Giáo trình môn phân tích thực phẩm

Phươngpháp hoá học được sử dùng để phân tích xác định hàm lượng lớn đa lượngcủa các chất, thông thường lớn hơn 0.05%Phương pháp phân tích khối lượng: dựa vào việc cân sản phẩm tạo thành

CHƯƠNG 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG TRONG PHÂN TÍCHTHỰC PHẨM 2CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU TRONG PHÂN TÍCH THỰCPHẨM 12CHƯƠNG 3 CÁC KỸ THUẬT CHUẨN BỊ MẪU TRONG PHÂN TÍCHTHỰC PHẨM 23CHƯƠNG 4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯƠNG NƯỚCTRONG THỰC PHẨM 71CHƯƠNG 5 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PROTEINTRONG THỰC PHẨM 86CHƯƠNG 6 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GLUXIT TRONG THỰC PHẨM 107CHƯƠNG 7 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LIPID 122

1

CHƯƠNG 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG TRONG PHÂN TÍCH

THỰC PHẨM

1.1. VAI TRÒ PHÂN TÍCH THỰC PHẨM

• Việc kiểm nghiệm chất lượng thực phẩm nói riêng

và và sản phẩm nói chungphục vụ cho rất nhiều mục đích, như là:

• Đối với công tác kiểm tra, cấp giấy chứng nhận chất lượng thì việc kiểm nghiệm chất lượng để đưa đến quyết định chấp nhận lô hàng hoặc từ chối cấp chứng nhận cho lô hàng.

• Trong sản xuất, quản lý chất lượng, nghiên cứu phát triển sản phẩm: đánh giá chất lượng sản phẩm

là để nhận biết mức chất lượng của sản phẩm đạt được so với tiêu chuẩn qui định (về cảm quan, thành phẩm dinh dưỡng và vi sinh) nhằm điều chỉnh những sai xót, tìm hiểu nguyên nhân gây ra,

để có biện pháp chấn chỉnh kịp thời đảm bảo chất lượng sản phẩm.

 Kiểm nghiệm còn nhằm xác định chính xác chất lượng sản phẩm, trên

cơ sở đó phân loại, xếp hạng sản phẩm đúng yêu cầu của từng mặthàng

 Cung cấp số liệu về chất lượng thực phẩm phục vụ cho công tác quản

lý nhà nước

 Người ta đã đưa ra nhiều phương pháp để đánh giá các khía cạnh khácnhau về chất lượng sản phẩm Một số phương pháp chỉ thích hợp chomục đích này mà không thích hợp cho mục đích khác

 Tùy theo yêu cầu kiểm tra mà người ta chọn phương pháp thích hợp đểđạt được độ tin cậy cao nhất Các phương pháp kiểm nghiệm đã được

áp dụng bao gồm: phương pháp cảm quan, phương pháp hoá học,phương pháp vi sinh vật

1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRONG PHÂN TÍCH THỰC

PHẨM

Phân tích thực phẩm phải xuất phát từ việc lựa chọn phương pháp phântích Vì thế, lựa chọn phương pháp là mắt xích đầu tiên trong quy trình phântích, nó có ý nghĩa quan trọng

Hiện nay, các phương pháp định lượng được sử dụng trong phân tích đượcchia thành hai nhóm phương pháp đó là nhóm các phương pháp hóa học (gọitắt là phương pháp hóa học) và nhóm các phương pháp hóa lý (gọi tắt làphương pháp hóa lý)

Những tiêu chí được sử dụng để lựa chọn phương pháp phân tích bao gồm:

Phương pháp hóa học còn được gọi là phương pháp cổ điển không chỉ vì

nó là phương pháp dựa trên phản ứng hóa học để định lượng cấu tử mà đó còn

là nhóm những phương pháp được sử dụng sớm hơn so với những phươngpháp hóa lý

3

Phương pháp hóa học lại được chia thành hai phương pháp nhỏ đó làphương pháp khối lượng và phương pháp thể tích thông qua việc cân hay đochính xác khối lượng hay thể tích cấu tử hay thuốc thử cần xác định Phươngpháp hoá học được sử dùng để phân tích xác định hàm lượng lớn (đa lượng)của các chất, thông thường lớn hơn 0.05%

Phương pháp phân tích khối lượng: dựa vào việc cân sản phẩm tạo thành

sau quá trình thực hiện phản ứng tạo kết tủa từ đó xác định hàm lượng cấu tửcần phân tích như:

 Phương pháp bay hơi

 Phương pháp kết tủa

Phương pháp phân tích thể tích: Dựa vào việc đo chính xác thể tích dung

dịch thuốc thử có nồng độ chính xác để tính hàm lượng cấu tử cần phân tíchbao gồm:

 Phương pháp chuẩn độ axit – bazo

 Phương pháp chuẩn độoxy hóa – khử

 Phương pháp chuẩn độ kết tủa

 Phương pháp chuẩn độ phức chất

Cơ sở chung của phương pháp phân tích thể tích:

 Dựa vào bản chất của phản ứng để xây dựng phương pháp

 Sử dụng những lý thuyết liên quan để xây dựng phương pháp

 Dùng định luật đương lượng làm cơ sở việc tính toán

 Dùng chất chỉ thị màu để nhận biết điểm cuối

Các quá trình trong phương pháp thể tích chủ yếu là thao tác bằng tay và sựquan sát bằng mắt của người thực hiện nên sự mất mát xảy ra là tương đối lớn

vì vậy để tránh sai số thì lượng phân tích thường lớn Để xác định điểm tươngđương người ta dùng chất chỉ thị màu cho vào vì vậy, độ nhạy của phươngpháp không cao

1.2.2. Phương pháp hóa lý

Phương pháp hóa lý còn được gọi là phương pháp hiện đại Phương phápnày được sử dụng khi cần yêu cầu độ chính xác cao, yêu cầu tốc độ phân tíchnhanh chống hoặc khi hàm lượng cấu tử cần phân tích nhỏ Cơ sở của phươngpháp dựa trên tính chất hóa lý của cấu tử để xác định chúng

Phương pháp hóa lý được phân chia dựa trên tính chất được sử dụng để xácđịnh cấu tử đó là: phương pháp quang phổ, phương pháp điện, và phươngpháp sắc ký

Trong giáo trình này, chúng tôi chỉ đề cập đến phương pháp quang phổ UV– Vis trong phân tích định lượng

1.3. PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ

Phương pháp quang phổ là phương pháp hóa lý, dựa trên sự tương tác giữabức xạ điện từ và vật chất (nguyên tử, phân tử) Khi có sự tương tác với vậtchất, bức xạ điện từ sẽ hấp thụ hoặc phát xạ mà bức xạ được ứng dụng trongthiết bị quang phổ hấp thụ hay quang phổ bức xạ tương ứng

