CHƯƠNG III: XỬ LÝ MẪU TRONG PHÂN TÍCH THỰC PHẨM Nội dung: + Xử lý mẫu gì? Tại phải xử lý mẫu + Các phương pháp xử lý mẫu     Kỹ thuật vô hoá khô (xử lý khô), Kỹ thuật vô hoá ướt (xử lý ướt) Kỹ thuật vô hoá khô- ướt kết hợp, Các kỹ thuật chiết (lỏng-lỏng,lỏng-rắn, rắn-lỏng), XỬ LÝ MẪU LÀ GÌ - Xử lý mẫu trình hoà tan phân huỷ, chuyển chất cần xác định trạng thái phù hợp với trình phân tích - Xử lý mẫu đồng thời xãy hai trình: Phân hủy cấu trúc mẫu chuyển chất cần xác định trạng thái phù hợp với trình phân tích TẠI SAO PHẢI XỬ LÝ MẪU - Để đưa chất cần xác định trạng thái thích hợp cho phép đo, theo phương pháp phân tích chọn - Để chất phân tích tồn trạng thái bền vững phù hợp với kỹ thuật đo - Đưa cấu tử phân tích từ nhiều trạng thái khác mẫu trạng thái đồng TẠI SAO PHẢI XỬ LÝ MẪU Các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý mẫu:  Đối tượng mẫu, matrix mẫu  Bản chất, tính chất chất cần phân tích  Trạng thái tồn tại, cấu trúc vật lý hoá học chất mẫu  Phương pháp phân tích lựa chọn để xác định chúng + Hàm lượng chất cần xác định mức mẫu CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ MẪU  Kỹ thuật vô hoá ướt (xử lý ướt)  Kỹ thuật vô hoá khô (xử lý khô),  Kỹ thuật vô hoá khô- ướt kết hợp,  Các kỹ thuật chiết (lỏng-lỏng, lỏng-rắn, rắn-lỏng)  Các kỹ thuật sắc ký, v.v KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA ƯỚT Kỹ thuật vô hóa ướt: - Bằng axit mạnh đặc nóng - Bằng kiềm nóng chảy KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA BẰNG AXIT ĐẶC NÓNG + Dựa vào tính axit tính oxy hóa axit để thực trình phá mẫu : HCl HNO3, H2SO4, HClO4 v.v… + Tùy vào chất axit thành phần hổn hợp axit mà tạo nhiệt độ khác KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA BẰNG AXIT ĐẶC NÓNG Với axit đơn Axit HCl Nồng độ (%) 36 T(sôi) oC 110 Với hỗn hợp axit HNO3 H2SO4 H3PO4 65 121 Loại hỗn hợp (HCl/HNO3) (HNO3+ H2SO4) (HNO3+ H2SO4 ) (HNO3+ H2SO4 + HClO4 ) (HF+ H2SO4 ) 98 280 Thành phần (V/V) 3/1 4/1 3/2 4/2/2 2/1 78 213 HClO 72 203 HF 40 120 Nhiệt độ sôi oC 116-118 130-135 150-155 137-140 130-150 KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA BẰNG AXIT ĐẶC NÓNG Ưu nhược điểm: + Không bị chất phân tích + Nhưng thời gian phân huỷ mẫu dài, rút ngắn kỹ thuật vi sóng + Tốn nhiều axit + Dể nhiễm bẩn môi trường hở ( dùng hệ kín) Ứng dụng: Ứng dụng chủ yếu kỹ thuật xử lý ướt để xử lý mẫu xác định cấu tử chịu nhiệt mẫu mẫu: mẫu hữu cơ, mẫu vô cơ, mẫu môi trường, mẫu đất, mẫu nước, mẫu bụi không khí, mẫu kim loại, hợp kim, rau thực phẩm, v.v XỬ LÝ BẰNG KIỀM NÓNG Nguyên tắc chung: •Dùng dung dịch (NaOH, KOH ), hay hỗn hợp (NaOH +NaHCO3), hay (KOH + Na2O2), nồng độ khoảng (10 -20%), để phân huỷ mẫu phân tích