LẤY MẪU VÀ QUẢN LÝ MẪU PHÂN TÍCH

Chia sẻ: Nguyen Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

Thêm vào BST

Báo xấu

304
lượt xem 68
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tại sao phải lấy mẫu và quản lý mẫu phân tích Các phương pháp và kỹ thuật phân tích ngày càng được phát triển và hoàn thiện để phục vụ cho phân tích định tính (phát hiện), phân tích định lượng và cả phân tích xác định thành phần cấu trúc của các chất. Nhưng căn cứ theo mức độ và khả năng ứng dụng, người ta chia thành hai nhóm:  Nhóm 1: các phương pháp phân tích hóa học, nó bao gồm - Các phương pháp phân tích khối lượng - Các phương pháp chuẩn độ thể tích...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: LẤY MẪU VÀ QUẢN LÝ MẪU PHÂN TÍCH

LẤY MẪU VÀ QUẢN LÝ MẪU PHÂN TÍCH
LẤY MẪU VÀ QUẢN LÝ MẪU PHÂN TÍCH 1.1. Tại sao phải lấy mẫu và quản lý mẫu phân tích Các phương pháp và k ỹ thuật phân tích ngày càng được phát triển và hoàn thiện để phục vụ cho phân tích định tính (phát hiện), phân tích định lượng và cả phân tích xác định thành phần cấu trúc của các chất. Nhưng căn cứ theo mức độ và khả năng ứng dụng, người ta chia thành hai nhóm:  Nhóm 1: các phương pháp phân tích hóa học, nó bao gồm - Các phương pháp phân tích khối lượng - Các phương pháp chuẩn độ thể tích Nhóm này là các phương pháp hay kỹ thuật để phân tích xác định hàm lượng lớn (đa lượng) của các chất, thông thường lớn hơn 0.05%.  Nhóm 2: các phương pháp phân tích công cụ (máy móc), nhóm này lại được chia thành 4 nhóm dựa vào các đặc trưng của nó, cụ thể là: - Phương pháp phân tích quang học. - Phương pháp phân tích điện hóa học - Phương pháp phân tích sắc ký và - Các phương pháp phân tích khác Nhóm này là các phương pháp hay kỹ thuật để phân tích xác định hàm lượng nhỏ (vi lượng) của các chất, thông thường nhỏ hơn 0.1% Trong tất cả các phương pháp phong phú như thế, dù là phân tích hóa học đơn giản hay phân tích công cụ, để xác định hàm lượng của các chất thì gần như không có phương pháp nào có thể đo đạc, xác định trực tiếp các chất cần phân tích khi nó đang tồn tại trên thực địa. Vì thế cần phải tách một lượng mẫu nhất định của đối tượng cần quan sát đem về để các định các chất cần quan tâm trong đối tượng đó. Song sau khi đã có mẫu, chúng ta cũng không thể xác định các chất ngay trong mẫu vừa đ ược lấy nguyên trạng thô như thế đ ược mà không qua xử lý để đ ưa chất cần phân tích về dạng thích hợp, bởi vì: a. Với bất kỳ một phương pháp xác đ ịnh nào, hay một kỹ thuật phân tích nào thì mỗi chất p hân tích chỉ có thể xác định đ ược nó khi nó tồn tại ở một trạng thái nhất định phù hợp với kỹ thuật đó. Ví dụ muốn xác định các kim loại trong mẫu đất, chúng ta không thể bỏ mẫu đất ngay vào máy quang phổ hấp thu nguyên tử để đo chúng đ ược mà phải đưa các kim lo ại tồn tại trong đất về trạng thái các hợ p chất tan đ ược trong dung dịch nước, dưới d ạng các cation, thì sau đó mới xác định đ ược chúng trong dung dịch nước. b. Mẫu phân tích có nhiều loại và đa dạng, từ loại có thành phần đ ơn giản đến những loại có thành phần phức tạp . Chúng có thể tồn tại ở các trạng thái khác nhau như rắn, lỏng, khi và cả huyền phù. Chúng ta không thể bỏ nguyên m ẫu như thế vào máy và xác định nó được. Nên phải xử lý để đ ưa các chất cần phân tích về trạng thái phù hợp nhất cho một phương pháp đ ã được chọn để xác định nó. c. Các chất cần xác định lại tồn tại trong các trạng thái liên kết hóa học khác nhau, trong các hợp chất vô cơ, hữu cơ khác nhau, có khi rất bền vững. Nên không thể xác định đúng đ ắn hàm lượng của nó trong một tổ hợp phức tạp bền vững và bị các nguyên tố, các chất khác, mạng lưới liên kết tồn tại của mẫu cản trở. Do đó cần phải xử lý mẫu để phá vỡ các hợp chất mà chất phân tích đang tồn tại để đưa nó sang một dạng khác được định lượng tốt theo phương pháp đ ã chọn. Chính vì thực tế đó nên muốn xem xét hay phân tích một đối tượng nào của thực tế, chúng ta phải lấy mẫu phân tích và mọi mẫu phân tích phải đ ược xử lý để có đ ược mẫu cho phân tích xác định các chất chúng ta mong muốn. Việc lấy mẫu và xử lý mẫu theo cách nào là tùy thuộc vào: - Đối tượng cần nghiên cứu phân tích - Bản chất và sự tồn tại của chất cần xác định và hàm lượng của nó - Loại mẫu, bản chất của các chất phân tích - Trạng thái tồn tại và cấu trúc của chất trong mẫu
- Phương pháp phân tích được chọn để xác định chúng Ngày nay theo sự phát triển của khoa học và ngành hóa học, các kỹ thuật, các phương pháp và các lo ại trang bị dụng cụ... để xử lý mẫu phân tích cũng được phát triển và hoàn thiện, tiện lợi và bảo đảm được tốt các yêu cầu của phân tích. Các kỹ thuật đó là: - Kỹ thuật vô cơ hóa khô, xử lý khô - Kỹ thuật vô cơ hóa ướt, xử lý ướt - Kỹ thuật vô cơ hóa khô-ướt kết hợp - Kỹ thuật xử lý ướt trong lò vi sóng - Kỹ thuật chiết lỏng-lỏng, chiết rắn-lỏng và chiết rắn-khí - Kỹ thuật thăng hoa chất phân tích - Kỹ thuật chlor hóa chất phân tích - Kỹ thuật chưng cất các kiểu - Kỹ thuật kết tinh hay hóa lỏng ở nhiệt độ thấp - Kỹ thuật điện phân tích chất Trong giáo trình này chúng ta sẽ trình bày những nét cơ bản và bản chất những quá trình vật lý và hóa học cũng như những ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các kỹ thuật này, nhất là những kỹ thuật đang được sử dụng phổ biến trong phân tích lượng vết các chất. 1.2. Lấy mẫu để phân tích 1.2.1. Mục đích và yêu cầu của việc lấy mẫu phân tích 1.2.1.1.Mục đích và yêu cầu lấy mẫu để phân tích Mục đích của việc lấy mẫu phân tích là chọn một thể tích (hay khối lượng) nhỏ phù hợp và chỉ vừa đủ của đối tượng cần nghiên cứu phân tích để làm phân tích ngay tại hiện trường hay đóng gói để vận chuyển về phòng thí nghiệm để xử lý và xác đ ịnh (định tính hay định lượng) các chất chúng ta mong muốn của đối tượng nghiên cứu nhưng lại phải bảo đảm giữ nguyên đúng thành phần của đối tượng thực tế lấy mẫu. Do đó lấy mẫu là giai đoạn đầu của công việc phân tích. Nếu lấy mẫu sai thì kết quả phân tích không phản ánh đúng thực tế. Vì thế để có kết quả phân tích phản ánh đúng thực tế, việc lấy mẫu phân tích phải đảm bảo được các yêu cầu sau đây: - Đại diện đúng cho đối tượng cần nghiên cứu và phân tích - Đáp ứng đúng yêu cầu phân tích hay nghiên cứu xem xét - Lấy mẫu, không làm mất mẫu hay nhiễm bẩn mẫu - Phù hợp với phương pháp lựa chọn phân tích - Có khối lượng đủ để phân tích, không quá nhỏ và đúng yêu cầu - Mẫu phải có lý lịch, các điều kiện lấy mẫu rõ ràng - Đảm bảo đúng yếu tố của QA/QC 1.2.1.2.Các điều kiện cần của công việc lấy mẫu Chúng ta biết rằng, mục tiêu của lấy mẫu là chọn một phần thể tích (hay khố i lượng) mẫu đủ nhỏ của đối tượng nghiên cứu (hay phân tích) để vận chuyển đ ược về phòng thì nghiệm để phân tích được các chỉ tiêu cần thiết mà vẫn đảm bảo thể hiện đúng đ ược thành phần thực tế của đối tượng nghiên cứu. Do đó việc lấy mẫu phải tuân thủ theo những điều kiện nhất định - Theo một quy trình tiêu chu ẩn nhất định cho mỗi loại và đã đ ược chấp nhận - Theo từng đối tượng mẫu phân tích nhất định - Theo nguyên tố hay chất cần phân tích - Dụng cụ lấy mẫu đúng quy cách và phải đảm bảo QA/QC - Người lấy mẫu phải được huấn luyện và có tay nghề để thực hiện - Có sổ sách ghi chép và có hồ sơ mẫu rõ ràng Chỉ khi thỏa mãn các điều kiện và yêu cầu trên thì kết quả phân tích mới nói lên được thành phẩn (hàm lượng) của chất trong mẫu phân tích. Còn nếu không thỏa mãn các điều kiện đó thì dù phương pháp phân tích có chính xác đi nữa thì cũng không nói lên được đúng nồng độ (hàm lượng) của chất. Hay nói một cách khác, chúng ta phải thực hiệnQA/QC trong công tác lấy mẫu. 1.2.2. Trang b ị và dụng cụ lấy mẫu 1.2.2.1.Yêu cầu chung về dụng cụ lấy mẫu