Bức xạ điện từ bao gồm một dải các sóng điện từ có bước sóng dao độngtrong một khoảng rộng từ bước sóng rất nhỏ như tia gamma (λ = 10-16 – 10-8m)đến bước sóng rất dài như sóng radio (λ = 100 – 108m) Bức xạ điện từ là tổhợp dao động của điện trường và từ trường vuông góc nhau, lan truyền trongkhông gian như sóng ngang Do vậy mà bức xạ điện từ vừa có bản chất củasóng, lại vừa mang bản chất của hạt

5

Hình 1.1 Bước sóng dải bức xạ điện từ

Năng lượng phân tử hay nguyên tử là tổng các dạngnăng lượng:

E = Eđt+Edđ+ Eq

 Eđt: Năng lượng điện tử của phân tử

 Edđ: Năng lượng do những dao động gây bởi tươngtác giữa các nguyên

đó điện tử sẽ dịch chuyển lên trạng thái có năng lượng lớn hơn gọi là trạngthái kích thích

Như vậy khi xảy ra tương tác, năng lượng của phân tử sẽ thay đổi (ΔE≠0,với ΔE=E2-E1).Nếu năng lượng phân tử thay đổi thì phân tử hấp thu (nếuΔE>0) hoặc bức xạ năng lượng (nếu ΔE<0) Mỗi phân tử chỉ hấp thu hay phát

xạ chọn lọc các bức xạ điện từ có tần số hay bước sóng nhất định Là đâychính là cơ sở của phương pháp quang phổ nói chung

Các dạng chuyển dịch điện tử: , , ,

Hình 1.2 Các dạng chuyển mức điện tử

Chuyển mức

Sự chuyển vị của electron trong liên kết σ của các hợp chấthữu cơ từorbital liên kết σ lên phản liên kết σ*.Sự chuyển vị này đòi hỏi năng lượng khálớn, vìvậy quá trình chuyển vị nằm trong vùng tử ngoại xa Đó là vùng cóbước sóng ngắn, năng lượng lớn

Chuyển mức n → σ*

Sự chuyển vị của các điện tử từ obital n lên cácorbital σ* trong các nguyên

tử như O, N, S Chuyển mức này xảy ra ở vùng phổ tử ngoại gần có nănglượng khônglớn Sự dịch chuyển này dao động ở 180nm với alcol còn vớidẫnxuất halogen của nó là 190nm Đối với các aminlà 220nm Cụ thể: Ete cóλmax= 190nm (ε =2000), Metanol có λmax= 183nm (ε =50), Etylamin có λmax=

210 nm (ε =800)

Chuyển mức n→ π*

Điện tử từ orbital không liên kết n lên orbital phản liênkết π*.Đây là quátrình thường xảy ra trong phân tử có một nguyêntử chứa điện tử không liên kếtnhư ở những phân tử chứanhóm chức cacbonyl (C=O) và bước sóng hấp thu

7

270nm- 295nm Bản chất của các dung môi có ảnh hưởng đến bước sónghấpthu vì nó tác động đến liên kết trong phân tử.

Chuyển mứcd→d

Sự chuyển mức xảy ra ở các orbital d, nhất là ở các kimloại vùng chuyểntiếp Các phối tử có cặp điện tử tự do tham gia lai hóa vớinhững orbital nàychuyển điện tử vào các orbital này gâyra sự chuyển mức.Màu tạo ra của cácphức làm cho phức có khả năng hấpthu những bước sóng ở vùng khả kiến.Những yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển mức: sự liên hợp, dung môi, pH

 Ảnh hưởng của dung môi

Bước sóng hấp thu và cường độ hấp thu của các hợpchất chịu ảnh hưởngcủa dung môi.Sự tác động của những dung môi khác nhau lên cácphân tử làmthay đổi mức năng lượng giửa các trạng tháikích thích và cơ bản.Sự tác độngcủa dung môi lên phân tử làm sinh rachuyển dịch xanh và chuyển dịch đỏ

 Chuyển dịch xanh

Là hiện tượng hấp thu bức xạ của các hợp chấthữu cơ có bước sóngngắn hơn trong những dungmôi có tính phân cực cao Hiện tượngnày được tìm thấy ở quá trình chuyển dịch n→π* của nhómcacbonyl.Nguyên nhân là do sự làm bền trạng thái n củadung môi

 Chuyển dịch đỏ

Là hiện tượng các hợp chất hữu cơ có xu hướnghấp thu những bức

xạ có bước sóng dài hơntrong những dung môi có độ phân cực caohơn Hiện tượng được tìm thấy ở các phân tử hữu cơmà trong cấutrúc phân tử của nó có sự liên hợp.Nguyên nhân của hiện tượng này

là do:

o Khi mạch C càng dài thì hiệu ứng liên hợp càng tăng, dẫn tới

độ lệch năng lượng giữa hai trạng thái giảm

o Trong phân tử hữu cơ có hiệu ứng liên hợp càng dài thì bướcsóng hấp thu càng giảm

1.3.1. Phương pháp quang phổ UV – Vis

Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis hay còn gọi là phươngpháp trắc quang – so màu Đây là phương pháp dựa trên hiện tượng hấp thụbức xạ UV-Vis của các phân tử

Sự hấp thụ năng lượng điện tử trong vùng sóng ánh sáng tử ngoại gần(190-400nm) và khả kiến (400-780nm) của các chất gây ra sự chuyển dịch củacác điện tử từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích Biểu đồ biển diễn sựtương quan giữa cường độ hấp thu theo bước sóng của một chất được gọi làphổ UV-Vis của chất ấy trong điều liện xác định

Hình 1.3 Sự hấp thu ánh sáng trong vùng khả kiến

9

Định lượng cấu tử bằng phương pháp quang phổ UV – Vis được dựa trên

cơ sở định luật Lambert – Beer

 Khi chiếu bức xạ đơn sắc có cường độ ban đầu I0vào môi trường vật chấtthì cường độ tia sáng giảm còn lại I Khi đó: I< I0do

 Bị hấp thubởi môi trường vật chất IA

 Với A = lg(Io/I) : độ hấp thu

 T = I/Io: độ truyền suốt

1.3.2. Cấu tạo thiết bị quang phổ UV – Vis

Bao gồm các bộ phận sau đây:

1.3.3. Ứng dụng phương pháp quang phổ trong định lượng

Để sử dụng phương pháp quang phổ trong định lượng cấu tử cần chuyểncấu tử cần phân tích về dạng hợp chất có khả năng hấp thu bức xạ điện từvùng UV-Vis Lưu ý rằng hợp chất này phải nằm ở dạng hòa tan trong dungdịch Sau đó, tiến hành đo sự hấp thu bức xạ điện từ của hợp chất tạo thành đểtính toán hàm lượng chất cần xác định thông qua các phương pháp: phươngpháp trực tiếp, phương pháp so sánh, phương pháp đường chuẩn, phương phápthêm chuẩn Sau đây chúng tôi xin giới thiệu phương pháp đường chuẩn trongđịnh lượng cấu tử

