Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu phân tích

Giới thiệu môn học Số tín chỉ: 2 30 tiết  Trình độ: sinh viên năm thứ 3, ngành hóa phân tích  Mục tiêu: giúp sinh viên hiểu, nắm vững các phương pháp lấy, xử lý mẫu trước khi phân tí

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 1

Phương pháp lấy mẫu

và xử lý mẫu phân tích

http://hoahocsp.tk

Giới thiệu môn học

 Số tín chỉ: 2 (30 tiết)

 Trình độ: sinh viên năm thứ 3, ngành hóa phân tích

 Mục tiêu: giúp sinh viên hiểu, nắm vững các phương pháp

lấy, xử lý mẫu trước khi phân tích trong nhiều đối tượng khác nhau

 Mô tả học phần: bao gồm các kiến thức về cách lấy mẫu,

bảo quản và xử lý mẫu phân tích

 Giáo trình:

các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích – HN 1999

Analytical Chemistry – Departmentof Chemistry and

Environmental Science New Jersey Institute of Technology

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 3

Giới thiệu môn học

Chương 1 Mẫu phân tích, lấy mẫu và quản lý mẫu

Chương 2 Những vấn đề cơ sở của các kỹ thuật xử lý mẫu

Chương 3 Xử lý mẫu để xác định các kim loại và phi kim

Chương 4 Xử lý mẫu để xác định các chất hữu cơ

Chương 5 Xử lý mẫu để phân tích mẫu môi trường

http://hoahocsp.tk

Chương 1 Mẫu phân tích, lấy mẫu và quản lý mẫu

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 5

Tại sao phải lấy và xử lý mẫu phân tích?

http://hoahocsp.tk

Tại sao phải lấy và xử lý mẫu phân tích?

Mức độ sai số trong các bước của một qui trình phân tích

Lấy mẫu

Chuẩn bị mẫu pt

Cô đặc, chưng cất,

tách…

Xác định

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 7

Tại sao phải lấy và xử lý mẫu phân tích?

xác định

 KT chiết lỏng – lỏng, rắn – lỏng, rắn – khí

http://hoahocsp.tk

Tại sao phải lấy và xử lý mẫu phân tích?

 KT kết tinh

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 9

Lấy mẫu để phân tích

 Mẫu có lý lịch, ghi các điều kiện rõ ràng

http://hoahocsp.tk

Lấy mẫu để phân tích

 Đủ độ sạch

 Không làm sai khác các thành phần trong

mẫu

 Phù hợp với từng loại mẫu

 Mẫu có chất phân tích dễ bị phân hủy:

giấy, chai có màu chống ánh sáng

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 11

Lấy mẫu để phân tích

sử dụng khi xử lý mẫu bằng dd kiềm đặc Không dùng với HCl

Ni

Sứ

http://hoahocsp.tk

Lấy mẫu để phân tích

Giá thành rẻ hơn Pt, chịu rất tốt HCl, có thể chịu

Zr, 1.5% Sn, vết Fe, Cr và Ni Không sử dụng với KF hoặc HF

Zr

tạo hợp kim với các kim loại: Hg, Pb, Sn, Au, Cu, Si,

là tác nhân khử) Không sử dụng nếu nung mẫu với

Pt

Đặc tính Chất liệu

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 13

Lấy mẫu để phân tích

Chỉ sử dụng với dd axit < 0,1M; dòn dễ vỡ

PS

Trơ hầu hết với các hợp chất vô cơ và hữu cơ (trừ F2) Có

ít lỗ trống hơn PE Sử dụng an toàn dưới 250 0 C, bị phân hủy ở 300 0 C Khó tạo hình dạng (giá thành cao) Dẫn nhiệt kém (đòi hỏi t dài để tăng nhiệt độ mẫu)

Teflon

Thường sử dụng để chứa mẫu và thuốc thử Tương tác với HNO3 16M và axit axetic đóng băng Bắt đầu mềm và biến dạng ở 60 0 C Tồn tại những lỗ trống có khả năng mất 1% về thể tích khi chứa Br2, H2O, H2S, HNO3.

http://hoahocsp.tk

Lấy mẫu để phân tích

 Vị trí lấy mẫu

 Phải đặt đầu lấy mẫu chứa bộ phận lọc ở độ cao 1,5m so với sàn nhà khi lấy mẫu tại nguồn phát sinh

