PTTP_Chương 1_Các vấn đề chung_09.02.2022 (2)

Volumetric Analysis 09/02/2022 1 PHÂN TÍCH THỰC PHẨM Giảng viên Vũ Thị Huyền Bộ môn Hóa vuhuyen3006@gmail com 1 Phân tích bằng công cụ (2018) Hoàng Hiệp – NXB Học viện NNVN 2 Nielsen S (2017) Food ana[.]

Trang 1

PHÂN TÍCH THỰC PHẨM

Giảng viên: Vũ Thị Huyền

Bộ môn Hóa

vuhuyen3006@gmail.com

1 Phân tíchbằng công cụ (2018) - Hoàng Hiệp – NXB Học viện NNVN

2 Nielsen S (2017) Food analysis (fifth edition) Springer

3 Bàigiảng Phân tích thực phẩm

4 Nội dung thực hành Phân tích thực phẩm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

2

CHƯƠNG 1: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG

1 Giới thiệu môn học

2 Lấy mẫu và xử lí mẫu

3 Biểu diễn kết quả theo phương pháp thống kê

4 Kĩ thuật cơ bản xử lí tín hiệu đo trong phân tích

5 Thẩm định phương pháp phân tích hóa học

3

❖Thực phẩm?

→ Sản phẩm có nguồn gốc

từ động, thực vật mà con người dùng để ăn, uống cho nhu cầu sống, vận động và phát triển của cơ thể

1 GIỚI THIỆU MÔN HỌC

4

❖ Thành phần hóa học thực phẩm?

→ Nước

→ Thành phần dinh dưỡng của thực phẩm: protein; gluxit; lipit

→ Các thành phần hóa học khác: chất thơm; vitamin; alcaloit, phenol;

chất khoáng (Na, K, Mg, Ca, Zn, Cu, Mn, Iot…)

→ Một số thành phần gây ngộ độc thực phẩm: chất vô cơ gây độc; độc

tố tự nhiên; thuốc trừ sâu và kháng sinh; thuốc kích thích tăng

trưởng;…

5

❖ Phân tích thực phẩm?

6

Trang 2

6

➢ Khái niệm: sử dụng các phương pháp phân tích lí học, hóa học, hóa lí,

vi sinhvật để xác định các chỉ tiêu hóa lí, vi sinh vật, cảm quan của sản phẩm nhằm xác định 1 loại thực phẩm nào đó có đạt hay không đạt tiêu chuẩn qui định

6

9

➢Mục đích:

-Kiểm tra, đánh giá thực phẩm có đáp ứng các tiêu chuẩn về

phẩm chất và thành phần dinh dưỡng

-Kiểm soát chất lượng trong hoạt động sản xuất

- Cungcấp số liệu về chất lượng thực phẩm để đưa ra những

nhận định khách quan phục vụ cho công tác quản lí nhà nước về an

toànvệ sinh thực phẩm

10

➢ Phân loại phương pháp phân tích:

- Phân tíchđịnh tính

- Phân tíchđịnh lượng

➢Kĩ thuật phân tích:

- Phân tích hóahọc: phân tích khối lượng, phân tích thể tích

- Phân tíchbằng công cụ: phương pháp quang phổ, phương pháp điện hóa, phương pháp sắc kí

11

➢Lựa chọn phương pháp phân tích:

-Sử dụng các phương pháp chính thức như: AOAC (Association of

Officical Analytical Chemists), tiêuchuẩn Việt Nam (TCVN), các phương

phápmới từ các tạp chí khoa học (phải được thẩm định)

-Căn cứ vào:

+ Có tính tiêntiến: Thể hiện ở độ chọn lọc, độ đúng, độ chính xác

+ Có tínhthực tế: phù hợp với điều kiện thực tế, có tính khả thi cao (trang

thiết bị, hóa chất, trình độ con người…)

+ Có tính kinhtế: ít tốn kém mà vẫn đảm bảo kết quả phân tích

+ Có tính an toàn cao: an toàn laođộng và bảo vệ sức khỏe (ít dùng hóa

chất độc hại, tránh được các thao tác kĩ thuật phức tạp, nguy hiểm…)

12

2.1 Lấy mẫu

❖ Yêu cầu: Mẫu đại diện (mẫu trung bình): chứa thành phần và tỉ lệ hàm

lượng các thành phần giống như ở vật thể cần phân tích

2 LẤY MẪU VÀ XỬ LÍ MẪU

❖ Nguyên tắc: Lấy mẫu theo tiêu chuẩn hiện hành.

