ĐỀ CƯƠNG xử lí mẫu

Các quá trình xảy ra khi xử lí mẫu:- Sự phá vỡ mạng lưới cấu trúc của hạt chất mẫu, giảiphóng các chất ptích để đưa chúng vào dd dưới dạng muốitan - OXH-K làm thay đổi hóa trị, chuyển đổ

- Yêu cầu chung của quá trình xử lí mẫu:

+ Lấy được hoàn toàn và không làm mất chất phân tích

+ Không làm nhiễm bẩn thêm chát phân tích vào do bất cứnguồn nào

+ Kết quả xử lí phải phù hợp với phương pháp phân tích đãchọn

+ Dùng các hoá chất phải đảm bảo có độ sạch đúng mứcyêu cầu

+ Không đưa thêm các chất khác có ảnh hưởng vào mẫu.+ Có thể kết hợp tách hay làm giàu được các chất cần phântích trong quá trình xử lí mẫu thì càng tốt

Câu 2: PHƯƠNG PHÁP VÔ CƠ HÓA MẪU

2.1 Vô cơ hóa mẫu ướt

2.1.1 Dùng axit đặc nóng

a Nguyên tắc:

- Dùng axit mạnh, đặc, nóng để phân hủy mẫu phân tíchtrong điều kiện đun nóng trong bình Kendan, trong ốngnghiệm, cốc hoặc lò vi sóng

- Lượng dd cần dùng lớn gấp 5-15 lần lượng mẫu, tùy thuộcvào mỗi loại mẫu và cấu trúc lí hóa của nó

- Thời gian phân hủy mẫu trong ống nghiệm, cốc lớn từ vàigiờ đến vài chục giờ, trong lò vi sóng từ 30-50ph

b Các loại axit thường dùng:

- dùng 1 axít đặc:HCl, HF, H3PO4, H2SO4

- Dùng 1 axit đặc có tính OXH: HNO3, HclO4, H2SO4

- Dùng hỗn hợp 2 axit: HCl+ HNO3, HNO3+ H2SO4, HF+

H2SO4

- 3 axit: HCL+ HNO3+ H2SO4, HNO3+ H2SO4+ HclO4

- 1 axít + 1 chất OXH: H2SO4+ KmnO4, HNO3+ H2O2

- 2 axit+ 1 chất OXH mạnh: HNO3+ H2SO4+ KmnO4

- dd muối có pH nhất định( KCl 1M, pH=5, NH4Ac 1MpH= 6)

c Các quá trình xảy ra khi xử lí mẫu:

- Sự phá vỡ mạng lưới cấu trúc của hạt chất mẫu, giảiphóng các chất ptích để đưa chúng vào dd dưới dạng muốitan

- OXH-K làm thay đổi hóa trị, chuyển đổi dạng, làm tan vỡcác hạt chất mẫu, giải phóng chất ptích về dạng muối tan

- Nếu xử lí mẫu hữu cơ ptích KL thì có sự đốt cháy, pháhủy các hợp chất để giải phóng khí CO2 và hơi nước, đểgiải phóng KL trong mẫu về dạng muối vô cơ tan trong dd

- Tạo ra các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, làm mất đi cácanion trong ptử chất mẫu, làm mẫu bị phân hủy tạo ra cáchợp chất tan trong dd

- Sự tạo thành các hợp chất hay muối phức tan trong dungdịch

- Có thể tách chất ptích ra khỏi mẫu ban đầu ở dạng kết tủakhông tan và nhờ đó tách đc các chất ptich và làm giàuchúng

d Các trang thiết bị thường dùng:

- Cốc thủy tinh, bình Kendan, lò vi sóng, ống nghiệm, tủsấy, lò nung,

e Ưu nhược điểm và ứng dụng

* Ưu điểm: hầu như không bị mất chất ptích

* Nhược điểm:

- Trong đk thường, thời gian phân hủy mẫu dài

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

- Dễ bị nhiễm bẩn khi xử lí trong các hệ hở, do môi trườnghay axit dùng

- Phải đuổi axit dư lâu nên dễ nhiễm bụi bẩn vào mẫu

và đun nhẹ cho hết đen), để nguội và định mức thành 25mlbằng HCl 2% Đo bằng AAS, AES, ICP-OES hay ICP-MS

2.1.2.Vô cơ hóa mẫu ướt bằng kiềm đặc, nóng

a Nguyên tắc: giống dùng axít

b Các loại kiềm thường dùng :

- dd kiềm đặc 12-25% NaOH hay KOH

- dd kiềm đặc nóng có tính OXH mạnh: NaOH+ Na2O2

- hỗn hợp kiềm đặc nóng có chất khử: KOH+ NaHSO3

- hỗn hợp kiềm mạnh và 1 muối: NaOH+ NaHCO3,KOH+Na2CO3

- kiềm+ 1 muối và peroxit: KOH+ NaHCO3+ H2O2

- hỗn hợp kiềm, muối, peroxit kiềm: KOH+ NaHCO3+Na2O2

c Các quá trình xảy ra khi xử lí mẫu:’

- Phá vỡ cấu trúc của chất mẫu, chuyển các chất của mẫuvào dd

- Các chất của mẫu tương tác với kiềm tạo ra các sản phẩmtan đc

- 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 dd

- tạo ra các sp kết tủa mới khác của chất ptích để tách nó rakhỏi mẫu ban đầu

d Ưu nhược điểm và ứng dụng

* Ưu điểm: hầu như không làm mất chất phân tích, nhất là

có các hợp chất dễ bay hơi và các nguyên tố và các matrixcủa mẫu dễ tan trong kiềm

- Các hợp chất hay các mẫu tan tốt trong kiềm

- Xác định các anion vô cơ, phi kim hay á kim: Cl, Br,NO3, SO4, PO4, trong các đối tượng mẫu sinh học vàthực phẩm không xử lí đc bằng axit

e Ví dụ:

Hòa tan oxit nhôm bằng NaOH đặc nóng: lấy 0,5g mẫudạng bột cho vào bình Kendan, tẩm ướt bằng vài giọt nướccất, thêm 10ml NaOH 10% đun sôi để hòa tan mẫu Cơ chế:chuyển trạng thái tinh thể rắn oxit sang ion hòa tan trongdung dịch là muối NaAlO2 và khí Hidro theo p.ứ:

Al2O3 + NaOH -> H2 + NaAlO2 + H2O

2.2 Vô cơ hóa mẫu khô

a.Nguyên tắc

- Nung mẫu trong lò nung ở nhiệt độ thích hợp( 450-750độ) Sau khi nung mẫu bã còn phải đc hòa tan bằng dd muối

hay dd axit phù hợp để chuyển chất ptich trong tro và ddsau đó xác định nó theo phương pháp đã chọn Khi nungcác chất hợp chất của mẫu sẽ bị đốt thành CO2, nước và các

KL chuyển thành dạng muối hay oxit( tro mẫu)

b.Phân loại:

- Tro hóa mẫu có phụ gia: xử lí mẫu có thêm tương tác hỗtrợ của các chất phụ gia để hạn chế sự mất 1 số ntố Cácchất phụ gia thường là các chất chảy, muối kiềm, axit đặc.Nhiệt độ nung thường thấp hơn khi có chất chảy và phụ gia,

tg ngắn hơn, triệt để và k mất chất ptich

- Tro hóa mẫu không có phụ gia: chỉ xử lí mẫu sơ bộ nhờtác dụng của năng lượng nhiệt thích hợp trong 1 tg nhấtđịnh, chuyển mẫu sang 1 dạng hợp chất đơn giản, dễ hòatan tiếp băng axit hay kiềm

c Các loại chất phụ gia

- Các axit: HNO3, H2SO4, H3PO4 với nồng độ phù hợp

- 1 số muối: KNO3, Ca(NO3)2, Mg(NO3)2, LiBO2, Na2B4O7

-hh kiềm và muối:( KOH+ NaHCO3), ( KOH+ Na2SO4)

