Giáo trình xử lý mẫu trong hóa phân tích

Xử lý mẫu phân tích là việc đầu tiên của một qui trình phân tích xác định các chất. Công việc này vô cùng quan trọng và cần thiết. Vì hiếm có phương pháp nào có thể đo trực tiếp từ mẫu gốc mà không qua xử lý. Do đó việc xử lý mẫu sai, hoặc làm mất chất cần PT trong mẫu, làm bẩn mẫu sẽ cho ra các kết quả phân tích sai, không đúng với thực tế có trong mẫu. Vì thế phải hiểu biết được bản chất của các kỹ thuật và phương pháp xử lý mẫu, những yêu cầu chung cũng như các điều kiện cụ thể, để tiến hành xử lý mẫu được tốt nhât.

MỤC LỤC I MỞ ĐẦU: .2 1 Tại phải lấy mẫu xử lý mẫu phân tích 1 Mẫu phân tích phải lấy mẫu 1 Tại phải xử lý mẫu phân tích II PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU VÀ BẢO QUẢN MẪU 2.1 Mục đích yêu cầu việc lấy mẫu phân tích: 2 Trang bị dụng cụ lấy mẫu phân tích 2 Các trang bị dụng cụ lấy mẫu: 2 Các loại dụng cụ chứa đựng mẫu XỬ LÝ SƠ BỘ KHI LÂY MẪU .10 Các loại mẫu cần xử lý sơ 10 Các phương pháp xử lý sơ 10 CÁC CÁCH LẤY MẪU PHÂN TÍCH .11 GHI CHÉP LẬP HỒ SƠ MẪU 12 CHUN CHỞ MẪU VỀ KHO, PHỊNG THÍ NGHIỆM 13 QUẢN LÝ VÀ BẢO QUẢN MẪU 13 KHÁI NIỆM VỀ QA & QC TRONG LẤY MẪU 15 III CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ MẪU 17 YÊU CẦU CHUNG CỦA KỸ THUẬT XỬ LÝ MẪU 17 PHÂN LOẠI MẪU PHÂN TÍCH .18 3 TRANG BỊ ĐỂ XỬ LÝ MẪU PHÂN TÍCH 19 GIA CÔNG MẪU 20 KHÁI QUÁT VỀ BẢN CHẤT CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ MẪU (VƠ CƠ HĨA) 20 KỸ THUẬT VƠ CƠ HĨA ƯỚT (XỬ LÝ ƯỚT) .24 KỸ THUẬT VƠ CƠ HĨA KHÔ (XỬ LÝ KHÔ) .32 3.5.3 PHƯƠNG PHÁP VƠ CƠ HĨA KHƠ – ƯỚT KẾT HỢP 37 3.5.4 CÁC KỸ THUẬT CHIẾT 38 3.5.5 KỸ THUẬT CHƯNG CẤT 53 3.5.6 KỸ THUẬT LÊN MEN MẪU 57 3.5.7 PHƯƠNG PHÁP PHA LOÃNG MẪU BẰNG DUNG MƠI THÍCH HỢP .58 3.5.8 KỸ THUẬT THĂNG HOA LẤY CHẤT PHÂN TÍCH 58 3.5.9 KỸ THUẬT CLO HÓA MẪU 60 10 KỸ THUẬT ĐIỆN PHÂN 60 11 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ .62 12 PHƯƠNG PHÁP CHIẾU TIA TỬ NGOẠI VÀO MẪU 65 XỬ LÝ MẪU PHÂN TÍCH I MỞ ĐẦU: Xử lý mẫu phân tích việc qui trình phân tích xác định chất Cơng việc vơ quan trọng cần thiết Vì có phương pháp đo trực tiếp từ mẫu gốc mà khơng qua xử lý Do việc xử lý mẫu sai, làm chất cần PT mẫu, làm bẩn mẫu cho kết phân tích sai, khơng với thực tế có mẫu Vì phải hiểu biết chất kỹ thuật phương pháp xử lý mẫu, yêu cầu chung điều kiện cụ thể, để tiến hành xử lý mẫu tốt nhât 1 Tại phải lấy mẫu xử lý mẫu phân tích Các phương pháp kỹ thuật phân tích ngày phát triển hoàn thiện, để phục vụ cho phân tích định tính, định lượng xác định cấu trúc chất Theo mức độ khả ứng dụng người ta phải chia thành hai nhóm:  Nhóm 1: Các phương pháp phân tích hóa học, bao gồm: + Các phương pháp phân tích khối lượng + Các phương pháp chuẩn độ thể tích Nhóm phương pháp phân tích xác định hàm lượng lớn (đa lượng) chất, thường lớn 0,05%  Nhóm 2: Các phương pháp phân tích cơng cụ + Các phương pháp quang học + Các phương pháp điện hóa học + Các phương pháp sắc ký + Các phương pháp khác Nhóm phương pháp kỹ thuật để xác định hàm lượng nhỏ (vi lượng, lượng vết) chất 1 Mẫu phân tích phải lấy mẫu Do lý thực tế phức tạp, ta phải lấy mẫu phân tích đối tượng nghiên cứu để xử lý xác định tiêu mong muốn phòng thí nghiệm có đầy đủ điều kiện cần thiết Vì phải lấy lượng mẫu định, đại diện cho đối tượng cần quan sát, để xử lý xác định chất cần quan tâm theo cách phù hợp Vậy mẫu phân tích lượng mẫu định (tính theo khối lượng, hay thể tích) tối thiểu cần thiết lấy để phân tích xác định tiêu mong muốn đối tượng cần nghiên cứu quan sát, lấy từ đối tượng cần nghiên cứu phải đại diện cho đối tượng 1 Tại phải xử lý mẫu phân tích Tuy nhiên có mẫu, khơng thể xác định chất mẫu vừa lấy về, vì:  Với phương pháp