Bài giảng Hóa phân tích thực phẩm Thạc sĩ Phạm Kim Phượng

Bài giảng Hóa phân tích thực phẩm nhằm cung cấp những kiến thức cơ bản trong phân tích định tính và định lượng, cung cấp các giải pháp xây dựng phương pháp phân tích, cung cấp kỹ thuật phân tích cổ điển và hiện đại, cung cấp những ứng dụng của lãnh vực hóa học phân tích trong nghiên cứu khoa học và thực tiễn.

HĨA PHÂN TÍCH THỰC PHẨM

Th.S PHẠM KIM PHƯƠNG Chuyên ngành Hóa Phân Tích

CHƯƠNG TRÌNH GIẢNG DẠY

• 1 ĐẠI CƯƠNG HÓA PHÂN TÍCH – ÁP DỤNG CHO

• 6 PHƯƠNG PHÁP ÑO MAÀU

• 7 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHOÅ

• - Kỹ thuật máy hấp thu nguyên tử AAS

• - Kỹ thuật máy quang phổ phát xạ Plasma

I/ ĐẠI CƯƠNG HĨA PHÂN TÍCH

• 1/ ĐỊNH NGHĨA THẾ NÀO LÀ HĨA PHÂN TÍCH

• 2/ ĐỊNH NGHĨA THẾ NÀO LÀ HĨA PHÂN TÍCH

• 5.1/ ĐỘ CHÍNH XÁC, ĐỘ ĐÚNG, ĐỘ LẶP

LẠI, TỐC ĐỘ PHÂN TÍCH, ĐỘ NHẠY, PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG , PHƯƠNG PHÁP ĐƯỢC CÔNG NHẬN

• 6/ XỬ LÝ THỐNG KÊ ( STATISTICAL

ASSESSMENT OF QUAILITY OF DATA)

• 7/ CÁCH BIỂU DIỄN THÀNH PHẦN DUNG

DỊCH 7.1 chất chuẩn gốc 7.2 các nồng độ dung dịch

• 9/ / DỤNG CỤ ĐO THUỶ TINH CHÍNH XÁC VÀ

TƯƠNG ĐỐI

1 ĐỊNH NGHĨA THẾ NÀO LÀ

HĨA PHÂN TÍCH

• Hóa phân tíchlà một ngành khoa học chuyên

nghiên cứu các phương pháp phân tích để định tính và định lượng một chất hay nhiều chất , một nguyên tố hay nhiều nguyên tố cĩ trong sản phẩm đang nghiên cứu

• Ví dụ : Trong một mẫu nước uống cĩ bị ơ

nhiễm dư lượng thuốc trừ sau hay khơng ?

• Bước đầu tiên chúng ta phải định tính xem trong mẫu nước đĩ bao gồm những chất gì?

• Bước 2 : Định lượng những chất đã được định

tính

• Bước 3 : dựa trên các mẫu chuẩn để tính tốn và

cho ra kết qủa cuối cùng

PHÂN TÍCH THỰC PHẨM

• 2/ Thực phẩm cĩ đáp ứng các tiêu chuẩn hĩa

học về vệ sinh ? Cĩ bị ơi thiu, hư hỏng và biến thành chất độc hại hoặc cĩ chứa những chất độc do thối ra từ bao bì, hĩa chất cho thêm vào

• Kiểm nghiệm phân tích thực phẩm bằng

phương pháp hĩa học ngồi ra cịn phân tích trạng thái cảm quan, vi sinh vật…

2 THẾ NÀO LÀ PHÂN TÍCH

HĨA THỰC PHẨM

Thực phẩm là những thức ăn , nước uống là những

chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể con người,

vật nuơi ….do vậy để đáp ứng các yêu cầu trên

thực phẩm phải cần được kiểm nghiệm trước khi

đưa ra thị trường tiêu thụ

Phân tích hĩa học thực phẩm ( Analytical

chemistry of Food) : nhằm xác định

Thực phẩm cĩ đáp ứng các tiêu chuẩn hĩa học

về phẩm chất và thành phần dinh dưỡng theo

đúng như quy định hoặc cĩ bị gian dối và giả

mạo hay khơng?

