10.00 g植物樣品，然后置于馬弗爐中，從低溫升至350 ℃并保溫30 min，再升至650 ℃保溫至樣品灰化完全，然后加入10mL（1+1）王水提取，利用電感耦合等離子體質譜儀測定。該方法準確測定了銅礦區多種植物中的痕量金、銀，為植物地球化學找礦研究提供了重要的技術支撐。

1.2 敞開濕法消解

敞開濕法消解是指用各種無機酸在敞開容器下加熱分解試樣，破壞樣品中的有機物或還原性物質的方法，又叫敞開酸溶分解法。因為酸較易提純，不會因溶樣而引入除氫離子以外的其他陽離子；在試樣分解的同時，某些干擾元素因揮發而除去（Malekpour et al.，2009）。與堿熔法相比，敞開濕法消解具有使用設備簡單、對器皿腐蝕小、分解溫度低、操作相對簡單、適用性強等優點，故該方法一直是處理地質、環境、生物等樣品常用的分解方法，應用廣泛。敞開濕法消解的不足在于其分解能力低于堿熔分解法和高壓密閉消解法，對某些礦物的分解能力較差，所以需要的分解時間較長；某些組分在分解過程中可能因揮發而逸失；消解液中的某些成分可能會與個別元素結合形成沉淀；由于加入酸的類別較多和量較大，樣品受試劑污染的可能性比干法灰化大，同時對環境的污染也較大。

敞開濕法消解主要是將硝酸、高氯酸、鹽酸等強氧化性無機酸以一定的配比混合，對樣品中的有機物進行分解，因此，它的關鍵影響因素是各種消解試劑的配比，主要根據不同樣品及對應的分析元素來選擇。近年來，敞開濕法消解在生物樣品無機前處理方面應用較為廣泛。

鄭磊等（2020）建立了采用硝酸水浴消解-電感耦合等離子體質譜法測定指甲和頭發中13種金屬元素的分析方法，在濕法消解基礎上增加水浴加熱，使樣品受熱均勻，縮短消解時間，可以較好的減少易汽化元素的損失，使該方法具有回收率高、重復性好、成本低、操作簡單高效等優點，適合長期開展大批量指甲和頭發樣品中多種金屬元素的測定，為研究這些金屬元素對人體健康影響提供了技術支持。張曉梅和潘興富（2022）研究了濕法消解-原子熒光光譜法測定全血中硒，血樣經硝酸-高氯酸混合酸消解后，用硼氫化鈉將硒還原成硒化氫，由氬氣載入原子化器，產生的原子熒光強度與試液中硒元素含量在一定范圍內呈正比，外標法定量，為原子熒光光譜法檢測全血中硒的標準制定提供了參考。陳海杰等（2020）采用硝酸-高氯酸以15∶2 的體積比混合，對植物樣品中的硒進行測定，建立了抑制植物樣品消解過程中硒揮發的方法，研究結果表明消解過程中硒的揮發可能是樣品中存在的氯（Cl）等引起，實驗發現，通過加入Ca2+可以抑制硒在消解過程的揮發，即使加熱至干，硒也不會揮發損失。在此基礎上，通過氫化物發生-原子熒光光譜法（HG-AFS）可以準確測定植物樣品中痕量硒，顯著降低了操作難度，提高了方法的準確度和可靠性。呂莉等（2019）采用硝酸-高氯酸以1∶1的體積比混合，建立了電熱板混酸消解-氫化物發生-原子熒光光譜法檢測雞蛋中硒含量的分析方法，對消解液的混合比例進行了優化，選用硝酸-高氯酸比例為1∶1時，硒的回收率比其他比例要好，并且發現在實驗過程中必須嚴格控制電熱板溫度，避免在加熱過程中硒元素形成氫化物而逸出，從而造成硒的損失。并利用該法對普通雞蛋、土雞蛋和烏雞蛋中的硒含量進行了檢測分析，結果顯示，土雞蛋和烏雞蛋中的硒含量顯著高于普通雞蛋，也為人們進行雞蛋消費選擇提供了理論依據。