xác định hay kỹ thuật phân tích chất phân tích xác định nó tồn trạng thái định phù hợp với kỹ thuật  Mẫu phân tích có nhiều loại đa dạng, từ loại có thành phần đơn giản đến loại có thành phần phức tạp Chúng tồn trạng thái khắc nhau, như: rắn, lỏng, khí huyền phù Nên phải xử lý để đưa chất cần phân tích trạng thái phù hợp cho phương pháp lựa chọn để xác định  Các chất cần xác định lại tồn trạng thái liên kết hóa học khác nhau, hợp chất hữu cơ, vơ cơ, có bền vững Nên khơng thể xác định đắn hàm lượng nó, tổ hợp phức tạp, bền vững bị nguyên tố, chất khác, mạng lưới liên kết tồn mẫu cản trở Chính lý trên, nên muốn xem xét hay phân tích đối tượng thực tế, phải xử lý để có mẫu cho phân tích xác định chất mong muốn Việc lấy mẫu xử lý mẫu theo cách nào, điều kiện nào, tùy thuộc vào: - Đối tượng cần nghiên cứu, phân tích, - Bản chất tồn chất cần xác định hàm lượng nó, - Loại mẫu, chất chất phân tích, - Trạng thái tồn cấu trúc chất mẫu, - Phương pháp phân tích chọn để xác định chúng, Ngày nay, theo phát triển khoa học, ngành hóa học, kỹ thuật, phương pháp loại trang bị, dụng cụ để xử lý mẫu phân tích cúng phát triển hồn thiện, tiện lợi bảo đảm tốt yêu cầu phân tích Các kỹ thuật là: Kỹ thuật vơ hóa khơ (xử lý khơ), vơ hóa ướt (xử lý ướt) Kỹ thuật vơ hóa khơ – ướt kết hợp Kỹ thuật xử lý ướt lò vi sóng Các kỹ thuật chiết lỏng – lỏng, Rắn– lỏng, rắn – khí Kỹ thuật thăng hoa chất phân tích Kỹ thuật clo hóa chất phân tích Các kỹ thuật chưng cất kiểu, v.v II PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU VÀ BẢO QUẢN MẪU 2.1 Mục đích yêu cầu việc lấy mẫu phân tích: a) Mục đích việc lấy mẫu phân tích chọn thể tích (hay khối lượng) vừa đủ, đại diện phù hợp đối tượng cần nghiên cứu Mẫu phân tích trường chuyển phòng thí nghiệm để xử lý phân tích (định lượng định tính) chất (nguyên tố) ta mong muốn, phải đảm bảo giữ nguyên thành phần vốn có đối tượng lấy Do lấy mẫu công đoạn việc Phân tích Nếu lấy mẫu sai tồn giai đoạn sau vơ nghĩa, kết phân tích sai với thực tế Vì để có kết đúng, phản ánh mẫu thực tế, phải đảm bảo yêu cầu sau:  Đảm bảo yêu cầu QA/QC đề  Đại diện cho đối tượng cần phân tích  Đáp ứng u cầu phân tích hay nghiên cứu  Khơng làm bẩn hay đưa thêm tạp chất khác vào mẫu  Đáp ứng đủ khối lượng thể tích để phân tích, khơng q ngược lại nhiều lãng phí  Mẫu phải có lí lịch điều kiện lấy mẫu rõ ràng (thời gian, thời tiết, nhiệt độ, địa hình v.v.) b) Các điều kiện cần cơng việc lấy mẫu; Vì mục đích yêu cầu trên, ta phải tuân thủ điều kiện sau:  Theo đối tượng mẫu phân tích định  Theo qui trình tiêu chuẩn định (nếu có) cho loại mẫu chấp nhận  Theo nguyên tố hay chất (analyst) cần phân tích  Dụng cụ lấy mẫu qui chuẩn, đảm bảo QA/QC  Người lấy mẫu phải huấn luyện có tay nghề thực  Có sổ sách ghi chép có hồ sơ mẫu rõ ràng 2 Trang bị dụng cụ lấy mẫu phân tích 2 Yếu cầu chung dụng cụ lấy mẫu Các dụng cụ lấy, chứa mẫu phải đảm bảo điều kiện sau:  Đủ độ đáp ứng u cầu đối tượng phân tích  Khơng gây nhiễm bẩn hay chất (nguyên tố) cần phân tích  Khơng làm sai lạc thành phần chất mẫu phân tích  Phù hợp với loại mẫu cần lấy trạng thái, độ sâu, lượng mẫu v.v  Có thể đong, đo lượng mẫu cần lấy theo yêu cầu đặt  Dụng cụ phải xử lý kiểm tra lại trước dùng cách thích hợp với chất (nguyên tố) cần phân tích mẫu 2 Các trang bị dụng cụ lấy mẫu: Dụng cụ lấy mẫu phân loại theo mẫu: - mẫu rắn, mẫu bột - mẫu lỏng (nước, dầu) - mẫu có tính độc hại - mẫu có chất cần phân tích dễ bị phân hủy - mẫu khí, mẫu khơng khí, mẫu bụi - mẫu đáy nước sâu, trầm tích, bùn (sơng, hồ, biển v.v.) - mẫu phù du, lơ lửng v.v Vì dụng cụ lấy mẫu đa dạng phong phú, từ đơn giản đến máy móc tự động, điều khiển từ xa … tùy theo yêu cầu