Thiết Bị Và Dụng Cụ Để Xử Lý Khô

 Trước tiên làm bay hơi mất nước hấp thụ và nước kết tính trong chất 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 giản hơn,

 Quá trình oxy hoá khử chất mẫu,

thay đổi hoá trị

của nguyên tố

trong các

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

 Có một số tương tác hoá học của các chất với nhau, tương tác với chất 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 các hạt 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 chất phân 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 môi trường nung là không khí, hay trong khí trơ (Ar, N2, He,..).

1.8.2 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 đó được 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+Na2O2	550­650	Na2SiO3+K2SiO3+H2O
Quặng Silicat	KOH+Na2O2	500­600	Na2SiO3+K2SiO3+H2O+MeX
Quặng Ferrit		550­600	FeO+Fe2O3+SO2+H2O
Quặng CuS		550­600	CuO+SO2+H2O + MenXm
	42

Có thể bạn quan tâm!

• Những Điểm Lấy Mẫu Khi Mẫu Ở Dạng Lỏng
• Kỹ Thuật Vô Cơ Hóa Ướt (Xử Lý Ướt)
• Kỹ Thuật Vô Cơ Hóa Ướt Bằng Dung Dịch Kiềm Mạnh Đặc Nóng
• Kỹ Thuật Trích Ly Thường Sử Dụng Khi Xử Lý Mẫu
• Trích Ly Lỏng Có Áp Lực Trong Phân Tích Thực Phẩm
• Trích Ly Bằng Dòng Siêu Chảy Trong Phân Tích Thực Phẩm

Xem toàn bộ 176 trang tài liệu này.

Dolomit		550­650	CaO+MgO+H2O+CO2+ MenXm
LnCO3FxH2O		550­650	Ln2O3+CO2+HF+H2O +MenXm
Nhựa đường		550­650	MexOy+CO2+SO2+H2O+MenXm
Thực phẩm	KNO3+HNO3	500­550	MexOy+CO2+H2O+ KxXy+NO
Rau quả	KNO3+HNO3	500­550	MexOy+CO2+H2O+ KxXy+NO
Rau quả		500­550	MexOy+CO2+H2O+MenXm
Chất hữu cơ		500­600	MexOy + CO2 + H2O + (NOx)

1.8.3 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 nhất định, để

phá vỡ

cấu trúc tinh thể

dạng ban đầu của mẫu phân

tích, đốt cháy chất hữu cơ, chuyển nó sang dạng các hợp chất khác đơn giản, dễ hoà tan tiếp bằng dung dịch axit hay bằng dung dịch kiềm nhằm đưa chất phân tích vào dung dịch, sau đó có thể xác định được chúng theo một phương pháp nhất định.

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 từ cho đến khi mẫu khô đen, rồi đem nung 3 giờ đầu ở nhiệt độ 450oC, sau đó nâng lên 550oC, cho đến khi mẫu hết than đen, sẽ được tro mẫu trắng. Hoà tan tro thu được trong 12 ­ 15 mL dung dịch HCl 18% và 0.5 mL HNO3 65%, đun nhẹ cho tan hết, đuổi hết axit dư đến còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng 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

mất khi nung, như Cd (10 ­ 15%), Cu (7 ­ 12%), Pb (15 ­ 20%)... Và hàm

lượng bị mất đi này lại không kiểm soát và không khống chế được trong

quá trình nung. Sự mất này càng nhiều khi nung mẫu ở nhiệt độ càng cao, hay thời gian nung 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.

1.8.4 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 bộ nhờ tác dụng của nhiệt độ thích hợp (500 ­ 600oC ), có thêm tương tác hỗ trợ của chất phụ gia để hạn chế sự mất một số nguyên tố như cách nung

không phụ

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 nó sang 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 chất phân tích. Nhất là các mẫu có cấu trúc bền, chịu nhiệt, hay mẫu matrix hữu cơ, thì tác dụng của chất bảo vệ là rất quan trọng. Như hai ví dụ trên, nhưng khi xử lý có chất bảo vệ, thì không bị mất một số nguyên tố phân tích đã nêu.

Ứng dụng tro hoá mẫu sữa để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) như sau:

Lấy 5 gam mẫu vào chén thạch anh, thêm chất phụ gia (8 mL H2SO4 45% và 2g KNO3 (hay 2 g LiBO3), trộn đều, sấy khô cẩn thận cho mẫu khô và thành than đen, sau đó đem nung 3 giờ đầu ở nhiệt độ 400 ­ 450 oC, rồi sau đó ở 550 oC, đến khi hết than đen, được tro mẫu trắng. Sau đó hoà tan tro thu được trong 15 mL dung dịch HCl 18% và 1 mL HNO3 65%, đun nhẹ cho mẫu tan hết, đun nhẹ làm bay hơi axit đến còn muối ẩm, định mức thành 25 mL bằng dung dịch axit HCl 2%. Đó là dung dịch để xác định các nguyên tố kim loại nói trên.

1.8.5 Ưu nhược điểm

 Thao tác và cách làm đơn giản,

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

 Xử lý được triệt để, nhất là các mẫu nền hữu cơ.

 Đốt cháy hết các chất hữu cơ, vì thế sạch

làm dung dịch mẫu thu được

 Nhưng có nhược điểm là có thể mất một số chất dễ bay hơi, ví dụ như Cd, Pb, Zn, Sn, Sb, v.v. nếu không có chất phụ gia và chất bảo vệ.