• Đối tượng của Hóa phân tích thực phẩm

là các chất dinh dưỡng như đạm , béo, bột, đường …có trong cá, thịt sữa, trứng, nước uống …

• Để định lượng các chất dinh dưỡng các

nguyên tố hóa học hay định danh cấu trúc thành phần của các chất đòi hỏi phải có phương pháp phân tích chính xác và phù hợp với các đối tượng nghiên cứu.

3 PHAÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH PHAÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG

• 3.1. Phaân tích ñònh tính : Nhằm xác định sự hiện diện của các cấu tử ( ion, nguyên tố hay nhóm nguyên

tố ) trong mẫu phân tích ( thực phẩm, mẫu nước , đất …)

và đồng thời đánh giá sơ bộ hàm lượng của chúng :đa lượng, vi lượng, vết… nhờ vào các thiết bị phân tích và các phản ứng hoá học đặc trưng lên mầu, kết tủa đối với nguyên tố cần xác định

• Khi chọn phương pháp sử dụng cho phân

tích thực phẩm phụ thuộc vào các yêu cầu sau :

• Số lượng, chỉ tiêu yêu cầu phân tích thiết bị hiện có tại phòng thí nghiệm để từ đó có

những cân nhắc khi sử dụng quy trình phân tích

• - Quy trình phân tích phải thoả mãn các

điều kiện sau:

• - Độ chính xác, độ đúng , độ lặp lại tốt

• - Quy trình phân tích có tính chọn lọc cao

phù hợp với yêu cầu cần phân tích

• - Thời gian phân tích nhanh và có khả

năng phân tích đồng thời nhiều nguyên tố

• - Thiết bị sử dụng cho phân tích có độ nhạy

cao, cực tiểu phát hiện nhỏ

• - Giá thành phân tích không cao

• - Thiết bị dễ sử dụng, dễ bảo trì

• - Ưu tiên sử dụng các phương pháp phân tích

được công nhận bởi các tổ chức quốc tế sau:

ISO : International Organisation for standardusation)

• AOAC : Association of Oficial Analytical

Chemists , published in the AOAC book

• BSI : British Standards Institution

• TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

• FAO : Food and Agriculture Organisation

Tổ chức lương thực-nông nghiệp của Liên Hiệp Quốc

Sự lựa chọn phương pháp phân

tích

Mỗi đối tượng lại có nhiều chất, những chất

này có thể là hàm lượng đến phần trăm (%) cho đến hàm lượng nhỏ như mg/kg , mg/l ( 10 -6 hoặc nhỏ hơn µg/kg, µg/l (10 -9 ) hoặc nhỏ hơn nữa 10 -12 picrogam ( ppt)

Ở mỗi phép phân tích có những ưu và nhược điểm riêng của từng phương pháp có nghĩa là có những phương pháp thích hợp cho phép xác định hàm lượng lớn, có phương pháp phân tích cho phép xác định hàm lượng nhỏ vì vậy phỏng đoán trước hàm lượng có trong mẫu để chọn phương pháp phân tích cho phù hợp và giảm sự sai số trong quá trình phân tích.

• Với hàm lượng lớn và bán định lượng người ta

thường dùng các phương pháp hóa học cổ

điển : Khối lượng, thể tích, phân tích bán định

lượng

• -Hàm lượng vi lượng ( ppm ) và siêu vi

lượng ( ppb, ppt hoặc nhỏ hơn ) phải dùng các

thiết bị phân tích hiện đại để đo như AAS, ICP,

ICP/MS, HPLC, GC, GC/MS,LC/MS,

HRGC/HRMS Những thiết bị này thường sử

dụng để đo vết các kim loại nặng, các dư lượng

thuốc trừ sâu, vitamin, kháng sinh trong nước,

đất, thủy sản, thực phẩm…

5 ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHÂN

TÍCH

- Độ chính xác – Precision

Biểu thị qua các kết quả phân tích do 01 người thực hiện

hoặc do một số người khác thực hiện trong cùng một

phịng thí nghiệm và sử dụng cùng một phương pháp

phân tích trên cùng một thiết bị phân tích.