công việc lấy mẫu Một số hình ảnh ví dụ: Bộ dụng cụ lấy mẫu Tuyết Chai lấy mẫu nước Van Dorn Bộ lấy mẫu nước Bộ thiết bị lấy mẫu nước ISCO Dụng cụ lấy mẫu phù du (plankton) Wisconsin Bộ lấy mẫu Dioxin Hệ lấy mẫu khí Bơm lấy mẫu khí – cá nhân Gầu lấy mẫu trầm tích Ekman Trạm thu mẫu khí Màng lọc lấy mẫu khí Hình Một số thiết bị lấy mẫu Đo pH cầm tay 2 Các loại dụng cụ chứa đựng mẫu Các yêu cầu chung Cũng dụng cụ lấy mẫu, dụng cụ chưa đựng phải đảm bảo yêu cầu: - Không làm nhiễm bẩn ảnh hưởng tới mẫu - Phù hợp cho đối tượng mẫu phù hợp với dạng mẫu thực tế - Khơng có tương tác với chất mẫu vận chuyển bảo quản 2.3.2 Dụng cụ đựng, chứa, gói mẫu Dụng cụ chia làm số loại sau: - Loại mẫu rắn bột: giấy hay vải gói mẫu (phải trơ sạch) túi, bao nilon, hộp lọ, chai miệng có nút thủy tinh, thạch anh, hay PE Loại mẫu lỏng: can, thùng (thủy tinh hay nhựa) có nút kín chai, lọ, bình (thủy tinh, hay nhựa) có nút kín ống có nút kín Loại mẫu có tính độc hại hóa học can, thùng (thủy tinh, hay nhựa) có nút gắn kín chai, lọ (thủy tinh, hay nhựa) có nút gắn kín túi nilon có nút kín Loại mẫu dễ phân hủy chai, lọ, bình (thủy tinh hay nhựa) chống ánh sáng cho mẫu lỏng giấy hay túi đen cho mẫu rắn, bột Loại mẫu sinh học, tùy theo chất, là: Các lọ thủy tinh, thạch anh Lọ hay can polyme Giấy polyme Giấy nhơm Một số hình ảnh ví dụ: Hình 2 Chai lọ nhựa, thủy tinh, kim loại đựng mẫu H Lọ đựng coliform H Giấy nhơm Hình Bình tia Bình nhỏ giọt Hình Tủ bảo quản mẫu hóa chất có điều chỉnh áp xuất, nhiệt độ Hình Các dụng cụ thủy tinh thơng thường phòng thí nghiệm phân tích XỬ LÝ SƠ BỘ KHI LÂY MẪU Nhiều loại mẫu, tách khỏi môi trường môi trường thực tế chất mẫu bị thay đổi, bị đi, bị phân hủy … Vì cần phải xử lý sơ nhằm mục đích: - Để giữ bảo quản chất phân tích tránh tượng: + tương tác hóa học, tự phân hủy chất + thủy phân chất + sa lắng chất + hấp phụ lên dụng cụ chứa mẫu - Phục vụ cho việc di chuyển dễ dàng mà không bị hư hỏng mẫu - Bảo quản không làm thay đổi thành phần mẫu chất phân tích - Phục vụ cho bảo quản dễ dàng an toàn sau lấy mẫu Các loại mẫu cần xử lý sơ - Mẫu phân tích kim loại dễ thủy phân Mẫu phân tích anion bền, dễ bay hay sa lắng Mẫu phân tích chất dễ bị phân hủy Chất phân tích chất dễ bị hấp phụ vào thành bình chứa Mẫu để phân tích số tiêu sinh học, nấm mốc, Mẫu để xác định loại trầm tích Các phương pháp xử lý sơ Phân tích kim loại anion - Xử lý dụng cụ: tráng dụng cụ chứa trước tiên dung dịch phù hợp nhất, nước cất hay axit loãng, kiềm loãng dùng dung dịch tùy vào chất cần phân tích Sau phải làm khô hết dung dịch tráng - Xử lý mẫu lấy, ví dụ cụ thể: + Xử lý HCl hay HNO3 (kim loại nặng ml cho lít mẫu) + Xử lý kiềm NaOH lỗng (kim loại kiềm, CN-, H2S ) + Mẫu để xác định pH (các loại) + Xử lý formol, alcol (mẫu xác định tiêu sinh học, vi sinh ) + Xử lý khí trơ 2 Phân tích chất hữu Nhóm chất sau: - Các chất dế bị ánh sáng tác dụng phân hủy - Các chất phải giữ lạnh (ví dụ: mẫu để phân tích vitamin A) - Các chất bị dễ bị xy hóa, dễ bị khử ánh sáng, khơng khí, - Các chất dễ bị chuyển sang chất khác, tự ô xy hóa khử… - Các chất dễ bay hơi, thăng hoa - Các chất dễ đông tụ, sa lắng, bám vào thành bình chứa v.v - Các chất dễ lên men, v.v 10 Kỹ thuật có ưu điểm xử lý nhanh, triệt để hiệu suất cao, đòi hỏi hệ trang thiết thiết bị chiết siêu âm hoàn chỉnh mà chưa phải phòng thí nghiệm có 3.5.5 KỸ THUẬT CHƯNG CẤT 5 Nguyên tắc chung Chưng cất kỹ thuật tách tinh chế chất dựa theo điểm sôi (nhiệt độ sôi) chúng để tách chất theo phân đoạn nhiệt đô sôi chưng cất điều kiện định Việc chưng cất lấy riêng chất (tại điểm sôi), hay nhóm chất (khi chúng có điểm sơi), tùy thuộc vào trang thiets bị điều kiện chưng