Trang 3

❖ Yêu cầu:

- Không làmmất mẫu

- Khôngđưa thêm quá nhiều cấu tử lạ vào dung dịch mẫu

2.2 Xử lí mẫu

❖Kĩ thuật xử lí mẫu:

➢ Nhóm hòa tan phânhủy mẫu

➢ Nhóm tách pha

14 ❖ Nguyên tắc: Dùng các tác nhân hóa học, có thể kết hợp với các tác

nhân líhọc chuyển mẫu có thành phần phức tạp thành dạng đơn giản hơn tạo điều kiện thuận lợi cho phân tích

2.2.1 Nhóm hòa tan phân hủy mẫu

❖Lựa chọn hóa chất:

-Sử dụng hóa chất có tính chất hóa học đối kháng với chất cần khoáng hóa

-Chọn hóa chất từ đơn giản đến phức tạp

❖Kĩ thuật:

+ Phânhủy bằng nhiệt và axit mạnh, +Kĩ thuật vi sóng,

+Phương pháp đốt phân hủy mẫu hữu cơ, + Nungchảy phân hủy mẫu vô cơ

15

❖ Nguyên tắc: Dùng các kĩ thuật chưng cất, kết tủa, chiết để loại các chất

cản trở hoặc tách các chất phân tích ra khỏi mẫu

2.2.2 Nhóm tách pha

❖Một số kĩ thuật:

- Chưng cất

- Chiết:

+Chiết bằng chất lỏng: chiết lỏng – lỏng, chiết rắn – lỏng, chiết bằng chất

lỏng siêu tới hạn

+Chiết pha rắn

+Chiết màng (manbrane extraction),

+Chiết pha rắn in dấu phân tử (moleculary imprinted extraction)

16

❖Đặc điểm của một số quá trình chiết:

➢ Nguyên tắc: Sự hòa tan khác nhau của một hoặc nhiều thành phần cần

chiết giữa 2 pha, 2 tướng từ hỗn hợp ban đầu dựa trên tính chất vật lí hoặc hóa học của nó

17

➢Một vài quá trình chiết:

Chưng cất lôi cuốn hơi nước Chiết bằng dung môi

18

2.3 Chiết bằng chất lỏng

❖ Nguyên tắc: Hòa tan chất nghiên cứu trong dung môi hữu cơ từ hỗn

hợp ban đầu và sau đó tách pha hữu cơ chứa chất cần chiết ra khỏi hỗn hợp ban đầu

❖ Quá trình chiết gồm 3 giai đoạn:

Giaiđoạn 1: Dung môi chiết tiếp xúc với hỗn hợp ban đầu chứa chất cần phải chiết

Giaiđoạn 2: Tách dung môi chiết chứa chất cần chiết ra khỏi hỗn hợp ban đầu→ Dịch chiết

Giaiđoạn 3: Làm khô và loại dung môi ra khỏi dịch chiết

Trang 4

❖Lựa chọn dung môi chiết:

-Trạng thái vật lí của dung môi: Dung môi chiết phải ở trạng thái lỏng ở

nhiệt độ và áp suất thực hiện quá trình chiết

-Khả năng trộn lẫn của dung môi: Dung môi chiết không trộn lẫn với pha

banđầu chứa hợp chất cần chiết

-Khối lượng riêng của dung môi chiết: cho biết dung môi chiết chứa hợp

chất cần chiết nằm ở phía trên hay phía dưới so với pha ban đầu trong

trường hợp thực hiện quá trình chiết lỏng – lỏng

20

2.3.1 Chiết lỏng – lỏng

a Nguyên tắc:

-Chiết một chất tan trong dung môi ban đầu bằng một dung môi khác mà trong nóchất cần chiết tan nhiều hơn

