Phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử

- Đủ độ sạch yêu cầu của đối tượng phân tích theo mức độ phân tích yêu cầu- Không gây nhiễm bẩn hay mất mẫu, chất phân tích - Không làm sai lệch thành phần các chất trong mẫu phân tích -

Chương 8

LẤY MẪU VÀ XỬ LÍ MẪU

PHÂN TÍCH

LẤY MẪU VÀ QUẢN LÝ MẪU PHÂN TÍCH

Tại sao phải lấy mẫu và quản lý mẫu phân tích?

Kết quả phân tích chỉ đúng khi chọn đúng mẫu đại diện, có nghĩa là mẫu được chọn phản ánh trung thành đại diện cho đối tượng cần phân tích

Một số nguyên tắc lấy mẫu cho từng đối tượng?

1 Đại diện đúng cho đối tượng cần nghiên cứu phân tích

2 Không làm mất chất cần nghiên cứu phân tích

3 Không làm nhiễm bẩn thêm chất cần phân tích

4 Khối lượng đủ cho công việc nghiên cứu phân tích

5 Phù hợp với phương pháp chọn để xử lý và phân tích

6 Mỗi mẫu phải có hồ sơ đầy đủ

7 Phải thực hiện QA/QC trong lấy mẫu và quản lý mẫu

Việc lấy mẫu là tùy thuộc vào mục đích phân tích và loại mẫu Nhưng dù thế nào, loại nào thì nó cũng cần phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Đủ độ sạch yêu cầu của đối tượng phân tích theo mức độ phân tích yêu cầu

- Không gây nhiễm bẩn hay mất mẫu, chất phân tích

- Không làm sai lệch thành phần các chất trong mẫu phân tích

- Phù hợp với mỗi loại mẫu cần lấy về t.thái, độ sâu, lượng mẫu

- Có thể đong, đo được lượng mẫu cần lấy theo yêu cầu đặt ra

- Không có tương tác với các chất mẫu khi lấy, chuyên chở và bảo quản

Mẫu phân tích sau khi lấy xong cần được bảo quản cẩn thận trong các dụng cụ đựng mẫu để tránh bị ô nhiễm bởi môi trường xung quanh

Khi lấy mẫu cần sử dụng đúng các dụng cụ qui định cho từng đối tượng mẫu Các dụng cụ phục vụ cho lấy mẫu, chứa mẫu và bảo quản mẫu ptích cần phải bảo đảm các đkiện sau:

Mỗi mẫu phải có ghi chép lập hồ sơ đầy đủ: tên mẫu, ngày lấy mẫu, người lấy mẫu, địa điểm lấy mẫu, điều kiện thời tiết (mưa, nắng, gió, nhiệt độ ), cách lấy mẫu, cách sơ chế mẫu (nếu có) và mục đích của việc lấy mẫu (để phân tích chỉ tiêu nào)

Việc lập hồ sơ cần chính xác ⇒ không bị nhầm lẫn mẫu cũng như nhầm lẫn kết quả phân tích

Mặt khác, trên cơ sở hồ sơ về tình trạng cụ thể và đầy đủ đó, người làm phân tích sẽ dễ dàng tìm được một cách xử lý mẫu thích hợp nhất cho phân tích đạt kết quả tốt

Lập hồ sơ mẫu

Nội dung:

+ Xử lý mẫu là gì? Tại sao phải xử lý mẫu

+ Các phương pháp xử lý mẫu

 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,lỏng-rắn, rắn-lỏng),

CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ MẪU PHÂN TÍCH

- Xử lý mẫu là quá trình hoà tan và phân huỷ,

chuyển chất cần xác định về trạng thái phù hợp với quá trình phân tích.

- Xử lý mẫu đồng thời xãy ra hai quá trình: Phân

hủy cấu trúc của mẫu và chuyển chất cần xác định

về trạng thái phù hợp với quá trình phân tích.

XỬ LÝ MẪU LÀ GÌ

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

- Để chất phân tích có thể tồn tại trong trạng thái bền vững và phù hợp với kỹ thuật đo

- Đưa cấu tử phân tích từ nhiều trạng thái khác nhau trong mẫu về một trạng thái đồng nhất

TẠI SAO PHẢI XỬ LÝ MẪU

• Sự hòa tan không hoàn toàn các chất cần phân tích

• Sự mất đi một phần chất cần phân tích do bay hơi

• Đưa chất bẩn từ dung môi vào chất cần phân tích

• Đưa chất bẩn từ phản ứng của dung môi với thành bình vào mẫu (thường gặp khi phân hủy mẫu, ví dụ như

nung chảy ở nhiệt độ cao).

Các nguồn sai số thường gặp trong quá trình xử lý mẫu

- Lấy được hoàn toàn, không làm mất chất phân tích

- Không làm nhiễm bẩn thêm chất phân tích vào mẫu từ bất kỳ nguồn nào

- Dùng các hóa chất phải đảm bảo độ sạch đúng y/cầu, mục đích và mức độ phân tích

- Không đưa thêm các chất có ảnh hưởng vào mẫu

- Có thể tách hay làm giàu được chất phân tích càng tốt

Các yêu cầu trong xử lý mẫu

 Đối tượng mẫu, matrix của mẫu

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

Cách xử lý mẫu tùy thuộc vào:

Xử lý mẫu trong phân tích 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.

Kỹ thuật vô cơ hoá ướt (xử lý ướt)

Kỹ thuật vô cơ hoá khô (xử lý khô),

Kỹ thuật vô cơ hoá khô- ướt kết hợp,

Các kỹ thuật chiết (lỏng-lỏng, lỏng-rắn, rắn-lỏng)

Các kỹ thuật sắc ký, v.v

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ MẪU

Kỹ thuật vô cơ hóa ướt:

- Bằng axit mạnh đặc nóng

- Bằng kiềm nóng chảy

`

KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA ƯỚT

KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA ƯỚT

+ Dựa vào tính axit và tính oxy hóa của các axit để thực

hiện quá trình phá mẫu như : HCl HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4

v.v…

+ Tùy vào bản chất của các axit cũng như thành phần hổn

hợp axit mà tạo ra những nhiệt độ khác nhau.

KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA BẰNG AXIT ĐẶC NÓNG

Với axit đơn

Axit HCl HNO 3 H 2 SO 4 H 3 PO 4 HClO 4 HF

Ví dụ 1: hòa tan quặng mangan oxide bằng HNO3 và H2O2 để x.định

Mn và các tạp k.loại trong quặng này:

MnO2 + HNO3 + H2O2 → Mn(NO3)2 + H2O + NO2

Fe2O2.Fe3O4 + HNO3 + HCl → FeCl3 + NO2 + H2O

Ví dụ 3: xử lý mẫu thực phẩm (thịt, cá tươi sống ), rau quả để xác định các kim loại nặng, độc hại, như Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn

Nền mẫu + HNO3 + H2SO4 → muối kim loại hòa tan + CO2 + H2O

Ưu và nhược điểm:

KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA BẰNG AXIT ĐẶC NÓNG

Nguyên tắc chung

•Dùng các dung dịch (NaOH, KOH ), hay hỗn hợp

(NaOH +NaHCO3), hay (KOH + Na2O2), nồng độ

khoảng (10 -20%), để phân huỷ mẫu phân tích về dạng hydroxyl hay muối kiềm để tan.

•Lượng dung dịch phân huỷ: cần lượng lớn 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

XỬ LÝ BẰNG KIỀM NÓNG

Ví dụ 1: htan oxit nhôm bằng d.dịch NaOH 10% nóng Cơ chế ở đây là chuyển trạng thái tinh thể rắn oxit sang dạng ion tan trong d.dịch theo phản ứng:

Al2O3 + NaOH → NaAlO2 + H2O

đây là chuyển trạng thái tinh thể rắn sang ion tan trong d.dịch và

bền ở dạng muối Na2SiO3 theo pứ:

SiO2.nX + NaOH → Na2SiO3 + H2O + nX

CÁC ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG

• Ưu điểm: áp dụng tốt cho các nguyên tố có hợp chất dễ bay hơi và các nguyên tố và các matrix của mẫu dễ tan trong kiềm