cất Vì thế, kỹ thuật chưng cất có nhiều kiểu khác như: Chưng cất thông thường Chưng cất lơi (hơi nước, hay khí trơ) Chưng cất áp suất thấp (cất quay chân không) Chưng cất môi trường siêu âm, v.v Và việc chọn kiểu chưng cất tùy thuộc vào:  Hỗn hợp mẫu cần chưng cất,  Bản chất nhiệt độ sôi chất,  Chất (matrix) mẫu 5 Các kiểu phương pháp chưng cất Chưng cất thông thường A Nguyên tắc Đây trình chưng cất tinh chế chất dựa theo điểm sôi chúng để tách chất theo phân đoạn, điều kiện bình thường theo nhiệt độ sơi bay hơi, chưng cất Vì chưng cất chất ngưng tụ lại phân đoạn khác B Cách làm ví dụ  Ví dụ 1: Chưng cất để lấy MeOH tinh khiết từ MeOH bẩn Methanol (MeOH) có nhiệt độ sơi 78 oC, chưng cất, lấy phân đoạn nhiệt độ này, có MeOH tinh khiết, bã để xác định số tạp chất MeOH  Ví dụ 2: Chưng cất để lấy Aceton từ hỗn hợp Aceton Metanol bẩn Aceton có nhiệt độ sơi 88oC, chưng cất, lấy phân đoạn nhiệt độ này, có aceton tinh khiết, bã để xác định số tạp chất aceton  Ví dụ 3: Chưng cất lấy mẫu để xác định NH4 53 Lấy 10 gam mẫu cho vào bình cất, thêm 100 ml dung dịch NaOH 10% lắc đều, đun sơi nhẹ chưng cất có dòng Ni tơ dẫn NH3 sinh sang bình hấp thu có dung dịch H 2SO4 0,1M Sau chuẩn lượng axit H 2SO4 dư, tính hàm lượng NH hay N mẫu Hình 26 Các hệ chưng cất thơng thường Hình 27 Bình cất cổ Hình 28 Hệ cất có hút chân không H 29 Hệ cất hai nhánh nằm ngang H 30 a Cất quay chân không 54 H 30 b Bộ cất quay chân không 2 Chưng cất lôi nước A Nguyên tắc Đây trình chưng cất tinh chế chất dựa theo điểm sôi chúng để tách chất theo phân đoạn, điều kiện bình thường theo nhiệt độ sôi bay hơi, chưng cất, trường hợp này, chất phân tích khơng bay tốt, mà phải có chất khác có nhiệt độ sơi gần hay theo, chứng cất tốt Vì gọi chưng cất lôi Lúc thu sản phẩm dung dịch chất lơi có hào tan chất PT Ví dụ để cất lấy Creson, formaldehyde người ta phải cất lơi với nước Sau tách chất PT khỏi nước cách phù hợp, ví dụ chiết lỏng – lỏng, hay chiết lỏng – rắn B Cách làm ví dụ Ví dụ 1: Chưng cất lơi nước để lấy formaldehyde từ bánh phở, bún Lấy 20 gam mẫu (bánh phở, bín, bánh mì vv) cho vào cối mã não, thêm 20 ml nước cất, nghiền mịn, trộn đều, cho vào bình cất, tráng cối 20 ml nước cất, thêm 60 ml nước cất (cho đủ 100 ml), lắc lắp ống sinh hàn để cất từ từ 30 – 40 phút để lấy dịch chảy (lấy đến 50 ml mẫu hết formaldehyde) Dịch mẫu để xác định formaldehyde phổ UV-Vis hay HPLC, GC-MS Ví dụ 2: Chưng cất lơi nước để lấy dầu từ bạc hà Lá bạc hà cắt nhỏ, cho vào bình chưng cất, thêm nước cất cho ngập (1kg + 1,5 lít nước) Rồi chưng cất lấy dung dịch mẫu, cất 60% dung dịch dừng Sau dùng phương pháp chiết lỏng – lỏng để tách dầu bạc hà khỏi nước vào dung môi hữu xác định hàm lượng dầu bạc hà dung môi hữu thu được, GC-MS hay HPLC Cách không phương pháp xử lý mẫu PT, mà phương pháp sản xuất để tách chiết lấy chất tinh dầu, tinh dầu bạc hà từ bạc hà Chưng cất áp suất thấp A Nguyên tắc 55 Đây trình chưng cất tinh chế chất dựa theo điểm sôi chúng để tách chất theo phân đoạn, điều kiện định theo nhiệt độ sôi, chưng cất môi trường áp suất thấp, có khống chế áp suất nhờ bơm chân không Trong điều kiện nhiệt độ sôi chất phân tích thấp q trình chưng cất nhanh hơn, thích hợp cho hợp chất bền, mà lại có hiệu tách tốt Nghĩa điều kiện này, chất có nhiệt độ sôi bay khác nhau, khác điều kiện bình thường Vì chưng cất chất thu lại theo phân đoạn khác Cách chưng cất thường giai đoạn thứ hai, làm bay dung mơi chiết q trình chiết xử lý mẫu, để chuyển mẫu hòa tan dung mơi khác xác định Ví dụ, chiết β-caroten từ mẫu thực phẩm n-Hexan, sau chiết phải đuổi hết n-hexan cất quay chân khơng, sau hòa tan bã MeOH có dung dịch mẫu bơm vào hệ RP-HPLC để xác định