-hh axit và muối: ( Mg(NO3)2+ HNO3), ( HNO3+ H2SO4)

- hh muối và peroxit: ( KHCO3+ Na2O2), ( NaHCO3+

Na2O2)

- hh kiềm mạnh và peroxit: ( NaOH+ Na2O2), ( KOH+

Na2O2)

- hh kiềm, muối, chất OXH: KOH+ NaHCO3+ Na2O2

- hh kiềm và muối pyrpsnphat: KOH+ Na2S4O7

=> Tác dụng: - Bảo vệ các chất ptich k bị mất

- Góp phần làm cho mẫu phân hủy nhanh và triệt để hơn

d, Các trang TB thường dùng

- Chén nung thạch anh, sứ, graphit, platin, vàng, zirconi

- Bát nung thạc anh, sứ, KL( platin, vàng, zirconi

- Chén và bát Teflon chịu nhiệt

- Phá vỡ cấu trúc ban đầu của chất mẫu

- Chuyển dạng các hợp chất phức tạp của chất mẫu về dạngđơn giản hơn

- OXH-K thay đổi hóa trị của ntố trong các chất mẫu

- Giải phóng 1 số khí như CO, CO2, SO2,

- Có 1 số tương tác hóa học của các chất với nhau, tươngtác với phụ gia thêm vào, tạo ra các chât lúc đầu không có

f Ưu nhược điểm và ứng dụng

* Ưu điểm:

- Thao tác và cách làm đơn giản

- Không phải dùng nhiều axit đặc tinh khiết cao đắt tiền

- Xử lí triẹt để nhất là các mẫu nền hữu cơ

-dd mẫu thu đc sạch

* Nhược điểm: mất 1 số chất dễ bay hơi như Cd, Pb, Zn,

Sn, Sb nếu k có phụ gia và chất bảo vệ

* Ứng dụng:

Xử lí mẫu xác định các KL và 1 số phi kim trong các đốitượng mẫu vô cơ và hữu cơ

g Ví dụ:

Tro hóa mẫu khô rau quả để xác định kim loại( Na, K, Co,

Cu, Fe, ): lấy 5g mẫu đã nghiền mịn cho vào chén thạchanh, sấy từ từ cho mẫu khô đen rồi nung 3h đầu ở 450 độ,sau đó nâng lên 550 độ tro đến khi thu được tro trắng Hòatan tro trong 12-15ml HCl 18%( 1/1) và có 0,5ml HNO365%, đun nhẹ cho tan hết, đuổi axit dư đến còn muối ẩm vàđịnh mức bằng HCl 2%

2.3 Khô ướt kết hợp:

Quá trình 1: xử lí ướt

Quá trình 2: xử lí khô

1.Nguyên tắc chung:

• Mẫu được phân hủy trong chén hay cốc nung

• Trước tiên ta xử lí ướt sơ bộ bằng 1 lượng nhỏ axit vàchất phụ gia để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của cáchợp chất mẫu và tạo điều kiện giữ 1 số nguyên tố cóthể bay hơi khi nung sau đó mới nung ở nhiệt độ thíchhợp

• Lượng acit dùng bằng1/4 hay 1/5 lượng cần cho xử líướt Sau đó nung sẽ nhanh hơn và quá trình xử lí sẽtriệt để hơn xử lí ướt đồng thời hạn chế được sự mấtcủa một số kim loại khi nung