1.9 KỸ THUẬT VÔ CƠ HOÁ KHÔ ­ ƯỚT KẾT HỢP

1.9.1 Nguyên tắc chung

Nguyên tắc của kỹ thuật này là mẫu được phân huỷ trong chén hay cốc nung. Trước tiên người ta thực hiện xử lý ướt bằng một lượng nhỏ axit, và chất phụ gia, để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của các hợp chất mẫu và tạo điều kiện giữ một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung. Sau đó mới

nung ở nhiệt độ thích hợp. Vì thế lượng axit dùng để xử lý thường chỉ bằng 1/4 hay 1/5 lượng cần dùng cho xử lý ướt. Sau đó nung sẽ nhanh hơn và quá trình xử lý sẽ triệt để hơn xử lý ướt, đồng thời lại hạn chế được sự mất của một số kim loại khi nung. Do đó đã tận dụng được ưu điểm của cả hai kỹ thuật xử lý ướt và xử lý khô, nhất là giảm bớt được các hoá chất (axit hay kiềm tinh khiết cao) khi xử lý ướt, sau đó hoà tan tro mẫu sẽ thu được

dung dịch mẫu trong, vì không còn chất hữu cơ bình thường.

và sạch hơn tro hoá

ướt

Các quá trình vật lý và hoá học xảy ra khi xử lí là tương tự như trong xử lí ướt và khô đã nêu ở trên, song ở đây là sự kết hợp cả hai kế tiếp nhau. Trong đó xử lý ướt ban đầu là để bảo vệ một số nguyên tố cho xử lí khô tiếp theo không bị mất. Kỹ thuật này thích hợp với các mẫu có nền (matrix) là chất hữu cơ, như rau quả, thực phẩm... xử lí để xác định các kim loại và một số phi kim. Những phòng thí nghiệm không có thiết bị lò vi sóng, thì đây là một cách tốt cho việc xử lý mẫu xác định các kim loại nặng trong các đối tượng mẫu sinh học, mẫu môi trường và quặng đất đá.

1.9.2 Phương pháp tiến hành và một số ví dụ

Để sử dụng phương pháp này, trước tiên xử lý ướt sơ bộ, sau đó mới

nung, nên tính chất và sự diễn biến của nó cũng tương tự như trong hai kỹ thuật đã nói ở trên. Chỉ có khác là sau khi xử lý mẫu không phải đuổi lượng axit dư quá nhiều như trong xử lý ướt. Sau đây là vài ví dụ.

 Ví dụ 1: Xử lý mẫu rau quả để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn)

Lấy 5.000 g mẫu đã nghiền mịn vào chén nung, thêm 5 mL HNO3 45% và 5 mL Mg(NO3)2 5%, trộn đều, rồi sấy, hay đun nhẹ trên bếp điện cho mẫu

sôi và đến khi khô thành than đen dòn. Sau đó đem nung lúc đầu ở 400 ­ 450 oC trong 3 giờ, rồi nâng lên 550oC, đến hết than đen. Hoà tan tro thu được trong 20 mL dung dịch HCl 1/1 và có thêm 1 mL HNO3 65%, đun nóng cho

tan hoàn toàn, làm bay hơi hết axit dư

đến còn muối

ẩm, định mức bằng

dung dịch HCl 2% thành 25 mL. Đây là dung dịch để xác định các nguyên tố đã nói trên (Na, K, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn).

 Ví dụ 2: Xử lý mẫu sữa để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn)

Lấy 5.000 g mẫu vào chén nung, thêm 5 mL HNO3 45%, 2 mL H2SO4 98% và 5 mL Mg(NO3)2 5% (hay KNO3), trộn đều, để xử lý ướt sơ bộ sấy mẫu trên bếp điện hay trong tủ sấy cho đến khi khô và thành than đen dòn. Sau đó nung ở 400 ­ 450oC trong 3 giờ, tiếp đó ở 550oC cho mẫu tro hoá đến khi thấy bã không còn đen. Hoà tan tro thu được trong 18 mL HCl 1/1và có thêm

1.0 mL HNO3 65%, đun nóng cho mẫu tan hoàn toàn, đuổi hết axit dư đến còn muối ẩm, và định mức thành 25 mL bằng axit HCl 2%. Đây là dung dịch

mẫu để xác định các kim loại bằng các phương pháp UV­VIS, hay AAS,

hay ICP­OES, hoặc ICP­MS.

 Ví dụ 3: Xử lý mẫu tôm, cua, cá... để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn).

Lấy 5.00 gam mẫu vào chén thạch anh, thêm 8 mL H2SO4 75% và 3 mL Mg(NO3)2 5% , trộn đều, để xử lý ướt sơ bộ, ta sấy hay đun trên bếp điện cho mẫu sôi nhẹ và đun từ từ cho đến khô và thành than đen. Sau đó đem nung 3 giờ đầu ở 400 ­ 450oC, và nung tiếp ở 550oC cho mẫu tro hoá đến được bã không còn đen. Hoà tan tro thu được trong 18 mL HCl 1/1 và có thêm 1 mL HNO3 65%, đun nóng cho mẫu tan hết, làm bay hơi hết axit dư