B Cách làm, trang bị ví dụ Để xử lý mẫu theo trình này, phải có hệ thống máy cất quay bơm chân khơng đạt u cầu cần có áp suất thấp thích hợp Sau vài ứng dụng: Ví dụ 1: Chưng cất làm bay n-Hexan để lấy chất mẫu nhóm Vitamin A Caroten cất quay môi trường chân không Lấy 10 gam mẫu nghiền mịn vào phễu chiết thêm 20 gam Na 2SO4 khan, 100 ml dung môi THF, hay n-Hexan, lắc kỹ 10 phút, lọc qua phễu Busne, lấy dung dịch cho vào bình cất máy cất quay (hình …) để cất cho dung mơi bay đến bã ẩm, để nguội Sau hòa tan bã ml MeOH, ta dung dịch mẫu để xác định Caroten HPLC hay GC  Ví dụ 2: Chưng cất tách lấy MeOH tinh khiết từ MeOH kỹ thuật (từ nguyên liệu thô) Lấy 200 ml Methanol (MeOH) vào bình chưng cất, lắp hệ thống hút chân khơng, chưng cất cho MeOH bay hơi, đến bã độ ml, để nguội Lấy bã hòa tan định mức ml (hay 10ml) dung môi diclometan, ly tâm hay lọc ta dung dịch mẫu để xác định số tạp chất hữu MeOH HPLC hay GC, GC-MS Đây phương pháp xử lý mẫu để lấy dung môi ti nh khiết lấy bã để xác định tạp chất dung mơi Ví dụ: metano, etanol, aceton, hydrofuran v.v Hình 31 Hệ chưng cất lơi nước 56 Hình 32 Hệ chưng cất áp suất thấp 3.5.6 KỸ THUẬT LÊN MEN MẪU Nguyên tắc đặc điểm Chuyển mẫu hay hòa tan mẫu vào nước thành dung dịch hay thể huyền phù, thêm 10-15 mg men xúc tác chỉnh môi trường thành axit hay kiềm hay muối axetat cho phù hợp (pH=7-8), đưa mẫu vào buồng để len men nhiệt độ từ 37-40 oC mẫu hoàn toàn, tức accs kim loại chuyển vào dung dịch Thời gian lên men từ – 10 ngày Kiểu thích hợp cho mẫu đường mía, nước giải khát, bia, rượu, mẫu nước chín, cam, chanh, v.v Kỹ thuật có ưu nhược điểm sau:  Đơn giản dễ thực  Khơng tốn hóa chất Nhưng cần tủ ấm điều khiển nhiệt độ  Nhưng phải nhiều thời gian  Chỉ áp dụng cho số loại mẫu  Kỹ thuật chủ yếu áp dụng cho nước giải khát, mẫu nước chín (cam, chuối, dứa) Ví dụ  Ví dụ: Xác định vết kim loại nặng đường hoa mơ, nước Cân gam đường, hòa tan 80 ml nước cất, chỉnh pH = 7-8, đun nóng đến 40 oC, thêm men xúc tác, đậy kính đồng hồ để tủ ấm len men nhiệt độ 37-40 oC cho mẫu lên men ngày Sau thêm 10 ml HCl 35%, đun sôi, ly tâm lấy dung dịch trong, làm bay muối ẩm, định mức thành 10 ml HCl 2% xác định ion kim loại dung dịch AAS 57 3.5.7 PHƯƠNG PHÁP PHA LOÃNG MẪU BẰNG DUNG MƠI THÍCH HỢP 5.7 Ngun tắc đặc điểm Nguyên tắc chọn dung mơi thích hợp hòa tan tốt chất mẫu, để pha loãng chất mẫu tỷ lệ định Sau xác định chất PT theo phương pháp chọn Cách đơn giản, dể thực hiện, không cần trang thiết bị phức tạp Chỉ áp dụng cho trường hợp chất PT có hàm lượng tương đối lớn, mà pha lỗng mẫu nhiều lần dung mơi thích hợp ta xác định tốt điều kiện cho phép, chất khác có mặt mẫu, pha loãng tỷ lệ định khơng cản trở ảnh hưởng đến kết chất PT Đồng thời pha lỗng laoij bỏ cặn khơng tan có mẫu, mẫu hữu Ví dụ  Ví dụ 1: Xác định kim loại kiềm thổ (Ca, Ba, Sr) dầu bôi trơn hay dầu nhờn Người ta pha loãng ml mẫu 19 ml MIBK Sau ly tâm bỏ cặn lấy dung địch xác định kim loại dung dịch pha loãng thu F-AAS Hay pha loãng CCl4 xác định ETA – AAS Như pha loãng 20 lần  Ví dụ 2: Xác định Hydrocacbua thơm dầu mỏ Lấy ml mẫu dầu pha loãng 48 ml hỗn hợp dung môi (n-Hexan chlometan) Lắc cho đều, lọc bỏ cặn lấy dung địch trong, sau bơm vào hệ GC điều kiện thích hợp, để xác định chất cần PT  Ví dụ 3: Pha loãng mẫu huyết nước cất để xác định kim loại Na, K, Ca, Mg a) Xác định Na, K: Lấy 0,2 ml huyết thanh, pha loãng với nước cất thành 20 ml Như mẫu pha loãng 100 lần Dung dịch dùng để xác định Na, K huyết b) Xác định Ca, Mg: Lấy 0,2 ml huyết thanh, pha loãng với nước cất thành 10 ml Như mẫu pha loãng 50 lần Đây dung dịch mẫu để xác định Ca Mg huyết c) Xác định Cu, Zn: Lấy 0,25 ml huyết thanh, pha