- Dung môi dùngđể chiết gọi là dung môi chiết

- Dung môi banđầu và dung môi chiết không được tan lẫn vào nhau

21

b Các đặc trưng định lượng của quá trình chiết lỏng – lỏng

Phahữu cơ chứa chất cần chiết Phanước

- Quá trìnhchiết: quá trình tách và phân li dựa vào sự phân bố khác nhau

của các chất trong hai chất lỏng không hòa lẫn vào nhau

- Nguyên nhâncủa sự phân bố khác nhau: Do tính tan khác nhau của chất

cần chiết trong các pha lỏng

❖Định luật phân bố Nernst – Hằng số phân bố K

22

- Xét quá trìnhchiết hợp chất A, chuyển từ dung môi (1) vào dung môi (2) đến khi đạt được trạng thái cân bằng:

A(1) A(2) (1)

- Thì:Tỉ số nồng độ cân bằng của chất A trong hai dung môi là một hằng

số cân bằng→ Định luật phân bố Nernst và hằng số phân bố K

KAlàhằng số phân bố của chất A [A](2), [A](1)lànồng độ cân bằng của chất A trong dung môichiết và dung môi ban đầu

- KAchỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất dung môi

KAlớn: khả năng hợp chất A từ dung môi 1 vào dung môi 2 lớn

❖Định luật phân bố Nernst – Hằng số phân bố K

23

❖Hệ số phân bố D

-Hệ số phân bố D: tỉ số giữa tổng nồng độ của các dạng hợp chất hòa

tan trong phahữu cơ và pha nước

Chclàtổng nồng độ của hợp chất cần chiết trong pha hữu cơ

Cnlàtổng nồng độ của hợp chất cần chiết trong pha nước

-Biểu thức:

-Hệ số phân bố D: phụ thuộc điều kiện thực nghiệm Nó chỉ không đổi khi

không có các quá trình phân li,tập hợp và các biến đổi khác của các hợp

chất trong hai pha hữu cơ và nước

24

❖Phần trăm chiết (E%)

-Phần trăm chiết E%: Tỉ số giữa lượng hợp chất chiết đã chiết vào pha hữu cơ với lượng chất trong pha nước ban đầu Hiệu suất chiết

-Biểu thức:

Qhclàlượng hợp chất chiết đã chiết vào pha hữu cơ

Qbđlàlượng hợp chất chiết trong dung dịch nước ban đầu

Trang 5

-Giả sử:

a0milimolchất A hòa tan trong VnmLnước

Vhclàthể tích dung môi hữu cơ chiết

- Khi cânbằng:

a1: milimolchất A còn lại trong pha nước

a0- a1: milimolchất A chuyển vào dung môi hữu cơ

-Lượng chất A còn lại trong pha nước sau 1 lần chiết:

Với r = Vn/Vhc

(5)

26

-Lượng chất A còn lại trong pha nước sau n lần chiết với VhcmL dung môimỗi lần:

(6)

-Phần trăm chiết E%:

Hay:

C0lànồng độ của chất A trong pha nước trước khi chiết [A]nlànồng độ cân bằng của chất A sau khi chiết n lần với thể tích dung môimỗi lần là VhcmL

(8)

27

2.3.2 Chiết rắn – lỏng (trích li)

❖Chiết thành phần chất rắn gây nhiễu ra khỏi hỗn hợp hoặc thành phần

cần phân tích ra khỏi hỗn hợp bằng dung môi thích hợp

❖ Có haikĩ thuật chiết:

-Chiết gián đoạn:

Chochất rắn được nghiền nhỏ tiếp xúc với dung môi chiết Sau

một thời gian tách dung môi ra khỏi hỗn hợp

Việc chiết được lặp lại nhiều lần đến khi chất cần chiết được chiết

hết

28

2.3.2 Chiết rắn – lỏng (trích li)

-Chiết liên tục: dung môi mới liên tục tiếp xúc với chất được tách Ví dụ chiết Soxhlet

29

2.3.2 Chiết bằng chất lỏng ở trạng thái siêu tới hạn

Siêu tới hạn Lỏng

Khí Rắn

T

❖Chất lỏng siêu tới hạn: Khi nhiệt độ và áp suất của chất lỏng trên

điểm tới hạn của nó, chất lỏng được xem ở vùng tới hạn và được gọi là

chất lỏng siêu tới hạn, nơi mà không có sự khác biệt giữa pha lỏng và khí

30

❖Chất lỏng siêu tới hạn:

