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 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 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 được lấy nguyên trạng thô như thế được mà không qua xử lý để đưa chất cần phân tích về dạng thích hợp, bởi vì: a. Với bất kỳ một phương pháp xác định nào, hay một kỹ thuật phân tích nào thì mỗi chất

phân tích chỉ có thể xác định được 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 được mà phải đưa các kim loại tồn tại trong đất về trạng thái các hợp chất tan được trong dung dịch nước, dưới dạng các cation, thì sau đó mới xác định được chúng trong dung dịch nước.

b. Mẫu phân tích có nhiều loại và đa dạng, từ loại có thành phần đơn 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 mẫu như thế vào máy và xác định nó được. Nên phải xử lý để đưa các chất cần phân tích về trạng thái phù hợp nhất cho một phương pháp đã 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 đắn 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 đã 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 được xử lý để có được 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 loại 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 định (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 khối lượng) mẫu đủ nhỏ của đối tượng nghiên cứu (hay phân tích) để vận chuyển được về phòng thì nghiệm để phân tích được các chỉ tiêu cần thiết mà vẫn đảm bảo thể hiện đúng được 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 chuẩn nhất định cho mỗi loại và đã được 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 bị và dụng cụ lấy mẫu 1.2.2.1.Yêu cầu chung về dụng cụ lấy mẫu

Các dụng cụ phục vụ cho lấy mẫu, chứa mẫu và bảo 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 được lượng mẫu cần lấy theo yêu cầu đặt ra - Dụng cụ phải được xử lý và kiểm tra trước khi dùng bằng một cách phù hợp cho nguyên

tố hay đối tượng của các chất cần phân tích 1.2.2.2.Các dụng 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 bảo 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 bị 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 dạng 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 đã được 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 thuộc 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 ống 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 bảo toàn 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 quản được 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 bình 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 bằng 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 loại năng, cho 1 L mẫu) + Xử lý mẫu bằng kiềm NaOH loãng (kim loại 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 đúng với thực tế. Một số loài 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 được 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 quả 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 phải có các cách lấy mẫu thích hợp cho nó. Sau đây chỉ nêu ra một số kiểu điển hình đã và đang 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 chuẩn 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 cơ bản 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 quản 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, nước...) 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 định 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

phải 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, dạng 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 dàng tìm được một cách xử lý mẫu thích hợp nhất cho phân tích đạt kết quả 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 thích

hợp nhất lại không tốn kém và phức tạp, song phải đảm bảo được 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 bảo 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 được 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 loại mẫu và chất phân tích mà mẫu có thể được bảo quản: - Trong điều kiện bình 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 dưới 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 để chứa mẫu và bảo quản mẫu Chất phân tích Vật liệu làm bình chứa Chất bảo vệ/điều kiện

bảo quản Thời gian bảo quản tối đa

Cl-, SO42- P, G Không 30 ngày

CN- P, G 0.06g ascorbic acid/L 4 oC

15 ngày

Nitrite P, G 4 oC 48 giờ SO3

2- P, G 4 oC 28 ngày H+ (pH) P, G Bình thường 24 giờ Kim loại (II, III) P, G HNO3, pH<2 3 tháng Hg P, G HNO3, pH<2 20 ngày Cr(VI) P, G 4 oC 24 giờ Kim loại kiềm P, G HNO3, pH<2 36 tháng Họ acronitril G, PTFE 0.008% Na2S2O3, pH

4-5, 4 oC 14 ngày

Họ benzidines G, PTFE 0.008% Na2S2O3, 4 oC 7 ngày Họ clor hữu cơ G, PTFE 0.008% Na2S2O3, 4 oC 7 ngày Họ dioxim G, PTFE 0.008% Na2S2O3, 4 oC 45 ngày Halo ether G, PTFE 0.008% Na2S2O3, 4 oC 40 ngày Nitro-aromatic G, PTFE 0.008% Na2S2O3, 4 oC 40 ngày Dẩu, mỡ G 0.008% Na2S2O3, 4 oC 28 ngày Thuốc trừ sâu hữu cơ và phosphor hữu cơ

G 5 mL HCl, 4 oC 28 ngày

Họ PCBs và phthalates ethers

G, PTFE 4 oC 40 ngày

Chlor hữu cơ G, PTFE H2SO4, pH < 2, 4 oC 28 ngày Radiological test G, PTFE HNO3, pH < 2, normal 6 tháng 1.8. Khái niệm về QA & QC trong lấy mẫu phân tích

Lấy mẫu là khâu đầu tiên và rất quan trọng của quá trình phân tích. Nếu việc lấy mẫu không đảm bảo được độ trung thực, đúng đắcn và đại diện cho đối tượng cần phân tích thì mọi công việc phân tích sau đó dù có cẩn thận và chính xác đến đâu đi nữa, số liệu phân tích thu được cũng không thể đại diện cho đối tượng nghiên cứu được. Vì vậy để đảm bảo cho công việc lấy mẫu phân tích được tốt, nhất thiết phải thực hiện công tác QA(quality assurance-đảm bảo chất lượng)/QC(quality control-kiểm soát chất lượng). Vậy QA/QC là gì? 1.8.1. Khái niệm về QA

Mục tiêu chung của QA là cung cấp hay đảm bảo các điều kiện cần thiết để có được kết quả đạt chất lượng mong muốn. Nói một cách tóm tắt thì QA là một hệ thống tích hợp các hoạt động quản lý và những điều kiện, quy tắc và biện pháp lỹ thuật cần thiết để đảm bảo cho một sản phẩm

thu được trên bất 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 đặt 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 đã 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 được 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 chuẩn - Dụng cụ trang bị và phương tiện để lấy chứa mẫu đã được kiểm chuẩn - Hóa chất, thuốc thử phục vụ lấy mẫu được 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 bảo quản mẫu - Phương tiện ghi chép lập hồ sơ khi lấy mẫu đã 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 đó.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 đại diện đúng cho đối tượng cần nghiên cứu, phân tích, đồng thời cũng tránh được 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 được 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 hoạt động kỹ thuật 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 loại bỏ hay khắc phục những sai sót của tất cả các khâu trong một quá trình lấy mẫu phân tích. Các hoạt động QA/QC trong lấy mẫu phân tích gắn bó chặt chẽ với nhau và bổ 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 bộ 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 bộ kết quả thu được. Vì thế phải quan tâm đúng mức đến việc bảo đảm chất lượng cho công tác lấy mẫu phân tích để có được 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 đề 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, bàn 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 đo, các vấn đề này có thể tham khảo ở mục phụ lục cuối chương này.

Đồng thời theo các khái niệm đã 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 được 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 bị và dụng 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 đã lấy được

Làm tốt tất cả các vấn đề này tức là chúng ta đã lấy được 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 chuẩn bị đến lúc lấy được mẫu mang về và bảo quản chúng, hay phân tích ngay tại hiện trường khi cần thiết. Toàn 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

STT Ký hiệu tiêu chuẩn

Lấy mẫu cho chỉ tiêu nào Ghi chú

01 TCVN 5994-1995 Hướng dẫn lấy mẫu nước hồ ao 02 TCVN 5996-1995 Hướng dẫn lấy mẫu nước sông suối 03 TCVN 5998-1995 Hướng dẫn lấy mẫu nước thải 04 TCVN 5999-1995 Hướng dẫn lấy mẫu nước biển 05 TCVN 6000-1995 Hướng dẫn lấy mẫu nước ngầm 06 ISO 5667-13-1993 Lấy mẫu nước thải và bùn

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 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 kết quả phân tích

Nhận xét và đánh giá

QA/QC

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 đoạn đầu tiên nhưng rất quan trọng của quá trình phân tích. Mọi sai sót

trong giai đoạn này đều 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 bảo xử lý được 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 đảm bảo được độ trung thực, đúng đắn và loại được 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 đến 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 được 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 được một sản phẩm của lĩnh vực nghiên cứu hay sản xuất đạt 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 đã được nghiên cứu, lựa chọn và biên soạn thành một quy trình (hệ thống), để phục vụ cho công tác xử lý mẫu phân tích nhằm mục đích lấy được dung dịch mẫu phân tích trung thực, không mất chất phân tích, không bị nhiễm bẩn và đại 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 đảm 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 phục các sai sót để đảm bảo thu được 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 hoạt 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 đã được 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 được tính chính xác, đúng đắn và dung dịch mẫu thu được 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 muốn.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 toàn bộ dây chuyền hay công tác phân tích mẫu để có được 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 được 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 vấn đề 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 bảo quản mẫu thu được sau khi đã xử lý để phân tích, nếu chưa tiến

hành phân tích ngay được Đồng thời theo các nội dung đã nêu trên thì hoạt 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 được kết quả của chúng và bảo 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 để 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 được 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 đoạn 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 được 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 được 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 thường 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, quả

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 hoạt + Các loại mẫu sinh hoạt hằng ngày của người và động vật tạo ra + Các loại mẫu bệnh viện - Các loại mẫu tự nhiên nư khoáng, quặng, 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 bị 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 đơn giản - Các loại cốc đun và ống nghiệm - Các loại chén, bát nung (sứ, thạch anh, kim loại quý…) - Các loại ống nghiệm đun được (chịu nhiệt) - Lò nung, tủ sấy - Các loại hệ chiết lỏng-lỏng, lỏng-rắn và lỏng-khí - Bình Kendan các loại

2.3.3. Các loại trang bị hoàn chỉnh - Các loại hệ chưng cất khác nhau - Hệ thống bình Kendan đóng kín, hồi lưu và tự động - Các loại lò vi song (đơn giản và hoàn chỉnh) - Các hệ của kỹ thuật chiết lỏng lỏng lien tục - Các hệ của kỹ thuật 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 loại thiết bị thăng hoa mẫu - Các loại 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 kỹ 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 đầu, đưa 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 dụ 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 được 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 thuộc 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 dưới dạng các muối tan của các ion.

- Quá trình oxy hóa khử làm thay đổi 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 đầu, đưa 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 dưới 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 thuộc vào thành phần và bản 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 đang được dùng. 2.4.1. Kỹ thuật vô cơ hóa ướt (xử 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 bình 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, bình 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 đưa chúng và dung dịch dưới dạng các muối tan.

- Quá trình oxy hóa khử làm thay đổi hóa trị, chuyển đổi dạng, làm tan vỡ các chất mẫu, để giải phóng chất phân tích về dạng muối tan trong dung dịch.

- Nếu xử lý mẫu hữu cơ phân tích kim loại 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 dạng muối vơ cơ tan trong dung dịch.

- 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 dịch.

- 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, phản 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 quặng 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 để hòa tan và xử lý mẫu: trong xử lý ướt, người ta thường dùng các

loại dung dịch acid đặc, song tất nhiên chọn loại nào là tùy thuộc 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-H2SO4… - 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 dùng các acid hoặc hỗn hợp các acid có nhiệt độ sôi cao và tính oxy hóa mạnh.

Acid HCl HNO3 H2SO4 H3PO4 HClO4 HF C (%) 36 65 98 78 72 40 Tsôi (oC) 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 bếp 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 hoàn 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, kỹ 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 đã

nghiền nhỏ (hay ở dạng phoi bào) vào bình Kendan, tẩm ướt bằng vài giọt nước cất, thêm 10 mL HNO3 65%, 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 đổi 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 dụ 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 bào) 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 dịch 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 đây là:

Ni-Cr-Fe + HNO3 + HCl Ni(NO3)2 + Fe(NO3)3 + Cr(NO3)3 + NO2 + H2O - Ví dụ 3: hòa tan quặng 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 đã nghiền nhỏ vào bình Kendan, tẩm ướt bằng vài giọt nước cất, thêm 15 mL HNO3 65%, 2 mL H2O2 30%, lắc đều và đun nhẹ cho mẫu sôi và phân hủy cho đến khi dung dịch 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, để

xác định các kim loại nặng, 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 65%, 5 mL H2SO4 98%, 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, định mức bằng dung dịch 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 dịch nước. Quá trình hóa học 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 65%, 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 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 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 dài, 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 dư nên dễ bị nhiễm bẩn do bụi, hay mất mẫu Ứng dụng chủ yếu của kỹ thuật này là để 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 để phân tích vì trong các điều kiện này, các chất hữu cơ bị 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 dịch kiềm mạnh (NaOH, KOH) đặc

hay hỗn hợp kiềm mạnh và muối 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 dùng 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 đặc nóng có chất khử mạnh. - Hỗn hợp kiềm mạnh và muối của nó (NaOH-NaHCO3, NaOH-Na2CO3) Quá trình phân hủy được thực hiện khi đun sôi dung dịch mẫu, trong một thời gian nhất

định, thường là từ 6-10 giờ trong bình 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 quặng 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 được mẫu và vì vậy khả năng nhiễm bẩn rất cao. Sau khi xử lý mẫu, phải loại bỏ lượng kiềm dư bằng 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 được dùng cho một số trường hợp khi không có cách lựa chọn nào khác. Ví dụ khi phân hủy mẫu xác định các anion vô cơ như halides, nitrate, phosphate, sulfate... trong các dối tượng không xử lý được 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 bằng

dung dịch 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 tượng truyền nhiệt do đối lưu từ một nguồn nhiệt bên ngoài. Đối với lò vi sóng, năng lượng đun nóng mẫu được 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 bình 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 bình 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 được như rotor để phân hủy mẫu, rotor để làm bay hơi dung môi và acid, rotor dùng để 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 được 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 xử 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 đã 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 dụ 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 Quặng silicate KOH-Na2O2 500-600 Na2SiO3-K2SiO3-H2O-MeX Quặng Ferit 550-600 FeO-Fe2O3-SO2-H2O Quặng 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 đường 550-650 MexOy-CO2-SO2-H2O-MenXm Thực phẩm KNO3-HNO3 500-550 MexOy-CO2-H2O-KxXy-NO Rau quả KNO3-HNO3 500-550 MexOy-CO2-H2O-KxXy-NO Rau quả 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 đơn giản hơn (như trong bảng 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 loại 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 được 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 dụ của hai cách nung xử lý mẫu theo kỹ thuật tro

hóa đã đề 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 bị thông thường: tủ sấy và lò nung các loại - Trang bị hiện đại: các loại lò vi sóng

2.4.2.3. Tro hóa không không có phụ gia bảo vệ và chất chảy Nung mẫu 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 để phá vỡ mạng tinh thể ban đầu của mẫu phân tích

để chuyển nó sang dạng khác, đơn giản hơn, dễ hòa tan vào dung dịch acid hay kiềm trong các giai đoạn xử lý mẫu kế tiếp. Sau đây là một vài ví dụ:

- Ví dụ 1: tro hóa khô mẫu rau quả để xác định kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn). Cân 5 g mẫu vào chén thạch anh, đem sấy khô từ từ cho đến khi mẫu khô đen, rồi đem nung 3 giờ đầu ở nhiệt độ 450oC, sau đó nâng lên 530-550oC cho đến khi mẫu hết than đen, thu được mẫu tro trắng. Hòa tan tro thu được trong 10 mL dung dịch HCl 15%, đun nhẹ cho tan hết, định mức thành 25 mL bằng nước cất. Các nguyên tố Cd, Cu, Pb Zn sẽ bị mất một ít (8-15%) khi nung.

- Ví dụ 2: Tro hóa khô mẫu dầu mỏ (dầu thô) để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn). Cân lấy 5 g mẫu vào bát hay cốc thạch anh, đun nhẹ trên bếp điện hay sấy khô mẫu từ từ sau đó đem nung ở nhiệt độ 450oC trong 3 giờ, sau đó nâng lên 530-550oC đến khi hết than đen, thu được mẫu tro trắng. Hòa tan tro thu được trong 15 mL dung dịch HCl 18%, đun nhẹ cho tan hết, định mức thành 25 mL bằng nước cất. Các nguyên tố Cd, Cu, Pb Zn sẽ bị mất một ít (8-15%) khi nung.

Theo cách này thông thường một số nguyên tố trong mẫu bị mất khi nung như Cd (10-18%), Cu (7-12%), Pb (8-15%)... và lượng mất đi lại không ổn định, không kiểm soát và khống chế được trong quá trình nung. Sự mất mát này càng nhiều khi nhiệt độ nung mẫu càng cao hay thời gian nung càng lâu và gây vì vậy là một nguồn sai số lớn cho kết quả phân tích. Như ví dụ 1, nếu nung mẫu ở nhiệt độ 530oC, Cd và Pb sẽ mất từ 8-10% nhưng khi nung ở 600oC thì Cd và Pb sẽ mất đến gần 20%. 2.4.2.4. Tro hóa có phụ gia và chất chảy bảo vệ

Nung xử lý mẫu có chất phụ gia và chất bảo vệ cũng là quá trình xử lý mẫu sơ bộ nhờ tác động của nhiệt độ có thêm tương tác hỗ trợ của chất phụ gia, thường là chất chảy, acid đặc..., trong thời gian nhất định để phá vỡ cấu trúc tinh thể dạng ban đầu của mẫu phân tích, chuyển chúng sang dạng dễ hòa tan hơn trong acid hay kiềm. Khi có chất chảy, nhiệt độ nung thường thấp hơn so với khi không có chất chảy, thời gian ngắn hơn song lại triệt để hơn nhất là các mẫu phân tích có matrix bền, chịu nhiệt hay mẫu hữu cơ thì tác dụng của chất phụ gia và bảo vệ lại càng quan trọng. Trong hai ví dụ trên, nếu xử lý mẫu có chất bảo vệ thì không xảy ra sự mất mát các nguyên tố như trên.

Ví dụ 1: tro hóa mẫu rau quả để xác định kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) dùng chất phụ gia. Cân 5 g mẫu vào chén thạch anh, thêm 1 g KNO3, 5 mL HNO3 65%, trộn đều và đun nhẹ cho mẫu sôi đều và cho đến khô đen. Nung mẫu ở nhiệt độ 450oC trong 3 giờ, sau đó nâng lên 500-530oC, đến khi hết than đen, thu được mẫu tro trắng. Hòa tan tro thu được trong 15 mL dung dịch HCl 18%, đun nhẹ cho tan hết, định mức thành 25 mL bằng nước cất.

Ví dụ 2: Tro hóa khô mẫu dầu mỏ (dầu thô) để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) dùng chất phụ gia là 2 g KNO3 và 10 g sodium benzene sulfonate. Cân lấy 5 g mẫu vào bát hay cốc thạch anh, thêm chất phụ gia, đun nhẹ cho mẫu sôi và cho đến khô đen, sau đó nung ở nhiệt độ 450oC trong 3 giờ, sau đó nâng lên 500-530oC đến khi hết than đen, thu được mẫu tro trắng. Hòa tan tro thu được trong 15 mL dung dịch HCl 18%, đun nhẹ cho tan hết, định mức thành 25 mL bằng nước cất.

Ví dụ 3: Tro hóa mẫu sữa để xác định kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn), dùng chất phụ gia là 8 mL H2SO4 45% và 2 g KNO3 hay LiBO2. Lấy 5 g mẫu vào chén thạch anh, thêm chất phụ gia, trộn đều, sấy cẩn thận cho mẫu khô (mẫu dễ bị sủi bọt và bắn ra ngoài) và thành than đen sau đó nung ở nhiệt độ 450oC trong 3 giờ, sau đó nâng lên 500-530oC đến khi hết than đen, thu được mẫu tro trắng. Hòa tan tro thu được trong 15 mL dung dịch HCl 18%, đun nhẹ cho tan hết, tiếp tục đun đuổi acid cho đến khi còn muối ảm. Định mức thành 25 mL bằng HCl 2%.