雙氧水（過氧化氫）與無機酸混合在處理生物樣品方面也有應用。楊曉霞等（2021）采用硝酸-過氧化氫（5∶3 混合）敞口消解/電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法測定了植物樣品中砷，選取了玉米秸稈與籽粒、小麥秸稈與籽粒、煙草等5 種不同的植物樣品，加入硝酸作為消解用的強酸，而添加過氧化氫主要是為了促進有機物分解，可以得到清涼的消解液，同時后期通過升溫，趕盡殘余的硝酸，消解液中硝酸濃度降低，有利于保護后端的ICP-MS采樣錐和截取錐。方法的準確度和精密度較高，砷的加標回收率較好，建立的方法可滿足植物樣品中砷的測定需求。趙永強等（2012）采用硝酸-過氧化氫（10∶3 混合）對木耳樣品進行消解，用火焰原子吸收法測定了消解液中的鋅、鎂、鐵、錳等4種微量元素含量，方法精密度良好，測定結果準確、可靠。

敞開濕法消解所采用的無機酸的種類及各混合酸的配比主要是根據待測樣品的消解難易程度決定。對于易消解樣品（如樹葉、頭發等），可以單獨使用硝酸，或者使用硝酸比例較大，其他酸加入量較少；而對于含木質成分較高的根、莖等硬質難消解樣品，除了加入一定量的硝酸以外，還可提高高氯酸或者過氧化氫等強氧化性試劑的比例，增強氧化分解能力，可以更好地將待測生物樣品消解完全。

1.3 高壓密閉消解

高壓密閉消解是指樣品在密閉的高壓消解罐中，加入消解試劑（一般是無機酸），由于壓力增加，提高了酸的沸點，因而增強了酸的分解能力，進而達到更有效分解樣品有機物的目的。

高壓密閉消解的容器包括內罐和外罐，內罐可以采用鉑、聚四氟乙烯或聚丙烯制成，由于鉑太貴，成本太高，故用得少，而聚四氟乙烯或聚丙烯因為耐腐蝕，有良好的化學穩定性、熱穩定性和耐壓性，易加工成型，因此作為內罐密封溶樣器應用相當普遍（尹明和李家熙，2011）。外罐一般采用不銹鋼外套，其具有不易生銹、密封性好等優點。

高壓密閉消解的優點首先是增強了分解能力，樣品和試劑在高壓密閉空間反復回流，易揮發的組分可以較好地保留在溶液中，大量難消解的元素可完全消解；與敞開濕法消解相比，由于稱樣量減少，故酸的用量也隨之減少，因此，節約了分析成本和試劑污染，且空白值低；另外，由于密封性好，避免了空氣氧化，因此，對FeO 等某些組分的測定非常有利，提高了該類組分的檢出率。

高壓密閉消解的缺點也較多：（1）聚四氟乙烯或聚丙烯容器易帶靜電，因此，粒度較細的試樣在稱樣后裝入容器時容易造成試樣飛散，一般通常在稱樣前用去離子水潤濕容器可以有效解決該問題；（2）由于消解容器工作時處于高溫高壓狀態，所以樣品處理過程比較危險，對于生物試樣，有機質含量較高，消解試劑慎用高氯酸，以防爆炸，對于那些含木質成分較高的根、莖等硬質難消解樣品，可以用雙氧水替代高氯酸，增強樣品分解能力；（3）溶樣時無法觀察樣品的分解情況；（4）樣品分解耗時長，一般長達12 h 以上，且裝罐和開罐費體力，效率低下，消解罐昂貴，分析成本較高。