• Nhược điểm lớn là tốn nhiều kiềm từ 10 – 15 lần lượng mẫu

+ Các hợp chất hay các mẫu tan tốt trong kiềm

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

Kỹ thuật xử lý khô là kỹ thuật nung mẫu trong lò nung ở một nhiệt độ thích hợp Mẫu sau khi nung được hoà tan bằng dung dịch axit phù hợp, chuyển về dạng dung dịch, sau đó xác định theo phương pháp đã chọn

Nguyên tắc:

KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA KHÔ

Các yếu tố ảnh hưởng đế quá trình nung

• Nhiệt độ nung

• Thời gian nung

• Chất phụ gia: Bảo vệ các chất phân tích không bị mất

và làm cho quá trình phân hủy mẫu nhanh hơn

KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA KHÔ

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

KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA KHÔ

Kỹ thuật tro hoá khô thường được dùng cho các mẫu hữu cơ, xử

lý để xác định các kim loại, và các mẫu quặng vô cơ có cấu trúc bền vững rất khó tan trong ngay cả các axit hay kiềm mạnh Việc tro hóa cũng có thể được thực hiện khi có hoặc không có thêm chất phụ gia, chất bảo vệ hay chất chảy vào mẫu.

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

Các ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

• 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

• 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

KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA KHÔ

• Nguyên tắc:

+ Xử lý sơ bộ bằng phương pháp ướt

+ Thực hiện quá trình nung mẫu

+ Hòa tan mẫu bằng dung môi thích hợp

• Ưu điểm

+ Tận dụng được ưu điểm của cả hai phương pháp

+ Rút ngắn thời gian

+ Giảm chi phí, chỉ bằng 1/5 phương pháp ướt

Phương pháp vô cơ hóa mẫu khô – ướt kết hợp đã phát huy được

ưu điểm và khắc phục được nhược điểm của phương pháp vô cơ hóa mẫu khô và vô cơ hóa mẫu ướt

KỸ THUẬT VÔ CƠ HOÁ KHÔ-ƯỚT KẾT HỢP

•Lấy 5.000g mẫu đã nghiền mịn vào chén nung, thêm 5ml HNO3 45% và 5ml Mg(NO3)2 5%, trộn đều, rồi sấy, hay đun nhẹ trên bếp điện cho mẫu sôi, cô cạn đến khô thành than đen

•Sau đó đem nung lúc đầu ở 400-4500C trong 3 giờ, rồi nâng lên 5500C, đến hết than đen

•Hoà tan tro thu được trong 20ml dung dịch HCl 1/1 và

có thêm 1ml HNO3 65%, đun nóng cho tan, làm bay hơi hết axit dư đến còn muối ẩm, định mức bằng dung dịch HCl 2% thành 25ml

Xử lý mẫu rau quả để xác định Na, K, Ca, Cd, Co, Cr,

Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn

Xử lý mẫu rau quả để xác định Na, K, Ca, Cd, Co, Cr,

Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn

•Lấy 5.000 g mẫu vào chén nung, thêm 5 mL HNO3 45%, 2

mL H2SO4 98% và 5 mL Mg(NO3)2 5% ( hay KNO3), đun sôi

•Nung ở 400-450oC trong 3 giờ, tiếp đó ở 550oC cho mẫu tro hoá đến khi thấy bả không còn đen

•Hoà tan tro thu được trong 18 mL HCl 1/1 và có thêm 1.0

mL HNO3 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

Xử lý mẫu sữa để xác định Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu,

Fe, Mn, Ni, Pb, Zn

Xử lý mẫu sữa để xác định Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu,

Fe, Mn, Ni, Pb, Zn

CÁC KỸ THUẬT CHIẾT TRONG XỬ LÝ MẪU CÁC KỸ THUẬT CHIẾT TRONG XỬ LÝ MẪU

+ Chiết là một quá trình tách một chất ra khỏi mẫu ban đầu, bằng một pha lỏng thích hợp hay một pha rắn thích hợp

+ Phân loại: Dựa trên trạng thái của mẫu thường là dạng lỏng và rắn

Kỹ thuật chiết lỏng-lỏng

Kỹ thuật chiết pha rắn (SPE)

Kỹ thuật chiết Soxhlet.