dạng hydroxyl hay muối kiềm dể tan •Lượng dung dịch phân huỷ: cần lượng lớn từ 8-15 lần lượng mẫu •Thời gian phân huỷ: từ - 10 hệ hở Còn hệ lò vi sóng kín cần thời gian 1-2 Tác dụng vi sóng trích ly + Vi sóng nâng nhiệt độ vật thể từ bên trong, cách đồng nhanh chóng + Hiện tượng làm tăng tốc trình khuếch tán chất cần trích ly vào dung môi + Sự tăng nhiệt đột ngột làm hóa phân tử dung môi, gia tăng đột ngột áp suất giúp phá vỡ cấu trúc tế bào, chuyển chất tan vào dung môi + Các trình trích ly vi sóng thường có thời gian ngắn nhiều so với phương pháp trích ly thông thường, Hiệu truyền nhiệt hai kỹ thuật Tác dụng sóng siêu âm trích ly + Siêu âm sóng âm có tần số lớn Năng lượng siêu âm dải tần số 20 – 100kHz + Sóng siêu âm lan truyền chậm sóng điện từ khoảng 100.000 lần + Sóng siêu âm dễ dàng xâm nhập vào vật liệu chắn sáng, nhiều xạ ánh sáng không làm Tác dụng sóng siêu âm trích ly +Tác dụng nhiệt: Khi sóng siêu âm tác dụng lên vật, lượng chúng chuyển sang vật dạng nhiệt Nhiệt độ tăng cục lên đến 4800K với số sóng siêu âm + Tác dụng xâm thực: Xâm thực làm hình thành, phát triển vỡ bọt khí gây nên biến đổi áp suất Tại bọt khí thời điểm vỡ bọt đạt nhiệt độ lên đến 5000K áp suất 200atm dẫn tới làm phá vỡ bề mặt vật liệu tăng khả khuếch tán dung môi Tác dụng sóng siêu âm trích ly + Tác dụng lên cấu trúc: chất lỏng nằm trường tác động sóng siêu âm cường độ cao, dao dộng áp lực sóng sẻ làm tăng độ nhớt chất lỏng + Nén dãn: sóng siêu âm lượng cao qua môi trường rắn, gây nên loạt chu kỳ nén dãn liên tục tương ứng với tần số sóng siêu âm Sự nén dản liên tục với tần số cao làm cho bề mặt vật liệu rắn bị phá vỡ KỸ THUẬT TRÍCH LY PFE (PRESSURIZED FLUID EXTRACTION) + Kỹ thuật đưa vào năm 1995 hãng Dionex phát minh + Cơ sở kỹ thuật sử dụng dung môi nhiệt độ cao áp suất cao trình trích ly + Tốc độ trích ly tăng độ nhớt sức căng bề mặt dung môi giảm tính hòa tan tốc độ khuyếch tán vào mẫu tăng lên + Sự kết hợp nhiệt độ cao áp suất cao đem lại hiệu trích ly cao + Sự chọn lựa dung môi cho trình trích ly phụ thuộc vào chất cấu tử cần trích ly + Khi nhiệt độ tăng khả hòa tan tăng + Khi nhiệt độ tăng khả khuyếch tán tăng + Trong suốt trình DM bổ sung làm tăng trình chuyển chất + Việc tăng áp suất làm dung môi trạng thái lỏng, làm tăng tiếp xúc pha dung môi vật liệu Các yếu tố làm tăng hiệu suất thu hồi trích ly PFE + Việc tăng áp suất nhiệt độ trình trích ly làm giảm lực liên kết chất tan vật liệu liên kết hydro, lực Vander Waals, tương tác lưởng cực Các yếu tố tối ưu hóa cho trình trích ly PFE Các thông số trình thể tối ưu hóa cho trình trích ly thông qua hiệu suất thu hồi cao Các thồng số xem xét gồm: + Chọn dung môi hay hổn hợp dung môi