Ví dụ 4: Xử lý mẫu xác định As trong quăng hay bã thải rắn. Lấy 0.5 g mẫu quặng vào chén Zr, thêm 4 g KOH, đun nhẹ cho hỗn hợp chảy lỏng, thêm cẩn thận 5 g Na2O2, lắc đều và nung ở 700 oC trong 10 phút, để nguội, lấy chén chứa mẫu ra, lau sạch bên ngoài chén và bỏ cả chén vào cốc dung tích 400 mL chứa sẵn 100 mL nước ấm 70 oC, lắc kỹ cho mẫu tan, lấy chén Zr ra và tráng chén (trong và ngoài) 2 lần bằng 20 mL nước cất. Thêm vài mảnh sứ xốp nhỏ vào cốc, đậy kính đồng hồ và đun sôi nhẹ để đuổi H2O2 (khoảng 15 phút), để nguội. Lọc dung dịch qua giấy băng đỏ, rửa kết tủa và giấy lọc 3 lần bằng 20 mL dung dịch KOH 0.05% nóng. Gộp nước lọc và nước rửa, cô cạn còn khoảng 65 mL, thêm 25 mL HCl 35%, lắc đều và định mức 100 mL. Đây là dung dịch mẫu để xác định As bằng kỹ thuật hydride hóa. Cách xử lý này thích hợp cho các mẫu rắn như quặng sắt, đất đá, rác thải rắn, bùn, trầm tích để xác định As, nhưng hàm lượng Si trong các mẫu này phải nhỏ hơn 10%. 2.4.2.5. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

- Thao tác và cách làm đơn giản - Không phải dùng nhiều acid đặc - Xử lý mẫu được triệt để nhất là các mẫu có matrix hữu cơ - Không lâu như phương pháp xử lý ướt thông thường - Nhược điểm: có thể mất một số chất dễ bay hơi như Cd, Pb, Zn, Sb, Sn... nếu không

dùng chất phụ gia và bảo vệ. 2.4.3. Kỹ thuật vơ cơ hóa tro-ướt kết hợp 2.4.3.1. Nguyên tắc chung

Nguyên tắc của kỹ thuật này là mẫu được phân hủy trong chén hay cốc nung mẫu. Trước tiên người ta thực hiện xử lý ướt sơ bộ trong cốc hay chén nung bằng một lượng nhỏ acid và chất phụ gia để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của matrix mẫu và tạo điều kiện lưu giữ những chất dễ bay hơi khi nung. Sau đó đem nung ở nhiệt độ thích hợp. Vì thế lượng acid dùng để xử lý mẫu thường chỉ bằng ¼ hay 1/3 lượng cần dùng cho xử lý ướt. Quá trình nung sau đó se nhanh hơn và triệt để hơn, hạn chế bớt sự mất mát chất phân tích so với các cách xử lý mẫu đơn (ướt hay khô)

Các quá trình vật lý và hóa học xảy ra khi xử lý mẫu khô-ướt kết hợp cũng tương tư như các quá trình xảy ra khi xử lý mẫu khô hay ướt, song ở đây là sự kết hợp hai quá trình kế tiếp nhau. Xử lý ướt ban đầu là để bảo vệ một số nguyên tố cho xử lý khô kế tiếp theo không bị mất mẫu. Cách này thích hợp cho các mẫu có matrix là chất hữu cơ, xử lý để xác định kim loại và một số anion. 2.4.3.2. Các phương pháp và ví dụ

Vì là xử lý khô-ướt kết hợp, xử lý khô và ướt kế tiếp nhau nên mọi diễn biến sẽ tương tự như xử lý theo một trong hai kiểu nói trên. Điểm khác biệt đáng kể trong quy trình xử lý mẫu này so với kiểu xử lý mẫu ướt là không phải đuổi acid dư. Sau đây là vài ví dụ.

- Ví dụ 1: Xử lý mẫu rau quả để xác định kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn), lấy 5 g mẫu cho vào chén nung, thêm 10 mL HNO3 65% và 5 mL Mg(NO3)2 5%, trộn đều rồi sấy hay đun trên bếp điện cho mẫu sôi nhẹ và đến khô thành than đen. Đem nung ở nhiệt độ 400-450oC trong 3 giờ, sau đó nâng lên 500-530oC đến khi hết than đen, thu được mẫu tro trắng. Hòa tan tro thu được trong 20 mL dung dịch HCl 1:1, đun nhẹ cho tan hết, tiếp tục đun đuổi acid cho đến khi còn muối ảm. Định mức thành 25 mL bằng HCl 2%. Dung dịch này dùng để xác định các nguyên tố nói trên.

- Ví dụ 2:Xử lý mẫu sữa để xác định kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn),. Lấy 5 g mẫu vào chén nung, thêm 15 mL HNO3, 2 mL H2SO4 98% và 5 mL Mg(NO3)2 5%, trộn đều. Để xử lý mẫu ướt sơ bộ: sấy mẫu cẩn thận trên bếp điện hay trong tủ sấy cho mẫu khô (mẫu dễ bị sủi bọt và bắn ra ngoài) và thành than đen sau đó nung ở nhiệt độ 400-450oC trong 3 giờ, sau đó nâng lên 500-530oC đến khi hết than đen, thu được mẫu tro trắng. Hòa tan tro thu được trong 15 mL dung dịch HCl 1:1, đun nhẹ cho tan hết, tiếp tục đun đuổi acid cho đến khi còn muối ẩm. Định mức thành 25 mL bằng HCl 2%.

- Ví dụ 3: Xử lý mẫu tôm, cua, cá... để xác định các kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn). Lấy 5 g mẫu vào chén thạch anh, thêm 5 mL H2SO4 98% và 5 mL Mg(NO3)2 5% trộn đều. Để xử lý mẫu ướt sơ bộ: sấy mẫu cẩn thận trên bếp điện cho mẫu khô và thành than đen sau đó nung ở nhiệt độ 400-450oC trong 3 giờ, sau đó nâng lên 500-530oC đến khi hết than đen, thu được mẫu tro trắng. Hòa tan tro thu được trong 15 mL dung dịch HCl 1:1, đun nhẹ cho tan hết, tiếp tục đun đuổi acid cho đến khi còn muối ảm. Định mức thành 25 mL bằng HCl 2%. Đây là dung dịch mẫu dùng để xác định các kim loại nêu trên bằng phương pháp phổ hấp thu phân tử hay phổ nguyên tử 2.4.3.3. Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng

Ưu điểm của kỹ thuật này là tận dụng và kết hợp các ưu điểm của phương pháp xử lý mẫu uớt và khô

- Hạn chế sự mất mát của một số chất phân tích - Sự tro hóa là triệt để, sau khi hòa tan tro sẽ được dung dịch mẫu trong - Không phải dùng nhiều acid tinh khiết - Thời gian xử lý mẫu nhanh hơn tro hóa ướt - Không phải đuổi nhiều acid dư, hạn chế ô nhiễm môi trường, nhiễm bẩn mẫu - Phù hợp cho nhiều loại mẫu khác nhau để xác định kim loại - Không cần trang thiết bị phức tạp, hiện đại, đắt tiền Cách này được ứng dụng chủ yếu để xử lý mẫu cho phân tích các nguyên tố kim loại và một

số anion vô cơ như Cl-, Br-, sulfate, phosphate... trong các loại mẫu sinh học, môi trường, mẫu hữu cơ, vô cơ. Cách xử lý này không dùng được cho xác định các chất hữu cơ. Trong các phòng thí nghiệm bình thường, không được trang bị lò vi sóng thì cách xử lý này vẫn là một phương pháp thích hợp, đơn giản mà vẫn đảm bảo có được kết quả tốt. 2.4.4. Các kỹ thuật chiết 2.4.4.1. Cơ sở, nguyên tắc và điều kiện của sự chiết

a. Nguyên tắc và cơ sở của sự chiết Chiết dựa trên cơ sở sự hòa tan (hay phân bố) khác nhau của chất phân tích vào trong hai

dung môi không trộn lẫn vào nhau. Tức là chất phân tích tan tốt trong dung môi này nhưng lại không tan tốt trong dung môi kia, nghĩa là sự phân bố của chất trong hai dung môi là rất khác nhau nhờ đó mà chúng ta lấy được chất phân tích ra khỏi mẫu ban đầu, chuyển nó vào dung môi chúng ta mong muốn sau đó xác định nó trong dung môi chúng ta vừa chiết vào. Như thế yếu tố quyết định sự tách và xử lý mẫu ở đây là hệ số phân bố của chất phân tích trong các phase và điều kiện thực hiện chiết tách.

b. Hệ số phân bố của chất Hệ số phân bố là một hằng số vật lý (hằng số nhiệt động) đặc trưng cho sư chiết. Nó cho ta

biết sự phân bố (hay hòa tan) của các chất phân tích trong hai dung môi (hay 2 pha) không trộn lẫn vào nhau theo tỷ lệ hay mức độ nào. Nếu giá trị hằng số này càng lớn thì sự phân bố đó càng khác nhau nhiều vì vậy càng thuận lợi cho sự chiết tách các chất. Ví dụ chất X được phân bố vào hai dung môi không trộn lẫn vào nhau (A và B) thì hệ số phân bố này được xác định theo biểu thức sau

)()(

BCACK

X

XD

Trong đó CX(A) và CX(B) là nồng độ chất X trong hai dung môi A và B. Nếu hệ số phân bố KD > 99/1 xem như chất X chuyển hoàn toàn vào dung môi A. Đó là điều kiện của quá trình chiết để lấy chất phân tích ra khỏi nền mẫu.

c. Các điều kiện của sự chiết Để có được kết quả chiết tốt, quá trình chiết phải có các điều kiện và đạt được các yêu cầu

sau đây - Dung môi chiết phải có độ tinh khiết cao, đảm bảo không làm nhiễm bẩn chất phân tích - Dung môi chiết phải hòa tan tốt chất phân tích, nhung không hòa tan tốt các chất có

trong mẫu - Hệ số phân bố chiết phải lớn để sự chiết được triệt để

- Cân bằng chiết nhanh đạt, thuận nghịch để giải chiết được tốt - Sự phân lớp khi chiết phải rõ ràng, nhanh và dễ tách ra riêng biệt - Phải chọn pH hay môi trường acid thích hợp - Chọn nhiệt độ phù hợp - Phải thực hiện lắc mạnh trong quá trình chiết - Cho thêm chất chống tạo bọt khi cần để có sự phân lớp tốt

2.4.4.2. Các phương pháp và kỹ thuật chiết 2.4.4.2.1. Phương pháp chiết lỏng-lỏng

a. Nguyên tắc và điều kiện Nguyên tắc: nguyên tắc của kỹ thuật chiết này là hai pha lỏng không trộn lẫn được vào nhau,

trong hai dung môi này có thể có một dung môi chứa chất phân tích được để trong một dụng cụ chiết (phễu chiết). Khi lắc chiết, chất phân tích sẽ được phân bố vào hai dung môi theo tính chất của chúng để đạt tới trạng thái cân bằng. Vì thế hệ số nhiệt động KD của cân bằng chiết là yếu tố quyết định hiệu quả của sự chiết. Chiết theo kiểu này có hai phương pháp là chiết tĩnh và chiết theo dòng chay liên tục. Trong phân tích, phương pháp chiết tĩnh được sử dụng phổ biến hơn. Điều kiện chiết: để quá trình chiết đạt hiệu quả tốt, phải có các điều kiện chiết như đã mô tả bên trên.

b. Các phương pháp, trang bị và ví dụ - Phương pháp chiết tĩnh: là phương pháo chiết rất đơn giản, chỉ cần một số phễu chiết dung

tích 100-250 mL, có thể tiến hành được ở mọi phòng thí nghiệm. Việc lắc chiết có thể thực hiện bằng tay hay máy lắc nhỏ. Tất nhiên khi phải làm hàng loạt mẫu thì sẽ mất nhiều thời gian.

Ví dụ 1: Chiết lượng vết các ion kim loại nặng (Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn) từ nước biển vào dung môi MIBK với thuốc thử tạo phức APDC trong môi trường pH 3-4 để xác định các nguyên tố này bằng phương pháp phổ hấp thu nguyên tử. Lấy 250 mL mẫu vào bình chiết, chỉnh pH 3-4 bằng HCl 10%, thêm 2 mL APDC 0.1% và 10 mL MIBK rồi lắc chiết trong 5 phút. Để yên 5 phút cho phân lớp, tách lấy phần MIBK có chứa phức kim loại Me-APDC. Sau đó xác định các kim loại đã chiết vào MIBK trực tiếp hay gián tiếp sau khi giải chiết kim loại vào dung dịch HNO3 2.5M. Phương pháp này thường được sử dụng để tách chiết và làm giàu lượng vết các kim loại trong các loại mẫu nước nhất là nước thải và nước biển.

Ví dụ 2: Chiết lấy tổng iodine-triiodide từ nước biển vào dung môi benzene trong sự hiện diện của chất oxy hóa mạnh và môi trường acid để chuyển iodide về iodine để được chiết vào benzene. Sau đó xác định nó bằng chuẩn độ thể tích hay bằng trắc quang. 200 mL mẫu + chỉnh pH=3 + 5 mL H2O2 + 10 mL benzene + lắc chiết 6 phút, để yên 5 phút cho phân lớp. Tách lấy lớp benzene chứa Iodine đi xác định.

Ví dụ 3: Chiết lấy các retinoid (vitamin A) từ mẫu thực phẩm

Loại mẫu thực phẩm có các dạng sau + Thực phẩm lỏng như sữa tươi. Lấy 10 mL mẫu vào bình chiết, thêm 20 mL ethanol tuyệt đối, 5-8 g Na2SO4 khan, trộn đều 2 phút, thêm 10 mL dung môi hexane, lắc mạnh 4 phút, để trong tủ lạnh 2 hút cho tách lớp, lọc hút chân không, tách lấy lớp hexane có chứa các retinoid để phân tích chúng bằng HPLC hay MCEKC.

+ Các loại mẫu bột, rau quả, trứng thịt: nghiền hay xay thành bột, bảo quản ở -15oC. Lấy 5 g mẫu vào bình xử lý, thêm 15-20 g Na2SO4 khan, trộn đều, thêm 20 mL ethanol tuyệt đối, lắc mạnh 2 phút, thêm tiếp 10 mL hexane, lắc mạnh 4 phút, đặt trong tủ lạnh 4 phút cho phân lớp, lọc hút chân không, tách lấy lớp hexane có chứa các retinoid để phân tích chúng bằng HPLC hay MCEKC.

+ Mẫu huyết thanh: lấy 100 µL mẫu huyết thanh cho vào ống nghiệm, thêm 0.2 mL dung dịch NaCl 0.9%, 2 mL ethanol tuyệt đối, lắc mạnh 2 phút, thêm 0.5 mL dung môi n-hexane, lắc mạnh, ly tâm cho phân lớp, tách lấy lớp hexane có chứa retinoid để phân tích chúng bằng HPLC hay MCEKC.

Ví dụ 4: chiết α và β catotene từ các loại rau quả, lá cây

Trước hết mẫu được chọn và xay thành bột, bảo quản ở -15oC trong tủ đông. Lấy 5 g mẫu cho vào bình chiết, thêm 15 g Na2SO4 khan, 1 g MgCO3 khan, trộn đều 2 phút, thêm 20 mL dung môi THF, khuấy đều trong 5 phút, lọc hút chân không, lấy pha THF chứa carotene vào bình cô quay chân không, cất cho đến còn khoảng 1 mL, để 1 phút cho khô, định mức thành 10 mL bằng THF. Đây là dung dịch để xác định α và β catotene bằng phương pháp HPLC.

- Phương pháp chiết dòng chảy liên tục Trong phương pháp này khi thực hiện, chiết hai pha lỏng không trộn lẫn được vào nhau

được bơm liên tục với một tốc độ nhất định qua một hệ chiết như phễu chiết hay bình chiết liên hoàn đóng kín. Hoặc cũng có thể chỉ một dung môi chuyển động còn một pha đứng yên. Khi đó chất phân tích sẽ được phân bố vào hai dung môi theo tính chất của chúng, để đạt tới trạng thái cân bằng. Vì thế ở đây hệ số phân bố nhiệt động KD là yếu tố quyết định hiệu quả chiết. Chiết theo cách này nhanh, hiệu suất cao, đây là phương pháp chiết được ứng dụng nhiều trong chiết sản xuất công nghệ.

Để thực hiện chiết theo cách này, phải có hệ thống máy chiết, cột chiết, có bơm để bơm các chất theo dòng chảy ngược chiều nhau và phải có bộ tách pha để tách các chất ngay trong quá trình chiết, để lấy chất được chiết ra liên tục hay theo từng thời điểm nhất định khi mà cân bằng đã đạt được.

Ví dụ: Chiết các kim loại nặng từ nước biển. Lấy V mL dung môi chiết thường (V≥ 25 mL

tùy vào hàm lượng chất phân tích) cho vào bình chiết, thêm 2 mL APDC 0.1% trong EtOH, cho bình chiết vào hệ thống máy chiết, lắp hệ cho kín. Lấy 500 mL mẫu nước biển, chỉnh pH= 4 bằng HCl 10%. Bơm tuần hoàn liên tục dung dịch mẫu qua bình chiết trong 30 phút, sau đó tách lấy pha hữu cơ có chứa chất phân tích. Nếu không có hệ thống bơm thì có thể tiến hành chiết theo cách gia nhiệt bay hơi dung môi chiết.

- Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng Phương pháp chiết đơn giản, dễ thực hiện, đã được ứng dụng phổ biến và rất có hiệu quả

trong lĩnh vực tách chiết và làm giàu các chất phân tích phục vụ cho việc xác định hàm lượng vết của chúng trong mẫu. Nhất là tách và làm giàu các kim loại, các chất hữu cơ độc hại trong các loại mẫu nước, nước thải, nước biển, nước khoáng. Các ưu và nhược điểm chung của kỹ thuật chiết là:

+ Thích hợp cho cả chiết phân tích và chiết điều chế lượng lớn + Loại được các chất ảnh hưởng, nhất là matrix mẫu + Thích hợp cho làm giàu lượng nhỏ chất phân tích + Phục vụ cho chiết các mẫu vô cơ và hữu cơ

2.4.4.2.2. Kỹ thuật chiết Soxhlet. a. Nguyên tắc: chiết Soxhlet là một kỹ thuật chiết đặc biệt được thực hiện nhờ một loại thiết bị riêng của nó. Kiểu chiết này cũng như kiểu chiết lỏng-lỏng nên về bản chất của sự chiết vẫn là định luật phân bố của một chất trong hai pha không trộn lẫn vào nhau. Song ở đây hai pha không trộn lẫn vào nhau. Có thể pha mẫu ở trạng thái lỏng, bột, dạng mảnh hay lá. Dung môi chiết (hữu cơ) ở trong thái lỏng. Ví dụ chiết lấy dầu Meiton từ lá cây bạc hà bằng dung môi hữu cơ n-hexane hay benzene. Chiết các thuốc trừ sâu hay bảo vệ thực vật trong mẫu rau quả, mẫu đất bằng n-hexane. Vì thế đây là kiểu chiết của hệ chiết có thể cả đồng thể và dị thể. Trong thực tế, hệ dị thể là phổ biến và chất phân tích nằm trong matrix rắn. b. Các trang thiết bị và ví dụ.