 Phải đặt đầu lấy mẫu chứa bộ phận lọc ở độ cao 1,5m đến 2m so với sàn nhà ở những vị trí khác nhau trong phân xưởng để đánh giá mức độ ô nhiễm chung

 Phải đặt đầu lấy mẫu chứa bộ phận lọc tại vùng thở khi đánh giá mức độ tiếp xúc

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 15

Lấy mẫu để phân tích

 Thời gian lấy mẫu

để tính giá trị trung bình của ca làm việc Nơi có nhiều bụi được phép lấy mẫu gián đoạn làm nhiều lần, mỗi lần ít nhất 30 phút, tổng thời gian lấy mẫu không được ít hơn 240 phút sau đó tính giá trị trung bình

giá ô nhiễm môi trường chung cho từng lần, mỗi lần

30 phút, ít nhất phải lấy 3 mẫu để tích giá trị trung bình

phút khi xác định hàm lượng bụi cao nhất trong một

ca làm việc, phải lấy ít nhất 5 mẫu sau đó tính giá trị trung bình

http://hoahocsp.tk

Lấy mẫu để phân tích

 Việc lấy mẫu phụ thuộc vào điều kiện lấy mẫu, đối tượng lấy mẫu, vị trí lấy…

 Ví dụ:

 Mẫu từ hệ thống phân phối nước từ thành phố: vòi nước cần được xả trong một thời gian (3 – 5 phút), rỉ sét trong ống được loại bỏ

 Mẫu nước ngầm: trường hợp nước giếng, nước mới bơm lên cần xả ít nhất 10 phút Lưu lượng bơm lấy mẫu cần sát với lưu lượng bơm thực tế

 Nguồn nước sông, kênh, rạch: lấy mẫu theo độ sâu, vị trí

so với bờ, khoảng cách với nguồn nước thải, điều kiện thời tiết vào thời điểm lấy mẫu, lưu lượng dòng chảy, thủy triều,

 Nguồn nước ao, hồ: chú ý: chất lượng nước thay đổi theo mùa, lượng mưa, tốc độ gió, độ sâu, thời gian trong ngày

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 17

Xử lý sơ bộ khi lấy mẫu

http://hoahocsp.tk

Các cách lấy mẫu phân tích

 Chương trình thời gian liên tục

 Theo định kỳ

 Theo xác suất

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 19

Các cách lấy mẫu phân tích

 Trung bình các điểm

 Các điểm theo vị trí trên bề mặt

 Theo độ sâu

 Cách lấy mẫu đất

http://hoahocsp.tk

Ví dụ: lấy mẫu đất

chọn các phương pháp lấy mẫu khác nhau

 Mẫu cá biệt được lấy ở một vị trí xác định (theo tầng phẫu diện)

 Mẫu hỗn hợp: được trộn từ nhiều mẫu ban đầu tạo thành mẫu chung đại diện cho một phạm vi đất được khảo sát

ít nhất 5 điểm phân bố đều trên toàn diện tích theo qui tắc đường chéo, đường vuông góc hay đường zigzac

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 21

Ví dụ: lấy mẫu đất

http://hoahocsp.tk

Ví dụ: lấy mẫu đất

hợp chung có khối lượng ít nhất 2kg

trung bình bằng cách băm nhỏ đất, trộn đều vàloại bớt theo nguyên tắc đường chéo góc Mẫu hỗn hợp trung bình có khối lượng 1kg

1

4 3

2

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 23

Ví dụ: lấy mẫu phân tích phân bón

trí trên, dưới, giữa… Tránh lấy các mẫu cá biệt, đặc thù (bao bị rách, sản phẩm bị ẩm…)

 Số lần lấy tối thiểu là 5, khối lượng mỗi lần tối

Ví dụ: lấy mẫu phân tích cây trồng

thường được lấy ở 1 bộ phận tại một giai đoạn

sinh trưởng

chóng xử lý và phân tích

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 25

Ghi chép và lập hồ sơ lấy mẫu

Chuyên chở mẫu về PTN

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 27

Bảo quản mẫu phân tích

http://hoahocsp.tk

Khái niệm QA/QC trong lấy mẫu phân tích

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 1

Chương 2:

Các kỹ thuật

xử lý mẫu phân tích

http://hoahocsp.tk

2.1 Yêu cầu chung của kỹ thuật xử lý mẫu

mẫu

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 3

http://hoahocsp.tk

2.2 Phân loại mẫu phân tích

 Phân loại theo trạng thái tồn tại

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 5

2.3 Trang bị để xử lý mẫu phân tích

http://hoahocsp.tk

Extraction of peppermint leaves with hot water

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 7

http://hoahocsp.tk

2.4 Khái quát về bản chất các kỹ thuật xử lý mẫu

phân tích được bằng một phương pháp thích hợp

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 9

2.4.1 Kỹ thuật vô cơ hóa ướt (wet digestion)

http://hoahocsp.tk

2.4.1 Kỹ thuật vô cơ hóa ướt (wet digestion)

Sản phẩm sau khi đã xử lý bằng phương pháp tro hóa ướt

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 11

Vô cơ hóa ướt sử dụng dung dịch axit đặc

Vô cơ hóa sử dụng dung dịch kiềm đặc

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 13

Kỹ thuật phá mẫu trong lò vi sóng

http://hoahocsp.tk

Các ví dụ

số cation (Al, Ba, Mg, Fe, Cu, Pb, As, Sb…) trong các đối tượng bùn, trầm tích, đất hoặc dầu

 Thiết bị: lò vi sóng chuyên dùng cho các PTN

 Các bình phân hủy mẫu: 0,25g thường sử dụng

trong bình 120ml, áp suất có thể đạt tới 7,5 ± 0,7 atm

 Các acid được sử dụng phải có độ tinh khiết cao

(thông qua mẫu trắng để loại trừ)

 Cân một lượng mẫu: không quá 0.5g cho mẫu bùn, đất, trầm tích; 0.25g cho mẫu dầu

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 15

 Thêm 10ml HNO3: nếu mẫu chứa những chất dễ bay hơi hoặc nhiều hợp chất hữu cơ thì có thể để mẫu phân hủy trước khi cho trong lò vi sóng (giảm khối lượng mẫu)

 Những mẫu biết trước có hàm lượng chất hữu cơ 5 – 10% thường được phân hủy ở ngoài 15 phút

 Sự phân hủy thường ở 175 – 180 0 C trong thời gian

Ví dụ:

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 17

2.4.2 Kỹ thuật vô cơ hóa khô (dry digestion)

(có thể có trộn thêm các phụ gia)

• Sự tro hóa, đốt cháy chất mùn, hữu cơ

• Phá vỡ cấu trúc tinh thể

• Qúa trình oxy hóa, bay hơi…

http://hoahocsp.tk

Ví dụ: tro hóa mẫu không dùng phụ gia

Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb)

Mẫu (5g) Sấy khô chậm Nung 500 – 5300C

Mẫu tro trắng

Hòa tan mẫu = HCl

(10 – 15%) do bay hơi

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 19

2.4.2 Kỹ thuật vô cơ hóa khô (dry digestion)

Nhiệt độ cao + phụ gia

• Sự tro hóa, đốt cháy chất mùn, hữu cơ

• Phá vỡ cấu trúc tinh thể

• Qúa trình oxy hóa, bay hơi…

• Sự tương tác chất – phụ gia…

http://hoahocsp.tk

2.4.2 Kỹ thuật vô cơ hóa khô (dry digestion)

nung, phá mẫu triệt để, không làm mất chất…

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 21

Kỹ thuật vô cơ hóa khô – ướt kết hợp

- Thời gian nung giảm

- Giảm thời gian đuổi axit dư

- Thích hợp cho phân tích kim loại và các anion Cl - ,

SO42- , Br - …

http://hoahocsp.tk

Một số ví dụ

Mẫu sữa

+ 10ml HNO3 đ, 5ml Mg(NO3) 5%, 2ml H2SO4 đ Nung

500 – 550 0 C Tro trắng Hòa tan tro

Mẫu rau

+ 10ml HNO3đ, 5ml Mg(NO3) 5% Nung

500 – 550 0 C Tro trắng Hòa tan tro

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 23

2.4.4 Các kỹ thuật chiết

bố của một chất vào 2 pha không trộn lẫn

( ) ( )