 Bước đầu tiên, cần chuẩn bị dung dịch mẫu Cx và một loạt dung dịchchuẩn có nồng độ tăng dần (thông thường là 5 nồng độ chuẩn: C1, C2,C3, C4, C5) Loạt dung dịch chuẩn này phải nằm trong vùng tuyến tínhgiữa độ hấp thu và nồng độ

 Bước thứ 2, tạo phức màu và đo độ hấp thu của mẫu và dãy chuẩn trongcùng điều kiệnAx và A1, A2, A3, A4, A5

 Bước thứ 3, Xây dựng đường chuẩn của độ hấp thu theo nồng độ dungdịch chuẩn Và cuối cùng, từ phương trình đường chuẩn và độ hấp thucủa mẫu ta sẽ tính toán được nồng độ cấu tử (Cx) cần tìm trong mẫu

11

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU TRONG PHÂN TÍCH THỰC

Tùy thuộc vào đặc tính riêng biệt của lô sản phẩm mà có những quy địnhcho việc lấy mẫu khác nhau Không thể đưa ra những quy tắc cụ thể cố địnhcho mọi tình huống mọi sản phẩm

Việc áp dụng kỹ thuật lấy mẫu trong quá trình phân tích phản ảnh đúng haysai về thực tế chất lượng của sản phẩm mà mẫu đó đại diện, từ đó đưa ra

những quyết định ảnh hưởng đến quyền lợi của nhà cung cấp, doanh nghiệphoặc người tiêu dùng cũng như sức khỏe của cộng đồng.

Căn cứ để lập phương án kiển tra là chuẩn mực chấp nhận (cỡ mẫu, cácthông tin khác) Để xác định cỡ mẫu ta căn cứ vào: cỡ lô, mức độ phức tạp vànguồn kinh phí, tầm quan trọng của sản phẩm, các thông tin khác và bậc kiểmtra

2.1.2. Một số khái niệm trong lấy mẫu

Lô hàng đồng nhất: lô hàng bao gồm những sản phẩm cùng tên gọi, cùngloại về chất lượng, cùng khối lượng đựng trong bao bì cùng kiểu, được sảnxuất cùng một công nghệ, sản xuất trong cùng một thời gian (tuỳ theo sự thỏathuận người có hàng và người kiểm nghiệm), do cùng một cơ sở sản xuất vàđược xác nhận cùng một lần

Đơn vị chỉ định lấy mẫu: đơn vị chứa trong lô hàng đồng nhất mà ta tiếnhành lấy mẫu ở đó

Mẫu ban đầu: mẫu lấy ra từ một đơn vị chỉ định lấy mẫu, nó đại diện chosản phẩm trong đơn vị chứa đó

Mẫu chung: tập hợp các mẫu ban đầu của lô hàng đồng nhất

Mẫu thử trung bình: mẫu lấy ra từ một phần của mẫu chung sau khi đã trộnđều Mẫu này đại diện cho sản phẩm của lô hàng đồng nhất, nó được dùng đểkiểm nghiệm tất cả các chỉ tiêu chất lượng lô hàng

Mẫu thử hoá học:mẫu lấy ra từ một phần của mẫu thử trung bình để tiếnhành kiểm nghiệm các chỉ tiêu hóa học của sản phẩm

Mẫu thử cảm quan: mẫu lấy ra từ một phần của mẫu thử trung bình để tiếnhành kiểm nghiệm các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm

2.1.3. Lấy mẫu và gửi mẫu

Những yêu cầu khi lấy mẫu cần phải thực hiện một số qui định sau đây:

13

 Mẫu thực phẩm phải có đủ tính chất đại diện cho cả lô hàng thực phẩmđồng nhất.

 Trước khi lấy mẫu cần kiểm tra tính đồng nhất của lô hàng, xem xét cácgiấy tờ kèm theo, đối chiếu nhãn trên bao bì, để riêng các sản phẩm cóbao bì không còn nguyên vẹn (rách, thủng, vỡ, mất nhãn ) phân chia sốcòn lại thành lô hàng đồng nhất

 Số đơn vị chỉ định lấy mẫu của từng lô hàng đồng nhất được qui địnhnhư sau:

 Nếu lô hàng đồng nhất từ 1 đến 3 đơn vị chứa: số đơn vịchỉ định lấy mẫu là tất cả các đơn vị chứa trong lô hàng

 Nếu lô hàng đồng nhất từ 4 đơn vị chứa mẫu trở lên: sốđơn vị chỉ định lấy mẫu được tính theo công thức:

Trong đó:

 C là số đơn vị chỉ định lấy mẫu

 n: số đơn vị chứa của lô hàng

 K: hệ số phụ thuộc vào dạng sản phẩm và đơn vị chứa trong lôhàng (K ≤ 1)

 K = 1 khi số đôn vị chứa trong lô hàng không quá lớn

 K < 1 khi số đơn vị chứa trong lô hàng lớn

Nếu số dư của phép khai căn lớn hơn phần khai căn thì C = K*n, + 1 (n, làphần nguyên đã được khai căn)

 Khối lượng mẫu chung của các mặt hàng được qui định cụ thể theo từngloại sản phẩm nhưng không được ít hơn mẫu thử trung bình qui địnhnhư phần dưới đây

 Khối lượng mẫu ban đầu bằng khối lượng mẫu chung chia cho số đơn

vị chỉ lấy mẫu

Khi lấy mẫu ban đầu cần chú ý đến trạng thái, tính chất của sản phẩm Phảilấy ở nhiều vị trí khác nhau trong đơn vị chứa và trong lô hàng Cụ thể nhưsau:

Đối với sản phẩm ở thể rắn

 Cần chú ý sự không đồng đều về kích thước sản phẩm, cần phải lấy

cả sản phẩm có kích thước lớn và kích thước bé Thường ta tiếnhành chia điểm để lấy mẫu tuỳ theo hình dạng của đơn vị chứa sảnphẩm

 Khi lấy mẫu ở thể rắn đựng trong toa xe, thùng xe (thùng có dạnghình hộp chữ nhật) hay đổ thành đống hình nón, ta chia điểm lấymẫu như hình sau:

Hình 2.1 Những điểm lấy mẫu rắn khi mẫu ở dạng đống hay trên thùng

Đối với sản phẩm ở thể lỏng

 Nếu sản phẩm được chứa trong thùng, bể thì cầnphải khuấy đều,dùng ống cao su sạch khô, cắm vào các điểm đã chia để hút lấy mẫu

15

Hình 2.2 Những điểm lấy mẫu khi mẫu ở dạng lỏng

 Chia điểm khi lấy mẫu chất lỏng:

 Nếu lấy mẫu trên đường vận chuyển, thì thường ta lấy ở vòi chảy ra:

mở vòi cho chất lỏng chảy ra 5 phút rồi mới hứng để lấy mẫu Khi lấycủng phải lấy ở nhiều thời gian khác nhau

Hình 2.3 Mô tả lấy mẫu trên đường ống

 Đối với sản phẩm vừa ở thể rắn vừa ở thể lỏng không đồng nhất thìkhi lấy mẫu, lấy ở các vị trí khác nhau nhưng phải lấy cả phần rắn, cảphần lỏng theo đúng tỷ lệ của chúng trong sản phẩm

 Đối với sản phẩm sệt đồng nhất, khuấy kỹ và lấy mẫu đều ở các vị tríkhác nhau

 Đối với sản phẩm được đóng trong hộp, chai, lọ hoặc bao gói trongtúi thì lấy mẫu ở trong bao gói.

