XỬ LÝ MẪU TRONG PHÂN TÍCH HÓA THỰC PHẨM potx

Xử lý mẫu là gì - Xử lý mẫu là quá trình hoà tan dissolution và phân huỷ digestion, phá huỷ cấu trúc mẫu ban đầu lấy từ đối tượng cần phân tích, để giải phóng và chuyển các chất cần xác

XỬ LÝ MẪU TRONG PHÂN TÍCH HÓA THỰC PHẨM

Xử lý mẫu trong phân tích thực phẩm là khâu hết sức quan trọng, một trong những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả phân tích

Tuỳ từng đối tượng mẫu, tuỳ từng chỉ tiêu phân tích mà phải có cách xử lý khác nhau

1 Yêu cầu chung của các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích

1.1 Xử lý mẫu là gì

- Xử lý mẫu là quá trình hoà tan (dissolution) và phân huỷ (digestion), phá huỷ cấu trúc mẫu ban đầu lấy từ đối tượng cần phân tích, để giải phóng và chuyển các chất cần xác định về một dạng đồng thể phù hợp (ví dụ dạng dung dịch) cho một phép đo đã chọn để xác định hàm lượng của chất mà chúng ta mong muốn

Ví dụ hòa tan mẫu hợp kim Al trong axit HNO

3 45% để được dung dịch xác định Al và các tạp kim loại trong hợp kim Al

- Xử lý mẫu có hai quá trình xẩy ra đồng thời là:

• Phá huỷ cấu trúc ban đầu của chất mẫu (digestion of Sample Matrix),

• Hòa tan giải phóng chất cần xác định về dạng dung dịch đồng thể

1.2 Tại sao phải xử lý mẫu phân tích

- Để đưa các chất cần xác định về một trạng thái thích hợp cho phép đo, theo phương pháp phân tích đã chọn

- Các kết quả phân tích phải phản ánh và đại diện đúng cho đối tượng cần

nghiên cứu, theo dõi

- Với bất kỳ một phương pháp xác định, mỗi chất phân tích chỉ có thể được

xác định chính xác khi nó tồn tại ở một trạng thái nhất định và đồng nhất phù hợp với kỹ thuật phân tích

Ví dụ: Để xác định các kim loại (ví dụ: Fe, Cu, Mn, ) trong mẫu thịt, chúng

ta không thể bỏ ngay mẫu thịt vào máy quang phổ hấp thụ nguyên tử để đo, cần phải đưa các kim loại tồn tại trong mẫu về trạng thái ion hay hợp chất tan được trong dung dịch nước, sau đó míi xác định được chúng trong dung dịch này

- Mẫu phân tích có nhiều chủng loại, đa dạng, có thành phần đơn giản đến

loại có thành phần phức tạp Chúng có thể tồn tại ở các trạng thái khác nhau như rắn từng cục, từng mảnh, hay lỏng, khí, và huyền phù Không thể cho nguyên mẫu như thế vào các máy để đo và xác định được phải xử lý để đưa các chất cần phân tích (cần xác định) về trạng thái phù hợp nhất cho một phương pháp đã được chọn để xác định nó

- Các chất cần xác định tồn tại ở trạng thái liên kết hoá học khác nhau, trong

các hợp chất vô cơ, hữu cơ khác nhau, có khi rất bền vững, lượng chất ở mỗi

vị trí trong mẫu cũng không đồng đều, nên không thể xác định đúng hàm lượng của nó trong một tổ hợp phức tạp, bền vững và bị các nguyên tố, các chất liên kết khác cản trở, do đó cần phải xử lý mẫu để phá vỡ các hợp chất

mà chất phân tích đang tồn tại, đưa chúng sang một dạng phù hợp để định lượng tốt và đúng theo phương pháp đã chọn

Vậy muốn phân tích một đối tượng nào, chúng ta phải lấy mẫu, xử lý phù hợp để có được một trạng thái hay một dung dịch mẫu phân tích xác định các chất mong muốn

- Việc xử lý mẫu theo cách nào, là tuỳ thuộc vào:

+ Đối tượng mẫu, matrix của mẫu

+ Bản chất, tính chất của các chất cần phân tích

+ Trạng thái tồn tại, cấu trúc vật lý hoá học của các chất trong mẫu

+ Phương pháp phân tích được lựa chọn để xác định chúng

+ Hàm lượng của chất cần xác định ở mức nào trong mẫu

Trên cơ sở các yếu tố đó chúng ta chọn cách xử lý phù hợp cho chất phân tích

Ngày nay các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích đã và đang được dùng đó là:

• Kỹ thuật vô cơ hoá khô (xử lý khô),

• Kỹ thuật vô cơ hoá ướt (xử lý ướt)

• Kỹ thuật vô cơ hoá khô- ướt kết hợp,

• Các kỹ thuật chiết (lỏng-lỏng, chiết rắn-lỏng, chiết rắn-khí, ),

• Các kỹ thuật sắc ký, v.v

Tuy nhiên trong quá trình lấy mẫu một số đối tượng cần phải xử lý sơ bộ ngay trước khi mang mẫu về phòng thí nghiệm

2 Kỹ thuật vô cơ hóa ướt (xử lý ướt)

2.1 Vô cơ hóa ướt bằng axit mạnh đặc nóng

3, HClO

4), hoặc hỗn hợp 2 axit ( HNO

3 + H

Các dung dịch axit dùng để hoà tan và xử lý mẫu

Trong cách xử lý ướt người ta thường dùng các loại dung dịch axit đặc và có tính oxy hoá mạnh, song tất nhiên chọn loại axit nào là tuỳ thuộc vào bản chất của chất nền (matrix) của mẫu và chất phân tích tồn tại trong mẫu đó,

3, H

2SO

4, HClO

4, + Hỗn hợp 2 axit: Cường thuỷ, (HCl+HNO

3+ H

2SO

4+ KMnO

4), + Dung dịch muối có pH nhất định (KCl 1M, pH=5, NH

4Ac 1M pH-6, )

Nhiệt độ dung dịch phân huỷ mẫu

Nhiệt độ sôi của hỗn hợp mẫu khi xử lý mẫu là phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của dung dịch axit dùng để phân huỷ mẫu Khi cần nhiệt độ sôi cao thì phải dùng axit có nhiệt độ sôi cao (bảng 2.1) Trong các hệ kín áp suất cao sẽ tạo

ra nhiệt độ sôi cao, tuỳ thuộc vào loại axit dùng để phân huỷ mẫu

Bảng 2.1 Nhiệt độ sôi của các dung dịch axit đặc

Với axit đơn:

Cường thuỷ (HCl/HNO

2.1.2 Các kiểu vô cơ hóa ướt

Việc xử lý mẫu theo phương pháp ướt, có thể được thực hiện trong các trang

bị và dụng cụ khác nhau, tuỳ thuộc phòng thí nghiệm có loại nào, ví dụ:

Trong điều kiện thường:

+ Xử lý trong cốc thuỷ tinh, khi đun nóng trên bếp điện hay nồi cách thuỷ + Xử lý trong bình Kendan thường khi đun nóng

+ Xử lý trong bình Kendan có ống sinh hàn hồi lưu dung môi, v.v

Trong hộp kín Mẫu để trong hộp kín, thêm dung dịch axit để phân

huỷ mẫu, đậy kín, sau đó thực hiện phân huỷ bằng cách:

+ Sấy trong tủ sấy, trên bếp cát, hoặc trong lò nung ở nhiệt độ thích hợp + Ngâm hay luộc hộp mẫu trong nồi nước sôi, hay trong dầu sôi, v.v

Xử lý mẫu trong lò vi sóng (trong hệ kín và hở), như:

a/ Trong các hệ lò vi sóng đơn giản và điều khiển bằng tay:

+ Hệ bình mẫu hở,

+ Hệ bình mẫu đóng kín (có áp suất cao),

b/ Trong các hệ nhiều bình và hoạt động theo chương trình:

+ Hệ bình mẫu hở có khống chế nhiệt độ

+ Hệ bình mẫu đóng kín (áp suất cao), có khống chế nhiệt độ, áp suất, v.v Trong các kiểu xử lý ướt này, hiện nay kỹ thuật xử lý ướt với axit đặc có tính oxy hoá mạnh trong bình kendan và trong lò vi sóng hệ kín đang được dùng nhiều nhất Với các nước phát triển, phổ biến hiện nay là cách xử lý trong lò vi sóng, vì nó triệt để, nhanh và lại không lo ngại mất chất phân tích

