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 HNO
3
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

+ 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, H
2
SO
4
), hay axit mạnh, đặc và
nóng có tính ôxy hoá mạnh (HNO
3
, HClO
4
), hoặc hỗn hợp 2 axit ( HNO
3
+

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, H
3
PO
4
, H
2
SO
4
,
+ Dùng 1 axit có tính oxy hoá: HNO
3
, H
2
SO
4
, HClO
4
,
+ Hỗn hợp 2 axit: Cường thuỷ, (HCl+HNO
3
),(HNO
3
+H
2
SO
4

O
2
),
+ Hỗn hợp 2 axit và 1 chất oxy hoá mạnh (HNO
3
+ H
2
SO
4
+ KMnO
4
),
+ Dung dịch muối có pH nhất định (KCl 1M, pH=5, NH
4
Ac 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 HNO
3
H
2
SO

121

280

213

203

120V
ới

h
ỗn hợp axit:

Lo
ại hỗn hợp của

Th
à
nh ph
ần (V/V)

Nhiệt độ sôi
o
C

C

+ H
2
SO
4
):

3/2

150
-
155

(HNO
3
+ H
2
SO
4
+ HclO
4
):

4/2/2

137
-
140

(HF+ H
2

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),
Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa

6/46
b/ Trong các hệ nhiều bình và hoạt động theo chương 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, v.v.
Trong các kiểu xử lý ướt này, 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. Với các nước phát triển, phổ biến hiện nay là cách xử lý
trong lò vi sóng, vì nó triệt để, nhanh và lại không lo ngại mất chất phân
tích.
2.1.3. Cơ chế và các tác nhân phân huỷ mẫu
2.1.3.1. Cơ chế của sự phân huỷ mẫu
 Trong điều kiện thường của hệ hở, thì tác nhân phân huỷ mẫu là:
+ Tác dụng phá huỷ và hoà tan các hạt (phần tử) mẫu của axit,

• Tạo ra hợp chất dễ bay hơi, làm mất đi các anion trong phân tử chất mẫu,
làm mẫu bị phân huỷ tạo ra các hợp chất tan trong dung dịch.
• Sự tạo thành các hợp chất hay muối phức tan trong dung dịch.
• Có thể tách chất phân tích ra khỏi mẫu ban đầu ở dạng kết tủa không tan và
nhờ đó người ta tách được các chất phân tích và làm giầu chúng.
Như vậy trong trong quá trình xử lý mẫu ở đây cũng có thể có các phản ứng
hoá học xẩy ra, như phản ứng oxy hoá khử, phản ứng thuỷ phân, phản ứng
tạo phức, phản ứng hoà tan, phản ứng kết tủa, v.v. của các phần tử chất mẫu
với các axit dùng để phân huỷ mẫu và các chất có trong mẫu với nhau.
Trong đó quá trình nào là chính hay phụ là được quyết định bởi thành phần,
chất nền, bản chất của chất mẫu và các loại axit dùng để phân huỷ và hoà tan
mẫu.
2.1.4. Ví dụ theo cách xử lý ướt
♦ Ví dụ 1: Xử lý mẫu rau quả bằng hỗn hợp 2 axit (HNO
3
+ H
2
O
2
), trong
bình Kendan, để xác định các kim loại nặng (Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn).
Lấy 5,00 g. mẫu đã nghiền mịn và trộn đều vào bình Kendan, thêm 60 mL
Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa

8/46
HNO
3
65%, 5 mL H
2
O

sẽ bít đi đến 1/3. Thời gian xử lý chỉ trong 40 - 50 phút. Còn xử lý như trên
trong hệ hở bình thường, thì phải mất từ 4-8 giờ, mà lại không triệt để bằng
xử lý trong lò vi sóng.
2.1.5. Các ưu nhược điểm và ứng dụng
Các ưu và nhược điểm chính của kỹ thuật này là:
+ Hầu như không bị mất các chất phân tích, nhất là trong lò vi sóng,
+ Nhưng thời gian phân huỷ mẫu rất dài, trong điều kiện thường,
+ Tốn nhiều axit đặc tinh khiết cao, nhất là trong các hệ hở,
+ Dễ bị nhiễm bẩn khi xử lý trong hệ hở, do môi trường hay axit dùng,
+ Phải đuổi axit dư lâu, nên dễ bị nhiễm bẩn, bụi vào mẫu, v.v.
Ứng dụng chủ yếu của kỹ thuật xử lý ướt này là để xử lý mẫu:
♦ Xác định các kim loại và một số phi kim, hay anion vô cơ, như Cl
-
. Br
-
, I
-
,
AsO
4
3-
, SO
4
2-
, PO
4
3-
, SiO
3
2

+ Các chất của mẫu tương tác với kiềm tạo ra các sản phẩm tan được,
+ Có thể sinh ra các khí bay ra, giúp sự tan của mẫu tốt hơn,
+ Có thể tạo ra các hợp chất bền ít phân li và tan trong dung dịch,
+ Tạo ra các sản phẩm kết tủa míi khác của chất phân tích để tách nó ra khỏi
mẫu ban đầu.
2.2.2. Các cách hoà tan và dung dịch hoà tan
Chất phân huỷ: Theo kỹ thuật xử lý ướt này chúng ta có thể dùng các dung
dịch của các chất sau đây để xử lý mẫu:
• Dung dịch kiềm đặc (20-25 % NaOH, hay KOH),
• Dung dịch kiềm đặc nóng có chất ôxy hoá mạnh (NaOH + Na
2
O
2
),
Tài liệu giảng môn kỹ thuật xử lý mẫu phân tích hóa

10/46
• Hỗn hợp kiềm đặc nóng có chất khử (KOH+NaHSO
3
),
• Hỗn hợp kiềm mạnh và một muối (NaOH + NaHCO
3
), (KOH+Na
2
CO
3
),
• Hỗn hợp kiềm, một muối và peroxit (KOH+ NaHCO
3
+ H

10 mL NaOH 10%, đun sôi để hoà tan mẫu. Cơ chế ở đây là: Chuyển trạng
thái tinh thể rắn ôxit sang ion tan trong dung dịch là muối NaAlO
2
và khí
hydro theo phản ứng:
Al
2
O
3
+ NaOH → H
2
+ NaAlO
2
+ H
2
O
2.2.4. Các ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng