在加熱條件下,利用氧化性的強酸或氧化劑來分解樣品。常用的消化劑有硝酸、硫酸、高氯酸、過氧化氫和高錳酸鉀等;常見的催化劑包括硫酸銅、硫酸汞、二氧化硒、五氧化二釩等。
該方法的優點:
①由于使用強氧化劑,有機物分解速率快,消化所需時間短;
②由于加熱溫度較干法灰化低,故可減少金屬揮發逸散的損失,同時,容器的吸留也少;
③被測物質以離子狀態保存在消化液中,便于分別測定其中的各種微量元素。
該方法的缺點:
①在消化過程中,有機物快速氧化常產生大量有害氣體,因此操作需在通風櫥內進行;
②消化初期,易產生大量泡沫外溢,故需操作人員隨時照管;
③消化過程中大量使用各種氧化劑等,且試劑用量較大,使空白值偏高。
(1)常用的消化方法
在實際工作中,除了單獨使用硫酸的消化方法外,還可采取幾種不同的氧化性酸配合使用的方法,利用各種酸的特點,取長補短,以達到安全、快速、完全破壞有機物的目的。幾種常用的消化方法如下。
①單獨使用硫酸的消化方法。此法在樣品消化時,僅加入硫酸,在加熱的情況下,依靠硫酸的脫水炭化作用,破壞有機物。由于硫酸的氧化能力較弱,消化液炭化變黑后要保持較長的炭化階段使消化時間延長。為此常加入硫酸鉀或硫酸鈉以提高其沸點,加適量的硫酸銅或硫酸汞作催化劑,來縮短消化時間。
②硝酸-高氯酸消化法。此法可先加硝酸進行消化,待大量的有機物分解后,再加入高氯酸,或者以硝酸-高氯酸混合液先將樣品浸泡過夜,小火加熱待大量泡沫消失后,再提高消化溫度,直至完全消化為止。此法氧化能力強,反應速率快,炭化過程不明顯;消化溫度較低,揮發損失少。但由于這兩種酸受熱都易揮發,故當溫度過高、時間過長時,容易燒干,并可能引起殘余物燃燒或爆炸。為防止這種情況發生,有時加入少量硫酸。有還原性較強的樣品(如酒精、甘油、油脂和大量磷酸鹽)存在時,不宜采用此法。
③硝酸-硫酸消化法。此法是在樣品中加入硝酸和硫酸的混合液,或先加入硫酸加熱,使有機物分解,在消化過程中不斷補加硝酸。這樣可縮短炭化過程,并減少消化時間,反應速率也適中。由于堿土金屬的硫酸鹽在硫酸中的溶解度較小,故此法不宜做食品中堿土金屬的分析。如果樣品含較大量的脂肪和蛋白質,可在消化的后期加入少量的高氯酸或過氧化氫,以加快消化的速度。
(2)消化的操作技術
①敞口消化法。這是最常用的消化技術,通常在凱氏燒瓶或硬質錐形瓶中進行消化。操作時,在凱氏燒瓶中加入樣品和消化液,將瓶傾斜呈約45°用電爐、電熱板或煤氣燈加熱,直至消化完全為止。由于該法是敞口操作,有大量消化煙霧和消化分解產物逸出,故需在通風櫥中進行。
②回流消化法。測定具有揮發性成分時,可在回流消化器中進行。這種消化器由于在上端連接冷凝器,可使揮發性成分隨同冷凝酸霧形成的酸液流回反應瓶中,不僅可以防止被測成分的揮發損失,而且可以防止燒干。
③冷消化法。又稱低溫消化法,是將樣品和消化液混合后,置于室溫或37～40℃烘箱內,放置過夜。由于在低溫下消化,可避免極易揮發的元素(如汞)的揮發損失,不需要特殊的設備,極為方便,但僅適用于含有機物較少的樣品。
④密封罐消化法。這是近年來開發的一種新型樣品消化技術,此法是在聚四氟乙烯容器中加入適量樣品、氧化性強酸和氧化劑等,加壓于密封罐內,并置于l20～150℃烘箱中保溫數小時(通常2h左右),取出自然冷卻至室溫,搖勻,開蓋,便可取此液直接測定。此法克服了常壓濕法消化的一些缺點,但要求密封程度高,高壓密封罐的使用壽命也有限。
(3)消化操作的注意事項
①消化所用的試劑,應采用高純度的酸和氧化劑,且所含雜質要少,并同時按與樣品相同的操作做空白試驗,以扣除消化試劑對測定數據的影響。如果空白值較高,應提高試劑純度,并選擇質量較好的玻璃器皿進行消化。
②消化瓶內可以加玻璃珠或瓷片,防止暴沸,凱氏燒瓶的瓶口應傾斜,瓶口不應對著自己或他人。加熱時火力應集中于底部,瓶頸部位應保持較低的溫度,以冷凝酸霧,并減少被測成分的揮發損失。消化時,如果產生大量的泡沫,除了迅速減小火力外,可加入少量不影響測定的消泡劑,如辛醇、硅油等,也可將樣品和消化液在室溫下浸泡過夜,第二天再進行加熱消化。
③在加熱過程中需要補加酸或氧化劑時,首先要停止加熱,待消化液稍冷后才沿瓶壁緩緩加入,以免發生劇烈反應,引起噴濺。另外,在高溫下補加酸,會使酸迅速揮發,既浪費又污染環境。