Khuyếch tán xuyên qua chất rắn giống như chất khí

Hòa tan nguyênliệu giống như chất lỏng

→ Chất lỏng siêu tới hạn: thay thế các dung môi hữu cơ trong lĩnh vực côngnghiệp và trong phòng thí nghiệm

❖Một số ứng dụng chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn:

- Làmsạch các chất gia vị và hạt men bia

- Tách cafein rakhỏi hạt cà phê

-Chiết tinh dầu

Trang 6

Bình trữ CO 2 lỏng Máy nén

Đốt nóng

CO 2

Máy chiết Máy tách

Dịch chiết Máy ngưng tụ

Sơ đồ chiết bằng CO 2 siêu tới hạn

32

2.4 Chưng cất lôi cuốn hơi nước

-Chưng cất lôi cuốn bằng hơi nước cho phép chiết những thành phần hóahọc dễ bay hơi, không tan trong nước, có mặt trong hoa, vỏ, quả

nhằm mục đích thu được tinh dầu

Chưng cất lôi cuốn bằng hơi nước

33

2.4 Chưng cất lôi cuốn hơi nước

-Sự sôi của hỗn hợp nước và nguyên liệu tạo ra một dòng hơi

- Dònghơi chứa hơi nước và hơi tinh dầu

- Dònghơi này được ngưng tụ để thu được phần lỏng chứa nước ở trạng

tháilỏng và tinh dầu ở trạng thái lỏng

- Tinhdầu ít tan hơn nước và nhẹ hơn nước nên ở phía trên

34

2.5 Chiết bằng chất rắn

❖ Nguyên tắc: Cho phép chiết một chất tan trong dung môi hữu cơ (pha

động) bằng một chất rắn (pha tĩnh)

❖Mục đích: Được sử dụng để làm sạch hoặc làm đặc một cặn chiết thô

trước khi tiến hành định lượng một hoặc nhiều thành phần của nó

35

❖Tiến hành: Sử dụng một ống nhỏ hình trụ bằng nhựa chứa chất hấp

phụ thích hợp, trên đó đưa qua một thể tích đã biết của cặn chiết thô

Sơ đồ chiết pha rắn

a, b: hoạt hóa và rửa chất hấp thụ trước khi sử

dụng; c: đưa mẫu lên; d: loại bỏ chất gây nhiễu;

e: thu hồi chất phân tích bằng cách rửa giải

36

❖Tồn tại 2 cách sử dụng:

Cách 1: -Giữ lại trên chất hấp phụ những chất phân tích và loại những hợp chất gây nhiễu bằng cách rửa

- Thuhợp chất phân tích bằng cách rửa giải với một thể tích nhỏ dung môi

Cóthể lặp lại thao tác để làm giàu chất phân tích, đặc biệt đối với việc phân tíchlượng vết

Cách 2: Chomẫu phân tích đi qua vật liệu hấp phụ để giữ lại những chất không mongmuốn đồng thời giải phóng ra những hợp chất phân tích

Trongtrường hợp này mẫu được làm sạch nhưng không được cô đặc

Trang 7

✓Tiến hành phân tích đại lượng (chỉ tiêu) nào đó N lần bằng 1 qui trình

phân tích duynhất

✓ Các giátrị đạt được: x1, x2, x3,…, xN

✓ Giátrị thực (giá trị ghi trên bao bì, theo qui chuẩn…)

3 BIỂU DIỄN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THEO PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ

38

-Đại lượng dùng để chỉ giá trị đạt được khi chia tổng các kết quả thí nghiệm lặp lại cho số thí nghiệm lặp lại

-Biểu thức:

3.1 Giá trị trung bình

39

❖Khoảng biến thiên (R):

- Hiệu số giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất trong một tập số liệu

-Biểu thức:

-Khoảng biên thiên được dùng để đặc trưng cho độ phân tán của tập số

liệu khi số phép đo nhỏ

3.2 Các đại lượng đặc trưng cho độ lặp lại

40

❖Độ lệch các kết quả thí nghiệm (d):

- Biểu diễn cho độ lệch của các kết quả thí nghiệm so với kết quả trung bình

-Biểu thức: di= xi− തx (5)