Các d ụng cụ phục vụ cho lấy mẫu, chứa mẫu và b ảo quản mẫu phân tích cần phải bảo đảm các điều kiện sau: - Đủ độ sạch yêu cầu của dối tượng phân tích theo mức độ phân tích yêu cầu - Không gây nhiễm bẩn hay mất mẫu, chất phân tích - Không làm sai lệch thành phần các chất trong mẫu phân tích - Phù hợp với mỗi loại mẫu cần lấy về trạng thái, độ sâu, lượng mẫu... - Có thể đong, đo đ ược lượng mẫu cần lấy theo yêu cầu đặt ra - Dụng cụ phải đ ược xử lý và kiểm tra trước khi d ùng b ằng một cách phù hợp cho nguyên tố hay đối tượng của các chất cần phân tích 1.2.2.2.Các d ụng cụ lấy và chứa đựng mẫu 1.2.2.2.1. Các yêu cầu chung Các dụng cụ lấy và chưa đựng mẫu phải: - Không làm nhiễm bẩn và ảnh hưởng đến mẫu khi lấy và b ảo quản - Phù hợp cho mỗi đối tượng mẫu và lấy được mẫu đúng thực tế - Không có tương tác với các chất mẫu khi lấy, chuyên chở và bảo quản 1.2.2.2.2. Các trang b ị và dụng cụ lấy mẫu Dụng cụ lấy mẫu bao gồm các loại theo các loại mẫu sau, cho mỗi loại mẫu: - Loại mẫu rắn và mẫu bột - Loại mẫu lỏng (như các mẫu nước, mẫu dầu) - Loại mẫu có tính độc hại - Loại mẫu có chất phân tích dễ bị phân hủy - Loại để lấy mẫu khí, không khí và bụi - Loại để lấy mẫu cho các đối tượng sinh học, nấm - Loại mẫu ở đáy nước sâu, trầm tích, bùn... (dưới biển, sông, hồ...) - Dụng cụ lấy các loại mẫu phù du, lơ lửng Vì thế dụng cụ lấy mẫu rất đa d ạng và phong phú, từ đơn giản đến máy móc tự động, điều khiển từ xa... tùy theo yêu cầu của công việc lấy mẫu. Ngày nay các loại dụng cụ lấy mẫu đ ã đ ược nhiều hãng sản xuất và cung cấp theo các mức độ khác nhau cho mỗi loại. Các quy trình phân tích và lấy mẫu đều có chỉ rõ các điều kiện và dụng cụ để lấy mẫu cho các loại chất phân tích. 1.2.2.2.3. Dụng cụ đựng, chứa và gói mẫu phân tích: Dụng cụ đựng, chứa và gói mẫu phân tích rất đa dạng và tùy thu ộc vào mỗi loại mẫu. Song chúng ta có thể tóm tắt theo mấy loại chính như sau - Loại mẫu rắn và bột + giấy hay vải gói mẫu (nó phải trơ và sạch) + túi nilon hay bao nilon, hộp + lọ, chai rộng miệng có nút bằng 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 + túi nilon có nút + các ố ng có nút kín - Loại mẫu có tính độc hại về hóa học + can, thùng (thủy tinh hay nhựa) có nút và gắn kín + chai, lọ, bình (thủy tinh hay nhựa) có nút và gắn kín + túi nilon có nút - Loại mẫu dễ phân hủy + Chai lọ, bình (thủy tinh hay nhựa) chống ánh sáng cho mẫu lỏng + Giấy hay túi đen chống ánh sáng cho mẫu rắn và bột - Loại mẫu sinh học: tùy theo mỗi chất có thể là + Các lọ thủy tinh hay thạch anh + Các lọ hay can polymer + Giấy polimer
1.3. Xử lý sơ bộ khi lấy mẫu 1.3.1. Tại sao phải xử lý sơ bộ Nhiều loại mẫu khi tách ra khỏi môi trường thực tế, các chất trong mẫu có thể bị thay đổi, bị mất hay bị phân hủy… vì thế cần phải xử lý mẫu sơ bộ nhằm mục đích là: - Giữ và b ảo to àn được chất phân tích không bị mất do cách hiện tượng + Sự tương tác hóa học, tự phân hủy của chất + sự thủy phân của các chất + Sự sa lắng của chất + Sự hấp phụ vào dụng cụ chứa mẫu - Phục vụ cho di chuyển dễ dàng và không hư hỏng mẫu - Bảo quản không làm thay đổi thành phần mẫu và chất phân tích - Phục vụ cho bảo qu ản đ ược dễ dàng và an toàn sau khi lấy 1.3.2. Các loại mẫu cần xử lý sơ bộ: những loại mẫu của các chất sau đây cần xử lý sơ bộ: - Mẫu phân tích các kim loại năng dễ thủy phân - Mẫu phân tích các anion kém bền - Mẫu phân tích các chất dễ bị phân hủy - Chất phân tích là các chất dễ bị hấp phụ vào thảnh b ình chứa - Mẫu để phân tích một số chỉ tiêu sinh học, nấm mốc - Mẫu để xác định các động vật phù du - Mẫu để xác định các loại trầm tích 1.3.3. Các phương pháp xử lý sơ bộ 1.3.3.1.Phân tích kim loại và anion - Xử lý dụng cụ: tráng các dụng cụ trước tiên b ằng một dung dịch phù hợp nhất, nước cất hay acid loãng,… dùng chất nào tùy thuộc vào chất phân tích, sau đó phải làm khô hết dung môi tráng - Xử lý mẫu khi lấy: vì dụ + Xử lý bằng acid HCl hay HNO3 (kim lo ại năng, cho 1 L mẫu) + Xử lý mẫu bằng kiềm NaOH lo ãng (kim lo ại kiềm, anion CN-, H2S,…) + Mẫu để xác định pH (các loại) + Xử lý bằng formol, alcohol (các loại mẫu xác định chỉ tiêu sinh học) + Xử lý bẳng khí trơ, sạch 1.3.3.2.Phân tích các chất hữu cơ Nhóm các chất thuộc loại sau: - Các chất dễ bị anh sang tác dụng và phân hủy - Các chất phải giữ lạnh (ví dụ lấy mẫu phân tích vitamin A trong máu) - Các chất dễ bị oxyhoa hay khử - Các chất dễ bị mất do chuyển hóa sang chất khác, do tự oxyhoa khử - Các chất dễ bay hơi, thăng hoa - Các chất dễ đông tụ, sa lắng, bám vào thành bình chứa đựng,… Đây là những mẫu phải xử lý mẫu sơ bộ khi lấy để bảo vệ chúng bằng một cách phù hợp cho mỗi chất. Ví dụ: bão hòa khí CO2 hay N2 cho các chất dễ bị oxy trong không khí phá hủy. 1.3.3.3.Các đối tượng sinh học Việc lấy mẫu của các đối tượng sinh học yêu cầu giữ rất nghiêm ngặt các điều kiện. Nếu không các vi sinh vật, nấm mốc sẽ bị chết, hay biến dạng không còn đ úng với thực tế. Một số lo ài phải cố định chúng bằng một dung môi hữu cơ thích hợp. Ví dụ các loại mẫu sau đây: - Vi sinh vật, vi khuẩn, nấm mốc - Các chỉ tiêu sinh hóa, COD, BOD, DO,... - Các mẫu y học (phân tích kim loại và các chất hữu cơ độc hại) - Sinh vật lơ lửng - Các chất lơ lửng
Khi lấy mẫu các loại này người ta phải cố định hay giữ chúng bằng các chất thích hợp đ ược cho thêm vào mẫu phân tích theo một lượng thích hợp như chất ổn định, chất chống oxyhoa, chất chống lên men, chất chống sa lắng,... 1.4. Các cách lấy mẫu phân tích Việc lấy mẫu theo kiểu nào là tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu, đối tượng, chất cần phân tích... là để xác định hàm lượng đại diện, đặc trưng hay kiểm tra tức thời hay để phân tích lấy kết qu ả làm thống kê đánh giá hàm lượng, vẽ biểu đồ, xem xét sự biến thiên, thay đổi,... của chất nghiên cứu. Nghĩa là với mỗi mục đích nghiên cứu hay phân tích các chất khác nhau, sẽ phả i có các cách lấy mẫu thích hợp cho nó. Sau đây chỉ nêu ra một số kiểu điển hình đã và đ ang được áp dụng. Tất nhiên việc lấy mẫu thế nào, theo cách nào là tùy thuộc vào mục đích lấy mẫu để làm gì, phân tích chất gì,... mà chọn phương pháp, các dụng cụ lấy mẫu phù hợp để thu được mẫu tốt. Hiện nay, mỗi đối tượng phân tích, hầu như các nước trên thế giới đều đã có các quy định tiêu chu ẩn cho công việc lấy mẫu. Chúng ta có thể áp dụng TCVN hay các tiêu chuẩn ISO-9000 để thực hiện lấy mẫu. Vì thế người đi lấy mẫu phải có những hiểu biết c ơ b ản về công việc lấy mẫu. Đó là vấn đề QA/QC của lấy mẫu phân tích. 1.4.1. Các kiểu lấy mẫu Việc lấy mẫu phân tích có thể thực hiện theo các kiểu sau đây, tùy theo yêu cầu, mục đích phân tích đặt ra mà thực hiện lấy mẫu cho phù hợp: - Lấy mẫu đơn cho đối tượng nghiên cứu - Lấy mẫu lặp, lấy mẫu song song - Lấy mẫy tích phân - Lấy mẫu có thêm chất chuẩn Một vấn dề nữa rất quan trọng trong lấy mẫu phân tích là phải đảm bảo đủ các yếu tố của QA/QC trước lúc (chuẩn bị), trong lúc lấy mẫu và sau khi đã lấy xong mẫu cũng như vận chuyển và bảo qu ản chúng. Đó là cả một quá trình mà mọ người đều phải thực hiện đúng các quy trình lấy mẫu, có như thế mới có được mẫu để phân tích cho ra kết quả phản ánh đúng thực tế của đối tượng cần nghiên cứu, phân tích. 1.4.2. Cách thức