Trang bị của kỹ thuật chiết này có hai loại là

- Hệ chiết Soxhlet thường và đơn giản - Hệ chiết Soxhlet tự động (auto-soxhlet) Cách chiết theo hệ đầu tiên là đơn giản, vận hành bằng tay, còn hệ thứ 2 vận hành một cách

tự động. Kỹ thuật này chủ yếu được sử dụng để tách các chất hữu cơ. Kỹ thuật này rất thích hợp để chiết chất phân tích nằm trong mẫu ở pha rắn như dạng bột, mảnh nhỏ hay các vật liệu khô như lá cây... Vì thế nó là hệ chiết dị thể. Kỹ thuật chiết này chủ yếu được sử dụng cho chiết tách phân tích các chất hữu cơ trong các đối tượng mẫu khác nhau không ở dạng lỏng.

- Ví dụ 1: Chiết soxhlet thường lấy một số hóa chất BVTV từ mẫu rau quả. Lấy 10 g mẫu đã được nghiền nhỏ và trộn đều vào cốc chiết của hệ chiết, thêm 25-30 g Na2SO4 khan, 30 mL dung môi chiết n-hexane có 20% CH2Cl2. Sau đó tiến hành chiết trong vòng 180 phút.

- Ví dụ 2: chiết auto-soxhlet lấy hóa chất BVTV từ mẫu đất. Lấy 10 g mẫu đã được nghiền nhỏ và trộn đều vào cốc chiết, thêm 25-30 g Na2SO4 khan, 30 mL dung môi chiết n-hexane có 20% CH2Cl2 (hay ethyl acetate). Sau đó tiến hành chiết trong vòng 150 phút, để yên 10 phút, tách lấy pha hữu cơ n-hexane có chứa chất phân tích và xác định chúng.

Kỹ thuật chiết này có ưu điểm là chiết triệt để, song các điều kiện chiết phải nghiêm ngặt thì mới có kết quả tốt. Vì thế hệ thống vận hành tự động cho kết quả tốt hơn nhưng phải có hệ thống trang bị hoàn chỉnh. Nó thích hợp chiết các chất hữu cơ từ các đối tượng mẫu khác nhau, chất phân tích có trong mẫu ở trạng thái rắn, bột, vật mẫu xốp khô (lá cây)... Kỹ thuật này được ứng dụng chủ yếu để chiết các hợp chất hữu cơ từ các mẫu cây, lá, rau quả hay mẫu đất như trong hai ví dụ trên. 2.4.4.2.3. Kỹ thuật chiết siêu âm a. Nguyên tắc: quá trình chiết ở đây vẫn dựa trên cơ sở chung của sự chiết là sự phân bố của chất phân tích vào hai pha không trộn lẫn vào nhau, điểm khác biệt là được thực hiện chiết trong môi trường có thêm tác dụng của sóng siêu âm. Pha chứa mẫu phân tích là pha nước và pha lỏng để chứa chất phân tích là dung môi hữu cơ (pha thứ 2) đều được cho vào bình chiết, sau đó được đặt vào trong tủ chiết và tiến hành chiết dưới tác dụng của sóng siêu âm thích hợp. Cách chiết này có thể thực hiện ở hai trạng thái đồng thể và dị thể như: - Hệ đồng thể lỏng lỏng, ở đây chất mẫu phân tích tan trong dung môi lỏng như nước và dung môi chiết cũng là chất lỏng, thường là các dung môi hữu cơ. - Hệ dị thể rắn lỏng, trường hợp này mẫu phân tích ở trạng thái rắn thường được nghiền thành bột hay băm nhỏ và bỏ vào trong bình chiết có dung môi dung môi chiết thường là các dung môi hữu cơ. Khi tiến hành chiết dưới tác dụng của sóng siêu âm có tần số cao, mạng cấu trúc của các phân tử chất mẫu bị phá vỡ, chất phân tích được giải phóng và phân bố (hay tan) vào trong dung môi chiết theo tính chất của nó và ở đây hệ phân bố của chất giữa hai pha cũng là yếu tố quyết định hiệu quả của sự chiết. Còn năng lượng siêu âm có tác dụng chính là phá vỡ cấu trúc ban đầu của mẫu, tạo điều kiện cho cân bằng chiết xảy ra dễ dàng hơn, triệt để hơn.

c. Các kiểu chiết và trang bị Để thực hiện theo kỹ thuật chiết này chúng ta phải có hệ thống bình chiết kín và hệ thống bình chiết tạo siêu âm. Các thiết bị này hiện nay đều đã được thương mại hóa theo từng quy mô và mức độ chiết khác nhau, chiết phân tích hay chiết điều chế sản xuất. Về nguyên tắc nó có hai bộ phận

- Buồng chiết siêu âm khống chế năng lượng siêu âm - Các rotor chứa bình đựng mẫu để chiết (loại 6 bình, 9 bình hay 12 bình) Sau đây là vài ví dụ.

- Ví dụ 1: Chiết các hợp chất Chlorphenol từ các mẫu nước bằng n-hexane: lấy 250 mL mẫu vào bình chiết, thêm 20 mL n-hexane, đậy nắp bình, vặn chặt, bỏ vào rotor chiết. Tiến hành chiết trong 20 phút, để yên 5 phút sau đó lấy bình mẫu ra khỏi rotor và tách lấy phần dung môi n-hexane,

làm khô bằng Na2SO4 khan và xác định các chất chlorphenol trong pha n-hexane bằng HPLC hay GC-MS.

- Ví dụ 2: chiết các hydrocarbon thơm, đa vòng từ mẫu bã thải mía đường. Lấy 20 g mẫu đã nghiền nhỏ, trộn đều cho vào bình chiết, thêm 30 mL n-hexane chứa 20% dichloromethane (DCM), 25-30 g Na2SO4 khan, đậy nắp bình, vặn chặt, bỏ vào rotor chiết. Tiến hành chiết trong 20 phút, để yên 5 phút sau đó lấy bình mẫu ra khỏi rotor và tách lấy phần dung môi n-hexane, và xác định các chất cần phân tích trong pha n-hexane-DCM bằng HPLC hay GC-MS.

- Ví dụ 3: Chiết lấy một số hóa chất BVTV từ mẫu đất hay mẫu rau quả (như Methylparathion, sumithion, diazinon...). Lấy 20 g mẫu đất đã được nghiền nhỏ, trộn đều vào bình chiết, thêm 20 mL EtOAc, trộn đều, đặt bình vào hệ máy chiết, tiến hành chiết trong 40 phút, để nguội yên trong 10 phút, tách lấy pha hữu cơ có chứa các chất BVTV. Dội pha hữu cơ qua cột sắc ký hấp phụ chứa Al2O3-than hoạt tính-Na2SO4 khan. Rửa giải cột này bằng 40 mL EtOAc. Dung dịch rửa giảo dùng để xác định các chất BVTV bằng GC, HPLC hay GCMS.

Kỹ thuật chiết này có ưu điểm là nhanh, triệt để và hiệu suất cao nhưng đòi hỏi phải có trang bị hệ thống chiết siêu âm hoàn chỉnh, có rotor chiết cho mỗi cách chiết khác nhau. 2.4.4.2.4. Kỹ thuật chiết pha rắn.

a.Nguyên tắc và điều kiện - Nguyên tắc chung: nguyên tắc của quá trình chiết pha rắn là mẫu ở trạng thái lỏng hay hơi còn chất chiết ở dạng rắn, thể hạt nhỏ, xốp (5-10 µm đường kính). Chất chiết gọi là pha tĩnh và được nhồi vào cột sắc ký nhỏ (kích thước 10 x 1 cm hay dung lượng 5-10 mL). Chất chiết là các hạt silica trung tính, các hạt nhôm oxide hay silicagel đã alkyl hóa nhóm OH- bằng những nhóm alkyl mạch thẳng C2, C4, C8 hay C18... hay nhóm phenyl. Nó được chế tạo trong điều kiện tương tự như điều kiện chế tạo pha tĩnh của HPLC nhưng các hạt này có độ xốp lớn hơn và diện tích bề mặt xốp thường từ 50-200 m2/g. Khi xử lý mẫu, dung dịch chứa chất phân tích được dội lên cột có chứa pha rắn này. Pha tĩnh sẽ tương tác với các chất mẫu và giữ lại một nhóm chất phân tích, còn các nhóm khác sẽ đi ra khỏi cột cùng với dung môi hoa tan mẫu. Như thế nhóm chất phân tích tồn tại trên pha tĩnh và sẽ được rửa giải ra khỏi cột bằng một dung môi thích hợp. Các chất chiết pha rắn có thể được chế tạo theo các loại sau đây

+ Chất hấp phụ pha thường (silica trung tính và aluminium oxide) + Chất hấp phụ pha ngược (silica được alkyl hóa nhóm OH) + Chất có khả năng trao đổi ion (cationit, anionit, cặp ion) + Chất rây hay sàng lọc phân tử theo kích thước + Chất hấp phụ pha khí-rắn (purge and trap extraction) Chính vì có nhiều loại pha tĩnh như thế nên kỹ thuật chiết pha rắn cũng có nhiều cơ chế và

quá trình động học khác nhau, theo bản chất mỗi cơ chế đó. Sau đây là một số cơ chế và điều kiện chọn hệ chiết (pha tĩnh và pha động). Nói chung pha tĩnh trong chiết pha rắn cũng tương tự như pha tĩnh trong HPLC.

- Các điều kiện của chiết pha rắn Quá trình chiết ở đây thực chất vẫn là quá trình phân bố của một chất trên hai pha tĩnh (pha

rắn) và động (pha lỏng hay khí) trong những điều kiện nhất định về nhiệt độ, pH, tốc độ chảy dung môi qua cột chiết. Như vậy hệ số phân bố KD của một chất trên hai pha cũng là yếu tố quyết định hiệu quả của sự chiết. Tóm lại phải có các điều kiện sau đây

+ Pha tĩnh hấp phụ hay trao đổi chọnn lọc với một nhóm chất phân tích + Hệ số KD phải lớn + Quá trình chiết xảy ra nhanh, đạt cân bằng nhanh + Quá trình chiết phải có tính thuận nghịch cao để rửa giải thuận lợi + Sự chiết được thực hiện trong một điều kiện nhất định, càng đơn giản càng tốt.

a. Các kiểu chiết và cơ chế chiết pha rắn - Chiết theo cơ chế hấp phụ pha thường

Trong kiểu chiết này, pha rắn là các silica trung tính, có bề mặt phân cực. Nó áo dụng tốt với các chất mẫu không phân cực và ít phân cực. Đó là sự tương tác hấp phụ của pha tĩnh: chất chiết rắn trong cột. Tùy theo bản chất và cấu trúc phân tử mỗi nhóm chất phân tích và bản chất hấp phụ của silica trung tính và các điều kiện thực hiện sự tách mà nhóm chất phân tích nào bị pha tĩnh hấp phụ và bị giữ lại trên cột. Cơ chế của sự tương tác này hoàn toàn tương tự như cơ chế tương tác trong HPLC pha thường. Sau đây là minh họa của tương tác

Dung môi rửa giải chất phân tích trong loại này thường là các dung môi hữu cơ không hay ít phân cực và kỵ nước hoặc hỗn hợp của chúng theo tỷ lệ thích hợp. Ví dụ: n-hexane, n-heptane, CCl4, CHCl3, CH2Cl2, benzene... Các dung môi này được gọi là pha động và phải hòa tan tốt chất phân tích.

+ Ví dụ 1: Chiết để xử lý mẫu xác định nhóm hợp chất chlorophenol trong nước. Acid hóa 250 mL mẫu đến pH 2 bằng H2SO4 10%, sau đó dội mẫu này qua cột chiết loại LASi-5 tốc độ 4 mL/phút. Dội qua cột 10 mL nước cất, giải hấp bằng 40 mL acetonitril hay dichloromethane và xác định bằng HPLC hay GC.

+ Ví dụ 2: Chiết để xử lý mẫu xác định một số hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs) hay một số pesticides trong nước thải. Acid hóa 250 mL mẫu bằng H2SO4 2% đến pH= 6, lọc bỏ cặn nếu có, dội dung dịch này qua cột loại SiOH với tốc độ 4 mL/phút. Giải hấp chất phân tích bằng ACN hay DCM. Xác định các chất phân tích bằng GC hay HPLC - Chiết theo cơ chế hấp phụ pha ngược

Trong kiểu chiết này, pha tĩnh là Silica được alkyl hóa nên có bề mặt không phân cực. Nó tương hợp tốt với các chất không phân cực hay phân cực kém. Tương tác giữa chất phân tích với pha tĩnh và pha động tùy thuộc vào bản chất của chất phân tích (độ phân cực, kích thước, cấu trúc), pha tĩnh (độ phân cực, diện tích bề mặt riêng...) và pha động (độ phân cực, thành phần, tốc độ chảy...). Tương tác này tương tự với tương tác của pha tĩnh-pha động-chất tan gặp trong HPLC pha đảo. Dung môi rửa giải sử dụng trong kiểu chiết pha rắn pha đảo này là các dung môi có tính phân cực như nước, acetonitril, methanol, ethylacetate... Minh họa các tương tác pha tĩnh-pha động-chất tan như sau

+ Ví dụ 1: Chiết để xử lý mẫu xác định nhóm hợp chất chlorophenol trong nước. Acid hóa 250 mL mẫu đến pH 2 bằng HNO3 1N, ly tâm bỏ cặn, sau đó dội mẫu này qua cột chiết loại Baker-10 TPE-phenyl column, 6 mL No. 7095, tốc độ 3 mL/phút. Rửa cột bằng 10 mL HNO3 0.01N, giải hấp bằng 40 mL acetonitril và xác định bằng HPLC, GC hay GCMS.

+ Ví dụ 2: chiết để xử lý mẫu xác định nhóm các kim loại (Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn) trong nước: thêm 1 mL thuốc thử Ultrex- 8-oxyquinolin vào 250 mL mẫu, chỉnh pH 8-9 bằng NH3 1N, lắc đều rồi dội mẫu qua cột Baker-10 C18 SPE 5 mL với tốc độ 2-4 mL/phút. Rửa cột bằng 10 mL nước cất. Giải hấp các phức kim loại trên cột bằng 10 mL MeOH, xác định các nguyên tố trong pha MeOH bằng AAS. Để xác định kim loại, nên tro hóa ướt dịch chiết MeOH bằng HNO3. Có thể thay thuốc thử này bằng Na-diethyldithiocarbamate 0.1% trong EtOH.

+ Chiết để xử lý mẫu xác định một số thuốc BVTV trong nước. Lấy 250 mL mẫu nước, chỉnh pH 5, lọc bỏ cặn. Dội dung dịch qua cột chiết loại LR C18 với tốc độ 4 mL/phút. Rửa cột bằng 10 mL nước cất, hút chân không 5 phút. Rửa giải các chất BVTV trong cột bằng 20 mL EtOAc. Lấy dịch rửa giải này dội qua cột thứ 2 chứa Na2SO4-...-than hoạt tính, rửa giải bằng 10 mL EtOAc. Làm bay hơi dung dịch thu được bằng dòng khí Nitrogen đến khi dung dịch sánh, định mức thành 2 mL bằng EtOAc. Xác định các hóa chất BVTV bằng GC hay GCMS. - Chiết theo cơ chế trao đổi ion và cặp ion. Nguyên tắc: dựa trên cơ sở của quá trình tương tác của chất phân tích với ion đối (của chất trao đổi ion-pha tĩnh). Chất phân tích sẽ bị lưu giữ trên pha tĩnh và sẽ được rửa giải bằng một pha động thích hợp.

Chất trao đổi ion của kiểu chiết này có thể có hai loại sau + Trao đổi cation acid mạnh (gốc R-SO3Na) và acid yếu (R-COONa). + Trao đổi anion baz mạnh (gốc R-NR’3OH) và baz yếu (R-NHOH) Cơ chế trao đổi loại cation Support-SO3Na + Men+ support-(SO3)nMe + n Na+

Cơ chế trao đổi loại anion Support-NR3OH + Xn- support-(NR3)nX + nOH- Trong quá trình trao đổi, tùy thuộc vào mỗi loại chất phân tích và pha tĩnh mà quá trình có thể được thực hiện tốt trong một khoảng pH nhất định nào đó. Cùng với sự trao đổi anion và cation; trong sự chiết pha rắn còn có cơ chế chiết theo kiểu cặp ion (ion-pair). Nó cũng hoàn toàn tương tự như sắc ký cặp ion của hệ pha đảo (RP-HPLC). Pha tĩnh ở đây là chất trao đổi pha ngược. Cơ chế trao đổi cặp cation

+ Ví dụ 1: Theo cơ chế trao đổi cation. Chiết tách các kim loại nặng (Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn) trong mẫu nước khoáng, nước mỏ, nước thải… Acid hóa 250 mL mẫu nước đến pH 4, lọc bỏ cặn. Nạp mẫu vào cột chiết (chelex-100, dạng H+) với tốc độ 3-4 mL/phút. Giải chiết các kim loại trong cột bằng 10 mL HNO3 2.5M. Xác định chúng bằng AAS hay ICP.

+ Ví dụ 2: Theo cơ chế trao đổi anion. Chiết tách lấy các anion nhóm halogen, sulfate, nitrate… trong nước. Lấy 250 mL mẫu nước, chỉnh pH = 8, lọc bỏ cặn, dội qua cột chiết loại SPE.OH, 5 µm, 6 mL với tốc độ 2-4 mL/phút. Rửa giải chất phân tích bằng 10 mL NaOH 0.5M và xác định các anion Cl-, Br-, NO3

-, sulfate… trong dung dịch này.

+ Ví dụ 3: theo cơ chế tạo cặp trao đổi cation. Chiết tách lấy các ion kim loại nặng trong nước thải bằng R-C18. Lấy 250 mL mẫu nước, chỉnh pH 5, lọc bỏ cặn, thêm chất tạo cặp ion rồi dội dung dịch mẫu qua cột chiết loại Hypersil ODS 5 µm, 6 mL, tốc độ 2-4 mL/phút, sau đó rửa giải chất cần phân tích bằng 10 mL dung dịch HIBA 0.25%, pH 4-5 hay EDTA, pH =5.

+ Ví dụ 4: theo cơ chế tạo cặp trao đổi anion: chiết tách các anion nhóm halogen, nitrate, sulfate … trong nước thải. Lấy 250 mL mẫu nước, chỉnh pH =8.5, lọc bỏ cặn, thêm chất tạo cặp ion rồi dội dung dịch mẫu qua cột chiết loại Hypersil R-NOH 5 µm, 6 mL, tốc độ 2-4 mL/phút, sau đó rửa giải chất cần phân tích bằng 10 mL dung dịch NaOH 0.2-0.3N.

- Chiết theo cơ chế sàng và rây phân tử Nguyên tắc: chất chiết ở đây là các hạt silica (pha thuận hay pha đảo) có lỗ xốp lớn. Sự tách

chiết theo kỹ thuật này dựa trên sự khác nhau về kích thước phân tử của chất phân tích khi mẫu được cho qua pha tĩnh trong cột chiết. Các phân tử kích thước nhỏ sẽ bị dồn ép vào phía sâu trong cùng của lỗ xốp, các phân tử kích thước lớn sẽ ở phía ngoài. Các phân tử có kích thước to hơn lỗ xốp sẽ nằm bên ngoài hạt pha tĩnh. Như vậy khi rửa giải, các phân tử to sẽ được rửa giải ra trước và tuần tự theo đó sẽ là các phân tử có kích thước nhỏ dần. Đây chính là cơ sở của sự tách chiết theo bằng kỹ thuật sàng và rây phân tử. Các quá trình và ví dụ:

+ Ví dụ 1: chiết tách các nucleobazide trong mẫu dịch sinh học. Lấy V mL mẫu, nhũ hóa và đồng nhất bằng 50-100 mL hỗn hợp dung môi MeOH-ACN. Lắc kỹ và gạn lấy dịch trong, dội qua cột chiết Backer 10 SPE-P, 6 mL với tốc độ 3-4 mL/phút. Giải hấp chất phân tích bằng 20 mL DCM. Xác định bằng HPLC hay MKEC.