Tập trung mẫu ban đầu lấy được từ các đơn vị chỉ định lấy mẫu cho vàodụng cụ sạch, khô, trộn đều thành mẫu chung

Mẫu thử trung bình được lấy tư mẫu chung Khối lượng mẫu thử trungbình được qui định riêng cho từng sản phẩm, nhưng phải đủ để tiến hành phântích các chỉ tiêu cần xác định (mỗi chỉ tiêu riêng biệt cần tiến hành 3 lần songsong) và mẫu lưu theo qui định phần dưới đây Sau khi đã lấy xong mẫu trungbình, lượng mẫu chung còn lại phải được trả lại lô hàng

Chia mẫu thử trung bình làm 3 phần, tiến hành bao gói, bảo quản theo quiđịnh của từng loại sản phẩm, không được làm cho tính chất chỉ tiêu cần xácđịnh bị thay đổi Trong đó:

 Hai phần mẫu được gởi ngay đến phòng thí nghiệm, kèm theo phiếughi nội dung sau:

 Tên cơ quan chủ quản của đơn vị sản xuất

 Tên cơ sở sản xuất

 Tên và loại sản phẩm

 Số hiệu và khối lượng lô hàng

 Khối lượng mẫu gởi đến kiểm tra

 Ngày, tháng, năm lấy mẫu

 Lý do lấy mẫu

 Yêu cầu kiểm tra các chỉ tiêu gì

 Họ tên chức vụ người lấy mẫu

 Trong hai phần mẫu gởi tới kiểm nghiểm thì một phần dùng để kiểmnghiệm còn một phần lưu lại phòng thí nghiệm

 Phần mẫu thử còn lại được giữ tại cơ sở làm đối chứng khi có khiếunại

17

 Thời gian lưu mẫu không được quá thời gian bảo hành qui định chotừng loại sản phẩm.

Khi tiến hành lấy mẫu cần lưu ý:

 Dụng cụ đựng mẫu thử có thể là bao bì ban đầu của sản phẩm, hoặcđược đóng gói trong những dụng cụ không làm ảnh hưởng đến sảnphẩm, tốt nhất là trong những chai, lọ thuỷ tinh sạch có nút nhám

 Trường hợp mẫu phải gởi đi xa để kiểm nghiệm hoặc có nghi vấn,tranh chấp, phải đóng gói cẩn thận, phía ngoài dán niêm phong cóđóng dấu, hoặc kẹp dấu xi cẩn thẩn tránh trường hợp mẫu bị đánh tráo

 Thực phẩm dể bị hư hỏng phải gởi mẫu gấp nhanh đến nơi kiểmnghiệm trong thời gian thực phẩm còn tốt

2.1.3.1 Nhận mẫu

Mẫu trung bình khi gởi tới phòng kiểm nghiệm cần tiến hành trình tựnhững công việc sau:

 Kiểm tra xem bao bì có hợp lệ không

 Kiểm tra lại phiếu gửi kiểm nghiệm, biên bản lấy mẫu, nhãn dán, xácđịnh loại thực phẩm

 Xác định yêu cầu thực nghiệm

 Ghi sổ nhận mẫu với những lời chỉ dẫn cần thiết

 Tiến hành kiểm nghiệm Trường hợp có nhiều mẫu hàng chưa kiểmnghiệm được ngay một lúc thì phải bảo đảm điều kiện bảo quản đểthực phẩm không bị thay đổi cho đến khi nghiểm kiểm

 Nếu mẫu không phù hợp phải lấy giấy tờ kèm theo hoặc bị mất dấuniêm phong, mất bì thì không được nhận mẫu để phân tích

 Chuẩn bị mẫu thử hóa học

 Mẫu thử là các hải sản tươi, khô, ướp màu tối phải loại bỏ các phầnkhông ăn được: đầu, vẩy, da, vỏ, nội tạng, xương, nhưng không rữa

Sản phẩm ướp đông phải làm tan băng trong không khí ở nhiệt độtrong phòng đến khi nhiệt độ của sản phẩm đạt 50C Tuỳ theo kíchthước (khối lượng) của sản phẩm để tiến hành xử lý mẫu như sau:

 Sản phẩm có khối lượng nhỏ hơn 30 gam: xay nguyên con Riêngtôm phải bóc vỏ, bỏ đầu mới xay nguyên con

 Sản phẩm có khối lượng từ 30 đến 500 gam, chỉ lấy phần thịt không

có xương, da

 Sản phẩm có khối lượng trên 500 gam: sau khi mổ, loại bỏ nội tạng,tách da, tách xương, chỉ lấy phần thịt một bên (bên phải hoặc bêntrái) Trong trường hợp phần thịt một bên có khối lượng lớn hơn 500gam thì tiến hành cắt thành từng khía ngang thân có chiều dài 2 tới 4

cm và cứ lấy một khúc loại bỏ một khúc

 Mẫu là các loại mắm:

 Đối với mắm loại sệt có phần nước và phần cái đồng nhất (mắmtôm, mắm ruốt, mắm chua) trước khi lấy mẫu phân tích hoá họcphải khuấy đều

 Đối với các loại mắm mà phần cái và phần nước không đồng nhấtnhư cá muối phải lọc qua màng vải tách riêng cái và nước rồi xử

lý như sau:

o Phần nước: lọc kỹ qua giấy lọc vào bình tam giác có dung tích

250 ml sạch và khô, dùng ống hút lấy chính xác 10 ml dịch đãlọc và chuyển vào bình định mức 250 ml, thêm nước cất đếnvạch mức, lắc đều: dung dịch dùng để phân tích những chỉtiêu hoá học và chỉ được sử dụng trong thời gian 4 giờ kể từkhi pha loãng

19

o Phần cái: nếu là phần cái của các sản phẩm muối mặn, xử lýnhư sản phẩm là hải sản tươi, khô, ướp muối như đã nói ởtrên.

o Nếu phần cái là các dạng mắm khác: nghiền nhuyễn, trộn đều

và chia làm hai phần: một phần để xác định các chỉ tiêu hóahọc, phần còn lại dùng nước cất trích ly ra hai lần: lần 1 tỷ lệnước cất và cái tỷ lệ 1:1 (theo khối lượng), lần 2 tỷ lệ 0,5: 1.Sau đó tập trung dịch lọc hai lần lại, đo thể tích rồi tiến hànhxác định thành phần hoá học của phần cái hoà tan trong nước