trích ly + Chu kỳ trích ly số lần trích ly + Nhiệt độ trích ly (an toàn) thường từ 40- 2000C + Áp suất trích ly (an toàn) thường từ 70- 160atm + Thời gian trích ly thường từ 2- 16 phút KỸ THUẬT CHIẾT DÒNG SIÊU CHẢY Supercritical fluid extraction + Dòng siêu chảy dạng vật chất mà tồn nằm nhiệt độ tới hạn áp suất tới hạn chúng, nhà khoa học Baron Cagniard de la Tour khám phá vào năm 1822 + Tại trạng thái siêu tới hạn vật chất tồn song song hai trạng thái lỏng khí Kỹ thuật trích ly dòng siêu chảy sử dụng khoảng thập niên 1880 + Một loạt chất lkhai1 thác để ứng dụng cho trình trích ly NH3, N2O, Hydrocacbon, CO2 Trong CO2 dụng nhiều tính ưu việt KỸ THUẬT CHIẾT DÒNG SIÊU CHẢY KỸ THUẬT CHIẾT DÒNG SIÊU CHẢY Những đặc tính vật chất trạng thái SFE trích ly + Sức căng bề mặt thấp + Độ nhớt thấp + Độ linh động cao + Chất tan dể chuyển từ vật liệu vào dung môi + Chất tan dể tách khỏi pha lỏng vào pha ngưng tụ, điều dẫn tới hiệu suất trích ly tăng + Có tính chất ưu việt PFE KỸ THUẬT CHIẾT DÒNG SIÊU CHẢY KỸ THUẬT CHIẾT DÒNG SIÊU CHẢY Những lý chọn CO2 kỹ thuật trích ly dòng siêu chảy + Áp suất tới hạn vừa phải + Nhiệt độ tới hạn thấp + Không độc hại hoạt tính thấp + Giá thành thấp, dể làm tinh chế + Quá trình trích ly thực nhỏ 1500C + Rất tốt cho trình trích chất kèm bền nhiệt + Rất tốt trích ly chất phân cực + Phù hợp cho trích ly hợp chất có độ phân cực vừa PHA (polycyclic Aromatic Hydrocacbon) + Dể dàng tách chất tan khỏi dịch trích ly + Quá trình trích ly kín nên biến đổi ánh sáng không khí + Có thể nối trực tiếp với thiết bị GC hay LC KỸ THUẬT CHIẾT DÒNG SIÊU CHẢY Cải thiện kỹ thuật SFE (CO2) trích ly chất phân cực: + Thêm trực tiếp dung môi hửu vào cell chứa mẫu + Thêm bình chứa dung môi hữu khoang chứa dung môi + Đặt van để điều chỉnh tỷ lệ dòng dung môi hữu dòng CO2 [...]...XỬ LÝ BẰNG KIỀM NÓNG CÁC ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG • Ưu điểm: áp dụng tốt cho các nguyên tố có hợp chất dễ bay hơi và các nguyên tố và các matrix của mẫu dễ tan trong kiềm • Nhược điểm lớn là tốn nhiều kiềm từ 10 – 15 lần lượng mẫu • Dùng cho một số chất như các chất: Cl-, Br-, NO3-, SO42-, PO43- và một số mẫu thực phẩm không xử lý được bằng axit KỸ THUẬT VÔ... tắc: Kỹ thuật xử lý khô là kỹ thuật nung mẫu trong lò nung ở một nhiệt độ thích hợp Mẫu sau khi nung được hoà tan bằng dung dịch axit phù hợp, chuyển về dạng dung dịch, sau đó xác định theo phương pháp đã chọn KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA KHÔ Các yếu tố ảnh hưởng đế quá trình nung • Nhiệt độ nung • Thời gian nung • Chất phụ gia: Bảo vệ các chất phân tích không bị mất và làm cho quá trình phân hủy mẫu nhanh hơn... phải dùng nhiều axit đặc tinh