+ Ví dụ 2: chiết tách các chất của nhóm protein. Lấy V mL mẫu, nhũ hóa và đồng nhất bằng 50-100 mL hỗn hợp dung môi MeOH-ACN 8:2. Lắc kỹ và gạn lấy dịch trong, dội qua cột chiết

Backer 10 SPE-P, 6 mL với tốc độ 3-4 mL/phút. Giải hấp chất phân tích bằng 20 mL DCM. Xác định bằng HPLC hay MKEC. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng chiết pha rắn

Chiết pha rắn là kỹ thuật chiết mới ra đời, đang phát triển và được ứng dụng trong khoảng vài chục năm trở lại đây nhất là ở các nước tiên tiến. Nhiều loại pha rắn và các dụng cụ chiết khác nhau đã được thương mại hóa. Các pha rắn thuờng dựa trên nền silica đã hoạt hóa, biến tính để tăng độ chọn lọc và dung lượng trao đổi. Kỹ thuật này có một số ưu nhược điểm sau + có tính chọn lọc với các hợp chất hữu cơ vì thế thích hợp cho phân tích vết + Thao tác đơn giản, nhanh hơn các kỹ thuật khác + Trong quá trình chiết có cả sự làm giàu chất phân tích. 2.4.4.5. Kỹ thuật chiết bẫy hấp phụ dạng khí (chiết rắn-khí) 2.4.4.5.1. Nguyên tắc chung

Kỹ thuật này dựa trên cơ sở là ở một nhiệt độ thích hợp, khi thổi một dòng khí trơ nóng (Ar hay He) vào dung dịch mẫu, một nhóm chất phân tích sẽ bị bay hơi và lôi cuốn theo dòng khí trơ đến cột hấp phụ, tại đây chất phân tích sẽ bị giữ lại trên pha tĩnh trong khi các chất khác đi qua. Vì thế về bản chất nó cũng là sự chiết giữa hai pha khí và rắn theo cơ chế hấp phụ. Để giải hấp, cột được gia nhiệt và chất phân tích bay ra khỏi bề mặt pha tĩnh và theo dòng khí trơ đi vào máy phân tích (GC) hay hấp thu vào một dung môi hữu cơ phù hợp cho các phép phân tích khác như HPLC hay UV-VIS. Phương pháp này được dùng cho các mẫu rắn và lỏng, bùn hay bã thải nhưng chỉ thích hợp cho các chất có nhiệt độ bay hơi thâp (< 150oC). Như thế tùy vào việc lựa chọn pha tĩnh và nhiệt độ mà người ta có thể tách được các nhóm chất ra khỏi nhau sau đó phân tích chúng theo các phương pháp phù hợp. Cách này rất thích hợp cho việc tách chiết các chất hữu cơ trong các mẫu rắn (bột, bùn, nhão). Tất nhiên việc trước tiên phải nhũ hóa các mẫu này bằng một dung môi thích hợp như nước hay một dung môi hữu cơ nặng có nhiệt đội sôi cao. Pha tĩnh thường là các chất hấp phụ dựa trên silica như silica trung tính hay biến tính tương tự như các hệ NP-HPLC, RP-HPLC. 2.4.4.5.2. Các kiểu chiết, trang thiết bị và ví dụ

Theo kỹ thuật này trang thiết bị cũng có hai loại là hệ đơn giản và hệ hoàn chỉnh, tự động được theo chương trình định sẵn. Khí mang sử dụng là Ar, He hay N2 tinh khiết > 99.9%.

Ví dụ 1: chiết một số hydrocarbon dễ bay hơi trong các loại nước hay mẫu rắn: cột hấp phụ là pha rắn DSC 25x1 cm (DSC: diphenylene oxide polymer-silicagel-coconut charcoal 1:1:1), mẫu được giữ trong bình cầu và dòng Ar thổi qua bình mẫu với tốc độ 0.8-1.0 mL/phút để đưa chất phân tích vào cột hấp phụ. Các chất hữu cơ benzene, bromobenzene, bromomethane, bromoethane, chloromethane, chloroethane, ethylbenzene… sẽ được hấp phụ vào cột này. Việc giải hấp được tiến hành bằng dòng khí trơ Ar gia nhiệt ở 180oC và dẫn trực tiếp vào máy GC, GCMS hay vào một dung môi phù hợp như n-hexane dùng để xác định bằng một phương pháp khác.

+ Ví dụ 2: chiết lấy một số hợp chất pesticides dễ bay hơi trong các loại nước hay mẫu rắn, bùn (method 502,2b). Cột hấp phụ là pha rắn LC2 25x1 cm. Mẫu được giữ lở 150oC và dòng khí Ar thổi qua mẫu với tốc độ 0.8-1 mL/phút để chuyển chất phân tích vào cột hấp phụ. Giải hấp các chất hấp phụ bằng dòng Ar ở nhiệt độ 200oC trực tiếp vào máy GC hay GCMS.

Kỹ thuật này rất thích hợp cho việc xử lý các loại mẫu để xác định các chất hữu cơ có nhiệt độ sôi < 200oC và dễ bay hơi trong các loại mẫu rắn, bùn, bã thải. Nó có ưu điểm là chọn lọc cho mỗi nhóm chất tùy vào chất phấp phụ, thích hợp cho các phương pháp phân tích HPLC, GC, GCMS nên được sử dụng chủ yếu cho phân tích vi lượng các chất hữu cơ trong các loại mẫu khác nhau. 2.4.5. Kỹ thuật chưng cất 2.4.5.1. Nguyên tắc chung: chưng cất là kỹ thuật tách dựa trên sự khác biệt về điểm sôi của các chất theo đó có thể lấy được một chất hay một nhóm chất dựa vào mức độ sai biệt về nhiệt độ sôi, trang thiết bị và điều kiện (nhiệt độ) chưng cất. Có nhiều kiểu chưng cất khác nhau như:

- Chưng cất thông thường - Chưng cất lôi cuốn hơi nước - Chưng cất áp suất thấp (cô quay chân không). 2.4.5.2. Các kiểu và phương pháp chưng cất 2.4.5.2.1. Chưng cất thông thường

a. Nguyên tắc: đây là quá trình chưng cất các chất chỉ đơn thuần dựa vào điểm sôi của các chất để tách chúng theo từng phân đoạn trong những điều kiện bình thường. Khi chưng cất, các chất có nhiệt độ sôi khác nhau sẽ ngưng tụ lại tại những phân đoạn khác nhau.

b. Cách thực hiện và ví dụ: - Ví dụ 1: chưng cất để lấy MeOH tinh khiết từ MeOH bẩn. MeOH có nhiệt độ sôi là

64.5oC nên sẽ chưng cất được MeOH tinh khiết nếu thu dịch chưng cất tại phân đoạn có nhiệt độ này.

- Ví dụ 2: Chưng cất lấy acetone từ hỗn hợp acetone và MeOH bẩn. Aceton có nhiệt độ sôi là 56.5oC nên khi chưng cất chúng ta chỉ lấy phân đoạn tại nhiệt độ này.

- Ví dụ 3: chưng cầt mẫu xác định hàm lượng NH4+. Lấy 10 g mẫu đã nghiền mịn cho vào

bình chưng cất, thêm 100 mL NaOH 10%, lắc đều, đun sôi nhẹ, thổi một dòng N2 sạch qua bình chưng cất, dẫn hơn NH3 sinh ra sang bình hấp thu là dung dịch H2SO4 0.1 N. Chuẩn độ lượng acid dư, chúng ta sẽ tính được hàm lượng NH4

+ hay N trong mẫu.

2.4.5.2.2. Chưng cất lôi cuốn hơi nuớc.

Nguyên tắc: Đây là quá trình chưng cất tinh chế và tách các chất cũng dựa vào điểm sôi của chúng để tách các chất theo từng phân đoạn trong những điều kiện nhất định theo nhiệt độ sôi và bay hơi khi chưng cất. Tuy nhiên trong trường hợp này chất phân tích cần chưng cất không bay hơi một mình mà phải có một chất khác có nhiệt độ sôi gần hay bằng chúng để lôi cuốn chúng theo. Sản phẩm lôi cuốn là một dung dịch hỗn hợp có hòa tan chất cần phân tích. Ví dụ để cất lấy cresol,formaldehyde; người ta phải chưng cất lôi cuốn nó cùng với hơi nước, sau đó mới xác định chúng từ dung dịch này hay tách chúng ta khỏi nước bằng cách chiết lỏng-lỏng hay chiết lỏng-rắn trước khi phân tích. Các cách thực hiện và ví dụ.

- Ví dụ 1: chưng cất bằng lôi cuốn hơi nuớc lấy formaldehyde từ bánh phở, bún… Lấy 20 g vào cối mã não, thêm 20 mL nước cất, nghiền mịn, trộn đều, cho vào bình chưng cất, tráng cối bằng 20 mL nước cất, thêm 60 mL nước cất nữa (cho đủ 100 mL), lắc đều, lắp ống sinh hàn và chưng cất từ từ trong 30-40 phút, thu được 50 mL dịch chưng cất. Dung dịch cất này dùng để xác định formaldehyde bằng phổ UV-VIS hay HPLC hay GCMS.

- Ví dụ 2: chưng cất lấy tinh dầu bạc hà nhờ lôi cuốn hơi nước. Lá bạc hà được cắt nhỏ, cho vào bình chưng cất, thêm nước cho ngập lá (1 kg là, 1.5 L nước). Chưng cất cho đến khi thu được 60% dung dịch thì dùng. Dùng phương pháp chiết lỏng lỏng để tách tinh dầu ra khỏi nước vào dung môi hữu cơ. Cách này có thể vừa được dùng cho mục đích phân tích vừa được dùng cho mục đích điều chế sản xuất.

2.4.5.2.3. Chưng cất ở áp suất thấp- cô quay chân không

a. Nguyên tắc chung: Đây là quá trình chưng cất để tinh chế các chất dựa theo điểm sôi của chúng mà tách các chất theo từng phân đoạn trong những điều kiện nhiệt độ nhất định ở áp suất thấp (khống chế bằng bơm chân không) nhằm tách các hợp chất kém bền nhiệt. Trong điều kiện này nhiệt độ hóa hơi của chất phân tích sẽ hạ thấp, quá trình chưng cất sẽ nhanh hơn mà lại có hiệu quả tách tốt hơn. Khác với điều kiện thông thuờng, ở áp suất thấpcác chất sẽ có nhiệt độ sôi và bay hơi khác nhau vì thế sau chưng cất phải thử lại từng phân đoạn xem chất phân tích hiện diện ở đâu. ???

b. Trang bị và cách thực hiện: Để xử lý theo kỹ thuật này, phải trang bị hệ thống máy cô quay và máy bơm chân không để điều chỉnh nhiệt độ và áp suất thấp thích hợp. Sau đây là một vài ví dụ.

- Ví dụ 1: chưng cất làm bay n-hexane để lấy chất phân tích nhóm Vitamin A và Caroten bằng cất quay chân không. Lấy 10 g mẫu đã nghiền nhỏ vào phễu chiết, thêm 20 g Na2SO4 khan, 100 mL dung môi THF hay n-hexane. Lắc kỹ trong 10 phút, lọc qua phễu Busner, lấy dung dịch cho vào và cho vào bình cất của máy cô quay để cất cho dung môi bay hơi đến khi còn bã ẩm, để nguội. Hòa tan bã này trong 5 mL MeOH, dung dịch này dùng để xác định Caroten bằng HPLC.

- Ví dụ 2: Chưng cất tách MeOH tinh khiết từ MeOH kỹ thuật (nguyên liệu thô) và thu lấy bã còn lại để xác định một số tạp chất có trong MeOH kỹ thuật. Lấy 200 mL MeOH vào bình chưng cất, lắp hệ thống cô quay chân không và chưng cất MeOH cho đến khi dịch lỏng trong bình chưng cất còn khoảng 2 mL, để nguội. Lấy bã này hòa tan trong 5 mL DCM, ly tâm hay lọc tách bỏ cặn. Xác định các tạp chất hữu cơ trong dịch lọc bằng GC, GCMS hay HPLC. 2.4.6. Kỹ thuật lên men mẫu 2.4.6.1. Nguyên tắc và đặc điểm

Chuyển hay hòa tan mẫu vào trong nước thành dung dịch hay thể huyền phù, thêm 10-15 mg men xúc tác, và chỉnh môi trường bằng acid hay kiềm, hay muối acetate cho phù hợp (pH= 7-8), rồi đưa mẫu vào buồng để lên men ở nhiệt độ từ 37- 40oC cho đến khi mẫu trong hoàn toàn, tức là các kim loại chuyển vào dung dịch. Thời gian lên men từ 7-10 ngày. Kiểu này rất thích hợp cho phân tích xác định các kim loại trong các mẫu đường mía, nước ngọt giải khát, bia, rượu, các mẫu nước quả chín, cam, chanh... Kỹ thuật này có các ưu nhược điểm và đặc điểm như sau: + Kỹ thuật đơn giản, dễ thực hiện + Không tốn kém hóa chất nhưng cần tủ ấm điều chỉnh được nhiệt độ + Mất thời gian + Chỉ áp dụng được cho một số loại mẫu + Kỹ thuật này được dùng chủ yếu là để xác định các kim loại trong mẫu dạng lỏng như nước ngọt giải khát, các loại nước quả, đường hay dung dịch đường. 2.4.6.2. Các phương pháp và ví dụ:

- Ví dụ 1: Xác định lượng vết kim loại nặng trong đường vàng hoa mơ, nước ngọt. Hòa tan 5 g đường vào 80 mL nước cất, chỉnh pH =7-8, đun nóng đến 40oC, thêm men xúc tác, đậy kính đồng hồ, để trong tủ ấm duy trì ở 37- 40oC cho lên men trong 7 ngày. Thêm 10 mL HCl 35%, đun sôi, ly tâm lấy dịch trong, làm bay hơi còn muối ẩm. Định mức thành 25 mL bằng HCl 2%, xác định kim loại nặng trong dung dịch này. 2.4.7. Phương pháp pha loãng bằng dung môi thích hợp. 2.4.7.1. Nguyên tắc và đặc điểm

Nguyên tắc: chọn một dung môi thích hợp hòa tan tốt chất mẫu để pha loãng nó theo một tỷ lệ nhất định sau đó phân tích bằng một phương pháp đã chọn. Ví dụ phân tích các kim loại kiềm thổ trong dầu nhớt. Pha loãng mẫu 20 lần bằng dung môi MIBK, xác định bằng AAS hay ICP-AES. Các làm này khá đơn giản, dễ thực hiện và không cần trang thiết bị phức tạp nhưng lại chỉ thích hợp cho một số trường hợp hạn chế như hàm lượng chất phân tích trong mẫu đủ lớn để có thể vẫn xác định được khi pha loãng. Quá trình pha loãng sẽ giảm thiểu các yếu tố ảnh hưởng đến chất phân tích nhu thành phần nền, độ nhớt, cặn không tan... 2.4.7.2. Cách thực hiện và ví dụ

- Ví dụ 1: Xác định các kim loại kiềm thổ (Ca, Ba, Sr) trong dầu bôi trơn hay dầu nhờn. Pha loãng mẫu 20 lần bằng MIBK, ly tâm bỏ cặn. Dịch lọc đem xác định bằng FAAS hay ICP-AES. Có thể pha loãng mẫu bằng CCl4 và xác định bằng GFAAS.

-Ví dụ 2: Xác định các hydrocarbon thơm trong dầu mỏ. Pha loãng mẫu dầu 25 lần bằng n-hexane và DCM. Lắc đều, ly tâm lấy dịch trong. Xác định bằng GC hay GCMS.

- Ví dụ 3: pha loãng mẫu huyết thanh bằng nước cất để xác định kim loại K, Na, Ca, Mg. +Xác định K, Na: lấy 0.2 mL huyết thanh pha loãng bằng nước cất thành 20 mL. + Xác định Ca, Mg: lấy 0.2 mL huyết thanh pha loãng bằng nước cất thành 10 mL. + Xác định Cu, Zn: lấy 0.25 mL huyết thanh pha loãng bằng nước cất thành 1 mL. 2.4.8. Kỹ thuật thăng hoa lấy mẫu phân tích. 2.4.8.1. Nguyên tắc chung: dựa trên cơ sở tính chất hay đặc điểm của chất phân tích có khả năng thăng hoa trong một điều kiện nhất định khi xử lý mẫu để tách nó ra khỏi matrix. Ví dụ kim loại Hg, Ga.. ra khỏi mẫu đất đá, quặng hay bã thải rắn. 2.4.8.2. Trang bị, cách xử lý và ví dụ. Các trang bị phục vụ cho kiểu thăng hoa cũng có nhiều loại khác nhau, từ đơn giản tới hoàn chỉnh và tự động theo chương trình.

- Ví dụ: thăng hoa lấy Hg trong mẫu quặng. Cho 1 g mẫu quặng nghiền mịn vào trong bình hai bầu hay cốc thăng hoa. Thêm 0.6 g Fe kim loại, 1 g CaO khan, lắc nhẹ cho đồng nhất. Làm lạnh phần ống thạch anh đến 10oC bằng bộ điều nhiệt, nước đá hay tuyết carbonic và đốt nóng bầu chứa mẫu trên đèn khí, quay đều bình mẫu để Hg thăng hoa cho đến khi hỗn hợp mẫu trong bình có màu đỏ sẫm. Đốt thêm 2 phút nữa. Khi thăng hoa, Hg sẽ bám vào ống thạch anh đã được làm lạnh hay đáy bình ngưng tạo thành một lớp sáng bóng. Đập bỏ bầu chứa mẫu bên dưới, lấy phần ống thạch anh có Hg bám vào, hòa tan Hg trong HNO31:1 nóng ở 80oC, lắc đều, để yên 30 phút, thu dung dịch này và thêm 0.1 mL K2Cr2O7 1%, định mức thành 25 mL hay 50 mL. Dung dịch này dùng để xác định Hg bằng phương pháp phổ hấp thu nguyên tử hóa hơi lạnh.