 Đối với các loại mắm chế biến từ nguyên liệu thuỷ sản

xử lý như phần lỏng ở trên

 Đối với đồ hộp thủy sản:

 Đối với đồ hộp có phần cái và nước riêng biệt: kiểm nghiệm phầncái riêng, phần nước riêng.Phần cái được xử lý như ở phầntrước.Phần nước dùng để xác định hàm lượng những chất có khảnăng trao đổi và hoà tan trong chất lỏng (xác định độ axit, kimloại hòa tan, H2S ) nhưng thời gian xác định không được sớmhơn 15 ngày kể từ ngày xuất xưởng

 Đối với các loại đồ hộp đặc, ướp đông (có ít nước) Có thể gạnphần nước (thường là rất ít) vào chén sứ Phần cái được xử lý nhưphần ở trên, sau đó lại cho phần nước vào và trộn đều cho đến khitất cả thành một khối đồng nhất

 Các mẫu thử được chuẩn bị theo những phương pháp xử lý ởtrên, nhanh chóng được xay nhỏ hai lần qua máy xay thịt có sàngvới đường kính lỗ sàng từ 2 đến 3 mm Trộn đều và lấy từ 150đến 200 g cho vào lọ thủy tinh miệng rộng có nút mài.Có thể

dùng dao, kéo cắt mẫu thử và nghiền nhỏ trong cối sứ hoặc thủytinh.

 Mẫu thử sau khi chuẩn bị xong, trong điều kiện bình thường phảitiến hành phân tích ngay trong vòng 4 giờ kể từ khi chuẩn bị mẫuthử

 Khi xác định độ ẩm của thực phẩm nếu nghiền mẫu quá nhiều thì nước

sẻ mất vì vậy khi thao tác phải thật nhanh, nghiền xong phải đem đixác định ngay Dụng cụ để lấy mẫu và nghiền mẫu không được làmthay đổi tính chất hóa học của mẫu

Ngoài ra, có thể tham khảo các cách lấy mẫu cho từng sản phẩm thực phẩm

cụ thể sau :

 Lấy mẫu kẹo (theo TCVN 4067 :1985)

 Lấy mẫu đường (theo TCVN 4837 :1989)

 Lấy mẫu khoai tây (theo TCVN 4999 :1989)

 Lấy mẫu rau quả tươi (theo TCVN 5102 : 1990)

 Lấy mẫu rau quả chế biến (theo TCVN 5072 : 1990)

 Lấy mẫu gia vị (theo TCVN 4886 :1989; 4889 :1989)

 Lấy mẫu cà phê nhân (theo TCVN 5702 :1993)

 Lấy mẫu sản phẩm sữa (theo TCVN 5531 : 1991; 6266 : 1997;

6267 :1997; 6400 :1998)

 Lấy mẫu thịt và các sản phẩm thịt (theo TCVN 2833-1 :2002)

21

2.2. Phương pháp lấy mẫu

2.2.1. Phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên

Thường sử dụng khi lô hàng có số lượng nhỏ, được phân bố trong mộtphạm vi hẹp như nhà kho Mẫu được lấy ở những vị trí bất kỳ Mỗi cá thểtrong lô hàng được chọn vào mẫu với cùng một xác suất bằng nhau.Nếu nhưtổng số cá thể trong lô hàng là N, kích thước thước mẫu là n thì xác suất đó sẽbằng tỷ số giữa tổng số cá thể và kích thước mẫu Để thực hiện lấy mẫu bằngphương pháp này cần mã hóa các cá thể trong lô hàng bằng dãy số ngẫu nhiên.Khi đó, cá thể được chọn theo sự ngẫu nhiên của con số

Ưu điểm của phương pháp này là không cần nhiều thông tin về lô hàng, cóthể tính được sai số do chọn mẫuvà dễ dàng thực hiện các phương pháp thống

kê, kiểm định giả

2.2.2. Phương pháp lấy mẫu phi ngẫu nhiên

Phương pháp chọn mẫu phi ngẫu nhiên hay còn gọi là chọn mẫu phi xácsuất (non-probability sampling methods) Với phương pháp này các đơn vịtrong lô hàng không có khả năng bằng nhau để được chọn vào mẫu nghiêncứu

Phương pháp này được sử dụng khi đó, mỗi cá thể được lựa chọn vào mộttheo một cách thuận tiên, sẵn có và dễ tiếp cận do nhanh và chi phí thấp Được

sử dụng trong nghiên cứu khám phá, để xác định ý nghĩa thực tiễn hoặc đểkhảo sát sơ bộ

CHƯƠNG 3. CÁC KỸ THUẬT CHUẨN BỊ MẪU TRONG PHÂN TÍCH

THỰC PHẨM

Xử lý mẫu trong phân tích thực phẩm là khâu hết sức quan trọng, mộttrong những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả phân tích.Tuỳ đốitượng mẫu, tuỳ từng chỉ tiêu phân tích mà phải có cách xử lý khác nhau

3.1. YÊU CẦU CHUNG CỦA CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ MẪU PHÂN TÍCH

3.1.1. Giới thiệu xử lý mẫu

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

Ví dụ: Hòa tan mẫu hợp kim Al trong axit HNO3 45% để được dung dịchxác định Al và các tạp kim loại trong hợp kim Al

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

 Pháhuỷ 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 Quá trình xử lý thường được tiến hành tại phòng thí nghiệm trước khi thựchiện kiểm nghiệm Tuy nhiên, trong một số trườnghợp mẫu cần phải được xử

lý sơ bộ ngay trước khi mang mẫu về phòng thí nghiệm vì những mẫu này rất

dễ bị biến đổi khi lấy chúng ra khỏi lô hàng

3.1.2. Tại sao phải xử lý mẫu phân tích

Để đưa các chất cần xác định về một trạng thái thích hợp với phép đo, theophương pháp phân tích đã chọn

Các kết quả phân tích phải phản ánh và đại diện đúng cho đối tượng cầnnghiên cứu, theo dõi

23

Với bất kỳ một phương pháp xác định, mỗi chất phân tích chỉ có thể đượcxác định chính xác khi nó tồn tại ở một trạng thái nhất định và đồng nhất phùhợp 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 mà cần phải đưa các kim loại tồn tại trong mẫu về trạng thái ion hay hợpchất tan được trong dung dịch nước, sau đó mới xác định được chúng trongdung dịch này

Mẫu phân tích có nhiều chủng loại, rất đa dạng, từ loại có thành phần đơngiản đến loại có thành phần phức tạp Chúng có thể tồn tại ở các trạng tháikhác nhau như rắn từng cục, từng mảnh, hay lỏng, khí, huyền phù nên khôngthể cho nguyên mẫu như thế vào thiết bị phân tích để xác định được

Các chất cần xác định tồn tại ở trạng thái liên kết hoá học khác nhau, trongcác 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 hàmlượng của nó trong một tổ hợp phức tạp, bền vững và bị các nguyên tố, cácchất liên kết khác cản trở