Qui trình chiết

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 25

Ví dụ

10 ml sữa mẫu

+ 20 ml rượu etylic + 5 g Na2SO4 khan

+ 10 ml n-hexan

Hỗn hợp Lắc

Tách lớp

Dd nước n-hexan + vitamin A Xác định Vitamin A = pp HPLC

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 27

Chiết pha rắn - SOLID PHASE EXTRACTION

http://hoahocsp.tk

Chiết pha rắn - SOLID PHASE EXTRACTION

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 29

Solid Phase Extraction cartridges

http://hoahocsp.tk

Various sorption techniques:

centrifuge

positive pressure

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 31

Large volumes:

http://hoahocsp.tk

Cơ chế chiết pha rắn

môi hữu cơ không phân cực, có khả năng hòa tan tốt chất pt để tách được hoàn toàn chất pt khỏi pha rắn (gọi là pha động)

Chất chiết – pha tĩnh Chất pt Chất pt bị hấp phụ

lên pha rắn

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 33

polar non-polar

http://hoahocsp.tk

Ví dụ: chiết thuốc trừ sâu trong mẫu nước

Cột chiết có chứa

các hạt LaSiOH

Mẫu (đã lọc bỏ cặn) được dội qua cột chiết với tốc độ 4 ml/phút

Chất hấp phụ trên hạt LaSiOH

Giải chiết bằng dung môi diclometan

Chất pt tan trong dung môi

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 35

Cơ chế chiết pha rắn

Mat – (CH2)17CH3

Chất chiết – C18

RX + Mat – (CH2)17CH3.RX

Chất pt hấp phụ lên pha rắn

http://hoahocsp.tk

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 37

Cơ chế chiết pha rắn

-

+

-

-Cation exchange

Anion exchange

Adsorbents

Bound molecules

 Chiết theo cơ chế trao đổi ion

http://hoahocsp.tk

Cation exchange: Lysozyme separation

Egg white proteins

Egg white proteins

Other egg white proteins

Lysozyme

+ NaCl

Cation exchange adsorbent + NaCl

+ NaCl

A + adsorbent

http://hoahocsp.tk

ơ chế chiết pha rắn

Chiết theo cơ chế sàng và rây phân tử

Rửa giải

Ion có kích thước lớn ra trước rồi đến các ion có kích thước nhỏ

thuật chiết hấp phụ dạng khí

He to waste

Dòng khí trơ nóng

Hệ thống phân tích GC

khí He

Cột hấp thụ

http://hoahocsp.tk

c kỹ thuật chiết

on-exchange chromatography

aration is based on exchange of ions

ween surface and eluents.

-iết Soxhlet (Soxhlet extraction process)

http://hoahocsp.tk

iết soxhlet

iết soxhlet

Qui tắc chọn dung môi

hòa tan các chất không phân cực (chất béo…)

hòa tan các chất phân cực (muối, đường…)

tăng khi sử dụng một hỗn hợp các dung môi

http://hoahocsp.tk

thuật chiết siêu âm

K

http://hoahocsp.tk

4.5 Kỹ thuật chưng cất

Nguyên tắc: dựa theo điểm sôi

Các kiểu chưng cất

ưng cất thông thường

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 1

các kim loại và phi kim

http://hoahocsp.tk

Đặt vấn đề

thuật đã học

phẩm công nghiệp…

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 3

3.1 Xử lý mẫu vô cơ

mẫu

http://hoahocsp.tk

Xử lý lấy các ion kim loại di động (trao đổi)

tượng: đất, phân bón

một dung môi thích hợp để chiết các ion kim loại vào dung dịch đó

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 5

Xử lý lấy các ion kim loại di động (trao đổi)

Mẫu đất bao gồm

các cation trao đổi

Ca, Mg, Na, K, H, Al

1 Dội qua dd mẫu NH4+

Mẫu được bãp hòa với NH4+

2 Đẩy NH4+ bằng K +

3 Thu và xác định NH4+

Đất + K +

Hỗn hợp các ion

NH4+

http://hoahocsp.tk

Xử lý lấy các ion kim loại di động (trao đổi)

lượng dư (NH4+)