- Độ lặp lại – Reproducibility

Biểu thị qua các kết quả phân tích giống nhau trên một

mẫu được chia ra làm nhiều lần phân tích do 01 người

thực hiện cùng một quy trình phân tích và trên cùng một

thiết bị phân tích Một mẫu làm nhiều lần độc lap nhau

khác với một mẫu đo nhiều lần

• - Độ đúng ( Accuracy):

• Kết qủa đưa ra gần đúng với số thực được

biểu thị qua giá trị trung bình và giá trị thực và độ lệch chuẩn Độ lệch chuẩn càng nhỏ thì kết quả có được càng đúng Và càng đúng hơn nữa người phân tích phải tính được độ không đảm bảo của phép đo ( Uncertainty in

measurement).

được độ lệch chuẩn bằng phương pháp thống kê, tính được nguồn sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống

• Sai số gây đến độ lặp lại của kết quả, sai số ngẫu

nhiên luơn cĩ trong quá trình thực hiện phân tích như cân, đo máy …Để giảm sai số ngẫu nhiên bằng cách tăng số lần phân tích ( n= 5, 7,8 )

• là do các nguyên nhân sau :

• Thiết bị phân tích, dụng cụ sử dụng như cân , bình định mức, sai số do nhà chế tạo, chứng từ hiệu chuẩn, các chất chuẩn tinh khiết , hoặc phương pháp sử dụng cĩ khuyết điểm như cách đọc, chuyển đổi mầu khơng rõ …Sai số hệ thống gây ảnh hưởng đến độ đúng của phép phân tích Giảm thiểu sai số nay bằng cách hiệu chuẩn thường

xuyên các thiết bị sử dụng

PHƯƠNG PHÁP TÍNH XỬ LÝ THỐNG KÊ

• 1/ Tính giá trị trung bình của các phép đo

• Trình bày kết quả

CHẤP NHẬN KẾT QỦA

• 1/ Kết qủa được chấp nhận khi :

• Độ biến động của hàm lượng phải nhỏ hơn 5% đối với phân tích có hàm lượng %

• RSD ≤ 5%

• 2/ Với phân tích vết có hàm lượng: ppm,ppb có thể chấp nhận khi:

• RSD ≤ 10 %

• - Cực tiểu phát hiện của đầu dò thiết bị:

• LOD – limit of detection

• LOD là hàm lượng tối thiểu được phát hiện bởi

thiết bị sử dụng phân tích LOD không giống nhau đối với từng chất và thiết bị phân tích

• Nguyên tắc:

• LOD của mỗi loại đầu dò được xác định bằng

cách so sánh trên cùng một thang đo- chiều cao

t n hiệu - S (signal) của chất cần phân tích với chiều cao của đường nền (n) noise

• Thực hiện mẫu trắng đo chiều cao của đường nền (n)

• - Thực hiện đo mẫu có nồng độ thấp nhất (C min ) đo

chiều cao của tín hiệu (S) sao cho

LOQ : Giới hạn định lượng ( limit of Quantitation)

LOQ là giới hạn tối thiểu định lượng của phương

pháp phân tích

Nguyên tắc: LOQ của mỗi phương pháp và mỗi

chất cần xác định là khác nhau

Cách tính LOQ :

- Cho vào mẫu có trọng lượng hoặc thể t ch m0

xác định, cấu tử cần phân tích biết trước Cmin

LOQ = 3Cmim F

T

F : hệ số pha loãng hoặc làm giàu mẫu

• - mẫu không làm giàu

• Vi = Uo → LOQ = LOD

- mẫu được làm giàu ( đuổi bớt dung môi, hoặc cô cạn bớt…)

• Vi << U0 → LOQ << LOD

• Kết quả LOQ có thể biểu diễn theo nồng độ

hoặc theo trọng lượng tuyệt đối

YÊU CẦU PHÒNG THÍ NGHIỆM THỰC HIỆN QA/QC TRƯỚC KHI CHO PHÂN TÍCH

• Đối với một phép phân tích nào nhất là đối

với các phân tích vết trước khi phân tích phòng thí nghiệm phải thực hiện chương trình QA/QC cho từng phép thử.

là khi phân tích cho một chỉ tiêu nào đó thì phải đảm bảo rằng có quy trình phân tích có hiệu lực cho chỉ tiêu đó, có chất chuẩn của chỉ tiêu đó (chất chuẩn phải có giấy chứng nhận ISO của người bán), kết quả phân tích phải có độ tin cậy cao QA bao gồm cả kiểm tra chất lượng (QC) và đánh giá chất lượng của quá trình phân tích

(quality assessment)

• QC: Quality control – Là phương pháp đã được hiệu lực kiểm tra bằng cách thêm chuẩn vào mẫu, phân tích mẫu chuẩn (material reference

- RM) hoặc trên mẫu kiểm tra (CRM) từ đó tính được hiệu suất thu hồi (recovery) của phương pháp.