Vì vậy muốn phân tích một đối tượng nào, chúng ta phải lấy mẫu, xử lýphù hợp để có được một trạng thái hay một dung dịch mẫu phân tích xác địnhcác 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 sẽ lựa chọn được biện pháp xử lý phùhợp cho chất phân tích Các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích đã và đang được sửdụng phổ biến hiện nay 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 trích ly (trích ly lỏng-lỏng, trích ly rắn-lỏng, trích ly rắn– khí )

3.2. KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA ƯỚT (XỬ LÝ ƯỚT)

3.2.1. Vô cơ hóa ướt bằng axit mạnh đặc nóng

3.2.1.1 Nguyên tắc và bản chất

Nguyên tắc chung

25

Dùng axit mạnh đặc và nóng (ví dụ HCl, H2SO4), hay axit mạnh, đặc vànóng có tính oxy hoá mạnh (HNO3, HClO4), hoặc hỗn hợp 2 axit (HNO3 +H2SO4), hay 3 axit (HNO3 + H2SO4 + HClO4), hoặc là 1 axit đặc và một chấtoxy hoá mạnh (H2SO4 + KMnO4), v.v để phân huỷ mẫu trong điều kiện đunnóng trong bình Kendan, trong ống nghiệm, trong cốc hay trong lò vi sóng Lượng axit cần dùng để phân huỷ mẫu thường gấp 10 - 15 lần lượng mẫu,tuỳ thuộc mỗi loại mẫu và cấu trúc vật lý hoá học của nó

Thời gian phân huỷ mẫu (xử lý) trong các hệ hở, bình Kendan, ốngnghiệm, cốc thường từ vài giờ đến hàng chục giờ, cũng tuỳ loại mẫu, bảnchất của các chất Còn nếu trong lò vi sóng hệ kín thì chỉ cần 50 - 90 phút

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

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

 Dùng 1 axit đặc: HCl, HF, H3PO4, H2SO4,

 Dùng 1 axit có tính oxy hoá: HNO3, H2SO4, HClO4,

 Hỗn hợp 2 axit: Cường thuỷ, (HCl+HNO3),(HNO3+H2SO4),(HF+H2SO4)

 Hỗn hợp 3 axit: (HCl + HNO3 + H2SO4), ( HNO3 + H2SO4 + HClO4)

 Hỗn hợp 1 axit và chất oxy hoá: (H2SO4+ KMnO4), (HNO3+H2O2)

 Hỗn hợp 2 axit và 1 chất oxy hoá mạnh: (HNO3+ H2SO4+ KMnO4)

 Dung dịch muối có pH nhất định: (KCl 1M, pH=5, NH4Ac 1M,pH=6)

Nhiệt độ dung dịch phân huỷ mẫu

Nhiệt độ sôi của hỗn hợp mẫu khi xử lý mẫu phụ thuộc vào nhiệt độ sôicủa dung dịch axit dùng để phân huỷ mẫu Khi cần nhiệt độ sôi cao thì phải

dùng dung dịch axit có nhiệt độ sôi cao (bảng 2.1) Trong hệ kín áp suất cao sẽtạo ra nhiệt độ sôi cao, tuỳ thuộc vào loại axit dùng để phân huỷ mẫu

Tất nhiên khi dùng hỗn hợp, thì nhiệt độ sôi của dung dịch axit hỗn hợp sẽphụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp axit ta dùng và nhiệt độ sôi của dungdịch phân huỷ sẽ nằm giữa nhiệt độ sôi của hai axit được trộn với nhau Vì thếvới các chất mẫu khó phân huỷ (khó xử lý) chúng ta phải dùng các axit và hỗnhợp axit có nhiệt độ sôi cao và tính oxy hoá mạnh

Bảng 3.1Nhiệt độ sôi của các dung dịch axit đặc

Với axit đơn Axit HCl HNO 3 H 2 SO 4 H 3 PO 4 HClO 4 HF

3.2.1.2 Các kỹ thuật vô cơ hóa ướt

Việc xử lý mẫu theo phương pháp ướt, có thể được thực hiện trong cácthiết bị và dụng cụ khác nhau

a Trong điều kiện thường

 Xử lý trong cốc thuỷ tinh, khi đun nóng trên bếp điện hay nồi cáchthuỷ

 Xử lý trong bình Kendan thường khi đun nóng

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

b 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 thíchhợp

 Ngâm hay luộc hộp mẫu trong nồi nước sôi, hay trong dầu sôi, v.v

c Xử lý mẫu trong lò vi sóng (trong hệ kín và hở)

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),

Trong các hệ nhiều bình và hoạt động theo chương trình lập 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 Hiện nay kỹ thuật xử lý ướt với axit đặc có tính oxy hoá mạnh trong bìnhkendan và trong lò vi sóng hệ kín đang được dùng nhiều nhất

3.2.1.3 Cơ chế và các tác nhân phân huỷ mẫu

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

 Tác dụng phá huỷ và hoà tan mẫu của axit,

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

 Sự khuếch tán đối lưu, chuyển động nhiệt và va chạm của các hạtmẫu với nhau làm chúng bị bào mòn dần

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

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 xảy ra:

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

 Quá trình oxy hoá khử làm thay đổi hoá trị, chuyển đổi dạng, làmtan vỡ các hạt vật chất mẫu, để giải phóng chất phân tích về dạngmuối tan

 Nếu xử lý mẫu hữu cơ phân tích kim loại, thì có sự đốt cháy, pháhuỷ các hợp chất hữu cơ và mùn tạo ra khí CO2 và nước, để giảiphóng các kim loại trong chất mẫu hữu cơ về dạng muối vô cơ tantrong dung dịch

29

 Tạo ra hợp chất dễ bay hơi, làm mất đi các anion trong phân tử chấtmẫu, 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 khôngtan và nhờ đó người ta tách được các chất phân tích và làm giàuchúng

Như vậy, trong quá trình xử lý mẫu ở đây cũng có thể có các phản ứng hoáhọc xảy ra như phản ứng oxy hoá khử, phản ứng thuỷ phân, phản ứng tạophức, phản ứng hoà tan, phản ứng kết tủa, v.v của các phần tử chất mẫu vớicác axit dùng để phân huỷ mẫu và các chất có trong mẫu với nhau Trong đóquá trình nào là chính hay phụ là do thành phần, chất nền, bản chất của chấtmẫu và các loại axit dùng để phân huỷ và hoà tan mẫu quyết định

Xử lý mẫu rau quả bằng hỗn hợp 2 axit (HNO 3 + H 2 O 2 trong bình Kendanđể xác định hàm lượng các kim loại nặng (Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) Quá trình được thực hiện như sau:

 Lấy 5.00 g mẫu đã nghiền mịn và trộn đều vào bình Kendan

 Bổ sung thêm 60 mL HNO3 65%, 5 mL H2O2 30%

 Cắm phễu nhỏ vào bình kendan, lắc đều và đun sôi nhẹ cho mẫuphân huỷ, đến khi được dung dịch trong không màu (6-8 giờ tuỳ loạimẫu)