Kỹ thuật chiết siêu âm

+ Bản chất của chất cần chiết

+ Nền của chất cần chiết tồn tại

+ Bản chất của dung môi

+ Nhiệt độ của quá trình chiết

+ Thời gian chiết

+ Số lần chiết

+ Kỹ thuật chiết

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết

KỸ THUẬT CHIẾT LY LỎNG - LỎNG

Nguyên tắc: dựa trên cơ sở sự phân bố của chất phân tích vào hai pha lỏng không trộn lẫn được vào nhau (trong hai dung môi này, có thể một dung môi có chứa chất phân tích) được để trong một dụng cụ

chiết, như phễu chiết, bình chiết

Có 2 p.pháp: - chiết tĩnh

- chiết theo dòng chảy liên tục

(chiết gián đoạn)

PP chiết đơn giản, chỉ cần phễu

chiết, có thể tiến hành được ở

mọi PTN Việc lắc chiết có thể

thực hiện bằng tay hay máy lắc.

Chiết theo cách này nhanh, hiệu suất cao PP chiết này được ứng dụng nhiều trong chiết sản xuất công nghệ.

PP chiết tĩnh đơn giản, dễ thực hiện ⇒ ứng dụng phổ biến và rất có hiệu quả trong tách chiết và làm giầu các chất phân tích phục vụ cho việc xác định hàm lượng vết của chúng trong mẫu Nhất là tách và làm giầu các kim loại, các chất hữu cơ, HCBVTV độc hại trong các mẫu nước, nước thải, nước biển, v.v

Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng

+ Lấy riêng chất PT, loại được các chất ảnh hưởng, nhất là matrix mẫu+ Thích hợp cho làm giàu lượng nhỏ chất phân tích

+ Phục vụ cho chiết các mẫu vô cơ và hữu cơ

+ Sản phẩm chiết phù hợp được cho nhiều phương pháp phân tích

SPE là quá trình chiết:

+ Ở đó mẫu ở pha lỏng hoặc hơi được lọc qua một lớp chất

có khả năng hấp phụ đglà pha tĩnh (chất chiết) Các chất

Pha tĩnh trong p.p SPE

SOLID-PHASE EXTRACTION SOLID-PHASE EXTRACTION

Chất chiết là các hạt silica trung tính, các hạt nhôm oxit hay silicagel

đã alkyl hóa nhóm OH bằng những nhóm alkyl mạch thẳng C2, C4, C8 hay C18 hay nhóm phenyl Các hạt này có độ xốp lớn hơn và diện tích bề mặt xốp thường từ 50-200m2/g

Các chất chiết pha rắn có thể được chế tạo theo các loại sau đây:

+ Chất hấp phụ pha thường (silica trung tính và Al2O3)

+ Chất hấp phụ pha ngược (silica được alkyl hóa nhóm OH)

+ Chất có khả năng trao đổi ion (cationit, anionit, cặp ion)

+ Chất rây hay sàng lọc phân tử theo kích thước

Các kiểu chiết và cơ chế chiết pha rắn

SOLID-PHASE EXTRACTION SOLID-PHASE EXTRACTION

 Chiết theo cơ chế hấp phụ pha thường

 Chiết theo cơ chế hấp phụ pha ngược

 Chiết theo cơ chế trao đổi ion và cặp ion.

 Chiết theo cơ chế sàng và rây phân tử

Ưu nhược điểm của chiết pha rắn

SOLID-PHASE EXTRACTION SOLID-PHASE EXTRACTION

+ Có tính chọn lọc với các hợp chất hữu cơ.

+ Thao tác đơn giản, nhanh hơn các kỹ thuật chiết khác.