• Giảm bớt được các hoá chất(axit hay kiềm tinh khiếtcao ) khi xử lí ướt sau đó hoà tan tro mẫu sẽ thu đượcmẫu trong vì không còn chất hữu cơ và sạch hơn troướt bình thường - thích hợp cho các mẫu có nền là chấthữu cơ, xử lí để xác định kim loại hoặc 1 số phi kim

2 Trang thiết bị: Cốc chịu nhiệt, Lò nung :lò vi sóng

3 Ưu, nhược điểm

- Hạn chế được sự mất của 1 số chất phân tích dễ bay hơi

- Sự tro hoá triệt để,sau khi hoà tan tro còn lại có trongdung dịch mẫu trong

- Không phải dùng nhiều axit cao tốn kém

- Thời gian xử lí nhanh hơn tro hoá ướt

- Không phải đuổi axit dư lâu nên hạn chế được sự nhiễmbẩn - phù hợp cho nhiều loại mẫu khác nhau để xác địnhkim loại

4 Phạm vi ứng dụng

- Ứng dụng chủ yếu để xử lí mẫu cho phân tích cácnguyên tố kim loại và 1 số ion vô cơ: Cl -,Br-, SO4,PO4 Trong các mẫu sinh học , mẫu môi trường, mẫu vô cơ vàhữu cơ - không được đung cho xử lí mẫu để xác định cácchất hữu cơ

- Trong các phòng thí nghiệm bình thường không có trang

bị lò vi sóng thì cách xử lí này vẫn là 1 phương pháp thíchhợp ,đơn giản mà vẫn đảm bảo được kết quả tốt

5 Ví dụ:

Xử lí mẫu rau để xác định kim loại( Na, K, Ca, Cd, Co, Cr,

Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn): lấy 3g mẫu đã nghiền mịn vàochén nung, thêm 5ml HNO3 45% và 5ml Mg(NO3)2 5% trộnđều rồi sấy hay đun nhẹ trên bếp điện cho mẫu sôi và khôđến khi còn than than đen Sau đó nung lúc đầu ở 400-450

độ trong 3h, rồi nâng lên 550 độ đến hết than đen Hòa tantro thu được trong 20ml dung dịch HCl 1% và có thêm 1mlHNO3 65% đun cho nóng hòa tan, làm bay hơi hết axit dưđến khi còn muối ẩm, định mức bằng dung dịch HCl 2%thành 25ml

Câu 3: Phương pháp chiết

Chiết là quá trình tách lấy chất cần pt dựa trên sự phân bốkhác nhau của chất pt vào trong 2 pha( pha 1: dd chứa mẫu,pha 2: dung môi chiết hoặc chất chiết) chất pt tan tốt trong

2 pha hoặc hấp thụ tốt lên 2 pha do đó lất đc chất cần pt rakhỏi mẫu bđ chuyển nó vào pha thứ 2 Cuối cùng chuyểnchất pt vào dung môi phù hợp với pppt

3.1 Kỹ thuật chiết lỏng-lỏng

- Nguyên tắc: dựa trên cơ sở sự phân bố của chất phân tích

vào 2 pha lỏng( 2 dung môi) không trộn lẫn vào nhau( trong

2 dung môi này có thể có 1 dung môi chứa chất phân tích)được để trong 1 dụng cụ chiết như phễu chiết, bình chiết

- Yếu tố quyết định hiệu suất:

 Bản chất, cấu trúc,thành phần mẫu (bản chất pha 1)

 Bản chất pha 2

 Hệ số phân bố chất pt ở 2 pha

 Nhiệt độ của qtr chiết

 Môi trường pH loại axit và nồng độ của mẫu

 Các chất phụ trợ

 Kỹ thuật lắc chiết

- Điều kiện:

 Dung môi chiết phải tinh khiết cao (pha 2)