 Chuyển mẫu sang cốc 250 mL, làm bay hơi hết axit bằng đèn IR đếncòn muối ẩm, để nguội, định mức bằng dung dịch HCl 2% thành 25mL

 Trong quá trình xử lý, các nguyên tố kim loại ở dạng các hợp chất cơkim của mẫu rau quả, sẽ bị axit đặc oxy hoá đưa các kim loại về các

muối vô cơ tan trong dung dịch nước theo phương trình tổng quátnhư sau:

(Mẫu) + HNO3 + H2O2 → Men(NO3)m + H2O + CO2+ NO2

(muối tan của kim loại )

3.2.1.4 Ưu nhược điểm và ứng dụng

 Ưu và nhược điểm:

 Hầu như không bị tổn thất các chất phân tích, nhất là trong lò visóng,

 Nhưng thời gian phân huỷ mẫu rất dài khi xử lýở điều kiện thường –

hệ hở,

 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 khi kết thúc quá trình xử lý nên dễ làm nhiễm bẩn,bụi vào mẫu, v.v

 Ứng dụng:

Ứng dụng chủ yếu của kỹ thuật xử lý ướt này là để xử lý mẫu xác định cáckim loại và một số phi kim hay anion vô cơ, như Cl- Br-, I-, AsO43-, SO42-,PO43-, SiO32… trong các mẫu sinh học, mẫu hữu cơ, mẫu vô cơ, mẫu môitrường, mẫu đất, mẫu nước, mẫu bụi không khí, mẫu kim loại, hợp kim, rauquả và thực phẩm, v.v

3.2.2. Kỹ thuật vô cơ hóa ướt bằng dung dịch kiềm mạnh đặc nóng

3.2.2.1 Nguyên tắc chung

Trong kỹ thuật này này, người ta thường dùng các dung dịch kiềm mạnh,đặc nóng (như NaOH, KOH 15 - 20%), hay hỗn hợp của kiềm mạnh và muốikim loại kiềm (như NaOH + NaHCO3), hay một kiềm mạnh và peroxit (nhưKOH + Na2O2), nồng độ lớn (10 - 20%), để phân huỷ mẫu phân tích trong điềukiện đun nóng trong bình Kendan hay trong hộp kín, hoặc trong lò vi sóng

31

Những thông số của quá trình:

 Lượng dung dịch: 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

 Nhiệt độ phân huỷ: nhiệt độ sôi của dung dịch kiềm Nó thườngtrong vùng 150 – 2000C

 Các quá trình xảy ra khi phân huỷ mẫu

Dưới tác dụng của kiềm và nhiệt độ, cả năng lượng vi sóng, có thể xảy racác quá trình sau:

 Phá vỡ cấu trúc của chất mẫu, chuyển các chất của mẫu vào dungdịch

 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 muối khác của chất phân tích để tách nó

ra khỏi mẫu ban đầu

 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 oxy hoá mạnh (NaOH + Na2O2),

 Hỗn hợp kiềm đặc nóng có chất khử (KOH + NaHSO3),

 Hỗn hợp kiềm mạnh và muối (NaOH + NaHCO3), (KOH + Na2CO3),

 Hỗn hợp kiềm, muối và peroxit (KOH + NaHCO3+ H2O2),

 Hỗn hợp kiềm, muối và peroxit kiềm (KOH + NaHCO3+ Na2O2)…

Quá trình phân huỷ

 Quá trình phân huỷ được thực hiện khi đun sôi dung dịch mẫu, trongmột 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 nhưtrong 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 huỷmẫu và đây là một yếu tố thúc đẩy sự phân huỷ xảy ra nhanh hơn Nghĩa là tácnhân phân huỷ mẫu ở đây là kiềm và nhiệt độ (năng lượng nhiệt) và nănglượng vi sóng, nếu dùng lò vi sóng

Ví dụ ứng dụng kỹ thuật vô cơ hóa ướt bằng kiềm đặc nóng: Hoà tan oxitnhôm bằng dung dịch NaOH 10% nóng: Lấy 0,5g mẫu dạng bột vào bìnhKendan, tẩm ướt bằng vài giọt nước cất, thêm 10 mL NaOH 10%, đun sôi đểhoà tan mẫu

Cơ chế ở đây là chuyển trạng thái tinh thể rắn oxit sang ion tan trong dungdịch là muối NaAlO2 và khí hydro theo phản ứng:

Al2O3 + NaOH → H2 + NaAlO2 + H2O

3.2.2.2 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

Ưu nhược điểm

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

33

Nhưng kỹ thuật này có một nhược điểm lớn là tốn rất nhiều kiềm tinh khiếtcao, thường phải dùng gấp từ 10 – 15 lượng mẫu, khả năng gây nhiễm bẩn dễxảy ra Lượng kiềm dư nhiều, sau khi xử lý xong thường phải loại hết, nhưngrất khó, chỉ bằng cách trung hoà bằng axit, song lại làm loãng mẫu và dễ dàngnhiễm bẩn, mất thời gian cô đặc mẫu Đây là một công việc rất khó khăn vàmất nhiều thì giờ và cũng hay làm nhiễm bẩn mẫu Vì thế kỹ thuật này chỉđược dùng cho một số trường hợp, mà cách xử lý bằng axit không đem lạihiệu quả.

Ví dụ phân huỷ mẫu xác định một số anion vô cơ, phi kim hay á kim, nhưcác chất: Cl1-, Br1-, NO31-, SO42-, PO43-… trong các đối tượng mẫu sinh học vàmột số mẫu thực phẩm không xử lý được bằng phương pháp axit

Phạm vi áp dụng: Kỹ thuậtnày thích hợp cho:

 Các hợp chất hay các mẫu tan tốt trong kiềm

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

3.3. KỸ VÔ CƠ HÓA KHÔ

3.3.1. Nguyên tắc và các quá trình xảy ra khi vô cơ hóa mẫu

3.3.1.1 Nguyên tắc

Kỹ thuật xử lý khô (vô cơ hóa khô) là kỹ thuật nung để xử lý mẫu trong lònung ở một nhiệt độ thích hợp (450 - 750oC), song thực chất đây chỉ là bướcđầu tiên của quá trình xử lý mẫu Vì sau khi nung, mẫu bã còn lại phải đượchoà tan (xử lý tiếp) bằng dung dịch muối hay dung dịch axit phù hợp, thì mớichuyển 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 củamẫu sẽ bị đốt cháy thành các hợp chất vô cơ

 Nhiệt độ nung

Nhiệt độ nung xử lý mẫu thường trong vùng 450 - 750 oC, tuỳ thuộc vàomẫu (chất nền và cấu trúc của nó) và các chất cần phân tích và đó là yếu tố

quyết định Nhưng phải đảm bảo đốt cháy được hết các chất hữu cơ và khônglàm mất chất phân tích Ví dụ khi nung xử lý các mẫu rau quả và thực phẩm ởnhiệt độ từ 500 – 550oC, để xác định các kim loại nặng, các kim loại kiềm vàkiềm thổ Song nếu không có chất phụ gia bảo vệ thì thường các nguyên tố