41

▪ Độ lệch chuẩn tổng thể ( ):

➢Đặc trưng cho độ phân tán của các số liệu trong tập hợp với giá trị thực

➢Biểu thức:

thínghiệm so với giá trị trung bình, nó nói lên độ chính xác của phép phân tíchđược xác định theo thống kê

- Khi tính toán, không làm trònsố liệu của độ lệch chuẩn cho đến khi kết thúc phép tính toán vàchỉ ghi giá trị cuối cùng dưới dạng số có nghĩa

-Độ lệch chuẩn cùng thứ nguyên với đại lượng đo

S = x1− തx

2+ x2− തx2+ … + xN− തx2

σi=1N xi− തx2

N − 1

Trang 8

❖Độ lệch chuẩn tương đối (Relative Standard Devition – RSD) và hệ số

biến thiên (Coefficient Variation – CV)

-Đại lượng này được dùng để đo độ chính xác tương đối của phép phân

tích

- RSD% càngnhỏ, độ hội tụ của kết quả phân tích càng cao Trong phân

tích hóahọc, thường giới hạn RSD% 5% và trong những trường hợp đặc

biệt (phân tích lượng nhỏ) RSD% 10%

44

❖Phương sai (2 hay S 2 ):

- Là bìnhphương của độ lệch chuẩn Phương sai không cùng thứ nguyênvới các đại lượng đo

-Biểu thức:

45

3.3 Biểu diễn kết quả thí nghiệm

❖Kết quả thí nghiệm: തx ±t.S

- t làchuẩn Student:

+ Tínhkhoảng tin cậy của số liệu thực nghiệm;

+ So sánh giátrị trung bình thực nghiệm và giá trị thực;

+ So sánh hai giátrị trung bình thực nghiệm

46

❖Hoặc Kết quả thí nghiệm: തx ± S (hay തx ± SD) (13)

47

Ví dụ 1: Kết quả thí nghiệm phân tích hàm lượng cacbohydrat trong mẫu thực

phẩm với 5 lần lặp lại là 12,6; 11,9; 13,0; 12,7; 12,5 (%) Tính giá trị trung bình; độ

lêchchuẩn mẫu; phương sai và biểu diễn kết quả phân tích với xác suất 95%

Xtb= 12,5 (%)

S = 0,404 (%); S2= 0,4042= 0,163

N = 5, P =0,95, t = 2,78→  = 2,78.0,404/(51/2) = 0,5

Vậy hàm lượng cacbohydrat trong mẫu là: 12,5±0,5 (%)

❖ Sai số tương đối:

eR%=ε∙ 100 (%)

48

Trang 9

50

3.4 Các dạng bài toán xử lí kết quả 3.4.1 Kiểm tra sai số thô

❖Chuẩn Dixon (Q-test)

- Sắp xếp tập số liệu theo chiều tang dần hoặc giảm dần

- Xácđịnh số nghi ngờ ximắc sai số thô (tính độ lệch giữa hai kết quả liên tiếp, giá trị gây độ lệch lớn→

số nghi ngờ

- Tính Qtn:Qtn= xi− xgần nhất

x max − x min

- Trabảng tìm Qlt(ứng với P và N cho trước)

- So sánh Qtnvà Qlt: +Nếu Qtn Qlt: Giátrị xicần kiểm tra mắc sai số thô→ Loại bỏ

+Nếu Qtn< Qlt: Giátrị xicần kiểm tra không mắc saisố thô

51

3.4 Các dạng bài toán xử lí kết quả

3.4.1 Kiểm tra sai số thô

Ví dụ 2: Phân tích Cu trong mẫu bằng phương pháp so màu thu được kết quả như

sau: 20,08 ; 19,96 ; 20,04 ; 19,94 ; 20,08 (mg/l).Kiểm tra sai số thô của dãy số liệu trên

với độ tin cậy 95%

- Kiểm tra số nghi ngờ: 19,96(tính độ lệch giữa 2 TN lặp lại liên tiếp, từ độ lệch

lớn, xđ số nghi ngờ)

- Tính Qtn= 0,143

- Trabảng với N = 5, = 0,05 ta có Qlt= 0,710

- Tathấy Qtn< Qlt:số nghi ngờ 19,96 không mắc sai số thô

(MiniTab, JMP, R)