2.1.3 Cơ chế và các tác nhân phân huỷ mẫu

2.1.3.1 Cơ chế của sự phân huỷ mẫu

 Trong điều kiện thường của hệ hở, thì tác nhân phân huỷ mẫu là:

+ Tác dụng phá huỷ và hoà tan các hạt (phần tử) mẫu của axit,

+ Tác nhân năng lượng nhiệt, làm tan rã các hạt mẫu cùng với axit,

+ Sự khuyếch tán đối lưu, chuyển động nhiệt và va chạm của các hạt mẫu với nhau làm chúng bị bào mòn dần

Các tác nhân này tấn công và bào mòn dần các hạt mẫu từ ngoài vào, làm cho các hạt mẫu bị mòn dần dần, bé dần rồi tan mất hết, khi chúng ta đun mẫu trong bình Kendan hay trong cốc trong một thời gian nhất định

 Trong lò vi sóng:

Ngoài các tác nhân phân huỷ như trên, trong lò vi sóng còn có sự phá vỡ từ trong lòng hạt mẫu ra ngoài, do các phân tử nước hấp thụ (>90%) năng lượng vi sóng và nó có động năng rất lín, nên chúng có chuyển động nhiệt rất mạnh, làm căng và xé các hạt mẫu từ trong ra Thêm vào đó lại là hệ kín, nên có áp suất cao và sẽ làm nhiệt độ sôi lại cao hơn và đây là tác nhân phân huỷ mạnh nhất, do đó thúc đẩy quá trình phân huỷ mẫu rất nhanh từ trong ra

và từ ngoài vào Vì thế nên việc xử lý mẫu trong lò vi sóng chỉ cần thời gian ngắn (30-70 phút) mà lại triệt để

2.1.3.2 Các quá trình xẩy ra khi phân huỷ mẫu: Dưới tác dụng của axit

đặc và năng lượng nhiệt (nhiệt độ), cả năng lượng vi sóng, các quá trình vật

lý và hoá học sau đây sẽ xẩy ra:

• Sự phá vỡ mạng lưới cấu trúc của hạt chất mẫu, giải phóng các chất phân tích, để đưa chúng vào dung dịch dưới dạng các muối tan

• Quá trình ôxy hoá khử làm thay đổi hoá trị, chuyển đổi dạng, làm tan vỡ các hạt vật chất mẫu, để giải phóng chất phân tích về dạng muối tan

• Nếu xử lý mẫu hữu cơ phân tích kim loại, thì có sự đốt cháy, phá huỷ các hợp chất hữu cơ và mùn tạo ra khí CO

2 và nước, để giải phóng các kim loại trong chất mẫu hữu cơ về dạng muối vô cơ tan trong dung dịch

• Tạo ra hợp chất dễ bay hơi, làm mất đi các anion trong phân tử chất mẫu, làm mẫu bị phân huỷ tạo ra các hợp chất tan trong dung dịch

• Sự tạo thành các hợp chất hay muối phức tan trong dung dịch

• Có thể tách chất phân tích ra khỏi mẫu ban đầu ở dạng kết tủa không tan và nhờ đó người ta tách được các chất phân tích và làm giầu chúng

Như vậy trong trong quá trình xử lý mẫu ở đây cũng có thể có các phản ứng hoá học xẩy ra, như phản ứng oxy hoá khử, phản ứng thuỷ phân, phản ứng tạo phức, phản ứng hoà tan, phản ứng kết tủa, v.v của các phần tử chất mẫu với các axit dùng để phân huỷ mẫu và các chất có trong mẫu với nhau Trong đó quá trình nào là chính hay phụ là được quyết định bởi thành phần, chất nền, bản chất của chất mẫu và các loại axit dùng để phân huỷ và hoà tan mẫu

Lấy 5,00 g mẫu đã nghiền mịn và trộn đều vào bình Kendan, thêm 60 mL

25 mL Trong quá trình xử lý này các nguyên tố kim loại ở dạng các hợp chất cơ kim của mẫu rau quả, sẽ bị axit đặc oxy hoá các chất hữu cơ, đưa các kim loại về các muối vô cơ tan trong dung dịch nước Quá trình hoá học chính:

Tất cả các ví dụ từ 1 đến 3 có thể xử lý trong lò vi sóng hệ kín, và lượng axit

sẽ bít đi đến 1/3 Thời gian xử lý chỉ trong 40 - 50 phút Còn xử lý như trên

trong hệ hở bình thường, thì phải mất từ 4-8 giờ, mà lại không triệt để bằng

xử lý trong lò vi sóng

2.1.5 Các ưu nhược điểm và ứng dụng

Các ưu và nhược điểm chính của kỹ thuật này là:

+ Hầu như không bị mất các chất phân tích, nhất là trong lò vi sóng,

+ Nhưng thời gian phân huỷ mẫu rất dài, trong điều kiện thường,

+ Tốn nhiều axit đặc tinh khiết cao, nhất là trong các hệ hở,

+ Dễ bị nhiễm bẩn khi xử lý trong hệ hở, do môi trường hay axit dùng, + Phải đuổi axit dư lâu, nên dễ bị nhiễm bẩn, bụi vào mẫu, v.v

Ứng dụng chủ yếu của kỹ thuật xử lý ướt này là để xử lý mẫu:

♦ Xác định các kim loại và một số phi kim, hay anion vô cơ, như Cl- Br-, I-, AsO

2-, SiO3

3-2, trong các mẫu sinh học, mẫu hữu cơ, mẫu vô

cơ, mẫu môi trường, mẫu đất, mẫu nước, mẫu bụi không khí, mẫu kim loại, hợp kim, rau quả và thực phẩm, v.v

2.2 Xử lý ướt bằng dung dịch kiềm mạnh đặc nóng

2.2.1 Nguyên tắc chung

Trong phương pháp này người ta thường dùng các dung dịch kiềm mạnh đặc nóng (NaOH, KOH 15-20%), hay hỗn hợp của kiềm mạnh và muối kim loại kiềm (NaOH +NaHCO

3), hay một kiềm mạnh và peroxit (KOH + Na

2O

2), nồng độ lín (10 -20%), để phân huỷ mẫu phân tích trong điều kiện đun nóng trong bình Kendan hay trong hộp kín, hoặc trong lò vi sóng

Lượng dung dịch phân huỷ: cần lượng lín từ 8-15 lần lượng mẫu

Thời gian phân huỷ: từ 4 - 10 giờ trong hệ hở Còn trong hệ lò vi sóng kín chỉ cần thời gian 1-2 giờ

Nhiệt dộ phân huỷ: Là nhiệt độ sôi của dung dịch kiềm Nó thường trong vùng 150 -200 oC

Các quá trình xẩy ra khi phân huỷ mẫu

Dưíi tác dụng của kiềm và nhiệt độ, cả năng lượng vi sóng, có thể xẩy ra các quá trình sau:

+ Phá vỡ cấu trúc của chất mẫu, chuyển các chất của mẫu vào dung dịch, + Các chất của mẫu tương tác với kiềm tạo ra các sản phẩm tan được,

+ Có thể sinh ra các khí bay ra, giúp sự tan của mẫu tốt hơn,

+ Có thể tạo ra các hợp chất bền ít phân li và tan trong dung dịch,

+ Tạo ra các sản phẩm kết tủa míi khác của chất phân tích để tách nó ra khỏi mẫu ban đầu

2.2.2 Các cách hoà tan và dung dịch hoà tan

Chất phân huỷ: Theo kỹ thuật xử lý ướt này chúng ta có thể dùng các dung

dịch của các chất sau đây để xử lý mẫu:

• Dung dịch kiềm đặc (20-25 % NaOH, hay KOH),

• Dung dịch kiềm đặc nóng có chất ôxy hoá mạnh (NaOH + Na

2O

2),

Quá trình phân huỷ

• Quá trình phân huỷ được thực hiện khi đun sôi dung dịch mẫu, trong một thời gian nhất định trong bình Kendan hay trong ống nghiệm, thường là từ 6 -10 giờ trong bình kenđan hở, trong lò vi sóng hệ kín (có áp suất cao) thì chỉ mất khoảng 40 - 70 phút, tuỳ loại mẫu

• Cơ chế phá vỡ (phân huỷ) mẫu theo cách này cũng tương tự như trong trường hợp dùng các axit ở trên, trong hệ hở hay hệ kín, nhưng ở đây tác nhân phân huỷ là dung dịch kiềm mạnh nóng