- Cách này có thể được dùng thể xử lý các loại mẫu đất đá, quặng, rác thải rắn, bùn,cát... để xác định Hg hay Ga hay các hợp chất cơ kim dễ bay hơi. 2.4.9. Kỹ thuật chlor hóa mẫu. 2.4.9.1. Nguyên tắc: Nguyên tắc của kỹ thuật này là sục một dòng khí chlorine qua mẫu đun nóng. Mẫu thường được nghiền nhỏ dạng nhũ hóa trong nước hay acid loãng. Ở nhiệt độ và áp suất thích hợp, các kim loại trong mẫu sẽ tương tác với khí chlorine và chuyển về các muối chloride tan trong dung dịch. Hòa tan mẫu vào acid loãng để tách các chất phân tích ở dạng muốn tan. 2.4.9.2. Trang bị, cách tiến hành và ví dụ Hệ thống chlor hóa mẫu gồm các bộ phận

- Buồng chứa mẫu để chlor hóa - Hệ điều chế khí chlorine, hệ thống điều khiển tốc độ và dẫn khí chlorine mới sinh vào

buồng chứa mẫu - Hệ thống hòa tan muối thu được sau khi chlor hóa - Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho bình mẫu và bộ ngưng tụ hơi mẫu thăng hoa Ví dụ: Chlor hóa quặng đất hiếm để lấy các nguyên tố đất hiếm ở trạng thái muối chloride

tan trong dung dịch nước. Lấy 5 g mẫu đã nghiền nhỏ vào bình chlor hóa, thêm 50 mL nước cất, lắc đều, acid hóa đến pH 1 bằng HCl 5%, lắc kỹ, đun sôi hỗn hợp, đặt trên nồi cách thủy hay bếp điều nhiệt, dẫn khí chlor mới sinh với tốc độ 0.8 mL/phút vào bình mẫu. Duy trì phản ứng trong 30 phút, để nguội, thêm 10 mL HCl 10%, đun sôi và lọc lấy dung dịch mẫu. Đây là dung dịch chứa muối chloride các nguyên tố đất hiếm có trong quặng. 2.4.10. Kết tủa hay hóa lỏng ở nhiệt độ thấp 2.4.10.1. Nguyên tắc chung: chọn điều kiện thích hợp và trong một dung môi để kết tủa phân đoạn chất phân tích dưới dạng một hợp chất không tan, sau đó tách chúng ta khỏi hỗn hợp mẫu và xử lý kết tủa theo cách phù hợp với phương pháp phân tích lựa chọn. Phương pháp này giúp tách đồng thời cũng làm giàu chất phân tích.

2.4.10.2. Cách tiến hành - Ví dụ 1: kết tinh lấy các halides từ môi trường không khí. Dung dịch AgNO3/HNO3 làm

lạnh đến 10oC được sử dụng để hấp thu chất phân tích dưới dạng các kết tủa AgX. Mẫu không khí được bơm sục qua dung dịch hấp thu ở tốc độ 1-2 L/phút đến khi được 250 L không khí. Ly tâm lấy kết tủa để xác định halides theo các phương pháp đã biết.

- Ví dụ 2: tách và làm giàu để xác định một số kim loại nặng trong mẫu nước. Lấy 250 mL mẫu nước vào bình kết tủa, chỉnh pH =2 bằng HCl 5%, lọc bỏ cặn nếu có, cô cạn còn 100 mL, thêm 0.5 g NH4NO3, 1 mL FeCl3, lắc đều cho tan hết, đun sôi, cho khí H2S sục vào với tốc độ 3 bóng khí/ giây trong 20 phút, khuấy đều dung dịch khi sục khí, để nguội đến nhiệt độ phòng, khuấy mạnh và đặt cốc trong chậu nước đá 5 phút, lọc kết tủa sulfide qua giấy lọc băng xanh, rửa kết tủa 2 lần bằng 20 mL NH4NO3 0.1% ở pH= 6. Lấy kết tủa hòa tan trong HNO3 45% nóng, đun cho tan hết và làm bay hơi hết acid đến còn muối ẩm. Định mức đến 25 mL bằng HCl 2%. Dung dịch này có thể dùng để xác định kim loại nặng bằng phương pháp trắc quang, AAS hay AES.

- Ví dụ 3: Hạ nhiệt độ để kết tinh các chất phân tích hữu cơ. Nói chung các chất hữu cơ trong điều kiện thường nếu tồn tại ở trạng thái khí thì có thể dùng được phương pháp này. Ví dụ như khí methane, ethane, propane, butane... Phương pháp này chủ yếu dùng trong công nghệ mà ít dùng trong phòng thí nghiệm vì các hệ trang thiết bị khá đắt tiền. 2.4.11. Kỹ thuật điện phân 2.4.11.1. Nguyên tắc và đặc điểm: Trong một bình điện phân, nếu áp một điện thế 1 chiều nhất định lên hai điện cực, nhiều chất, chủ yếu là các ion kim loại sẽ chạy vào điện cực âm, nhận điện tử để trở thành nguyên tử trung hòa và bám lên bề mặt điện cực. Có thể dùng phương pháp khối lượng để xác định các chất bám trên điện cực hay hòa tan chất trên điện cực rồi xác định nó bằng phương pháp phù hợp. Một trong các phương pháp loại này là phương pháp Volt-Ampere hòa tan. Các đặc điểm:

- Tách được chất phân tích ra khỏi hỗn hợp mẫu - Làm giàu được chất phân tích từ mẫu có nồng độ rất loãng, không thể xác định trực tiếp - Cần phân bố hệ trang thiết bị điện phân và phương pháp này chỉ giới hạn cho một số ion

kim loại trong mẫu môi trường dung dịch nước. 2.4.11.2. Các trang thiết bị, cách thực hiện và ví dụ Hệ thiết bị điện phân bao gồm

- Bình điện phân và hệ điện cực (anode và cathode). Điện cực âm (cathode) để điện phân cho các kim loại kết tủa lên thường là các điện cực dạng lưới hay thanh dẹp, được làm từ các điện cực trơ và bền hóa học như Pt, Au, Pd, W...

- Nguồn cấp thế một chiều có thể điều chỉnh được theo yêu cầu điện phân của mỗi chất điện phân khác nhau.

- Hệ thống điều khiển và kiểm tra quá trình điện phân. - Ví dụ: Điện phân tách Cu khỏi dung dịch trong mẫu nước khoáng. Để điện phân, người ta

dùng điện cực âm bằng mành hay lưới bằng Pt. Quá trình điện phân được thực hiện với ion Cu(II) trong môi trường acid HCl loãng (0.2M) ở thế một chiều -0.5V. Sau đó hòa tan kim loại Cu kết tủa trên cực Pt bằng HNO3 loãng. Xác định Cu theo các phương pháp đã biết tùy theo hàm lượng của nó.

- 2.4.12. Các phương pháp sắc ký

Sắc ký là một loại phương pháp tách để xác định đồng thời các chất trong một hỗn hợp và nó cũng là một phương pháp xử lý mẫu tốt cho nhiều trường hợp để tách lấy các chất cần phân tích. Trong ứng dụng để xử lý mẫu chủ yếu là sắc ký cột và sắc ký bản mỏng. 2.4.12.1. Phương pháp sắc ký cột

a. Nguyên tắc và điều kiện

Nguyên tắc: Phương pháp xử lý mẫu này dựa trên cơ sở tính chất hấp phụ hay phân bố hay trao đổi của các chất để lưu giữ chất phân tích lên pha tĩnh ở trong cột sắc ký, để tách chúng ra khỏi mẫu ban đầu. Sau đó dùng một dung môi thích hợp (pha động) để rửa giải và hòa tan chúng vào pha động để tách nó ra khỏi cột sắc ký rồi xác định chúng trong pha động này bằng một phương pháp phù hợp. Ví dụ như AES, AAS, UV-VIS, HPLC, GC, EC...Vì thế trước hết phải đưa mẫu phân tích về dạng dung dịch để có thể nạp vào cột sắc ký. Sự tách sắc ký ở đây là dựa trên hai pha không trộn vào nhau, pha tĩnh là chất rắn, pha động là chất lỏng (dung môi rửa giải). Vì thế nó cũng tương tự như kỹ thuật chiết pha rắn. Chủ yếu ở đây là sắc ký hấp phụ dùng pha tĩnh là silicagel hay aluminium oxide xốp có tính chất sắc ký để tách các nhóm chất. Điều kiện:

- Chọn pha tĩnh có tính chất chọn lọc cho một nhóm chất phân tích - Chọn pha động phù hợp cho chất cần xử lý để thu được nó tốt nhất - Cân bằng trong quá trình sắc ký phải có tính chọn lọc tốt - Chọn điều kiện sắc ký thích hợp để góp được chất phân tích vào một nhóm hay tách

từng chất thì càng tốt. b. Trang bị, cách xử lý và ví dụ

Muốn thực hiện chiết kiểu này chúng ta phải có các hệ sắc ký phù hợp. Có thể chỉ là các cột tách đơn giản, và cũng có thể là các hệ thống tự động hoàn chỉnh. Nó bao gồm trước hết là cột sắc ký chứa pha tĩnh như silicagel hay aluminium oxide xốp có khả năng hấp phụ hay trao đổi ion với một hay một nhóm chất phân tích. Thứ hai là các dung môi để hòa tan mẫu phân tích và dung môi rửa giải chất phân tích ra khỏi cột sắc ký. Tùy loại chất phân tích mà chúng ta có thể chọn hệ pha sắc ký hấp phụ hay hệ pha trao đổi ion để tách chất phân tích.

- Ví dụ 1: Xử lý mẫu xác định các alkaloid. Hòa tan mẫu và chuyển mẫu về dạng lỏng trong

một dung môi hữu cơ thích hợp, ví dụ như n-hexane hay acetonitril... Sau đó lấy cả dung dịch này hay chỉ 1 thể tích nhỏ nhất định nạp vào cột sắc ký hấp phụ có pha tĩnh là aluminium oxide với tốc độ chảy 1 mL/phút để chất phân tích được pha tĩnh hấp phụ và giữ lại. Sau đó dùng n-hexane hay hỗn hợp n-hexane+DCM, tỷ lệ 1:1, để rửa giải chất phân tích ra khỏi cột sắc ký với tốc độ 1.5 mL/phút. Như vậy chất phân tích sẽ được rửa giải và tan vào pha động rửa giải, và tiến hành xác định nó trong pha động rửa giải này bằng một trong các phương pháp như HPLC, GC, CEC...

- Ví dụ 2: Xử lý mẫu để xác định các chlorophenol trong mẫu đất. Hòa tan và chuyển mẫu

về dạng lỏng trong một dung môi thích hợp ví dụ THF, lọc lấy dung dịch THF, làm khô bằng muối Na2SO4 khan. Lấy dung dịch hữu cơ này nạp vào cột sắc ký hấp phụ có pha tĩnh là pha ngược C18 với tốc độ chảy là 1 mL/phút để chất phân tích được pha tĩnh lưu giữ. Sau đó dùng 10 mL pha động (ACN-THF) để rửa giải chất phân tích ra khỏi cột sắc ký với tốc độ chảy là 1.5 mL/phút. Như vậy chất phân tích sẽ tan vào pha động này và xác định nó trong pha động thu được bằg một trong các phương pháp như HPLC, GC, CEC...

- Ví dụ 3: Xử lý mẫu để xác định lượng vết kim loại nặng trong nước biển. Lấy 250 mL

mẫu, chỉnh pH =5, lọc bỏ cặn, sau đó nạp lên cột sắc ký trao đổi loại DOWEX-50X12-Na (150 x 8mm) với tốc độ chảy 1 mL/phút để các ion kim loại được giữ lại trên cột sắc ký. Khi mẫu chảy hết, dội qua cột 5 mL nước cất hai lần. Sau đó dùng 20 mL dung dịch HNO3 3M để rửa giải chất phân tích ra khỏi cột sắc ký với tốc độ 1.5 mL/phút. Như vậy chất phân tích sẽ tan vào dung môi rửa giải và có thể được xác định bằng phương pháp phân tích phù hợp như AAS, AES, UV-VIS. Cách này có thể dùng cách xử lý mẫu cho việc xác định các kim loại trong các loại nước mặt, nước thải...

- Ví dụ 4: Xử lý mẫu để xác định một số anion trong mẫu nước (halides, nitrate, sulfate...).

Lấy 250 mL mẫu, chỉnh pH =7.5-8, lọc bỏ cặn, sau đó nạp lên cột sắc ký trao đổi loại DOWEX-50A12-OH (150 x 8mm) với tốc độ chảy 1 mL/phút để các ion kim loại được giữ lại trên cột sắc ký. Khi mẫu chảy hết, dội qua cột 5 mL nước cất hai lần. Sau đó dùng 20 mL dung dịch NaOH 1M để

rửa giải chất phân tích ra khỏi cột sắc ký với tốc độ 1.5 mL/phút. Như vậy chất phân tích sẽ tan vào dung môi rửa giải và có thể được xác định bằng phương pháp phân tích phù hợp UV-VIS hay sắc ký ion.... Cách này có thể dùng cách xử lý mẫu cho việc xác định các kim loại trong các loại nước mặt, nước thải...

2.4.12.2. Sắc ký giấy và sắc ký bản mỏng

a. Nguyên tắc chung: quá trình sắc ký ở đây là dựa trên cơ sở là trong hệ dung môi nhất định thì sự phân bố hấp phụ của các chất trên nền silicagel xốp được tráng trên bản thủy tinh hay polymer cứng hay sự hấp phụ của các chất trên bản giấy xốp sắc ký khác nhau. Trong quá trình sắc ký, các chất sẽ di chuyển khác nhau tạo ra mỗi chất có một vùng riêng trên bản mỏng và tách ra khỏi nhau. Vì thế mới có tên là sắc ký bản mỏng và sắc ký giấy.

b. Các trang bị, cách tiến hành và ví dụ Muốn thực hiện tách chiết theo kiểu này chúng ta phải có các trang bị sắc ký. Nó bao gồm:

- Các loại bản mỏng sắc ký là các chất silicagel hay aluminium oxide xốp có khả năng hấp phụ các chất phân tích.

- Các hệ dung môi để hòa tan mẫu phân tích - Các bình chạy sắc ký và dung môi để chạy sắc ký - Pha động chạy sắc ký Tùy loại chất phân tích, mà chúng ta có thể chọn hệ pha sắc ký giấy hay sắc ký bản mỏng.

Bản mỏng hay giấy sau khi chấm lên được làm khô và ngâm vào dung môi trong bình sắc ký. Lúc này các chất phân tích sẽ chạy theo dung môi từ dưới lên trên và tạo thành từng vùng chất. Sau khi chạy sắc ký, tách các vùng mẫu để xác định các chất hay xác định bằng các phương pháp phổ phân tử (hấp thu hay phản xạ).

- Ví dụ 1: tách một số alkaloid từ củ bình vôi bằng sắc ký bản mỏng. Lấy 10 g mẫu đã

nghiền mịn và bình nón, thêm 20-25 g Na2SO4 khan, thêm 40 mL n-hexane, lắc mạnh 10 phút, để lắng, lọc hứng lấy dung dịch. Làm bay hơi dung môi bằng dòng khí nitrogen sạch cho đến khi còn bã ẩm. Hòa tan bã này trong 2 mL DCM và lấy dung dịch mẫu này chạy sắc ký bản mỏng (loại MA-450) trong hệ dung môi A (30% n-hexane+10%THF+10%DCM+pH=6) để tách lấy các alkaloid, sau đó lấy bản mỏng, tách lấy vùng chất, hòa tan nó trong một dung môi thích hợp như DCM và xác định chúng. Hay hệ dung môi khác thích hợp.

- Ví dụ 2: Tách lấy hợp chất carotene từ mẫu rau quả bằng sắc ký bản mỏng. Lấy 10 g mẫu

đã nghiền nhỏ và bình chiết, thêm 25 g Na2SO4 khan, 40 mL THF, lắc chiết 10 phút, lọc lấy dung dịch THF, cất quay chân không cho đến còn bã, hòa tan bã này trong 5 mL n-hexane. Lấy dung dịch mẫu này chạy sắc ký lớp mỏng trên bản silica (loại Si-MA 560).

Sơ đồ chung phân tích kim loại

Lấy mẫu Nghiền trộn

Cân a g

Xử lý Phân hủy

Vô cơ hóa ướt

Bằng phương pháp Kendan,

lò vi sóng

Làm bay hơi acid dư

Định mức, thêm phụ gia Có thể chiết làm giàu,

tách nhóm trước khi phân tích Phân tích

thêm acid

có thể thêm các

chất cần thiết

ECACAIon

HPLCVISUV

AASAES

Lấy mẫu Nghiền trộn

Cân a g

Xử lý Phân hủy

Vô cơ hóa khô

Làm bay hơi acid dư

Định mức, thêm phụ gia Có thể chiết làm giàu,

tách nhóm trước khi phân tích Phân tích

có thể thêm các

chất cần thiết

ECACAIon

HPLCVISUV

AASAES

Hòa tan tro bã trong acid có thể thêm

chất bảo vệ

Lấy mẫu Đồng nhất, trộn đều

Lấy V mL

Xử lý mẫu bằng - Các cách chiết tách - Chưng cất - Sắc ký - Cô đặc ....

Định mức, thêm phụ gia Có thể chiết làm giàu,

tách nhóm trước khi phân tích Phân tích

có thể thêm các

chất cần thiết

ECACAIon

HPLCVISUV

AASAES

Có thể lọc bỏ cặn

Lấy mẫu Nghiền, trộn đều

Cân a g

Xử lý mẫu bằng - Các cách chiết tách - Chưng cất - Sắc ký - Cô đặc ....

Định mức, thêm phụ gia Có thể chiết làm giàu,

tách nhóm trước khi phân tích Phân tích

có thể thêm các

chất cần thiết

ceFluorescenHVCECGCMSGCHPLC

VISUV

Nhũ hóa, hòa tan bằng dung môi phù hợp

So sánh kết quả tro hóa ướt và khô Ng tố

CX Cách tro hóa Phụ gia bảo vệ Nhiệt độ (oC)

Recovery (%)

Pb 10 Ướt: HNO3+HClO4 HNO3+HClO4+H2SO4 HNO3+H2SO4 Khô

Không H2SO4 HNO3 Mg(NO3)2 Mg(OAc)2

450 550 650 450 550 650 450 550 650 450 550 650 450 550 650

97-100 93-98 90-94 97-100 93-95 71-83 97-99 95-97 90-96 97-99 97-99 70-84 98-99 92-95 91-96 97-98 95-98 92-94

Hg 10 Ướt: HNO3+HClO4 HNO3+HClO4+H2SO4 HNO3+H2SO4+K2Cr2O7 Khô

Không

450 550

78-80 90-94 92-94 0 0

Zn 10 Ướt: HNO3+HClO4 HNO3+HClO4+H2SO4 HNO3+H2SO4 Khô

Không HNO3 H2SO4 Mg(NO3)2

550 550 550 550

97-100 94-102 96-100 87-96 93-97 97-100 98-99

As 10 Ướt: HNO3+HClO4 HNO3+HClO4+H2SO4 HNO3+H2SO4 Khô

Không HNO3 H2SO4 Mg(NO3)2

550 550 550 550

96-98 97-99 91-98 80-88 80-84 90-96 92-99

Cu 10 Ướt: HNO3+HClO4 HNO3+HClO4+H2SO4 HNO3+H2SO4 Khô

Không HNO3 H2SO4 Mg(NO3)2

550 550 550 550

99-100 99-101 99-100 86-92 94-96 95-97 97-99

Co 10 Ướt: HNO3+HClO4 HNO3+HClO4+H2SO4 HNO3+H2SO4 Khô

Không HNO3 H2SO4 Mg(NO3)2

550 550 550 550

98-100 98-100 97-99 97-99 90-96 96-99 97-100

Cd 10 Ướt: HNO3+HClO4 HNO3+HClO4+H2SO4 HNO3+H2SO4 Khô

Không HNO3 H2SO4 Mg(NO3)2

550 550 550 550

98-100 98-100 97-100 86-94 82-91 93-97 94-97

Sb 10 Ướt: HNO3+HClO4 HNO3+HClO4+H2SO4 HNO3+H2SO4 Khô

Không HNO3 H2SO4 Mg(NO3)2

550 550 550 550

94-98 95-98 97-99 90-94 92-96 94-98 96-97

Cr 10 Ướt: HNO3+HClO4 HNO3+HClO4+H2SO4 HNO3+H2SO4 Khô

Không HNO3 H2SO4 Mg(NO3)2

550 550 550 550

97-100 98-100 98-100 94-98 95-98 97-99 95-98

Fe 10 Ướt: HNO3+HClO4 HNO3+HClO4+H2SO4 HNO3+H2SO4 Khô

Không HNO3 H2SO4 Mg(NO3)2

550 550 550 550

96-100 98-100 97-100 94-98 96-99 97-100 98-100

Au 10 Ướt: HNO3+HClO4 HNO3+HClO4+H2SO4 HNO3+H2SO4 Khô

Không HNO3 H2SO4 Mg(NO3)2

550 550 550 550

95-98 97-99 97-99 93-99 87-98 97-99 97-100

Phân loại về sự chiết pha rắn, SPE

Khối lượng M

Chất mẫu tan Độ phân cực của chất phân tích

Cơ chế SPE

Pha tĩnh Dung môi rửa giải chất phân tích

M<1000 Tan trong dung môi hữu cơ

Phân cực NPC Diol (COHCOH) Cyano (CN) Amino (NH2) Amino (NH2/NH)

n-hexane CHCl3 Aceton Methanol

Phân cực trung bình

LSC Silicagel trung tính

n-hexane CHCl3 Ethylacetate Methanol

Không phân cực

RPC Silica-C8 Silica-C18 Silica-phenyl Silica-CN

Nước Methanol Aceton Acetonitril n-hexane

Ion Cation IEC

Silica-SO3H Silica-COOH Silica-RCOOH Silica-NH2 Silica-C6H5SO3H Silica-NH2, -NH Amin tứ cấp

Đệm Phosphate Acetate Amoni Acid loãng Baz loãng

Anion IEC

Tan trong nước

Không ion

Phân cực NPC Silica-diol Silica-CN Silica-NH2 ....