và tần suất lấy mẫu A. Lấy mẫu theo thời gian A1. Lấy mẫu liên tục theo chuơng trình thời gian để nghiên cứu Mục đích: để theo dõi kiểm tra quá trình biến thiên của chất phân tích như thế nào. Cách lấy: - chương trình thời gian (liên tục theo chu kỳ vì dụ như sau mỗi 5 phút, mỗi giờ, mỗi ngày, mỗi tháng....) - Chương trình thời gian theo vùng, tầng ; không gian tầng khác nhau A2 Lấy định (kỳ theo chu kỳ nhất định, thủy triều, gió mùa...) Mục đích: định kỳ phát hiện các chất mong muốn Cách lấy: định kỳ thời gian (tuần, tháng, quý, theo triều lên xuống, theo tuần trăng...) A3 Lấy theo xác suất bất kỳ khi nào cần kiểm tra Mục đích: thỉnh thoảng cần phát hiện các chất mong muốn thì lấy mẫu Cách lấy: lấy theo nhu cầu mong muốn kiểm tra đột xuất tại những vị trí hay vùng mong muốn kiểm tra thì lấy mẫu B. Lấy mẫu theo tầng và lớp B1. Lấy mẫu đại diện trung bình Mục đích: xác định hàm lượng trung bình đại diện Cách lấy: theo cách lấy nhiều chỗ, sau trộn lại lấy trung bình B2. Lấy cách điểm khác nhau theo bề mặt để đánh giá theo vị trí Mục đích: xác định hàm lượng tại mỗi chỗ để đánh giá sự khác nhau Cách lấy: theo cách lấy mẫu cho mỗi chỗ để riêng B3. Lấy theo các tầng, lớp có độ sâu khác nhau (mẫu đất, n ước...) Mục đích: xác định hàm lượng tại mỗi tầng sâu khác nhau Cách lấy: theo cách lấy ở mội tầng sâu khác nhau riêng
C. Lấy mẫu theo vùng, mặt cắt hay theo điểm cần quan sát Mục đích: xác định hàm lượng chất phân tích tạo mỗi vùng khảo sát Cách lấy: theo cách lấy ở mỗi vùng riêng biệt đã đ ịnh D. Lấy mẫu theo dòng chảy, hướng gió Mục đích: xác định hàm lượng chất phân tích theo hướng gió khác nhau Cách lấy: theo cách lấy ở mỗi hướng gió thuận hay ngược riêng biệt 1.5. Ghi chép lập hồ sơ mẫu khi lấy Khi lấy mẫu, mỗi mẫu phải có ghi chép lập hồ sơ đầy đủ. Hồ sơ lấy mẫu phải đủ các vấn để sau: - Địa điểm lấy mẫu - Vị trí lấy mẫu (chỗ lấy, bề mặt, độ sâu, cách đường, bờ ruộng..., khi lấy mẫu nước biển p hải ghi rõ kinh độ, vĩ độ, độ sâu, tọa độ...) - Ngày, giờ, tháng, năm lấy mẫu - Điều kiện thời tiết (mưa, nắng, gió, nhiệt độ...) - Loại mẫu gì, d ạng tồn tại, trình trạng mẫu khi lấy. - Khối lượng mẫu đã lấy - Ghi rõ cách xử lý sơ bộ (nếu có) - Người lấy mẫu và người xác nhận (ghi rõ họ tên) Hồ sơ này phải có một tờ đi kèm theo mẫu và được bàn giao cho người nhận mẫu để di chuyển hay bảo quản và cho cả người phân tích sau này. Trên cơ sở hồ sơ về tình trạng cụ thể và đầy đủ đó, người làm phân tích sẽ dễ d àng tìm được một cách xử lý mẫu thích hợp nhất cho phân tích đạt kết qu ả tốt. 1.6. Chuyên chở mẫu từ nơi lấy về kho và phòng thí nghiệm 1.6.1. Các yêu cầu của chuyên chở Để đảm bảo không làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích, việc chuyên chở mẫu cũng phải đảm bảo các điều kiện: - Bằng các phương tiện phù hợp, kịp thời nhưng không tốn kém. - Không làm hư hỏng mẫu, bong tróc nhãn, hư hỏng đồ bao gói, bình chứa - Không gây xáo trộn, va đập, nhất là mẫu dễ cháy nổ - Đúng điều kiện giữ mẩu, không cho mẫu phân hủy khi di chuyển - Phương tiện chuyên chở phải đảm bảo sạch, không làm nhiễm bẩn mẫu 1.6.2. Các phương tiện chuyên chở Tùy điều kiện thực tế xa hay gần, khẩn cấp hay thong thả mà chọn cách chuyên chở t hích hợp nhất lại không tốn kém và phức tạp, song phải đảm bảo đ ược các yêu cầu chuyên chở, có thể là - Phương tiện thủ công đơn giản: xa đạp, xe máy, xích lô... - Phương tiện cơ giới chuyên dụng có đủ tiện nghi khống chế các điều kiện như mong muốn, bảo vệ mẫu... và chuyên chở nhanh Song một điều cần luôn quán triệt là dù bằng cách này thì cũng phải thực hiện đúng các điều kiện của QA/QC trong vận chuyển mẫu. 1.7. Quản lý và bảo quản mẫu phân tích 1.7.1. Các yêu cầu của quản lý mẫu Việc quản lý, bảo quản mẫu là một khậu kế tiếp của công việc lấy mẫu phân tích. Lấy mẫu tốt nhưng b ảo quản không tốt thì sẽ làm hỏng mẫu phân tích, vì thế trong công tác bảo quản mẫu phải đảm bảo được các yếu tố sau: - Theo đúng yêu cầu để đảm bảo sự tồn tại đúng chất phân tích - Để riêng từng loại, từng lô, từng nhóm.... - Trong môi trường thích hợp (ánh sáng, độ ẩm,nhiệt độ...) - Bảo vệ đ ược chất phân tích không bị phân hủy hay sa lắng,.. - Trong nhiệt độ thích hợp theo yêu cầu của chất phân tích - Không cho các phản ứng hóa học xảy ra làm mất chất phân tích Do đó mỗi một chất phân tích và mỗi loại mẫu cần được chọn theo những điều kiện thích hợp nhất để bảo quản chúng trước khi phân tích. 1.7.2. Các phương pháp bảo quản mẫu
Tùy lo ại mẫu và chất phân tích mà mẫu có thể được bảo quản: - Trong điều kiện b ình thường, trong phòng có không khí sạch - Trong tủ lạnh có khống chế nhiệt độ theo yêu cầu - Trong kho kín, khô ráo, không bụi và không có độc hại cho mẫu - Trong tủ ấm có khống chế nhiệt độ theo yêu cầu - Nhiệt độ thấp d ưới 0 (trong tuyết CO2) hay hệ khống chế nhiệt độ - Trong môi trường khí trơ (Ar, He hay N2) Bảng 1.2 là vài ví dụ về các loại dụng cụ làm từ các vật liệu khác nhau dùng đ ể chứa mẫu và bảo qu ản mẫu Chất phân tích Vật liệu làm bình chứa Chất bảo vệ/điều kiện Thời gian bảo quản tối b ảo quản đa Cl-, SO42- P, G Không 30 ngày CN- P, G 0.06g ascorbic acid/L 15 ngày 4 oC 4 oC 48 giờ Nitrite P, G SO32- 4 oC P, G 28 ngày H+ (pH) Bình thường 24 giờ P, G Kim loại (II, III) P, G HNO3, pH
thu được trên b ất kỳ lĩnh vực nào của sản xuất hay nghiên cứu khoa học có được chất lượng đáp ứng (hay thỏa mãn) đúng được mục tiêu đã đ ặt ra. Do đó trong công tác lấy mẫu phân tích thì QA là hệ thống của công tác tổ chức quản lý, các quy tắc, biện pháp, các điều kiện đ ã được nghiên cứu, lựa chọn và biên soạn thành một quy trình để phục vụ cho công tác lấy mẫu phân tích theo mỗi loại đối tượng, nhằm mục đích lấy được mẫu phân tích đại diện đúng đối tượng cần phân tích. Vì vậy việc thực hiện QA trong lấy mẫu phân tích là điều rất cần thiết và chỉ có đảm bảo được QA trong lấy mẫu thì chúng ta mới có điều kiện đầy đủ để khẳng định các số liệu phân tích thu đ ược theo mẫu đã lấy có cơ sở khoa học và phản ánh đúng thực tế cần nghiên cứu. Vì thế QA trong lấy mẫu phân tích bao gồm một loạt các vấn đề sau đây để đảm bảo cho mọi hoạt động lấy mẫu đạt kết quả tốt và nó là một kế hoạch bảo đảm chất lượng cho công việc lấy mẫu. Kế hoạch đó bao gồm: - Cán bộ đi lấy mẫu phải được huấn luyện đầy đủ theo yêu cầu lấy mẫu - Có phương pháp lấy mẫu đúng đắn và được phê chu ẩn - Dụng cụ trang bị và phương tiện để lấy chứa mẫu đ ã được kiểm chuẩn - Hóa chất, thuốc thử phục vụ lấy mẫu đ ược chuẩn bị và kiểm chuẩn - Xác định đúng địa điểm, vùng và vị trí cần lấy mẫu - Xác định rõ các thong số cần khảo sát - Có đủ các điều kiện chứa đựng, chuyên chở và b ảo quản mẫu - Phương tiện ghi chép lập hồ sơ khi lấy mẫu đ ã được chuẩn bị đủ - Có đủ các tài liệu cần thiết tối thiểu phục vụ cho lấy mẫu 1.8.2. Khái niệm về QC Mục tiêu chung của QC là cung cấp các điều kiện và biện pháp để giám sát và kiểm soát chất lượng một quá trình sản xuất hay nghiên cứu khoa học nào đó để đảm bảo chất lượng đồng thời phát hiện những sai sót và tìm cách khắc phục những sai sót đó để đảm bảo thu được sản phẩm có chất lượng mong muốn đặt ra. Nói một cách tổng quát thì QC là một tập hợp các phương pháp, điều kiện kỹ thuật và các hoạt động kỹ thuật để kiểm soát chất lượng của một sản phẩm được tạo ra trong một quá trình nào đ ó.Vì thế cùng vói QA, trong công tác lấy mẫu phân tích cũng phải thực hiện cả QC. Trong công tác lấy mẫu phân tích thì QC là một tổ hợp các biện pháp và điều kiện kỹ thuật cụ thể để kiểm soát mọi chất lượng hoạt động của công tác lấy mẫu phân tích, đồng thời phát hiện các sai sót và tìm các biện pháp khắc phục đảm bảo tốt quá trình lấy mẫu. Nó là các quy tắc, biện pháp và các điều kiện để thực hiện kiểm soát quá trình lấy mẫu từ lúc chuẩn bị đi lấy mẫu đến công việc lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu, cũng nhằm mục đích làm cho việc lấy mẫu phân tích đảm bảo được tính chính xác, đúng đắn và mẫu lấy được phản ánh và đ ại diện đúng cho đối tượng cần nghiên cứu, phân tích, đồng thời cũng tránh đ ược các sai sót trong lấy mẫu như về trang bị, dụng cụ hóa chất, sự nhiễm bẩn khi lấy mẫu và các tác động khác…. Vì thế phải lấy: - Mẫu trắng dụng cụ các loại - Mẫu trắng chuyên chở - Mẫu trắng thuốc thử khi có xử lý sơ bộ - Mẫu thêm chuẩn kiểm tra 1.8.3. Những vần đề và mối quan hệ QA/QC trong lấy mẫu Như vậy từ những khái niệm ở trên QA/QC trong lấy mẫu phân tích chính là những công cụ của quản lý và kiểm soát chất lượng đ ược triển khai và áp dụng trong lĩnh vực lấy mẫu phân tích. Nó là toàn bộ các hoạt động trong lấy mẫu được thực hiện một cách có kế hoạch và có hệ thống. Thực hiện các hoạt động này sẽ đảm bảo cho sự tin tưởng của mẫu lấy được để phục vụ phân tích. QC là các ho ạt động kỹ thu ật có tính chất tác nghiệp (nghiệp vụ) cụ thể để vừa theo dõi quá trình lấy mẫu vừa đánh giá chất lượng của một sản phẩm do quá trình lấy mẫu tạo ra, vừa đồng thời phát hiện và lo ại bỏ hay khắc phục những sai sót của tất cả các khâu trong một quá trình lấ y mẫu phân tích. Các hoạt động QA/QC trong lấy mẫu phân tích gắn bó chặt chẽ với nhau và b ổ sung cho nhau, cùng diễn ra trong khuôn khổ của hệ thống thống nhất để đảm bảo chất lượng của mẫu lấy được. Lấy mẫu là một hoạt động hiện trường. Nó là hoạt động khởi đầu của toàn b ộ dây chuyền hay công tác phân tích mẫu để có được số liệu (thông tin) về các đối tượng cần quan sát và xem xét. Vì thế mọi sai sót trong lấy mẫu đều ảnh hưởng đến toàn b ộ kết quả thu đ ược. Vì thế phải quan tâm đúng mức đến việc bảo đảm chất lượng cho công tác lấy mẫu phân tích để có đ ược những lựa chọn
trang bị, phương pháp, các quyết định về cách lấy mẫu , thời gian, địa điểm, tần suất thích hợp, công tác kiểm tra các hoạt động lấy mẫu…. Đó chính là nội dung của QA/QC trong lấy mẫu. Về vấn đ ề này cần có một số quyết định cụ thể để thực hiện theo các nội dung sau đây: - Chuẩn bị nhân sự phù hợp - Lập kế hoạch theo mục đích khảo sát và lấy mẫu - Lựa chọn địa điểm, vùng, vị trí lấy mẫu cho đối tượng cần lấy - Xác định được kiểu và cách lấy mẫu cho đối tượng cần lấy - Xác định tần xuất và thời gian lấy mẫu - Lựa chọn phương pháp lấy mẫu - Chọn và chuẩn bị các dụng cụ thích hợp cho lấy mẫu - Chọn cách xử lý sơ bộ khi lấy mẫu (nếu cần) - Lựa chọn dụng cụ chứa, đựng hay gói và bảo quản mẫu - Xác dịnh và chọn các cách vận chuyển mẫu thích hợp - Công việc lập báo cáo, b àn giao mẫu và hồ sơ đủ để lưu trữ Đó là những vấn đề chung, cònc ác phương pháp và quy trình lấy mẫu cụ thể đã có trong các tiêu chuẩn của quốc gia và quốc tế. Mỗi người khi thực hiện lấy mẫu đều phải nắm vững các quy trình đ o, các vấn đề này có thể tham khảo ở mục phụ lục cuối chương này. Đồng thời theo các khái niệm đ ã nêu trên, công tác lấy mẫu phân tích phải bao gồm các vấn đề sau đây, bắt đầu từ lúc chuẩn bị đi lấy mẫu cho đến khi thu đ ược mẫu đem về và bảo quản chúng. - QA/QC đối với tất cả người thực hiện lấy mẫu - QA7QC trong kế hoạch lấy mẫu - QA/QC đối với các phương pháp, trang b ị và d ụng cụ để lấy mẫu - QA/QC đối với hóa chất phục vụ lấy mẫu - QA/QC đối với các loại dụng cụ đựng, chứa và bao gói mẫu - QA/QC đối với các hoạt động lấy mẫu, ghi chép hồ sơ lấy mẫu - QA/QC đối với công tác chuyên chở mẫu về phòng thí nghiệm - QA/QC đối với công tác bảo quản và lưu giữ mẫu sau khi đ ã lấy đ ược Làm tốt tất cả các vấn đề này tức là chúng ta đã lấy đ ược mẫu phân tích thỏa mãn được tất cả các yêu cầu của lấy mẫu. Nghĩa là trong mọi hoạt động của công tác lấy mẫu phân tích từ lúc bắt đầu chu ẩn bị đến lúc lấy được mẫu mang về và bảo quản chúng, hay phân tích ngay tại hiện trường khi cần thiết. To àn bộ mối quan hệ của các công việc này có thể mô phỏng theo sơ đồ ở hình sau: Bảng XX: các phương pháp tiêu chuẩn lấy mẫu phân tích hiệu tiêu Lấy mẫu cho chỉ tiêu nào STT Ký Ghi chú chu ẩn Hướng dẫn lấy mẫu nước hồ ao 01 TCVN 5994-1995 Hướng dẫn lấy mẫu nước sông suối 02 TCVN 5996-1995 Hướng dẫn lấy mẫu nước thải 03 TCVN 5998-1995 Hướng dẫn lấy mẫu nước biển 04 TCVN 5999-1995 Hướng dẫn lấy mẫu nước ngầm 05 TCVN 6000-1995 Lấy mẫu nước thải và bùn 06 ISO 5667-13-1993
Hình 1.1. Sơ đồ chung về QA/QC trong lấy mẫu và phân tích Xác định mục tiêu lấy mẫu Lập chương trình lấy mẫu Chuẩn bị: nhân lực, phương tiện, trang thiết bị, dụng cụ, tài liệu... phục vụ lấy mẫu Thực hiện lấy mẫu theo QA/QC các chỉ tiêu yêu cầu phân tích Bảo quản và vận chuyển về kho hay PTN Xử lý mẫu và phân tích Số liệu phân tích Xử lý số liệu Báo cáo k ết quả phân tích Nhận xét và đánh giá
Chương II. CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ MẪU PHÂN TÍCH 2.1. Yêu cầu chung của kỹ thuật xử lý mẫu 2.1.1. Yêu cầu chung của kỹ thuật xử lý mẫu phân tích Xử lý mẫu là giai đo ạn đầu tiên nhưng rất quan trọng của quá trình phân tích. Mọi sai sót trong giai đoạn này đ ều là nguyên nhân tạo ra sai số cho kết quả phân tích, có khi sai số rất lớn.Vì thế mọi cách xử lý mẫu để phân tích, cùng với việc tuân thủ theo QA/QC, còn phải bảo đảm được các yêu cầu cụ thể sau: - Lấy được hoàn toàn, không làm mất chất phân tích + Không làm nhiễm bẩn thêm chất phân tích vào mẫu từ bất kỳ nguồn nào + Kết quả xử lý phải phù hợp với phương pháp phân tích đã chọn - Dùng các hóa chất phải đảm bảo độ sạch đúng yêu cầu, mục đích và mức độ phân tích - Không đưa thêm các chất có ảnh hưởng vào mẫu - Có thể tách hay làm giàu được chất phân tích càng tốt 2.1.2. Vấn đề QA/QC trong xử lý mẫu phân tích Mục tiêu chung của QA/QC trong xử lý mẫu phân tích là cung cấp hay đảm bảo đủ các điều kiện, các biện pháp tối thiểu cần thiết để đảm b ảo xử lý đ ược tốt mẫu phân tích đạt đúng chất lượng mong muốn. Xử lý mẫu là khâu thứ hai và rất quan trọng của quá trình phân tích. Nếu việc xử lý mẫu không đ ảm bảo được độ trung thực, đúng đắn và lo ại đ ược mọi sai sót ảnh hưởng như mất hay nhiễm bẩn chất phân tích thì các công việc sau đó dù cho có làm cẩn thận và chính xác đ ến đâu đi nữa thì số liệu phân tích cũng không cho ta đúng thực tế của chất phân tích có trong mẫu. Vì vậy để đảm bảo cho công việc xử lý mẫu đ ược tốt thì nhất thiết phải thực hiện công tác QA/QC. Vậy QA/QC trong xử lý mẫu phân tích là gì? 2.1.2.1 Khái niệm về QA Như chúng ta đã biết, mục tiêu chung của QA là cung cấp hay đảm bảo các điều kiện và biện pháp tối thiểu cần thiết để có đ ược một sản phẩm của lĩnh vực nghiên cứu hay sản xuất đ ạt đúng chất lượng mong muốn. Do đó có thể nói một cách tóm tắt là trong công tác xử lý mẫu phân tích thì QA là các quy tắc, biện pháp và các điều kiện cần thiết đ ã đ ược nghiên cứu, lựa chọn và biên soạn thành một quy trình (hệ thống), để phục vụ cho cô ng tác xử lý mẫu phân tích nhằm mục đích lấy đ ược dung dịch mẫu phân tích trung thực, không mất chất phân tích, không bị nhiễm bẩn và đ ại diện đúng cho đối tượng cần phân tích. Vì vậy thực hiện QA trong xử lý mẫu phân tích là điều rất