 - hòa tan tốt chất pt nhưng ko hòatan các chất # có trong mẫu

 Kfb phải lớn

 Cân bằng chiết nhanh đạt đc

 Sự phân lớp khí chiết phải rõ ràng

 Phải có mt pH phù hợp

 Lắc mạnh để ptr chiết xảy ra hoàn toàn

Qtr chiết đạt tới trạng thái cb khi pha 2 ko thể hòa tan thêm

X (thành phần X ở 2 pha ko đổi)

- Thiết bị, dụng cụ: phễu, bình chiết

- Ví dụ: Chiết lượng vết kim loại nặng từ nước biển vào

dung môi MIBK với thuốc thử tạo phức APDC: lấy 250mlmẫu vào bình chiết, chỉnh pH=4 bằng HCl 1% thêm 2mlAPDC 0,1% và 10 ml MIBK rồi lắc chiết trong vòng5ph( nhiệt độ 20 độ C), để 3-5ph cho phân lớp tách lấy lớpMIBK có chứa các phức kim loại Me-APDC sau đó xácđịnh các kim loại đã được chiết vào dung môi MIBK

3.2 Chiết pha rắn: nguyên tắc, điều kiện, trang thiết

bị, các bước tiến hành, phạm vi ứng dụng VD minh hoạ

- Nguyên tắc: chiết pha rắn cũng là quá trình phân bố

của các chất giữa hai pha không hòa tan vào nhau, trong

đó lúc đầu chất mẫu ở dạng lỏng( pha nước hay pha hữucơ) còn chất chiết ở dạng rắn, dạng hạt nhỏ và xốp đườngkính từ 25-70 micromet

+ Chất chiết được gọi là pha tĩnh và được nhồi vào cộtchiết nhỏ kích thước 6x1 cm, hay dung lượng chiết 100-600mg, hoặc dạng đĩa chiết có kích thước dày 1-2mm vàđường kính 3-4cm Chất chiết là các hạt Silica trung tính,các hạt oxit nhôm, hay các hạt Silicagen trung tính đã bịankyl hoá nhóm –OH bằng nhóm mạch Cacbon thẳng –

C2, -C4, -C8, C18, hay nhân phenyl Nó được chế rạotrong điều kiện giống như pha tĩnh của các sắc ký HPLC,

và các hạt này có độ xốp lớn với diện tích bề mặt xốpthường từ 50-300 m2/g

+ Khi xử lí mẫu, dd chất mẫu được dội lên cột chiết Lúcnày pha tĩnh sẽ tương tác với cấc chất và giữ một nhómchất phân tích lại trên cột( chiết pha tĩnh), còn các nhómchất khác nhau sẽ đi ra khỏi cột cùng với dung môi hoàtan mẫu

+ Sau đó dùng một dung môi thích hợp hoà tan tốt chấtphân tích để rửa giải chúng ra khỏi pha tĩnh( cột chiết),

và chúng ta thu được dd có chất phân tích để xác địnhchúng theo cách đã chọn

- Điều kiện chiết:

+ Pha rắn hay chất chiết( dạng cột chiết hay đĩa chiết)phải có tính chất hấp thụ hay trao đổi chọn lọc với 1 chất,hay 1 nhóm chất phân tích nhất định, tức là tính chọn lọccủa pha tĩnh chiết

+ Các chất chiết và dung mổi rửa giải phải có độ sạch caotheo yêu cầu của cấp hàm lượng phân tích

+ Hệ số phân bố nhiệt động Kfb của cân bằng chiết phảilớn để có được hiệu suất chiết cao,

+ Quá trình chiết phải xảy ra nhanh và nhanh đạt cânbằng nhưng không có tương tác phản ứng hoá học làmmất hay hỏng pha rắn và chất phân tích

+ Quá trình chiết phải có tính thuận nghịch, để còn có thểrửa giải được tốt nhất chất phân tích ra khỏi pha chiếtbằng 1 pha động phù hợp

+ Không làm nhiễm bẩn thêm chất phân tích trong quátrình chiết bởi bất kì từ nguồn nào,