張皓等（2022）建立了密閉消解-電感耦合等離子體發射光譜法測定植物中硫含量的方法，以硝酸和過氧化氫為消解溶劑，利用聚丙烯離心管密閉消解樣品，不需要反復趕酸，提高了消解效率，降低了檢測成本，并且通過與微波消解方法進行對比，發現采用聚丙烯離心管密閉消解法明顯具有經濟成本和時間成本優勢，適合大批量植物樣品中硫含量的測定。范博倫等（2017）采用密閉消解-氫化物發生-原子熒光光譜法測定植物中硒，以硝酸-過氧化氫（2+1）混合液于130 ℃密閉消解4 h，以10 g/L硼氫化鈉溶液作為還原劑，對混酸體系配比、消解時間、消解溫度等實驗前處理及儀器測定條件進行了優化，建立了一種簡單、高效的硒測定方法，分析結果令人滿意，且一次可消解的樣品量多，實用性強。李艷華等（2020）采用高壓密閉方式，以5 mL MOS級硝酸對植物樣品進行消解，建立了氫化物發生-原子熒光光譜法測定植物樣品中汞的方法，該方法同國標方法《GB5009.17-2014 食品安全國家標準食品中總汞及有機汞的測定》（國家衛生和計劃生育委員會，2016）相比，大大降低了汞的檢出限，提高了靈敏度和精密度。該方法具有酸用量少、空白值低、消解完全、污染小的優勢，且大大降低了對環境的氣體排放量。李艷香等（2010）建立了以HNO3-H2O2高壓密閉消解、2%（體積分數）乙醇為基體改進劑準確測定植物樣品中痕量As、Se、Sb和Te的方法，研究發現乙醇介質的加入提高了難電離元素的電離度，對As、Se、Sb和Te具有明顯的增強效應，隨著乙醇濃度的增加，元素的ICP-MS信號強度增加，并在2%時達到最大，之后呈降低趨勢，當乙醇濃度大于6%時，出現信號的抑制。王祝等（2017）采用高壓密閉消解處理動物樣品雞蛋，然后采用ICP-AES和ICP-MS兩種儀器方法互補測定消解后的溶液中16 種元素，ICP-AES 用于測定含量高的主量和微量元素，ICP-MS 則用于含量低的痕量和超痕量元素分析，方法RSD 小于8%，加標回收率在95.3%～105%之間，測定結果準確可靠。孫德忠等（2012）研究了四種前處理方法對電感耦合等離子體質譜測定植物樣品中27 種微量元素的影響，研究表明：在高壓密閉消解的消解體系中加入氫氟酸能有效提高鈹、稀土、釔、鈦、銻、鈾等元素的回收率，但是消解后的溶液必須要趕盡氫氟酸，否則會損傷ICP-AES 和ICP-MS 儀器，同時也會造成ICP-MS儀器的質譜干擾。然而，在電熱板上趕氫氟酸的過程中，也會造成硼和汞等易揮發元素的損失，因此，應根據生物樣品的測定元素選擇合適的消解試劑。

1.4 微波消解

微波消解技術是近年來迅速發展起來的新興樣品預處理技術，相比其他成熟的試樣消解方法還很年輕。微波是指頻率在300～300000 MHZ的高頻電磁波，而微波消解溶樣通常使用1450 MHZ的工作頻率。傳統的普通加熱是以熱傳導和熱輻射方式，從外向里對容器和樣品加熱，而微波消解是通過偶極子旋轉和離子傳導兩種方式，里外同時加熱，樣品和試劑在微波產生交變磁場作用下，極性分子隨磁場交替排列，引起分子的高速振蕩，從而產生鍵的振動、撕裂和粒子之間的相互摩擦、碰撞，致使溫度迅速升高，促使消解試劑與樣品更好的接觸和反應，從而使樣品迅速被分解。同時與樣品接觸的酸產生的熱對流會攪動并清除樣品表面已溶解的表面層，使樣品與酸接觸界面不斷更新，也會加速樣品的分解（尹明和李家熙，2011）。

微波消解具有快速溶樣、減少樣品量和試劑量、空白值低、自動化操作、降低分析成本、提高工作效率和防止易揮發元素揮發損失等優點（田寶珍等，2000；張霖琳等，2009）。但是，其缺點與高壓密閉消解類似，比如，對于生物試樣，有機質含量較高，故在高溫高壓狀態下，樣品處理過程比較危險，消解試劑慎用高氯酸，以防爆炸，可以用雙氧水替代高氯酸。