cần thiết và chỉ có đ ảm bảo được QA trong xử lý mẫu thì chúng ta mới có đầy đủ điều kiện để khẳng định các số liệu phân tích là có cơ sở khoa học, đúng đắn và phản ánh đúng thành phần của chất phân tích có trong mẫu nghiên cứu. 2.1.2.2. Khái niệm về QC Mục tiêu chung của QC là cung cấp các điều kiện và biện pháp kỹ thuật cần thiết để giám sát và kiểm soát chất lượng của một quá trình nào đó trong sản xuất hay nghiên cứu khoa học để đảm bảo chất lượng cho sản phẩm, đồng thời phát hiện các sai sót và tìm biện pháp khắc p hục các sai sót đ ể đảm bảo thu đ ược sản phẩm có chất lượng đúng yêu cầu mong muốn. Vì thế trong công việc xử lý mẫu cùng với QA, cũng còn phải thực hiện cả biện pháp QC. Vậy QC trong xử lý mẫu phân tích là gì? Trong công tác xử lý mẫu phân tích, QC là biện pháp, các điều kiện kỹ thuật và ho ạt động giám sát và kiểm soát chất lượng của mọi công việc trong xử lý mẫu phân tích. Nó là các quy tắc, biện pháp và các điều kiện kỹ thuật đ ã đ ược lựa chọn, xây dựng, biên soạn thành những quy trình để phục vụ việc kiểm tra, giám sát, kiểm chuẩn quá trình xử lý mẫu nhằm đảm bảo cho việc xử lý mẫu phân tích có đ ược tính chính xác, đúng đắn và dung dịch mẫu thu đ ược sau xử lý phản ánh và đại diện đúng cho đối tượng cần nghiên cứu phân tích. Đồng thời tránh hay hạn chế tối đa được các sai sót về trang bị, dụng cụ, hóa chất, sự nhiễm bẩn hay mất mát chất phân tích khi tiến hành xử lý mẫu và các tác động khác của môi trường làm việc mà chúng ta không mong mu ốn.Vì thế bắt buộc phải thực hiện các mẫu QC (như mẫu trắng hiện trường, mẫu trắng trang thiết bị, mẫu trắng phương pháp, mẫu thêm chuẩn, mẫu chuẩn thẩm định…). 2.1.2.3. Nội dung và quan hệ QA/QC trong xử lý mẫu
Xử lý mẫu là một hoạt động được thực hiện ở cả hiện trường và trong phòng thí nghiệm mà chủ yếu là trong phòng thí nghiệm. Nó là bước hoạt động thứ hai của to àn bộ dây chuyền hay công tác phân tích mẫu để có đ ược số liệu, thông tin tin cậy về các đối tượng cần quan sát. Vì thế mọi sai sót trong xử lý mẫu đều ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Do đó chúng ta phải quan tâm đúng mức đến việc bảo đảm chất lượng cho công tác hay mọi hoạt động xử lý mẫu phân tích để có đ ược những lựa chọn về trang thiết bị, phương pháp, các điều kiện cần thiết về cách xử lý mẫu. Đó chính là nội dung của QA/QC trong xử lý mẫu phân tích. Về vấ n đ ề này cần có một số quyết định cụ thể để thực hiện theo các nội dung chính sau đây: - Nhân sự: xem xét tay nghề và khả năng của cán bộ phân tích - Lựa chọn phương pháp để xử lý mẫu cho đối tượng cần phân tích - Xác định khối lượng mẫu cần lấy để xử lý và số lượng cần xử lý kép - Chọn trang thiết bị, dụng cụ và các điều kiện cần thiết để xử lý mẫu - Lựa chọn cách kiểm tra phương pháp ứng dụng để xử lý - Lựa chọn các hóa chất và thuốc thử cần thiết cho xử lý đạt yêu cầu - Kiểm tra môi trường xung quanh trong quá trình xử lý mẫu - Công tác kiểm chuẩn trong xử lý mẫu, mẫu lặp và mẫu trắng các loại … - Chọn phương pháp b ảo quản mẫu thu được sau khi đ ã xử lý để phân tích, nếu chưa tiến hành phân tích ngay được Đồng thời theo các nội dung đã nêu trên thì ho ạt động QA/QC trong công tác xử lý mẫu phân tích phải bao gồm các vấn đề sau đây, bắt đầu từ lúc chuẩn bị cho công tác xử lý mẫu phân tích cho đến khi thu đ ược kết quả của chúng và b ảo quản, nghĩa là phải thực hiện công tác QA/QC - Đối với tất cả những người thực hiện xử lý mẫu phân tích - Đối với các trang bị, máy móc và dụng cụ dùng đ ể xử lý mẫu - Đối với các chất chuẩn, hóa chất và thuốc thử cần dùng cho xử lý mẫu - Đối với các loại dụng cụ đựng, chứa mẫu thu đ ược sau xử lý - Đối với các hoạt động trong khi tiến hành xử lý và ghi chép hồ sơ xử lý - Đối với công tác kiểm chuẩn trong quá trình xử lý mẫu - Đối với công tác bảo quản và lưu mẫu để phân tích - Đối với việc phát hiện sai sót và các biện pháp khắc phục sai sót Đó là các vấn đề đặt ra cho người làm phân tích trong giai đo ạn xử lý mẫu. Làm tốt tất cả các vấn đề này tức là chúng ta đã thực hiện được QA/QC và hoạt động xử lý mẫu là thỏa mãn đ ược các yêu cầu của phân tích. Nghĩa là trong mọi hoạt động của công tác xử lý mẫu phân tích từ lúc bắt đầu chuẩn bị cho đến lúc đã xử lý xong lấy được dung dịch mẫu và bảo quản chúng để phân tích theo một phương pháp đã đ ược lựa chọn. 2.2. Phân loại mẫu phân tích 2.2.1. Phân loại theo hóa học phân tích Theo quan điểm hóa học phân tích, người ta thư ờng chia các loại mẫu phân tích thành hai nhóm chính, dựa trên thành phần nền (matrix) của mẫu là vô cơ hay hữu cơ - Nhóm các loại mẫu có chất nền vô cơ - Nhóm các loại mẫu có chất nền hữu cơ Trong mỗi nhóm có thể phải xác định (phân tích) cả chất hữu cơ và vô cơ, tùy từng trường hợp và theo các yêu cầu phân tích cụ thể khác nhau. 2.2.2. Phân loại theo trạng thái tồn tại Xét về mặt trạng thái của đối tượng mẫu phân tích thì lại có cách phân chia sau: - các mẫu thuộc trạng thái khí: không khí, bụi, các chất khí … - Các mẫu thuộc trạng thái rắn và bán rắn: sắt thép, kim loại, đất đá, quặng, bùn, cây, qu ả hạt các loại, thuốc dạng bột, viên… - Các mẫu thuộc trạng thái lỏng như các loại nước tự nhiên, ao hồ, sông suối, nước sinh hoạt, nước giải khát, bia, rượu, xăng dầu…
Việc phân chia theo cách này, chúng ta thấy chỉ một loại cũng chứa nhiều thứ mẫu khác nhau về tính chất, vô cơ, hữu cơ lẫn lộn… Vì thế phân loại này có thể rất không khoa học và khó xem xét khi cần chọn các phương pháp xử lý mẫu để phân tích các chất cần thiết. 2.2.3. Phân loại theo nhóm ngành - Mẫu nông nghiệp: + Các cây cối, thảo mộc + Các loại hoa quả, rau củ, sản phẩm nông nghiệp tươi sống + Các loại phân bón, đất trồng trọt - Mẫu công nghiệp + Mẫu công nghiệp than và điện + Mẫu công nghiệp hóa chất + Mẫu công nghiệp dầu khí và tổng hợp hữu cơ + Mẫu công nghiệp thực phẩm… - Mẫu dân dụng và sinh ho ạt + Các lo ại mẫu sinh hoạt hằng ngày của người và động vật tạo ra + Các lo ại mẫu bệnh viện - Các lo ại mẫu tự nhiên nư khoáng, qu ặng, đất đá… Các phân loại này khi mới nhìn tưởng là chi tiết nhưng khi xem xét về cách xử lý mẫu thì mới thấy nhiều điều không hay. Do đó theo quan điểm của hóa phân tích thì cách đầu tiên là tương đối đơn giản và thích hợp nhất. 2.3. Trang b ị để xử lý mẫu phân tích 2.3.1. Yêu cầu của trang bị và điều kiện để xử lý mẫu Để xử lý mẫu tùy điều kiện về phân loại mẫu, về chất phân tích mà có sự lựa chọn các trang bị và phương pháp xử lý mẫu cho phù hợp. Ngày nay trên thị trường có nhiều loại trang thiết bị khác nhau dùng cho xử lý mẫu từ đơn giản đến phức tạp và hoàn toàn tự động. Song bất kỳ loại thiết bị nào cũng phải đảm bảo các vấn đề sau: a. Thực hiện QA/QC trong xử lý mẫu b. Cần chú ý thêm các yêu cầu cụ thể tối thiểu là: + Theo yêu cầu của mức độ phân tích và cấp hàm lượng + Phù hợp với mỗi loại mẫu, nếu đơn giản, phổ thông thì càng hay + Không làm mất và không làm nhiễm bẩn cho mẫu phân tích 2.3.2. Các loại dụng cụ đ ơn giản - Các lo ại cốc đun và ống nghiệm - Các lo ại chén, bát nung (sứ, thạch anh, kim loại quý…) - Các lo ại ống nghiệm đun đ ược (chịu nhiệt) - Lò nung, tủ sấy - Các lo ại hệ chiết lỏng-lỏng, lỏng-rắn và lỏng-khí - Bình Kendan các lo ại 2.3.3. Các loại trang bị hoàn chỉnh - Các lo ại hệ chưng cất khác nhau - Hệ thống b ình Kendan đóng kín, hồi lưu và tự động - Các lo ại lò vi song (đơn giản và hoàn chỉnh) - Các hệ của kỹ thuật chiết lỏng lỏng lien tục - Các hệ của kỹ thu ật chiết lỏng-rắn (chiết pha rắn) - Các hệ của kỹ thuật chiết khí-rắn (chiết pha khí) - Các hệ của kỹ thuật chiết siêu âm - Các trang bị của kỹ thuật chiết Soxhlet - Các lo ại thiết bị thăng hoa mẫu - Các lo ại khác Song một điều phải nhớ rằng dù chọn cách nào, dụng cụ nào thì cũng phải đảm bảo xử lý được mẫu một cách tốt nhất mà không làm mất chất phân tích, không làm nhiễm bẩn và đưa được