• Quá trình phân tích được thực hiện trong phòng thí nghiệm thông qua các đánh giá nội bộ và ngoại bộ bởi một đánh giá viên trưởng của một phòng thí nghiệm khác hay nói cách khác đánh giá phân tích bởi các liên phòng thí nghiệm, kiểm tra chéo giữa các phòng thí nghiệm.

CÁC BƯỚC THỰC HIỆN QA/QC

• - Giới thiệu năng lực của phòng thí nghiệm

• - Thực hiện QC về độ đúng và độ chính

xác của phép phân tích

• - Quy trình lấy mẫu

• - Bảo quản mẫu

• - Phương pháp phân tích

• - Hiệu chuẩn thiết bị, hiệu chuẩn phương

pháp theo định kỳ

•

• - Thực hiện QA,QC

•

• - Kiểm tra chéo các phòng thí nghiệm

bên ngoài và nội bộ, đánh giá kết quả

• - Báo cáo kết quả

6 ĐỊNH NGHĨA CHẤT CHUẨN GỐC

• Chất gốc

Có t nh ổn định cao Bền với môi trường Đương lượng lớn Khối lượng đúng với công thức hóa chất Phản ứng định lượng

H2C2O4.2H2O ; C6H5COOH

Na2B4O7.10H2O

K2Cr2O7; NaCl KMnO4 ZnSO4.7H2O ; MgSO4.7H2O

ĐỊNH NGHĨA CÁC LOẠI NỒNG ĐỘ

lượng xác định dung dịch

t ch giữa chất lỏng đó và thể t ch của dung môi

Ví dụ : HNO3 1:3 có nghĩa là dung dịch gồm một thể

t ch HNO3 đặc và 3 thể t ch nước HNO3 : HCl 1:3

Cho biết số gam chất tan có trong 100g dung dịch

C% = Số gam chất tan (a) x 100%

Số gam dung dịch

Ví dụ : Hòa tan a gam chất tan vào b gam dung môi thì

nồng độ % của dung dịch là :

C% = a 100

a + b Trong hóa phân tích, nồng độ % được coi là gần đúng

Ví dụ : Muốn có dung dịch KNO3 1% , thì cân 1g KNO3

hoà tan vào 100ml H2O

3/ Nồng độ mol/l :

Ví dụ 1: Dung dịch H2SO4 2M, là dung dịch có

chứa 2 mol H2SO4 hay 2 x 98 = 196g H2SO4trong 1 lít dung dịch

Ví dụ 2: Hòa tan 1,2g MgSO4 vào nước thành

100ml dung dịch ta được dung dịch MgSO4có nồng độ

mol / L là:

CM = 1,2g = 0,1M

120 0,1

3/ NoÀng độ đương lượng gam ( đlg) là số gam của chất đó về mặt hóa học tương đương với 1mol Hydro

hay 1mol Hydroxýt trong phản ứng mà ta xét

Trong các phản ứng hóa học, các chất phản ứng với nhau với cùng số đương lượng gam

ĐLg khơng phải là hằng số như số mol mà phụ thuộc vào phản ứng hĩa học mà chất tham gia

C N = số đương lượng gam chất tan (n)

Số l t dung dịch (V)

n = m(chất tan)