CHCl3 n-hexane Aceton Methanol

Phân cực trung bình

LSC Silicagel trung tính

Nước Methanol Acetonitril THF...

Không phân cực

RPC Silica-C8 Silica-C18 Silica-phenyl Silica-CN

Vết ion kim loại

Tan trong nước

IEC Silica-SO3H Silica-COOH Silica-C6H5SO3H

Đệm Acid loãng Baz loãng

Chuơng III. Xử lý mẫu để xác định kim loại và á kim 3.1. Xử lý mẫu vô cơ để xác định kim loại và á kim 3.1.1. Khái niệm về mẫu, và các loại mẫu vô cơ 3.1.2. Xử lý mẫu lấy các ion kim loại dễ tiêu (di động, trao đổi) 3.1.3. Xử lý mẫu lấy tổng các ion kim loại 3.1.3.1. Kỹ thuật xử lý mẫu ướt (vô cơ hóa ướt) 3.1.3.2. Kỹ thuật nung chảy sơ bộ trước khi hòa tan 3.1.3.3. Kỹ thuật luộc mẫu trong hộp kín 3.1.3.4. Kỹ thuật xử lý mẫu trong lò vi sóng 3.1.3.5. Kỹ thuật chiết lỏng lỏng thông thường 3.1.3.6. Kỹ thuật chiết pha rắn để tách chất phân tích 3.1.3.7. Kỹ thuật ngâm chiết trong acid loãng để lấy kim loại 3.1.3.8. Kỹ thuật điện phân 3.1.3.9. Phân tích kim loại trong bã thải công nghiệp vô cơ 3.2.Xử lý mẫu hữu cơ để xác định kim loại và á kim 3.2.1. Khái niệm về mẫu hữu cơ 3.2.2. Các cách xử lý mẫu và ví dụ 3.2.2.1. Kỹ thuật tro hóa khô 3.2.2.2. Kỹ thuật tro hóa ướt 3.2.2.3. Kỹ thuật tro hóa khô-ướt kết hợp 3.2.2.4. Kỹ thuật tro hóa ướt trong hộp kín 3.2.2.5. Kỹ thuật xử lý ướt trong lò vi sóng 3.2.2.6. Kỹ thuật lên men mẫu 3.2.2.7. Kỹ thuật ngâm chiết trong acid loãng 3.2.2.8.Kỹ thuật pha loãng bằng dung môi thích hợp 3.3.Xử lý mẫu để xác định anion và một số á kim 3.3.1. Nguyên tắc chung 3.3.2. Các phương pháp và ví dụ 3.3.2.1.Kỹ thuật vô cơ hóa ướt dùng acid đặc oxyhóa mạnh 3.3.2.2.Kỹ thuật vô cơ hóa khô với kiềm và chất oxyhóa mạnh 3.3.2.3.Kỹ thuật chưng cất 3.3.2.4.Kỹ thuật chiết thông thường (lỏng-lỏng) 3.3.2.5.Kỹ thuật chiết pha rắn lấy các anion 3.3.2.6.Kỹ thuật kết tủa để tách chất phân tích 3.3.2.7.Phương pháp thăng hoa.

Chương III. XỬ LÝ MẪU ĐỂ XÁC ĐỊNH KIM LOẠI VÀ Á KIM 3.1.Xử lý mẫu vô cơ để xác định kim loại và á kim 3.1.1. Khái niệm về mẫu, và các loại mẫu vô cơ Mẫu vô cơ là các loại mẫu trên nền (matrix) của các chất vô cơ, nó bao gồm các loại

- Kim loại, sản phẩm các kim loại như hợp kim, thép... - Các loại nguyên liệu của công nghệ vô cơ (luyện kim, xi măng, thủy tinh, xây dựng, gốm

sứ...). - Các loại, muối, oxid, các hợp chất vô cơ. - Các loại quặng khoáng, đất đá... - Các loại nước (nước khoáng, nước thiên nhiên, nước ngầm, sông, hồ, ao...) - Các loại chất thải công nghiệp gang thép, điện, xi măng, hóa chất... - .... - Việc xử lý mẫu theo cách nào là tùy thuộc vào mục đích phân tích các chất cụ thể trong loại

mẫu đó. Nói chung có thể theo các hướng sau: + Xác định ion kim loại di động (dễ tiêu) + Xác định hàm luợng tổng số mỗi nguyên tố kim loại trong mẫu. + Xác định các anion hay á kim. + Xác định một số chất hữu cơ. Sau đây là một số kỹ thuật xử lý mẫu đã đuợc sử dụng đối với các mẫu vô cơ để xác định các kim loại hay một số anion (á kim).

3.1.2. Xử lý mẫu lấy các ion kim loại dễ tiêu (di động, trao đổi)

A. Nguyên tắc chung Kim loại dễ tiêu là các ion kim loại dễ dàng trao đổi trong điều kiện bình thường. Chỉ những

ion dạng này mới đuợc cây cỏ (trong nông nghiệp), động vật (trong y học: Fe, Cu, Zn trong huyết tương) có thể hấp thu được. Nguyên tắc của việc chuẩn bị mẫu ở đây là:

- Xay hay nghiền để chuyển mẫu về dạng bột hay huyền phù hay hạt nhỏ, mịn, trộn đều. - Dùng một dung môi thích hợp (gọi là dung dịch chiết) như nước hay dung môi hữu cơ hay

dung dịch muối kim loại kiềm hay acid loãng… để chiết các nguyên tố phân tích (ion di động, dễ tan) vào dung dịch sau đó xác định các nguyên tố này trong dịch chiết bằng một phương pháp thích hợp.

- Các dung dịch chiết thường dùng là: + Nước cất pH 5 để lấy các kim loại dễ trao đổi. + Dung dịch muối: NH4OAc, NH4Cl, KCl, KNO3, 0.5-1M. + Dung dịch acid loãng: CH3COOH, H2C2O4 0.05M. + Dung dịch kiềm loãng: NaOH, NH4OH… 0.01M + Hỗn hợp: (NH4OAc + AcOH) 0.05M. B. Các trang thiết bị - Các bình chiết hệ hở, ống nghiệm - Các bình chiết hệ kín, hệ thống chiết siêu âm

3.1.3. Xử lý mẫu lấy tổng các ion kim loại 3.1.3.1. Kỹ thuật xử lý mẫu ướt (vô cơ hóa ướt) 3.1.3.2. Kỹ thuật nung chảy sơ bộ trước khi hòa tan 3.1.3.3. Kỹ thuật luộc mẫu trong hộp kín 3.1.3.4. Kỹ thuật xử lý mẫu trong lò vi sóng 3.1.3.5. Kỹ thuật chiết lỏng lỏng thông thường 3.1.3.6. Kỹ thuật chiết pha rắn để tách chất phân tích 3.1.3.7. Kỹ thuật ngâm chiết trong acid loãng để lấy kim loại 3.1.3.8. Kỹ thuật điện phân 3.1.3.9. Phân tích kim loại trong bã thải công nghiệp vô cơ 3.2.Xử lý mẫu hữu cơ để xác định kim loại và á kim

3.2.1. Khái niệm về mẫu hữu cơ 3.2.2. Các cách xử lý mẫu và ví dụ 3.2.2.1. Kỹ thuật tro hóa khô 3.2.2.2. Kỹ thuật tro hóa ướt 3.2.2.3. Kỹ thuật tro hóa khô-ướt kết hợp 3.2.2.4. Kỹ thuật tro hóa ướt trong hộp kín 3.2.2.5. Kỹ thuật xử lý ướt trong lò vi sóng 3.2.2.6. Kỹ thuật lên men mẫu 3.2.2.7. Kỹ thuật ngâm chiết trong acid loãng 3.2.2.8.Kỹ thuật pha loãng bằng dung môi thích hợp 3.3.Xử lý mẫu để xác định anion và một số á kim 3.3.1. Nguyên tắc chung 3.3.2. Các phương pháp và ví dụ 3.3.2.1.Kỹ thuật vô cơ hóa ướt dùng acid đặc oxyhóa mạnh 3.3.2.2.Kỹ thuật vô cơ hóa khô với kiềm và chất oxyhóa mạnh 3.3.2.3.Kỹ thuật chưng cất 3.3.2.4.Kỹ thuật chiết thông thường (lỏng-lỏng) 3.3.2.5.Kỹ thuật chiết pha rắn lấy các anion 3.3.2.6.Kỹ thuật kết tủa để tách chất phân tích 3.3.2.7.Phương pháp thăng hoa. Trang 4 D.Vài ví dụ ứng dụng.

+ Ví dụ 1: Phân tích đất nông nghiệp. Chiết các ion kim loại di động. Dùng dung dịch muối NH4Ac 1M, pH=4.7 để chiết các ion K, Na, Cu,Zn…trong đất trồng trọtvà sau đó xácđịnh bằng phương pháp AES hay AAS. Lấy 10g mẫu đất đã nghiền nhỏ vào bình chiết thêm 100mL dung dịch chiết, lắc chiết 10 phút, để yên 5 phút gạn hay ly tâm lấy dịch chiết để xác định các kim loại nói trên.

+ Ví dụ 2: Phân tích đất nông nghiệp. Chiết các ion kim loại di động. Dùng dung dịch chiết (HCl 0.05 M+ H2SO4 0.025M) để chiết các ion K, Na, Ca, Cu, Mg, Cd, Zn,Fe, Mn,Pb …trong đất trồng trọtvà sau đó xácđịnh bằng phương pháp AES hay AAS. Lấy 10g mẫu đất đã nghiền nhỏ vào bình chiết thêm 100mL dung dịch chiết, lắc chiết 10 phút, để yên 5 phút gạn hay ly tâm lấy dịch chiết để xác định các kim loại nói trên.

+Ví dụ 3: Phân tích phân bón vô cơ. Chiết các ion kim loại di động. Dùng dung dịch muối NH4Ac 1M, pH=4.7 để chiết các nguyên tố Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn… sau đó xácđịnh bằng phương pháp AAS. Lấy 10g mẫu đất đã nghiền nhỏ vào bình chiết thêm 100mL dung dịch chiết, lắc chiết 10 phút, để yên 5 phút gạn hay ly tâm lấy dịch chiết để xác định các nguyên tố kim loại nói trên.

+ Ví dụ 4: xác định hàmLượng ion cl dễ tiêu trong đất. Chiêt lấy anion Cl: Lấy 10g mẫu đất đã nghiền nhỏ vào bình chiết thêm 100mL dung dịch chiết, lắc chiết 10 phút, để yên 5 phút gạn hay ly tâm lấy dịch chiết. Có thể dùng các dung dịch chiết sau đây: - (NH4Ac 1M + H2SO4 0.025M) hay(NH4NO3 1M + H2SO4 0.025M). Tỷ lệ mẫu/ dd chiết = 1/10 (g/V). 3.1.3 Xử lý mẫu lấy hàm lưyợng tổng của mỗi kim loại.

Yêu cầu ở đây là phải lấy được hết các nguyên tố cần phân tích có trong mẫu ở bất kỳ dạng nào vào dung dịch để sau đó xác định hàm lượng của nó theo một phương pháp thích hợp nào đã

chọn. Do đó với cácloại mẫu rắn, đục, trước tiên mẫu phải được gia công hay chuẩn bị sơ bộ theo các cách sau tủy thuộc vào mỗi loại mẫu:

- Chuyển mẫu về dạng bột (mẫu muối, oxít, quặng, đất đá, xỉ than..) - Chuyển mẫu thành phôi bào (mẫu thép, hợp kim..) - Xử lý chuyển mẫu thành dạng huyền phù, bột nhão (sinh học, rau quả..). - Dạng lỏng đồng đều (mẫu nước các loại hay dầu).

Sau đây là một vài ví dụ ứng dụng cáckỹ thuật đã nêu ở chương 2 để xử lý mẫu lấy các kim loại để xác định chúng: 3.1.3.1 Kỹ thuật xử lý ướt (vô cơ hoá ướt)

Đây là kỹ thuật dùng các acid mạnh, đặc hay hỗn hợp của các acid mạnh có tính chất cxi hóa mạnh,hoặc dung dịch kiềm đặc để hòa tan, phân hủy mẫu,ở nhiệt độ phòng hay khi đun sôi trong bình kendan, hay chưng cất hồi lưu. Như vậy mẫu phân hủy ở đây nhờ cả acid mạnh và nhiệt độ thích hợp. Nhiệt độ sôi ở đây là nhiệt độ của acid dùng để xử lý mẫu. Vì thế nếu cần có nhiệt độ sôi cao thì dùng acid có nhiệt độ sôi cao như acid H2SO4. Nhiệt độ sôi phụ thuộc vào bản chất của acid. Ví dụ acid HCl có nhiệt độ 115oC Vì thế tùy yêu cầu của mẫu mà chọn acid nào hay thành phần hỗn hợp nào để đạt được nhiệt độ sôi của hỗn hợp phân hủy mẫusao phù hợp.

Trước khi xử lý các mẫu quặng, đất đá… cần nghiền thành bột. Các mẫu kim loạihợp kim cần phay thành phoi bào mỏng, các mẫu sinh học, rau quả phải thái nhỏ hay xay nhuyễn về dạng bột nhão đồng nhất. Sau đó có thể sử dụng 1 acid đặc hay các loại hỗn hợp sau đây để phân hủy mẫu. Ví dụ:

- Dùng 1 acid mạnh như: HNO3, H2SO4, HCl.. - Dùng nước cường thủy (HCl+ HNO3) và hỗn hợp 2 acid có tính oxi hóa mạnh như HNO3 + H2SO4), (HClO4+ H2SO4 ).. - Dùng hỗn hợp 3 acid mạnh - Dùng một acid mạnh và 1 peroxid (HNO3+H2O2) - Dùng dung dịch kiềm mạnh như: NaOH 20%, KOH 20%. - Dùng hỗn hợp acid và chất tạo phức (HCl + tartaric cho Sb) Sau đây là một vài ví dụ xử lý mẫu để xác định một số kim loại như Cd, Co, Fe, Mn,Ni,Pb,

Zn.

Ví dụ 1: Phân hủy hợp kim nhôm: lấy 1,000g mẫu (dạng phôi bào) vào bình kendan, thêm 0,5mL nước cất, lắc đều thêm 20mL HNO3 1/1, lắc đều cắm vào bình một phễu nhỏ, đun nhẹ cho mẫu phân hủy đến khi nào trong là được. Chuyển toàn bộ mẫu vào cốc đun, để làm bay hơi nhẹ để đuổi hết acid ra còn lại muối ẩm. Định mức thành 25mL bằng acid HCl 2%.

Ví dụ 2: Phân hủy quặng đất hiếm nhôm nhẹ: lấy 2g quặng dạng bột vào bình kendan, thêm 1,0mL nước cất, lắc đều thêm 40mL nước cường thủy, lắc đều cắm vào bình một phễu nhỏ, đun nhẹ cho mẫu phân hủy đến khi nào trong là được. Chuyển toàn bộ mẫu vào cốc đun, để làm bay hơi nhẹ để đuổi hết acid ra còn lại muối ẩm. Định mức thành 25mL bằng acid HCl 2%.

Ví dụ 3: Phân hủy quặng sắt: lấy 1g quặng dạng bột vào bình kendan, thêm 1mL nước cất, lắc đều thêm 20mL nước cường thủy, lắc đều cắm vào bình một phễu nhỏ, đun nhẹ cho mẫu phân hủy đến khi nào trong là được. Chuyển toàn bộ mẫu vào cốc đun, để làm bay hơi nhẹ để đuổi hết acid ra còn lại muối ẩm. Định mức thành 25mL bằng acid HCl 2%. Đây là dung dịch mẫu để xác định các nguyên tố trong quặng sắt và xác định cả sắt.

Ví dụ 4: Phân hủy quặng Mangan: lấy 1g quặng dạng bột vào bình kendan, thêm 1mL nước cất, lắc đều thêm 20mL HNO3 65%, 4mL H2O2 15%, lắc đều cắm vào bình một phễu nhỏ, đun nhẹ cho mẫu phân hủy đến khi nào trong là được. Chuyển toàn bộ mẫu vào cốc đun, để làm bay hơi nhẹ

để đuổi hết acid ra còn lại muối ẩm. Định mức thành 25mL bằng acid HCl 2% hay HNO3 2% Đây là dung dịch mẫu để xác định các nguyên tố trong quặng Mn và xác định cả Mn

Ví dụ 5: Phân hủy bã thải rắn thành phố: lấy 5g mẫu dạng bột vào bình kendan, thêm 2mL nước cất, lắc đều thêm 50mL HNO3 65%, 5mL dung dịch H2SO4 98%, lắc đều cắm vào bình một phễu nhỏ, đun nhẹ cho mẫu phân hủy đến khi nào trong là được. Chuyển toàn bộ mẫu vào cốc đun, để làm bay hơi nhẹ để đuổi hết acid ra còn lại muối ẩm. Định mức thành 25mL bằng acid HCl 2% hay HNO3 2%. Nếu dung dịch có cặn thì phải lọc qua giấy mịn, hay ly tâm lấy phần dung dịch trong. Đây là dung dịch mẫu để xác định các nguyên tố kim loại nặng trong rác thải

Ví dụ 6: Phân tích đất trồng trọt. Xácđịnh hàm lượng toàn phần của các ion kim loại (Na, K, Ca, Mg, Cd, Cu, Fe, Mn, Mo, Pb, Zn…) trong đất. Cần lấy 2,000g đất đã được sấy khô trong không khí và nghiền mịn vào chén Pt hay chén thạch anh. Tẩm ướt bằng 1mL nước cất thêm 20mL acid HCl 1/1(18%) lắc mạnh và đun sôi cho mẫu phân hủy trong vòng 45 phút. Lọc lấy phần dung dịch (dd 1), chuyển phần bã còn lại sang chén Pt, thêm 2mL HCl 35%, 5mL H2SO4 98% và 8mL HF sau đó đun cách cát cho mẫu sôi và bốc khói. Đến khi xuất hiện khói trắng SO2. Lại thêm 8mL đặc nữa và tiếp tục bốc khói và cho đến khi còn bã gần khô (muối ẩm) là được. Để nguội hòa tan bã này bằng 10mL HCl 18%, đun nhẹ cho tan. Gộp toàn bộ dung dịch này vào dung dịch 1 ở trên và chuyển sang cốc, đun sôi đều và làm bay hơi cho đến khi còn muối ẩm. Sau đó định mức muối này thành 50mL bằng dung dịch HCl 2%. Đây chính là dung dịch mẫu để xácđịnh các kim loại nói trên.