52

Ví dụ 3: Kết quả thí nghiệm phân tích hàm lượng cacbohydrat trong mẫu thực phẩm với 5

lần lặp lại là 12,6; 11,9; 13,0; 12,7; 12,5 (%)

a) Kiểm tra sau số thô của tập số liệu

b) Tínhkết quả phân tích với độ tin cậy 95%

Hướng dẫn:

a) -Sắp xếp tập số: 11,9 12,5 12,6 12,7 13,0

- Kiểm tra số nghi ngờ: 11,9

- TínhQtn=13,0 −11,911,9−12,5= 0,545

- Trabảng với N = 5, P = 0,95: Qlt= 0,710

- So sánh: Qtn< Qlt→ Số nghi ngờ không mắc sai số thô

b)

53

Ví dụ 4: Phân tích chất X trong mẫu làm 6 lần lặp lại và đạt được các kết quả: 2,25; 2,38;

2,19; 2,11; 3,21; 2,32 (ppm).Kiểm tra sai số thô của dãy số liệu trên với độ tin cậy 95%?

Hướng dẫn giải:

- Sắp xếp tập số liệu: 2,11 2,19 2,25 2,32 2,38 3,21

- Tính Qtn= 0,754

- Trabảng với N = 6, P = 0,95→ Qlt= 0,625

- So sánh: Qtn> Qlt→ số nghi ngờ 3,21 mắc sai số thô → Loại

Khiđó tập số liệu là: 2,11 2,19 2,25 2,32 2,38

- …

54

- Trabảng tìm Tlt(ứng với P và N cho trước)

- So sánh Ttnvà Tlt: +Nếu Ttn Tlt: Giátrị xicần kiểm tra mắc sai số thô +Nếu Ttn< Tlt: Giátrị xicần kiểm tra không mắc sai số thô

Trang 10

C (ppm) 13,450 12,810 13,317 11,498 14,045 14,133

C (ppm) 12,808 12,976 14,001 13,979 14,223 15,902

Ví dụ 4: Kết quả phân tích hàm lượng tinh dầu bạc hà từ lá bạc hà theo

tháng trongnăm 2015 như sau:

Kiểm tra sai số thô của dãy số liệu trên với độ tin cậy 95%

56

3.4.2 Kiểm tra sai hệ thống (So sánh ഥ 𝒙 với µ)

❖Để kiểm tra sai số hệ thống, dùng chuẩn Student

❖ Trabảng để tìm tltvới N và P cho trước

❖ So sánh ttnvà tlt +Nếu ttn tlt: cáckết quả thí nghiệm thu được lệch chuẩn hay mắc phải sai số hệ thống

+Nếu ttn< tlt: cáckết quả thí nghiệm không mắc sai số hệ thống

57

Ví dụ 5: Để kiểm tra phương pháp Kejdal xác định N đã cân 5 mẫu mỗi

mẫu là 0,1320g (NH4)2SO4tinhkhiết và đem phân tích Kết quả thu được về

Ncủa các lần phân tích lặp lại như sau: 0,0275g, 0,0279g, 0,0281g,

0,0277g, 0,0275g.Với = 0,05, hãy:

a Kiểm tra sai số thô của dãy số liệu trên

b Tínhkết quả phân tích

c Kết quả phân tích có mắc sai số hệ thống không?

3.4.2 Kiểm tra sai hệ thống (So sánh ഥ 𝒙 với µ)

58

3.4.3 So sánh phương sai của hai tập số liệu – Chuẩn Ficher

❖ Haitập số liệu:

Tập số liệu A: x1, x2,…, xN1 Tập số liệu B: y1, y2,…, yN2 Các số liệu này không mắc sai số thô

❖ Trabảng tìm Fltvới P

và f1= N1– 1, f2= N2- 1

❖ So sánh Ftnvà Flt: Nếu Ftn Flt: Khác nhau có ý nghĩa thống kê

Nếu Ftn< Flt: Khác nhau không có ý nghĩa thống kê

59

3.4.3 So sánh phương sai của hai tập số liệu – Chuẩn Ficher 3.4.3 So sánh phương sai của hai tập số liệu – Chuẩn Ficher

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	1,85 MB