loãng với nước cất thành ml Như mẫu pha loãng lần Đây dung dịch mẫu để xác định Cu Zn huyết 3.5.8 KỸ THUẬT THĂNG HOA LẤY CHẤT PHÂN TÍCH Nguyên tắc chung 58 Là dựa sở tính chất hay đặc điểm chất PT, có khả thăng hoa nhiệt độ điều kiện định xử lý mẫu, để tách lấy chất phân tích khỏi chất (matrix) mẫu Ví dụ kim loại Hg, Ga, I, khỏi mẫu quặng, đất, đá, hay bã thải rắn Trang bị, cách xử lý ví dụ Các trang bị phục vụ cho kiểu thăng hoa có nhiều loại khác nhau, từ đơn giản đến hồn chỉnh khống chế tự động theo chương trình Các trang bị có bán thị trường Hình 33 Dụng cụ để thăng hoa mẫu lấy Hg Ví dụ: Thăng hoa thủy ngân từ mẫu quặng Cho gam mẫu quặng nghiền mịn vào bình bầu, hay cốc thăng hoa, thêm 0,6 gam bột Fe kim loại, gam CaO khan vào bầu đáy, lắc nhẹ cho trộn Làm lạnh phần ống thạch anh đến 10oC bảng điều khiển nhiệt, hay vải tẩm nước đá, hay tuyết CO đốt nóng bầu chứa mẫu đèn khí quay bình thăng hoa thủy ngân thăng hoa, đến hỗn hợp mẫu có màu đỏ sẫm, đốt thêm phút Khi Hg thăng hoa chúng bám vào thành ống thạch anh làm lạnh, hay đáy bình ngưng, tạo thành lớp sáng bóng Bẻ đập bỏ bầu chứa mẫu dưới, lấy phần ống thạch anh có Hg bám vào đem hòa tan Nhúng ống có Hg vào ống nghiệm có 18 ml dung dich HNO (1/1) nóng (80oC), lắc đều, để yên 30 59 phút Thu dung dịch này, thêm 0,1 ml dung dịch K2Cr2O7 1%, định mức đến 25 ml (hay 50ml), lấy dung dịch để xác định Hg HTNT với kỹ thuật hóa lạnh Cách dùng để xử lý loại mẫu đất đá, quặng, rác thải rắn, bùn, cát, để xác định Hg, Ga, vv hợp chất kim dế thăng hoa 3.5.9 KỸ THUẬT CLO HÓA MẪU Nguyên tắc Nghiền nhỏ mẫu, lấy lượng định a gam Nhũ hóa nước hay dung dịch axit lỗng Sau đun nóng mẫu cho khí Clo sinh qua (sục) mẫu để thực trình Clo hóa mẫu nhiệt độ áp suất thích hợp, để chuyển kim loại có mẫu thành muối Clorua dễ tan Sau hòa tan mẫu Clo hóa vào dung dịch axit lỗng để lấy chất phân tích Trang bị, cách làm ví dụ Một hệ thống đơn giản phải có phận sau:  Buồng chứa mẫu để Clo hóa  Hệ trang bị để điều chế khí Clo thổi vào buồng mẫu  Hệ thống hòa tan muối thu sau clo hóa Các điều kiện để Clo hóa phải có:  Hệ thống khống chế nhiệt độ thích hợp cho buồng mẫu  Phải dùng khí Clo sinh cho buồng Clo hóa  Tốc độ thổi khí Clo phải khống chế ổn định thay đổi Ví dụ: Clo hóa quặng Đất để lấy nguyên tố ĐH dạng muối tan Clorua Cho gam mẫu quặng nghiền nhỏ vào bình Clo hóa, thêm 50 ml nước cất lắc đều, axit hóa đến pH=1 HCl 5%, lắc kỹ, đun sơi hỗn hợp, sau đặt lên nồi cách thủy, hay bếp điều nhiệt độ dẫn khí clo sinh với tốc độ 0,8 ml/phút vào bình mẫu Lúc q trình Clo hóa xẩy vòng 30 phút, để nguội, thêm HCl 10% (10 ml0, đun sôi, lọc lấy dung dịch mẫu Đó dung dịch muối clorua nguyên tố đất có quặng 10 KỸ THUẬT ĐIỆN PHÂN 10 Nguyên tắc Trong bình điện phân, điện chiều định, nhiều chất (chủ yếu kim loại) chúng chạy điện cực âm, bị điện phân (nhận electron điện cực) trở thành phân tử trung hòa (các nguyên tử) bám vào điện cực Như ta chất phân tích điện 60 cực Sau ta xác định chất điện cực phương pháp khối lượng (điện khối lượng) hay hòa tan chất dùng phương pháp xác định phù hợp Đây cách làm giàu chất phương pháp điện hóa có tên Von-Ampe hòa tan Kỹ thuật có đặc điểm:  Tách chất cần xác định khỏi hỗn hợp mẫu  Làm giàu chất phân tích từ dung dịch mẫu lỗng khơng thể xác định trực tiếp  Cần có hệ trang bị điện phân  Chỉ giới hạn cho số kim loại mẫu môi trường nước 10 trang bị cách làm ví dụ Để thực xử lý mẫu theo cách này, phải có hệ máy điện phân Bao gồm phần sau:  Bình điện phân hệ điện cực (catot anot) Điện cực âm để điện phân kim loại kết tủa lên, thường điện cực dạng lưới hay dẹt làm kim loại trơ bền hóa học, Pt, Au, Pd, W  Nguồn cấp chiều điều chỉnh theo yêu