Ví dụ 7: Xác định As trong mẫu quặng, đất đá bằng hỗn hợp acid mạnh (HF+ HClO4 + HNO3). Cân 1g mẫu vào chén Teflon hay Pt, thấm ướt bằng vài giọt nước cất, thêm 20mL HNO3 65%, lắcđều và để yên 20 phút thêm 15mL HF 40%, và 5mL HClO4 (d=1,68), lắc đều đậy nắp chén, đun nhẹ chừng 25 phút, mở nắp chén ra, sau đó đun tiếp để đuổi HF và HNO3 đến khi xuất hiện khói trắng dày đặc thì dừng. lấy mẫu pha loãng bằng 50mL nước cất, thêm 5mL H2SO4 45% để kết tủa tách Pb. Lọc qua giấy băng xanh, rửa kết tủa bằng 10mL nước cất,thu lấy nước lọc và nước rứa vào cốc đun 250mL, thêm 4mL LaCl3 5%, thêm từng giọt NH4OH 25% đến pH=10, khuấy kỹ, để yên khoảng 30 phút, sau đó lọc qua giấy băng đỏ để lấy kết tủa (trong đó có As), rửa kết tủa 2 lần bằng 10 mL nứớccất ấm. Lấy kết tủa hòa tan bằng 20mL acid HCl 36% và rửa sạch giấy lọc bằng HCl 15 (tổng dung dịch<50mL) thêm 8-10 mL dung dịch KI 20%, 30mL HCl 36%, 40 mL acid tartric% (nếu mẫu có Sb), định mức thành 100mL, để yên 20 phút sau đó đem đo phổ để xácđịnh A trong dung dịch này.Cách này cũng được sử dụng để xử lý cácmẫu rác thải rắn, bùn, bã thải rắn nông nghiệp để xácđịnh As, khi hàm lượng Si> 10%.

Các ví dụ từ số 1-5 và 7 đều có thể xử lý trong lò vi sóng hệ kín được, lúc này lượng acid chỉ cần 1/3 là đủ và thời gian xử lý chỉ cần 1h là xong, nhưng mẫu lại được phân hủy triệt để hơn, và không bị mất các chất (các kim loại) dễ bị bay hơi. 3.1.3.2 Kỹ thuật nung chảy sơ bộ trước khi hòa tan.

Nhiều loại mẫu có cấu trúc rất bền vững, không phân hủy được bằng bất kỳ dung dịch acid nào, hoặc cho hiệu suất rất kém. Nên phải xử lý nung sơ bộ trước, cốt là để phá vỡ cấu trúc bền ban đầu của mẫu, để cho việc việc xử lý hay phân hủy tiếp được dễ dàng và hoàn toàn. Nguyên tắc là lấy một lượng mẫu a gam nhất định vào chén nung (ví dụ a=2 hay 5 gam tùy theo yêu cầu phân tích). Nung mẫu ở một nhiệt độ thích hợp(450-700o C, tùy loại mẫu), với các chất phụ gia hay chất chảy phù hợp, đễ phá vỡ các cấu trúc mạng tinh thể của các chất mẫu chuyển chúng sang dạng có cấu trùc dễ hoà tan hơn.Sau đó hòa tan bã thu được sau khi đun trong nước hay acid hay trong dung dịch kiềm loãng, để lấy hết các chất cần phân tích vào dung dịch và xác định chúng theo cách đã chọn. Chúng ta có thể:

1.Xử lý không dùng chất phụ gia và chất chảy. Chỉ nung mẫu ở nhiệt độ thíchhợp để phá vỡ cấu trúc mạng lưới tinh thể ban đầu, làm cho mẫu dễ hoà tan. Nhưng cách này thường ít hiệu quả, chỉ được dùng cho 1 số trường hợpnên ít được dùng. Ví dụ Quặng ĐH: LnCO3 F.xH2O → Ln2O3 + H2O + CO2 + HF + Men Om Quặng sắt: Ferit.xH2O → FeO + Fe2O3 + SO2 + H2O + Men Om Quặng Cu: CuS. xH2O → CuO + SO2 + H2O + Men Om 2. Xử lý có dùng chất phụ gia và chất chảy: trộn mẫu với 1 chất chảy hay hỗn hợp chất chảy, sau đó nung mẫu ở nhiệt độ thích hợp. cách này được dùng nhiều cho cho các loại mẫu khó phân hủy. các chất này có thể là:

- loại chất chảy acid như: NaHSO3, NaHCO3, NaH2PO4, pyrosunphate… - Loại chất chảy kiềm như: Na2CO3, KOH,NaOH, LiBO2, Na2O2, NaNO2… - Lọai chất chảy hữu cơ như C6H5SO3Na, SDS..

Ví dụ: Quặng ĐH + NaHCO3 → Ln2O3 + H2O + CO2 + HF + Men Om Đất + LiBO2 + NaHCO3 → Men Om + Na2SiO3 + H2O + Na2B2O7

3. Yếu tố quan trọng khi xử lý theo kỹ thuật này: Phải chọn được các yếu tố thích hợp sau đây: - Loại chất phụ gia hay chảy cần dùng thích hợp - Tỷ lệ thành phần giữa chất chảy và mẫu - Nhiệt độ xử lý (nhiệt độ nung) thích hợp và thời gian sấy hay nung để xử lý. - Thời gian sấy hay nung để xử lý. Sau đây là vài ví dụ cụ thể ứng dụng kỹ thuật này

+ Ví dụ 1: Phân hủy quặng đất hiếm nhẹ Pasnesit: Cần lấy 2,0 gam mẫu vào chén nung, thêm 2g Na2S2O7 + 1g NaHSO4, tẩm ướt bằng 1 mL nước cất, sau đó đem nung bắt đầu từ nhiệt độ phòng, 80 phút đầu đặt ở 250oC, sau đó nâng lên 650oC và nung trong 50 phút. Để nguội và lấy ra xử lý theo phương pháp vô cơ hóa ướt bằng hỗn hợp acid (HNO3 + H2SO4) đặc hay cường thủy theo nguyên tắc như đã nói phần trên.

+ Ví dụ 2: Phân hủy mẫu đất trồng trọt. xác định hàm lượng toàn phần của các ion kim loại (Li, Na, K, Ba,Ca, Mg, Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn…) trong đất. Cân lấy 200g, đất đã được sấy khô trong không khí và nghiền mịn vào chén Pt hay chén thạch anh, thêm 2g LiBO2, 1g NaHCO3 trộn đều. Đem nung ở 650oC trong 45 phút, để nguội, tẩm ướt bằng nước cất sau đó xử lý theo tro hóa ướt có thể bằng các hỗn hợp sau, tùy thuộc chất cần xác định:

- Hỗn hợp HNO3+ H2SO4= (4/1) - Hỗn hợp HNO3+ H2SO4 + HClO4= (4/1/1) - Hỗn hợp cường thủy.

Sau đó chuyển toàn bộ dung dịch đã xử lý sang cốc và làm bay hơi đến còn muối ẩm. Sau định mức muối này thành 50mL bằng dung dịch HCl 2%. Đây chính là dung dịch mẫu để xác định các kim loại nói trên (ví dụ: Na, K, Ca, Mg, Cd, Cu, Fe, Mn, Mo, Pb, Zn…)

+ Ví dụ 3: Xác định As trong mẫu quặng, đất đá. câ lấy 0,5g mẫu vào chén Zr hay Pt, thêm 3g KOH, 4g Na2O2 trộn đều, đun nhẹ cho mẫu chảy và sôi lăn tăn (sủi bọt và có thể bắn), cho đến khô rồi đem nung ở 650oC trong 0,5h, để được hỗn hợp đồng nhất. Lấy ra để nguội lau sạch đáy

chén, thả cả chén và mẫu vào cốc có chứa 50mL nước sôi, lắc đều, đậy kính đồng hồ và đun sôi cho mẫu tan. Lấy chén nung ra và tráng rửa chén bằng nước cất (tổng thể tích < 100mL) bỏ vào dung dịch vài mảnh sứ xốp, đun sôi để đuổi hết H2O2 (20 phút ), để nguội loc qua giấy lọc băng đỏ, rửa giấy lọc 3 lần bằng 15mL nước ấm, bỏ kết tủa, lấy dung dịch thêm 40mL HCl 35%, định mức thành 100mL. Đây là dung dịch mẫu để xác định As. Cách này cũng dùng được để xử lý các mẫu rác thải rắn, bùn, bã thải rắn để xác định As khi hàm lượng Sl < 10%. 3.1.3.3 Kỹ thuật luộc mẫu trong hợp kín

Đây thực chất cũng là kỹ thuật xử lý ướt (tro hóa ướt) bằng acid, chỉ có khác là quá trình nthực hiện phân hủy là ở trong hộp kín, nên sẽ có áp suất cao và mẫu sẽ đựợc phân hủy nhanh hơn. Cho mẫu vào 1 hợp kín chịu acid, chịu áp suất cao (hình 3.3) thêm các chất phân hủy là acid đơn hay hỗn hợp acid có tính oxy hóa mạnh. Sau đó đem sấy ở nhiệt độ phù hợp trong lò nung hay luộc trong bể nứơc sôi, hay luộc trong bể có nhiệt độ sôi cao, để phân hủy mẫu. Đây chính là sự phân hủy mẫu trong áp suất cao và nhiệt độ cao tăng theo áp suất sinh ra trong bình khi phân hủy mẫu (thường đến 3 atm), nên quá trình xảy ra nhanh và triệt để hơn, vả lại tốn ít acid(thường chỉ mất ½ kỹ thuật hở) Nó tương tự như trong nồi áp suất. Tất cả các ví dụ về cách xử lý ướt trong mục 3.1.3.1 ở trên đều có thể áp dụng được trong hợp kín nhưng lượng acid chỉ cần dùng bằng ½ là đủ. Qúa trình xử lý có thể thực hiện được theo một trong các cách sau

- sấy buồng mẫu trong tủ sấy có khống chế nhiệt độ (80- 250o C) - Luộc buồng mẫu trong bể nước sôi - Luộc buồng mẫu trong bể dầu sôi (150- 250oC ) - Luộc trong xx hay bếp cách cát. - Dụng cụ xử lý theo kiểu này được chỉ ra trong trang sau (hình 3.3 )

HÌNH 3.3

+ Ví dụ 1: Phân hủy quặng đất hiếm nhẹ, lấy 2g mẫu dạng bột vào cốc Teflon, thêm 10mL cường thủyhay hỗn hợp (HNO3 + H2SO4 ) và 1 gam (NH4)2SO4. sau đó cho cốc mẫu vào hộp thép kín chịu áp, đậy nút, vặn chặy và bỏ hộp mẫu vào tủ sấy ở 180oC. Để nguội chuyển vào cốc đun, làm bay hơi hết acid đến khi còn muối ẩm và định mức bằng dung dịch HCl 2% thành 50mL. Đó là dung dịch để xác định các nguyên tố đất hiếm và các kim loại khác có trong quặng này. Trước hết tách tổng đất hiếm ở dạng kết tủia muối oxalat, còn được dùng để xác định các nguyên tố khác (Na, K, Ca, Mg, Cu, Fe, Pb, Zn…)

+ Ví dụ 2: Phân hủy mẫu hòa tan quặng vàng. Lấy 2g mẫu dạng bột vào cốc Terlon, thêm 30mL cường thủy, 4mL H2SO4. Sau đó cho cốc mẫu vào hộp thép kín chịu áp, đậy nút, vặn chặt và bỏ hộp mẫu vào tủ sấy và sấy ở 180oC trong 180 phút. Để nguội chuyển vào cốc đun, làm bay hơi hết acid đến khi còn muối ẩm và định mức bằng dung dịch HCl 2% thành 50 mL. Đó là dung dịch để xác định Au và các nguyên tố loại khác khác có trong quặng này

+ Ví dụ 3: Phân hủy mẫu quặng crôm. Lấy 2g mẫu dạng bột vào cốc Teflon, thêm 30mL HNO3 65%, 5mL H2SO4 98%. Sau đó cho cốc mẫu vào hộp thép kín chịu áp, đậy nút, vặn chặt và bỏ hộp mẫu vào tủ sấy và sấy ở 180oC trong 180 phút. Để nguội chuyển vào cốc đun, làm bay hơi

hết acid đến khi còn muối ẩm và định mức bằng dung dịch HCl 2% thành 50 mL. Đó là dung dịch để xác định các định crôm và các nguyên tố kim loại khác có trong quặng này 3.1.3.4 Kỹ thuật xử lý mẫu trong lò vi sóng.

Đây cũng là kỹ thuật xử lý ướt dùng năng lượng cao tần của lò vi sóng để phân hủy ướt mẫu trong môi trường của 1 acid oxy hóa mạnh, hay hỗn hợp của hai hay 3 acid mạnh, đặc và có tính oxi hóa. Nó là kỹ thuật xử lý ướt trong lò vi sóng dưới tác dụng của năng lượng cao tần nên hiệu quả cao và nhanh hơn cách tro hóa ướt bình thường. Có 2 cách của kỹ thuật này là xử lý ở áp suất thường (hệ mở) và áp suất cao (hệ đóng kín). Ngày nay nhiều hãng đã cung cấp các hệ lò vi sóng rất tiện lợi chop xử lý mẫu phân tích. Có đủ các kiểu xử lý ướt, xử lý khô, làm bay hơi, chưng cất… (xem chương 2).

Tất cả các ví dụ xử lý ướt trong mục 3.1.3.1 và ví dụ trong mục 3.1.3.3 về cách xử lý ướt trong hợp kín nêu trên đều có thể thực hiện trong lò vi sóng. Nhưng acid thì cần ít hơn. Có thể thực hiện 1 trong 2 cách sau tùy theo cỡ điều kiện trang bị bình xử lý mẫu và hệ lò vi sóng.

+ Trong hệ mở: mẫu để trong bình kendan hay bình xử lý mẫu và đặt trong lò vi sóng có điều khiển được công suất vi sóng để phân hủy trong điều kiện đã chọn. Mẫu được phân hủy nhờ các acid mạnh và năng lượng cao tần của lò vi sóng nên sự phân hủy là nhanh và triệt để và tốn ít acid hơn khi xử lý ướt bình thường (xem cơ chế hình 3.3b).

Ví dụ 1: Phân hủy quặng đất hiếm nhẹ. Để xử lý mẫu quặng đất hiếm, lấy 2g mẫu dạng bột vào bình xử lý, thêm 20mL cường thủy và 0,5 gam (NH4)2SO4, lắc đều. Sau đó cho bình mẫu vào lò vi sóng trong 90 phút. Để nguội chuyển vào cốc đun, làm bay hơi hết acid đến khi còn muối ẩm và định mức bằng dung dịch HCl 2% thành 50mL. Đó là dung dịch để xác định các nguyên tố đất hiếm và các kim loại khác có trong quặng này.

Ví dụ 2: Phân hủy mẫu hòa tan quặng vàng. Lấy 2g mẫu dạng bột vào cốc vào bình xử lý hay ống nghiệm, thêm 20mL cường thủy, 0,5 gam (NH4)2SO4.Sau đó cho cốc mẫu vào lò vi sóng trong 20 phút. Để nguội chuyển vào cốc đun, làm bay hơi hết acid đến khi còn muối ẩm và định mức bằng dung dịch HCl 2% thành 50 mL. Đó là dung dịch để xác định các nguyên tốvàng bạc và các nguyên tố khác có trong quặng này

Trong hệ đóng kín: mẫu phải để trong bình kính và chịu áp cao. Sau đó cũng phân hủy bằng hổn hợp như trên. Nhưng vì hệ kín áp suất cao. Nên sự phân hủy nhanh và triệt để hơn, và lượng acid cần ít hơn. các hệ thống xử lý mẫu theo cách này hiện nay các hãng có cung cấp đầy đủ, từ đơn giản đến hoàn chỉnh, có chương trình điều khiển và tự động tất cả.

Ví dụ 1: phân hủy để hòa tan quặng đất hiếm nhẹ. Để xử lý mẫu quặng đất hiếm, lấy 2g mẫu (dạng bột) vào cốc Teflon, thêm 15mL cường thủy, 0.5g. sau đó cho cốc mẫu vào hợp kín, đậy nút, vặn chặt và bỏ hộp mẫu vào lò vi sóng trong 90 phút. Để nguội chuyển vào bình định mức và định mức bằng nước cất thành 50mL. Đó là dung dịch để xác định các nguyên tố đất hiếm và các kim loại khác có trong quặng này.

Ví dụ 2: phân hủy để hòa tan quặng vàng. Để xử lý mẫu quặng vàng, lấy 2g mẫu cho vào cốc Teflon, thêm 25mL nước cần hủy, 0.5g. sau đó cho cốc mẫu vào hộp kín, đậy nút, vặn chặt, bỏ mẫu vào lò vi sóng trong 60 phút. Để nguội cho vào bình định mức, và định mức bằng nước cất thành 50mL (có thể chuyển mẫu ra cốc đun, làm bay hơi,còn muối ẩm, sau đó hòa tan bã và định

mức bằng acid HCl 2% thì tốt hơn). Đó là dung dịch để xác định vàng,bạc và các kim loại khac trong quặng này 3.1.3.5.Kỹ thuật chiết lỏng-lỏng thông thông thường:

Nguyên tắc, các điều kiện và trang bị của kỹ thuật chiết đã được nêu trong chương 2 mẫu phân tích được trong dung môi nước, sau đó dùng một dung môi hữu cơ thích hợp để chiết chất tích vào pha hữu cơ ở dạng hợp chất tan tốt trong dung môi hữu cơ. Ví dụ để chiết các kim loại nặng từ mâũ nước thải vào CHCl3 ở dạng phức kim loại Me-APDC. Để xác định các kim loại nặng (Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) trong đó.

Các trang bị của kỹ thuật chiết này là các bình chiết hay phiễu chiết khác nhau(hình 3,4). Nó là các dụng cụ thủy tinh phổ thông của phòng thí nghiệm nên không mắc tiền. Sau đây là một số ví dụ về chiết xử lý mẫu phục vụ phân tích các chất.

Ví dụ 1: chiết xác định các kim loại nặng nặng độc hại(Cd, Co, Cr,Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn...) trong mẫu nước thải lấy 250mL mẫu vào cốc, acid hóa mẫu đến pH=1 lọc bỏ cặn, chuyển mẫu vào phiễu chiết, thêm 2mL thuốc thử APDC 0.1% trong rượu, và 15mL CHCl3 chiết 10 phút để yên 5 phút tách lấy pha hữu cơ CHCl3 vào phiễu chiết khác và giải chiết các kim loại bằng 20 mL dung dịch HNO3 2.5M. lấy dung dich nước giải chiết làm bay hơi muối ẩm, sau đó dịnh mức thành 10 mL bằng dung dịch HCl 1% . đây là dung dịch để xác định các nguyên tố đã nêu.