Nhiệt độ phân huỷ: Nhiệt độ sôi của các dung dịch kiềm là tuỳ thuộc vào

thành phần và nồng độ của dung dịch kiềm ta sử dụng để xử lý mẫu Nói chung trong vùng từ 115 – 230 oC, tuỳ thuộc nồng độ của kiềm và muối có trong dung dịch phân huỷ mẫu và đây là một yếu tố thúc đẩy sự phân huỷ xẩy ra nhanh hơn Nghĩa là tác nhân phân huỷ mẫu ở đây là kiềm và nhiệt độ (năng lượng nhiệ ) và năng lượng vi sóng, nếu dùng lò vi sóng

2.2.3 Ví dụ ứng dụng kỹ thuật này

♦ Ví dụ 1: Hoà tan oxit nhôm bằng dung dịch NaOH 10% nóng Lấy

0,5g mẫu dạng bột vào bình kendan, tẩm ướt bằng vài giọt nước cất, thêm

10 mL NaOH 10%, đun sôi để hoà tan mẫu Cơ chế ở đây là: Chuyển trạng thái tinh thể rắn ôxit sang ion tan trong dung dịch là muối NaAlO

2 và khí hydro theo phản ứng:

Kỹ thuật xử lý ướt trong dung dịch kiềm đặc nóng cũng có ưu điểm là hầu như không làm mất các chất phân tích, nhất là các nguyên tố có hợp chất dễ bay hơi và các nguyên tố và các matrix của mẫu dễ tan trong kiềm

Nhưng cách này có một nhược điểm lon là tốn rất nhiều kiềm tinh khiết cao, thường phải dùng gấp từ 10 – 15 lượng mẫu, khả năng gây nhiễm bẩn dễ xẩy

ra Lượng kiềm dư nhiều, sau khi xử lý xong thường phải loại hết, nhưng rất khó, chỉ bằng cách trung hoà bằng axit, song lại làm loãng mẫu và dễ dàng nhiễm bẩn, mất thời gian cô đặc mẫu Đây là một công việc rất khó khăn và mất nhiều thì giờ và cũng lại hay làm nhiễm bẩn mẫu Đây chính là một nhược điểm lín của kỹ thuật này

Vì thế cách này chỉ được dùng cho một số trường hợp, mà cách xử lý axit cho kết quả không tốt Ví dụ phân huỷ mẫu xác định một số anion vô cơ, phi kim hay á kim, như các chất: Cl1-, Br1-, NO

3

, SO4

1-, PO4

2-,v.v trong các đối tượng mẫu sinh học và một số mẫu thực phẩm không xử lý được bằng phương pháp axit

3-Cách này thích hợp cho:

+ Các hợp chất hay các mẫu tan tốt trong kiềm

+ Phân huỷ các chất hữu cơ để lấy các phi kim

Các ví dụ khác có thể xem thêm ở chương 3 và 4 ở phần II

3 Kỹ vô cơ hóa khô

3.1 Nguyên tắc và các quá trình xẩy ra khi vô cơ hóa mẫu

3.1.1 Nguyên tắc: Kỹ thuật xử lý khô (vô cơ hóa khô) là kỹ thuật nung để

xử lý mẫu trong lò nung ở một nhiệt độ thích hợp (450-750 oC), song thực chất đây chỉ là bưíc đầu tiên của quá trình xử lý mẫu Vì sau khi nung, mẫu

bã còn lại phải được hoà tan (xử lý tiếp) bằng dung dịch muối hay dung dịch axit phù hợp, thì mới chuyển được các chất cần phân tích trong tro mẫu vào

dạng dung dịch, để sau đó xác định nó theo một phương pháp đã chọn Khi nung các chất hữu cơ của mẫu sẽ bị đốt cháy thành CO

+ Cấu trúc, dạng liên kết, loại hợp của các chất trong mẫu,

3.1.3 Thời gian nung: Có thể từ 5 – 12 giờ, hoacj tuỳ thuộc vào:

+ Môĩ loại chất mẫu,

3), (KOH+ Na

2SO

4),

+ Hỗn hợp muối và peroxit: (KHCO

Các chất phụ gia này có hai tác dụng:

+ Bảo vệ các chất phân tích không bị mất,

+ Góp phần làm cho mẫu được phân huỷ nhanh và triệt để hơn,

3.1.5 Các quá trình xẩy ra: Trong quá trình nung xử lý mẫu có thể có

nhiều quá trình vật lý và hoá học xẩy ra, tuỳ theo bản chất, thành phần của mỗi loại mẫu và chất phụ gia được thêm vào, đó là các quá trình:

+ Trước tiên làm bay hơi mất nước hấp thụ và nước kết tính trong chất mẫu, + Sự tro hoá, đốt cháy các chất mùn và các chất hữu cơ của mẫu,

+ Phá vỡ cấu trúc ban đầu của chất mẫu,

+ Chuyển dạng các hợp chất phức tạp của chất mẫu về dạng đơn giản hơn, + Quá trình oxy hoá khử thay đổi hoá trị của nguyên tố trong các chất mẫu, + Giải phóng ra một số khí, như CO, CO

Đó là những quá trình có thể xẩy ra, tất nhiên là đa dạng và phức tạp, nó xẩy

ra như thế nào là tuỳ thuộc vào các yếu tố sau đây:

• Thành phần, chất nền và trạng thái liên kết của chất mẫu và chất phân tích,

• Các chất phụ gia, chất chẩy và chất bảo vệ thêm vào mẫu,

• Các điều kiện nung, trong đó nhiệt độ là yếu tố chính, sau đó là môi trường nung là không khí, hay trong khí trơ (Ar, N

2, He, )

Kết quả của sự nung có thể xẩy ra các quá trình tạo ra các sản phẩm có thành phần đơn giản hơn, ví dụ trong bảng 2.2, nên chúng dễ hoà tan được trong axit hay kiềm loãng

3.2 Các loại trang bị và dụng cụ để xử lý khô

Các trang bị để xử lý mẫu theo phương pháp khô thường không có nhiều Thông thường mẫu được cho vào chén hay bát nung (thạch anh, sứ, Ni, Fe, hay Pt, hoặc Au, hay W, ) có dung tích khác nhau (từ 30 - 200 mL) Sau đó được nung tại nhiệt độ phù hợp trong lò nung

Dụng cụ chứa đựng mẫu để nung:

+ Các loại chén nung thạch anh, sứ, graphit, platin, vàng, zirconi, v.v

+ Các loại bát nung thạch anh, sứ, kim loại (platin, vàng, zirconi), v.v

+ Các loại chén và bát Teflon chịu nhiệt

Thiết bị để nung mẫu có hai loại chính:

1 Trang bị thông thường: Tủ sấy và lò nung các loại

2 Trang bị hiện đại: Các loại lò vi sóng và lò cao tần, v.v

Bảng 2.2 Ví dụ về các quá trình trong xử lý khô trong lò nung

Loại mẫu Phụ gia Nhiệt độ Sản phẩm sau khi nung

Đất sét KOH+Na2O2 550-650 Na2SiO3+K2SiO3+H2O

Quặng Silicat KOH+Na

Chất hữu cơ 500-600 MexOy + CO2 + H2O + (NOx)

3.3 Tro hoá khô không có phụ gia và chất bảo vệ

Nung để xử lý mẫu không có phụ gia và chất bảo vệ là quá trình xử lý mẫu sơ bộ nhờ tác dụng chỉ của năng lượng nhiệt (nhiệt độ) thích hợp trong một thời gian nhất định, để phá vỡ cấu trúc tinh thể dạng ban đầu của mẫu phân tích, đốt cháy chất hữu cơ, để chuyển nó sang một dạng các hợp chất khác đơn giản, dễ hoà tan tiếp bằng dung dịch axit hay bằng dung dịch kiềm,

để

lấy các chất phân tích vào dung dịch, sau đó có thể xác định được chúng theo một phương pháp nhất định Sau đây là một số ví dụ

♦ Ví dụ 1: Tro hoá khô mẫu rau quả để xác định các kim loại (Na, K,

Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) Cân lấy 5 g mẫu đã nghiền

mịn vào trong chén thạch anh, đem sấy từ từ cho đến khi mẫu khô đen, rồi đem nung 3 giờ đầu ở nhiệt độ 450 oC, sau đó nâng lên 550 oC, cho đến khi mẫu hết than đen, sẽ được tro mẫu trắng Sau đó hoà tan tro thu được trong 12-15 mL dung dịch HCl 18% (1/1), và có 0,5 mL HNO