微波消解溶樣不僅廣泛應用于巖石、礦物、土壤和沉積物的分解，同時也被成功用于生物樣品的分解，在地質、農業、環境、醫學等學科領域得到廣泛的應用。張霖琳等（2009）建立了微波消解-ICP-MS測定人體血漿中30 種痕量元素的方法，其中人體血漿樣品采用HNO3-H2O2消解試劑進行微波消解，而不采用其他的消解試劑，如H2SO4、HCl 和HClO4等，主要是為了克服此類消解試劑嚴重干擾ICP-MS測定，選用雙內標元素銠（Rh）和錸（Re）進行校正，有效補償了基體效應和信號漂移，提高了分析結果的精密度和準確度。田寶珍等（2000）建立了微波消解技術直接用于新鮮生物樣品消解-石墨爐原子吸收光譜（GFAAS）測定的方法；鮮樣與干樣不同，含有大量水分，相當于稀釋了消解液，降低了消解液的濃度，因此，消解時的條件與干樣有區別；文中探討了鮮樣直接微波消解的規律，優化了實驗前處理條件及微波消解程序設置，結果表明鮮樣直接微波消解并進行元素分析是可行的，可以得到消解完全的溶液，結果準確可靠。劉偉等（2020）研究建立了稀氨水-微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定生態地球化學生物樣品中碘的方法；通過用稀氨水代替硝酸對樣品進行消解，較好地解決了測定結果不穩定及記憶效應嚴重問題；采用離線內標加入法，有效地消除了檢測過程中因操作因素等引起的誤差和基體效應干擾。展向娟等（2013）采用聚四氟乙烯微波消解罐（口徑4 cm，高10 cm）內置石英內插管（口徑1 cm，高6 cm）法消解樣品，稱樣于石英內插管中，研究發現稱樣0.1000 g樣品只需加入1.5 mL濃HNO3即可得到理想的消解溶液，用更少的消解試劑消解樣品后直接定容測定，無須在電熱板上二次趕酸，從而避免了As、Se、Hg、Sb等易揮發元素的損失。李剛等（2010）建立了用HNO3-H2O2作消解試劑，高壓微波消解樣品，ICP-MS 測定農業地質植物樣品中11 種微量元素的方法，優化了微波消解儀和ICP-MS 的最佳工作參數，有效解決了植物樣品的分解和殘留有機物干擾問題，該方法可應用于植物的果實、根、莖、葉等不同類型樣品的測定，特別適用于ICP-AES儀器難以測定的元素（如Pb、Cd、Mo、Ge 等）。韓張雄等（2016）針對植物樣品中氟元素含量低的特點，采用微波消解處理樣品，避免了氟元素損失的問題，消解后的溶液采用氟離子選擇性電極進行檢測，同時加入適量的總離子強度緩沖溶液（TISAB）增強了氟離子的強度，通過調節溶液pH 值掩蔽了其他元素（如Al、Fe 等）干擾問題，實現了快速、準確測定植物樣品中氟的含量。

1.5 其他無機前處理方法

生物樣品無機前處理方法除了以上常見的干法灰化、敞開濕法消解、高壓密閉消解、微波消解等4 種方法以外，還包括一些在這4 種方法基礎上加以拓展、改進、延伸的一些特殊方法。這主要是因為某些待測元素具有特殊性（如Si、Al屬兩性元素），如果采用以上4種常見方法進行直接消解，這些元素可能沒有完全溶出或者有些元素揮發損失，造成測定結果不理想，改進后的方法就可以針對特殊的待測元素測得準確可靠的結果。這些特殊方法的改進往往從以下幾個方面進行。

（1）對消解容器或消解裝置的改進，使方法簡單、高效，測定數據更準確。比如，藏吉良等（2012）采用風冷回流消解裝置、HNO3-H2O2消解體系對植物樣品進行回流消解，測定植物樣品中46種元素。該方法與傳統的敞開濕法消解不同之處在于將自制加裝風冷管的多個錐形瓶置于電熱板上150 ℃消解，在45 cm×65 cm 面積的電熱板上，一次對45個錐形瓶回流裝置同時進行加熱，不需要嚴格規定消解時間，保證回流加熱微沸消解至消解完全即可，提高了樣品前處理效率。馬生鳳等（2007）針對Hg 元素易揮發的特點，創造性地研究了大試管和紅外加熱的多孔控溫消解爐裝置消解植物樣品的大管回流法，雖然高壓密閉消解或微波消解也能處理易揮發元素樣品，但是該方法具有創新性、成本較低、操作簡便，無需鋼套或微波等抗壓裝置，只需要帶孔的紅外電熱消解爐和16 個管徑3.5 cm、高30 cm的特制玻璃試管即可，適用于高溫下易揮發元素樣品消解。