Cd, Pb, Zn có thể bị mất từ 10 - 15% mà chúng ta không khống chế được.Nhiệt độ nung thường phụ thuộc vào:

 Bản chất của chất mẫu và chất phân tích,

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

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

 Mỗi loại chất mẫu

 Mỗi chất phân tích

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

35

 Các loại chất phụ trợ (phụ gia)

Kỹ thuật tro hoá khô thường được dùng cho các mẫu hữu cơ, xử lý để xácđịnh các kim loại, và các mẫu quặng vô cơ có cấu trúc bền vững rất khó tantrong các axit mạnh Việc tro hoá cũng có thể được thực hiện khi có thêm chấtphụ gia, chất bảo vệ hay chất chảy Các chất bảo vệ và chất chảy thường hayđược dùng là:

 Các axit: HNO3, H2SO4, H3PO4,

 Một số muối: KNO3, Ca(NO3)2, Mg(NO3)2, LiBO2, Na2B4O7,

 Hỗn hợp axit và muối: (Mg(NO3)2+ HNO3), (HNO3 + H2SO4),

 Hỗn hợp kiềm và muối: (KOH + NaHCO3), (KOH + Na2SO4),

 Hỗn hợp muối và peroxit: (KHCO3 + Na2O2), (NaHCO3 + Na2O2),

 Hỗn hợp kiềm mạnh và peroxit: (NaOH + Na2O2), (KOH +Na2O2)

 Hỗn hợp kiềm, muối và chất oxyhóa (KOH + NaHCO3+ Na2O2)

 Hỗn hợp kiềm và muối pyrosnphat (KOH + Na2S4O7), v.v

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

3.3.1.2 Những quá trình xảy ra khi xử lý

Trong quá trình nung xử lý mẫu có thể có nhiều quá trình vật lý và hoá họcxảy ra, tuỳ theo bản chất, thành phần của mỗi loại mẫu và chất phụ gia đượcthêm vào, đó là các quá trình:

 Trước tiên làm bay hơi mất nước hấp thụ và nước kết tính trongchất 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 giảnhơn,

 Quá trình oxy hoá khử thay đổi hoá trị của nguyên tố trong các chấtmẫu,

 Giải phóng ra một số khí, như CO, CO2, SO2,

 Có một số tương tác hoá học của các chất với nhau, tương tác vớichất phụ gia thêm vào tạo ra các chất lúc đầu không có

Tất cả các quá trình đó đều góp phần làm tan vỡ cấu trúc ban đầu của cáchạt mẫu tạo ra tro bã mẫu, để sau đó hoà tan chất phân tích vào dung dịch axit

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

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 chấtphân 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 môitrường nung là không khí, hay trong khí trơ (Ar, N2, He, )

37

3.3.2. Thiết bị và dụng cụ để xử lý khô

Các thiết 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 đóđược 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:

 Thiết bị thông thường: Tủ sấy và lò nung các loại

 Thiết bị hiện đại: Các loại lò vi sóng và lò cao tần, v.v

Bảng 2.2 Các quá trình trong xử lý khô trong lò nung

Loại mẫu Phụ gia Nhiệt độ Sản phẩm sau khi nung

Đất sét KOH+Na 2 O 2 550-650 Na 2 SiO 3 +K 2 SiO 3 +H 2 O

Quặng Silicat KOH+Na 2 O 2 500-600 Na 2 SiO 3 +K 2 SiO 3 +H 2 O+MeX Quặng Ferrit 550-600 FeO+Fe 2 O 3 +SO 2 +H 2 O

Quặng CuS 550-600 CuO+SO 2 +H 2 O + Me n X m Dolomit 550-650 CaO+MgO+H 2 O+CO 2 + Me n X m LnCO 3 FxH 2 O 550-650 Ln 2 O 3 +CO 2 +HF+H 2 O +Me n X m Nhựa đường 550-650 Me x O y +CO 2 +SO 2 +H 2 O+Me n X m Thực phẩm KNO 3 +HNO 3 500-550 Me x O y +CO 2 +H 2 O+ K x X y +NO Rau quả KNO 3 +HNO 3 500-550 Me x O y +CO 2 +H 2 O+ K x X y +NO

Rau quả 500-550 Me x O y +CO 2 +H 2 O+Me n X m Chất hữu cơ 500-600 Me x O y + CO 2 + H 2 O + (NO x ) 3.3.3. Vô cơ 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 của năng lượng nhiệt thích hợp trong một thời gian nhấtđịnh, để phá vỡ cấu trúc tinh thể dạng ban đầu của mẫu phân tích, đốt cháychất hữu cơ, chuyển nó sang dạng các hợp chất khác đơn giản, dễ hoà tan tiếpbằng dung dịch axit hay bằng dung dịch kiềm nhằm đưa chất phân tích vàodung dịch, sau đó có thể xác định được chúng theo một phương pháp nhấtđịnh

39

Chẳng hạn: 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 từcho đến khi mẫu khô đen, rồi đem nung 3 giờ đầu ở nhiệt độ 450oC, sau đónâng lên 550oC, cho đến khi mẫu hết than đen, sẽ được tro mẫu trắng Hoà tantro thu được trong 12 - 15 mL dung dịch HCl 18% và 0.5 mL HNO3 65%, đunnhẹ cho tan hết, đuổi hết axit dư đến còn muối ẩm và định mức thành 25 mLbằng dung dịch HCl 2% Các nguyên tố Cd, Cu, Pb, Zn sẽ bị mất một ít (10 -15%) khi nung Phương pháp này thích hợp để xác định các kim loại nhóm I,

II và Fe, Mn, Ni

Theo cách này, thông thường một số nguyên tố trong mẫu sẽ có thể bị mấtkhi nung, như Cd (10 - 15%), Cu (7 - 12%), Pb (15 - 20%) Và hàm lượng bịmất đi này lại không kiểm soát và không khống chế được trong quá trìnhnung Sự mất này càng nhiều khi nung mẫu ở nhiệt độ càng cao, hay thời giannung càng lâu Như ví dụ 1 ở trên, nếu nung mẫu ở nhiệt độ 550oC, Cd, và Pb

sẽ mất từ 2 - 10%, khi ở 600oC, thì Cd và Pb sẽ mất đến 18 - 20% Đó là vấn

đề cần phải chú ý

3.3.4. Vô cơ 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 bộnhờ tác dụng của nhiệt độ thích hợp (500 - 600oC ), có thêm tương tác hỗ trợcủa chất phụ gia để hạn chế sự mất một số nguyên tố như cách nung khôngphụ 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 nósang 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 chấtphân tích Nhất là các mẫu có cấu trúc bền, chịu nhiệt, hay mẫu matrix hữu cơ,