+ Sự chiết phải được thực hiện trong điều kiện nhất địnhphù hợp, phải lặp đi lặp lại được tốt và tất nhiên là càngđơn giản, dễ thực hiện thì càng tốt

- Trang thiết bị:

+ Bình chứa mẫu để chiết

+ Bộ xilanh, kim tiêm và que tẩm chất chiết

+ Máy khuấy và bếp gia nhiệt cho bình mẫu

- Ưu nhược điểm và ứng dụng:

+ Đơn giản, dễ thực hiện

+ Chiết pha thường: Chiết để xử lí mẫu xác định nhómhợp chất Clo-phenol trong nước: Lấy 250ml mẫu vàophễu chiết axit hóa đến pH=2 bằng H2SO4 2%, lọc bỏ cặnnếu có, sau đó dội dung dịch mẫu này qua cột chiết( loạiLASi-5) với tốc độ 2-4ml/ph cho đến khi mẫu chảy hếtqua cột chiết Dội qua cột chiết 5ml nước cất, để yên 5ph.Sau đó giải chiết lấy chất phân tích bằng 10ml dung môiacetonitril( hay diclometan) và xác định chất phân tíchtrong pha hữu cơ này bằng HPLC hay GC

+ Chiết pha ngược: Chiết xử lí mẫu để xác định nhóm cáckim loại trong mẫu nước( Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mi,

Pb, Zn): lấy 250ml mẫu nước, thêm 1ml thuốc thử Re,chỉnh pH=8 bằng NH3 1N, lắc đều để hình thành hợp chấtphức kim loại với thuốc thử, lọc bỏ cặn và lấy dung dịchnày dội qua cột chiết với tốc độ 2-4ml/ ph Khi mẫu chảyhết rửa cột bằng 5ml nước cất Sau đó giải chiết để táchphức các nguyên tố ra khỏi pha rắn bằng 10mlMeOH/HNO3 3M Xác định các nguyên tố trong dungdịch thu được, cũng có thể thay thuốc thử này bằng thuốcthử NaDDc 0,1% hay APDC 0,1%

Câu 3.3: Chiết Soxhlet: nguyên tắc, trang thiết bị, ứng dụng VD?

- Nguyên tắc: Chiết Soxhlet là 1 kiểu chiết liên tục đặc

biệt được thực hiện nhờ 1 loạt trang thiết bị riêng Kiểuchiết này cũng như kiểu chiết lỏng- lỏng, nên về bản chấtcủa sự chiết nó vẫn là dựa trên cơ sở sự phân bố chất 2pha không trộn vào nhau Song ở đây pha mẫu là ở trạngthái lỏng, bột, hạt hay dạng mảnh, dạng lá đều được cả.Còn dung môi chiết( chất hữu cơ ở dạng lỏng) Đây làkiểu chiết của hệ chiết có thể cả đồng thể và dị thể Trongthực tế được dùng chủ yếu là hệ dị thể mà chất phân tích

ở trong mẫu rắn, bột, lá, sợi, mà các kĩ thuật chiết kháckhông làm được tốt, đặc biệt là chiết các chất hữu cơtrong các mẫu không ở dạng lỏng( hệ chiết dị thể)

- Trang thiết bị: Trang thiết bị của kĩ thuật chiết này có

hai loại:

+ Các hệ chiết Soxhlet thường và đơn giản

+ Các hệ chiết Soxhlet tự động( Auto- Soxhlet)

Cách chiết theo hệ 1 là đơn giản, vận hành bằng tay, cònchách chiết theo hệ 2 là vận hành 1 cách tự động theochương trình

- Ứng dụng: Thích hợp cho việc chiết lượng vết các chất

hữu cơ, nhất là các chất độc hại từ các đối tượng mẫukhác nhau, chất phân tích có trong mẫu ở trạng thái rắn,bột, vật mẫu xốp khô( lá cây)… Ứng dụng chủ yếu để