chất cần xác định về dạng phù hợp nhất cho phương pháp phân tích đã chọn. Các loại trang thiết bị này sẽ được nói đến trong các k ỹ thuật xử lý mẫu cụ thể. 2.4. Khái quát về bản chất các kỹ thuật xử lý mẫu Xử lý mẫu phân tích là một quá trình phức tạp, có hóa học, hóa lý hay vật lý và hóa học phức tạp kết hợp để chuyển các chất hay các nguyên tố hay các ion cần xác định có trong mẫu phân tích ban đ ầu, đ ưa chúng về dạng tan trong một dung môi thích hợp như nước hay dung môi hữu cơ để sau đó có thể xác định được nó theo một phương pháp phân tích thích hợp. Tuy thế, nhưng việc xử lý mẫu phân tích là được thực hiện theo rất nhiều kỹ thuật có nguyên lý, bản chất, cơ chế vật lý và hóa học có khi rất khác nhau tùy theo mỗi loại mẫu và yêu cầu phân tích những chất nào. Ví d ụ như xử lý bằng acid, xử lý bằng kiềm, hay tro hóa khô, tro hóa ướt, sự chiết lỏng lỏng, chiết pha rắn, chưng cất…. Song một cách đại thể thì chúng ta có thể phân loại theo một số nguyên tắc, cơ chế dựa theo các cơ chế sau đây của hóa học, hóa lý và vật lý trong quá trình xử lý mẫu. Vì thế trong chương này chỉ trình bày về các nguyên tắc, bản chất… của các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích, mà không đi sâu vào cấu tạo và cách vận hành các loại dụng cụ hay trang thiết bị. Đó là các kỹ thuật sau đây: - Kỹ thuật vô cơ hóa ướt - Kỹ thuật vô cơ hóa khô - Kỹ thuật vô cơ hóa khô ướt kết hợp - Các kỹ thuật chiết thông thường - Kỹ thuật chiết Soxhlet (kiểu thường và tự động) - Kỹ thuật chiết pha rắn, pha khí - Kỹ thuật chiết siêu âm - Các kỹ thuật chưng cất (thường, chân không, lôi cuốn…) - Kỹ thuật lên men nấu - Kỹ thuật thăng hoa chất phân tích - Kỹ thuật chlor hóa mẫu bằng khí chlorine mới sinh - Kỹ thuật điện phân Trong các kỹ thuật đó, mỗi kỹ thuật chỉ thích hợp cho một số chất hay một nhóm chất nhất định và mội kỹ thuật cũng có một số ưu và nhược điểm riêng và phạm vi ứng dụng của nó. Nghĩa là không thể có một cách xử lý mẫu nào là phù hợp được cho mọi loại mẫu, mọi chất phân tích. Vì thế tùy theo yêu cầu cụ thể của công việc phân tích mà người làm phân tích phải nghiên cứu, xem xét và lựa chọn một kỹ thuật nào cho thích hợp trong cơ sở của mình và đảm bảo đ ược kết quả phân tích đúng đắn và tin tưởng. Tức là phải thực hiện QA/QC trong công việc xử lý và trong công việc phân tích đặt ra. Trong khi xử lý hay phân hủy mẫu, có thể có rất nhiều quá trình vật lý và các phản ứng hóa học có thể xảy ra đồng thời, tùy thu ộc vào mỗi loại nền mẫu, thành phần của mẫu và các chất được cho vào dùng để thực hiện xử lý mẫu. Nói chung một cách tổng thể có thể có các quá trình sau đây xảy ra: - Sự phá vỡ mạng lưới cấu trúc của chất mẫu ban đầu, giải phóng các chất phân tích, đưa chúng về dạng dung dịch d ưới dạng các muối tan của các ion. - Quá trình oxy hóa khử làm thay đ ổi hóa trị, chuyển đổi dạng, làm tan vỡ cấu trúc vật chất mẫu ban đầu để giải phóng chat phân tích về dạng hợp chất tan trong dung dịch. - Sự đốt cháy, phá hủy các hợp chất hữu cơ và mùn, tạo ra khí CO2, NO2, SO2, nước và giải phóng các kim loại trong chất mẫu hữu cơ ban đ ầu, đ ưa chúng về dạng các hợp chất hay muối dễ tan trong acid. - Sự tạo ra các hợp chất phức bền, ít phân ly làm tan chất mẫu, tạo ra các phức dạng tan của các chất phân tích trong dung dịch (dung môi) qua đó mà hòa tan chất mẫu. - Tạo ra hợp chất dễ bay hơi, làm mất đi anion của chất mẫu ban đầu… làm mẫu bị phân hủy tạo ra các chất khác tan trong dung dịch acid hay kiềm hay acid.
Sự kết tinh hay kết tủa chất phân tích d ưới dạng hợp chất khác, làm chất phân tích được - tách ra khỏi mẫu ban đầu và chuyển sang hợp chất mới mà chúng ta lấy được chúng ra khỏi mẫu ban đầu. Như vậy trong quá trình xử lý và phân hủy mẫu có thể có các quá trình vật lý, các phản ứng hóa học xảy ra như phản ứng oxy hóa khử, phản ứng thủy phân, phản ứng tạo phức, phản ứng hòa tan, phản ứng kết tủa… của các phân tử chất mẫu với dung dịch acid phân hủ mẫu và các phân tử chất có trong mẫu với nhau. Đó là nói chung tất cả các khả năng có thể có, song trong thực tế, tùy thu ộc vào thành phần và b ản chất của mỗi loại mẫu, loại chất phân tích, phương pháp phân tích, hóa chất xử lý mẫu mà có những quá trình xảy ra với loại mẫu đó khi xử lý. Sau đây chúng ta sẽ xem xét một số kỹ thuật xử lý mẫu đã có và đ ang được dùng. 2.4.1. Kỹ thuật vô cơ hóa ướt (x ử lý ướt) 2.4.1.1. Bằng acid mạnh, đặc và có tính oxy hóa a. Nguyên tắc và bản chất Dùng acid mạnh HCl, H2SO4 hay các acid mạnh, đặc có tính oxy hóa mạnh (HNO3, HClO4) hay hỗn hợp 2 acid (HNO3-H2SO4) hay 3 acid (HNO3-H2SO4-HClO4) để phân hủy mẫu trong điều kiện đun nóng trong b ình Kendan hay trong ống nghiệm. Lượng acid thường gấp 20 -15 lần lượng mẫu, tùy loại mẫu. Thời gian hòa tan mẫu (xử lý) trong các hệ hở, b ình Kendan thường từ vài giờ tới vài chục giờ, cũng tùy loại mẫu, bản chất của các chất. Còn nếu trong lò vi song hệ kín (có áp suất) thì chỉ cần 50 -60 phút. Dưới tác dụng của acid đặc và nhiệt độ, ở đây cũng có các quá trình vật lý và hóa học sau đây xảy ra, ví dụ: - Sự phá vỡ mạng cấu trúc của chất mẫu, giải phóng các chất phân tích đ ưa chúng và dung d ịch d ưới dạng các muối tan. - Quá trình oxy hóa khử làm thay đ ổi hóa trị, chuyển đổi dạng, làm tan vỡ các chất mẫu, đ ể giải phóng chất phân tích về dạng muối tan trong dung dịch. - Nếu xử lý mẫu hữu cơ phân tích kim lo ại thì có sự đốt cháy, phá hủy các hợp chất hữu cơ và mùn tạo ra khí CO2, nước và giải phóng các kim loại trong chất mẫu hữu cơ về d ạng muối vơ cơ tan trong dung d ịch. - Tạo ra hợp chất dễ bay hơi, làm mất đi anion trong phân tử chất mẫu… làm mẫu bị phân hủy tạo ra các hợp chất khác tan trong dung d ịch. - Như vậy trong quá trình xử lý mẫu ở đây cũng có thể có các phản ứng hóa học xảy ra như phản ứng oxy hóa khử, phản ứng thủy phân, phản ứng tạo phức, phản ứng hòa tan, p hản ứng kết tủa… của các phần tử chất mẫu với các acid dùng để phân hủy mẫu và các chất có trong mẫu với nhau. Sau đây là một vài ví dụ thể hiện các quá trình trên, khi xử lý mẫu phân tích khác nhau: - ví dụ 1: hòa tan qu ặng mangan oxide bằng HNO3 và H2O2. + MnO2 + HNO3 + H2O2  Mn(NO3)2 + H2O + NO2. - Ví dụ 2: hòa tan quặng sắt bằng vương thủy + Fe2O2.Fe3O4 + HNO3 + HCl  FeCl3 + NO2 + H2O - ví dụ 3: xử lý mẫu thực phẩm, rau quả + Nền mẫu + HNO3 + H2SO4  CO2 + H2O + muối kim loại hòa tan Các dung dịch acid dùng đ ể hòa tan và xử lý mẫu: trong xử lý ướt, người ta thường d ùng các lo ại dung dịch acid đặc, song tất nhiên chọn loại nào là tùy thu ộc vào bản chất của nền mẫu và chất phân tích tồn tại trong mẫu đó - Các đơn acid đặc HCl, H2SO4, HNO3, HClO4. - Hỗn hợp 2 acid: cường thủy, HNO3-H2SO4, HF-H2 SO4… - Hỗn hợp 3 acid : HCl-HNO3-H2SO4, HNO3-H2SO4 -HClO4. - Hỗn hợp 1 acid và 1 chất oxy hóa: H2SO4-KMnO4, HNO3-H2O2,… - Hỗn hợp 2 acid và 1 muối: HNO3-H2SO4-KMnO4,… Nhiệt độ khi xử lý mẫu là phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của acid dùng để phân hủy mẫu . Khi dùng hỗn hợp acid thì nhiệt độ xử lý mẫu còn tùy thuộc thêm vào thành phần của hỗn hợp acid và thông thường nhiệt độ này nằm trong giới hạn giữa nhiệt độ sôi của acid dễ sôi nhất và acid khó sôi
