Kỹ Thuật Vô Cơ Hóa Ướt (Xử Lý Ướt)

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, một trong những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả phân tích.Tuỳ đối tượng mẫu, tuỳ từng chỉ tiêu phân tích mà phải có cách xử lý khác nhau.

1.6 YÊU CẦU CHUNG CỦA CÁC KỸ TÍCH

1.6.1 Giới thiệu xử lý mẫu

THUẬT XỬ

LÝ MẪU PHÂN

Xử lý mẫu là quá trình hoà tan (dissolution) và phân huỷ (digestion), phá huỷ cấu trúc mẫu ban đầu lấy từ đối tượng cần phân tích, để giải phóng và chuyển các chất cần xác định về một dạng đồng thể phù hợp (ví dụ dạng

dung dịch) cho một phép đo đã chọn để chúng ta mong muốn.

xác định hàm lượng của chất mà

Ví dụ: Hòa tan mẫu hợp kim Al trong axit HNO3 45% để được dung dịch xác 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 thực hiện 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.

1.6.2 Tại sao phải xử lý mẫu phân tích

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

Các kết quả phân tích phải phản ánh và đại diện đúng cho đối tượng

cần nghiên cứu, theo dõi.

Với bất kỳ

một phương pháp xác định, mỗi chất phân tích chỉ

có thể

được xác định chính xác khi nó tồn tại ở một trạng thái nhất định và đồng nhất phù hợp 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 hợp chất tan được trong dung dịch nước, sau đó mới xác định được chúng trong dung dịch này.

Mẫu phân tích có nhiều chủng loại, rất đa dạng, từ loại có thành phần đơn giản đến loại có thành phần phức tạp. Chúng có thể tồn tại ở các trạng thái khác nhau như rắn từng cục, từng mảnh, hay lỏng, khí, huyền phù nên không thể 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,

trong các 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 hàm lượng của nó trong một tổ

hợp phức tạp, bền vững và bị

các

nguyên tố, các chất liên kết khác cản trở.

Vì vậy muốn phân tích một đối tượng nào, chúng ta phải lấy mẫu, xử lý phù hợp để có được một trạng thái hay một dung dịch mẫu phân tích xác định các 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

phù hợp cho chất phân tích. Các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích đã và đang được sử dụng 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 lỏng­lỏng, trích ly rắn­lỏng, trích ly rắn – khí...)

1.7 KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA ƯỚT (XỬ LÝ ƯỚT)

1.7.1 Vô cơ hóa ướt bằng axit mạnh đặc nóng

1.7.1.1 Nguyên tắc và bản chất

Nguyên tắc chung

Dùng axit mạnh đặc và nóng (ví dụ HCl, H2SO4), hay axit mạnh, đặc và nóng 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 chất oxy hoá mạnh (H2SO4 + KMnO4), v.v. để phân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng 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,

ống

nghiệm, cốc... thường từ

vài giờ

đến hàng chục giờ, cũng tuỳ

loại mẫu,

bản chất 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 tính oxy hoá mạnh, song tất nhiên chọn loại axit nào là tuỳ thuộc vào bản chất của chất nền (matrix) của mẫu và chất phân tích tồn tại trong mẫu đó. Chẳng hạn như:

 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 sôi của 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 sẽ tạo 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 sẽ phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp axit ta dùng và nhiệt độ sôi của

dung dịch phân huỷ

sẽ nằm giữa nhiệt độ

sôi của hai axit được trộn với

nhau. Vì thế với các chất mẫu khó phân huỷ (khó xử lý) chúng ta phải dùng các axit và hỗn hợp 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	HNO3	H2SO4	H3PO4	HClO4	HF
Nồng độ(%)	36	65	98	78	72	40
T(sôi) oC	110	121	280	213	203	120
Với hỗn hợp axit
Loại hỗn hợp của			Thành phần (V/V)		Nhiệt độ sôi oC
(HCl + HNO3)			3/1		116­118
(HNO3+ H2SO4)			4/1		130­135
(HNO3+ H2SO4 )			3/2		150­155
(HNO3+ H2SO4 + HclO4 )			4/2/2		137­140

Có thể bạn quan tâm!

• Phân tích thực phẩm - Lê Nhất Tâm - 1
• Phân tích thực phẩm - Lê Nhất Tâm - 2
• Những Điểm Lấy Mẫu Khi Mẫu Ở Dạng Lỏng
• Kỹ Thuật Vô Cơ Hóa Ướt Bằng Dung Dịch Kiềm Mạnh Đặc Nóng
• Thiết Bị Và Dụng Cụ Để Xử Lý Khô
• Kỹ Thuật Trích Ly Thường Sử Dụng Khi Xử Lý Mẫu

Xem toàn bộ 176 trang tài liệu này.

2/1	130­150
(HNO3+ H2SO4 + HF)	2/1/1	120­130

(HF+ H2SO4 )

1.7.1.2 Các kỹ thuật vô cơ hóa ướt

Việc xử lý mẫu theo phương pháp ướt, có thể được thực hiện trong các thiết 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 cách thuỷ.

 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 thích hợp.

 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

bình kendan và trong lò vi sóng hệ kín đang được dùng nhiều nhất.

1.7.1.3 Cơ chế và các tác nhân phân huỷ mẫu

 Cơ chế của sự 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 hạt mẫu với nhau làm chúng bị bào mòn dần.

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

Trong lò vi sóng:

Ngoài các tác nhân phân huỷ như trên, trong lò vi sóng còn có sự phá vỡ từ trong lòng hạt mẫu ra ngoài, do các phân tử nước hấp thụ (>90%) năng lượng vi sóng và nó có động năng rất lớn, nên chúng có chuyển động nhiệt rất mạnh, làm căng và xé các hạt mẫu từ trong ra. Thêm vào đó lại là hệ kín, nên có áp suất cao và sẽ làm nhiệt độ sôi lại cao hơn và đây là tác nhân phân huỷ mạnh nhất, do đó thúc đẩy quá trình phân huỷ mẫu rất nhanh từ trong ra và từ ngoài vào. Vì thế nên việc xử lý mẫu trong lò vi sóng chỉ cần thời gian ngắn (30 ­ 70 phút) mà lại triệt để.

 Các quá trình xảy ra khi phân huỷ mẫu

Dưới tác dụng của axit đặc và năng lượng nhiệt (nhiệt độ), cả lượng vi sóng, các quá trình vật lý và hoá học sau đây sẽ xảy ra:

năng

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