trao đổi: xác định

lượng muối tạo thành

sau khi dội qua mẫu

dung dịch cation trao

đổi

Cát

Đất + Cát

Cát Bông Cation

trao đổi

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 7

Xử lý mẫu lấy hàm lượng tổng kim loại

3.2 Xử lý mẫu hữu cơ

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 1

các chất hữu cơ

http://hoahocsp.tk

Nội dung

4.1 Khái niệm và phân loại mẫu hữu cơ

4.2 Các kỹ thuật xử lý mẫu để xác định chất hữu cơ

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 3

4.1 Khái niệm và phân loại mẫu hữu cơ

hữu cơ

chất vô cơ

cầu riêng cho việc xử lý phân tích các chất hữu cơ

http://hoahocsp.tk

4.2 Các kỹ thuật xử lý mẫu để xác định chất hữu cơ

phương pháp: chưng cất, chiết…

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 5

http://hoahocsp.tk

SINH VIÊN THUYẾT TRÌNH

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 1

môi trường

http://hoahocsp.tk

Nội dung

5.1 Khái niệm về mẫu môi trường và phân loại

5.2 Các phương pháp xử lý mẫu và ví dụ

5.2.1 Nước, nước thải và phân tích chúng

5.2.2 Xử lý các loại mẫu bã thải

5.2.3 Xử lý mẫu không khí, khói và bụi

5.2.4 Xử lý mẫu đất bùn và trầm tích

5.2.5 Xử lý mẫu rong rêu trong nước

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 3

5.1 Khái niệm về mẫu môi trường và phân loại

http://hoahocsp.tk

Lấy mẫu và bảo quản mẫu nước

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 5

GIỚI THIỆU CHUNG

đủ, xử lý và vận chuyển về phòng thí nghiệm kịp lúc khi chất lượng mẫu chưa thay đổi

đến khi mẫu được gửi đến phòng thí nghiệm để phân tích.

http://hoahocsp.tk

NHỮNG ĐIỀU CẦN LƯU Ý

 Mẫu phải được bảo quản tránh mọi nguồn nhiễm bẩn

hoặc sự phân hủy có thể xảy đến trước khi đưa về

phòng thí nghiệm.

 Phải súc rửa ít nhất hai đến ba lần bình lấy mẫu bằng

chính nguồn nước trước khi lấy mẫu, trừ trường hợp

bình đã được xử lý bằng hóa chất bảo quản hay các

chất khử clo

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 7

NHỮNG ĐIỀU CẦN LƯU Ý

 Đối với những mẫu phải vận chuyển xa, không nên lấy quá đầy mà chừa lại độ 1% dung tích bình, khoảng trống này để phòng hờ sự dãn nở nhiệt Tuy nhiên điều này tùy thuộc vào các xét nghiệm cần làm.

 Mẫu tiêu biểu cho nhiều nguồn có thể được tạo từ việc pha trộn các mẫu lấy ở thời điểm khác nhau hoặc ở từng địa điểm khác nhau

http://hoahocsp.tk

NHỮNG ĐIỀU CẦN LƯU Ý

do thông thoáng hay xảy ra trong quá trình tồn trữ là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kết quả

ghi chép đầy đủ, rõ ràng tên người lấy mẫu, ngày giờ, nhiệt

độ nước và kèm những dữ liệu khác như thời tiết, mực nước, dòng chảy, trạm quan trắc thời điểm gửi mẫu

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 9

 Nếu muốn lấy mẫu từ hệ thống phân phối, nên xả vòi

chảy tự do trong một thời gian ngắn đảm bảo mẫu thể

hiện đúng chất lượng nguồn

http://hoahocsp.tk

NHỮNG ĐIỀU CẦN LƯU Ý

 Cách lấy mẫu hỗn hợp tùy thuộc vào tính chất, lưu

lượng và chế độ thủy lực của dòng chảy Nếu chỉ cần lấy mẫu bất kỳ, nên lấy mẫu ở độ sâu trung bình tại vị trí

giữa dòng.

 Đối với mẫu ở các hồ và hầm chứa, khi lấy mẫu phải lưu

ý đến tác động của mưa, lượng nước chảy tràn bề mặt, gió, yếu tố phân tầng theo mùa… tất cả đều có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng nước

Trần Mai Liên PP lấy mẫu và xử lý mẫu 11

NHỮNG ĐIỀU CẦN LƯU Ý

 Tránh các vùng xáo trộn mạnh vì dễ làm thất thoát các chất dễ bay hơi trong đó có cả chất độc Thông thường, mẫu được lấy ở vùng tĩnh, dưới mặt thoáng Nếu có yêu cầu về mặt hỗn hợp, phải thận trọng đối với các thành phần dễ thất thoát không phải do quá trình lấy mẫu mà