khiết cao đắt tiền Xử lý được triệt để, nhất là các mẫu nền hữu cơ • 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 KỸ THUẬT VÔ CƠ HOÁ KHÔ-ƯỚT KẾT HỢP • Nguyên tắc: + Xử lý sơ bộ bằng phương pháp ướt + Thực hiện quá trình nung mẫu + Hòa tan mẫu bằng dung môi thích hợp • Ưu điểm + Tận dụng... pháp ướt Phương pháp vô cơ hóa mẫu khô – ướt kết hợp đã phát huy được ưu điểm và khắc phục được nhược điểm của phương pháp vô cơ hóa mẫu khô và vô cơ hóa mẫu ướt Xử lý mẫu rau quả để xác định 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, cô cạn đến khô thành... của chất B hay chất A trong dung môi nước sẽ bị thay đổ do sự phân ly hay kết hợp trên KHI CHẤT TAN LÀ MỘT BAZ HỬU CƠ Trong dung môi nước có cần bằng sau: Như vậy tổng nồng độ chất B trong dm nước là: [B1] + [HB+] Gọi KD là hệ số phân bố thực, ta có Vì : Thay: Ta có Vào KD KHI CHẤT TAN LÀ MỘT ACID HỬU CƠ Trong dung môi nước có cần bằng sau: HA ↔ H++ ANhư vậy tổng nồng độ chất B trong dm nước là: [A... lần là 100ml benzen Ví dụ 2: Chất béo phân bố trong hai dung môi nước – ete có k = 5 Cho Cbđ = 0,1M , VA= 100ml + Tính nồng độ axit béo trong nước khi cho vào đó 200ml ete + Tính nồng độ axit béo trong nước sau khi chiết 5 lần với mỗi lần là 40ml ete CHIẾT LỎNG – LỎNG Sự ảnh hưởng pH tới quá trình chiết Khi chất tan là những axit hay bazo thì trong dung dịch có sự phân ly : B + H+ ↔ BH+ HA ↔ H+ + A Lúc... đen •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, làm bay hơi hết axit dư đến còn muối ẩm, định mức bằng dung dịch HCl 2% thành 25 mL Xử lý mẫu sữa để xác định 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... chất tan G trong dm A tạo thành hổn hợp Ta dùng một dm B để chiết Lấy một lượng dm B cho vào hổn hợp, sau đó lắc, G sẽ phân bố sang dung môi B và ta tách được G ra khỏi A (dm A và dm B không hòa tan vào nhau) Giả sử ban đầu: + Có m mol chất G, thể tích dm A là VA(ml) , dm B dùng VB(ml) để chiết + Sau lần chiết thứ nhất trong dm A còn lại q1phần % số mol G CHIẾT LỎNG – LỎNG Theo định luật phân bố : Với:... H2SO4 98% và 5 mL Mg(NO3)2 5% ( hay KNO3), đun sôi •Nung ở 400-450oC trong 3 giờ, tiếp đó ở 550oC cho mẫu tro hoá đến khi thấy bả không còn đen •Hoà tan tro thu được trong 18 mL HCl 1/1 và 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,... hoặc ICP-MS CHIẾT (TRÍCH LY) + Chiết là một quá trình tách một chất ra khỏi mẫu ban đầu, bằng một pha lỏng thích hợp hay một pha rắn thích hợp + Phân loại: Dựa trên trạng thái của mẫu thường là dạng lỏng và rắn Với mẫu dạng lỏng: Chiết lỏng - lỏng ( liquid- liquid extraction) Chiết lỏng- rắn ( liquid- solid extraction) Với mẫu dạng rắn: Chiết rắn – lỏng (solid- liquid extraction SLE) CHIẾT (TRÍCH