chất. Đối với những mẫu khó phân hủy, ta phải d ùng các acid ho ặc hỗn hợp các acid có nhiệt độ sôi cao và tính ox y hóa mạnh. Acid HCl HNO3 H2SO4 H3PO4 HClO4 HF C (%) 36 65 98 78 72 40 o Tsôi ( C) 110 121 340 213 203 120 b. Các loại hay kiểu xử lý ướt Việc xử lý mẫu theo phương pháp ướt có thể được thực hiện trên các loại trang thiết bị khác nhau, tùy thuộc vào khả năng phòng thí nghiệm và tính chất của mẫu - Trong điều kiện thường, thiết bị đơn giản + Trong cốc thủy tinh, đun nóng trên b ếp điện hay đun cách thủy. + Trong bình Kendan thường + Trong bình Kendan có hồi lưu… - Trong nồi áp suất cao: mẫu và acid được đặt trong các hộp kín sau đó đặt trong + Tủ sấy, bếp cách cát, lò nung… + Luộc trong nồi nước sôi hay dầu sôi - Trong lò vi song (gồm hệ kín và hở) + Hệ đơn giản: hệ bình hở hay hệ kín nhưng không điều khiển nhiệt độ, áp suất + Hệ nhiều bình, tự động ho àn toàn: hệ hở (có giám sát nhiệt độ) và hệ kín (có giám sát nhiệt độ và áp suất). Trong các kiểu xử lý trên, k ỹ thuật xử lý ướt với acid đặc có tính oxy hóa mạnh trong bình Kendan hay trong lò vi sóng hệ kín đang được sử dụng rộng rãi, phổ biến. Ở các nước phát triển, lò vi sóng hệ kín được sử dụng một cách phổ biến trong xử lý mẫu do nó triệt để, nhanh, hạn chế mất chất phân tích và nhiễm bẩn và tiêu tốn ít hóa chất. c. Một số thí dụ về xử lý mẫu theo cách tro hóa ướt - Ví dụ 1: Hòa tan mẫu kim loại và hợp kim Cu hay Al bằng acid HNO3; lấy 1 g mẫu đ ã nghiền nhỏ (hay ở dạng phoi b ào) vào bình Kendan, tẩm ướt bằng vài giọt nước cất, thêm 10 mL HNO3 6 5%, 4 mL H2SO4 98%, lắc đều, cắm phễu nhỏ vào bình Kendan, đun nhẹ cho mẫu sôi và phân hủy cho đến khi dung dịch mẫu trong. Sự hòa tan ở đây đã làm thay đ ổi hóa trị và trạng thái của Ca, Al kim loại trong hợp kim, chuyển chúng thành muối tan trong dung dịch. Phản ứng hóa học chính xảy ra là: Al + HNO3  Al(NO3)3 + NO2 + H2O Cu + HNO3  Cu(NO3)2 + NO2 + H2O - Ví d ụ 2: hòa tan mẫu thép chrome bằng hỗn hợp acid HNO3 và HCl hay HNO3 và H2SO4. Lấy 0.5 g mẫu đã nghiền nhỏ (hay dạng phoi b ào) vào bình Kendan, tẩm ướt bằng vài giọt nước cất, thêm 15 mL HNO3 65%, 4 mL H2SO4 98%, lắc đều và đun nhẹ cho mẫu sôi và phân hủy, cho đến khi dung d ịch mẫu trong. Quá trình này có sự oxy hóa khử của Cl và N để sinh ra Cl mới sinh phục vụ cho phân hủy mẫu. Dưới tác động của hỗn hợp acid đặc này và có nhiệt độ, mạng lưới kim loại bị phá vỡ, các kim loại chuyển vào dung dịch dưới dạng các muối tan. Phản ứng hóa học chính xảy ra ở đ ây là: Ni-Cr-Fe + HNO3 + HCl  Ni(NO3)2 + Fe(NO3)3 + Cr(NO3)3 + NO2 + H2O - Ví dụ 3: hòa tan qu ặng Mn oxide bằng hỗn hợp HNO3-H2O2. Để xác định Mn và các tạp kim loại trong quặng này, quá trình hòa tan có sự oxy hóa khử, chuyển Mn(IV) về Mn(II) tan trong dung dịch. Lấy 1 g mẫu quặng đ ã nghiền nhỏ vào bình Kendan, tẩm ướt bằng vài giọt nước cất, thêm 1 5 mL HNO3 65%, 2 mL H2O2 30 %, lắc đều và đun nhẹ cho mẫu sôi và phân hủy cho đ ến khi dung d ịch mẫu trong. Phản ứng hóa học xảy ra là: MnO2 + HNO3 + H2O2  Mn(NO3)2 + H2O + O2 - Ví dụ 4: Xử lý mẫu rau quả bằng hỗn hợp hai acid HNO3-H2SO4, trong bình Kendan, đ ể xác định các kim loại nặng, độc hại, như Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn. Lấy 5 g mẫu đ ã nghiền mịn và trộn đều vào bình kendan, thêm 60 mL HNO3 65%, 5 mL H2SO4 98%, lắc đều và đun nhẹ cho mẫu sôi và phân hủy, cho đ ến khi dung dịch mẫu trong không màu (6-8h tùy lo ại mẫu). Chuyển dung dịch mẫu vào cốc đun 250 mL, làm bay hơi hết dung dịch acid cho đến khi còn muối ẩm, để nguội, định mức bằng dung d ịch HCl 2% thành 25 mL. Trong quá trình xử lý này, các nguyên tố kim loại
dưới dạng các hợp chất cơ kim của mẫu rau quả sẽ bị acid đặc oxy hóa, đốt cháy các chất hữu cơ, đưa các kim loại về các muối vô cơ tan trong dung d ịch nước. Quá trình hóa họ c chính: Nền mẫu + HNO3 + H2SO4  Mex(NO3)x + Men(SO4)m + H2O + CO2 + NO2. - Ví dụ 5: Xử lý mẫu thịt cá tươi sống bằng hỗn hợp 2 acid HNO3-H2SO4 trong bình Kendan để xác định các kim loại độc hại như Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn. Lấy 5 g mẫu đã nghiền mịn và trộn đều vào bình Kendan, thêm 60 mL HNO3 6 5%, 8 mL H2SO4 98%, cắm phễu nhỏ vào bình Kendan, lắc đều và đun nhẹ cho mẫu sôi và phân hủy, cho đến khi dung dịch mẫu trong không màu (6-8h tùy loại mẫu). Chuyển dung dịch mẫu vào cốc đun 250 mL, làm bay hơi hết dung dịch acid cho đến khi còn muối ẩm, để nguội, thêm 5 mL dung dịch HCl 10%, định mức bằng nước cất thành 25 mL. Trong quá trình xử lý này, các nguyên tố kim loại d ưới dạng các hợp chất cơ kim của mẫu rau quả sẽ bị acid đặc oxy hóa, đốt cháy các chất hữu cơ, đưa các kim lo ại về các muối vô cơ tan trong dung dịch nước. Tất cả các mẫu trong ví dụ 1-3 có thể xử lý trong lò vi sóng hệ kín và lượng acid chỉ cần dùng ½ là nhiều. Thời gian xử lý chỉ trong 50-60 phút là xong. Còn xử lý như trên thì phải mất từ 6- 10 giờ mà lại không triệt để bằng xử lý trong lò vi sóng. d. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng Các ưu và nhược điểm chính của kỹ thuật này là: - Không mất các chất phân tích - Nhưng thời gian phân hủy mẫu rất d ài, nếu không dùng lò vi sóng - Tốn nhiều acid đặc nhất là khi sử dụng các hệ hở - Dễ bị nhiễm bẩn khi xử lý bằng hệ hở do môi trường hay acid dùng nhiều - Phải đuổi acid d ư nên dễ bị nhiễm bẩn do bụi, hay mất mẫu Ứng dụng chủ yếu của kỹ thuật này là đ ể xử lý mẫu phân tích và một số anion vô cơ như halides, arsenate, sulfate, phosphate... trong các loại mẫu sinh hoạt, mẫu hữu cơ, vô cơ, mẫu môi trường, mẫu đất, nước, bụi, không khí, mẫu kim loại, hợp kim... Kỹ thuật này không dùng được cho việc xử lý tách các chất hữu cơ đ ể phân tích vì trong các đ iều kiện này, các chất hữu cơ b ị phá hủy hết. 2.4.1.2. Xử lý mẫu bằng dung dịch kiềm mạnh đặc nóng. a. Nguyên tắc chung Trong phương pháp này người ta thường dùng các dung d ịch kiềm mạnh (NaOH, KOH) đặc hay hỗn hợp kiềm mạnh và mu ối kim loại kiềm (NaOH-NaHCO3) hay hỗn hợp kiềm mạnh và peroxide (NaOH-Na2O2), nồng độ lớn (10-20%) để phân hủy mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình Kendan, trong hộp kín hay trong lò vi sóng. Trong quá trình xử lý, dưới tác động của kiềm và nhiệt độ cao, có thể xảy ra: - Phá vỡ cấu trúc nền mẫu, chuyển chất phân tích về dạng dung dịch - Các chất của mẫu tương tác với kiềm tạo ra sản phẩm tan được - Có thể sinh ra các khí bay ra giúp mẫu hòa tan tốt hơn - Có thể tạo ra các hợp chất bền, ít phân ly và tan trong dung dịch - Tạo ra các sản phẩm kết tủa với nền mẫu b. Các cách hòa tan và dung dịch hòa tan Theo kỹ thuật xử lý này, chúng ta có thể d ùng các dung dịch của các chất sau đây để xử lý mẫu: - Dung dịch kiềm đặc nóng (NaOH, KOH: 10-20%) - Dung dịch kiềm đặc nóng có chất oxy hóa mạnh (NaOH-Na2O2)... - Hỗn hợp kiềm đ ặc nóng có chất khử mạnh. - Hỗn hợp kiềm mạnh và muối của nó (NaOH-NaHCO3, NaOH-Na2CO3) Quá trình phân hủy đ ược thực hiện khi đun sôi dung dịch mẫu, trong một thời gian nhất định, thường là từ 6 -10 giờ trong b ình Kendan hở. Còn nếu trong lò vi sóng hệ kín (áp suất cao) thì chỉ mất khoảng 40-60 phút. Nhiệt độ sôi của các dung dịch kiềm tùy thuộc vào thành phần, nồng độ của dung dịch kiềm sử dụng để xử lý mẫu. Nói chung trong khoảng từ 115 -230 oC và đây là yếu tố thúc đẩy phản ứng xảy ra nhanh.
c. Vài ví dụ ứng dụng - Ví dụ 1: hòa tan oxid nhôm bằng dung dịch naOH 10% nóng. Lấy 0.5 g mẫu dạng bột vào bình Kendan, tẩm ướt bằng vài giọt nước cất, thêm 10 mL NaOH 10%, đun sôi để hòa tan mẫu. Cơ chế ở đây là chuyển trạng thái tinh thể rắn oxid sang dạng ion tan trong dung dịch theo phản ứng: Al2O3 + NaOH  NaAlO2 + H2O - Ví dụ 2: Hòa tan qu ặng silicate bằng dung dịch NaOH 20% nóng. Lấy 0.5 g mẫu dạng bột vào bình Kendan, tẩm ướt bằng vài giọt nước cất, thêm 15 mL NaOH 20%, đun sôi để hòa tan mẫu. Cơ chế ở đây là chuyển trạng thái tinh thể rắn sang ion tan trong dung dịch và bền ở dạng muối Na2SiO3 theo phản ứng SiO2.nX + NaOH  Na2SiO3 + H2O + nX d. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng Kỹ thuật tro hóa ướt này cũng có ưu điểm là không làm mất các chất phân tích nhất là các nguyên tố và hợp chất dễ bay hơi. Nhưng mà có một nhược điểm lớn nhất là tốn nhiều kiềm tinh khiết cao, thường phải dùng gấp từ 10-15 lần nhu cầu cần thiết mới có thể xử lý đ ược mẫu và vì vậy khả năng nhiễm bẩn rất cao. Sau khi xử lý mẫu, phải loại bỏ lượng kiềm d ư b ằng cách trung hòa với acid, song lại làm loãng mẫu. Đây là một phần việc khó khăn và mất nhiều thời giờ và cũng hay là nhiễm bẩn mẫu. Vì thế cách này chỉ đ ược dùng cho một số trường hợp khi không có cách lựa chọn nào khác. Ví dụ khi phân hủy mẫu xác đ ịnh các anion vô cơ như halides, nitrate, phosphate, sulfate... trong các dối tượng không xử lý đ ược bằng phương pháp acid. 2.4.1.3. Xử lý ướt trong lò vi sóng a. Nguyên tắc Kỹ thuật xử lý mẫu ướt trong lò vi sóng thực chất cũng là phân hủy mẫu khi đun nóng b ằng dung d ịch acid mạnh, đặc có tính oxy hóa hay bằng dung dịch kiềm đặc nóng như đã nêu bên trên. Tác nhân phân hủy là các acid và năng lượng nhiệt cung cấp cho mẫu do hiện t ượng truyền nhiệt do đối lưu từ một nguồn nhiệt bên ngoài. Đối với lò vi sóng, năng lượng đun nóng mẫu đ ược cung cấp bằng bức xạ vi sóng tần số cao, các phân tử mẫu đều được nhận năng lượng đồng đều và trực tiếp từ nguồn vi sóng, phá vỡ cấu trúc nền mẫu từ phía trong ra, vì thế quá trình xử lý mẫu nhanh và triệt để hơn. Hơn nữa, đối với hệ kín còn có áp suất cao và nhiệt độ cao do đó hiệu quả cao và rất nhanh lại tốn ít acid so với phân hủy ở điều kiện thường trong b ình Kendan. Các quá trình vật lý và hóa học xảy ra khi xử lý mẫu bằng vi sóng cũng tương tự như cách xử lý mẫu ướt thông thường khác nhưng có tốc độ nhanh hơn và triệt để hơn. b. Trang thiết bị Việc xử lý mẫu trong lò vi sóng có thể thực hiện trong hệ b ình hở hay trong hệ bình kín. Các thiết bị này ngày nay đã hiện diện trên thị trường với nhiều loại, kích cỡ khác nhau, phục vụ cho từng mục đích nhất định. Các thiết bị này lại có nhiều kiểu rotor khác nhau có thể thay đổi đ ược như rotor để phân hủy mẫu, rotor để làm bay hơi dung môi và acid, rotor dùng đ ể chiết, rotor dùng sấy mẫu, rotor dùng để nung mẫu (như lò nung cao tần)... vì thế rất thuận tiện cho công việc xử lý mẫu phân tích. Kỹ thuật này được sử dụng phổ biến ở các nước phát triển. c. Các ví dụ ứng dụng Từ các ví dụ đã trình bày trong mục 2.4.1.1.c và 2.4.1.2.c đều có thể thực hiện trong các hệ hở. Tuy vậy nếu đ ược thực hiện trong hệ kín thì lượng hóa chất tiêu hao chỉ khoảng ½ và thời gian rút ngắn xuống còn từ 40 -60 phút mà hiệu quả xử lý lại triệt để hơn, ít mất chất phân tích hơn. 2.4.2. Kỹ thuật vô cơ hóa khô (xử lý khô) 2.4.2.1. Nguyên tắc và quá trình xảy ra trong x ử lý Kỹ thuật tro hóa kho là kỹ thuật nung để xử lý mẫu, song thực chất chỉ là bước đầu tiên của quá trình xử lý mẫu vì sau khi nung, mẫu bã còn lại cần phải được hòa tan (xử lý tiếp) bằng dung dịch muối hay dung dịch acid phù hợp để chuyển chất phân tích vào dung dịch cho một phương pháp phân tích đ ã chọn. Quá trình nung xử lý mẫu có thể không thêm chất phụ gia, chất bảo vệ hoặc có thêm các chất này vào mẫu để trợ giúp quá trình xử lý được xảy ra nhanh hơn, tốt hơn và hạn chế mất mát chất phân tích. Trong quá trình nung xử lý mẫu, có thể có các quá trình vật lý và hóa học sau đây xảy ra tùy theo bản chất, thành phần của mỗi loại mẫu và phụ gia thêm vào, ví dụ như
Làm bay hơi nước hấp phụ và nước kết tinh trong mẫu - Sự tro hóa, đốt cháy chất mùn, các chất hữu cơ khác của mẫu - Phá vỡ cấu trúc ban đầu của nền mẫu, chuyển sang các nền đơn giản hơn - Chuyển dạng các chất phân tích từ phức tạo sang đơn giản - Quá trình oxy hóa – khử thay đổi số oxy hóa của các nguyên tố trong mẫu - Giải phóng một số khí như CO, CO2, SO2… - Có một số tương tác hóa học giữa các chất trong mẫu với nhau và với phụ gia thêm vào - tạo ra các chất mới. Tất cả các quá trình đó góp phần là tan vỡ mẫu ban đầu, để hòa tan chất phân tích vào dung dịch. Bảng sau đây là vài ví d ụ về sự nung một số mẫu phân tích trong điều kiện có và không có chất phụ gia Bảng 2.1: ví dụ về 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 550 -650 Na2SiO3-K2SiO3-H2O Qu ặng silicate KOH-Na2O2 500 -600 Na2SiO3-K2SiO3-H2O-MeX Qu ặng Ferit 550 -600 FeO-Fe2O3-SO2-H2O Qu ặng CuS 550 -600 CuO-SO2-H2O-MenXm Dolomit 550 -650 CaO-MgO-H2O-CO2-MenXm LnCO3F.xH2O 550 -650 Ln2O3-CO2-HF-H2O-MenXm Nhựa đ ường 550 -650 MexOy-CO2-SO2-H2O-MenXm Thực phẩm KNO3-HNO3 500 -550 MexOy-CO2-H2O-KxXy-NO Rau qu ả KNO3-HNO3 500 -550 MexOy-CO2-H2O-KxXy-NO Rau qu ả 500 -550 MexOy-CO2-H2O-MexXy Chất hữu cơ 500 -600 MexOy-CO2-H2O-NO2 Đó là những quá trình có thể xảy ra và tất nhiên là đa dạng và phức tạp, và xảy ra như thế nào là tùy vào thành phần của nền mẫu, các điều kiện nung như nhiệt độ, môi trường nung là không khí hay khí trơ, có phụ gia hay không trong đó nhiệt độ là yếu tố chính. Kết quả của quá trình nung là sản phẩm có thành phần có thể đ ơn giản hơn (như trong b ảng trên) và vì vậy tan trong các dung dịch acid hay kiềm loãng. Kỹ thuật vô cơ hóa khô thường được dùng cho các mẫu hữu cơ, xử lý để xác định các kim lo ại và các mẫu quặng vô cơ có cấu trúc bền vững rất khó tan trong ngay cả các acid hay kiềm mạnh. Việc tro hóa cũng có thể được thực hiện khi có hoặc không có thêm các phụ gia bảo vệ vào mẫu. Các chất bảo vệ thường đ ược dùng trong quá trình xử lý mẫu này là - Các acid mạnh đặc: HNO3,H2SO4,H3PO4... - Một số muối: KNO3, Ca(NO3)2, Mg(NO3)2, LiBO2, Na2B4O7... - Hỗn hợp acid-muối: Mg(NO3)2-HNO3, HNO3-H2SO4,... - Hỗn hợp kiềm-muối: KOH-NaHCO3, KOH-Na2SO4,... - Hỗn hợp muối-peroxide: KHCO3-Na2O2, NaHCO3-Na2O2,... - Hỗn hợp kiềm mạnh-peroxide: NaOH-Na2O2, KOH-Na2O2,... - Hỗn hợp kiềm-muối-chất oxy hoá: KOH-NaHCO3 -Na2O2... - Một acid mạnh, đặc và một chất tạo phức Sau đây chúng ta chỉ điểm qua một vài ví d ụ của hai cách nung xử lý mẫu theo kỹ thuật tro hóa đã đ ề cập ở trên 2.4.2.2. Trang bị để xử lý mẫu khô Các trang bị để xử lý mẫu khô thường không đa dạng, bao gồm hai loại chính - Trang b ị thông thường: tủ sấy và lò nung các loại - Trang b ị hiện đại: các loại lò vi sóng 2.4.2.3. Tro hóa không không có phụ gia bảo vệ và chất chảy Nung m ẫu không có phụ gia và chất bảo vệ là quá trình xử lý mẫu sơ bộ nhờ tác dụng của nhiệt độ thích hợp trong một thời gian nhất định đ ể phá vỡ mạng tinh thể ban đầu của mẫu phân tích