（2）增加一些前處理步驟，如堿熔、萃取等，提高方法的回收率。比如，孫德忠等（2008）先對生物樣品進行干法灰化，灰化后的灰分再進行偏硼酸鋰堿熔，然后用ICP-AES 測定生物樣品中的Si、Al 等元素。因為Si、Al 都屬兩性元素，常規的干灰化-酸溶、敞開濕法消解、高壓密閉消解都難以消解完全，造成結果偏低（王小平等，2006）。如果直接用堿熔試劑堿熔生物樣品，則大量的有機物因無法溶于堿導致其包裹的元素無法釋放，因而也無法進行準確地元素分析。孫德忠等（2008）的方法具有較高的靈敏度、精密度和準確度，適用多種類型的生物樣品中Si、Al 等元素的測定。肖細煉等（2017）也是將干法灰化與NaOH 堿熔灰分相結合對植物樣品進行前處理，然后用離子選擇性電極測定樣品中的氟含量，方法檢出限低、精密度和準確度較好，在環境化學和生態地球化學領域具有重要應用價值。鄭聰等（2011）在現有的碘含量測定方法基礎上，通過在前處理中增加提取方式，建立了測定海帶、裙帶菜、發菜、海苔、紫菜、石莼等食用藻類植物中碘含量的電感耦合等離子體-質譜法。將藻類植物樣品采用質量分數25%四甲基氫氧化銨（TMAH）在密閉玻璃瓶中于90 ℃條件下提取3 h，取上清液進行ICP-MS碘元素測定，方法操作簡單、檢出限低、結果準確，實用性強。

另外，隨著儀器分析技術的不斷發展，分析化學學科中的一些固體進樣原位分析技術也不斷應用于生物樣品分析檢測中，這些技術相比干法灰化、敞開濕法消解、高壓密閉消解、微波消解等方法而言，可以直接固體進樣分析，不需要使用酸或堿等對環境污染的試劑消解試樣，具有簡單、高效、綠色環保等優點。比如，于兆水等（2014b）建立了高壓粉末制樣波長色散X 射線熒光光譜法（WD-XRF）測定生物樣品中23 種主次量元素（Al、Ca、Cl、K、Mg、Na、P、S、Si、Ba、Br、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Rb、Sr、Ti、V、Zn），該方法在高壓1760 MPa 壓力下直接壓制各種類型的生物樣品，所制成的樣品表面光滑、致密，較好地解決了傳統低壓（壓力220～440 MPa）壓制的樣片表面粗糙、疏松、粉末容易脫落、對XRF 儀器樣品室污染嚴重、影響儀器長期穩定性的難題，分析結果重現性得以大幅改善，降低了方法檢出限，提高了方法精密度和準確度。張彩霞等（2012）基于大米、小麥、玉米等23種國家生物成分系列標準物質，探討了X射線熒光光譜法在常見生物樣品中常量和微量元素測定的應用，該方法采用30 噸壓力的粉末壓片制樣，選用的生物成分標準樣品基本覆蓋了生物樣品中各元素的含量范圍，方法檢出限基本能保證測定結果的有限性，能夠滿足生物樣品中常量和微量元素分析要求，但是該方法主要針對樣品種類和元素含量與標準物質相接近的生物樣品，因此，該方法具有一定的局限性。黃汝錦等（2005）建立了一種采用固體熱解塞曼原子吸收光譜快速測定中藥和生物樣品中痕量汞的方法，樣品不需要消解即可直接測定，單個樣品的分析時間不超過4 min，并且由于塞曼效應校正，使分析結果準確可靠。以上報道的固體進樣原位分析技術確實在生物樣品分析檢測中發揮了有效作用，但是也存在一些缺點，比如，（1）高壓制樣設備價格昂貴，成本較高，目前在國內外使用的還不多，常見的低壓制樣設備所能壓制的生物樣品種類有限；（2）一些特定的痕量分析元素（例如稀土元素）目前由于儀器設備局限性原因還很難進行原位分析測定；（3）固體進樣原子吸收光譜儀器每次只能進行單元素分析，分析生物樣品多元素效率較低下。因此，希望未來能開發出更多、更高效的原位分析技術解決當前生物樣品無機前處理方法的技術難題。

2 結論與展望

生物樣品分析是生態地球化學評價的重要組成部分，選擇科學、合理、高效的生物樣品前處理方法是準確測定生物樣品有益有害元素的重要保證。本文針對生物樣品的特殊性，對生物樣品不同的無機前處理方法的國內外研究進展進行了綜述，重點對各方法的優缺點、影響因素及適用的無機元素分析進行了系統論述。當前各無機前處理方法都存在一定的缺陷，目前主要是根據待測元素的性質、實驗成本、分析效率、結果準確等因素綜合選擇最優的前處理方法，但是都會使用到酸或者堿等對環境污染的試劑。當今世界，環境污染問題日趨嚴重，生態環境問題的重要性、緊迫性已經被人類越來越深刻地認識到，未來亟需研究開發出更多、更高效的生物樣品原位分析技術來避免當前樣品分析過程存在的各種潛在環境風險。