+ Cân bằng chiết nhanh đạt được và có tính thuận nghịch

+ Trong quá trình chiết có cả sự làm giàu chất phân tích

⇒ thích hợp cho ptích lượng vết các chất + Chất chiết pha rắn rẻ

SOLID-PHASE EXTRACTION

SPE Column

SOLID-PHASE EXTRACTION

SOLID-PHASE EXTRACTION

SOLID-PHASE EXTRACTION

SOLID-PHASE EXTRACTION

(-CH-CH 2 ) n N-CH 3 C=O

SOLID-PHASE EXTRACTION

SOLID-PHASE EXTRACTION

Pha tĩnh là một Polyme

4 BƯỚC TRONG SPE

SOLID-PHASE EXTRACTION

SOLID-PHASE EXTRACTION

MeOH

50

THIẾT LẬP ĐIỀU KIỆN CHO NỀN HẤP THỤ LÀ SILICA

Thêm Dung Môi Hửu Cơ Để Làm Sạch Và Hoạt Hóa Chuổi

Alkyl- (C 18 , C 8 Etc.)!

Không Được Để Cột Bị Khô !

SOLID-PHASE EXTRACTION SOLID-PHASE EXTRACTION

MỘT SỐ VÍ DỤ CHIẾT TRÊN PHA RẮN

A 3 mL C18 (Baker: 7020-03) cột SPE được thiết lập với 1ml

metanol sau đó là nước cất.

Thêm mẫu và rửa giãi:

Mẫu sau khi chuẩn bị được cho vào cột, thêm 5 ml nước cất để rữa giãi những thành phần như đường, chất màu của đường hay axit hửu cơ

Giải hấp :

Các chất màu như anthocyanines, flavonoids, tannins and/or

alkaloids là được rữa giãi qua cột bằng metanol đôi khi 2-propanol.

Định lượng:

Các chất cần phân tích lúc này nằm trong dung dịch rữa giãi có thể xác định bằng các phương pháp như : TLC- GC-LC v.v…

Sample Preparation:

Dissolve 100 mg Fe(NO3)3 or FeCl3 in 10ml of distilled water or use

an amount of approximately 100mL waste water, which contains iron (III) ions

2 mL of the sample is aspirated through the column

The column is washed with 2 mL of distilled water

Elution:

Fe3+ - ions are eluted in 1-2 mL hydrochlorid acid (C = 0,1M)

The eluate is coloured yellow

Analysis:

Add NH4SCN to the eluate The colour changes to deep red

Rapid Extraction of iron-ions from water samples or waste water

CHIẾT RẮN - LỎNG

( Mẫu chiết là dạng rắn)

CHIẾT RẮN - LỎNG

( Mẫu chiết là dạng rắn)

 Quá trình chiết các hợp chất hửu cơ như lipid, chất

màu, hương, chất có hoạt tính sinh học v.v

 Quá trình chiết được thực hiện bằng sự tác động của

dung môi dưới tác động của các yếu tố như : lắc, nhiệt

độ, áp suất, sóng siêu âm, vi sóng v.v…

 Chất tan sẽ bức khỏi bề mặt sau đó hòa tan, phân tán

vào dung môi

Đồ thị mô tả hiệu suất

thu hồi chất tan từ nền

mẫu rắn theo thời gian

John R, Dean – Extraction

techniques in analytical sciences

CÁC KỸ THUẬT CHIẾT RẮN – LỎNG

 Chiết Soxhlet

 Chiết Soxhlet tự động ( Soxtec)

 Chiết PFT (Pressure fluid extraction)

 Chiết SFT( Supercritical fluid extraction)

 Bộ chiết Soxhlet bào gồm 3 bộ phận

chính: bình chưa dung môi- bộ phận

chiết - bộ phận sinh hàn

 Vật liệu được cho vào ở bộ phận chiết

Tùy vào mục đích của quá trình mà

người ta có thêm các chất khác như :

chất hấp thụ nước, chất tăng độ phân

 Quá trình chiết Soxhtec đi qua 3 giai đoạn: Giai đoạn

một mẫu được ngâm trong dung môi đun sôi- giai đoạn hai, túi chứa mẫu được nhấc ra khỏi pha dung môi, tiến trình thực hiện như chiết Soxhlet- giai đoạn 3 thu hồi dung môi.

 Tùy vào bản chất của từng quá trình mà thời gian thực

hiện cho từng quá trình là khác nhau

 Sự kết hợp tiến trình xãy ra qua 3 giai đoạn làm cho

hiệu quả chiết tăng cao so với chiết Soxhlet