cầu điện phân chất  Hệ thống điều khiển kiểm tra trình điện phân Hình 34 Sơ đồ thiết bị điện phân Ví dụ: Điện phân tách Cu khỏi dung dịch mẫu nước khoáng Để điện phân Cu người ta dùng điện cực âm mảnh hay lưới Pt Quá trình điện phân thực với ion Cu(II) môi trường axit HCl loãng (0,2M) chiều -0,5V sau hòa tan kim loại Cu bám điện cực Pt HNO3 loãng, kim loại Cu tan vào dung dịch Sau xác định Cu phương pháp thích hợp tùy theo hàm lượng có mẫu 61 11 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ Sắc ký loại phương pháp để tách xác định đồng thời chất hốn hợp, phương pháp xử lý tốt cho nhiều trường hợp để tách làm giàu lấy cần chất PT Trong ứng dụng thực tế xử lý mẫu chủ yếu sắc ký cột sắc ký lớp mỏng 11 Phương pháp sắc ký cột A Nguyên tắc điều kiện  Nguyên tắc Phương pháp xử lý mẫu dựa tính chất hấp phụ hay trao đổi chất PT chất nhồi (pha tĩnh) cột sắc ký, để tách chúng khỏi mẫu ban đầu Sau dùng dung mơi thích hợp (pha động) để rửa giải tan vào pha động, để tách khỏi cột sắc ký, xác định chúng pha động phương pháp phù hợp Sự tách dựa phân bố chất hai pha không trộn lẫn vào nhau, pha tĩnh (rắn), pha động (lỏng, dung mơi rửa giải) Vì tương tự kỹ thuật chiết pha rắn (đã trình bày )  Điều kiện, Để có tách tốt chất phân tích, cần: + Chọn pha tĩnh có tính chọn lọc cho nhóm chất PT + Chọn pha động phù hợp cho chất cần xử lý để thu chất tốt + Cân q trình sắc ký phải có tính thuận nghịch tốt + Chọn điều kiện sắc ký thích hợp để góp chất PT vào nhóm hay tách thành chất riêng lẻ tốt B Ví dụ Ví dụ 1: Xử lý mẫu để xác định Clo-phenol mẫu đất Trước hết phải hòa tan chuyển mẫu dạng lỏng dung mơi thích hợp, ví dụ THF, lọc lấy dung dịch THF, làm khô muối Na 2SO4 khan Lấy dung dịch hữu dội (nạp) vào cột sắc ký hấp phụ có pha tĩnh pha ngược C18 với tốc độ chảy 1ml/phút, để chất PT pha tĩnh hấp phụ giữ lại pha tĩnh Sau dùng 10 ml pha động (CH3CN + THF) để rửa giải chất PT khỏi cột sắc ký với tốc độ chảy 1,5 ml/phút Như chất PT tan vào pha động ác đinh phương pháp HPLC, GC, CEC Ví dụ 2: Xử lý mẫu để xác định vết kim loại nặng mẫu nước biển Trước hết phải chỉnh pH mẫu (250 ml) pH=5, lọc bỏ cặn Sau nạp lên cột sắc ký pha tĩnh trao đổi ion loại Dowex – 50X12-Na (150 x mm) với tốc độ chảy ml/phút, để kim loại giữ lại cột sắc ký Khi mẫu chảy hết, dội qua cột ml nước cất lần Sau dùng 20 ml dung dịch HNO3 3M để rửa giải chất PT khỏi cột sắc ký với tốc độ 1,5 ml/phút Như chất PT tan vào pha động rửa giải Tiến hành xác định chất phân tích 62 phương pháp AAS, AES, UV-VIS Cách áp dụng để xử lý để xác định KL nước thải, nước sơng hồ Ví dụ 3: Xử lý mẫu để xác định số anion (Cl, Br, I, NO 3, SO4.v.v ) mẫu nước Trước hết phải chỉnh pH mẫu (250 ml) pH=7,5 - 8, lọc bỏ cặn Sau nạp lên cột sắc ký pha tĩnh trao đổi ion loại Dowex – 50A12-OH (150 x mm) với tốc độ chảy ml/phút, để anion giữ lại cột sắc ký Khi mẫu chảy hết, dội qua cột ml nước cất lần Sau dùng 20 ml dung dịch NaOH 1M để rửa giải chất PT khỏi cột sắc ký với tốc độ 1,5 ml/phút Sau anion dung mơi rửa gải xác định theo phương pháp thích hợp Cách áp dụng để xử lý để xác định anion nước thải, nước sông hồ Hình 35 Các loại cột sắc ký 11 Sắc ký giấy sắc ký mỏng A Nguyên tắc Quá trình sắc ký dựa sở hệ dung môi định, phân bố hấp phụ chất màng Silica gel xốp tráng thủy tinh hay polyme cứng, hay phân bố chất giấy xốp sắc ký khác Trong trình sắc ký chất di chuyển khác tạo chất có vùng riêng mỏng hay giấy tách khỏi Vì có tên sắc ký mỏng sắc ký giấy B Các trang bị ví dụ Muốn thực tách chiết theo kiểu cần phải có thiết bị sau:  Các loại mỏng sắc ký chất Silica gel, hay xit Al xốp có khả hấp phụ chất PT  Các hệ dung mơi để hòa tan mẫu PT  Các bình chạy sắc ký