3 65%, đun nhẹ cho tan hết, đuổi hết axit dư đến còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng dung dịch HCl 2% Các nguyên tố Cd, Cu, Pb, Zn sẽ bị mất một ít (10 - 15%) khi nung Cách này thích hợp cho xác định các kim loại kiềm, kiềm thổ và Fe, Mn, Ni

+ Theo cách này, thông thường một số nguyên tố trong mẫu sẽ có thể bị mất khi nung, như Cd (10-15%), Cu (7-12%), Pb (15-20%), Và hàm lượng mất

bị mất đi này lại không kiểm soát và không khống chế được trong quá trình nung Sự mất này càng nhiều khi nung mẫu ở nhiệt độ càng cao, hay thời gian nung càng lâu Như ví dụ 1 ở trên, nếu nung mẫu ở nhiệt độ 550 oC, Cd,

và Pb sẽ mất từ 12-10%, khi ở 600 oC, thì Cd và Pb sẽ mất đến 18-20%, v.v

Đó là vấn đề cần phải chú ý

3.4 Tro hoá khô có phụ gia và chất bảo vệ

Tro hoá khô có phụ gia và chất bảo vệ cũng là quá trình xử lý mẫu sơ

bộ nhờ tác dụng của nhiệt độ thích hợp (500-600oC ), có thêm tương tác hỗ trợ của chất phụ gia để hạn chế sự mất một số nguyên tố như cách nung không phụ gia ở trên Các chất phụ gia thường là các chất chảy, muối kiềm, axit đặc để phá vỡ cấu trúc tinh thể dạng ban đầu của mẫu phân tích, để chuyển nó sang một dạng khác dễ hoà tan tiếp bằng axit

Khi có chất chảy và chất phụ gia nhiệt độ nung thường thấp hơn khi không

có chất chảy, thời gian ngắn hơn, song lại triệt để hơn, mà lại không mất chất phân tích Nhất là các mẫu có cấu trúc bền, chịu nhiệt, hay mẫu matrix hữu cơ, thì tác dụng của chất bảo vệ là rất quan trọng Như hai ví dụ trên, nhưng khi xử lý có chất bảo vệ, thì không bị mất một số nguyên tố phân tích

đã nêu

♦ Ví dụ 2: Tro hoá mẫu sữa để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg,

Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) Lấy 5 gam mẫu vào chén thạch anh,

tan tro thu được trong 15 mL dung dịch HCl 18% và 1 mL HNO

3 65%, đun nhẹ cho mẫu tan hết, đun nhẹ làm bay hơi axit đến còn muối ẩm, định mức thành 25 mL bằng dung dịch axit HCl 2% Đó là dung dịch để xác định các nguyên tố kim loại nói trên

3.5 Các ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

♦ Các ưu và nhược điểm chính của kỹ thuật xử lý mẫu này là:

+ Thao tác và cách làm đơn giản,

+ Không phải dùng nhiều axit đặc tinh khiết cao đắt tiền,

+ Xử lý được triệt để, nhất là các mẫu nền hữu cơ

+ Đốt cháy hết các chất hữu cơ, vì thế làm dung dịch mẫu thu được sạch, + Nhưng có nhược điểm là có thể mất một số chất dễ bay hơi, ví dụ như Cd,

Pb, Zn, Sn, Sb, v.v nếu không có chất phụ gia và chất bảo vệ

Bảng 2.3 So sánh kết quả tro hoá ướt và khô

90 - 94 97-100 93-95 71-83 97-99 95-97 90-96 97-99 97-99 70-84 98-99 92-95 91-96 97-98 95-98 92-94

0

0

H2SO4Mg(NO

H2SO4Mg(NO

Mẫu thí nghiệm ở bảng trên: Là các loại:

+ Khoai lang và khoai tây

+ Rau muống, rau cải, bắp cải và xu hào

và tạo điều kiện giữ một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung Sau đó míi nung ở nhiệt độ thích hợp Vì thế lượng axit dùng để xử lý thường chỉ bằng 1/4 hay 1/5 lượng cần dùng cho xử lý ướt Sau đó nung sẽ nhanh hơn và quá trình xử lý sẽ triệt để hơn xử lý ướt, đồng thời lại hạn chế được sự mất của một số kim loại khi nung Do đó đã tận dụng được ưu điểm của cả hai kỹ thuật xử lý ướt và xử lý khô, nhất là giảm bít được các hoá chất (axit hay kiềm tinh khiết cao) khi xử lý ướt, sau đó hoà tan tro mẫu sẽ thu được dung dịch mẫu trong, vì không còn chất hữu cơ và sạch hơn tro hoá ướt bình thường

