Bài giảng Các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích

u phân tíchKhái niệm về QAKhái niệm về QCNội dung QA/QC trong xử lý mẫu phân tíchTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu42.2 Phân loại mẫu phân tíchPhân loại theo hóa học phân tíchNhóm mẫu có nền là vô cơNhóm mẫu có nền là các chất hữu cơ và sinh họcPhân loại theo trạng thái tồn tạiTrạng thái khíTrạng thái rắn và bán rắn: kim loại, đất, đá, câyTrạng thái lỏng: nước, rượu, bia, xăngPhân loại theo nhóm ngànhMẫu nông nghiệpMẫu công nghiệpMẫu sinh hoạtMẫu tự nhiênTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu52.3 Trang bị để xử lý mẫu phân tíchYêu cầu của trang bị sử dụngCác loại dụng cụ đơn giảnCác loại trang bị hoàn chỉnhTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu6    Extraction of peppermint leaves with hot waterTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu7Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu82.4 Khái quát về bản chất các kỹ thuật xử lý mẫuXLM là quá trình chuyển mẫu thành dạng có thể phân tích được bằng một phương pháp thích hợpMột quá trình xử lý mẫu có thể có các giai đoạnPhá vỡ cấu trúcĐốt cháy chất hữu cơTạo muối tanKết tinh, thăng hoaTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu92.4.1 Kỹ thuật vô cơ hóa ướt (wet digestion)Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu102.4.1 Kỹ thuật vô cơ hóa ướt (wet digestion)Sản phẩm sau khi đã xử lý bằng phương pháp tro hóa ướtTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu11Vô cơ hóa ướt sử dụng dung dịch axit đặcNguyên tắcCác loại axit thường dùngThời gian phân hủy mẫuCác quá trình xảy raĐốt cháy các hợp chất hữu cơCác phản ứng oxy hóa khửƯu nhược điểm của phương phápKhả năng ứng dụngTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu12Vô cơ hóa sử dụng dung dịch kiềm đặcNguyên tắcCác loại axit thường dùngThời gian phân hủy mẫuƯu nhược điểm của phương phápKhả năng ứng dụngTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu13Kỹ thuật phá mẫu trong lò vi sóngTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu14Các ví dụVô cơ hóa ướt mẫu trong lò vi sóng để xác định một số cation (Al, Ba, Mg, Fe, Cu, Pb, As, Sb) trong các đối tượng bùn, trầm tích, đất hoặc dầuMột số lưu ý:Thiết bị: lò vi sóng chuyên dùng cho các PTNCác bình phân hủy mẫu: 0,25g thường sử dụng trong bình 120ml, áp suất có thể đạt tới 7,5 ± 0,7 atm Các acid được sử dụng phải có độ tinh khiết cao (thông qua mẫu trắng để loại trừ)Quá trình phá mẫuCân một lượng mẫu: không quá 0.5g cho mẫu bùn, đất, trầm tích; 0.25g cho mẫu dầuTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu15Thêm 10ml HNO3: nếu mẫu chứa những chất dễ bay hơi hoặc nhiều hợp chất hữu cơ thì có thể để mẫu phân hủy trước khi cho trong lò vi sóng (giảm khối lượng mẫu)Những mẫu biết trước có hàm lượng chất hữu cơ 5 – 10% thường được phân hủy ở ngoài 15 phútSự phân hủy thường ở 175 – 1800C trong thời gian 5 phútSau thời gian phân hủy, mẫu được hòa tan trong dung dịch axit loãngMẫu có thể được li tâm, lọc để đảm bảo độ đồng nhất trong mẫuTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu16Ví dụ: Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu172.4.2 Kỹ thuật vô cơ hóa khô (dry digestion)Kỹ thuật vô cơ hóa khô thực chất là kỹ thuật nung (có thể có trộn thêm các phụ gia)Kỹ thuật nung không phụ gia:Mẫu Dạng dễ hòa tanNhiệt độ cao Sự tro hóa, đốt cháy chất mùn, hữu cơ Phá vỡ cấu trúc tinh thể Qúa trình oxy hóa, bay hơiTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu18Ví dụ: tro hóa mẫu không dùng phụ giaTro hóa mẫu rau để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb)Mẫu (5g)Sấy khô chậmNung 500 – 5300CMẫu tro trắngHòa tan mẫu = HClChú ý: một số kim loại (Cd, Cu, Pb, Zn) dễ bị mất (10 – 15%) do bay hơiTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu192.4.2 Kỹ thuật vô cơ hóa khô (dry digestion)Kỹ thuật nung có phụ giaMẫu Dạng dễ hòa tanNhiệt độ cao + phụ gia Sự tro hóa, đốt cháy chất mùn, hữu cơ Phá vỡ cấu trúc tinh thể Qúa trình oxy hóa, bay hơi Sự tương tác chất – phụ giaTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu202.4.2 Kỹ thuật vô cơ hóa khô (dry digestion)Chất phụ gia và bảo vệ:Các axit mạnhMuốiPeroxitHỗn hợp kiềm + peroxitVai trò chất phụ gia: giảm nhiệt độ nung, thời gian nung, phá mẫu triệt để, không làm mất chấtTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu21Kỹ thuật vô cơ hóa khô – ướt kết hợpMẫu+ dd axitNungHòa tanƯu điểm: Lượng axit sử dụng ít hơn (= ¼ hoặc 1/3 lượng axit dùng trong sử lý ướt) Thời gian nung giảm Giảm thời gian đuổi axit dư Thích hợp cho phân tích kim loại và các anion Cl-, SO42-, Br-Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu22Một số ví dụMẫu sữa+ 10ml HNO3 đ, 5ml Mg(NO3) 5%, 2ml H2SO4 đNung 500 – 5500C Tro trắngHòa tan troMẫu rau+ 10ml HNO3đ, 5ml Mg(NO3) 5%Nung 500 – 5500C Tro trắngHòa tan troTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu232.4.4 Các kỹ thuật chiếtLý thuyết chung về kỹ thuật chiết: dựa trên sự phân bố của một chất vào 2 pha không trộn lẫnHệ số phân bốTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu24Qui trình chiết Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu25Liquid-liquid extractionMixing or contactingPhase separationCollection of separate phasesTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu26Ví dụChiết vitamin A từ sữa:10 ml sữa mẫu+ 20 ml rượu etylic+ 5 g Na2SO4 khan+ 10 ml n-hexanHỗn hợp LắcTách lớpDd nướcn-hexan + vitamin AXác định Vitamin A = pp HPLCTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu27Chiết pha rắn - SOLID PHASE EXTRACTIONTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu28Chiết pha rắn - SOLID PHASE EXTRACTIONTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu29Solid Phase Extraction cartridgesTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu30Various sorption techniques:centrifugepositive pressureTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu31Large volumes:Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu32Cơ chế chiết pha rắnChiết theo cơ chế hấp phụ pha thườngPha tĩnh: silica trung tính, bề mặt phân cựcMat – OH + RX ⇋ {Mat – OH}.RXDung môi để rửa giải chất pt thường là các dung môi hữu cơ không phân cực, có khả năng hòa tan tốt chất pt để tách được hoàn toàn chất pt khỏi pha rắn (gọi là pha động)Chất chiết – pha tĩnhChất ptChất pt bị hấp phụ lên pha rắnTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu33polarnon-polarTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu34Ví dụ: chiết thuốc trừ sâu trong mẫu nướcCột chiết có chứa các hạt LaSiOHMẫu (đã lọc bỏ cặn) được dội qua cột chiết với tốc độ 4 ml/phútChất hấp phụ trên hạt LaSiOHGiải chiết bằng dung môi diclometanChất pt tan trong dung môiTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu35Cơ chế chiết pha rắnChiết theo cơ chế hấp phụ pha ngượcPha tĩnh: silica có bề mặt không phân cựcMat – (CH2)17CH3Chất chiết – C18RX+Mat – (CH2)17CH3.RXChất pt hấp phụ lên pha rắnTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu36Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu37Cơ chế chiết pha rắn------++++++++++----Cation exchangeAnion exchangeAdsorbentsBound molecules Chiết theo cơ chế trao đổi ionTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu38Cation exchange: Lysozyme separationEgg white proteinsEgg white proteinsCation exchange adsorbentAdsorbent + lysozymeOther egg white proteinsLysozyme + NaClCation exchange adsorbent + NaClTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu39Anion exchangeA và BAnion exchange adsorbentBA + NaClAnion exchange adsorbent + NaClA + adsorbentTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu40Cơ chế chiết pha rắnChiết theo cơ chế sàng và rây phân tửSau khi hấp phụRửa giảiIon có kích thước lớn ra trước rồi đến các ion có kích thước nhỏTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu41Kỹ thuật chiết hấp phụ dạng khíHe to wasteDòng khí trơ nóng Hệ thống phân tích GCDòng khí HeCột hấp thụTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu42Các kỹ thuật chiếtIon-exchange chromatographySeparation is based on exchange of ions between surface and eluents.Partition chromatographySeparation is based on solute partitioning between two liquid phases.Adsorption chromatographySeparation is due to a series of adsorption/ desorption steps.Size-exclusion chromatographySeparation is based on molecular size.++---Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu43Chiết Soxhlet (Soxhlet extraction process)Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu44Chiết soxhletTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu45Chiết soxhletQui tắc chọn dung môiDung môi không phân cực (dầu, ete, hexan) sẽ hòa tan các chất không phân cực (chất béo)Dung môi phân cực (metanol, etanol, nước) hòa tan các chất phân cực (muối, đường)Ái lực của chất tan trong dung môi hữu cơ có thể tăng khi sử dụng một hỗn hợp các dung môiTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu46Hỗn hợp các dung môiExample: solublization of an aliphatic arboxylic acid in ethanol, acetone and a mixture of both.Hydrogen bondHydrogen bondIn a mixture of acetone and ethanolTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu47Kỹ thuật chiết siêu âm2112Sóng siêu âmSự phân bố lại chất phân tích trong 2 dung môiKTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu482.4.5 Kỹ thuật chưng cất Nguyên tắc: dựa theo điểm sôiCác kiểu chưng cấtChưng cất thông thườngChưng cất lôi cuốn (hơi nước)Chưng cất dưới áp suất thấpChưng cất trong môi trường siêu âmTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu49Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu50Chưng cất thông thườngTrần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu51Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu52Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu53Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu54Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu55Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu56Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu57Trần Mai LiênPP lấy mẫu và xử lý mẫu58