Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa
1/46
XỬ LÝ MẪU TRONG PHÂN TÍCH HÓA 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 từng đối tượng mẫu, tuỳ từng chỉ tiêu phân tích mà phải có cách xử lý
khác nhau.
1. Yêu cầu chung của các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích
1.1. Xử lý mẫu là gì
- 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 xác định hàm lượng của chất mà
chúng ta mong muốn.
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 xẩy ra đồng thời là:
• Phá huỷ 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.
1.2. Tại sao phải xử lý mẫu phân tích.
- Để đưa các chất cần xác định về một trạng thái thích hợp cho 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.
Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa
2/46
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,
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 míi xác định được chúng trong dung
dịch này.
- Mẫu phân tích có nhiều chủng loại, đa dạng, 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, và huyền phù. Không thể cho
nguyên mẫu như thế vào các máy để đo và xác định được. phải xử lý để đưa
các chất cần phân tích (cần xác định) về trạng thái phù hợp nhất cho một
phương pháp đã được chọn để xác định nó.
- 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, do đó cần phải xử lý mẫu để phá vỡ các hợp chất
mà chất phân tích đang tồn tại, đưa chúng sang một dạng phù hợp để định
lượng tốt và đúng theo phương pháp đã chọn.
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.
Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa
3/46
Trên cơ sở các yếu tố đó chúng ta chọn cách xử lý phù hợp cho chất phân
tích.
Ngày nay các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích đã và đang được dùng 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 chiết (lỏng-lỏng, chiết rắn-lỏng, chiết rắn-khí,..),
• Các kỹ thuật sắc ký, v.v.
Tuy nhiên trong quá trình lấy mẫu một số đối tượng cần phải xử lý sơ bộ
ngay trước khi mang mẫu về phòng thí nghiệm.
2. Kỹ thuật vô cơ hóa ướt (xử lý ướt)
2.1. Vô cơ hóa ướt bằng axit mạnh đặc nóng
2.1.1. 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 ôxy 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
ôxy 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
Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa
4/46
Trong cách 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,
ví dụ:
+ 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 ôxy 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 là phụ thuộc vào nhiệt độ sôi
của dung dịch axit dùng để phân huỷ mẫu. Khi cần nhiệt độ sôi cao thì phải
dùng axit có nhiệt độ sôi cao (bảng 2.1). Trong các hệ kín áp suất cao sẽ tạo
ra nhiệt độ sôi cao, tuỳ thuộc vào loại axit dùng để phân huỷ mẫu.
Bảng 2.1. Nhiệt độ sôi của các dung dịch axit đặc
Với axit đơn
:
Axit HCl HNO3 H2SO4 H3PO4 HClO4
HF
Ng đ
ộ(%)
36
65
98
78
72
40
T(sôi)
C
110
121
280
213
203
120
V
ới
h
ỗn hợp axit:
Lo
ại hỗn hợp của
Th
à
nh ph
ần (V/V)
Nhiệt độ sôi
C
C
ư
ờng thuỷ (HCl/HNO
3
):
3/1
116
-
118
Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa
5/46
(HNO
3
+ H
2
SO
4
):
4/1
130
-
135
(HNO
3
+ H
2
SO
4
):
3/2
150
-
155
(HNO
3
+ H
2
SO
4
+ HclO
4
):
4/2/2
137
-
140
(HF+ H
2
SO
4
):
2/1
130
-
150
(HNO
3
+ H
2
SO
4
+ HF )
2/1/1
120
-
130
Tất nhiên khi dùng hỗn hợp, thì nhiệt độ sôi của dung dịch axit hỗn hợp là
tuỳ thuộc vào thành phần của 2 hay 3 axit ta dùng trộn vào nhau và nhiệt độ
sôi của dung dịch phân huỷ sẽ nằm giữa nhiệt độ 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.
2.1.2. Các kiểu vô cơ hóa ướt
Việc xử lý mẫu theo phương pháp ướt, có thể được thực hiện trong các trang
bị và dụng cụ khác nhau, tuỳ thuộc phòng thí nghiệm có loại nào, ví dụ:
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.
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.
Xử lý mẫu trong lò vi sóng (trong hệ kín và hở), như:
a/ 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),