dung môi để chạy sắc ký  Pha động chạy sắc ký Tùy loại chất mà ta chọn sắc ký guấy hay mỏng Bản móng hay giấy sau chấm (nhỏ mẫu) lên làm khơ ngâm vào dung mơi bình chạy sắc ký Lúc chất PT chạy theo dung môi từ lên trên, tạo thành vùng chất 63 Ví dụ 1: Tách số Alcaloide từ củ bình vơi sắc ký mỏng Lấy 10 g mẫu nghiền mịn vào bình nón thêm 20-25 gam Na2SO4 khan, thêm 40 ml nHexan, lắc mạnh 10 phút, để lắng lọc lấy dung dịch Làm bay dung mơi dòng khí N2 đến bã ẩm Hòa tan bã ml diclo-metylen Lấy dung dịch mẫu chạy sắc ký mỏng (loại MA - 450) hệ dung môi A để tách alcaloid, sau lấy mỏng, tách lấy lớp vùng chất , hòa tan dung mơi thích hợp, Cl 2CH2 xác định chúng (A= 80% n- Hexan + 20% Cl2CH2, pH=6) Hình 36 Mơ tả chi tiết q trình Sắc ký giấy H 3.37 Giấy sắc ký hãng Whatmann Hình 38 Mơ tả q trình Sắc ký giấy Ví dụ 2: Tách số Caroten từ mẫu rau sắc ký mỏng Lấy 10 g mẫu nghiền mịn vào bình chiết, thêm 25 gam Na 2SO4 khan, thêm 40 ml THF, lắc chiết 10 phút, lọc lấy dung dịch THF, cất quay chân khơng bã, hòa tan bã ml n-Hexan Lấy dung dịch mẫu chạy sắc ký lớp mỏng Silica (loại Si-MA 560) 64 Hình 39 Sắc ký mỏng 12 PHƯƠNG PHÁP CHIẾU TIA TỬ NGOẠI VÀO MẪU  Nguyên tắc: Dùng lượng chùm sáng tia tử ngoại công suất cao (300-350 W) chiếu vào bình chứa mẫu có chất xy hóa (ví dụ H 2O2 – tác nhân tạo gốc) để phân hủy chất hữu mẫu, để giải phóng chất phân tích (chủ yếu ion kim loại) vào dung dịch, để xác định chúng tốt Hiện người ta kết hợp lượng lò vi sóng, nên q trình xử lý nhanh triệt để Cách thích hợp cho mẫu nước, xử lý phân hủy lượng mẫu nhỏ chất hữu để xác định kim loại phương pháp phân tích cơng cụ, mà chủ yếu Cực phổ Theo cách này: + Nếu dùng tia tử ngoại: hàm lượng chất hữu cơ: 150-300 mg/L + Nếu có tác dụng vi sóng: 400-1500 mg/L H 40 a.Thiết bị xử lý mẫu tử ngoại (UV) b Thiết bị xử lý mẫu UV kết hợp vi sóng 65 Hình 41 Bộ thiết bị cực phổ kết hợp xử lý mẫu UV (của hãng Metrohm) Hình 42 Bộ thiết bị xử lý mẫu UV – cất chỗ đo quang phân tử (colorimetric)  Trang bị áp dụng Các ví dụ thiết bị hình 40, 41, 42 Hiện nay, thiết bị bán thị trường, cho hai kiểu khơng vi sóng có vi sóng Những thiết bị thường ứng dụng xử lý mẫu nước cho phân tích vết kim loại số phi kim hay kim Trường hợp kinh phí, mua đèn UV tự dựng lên hệ xử lý với dụng cụ có sẵn phòng TN Tuy nhiên hiệu suất khơng thể đạt thiết bị hồn chỉnh 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO AFNOR – RECEUIL DE NORMES FRANÇAISES 1994 – Qualité de l’eau Daniel C Harris Quantitative Chemistry Analysis, Chapper 28 Fifth Edition, W H Freeman and Company, New York, 1998 International Soil Reference and Information Center (ISRIC) PROCEDURES FOR SOIL ANALYSIS Fourth edition, 1993 John, R Dean Methods for Environmental Trace Analysis NXB, John Willey & Sons, Ltd 2003 Hình ảnh thiết bị tra GOOGLE PGS TS PHẠM LUẬN Giáo trình sở “CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT CHUẨN BỊ MẪU PHÂN TÍCH” Đại học Quốc gia Hà nội – ĐH Khoa học Tự nhiên, 2006 SOMENATH MITRA Sample Preparation Techniques in Analytical Chemistry WILLEY – INTERSCIENCE, John Willey & Sons, Ins Publication, 2003 STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER 20TH EDITION, 1995 TCVN 6663-1:2002 (ISO 5667-1: 1980): Chất lượng nước Lấy mẫu Phần 1: Hướng dẫn lập chương trình lấy mẫu 10 TCVN 7176:2002 (ISO 7828:1985): Chất lượng nước Phương pháp lấy mẫu sinh học Hướng dẫn lấy mẫu động vật không xương sống đáy cỡ lớn dùng vợt cầm tay 11 TCVN 5970-1995 (ISO/TR 4227:1989 Lập kế hoạch giám sát chất lượng khơng khí xung quanh 12 TCVN 5973 – 1995 (ISO 9359:1989): Chất lượng khơng khí Phương pháp lấy mẫu phân tầng để đánh giá chất lượng khơng khí xung quanh 67