♦ Các quá trình vật lý và hoá học xẩy ra khi xử lí là tương tự như trong xử lí ướt và khô đã nêu ở trên, song ở đây là sự kết hợp cả hai kế tiếp nhau Trong

đó xử lý ướt ban đầu là để bảo vệ một số nguyên tố cho xử lí khô tiếp theo không bị mất Cách này thích hợp cho các mẫu có nền (matrix) là chất hữu

cơ, như rau quả, thực phẩm, , xử lí để xác định các kim loại và một số phi kim Những phòng thí nghiệm không có thiết bị lò vi sóng, thì đây là một cách tốt cho việc xử lý mẫu xác định các kim loại nặng trong các đối tượng mẫu sinh học, mẫu môi trường và quặng đất đá

4.2 Cách thực hiện và một số ví dụ

Vì là xử lý khô ướt kết hợp là kế tiếp nhau, trưíc tiên xử lý ướt sơ bộ, sau đó míi nung, nên tính chất và sự diễn biến của nó cũng tương tự như trong hai kiểu đã nói trên Chỉ có khác là sau khi xử lý mẫu không phải đuổi lượng axit dư quá nhiều như trong xử lý ướt Sau đây là vài ví dụ

♦ Ví dụ 1: Xử lý mẫu rau quả để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Cd,

Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) Lấy 5,000 g mẫu đã nghiền mịn vào chén

nung, thêm 5 mL HNO

♦ Ví dụ 2: Xử lý mẫu sữa để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd,

Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) Lấy 5,000 g mẫu vào chén nung, thêm 5

550 oC cho mẫu tro hoá đến khi thấy bã không còn đen Hoà tan tro thu được trong 18 mL HCl 1/1và có thêm 1,0 mL HNO

3 65%, đun nóng cho mẫu tan hoàn toàn, đuổi hết axit dư đến còn muối ẩm, và định mức thành 25 mL bằng axit HCl 2% Đây là dung dịch mẫu để xác định các kim loại bằng các phương pháp UV-VIS, hay AAS, hay ICP-OES, hoặc ICP-MS

♦ Ví dụ 3: Xử lý mẫu tôm, cua, cá, để xác định các kim loại (Na, K, Ca,

Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) Lấy 5,00 gam mẫu vào chén

3 65%, đun nóng cho mẫu tan hết, làm bay hơi hết axit dư đến còn muối ẩm, định mức thành 25

mL bằng HCl 2% Đây là dung dịch mẫu để xác định các kim loại nói trên bằng các phương pháp phổ UV-VIS, hay phổ AES, AAS hoặc ICP-OES Các ví dụ khác áp dụng phương pháp xử lí này có thể xem thêm ở trong chương 3 và 4 ở phần II

4.3 Các ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

♦ Các ưu và nhược điểm của kỹ thuật này là tận dụng được các ưu điểm của

kỹ thuật xử lý ướt và cả xử lý khô, cụ thể là:

+ Hạn chế được sự mất của một số chất phân tích dễ bay hơi,

+ Sự tro hoá triệt để, sau khi hoà tan tro còn lại có dung dịch mẫu trong, + Không phải dùng nhiều axit tinh khiết cao tốn kém,

+ Thời gian xử lý nhanh hơn tro hoá ướt,

+ Không phải đuổi axit dư lâu, nên hạn chế được sự nhiễm bẩn,

+ Phù hợp cho nhiều loại mẫu khác nhau để xác định kim loại, v.v

♦ Cách này được ứng dụng chủ yếu để xử lý mẫu cho phân tích các nguyên

tố kim loại và một số aniôn vô cơ, như Cl1- Br1-, SO

4

, PO4

2-, trong các loại mẫu sinh học, mẫu môi trường, mẫu hữu cơ và vô cơ Không dùng được cho

3-xử lý mẫu để xác định các chất hữu cơ Trong các phòng thí nghiệm bình