Đlg

Cho biết số mol chất tan có trong 1kg dung môi

• a/ Phản ứng axít bazơ

• Vậy đlg của axít bằng khối lượng mol của axít đó

chia cho số ion H + mà 1 mol của axít đó tham gia

phản ứng

• Đlg của bazơ bằng khối lượng mol của bazơ chia

cho số ion OH - mà 1 mol bazơ đó đã tham gia phản

ứng

1.5 Nồng độ đương lượng trong phản ứng kết tủa

Al2(SO4)3 + 3 Pb(NO3)2 = 2Al(NO3)3 + 3PbSO4

Trong phản ứng này đlg của các chất tham gia phản

ứng bằng khối lượng mol của chất đó chia cho số

điện tíchcủa 1 mol chất đó tham gia phản ứng

đlg(Al2(SO4)3 = M (Al2(SO4)3 hay đlg Al = MAl

đlg Pb(NO3)2 = M Pb(NO3)2 hay đlgPb = Mpb

2 2

1.6 Nồng độ đương lượng trong

phản ứng tạo phức

• Trong phản ứng tạo phức phản ứng xẩy ra

phức tạp cho nên để t nh đlg của các chất tham gia phản ứng tạo phức ta phải quy ước đlg của 1 chất rồi từ đó t nh đlg của chất kia

trong phản ứng oxy hóa khử

• Vì 1 electron tương đương với ion H+ nên đlg của chất oxy hóa hay chất khử bằng khối lượng mol chia cho số electron mà 1 mol chất đó cho hay nhận

• 2KMnO4 + 10 FeSO4 + 8 H2SO4 = 2MnSO4 +

• 2/ 3As2S3 + 28 HNO3 + 4H2O = 6H3AsO4 +

Nồng độ đương lượng gam chất tan có trong 1

l t dung dịch ký hiệu : N

Theo định nghĩa về đương lượng g trong các

phản ứng hóa học các chất phản ứng với nhau theo số đlg như nhau và các chất tạo thành sau phản ứng cũng tương đương với nhau vềsố đlg

Ví dụ: nA + mB pC + qD

Mặc dù hệ số n, m, p, q các chất phản ứng khác

nhau như số đlg của chất A phản ứng bằng đúng số đlg của chất B Chất C và D tạo thành sau phản ứng cũng có số đlg như nhau

ĐỘ CHUẨN (T)

• Độ chuẩn (T) được biểu diễn bằng số gam (g) hay micro gam (µg) chất tan cĩ trong 1ml hay 1L dung dịch

• Ví dụ : Dung dịch NaCl cĩ độ chuẩn bằng

0,1mg/ml cĩ nghĩa là trong 1ml dung dich cĩchứa 0,1mg NaCl

• Được biểu diễn bằng số gam chất cần xác định B tương ứng với 1 ml dung dịch chất chuẩn A

• Ví dụ: Tính độ chuẩn của dung dịch KMnO4 0,02M

theo Fe trong mơi trường axít

• 5Fe + MnO 4 + 8H + 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4H 2 O

• Theo phản ứng ta có : đlg (MnO 4 ) = M KMnO4

PHA DUNG DỊCH TỪ CHẤT RẮN

• 1/ Tính toán lượng cân

• 2/ Hòa tan

• 3/ Định mức

• 4/ Chuyển vào chai chứa

• 5/ Hiệu chỉnh nồng độ

• CM: nồng độ mol

• Ví dụ : Tính lượng cân NaOH có P = 96% để pha được 200ml

dung dịch NaOH 0,1M

• mcân= 0,1 200 40 = 0,83g NaOH

Pha dung dịch từ chất lỏng

• 1/ Tính toán thể t ch cần dùng

• 2/ Pha loãng

• 3/ Định mức

• 4/ Chuyển vào chai chứa

• 5/ Hiệu chuẩn lại nồng độ nếu cần

• C M = C% 10 d , V cần lấy = C cần pha V cần pha

• M C M

• Ví dụ : Tính thể t ch H2SO498%, d= 1,84 cần lấy để pha

200ml dung dịch H2SO4có nồng độ 1M

Mối liên hệ giữa 3 loại nồng độ

• C M = C% 10 d , C N = C% 10 d

• M Đ

• C N = M C M , C M = số mol chất tan (n)

• ĐLg số kg dung môi

• M : khối lượng mol phân tử chất tan

• Đ : đương lượng g chất tan

• d : Tỷ trọng riêng của chất tan

• C M = a gam chất tan 1L dung dịch

6 DỤNG CỤ ĐO THUỶ TINH CHÍNH

XÁC VÀ TƯƠNG ĐỐI