Ví dụ 2: chiết xác dịnh các kim loại nặng độc hại(Cd, Co, Cr,Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn...) ở trong mẫu nước biển. Lấy 250mL mẫu vào cốc. Acid hóa mẫu đến pH=2, lọc bỏ cặn, chuyển mẫu vào phiễu chiết. Thêm 2 mL thuốc thử APDC 0.1% và 10 mL MIBK lắc chiết 10 phút đẻ yên 5 phút tách lấy pha hưu cơ MIBK, lập lại sự chiết như thế một lần nữa, thử 2 lần MIBK vào phiếu chiết khác, và giải chiết các kim loại bằng 20 mL dung dịch HNO3 2.5 M. Lấy dung dịch nước giải chiết làm bay hơi còn muối ẩm, sau đó dinh mức thành 10 mL bằng dung dịch HCl 1% và xác định các nguyên tố đó bằng phương pháp phổ F-AAS

Ví dụ 3: chiết tách để xác định các kim loại nặng(Cd, Co, Cr,Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn..) trong đường vàng hay đường thô. Hòa tan 10 gam dường vào 80 mL nước cất, lắc cho tan hết, chỉnh để có pH=1 bằng acid HCl 10% lọc bỏ cặn (nếu có). Chuyển mẫu vào phiễu chiết. Thêm 2mL dung dịch APDC 0.1%, 10 mL CCl4 lắc chiết 5 phút, tách lấy lớp hữu cơ vào cốc chứa lặp lại sự chiết như thế một lần nữa tách lấy phần hữu cơ và gộp phần dung môi hữu cơ của cả 2 lần chiết vào 1 phiếu lọc khác. Thêm 30 mL HNO3 3M lắc để giải chiết. Tách pha lấy phần dung dich nươc acid có chứa các kim loại vào cốc 250 mL. Đun sôi làm bay hơi nước ẩm và định mức thành 10 mL bằng dung dich HCl 2% đây là mẫu để xác định các kim loại trong đường bằng phương pháp F-AAS hay phương pháp UV-VIS hay ICP-AES Hình 3.1.3.6 Chiết pha rắn để tách chất phân tích:

Đây là một loại kỹ thuật mới, có nhiều ưu việt, mới được phát triển từ khoảng 10 năm trở lại đây. Hiện nay đang được phát triển mạnh và ứng dụng nhiều. Chi tiết về kỹ thuật này xem trong mục 2.4 chương II.

Cách chiết này chỉ được áp dụng cho các chất phân tích tan trong các mẫu lỏng (dung môi lỏng ), như mẫu nươc thải của nhà nước sản xuất rượu bia, điện công nghiệp khai thác than, các loại nươc khoáng quặng các loại. Cũng có thể là các loại chất mẫu hòa tan được trong nước, trong dung môi hữu cơ, hay dung dịch nước của acid hay bazơ loãng. Sau đây là một vài ví dụ ứng dụng. Ví dụ 1: chiết xử lý mẫu nước biển lấy các kim loại nặng (Cd, Co, Cr,Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn....) Xem ví dụ 2 trong mục 2.4.4, 2.4.2.2 ở chương 2 (trang ) và ví dụ 1, ví dụ 3 trong mục 2.4.4, 2.4.2.3 chương 2 (trang ). Ví dụ 2: chiết xử lý mẫu nước xác định một vài anion (Halogen, Nitrat, và Sunphat ). Xem ví dụ 2 và 4 trong mục 2.4.4, 2.4.4.2 ở chương 2 (trang ). Ví dụ 3: Chiết xử lý mẫu nước xác định các cyanua (CN ) xem ví dụ trong mục XX ở chương 2 (trang ) Ví dụ 4: chiết tách xác dịnh hàm lượng ion CNS trong nước thải công nhiệp thực phẩm. Lấy 250 mL mẫu vào cốc, chỉnh pH về 3 bằng dung dịch HCl 5% lọc bỏ cặn. Lấy dung dịch trong dội qua cột chiết (loại LA-ROH 7µm) với tốc độ 3-4 mL/phút (nhờ hút áp suất thấp). Sau khi mẫu chảy hết, hút khô cột trong 2 phút. Rồi rửa giải cột chiết để lấy ion CNS bằng 10 mL dung dịch NaOH 0.5 M. Thu dung dịch này để xác định CNS.

3.1.3.7 Kỹ thuật ngâm chiết mẫu trong acid loãng.

Nguyên tắc của kỹ thuật này là xay mẫu thành bột, sau đó lấy một lượng nhất định, và ngâm chiết trong dung dịch acid loãng (3-5% ). Phương pháp này là để chiết lấy các ion kim loại có trong mẫu phân tích, khi mẫu được ngâm trong acid thì các ion kim loại sẽ chuyển vào dung dịch,ở dạng muối tan. Ví dụ ngâm chiết mẫu bột gạo trong dung dịch acid HCl 5% để lấy các kim loại kiềm và kiềm thổ ra khỏi bột gạo và xác định chúng bằng phương pháp phổ hấp thu nguyên tử. Cách chiết này đơn giản dễ làm, không cần máy móc phức tạp. Chỉ cần nghiền mẫu thành bột, hay thể nhão, sau đó thêm acid vào mẫu và ngâm chiết qua đêm.

Để ngâm chiết người ta thường dùng các dung dịch acid loãng (5-7 % ) trong nước của acid HCl, HNO3, hay H2SO4... sau đây là vài ví dụ ứng dụng.

Ví dụ 1: Ngâm chiết tách lấy một số kim loại (Na, K, Cd, Cu, Pb, Zn,....) từ bưởi, chanh hay cam. Lấy 10 gam mẫu đã được nghiền nhỏ hay xay thành bột vào bình nón 250 mL, thêm 200 mL dung dịch acid HCl 5% để ngâm chiết. Khuấy đều đun sôi, ngâm chiết qua đêm. Sau đó lắc kỹ 2 phút. Và lọc lấy dung dich chiết vào cốc 250 mL, đun sôi kỹ. Làm bay hơi tới còn muối ẩm. Và định mức thành 25 mL bằng dung dịch HCl 2% (nếu có vẩn đục, lọc bỏ vẩn đục). Đây là dung dịch để xác định các kim loại và cả ion nitrat, sulfat.

Ví dụ 2: ngâm chiết tách lấy một số kim loại (Na, K, Cd, Cu, Pb, Zn,....) trong các rau xu hào bắp cải. Lấy 10 gam mẫu đã được nghiền nhỏ hay xay thành bột nhão vào bình nón 250 mL, thêm 100mL dung dịch acid 5% để ngâm chiết. Khuấy đều, đun sôi,, lắc mạnh 1 phút, ngâm chiết qua đêm. Sau đó lắc kỹ 1 phút, và lọc lấy dung dịch chiết vào cốc 250 mL. Đun sôi kỹ,làm bay hơi đến còn muối ẩm và định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2% (nếu có vẩn đục thì lọc bỏ vẩn đục). Đây là dung dịch để xác định các kim loại và một số anion như NO3

-, SO42-.....

3.1.3.8 Kỹ thuật điện phân

................... Chủ yếu là các ion dương và âm có trong một điện thế một chiều nhất định mà chúng có thể nhận electron, nếu là ion dương hay là cho electron, nếu là ion âm, để trở thành phân tử trung hòa (các nguyên tử và nó kết tủa bám vào điện cực, nhờ đó mà chúng ta tách được chất phân tích ra khỏi mẫu ban đầu và xác định chúng theo cách đã chọn thích hợp.

Ví dụ 1: Điện phân để xử lý mẫu để xác định đồng (Cu) từ mẫu nước thải công nghiệp luyện kim. Lấy 200mL mẫu vào cốc, acid hóa đến pH=2 bằng acid H2SO4 5% lọc bỏ cặn. Lấy dung dịch

cho vào bình điện phân (cực âm là bản Pt, chỉnh pH về 0), 10g, thêm chất điện ly trơ (NaCl hay KCl). Điện phân cho Cu bám lên điện cực Pt ở thế 0.25V trong vòng 1 giờ. Và xác định hàm lượng Cu theo phương pháp điện khối lượng.

Ví dụ 2: Điện phân xử lý mẫu để xác định chì (Pb) từ mẫu nước thải nhà máy acquy. Lấy 200mL mẫu cho vào cốc, acid hóa đến pH=1 bằng acid H2SO4 5%, lọc bỏ cặn. Lấy dung dịch cho vào bình điện phân (cực âm là bản Pt, chỉnh pH về 0)… thêm chất điện ly trơ (LiCl hay CsCl). Điện phân cho Pb bám lên điện cực Pt ở thế 0.4V trong vòng 1 giờ. Và xác định hàm lượng Pb theo phương pháp điện khối lượng. 3.1.3.9 Phân tích kim loại trong bã thải công nghiệp vô cơ 3.1.3.9.1 Khái niệm về bã thải vô cơ

Bã thải công nghiệp vô cơ cũng có nhiều loại, rất phức tạp, đa dạng. Nó tùy thuộc vào mỗi loại công nghiệp.có thể gồm có như sau:

Bã thải các nhà máy hóa chất, xỉ luyện kim, gang thép Bã thải các nhà máy điện, than.. Bã thải công nghiệp khai thác, tuyền và chế biến quặng khoáng sản..... Bã thải của công nghiệp nguyên liệu xây dựng (xi măng, gạch.) Bã thải của công nghiệp thủy tinh, sành sứ....... ..........

Như vậy mỗi loại khác nhau sẽ phải dùng cách phân hủy khác nhau, nhưng đều dùng kỹ thuật xử lý ướt bằng các acid khác nhau trong bình kenddan ở điều kiện thường hay trong lò vi sóng. 3.1.3.9.2 Cách xử lý và ví dụ về phân tích kim loại Nguyên tắc Nếu để xác định các kim loại trước hết mẫu cần được nghiền nhỏ, trộn đều mẫu, lấy một lượng nhất định (3-5 gam ) phù hợp cho nguyên tố cần phân tích và xử lý theo cách vô cơ hóa ướt (hòa tan) bằng các acid mạnh có tính ôxy hóa như đã nêu ở trên trong trang bị thông thường hay trong lò vi sóng tùy mỗi phòng thí nghiệm có trang bị nào. Cách xử lý và ví dụ.

Ví dụ 1: bã thải luyện kim, nhà máy điện, như tro, xỉ lò cao.....(loại hàm lượng SiO2< 5%). Lấy a gam mẫu đã được nghiền nhỏ và trộn đều (VD a= 2.000 gam ) vào bình kendan, tẩm ướt bằng 1 mL nước cất, thêm 35 mL HNO3 65%, 4mL H2SO4 98%, lắc đều, cắm vào bình một phễu dài đuôi, đun sôi nhẹ trên bếp cách cát đến khi mẫu trong suốt là được. Sau đó chuyển sang cốc và đun nhẹ đuổi cho hết acid đến còn muối ẩm đó. Sau đó thêm 5mL HCl 10% vào muối ẩm đó, lắc và đun nhẹ cho tan, định mức thành 25 mL bằng nước cất. Nếu nồng độ các nguyên tố nhỏ, thì có thể lấy lượng mẫu lớn hơn và cũng phải tăng lượng acid lên cho thích hợp (tăng 80% thôi)

Mẫu loại này có thể xử lý trong lò vi sóng thì nhanh và triệt để, mà lại không lo mất nguyên tố phân tích

Ví dụ 2: bã thải của các nhà máy hóa chất vô cơ, luyện kim, gang thép (có hàm lượng SiO2 nhỏ). Lấy a gam mẫu đã được nghiền nhỏ và trộn đều (VD a: 2.00 gam) vào bình kenddan, làm ướt bằng 1mL nước cất, thêm vào 35mL cường thủy, 5mL H2SO4 98% lắc đều, cắm vào bình phễu nhỏ dài đuôi, đun sôi nhẹ trên bếp cách cát, đến khi màu trong suốt là được. Sau đó chuyển sang cốc và đun nhẹ đuổi cho hết acid đến còn muối ẩm. Sau đó định mức thành 25mL bằng HCl 2%. Nếu nồng độ các nguyên tố nhỏ, thì có thể lấy lượng mẫu là 5 gam và lượng acid thêm vào cũng phải tăng thêm. Mẫu loại này có thể xử lý trong lò vi sóng thì nhanh và triệt để mà lại không lo mất nguyên tố phân tích.

Ví dụ 3: bã thải các nhà máy thủy tinh sành sứ, vật liệu xây dựng (hàm lượng SiO2 <10% )

lấy a gam mẫu đã nghiền nhỏ và trộn đều (VD a=2.00 gam) vào bình kendan, tẩm ướt bằng 1mL nước cất thêm 35mL cường thủy ,5mL H2SO4 98% lắc đều cắm vào bình phễu nhỏ dài đuôi, đun sôi nhẹ trên bếp cách cát đến khi màu trong suốt là được. Để nguội, chuyển bã sang cốc hay chén Pt. Tẩm ướt, thêm 5 mL H2SO4 28%, 10mL HF 40% và đun nhẹ cho bốc khói trắng SiF6 đến khi thấy xuất hiện khí SO2 thì dừng đun và lại thêm H2SO4 và HF rồi bốc khói lần nữa. Để nguội. Gộp dung dịch lúc...........bã này. Làm bay hơi để đuổi hết acid đến còn muối ẩm. Sau đó định mức thành 50 mL bằng dung dịch HCl 25%. cách này có thể áp dụng được cho các mẫu quặng đất chứa nhiều silicat của các nguyên liệu xây dựng như sành sứ thủy tinh.v.v.v..... 3.2 Xử lý mẫu hữu cơ để xác định kim loại 3.2.1 Khái niệm về mẫu hữu cơ

Mẫu hữu cơ có nhiều loại, đang dạng, phức tạp, nó là các loại mẫu thành phần chính. Chất nền là chất hữu cơ, matrix hữu cơ và mẫu hữu cơ thường gồm có các loại

Các loại mầu thực phẩm rau quả, thịt cá tươi sống, và đồ hộp của Các loại ngũ cốc,gạo, khoai, đậu… Các loại màu nước ngọt giải khát, bia rượu, nước quả ép... Các loại màu thảo mộc, cây lá thuốc nam, thuoocs bắc... Các loại màu dầu, mỡ, nhiên liệu chất cao phân tử... Các loại màu y sinh học, các loại nước, dược liệu… Các hợp chất tự nhiên, hydrocacbon, than đá các sản phẩm hóa thạch. Các loại rác thải, bã thải thành phố. Bệnh viện, nhà máy thực phẩm. Các loại công nghiệp

hữu cơ. Mục đích của xử lý mãu ở đây là để phục vụ cho các nhiệm vụ sau đây: Xác định một số kim loại, đặc biệt là kim loại nặng độc hại. Xác định các á kim hay anion của nó. Xác định các hợp chất hữu cơ. Vì vậy tùy thuộc vào mỗi mục đích phân tích thì sẽ có cách xử lý mẫu khác nhauthichs hợp

theo nó. Với các loại mẫu này, để cho việc phân hủy được dễ dàng và triệt để, trước hết mẫu cần

được xay thành bột (các loại hạt, quả cây, củ), hay cắt, thái nhỏ(cây, rau, lá...) trộn đều và cân lấy mẫu để phân tích hay bảo quản trong điều kiện dưới 4oC, nếu chưa phân tích kịp ngay. Việc xử lý mẫu có thể được thực hiện theo một số kỹ thuật đã được nêu trong chương 2 ở trên. 3.2.2 Các cách xử lý mẫu và ví dụ 3.2.2.1 Kỹ thuật tro hóa khô (vô cơ hóa khô)

Đối với các loại mẫu hữu cơ nguyên tắc chung là: 1.Trước hết được xay nghiền thành bột nhão, vữa hay thể huyền phù. 2.Dùng nhiệt để tro hóa mẫu, đốt cháy chất hữu cơ và đưa các kim loại về dạng acid hay các muối của chúng. Cụ thể là cân lấy một lượng mẫu nhất định (a=5-10 gam ) vào chén nung. Nung chất mẫu ở một nhiệt độ thích hợp để đốt cháy hết các hợp chất hữu cơ, và lấy bã vô cơ còn lại của mẫu là các acid, các muối...sau đó hòa tan các bã thu được này trong acid vô cơ như HCl (1:1) HNO3 (1:2) để chuyển các kim loại vào dạng các ion trong dung dịch. Quyết định việc tro hóa ở đay là nhiệt độ nung và thời gian nung (nhiệt độ tro hóa và thời gian tro hóa). Nhiệt đọ tro hóa các hợp chất hữu cơ thường được chọn thích hợp trong vùng từ 400-500oC, nó tùy theo mỗi loại mẫu và chất phân tích.

Quá trình tro hóa khô có thể được thực hiện có thêm chất bảo vệ, để giữ cho chất phân tích không bị mất khi tro hóa. Việc có dùng hay không dùng chất bảo vệ là tùy thuộc vào mỗi loại mẫu và chất phân tích cụ thể có bị mất hay không mà dùng chất bảo vệ cho phù hợp. 3.2.2.1.1 Tro hóa không có chất bảo vệ và phụ gia

Cách xử lý: cân lấy một lượng mẫu nhất định (thường từ 2-3 gam) cho vào chén nung,bát, hay cốc, rồi đem nung ở nhiệt độ thích hợp, để đốt cháy, phân hủy các hợp chất hữu cơ của mẫu, chuyển các nguyên tố kim loại về dạng bã (tro của các muối vô cơ hay các oxit của chúng. Hòa tan

tro này trong HCl khi chúng tan được dung dịch mẫu phân tích, ví dụ xác định Ca, Mg, Na, K... trong các mẫu rau quả, thực phẩm, chúng ta có thể tro hóa mẫu mà không cần dùng chất bảo vệ. Vì các nguyên tố này không bị mất khi nung. Các ví dụ:

Ví dụ 1: Phân tích một số kim loại như: Al, Mg, Na, K,... trong mẫu rau quả. Lấy 5 gam mẫu cho vào chén nung, sấy trên bếp điện cho đến khô dòn, rồi nung 3 giờ đầu ở 450oC sau đó nung ở 530oC đến khi được tro không còn đen (hết than đen 10-8 giờ). Sau đó hòa tan tro còn lại bằng 15 mL HCl 1/1, đun nhẹ cho tan hết, và đuổi hết acid dư đến còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng dung dịch HCl 2% lắc đều (nếu có cặn thì lọc bỏ). Đó là dung dịch mẫu để phân tích các nguyên tố nói trên.

Ví dụ 2: phân tích một số kim loại Al, Ca, Cd, Cu, Co, Fe, Mg, Mn, Na, K, Zn,.. trong mẫu thực phẩm, tôm, cá,..lấy 5 gam mẫu vào chên nung, sấy cho khô dòn. Rổi nung 8 giờ đầu ở 450oC sau đó ở 520oC đến khi được tro không còn đen(hết than đen). Sau đó hòa tan tro còn lại bằng 15mL HCl 1/1 đun nhẹ cho tan hết và đuổi hết acid dư đến còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng dung dịch HCl 2%. Nếu dung dịch có cặn thì nên ly tâm hay lọc bỏ cặn. Cách này dễ bị mất các nguyên tố Cd, Pb, Zn (8-15%) khi tro hóa. Nhất là khi tro hóa ở nhiệt độ trên 530oC. Vì thế cách này không thích hợp cho Cd, Cu, Pb, Zn.

Ví dụ 3: Phân tích một số kim loại Al, Ca, Mg, Na, K...trong mẫu dược phẩm thuốc và y học. Ví dụ xác định các nguyên tố Al, Na, K, Fe, Mn, Ni,...trong cao hổ cốt. Lấy 1 gam mẫu cho vào chén nung, sấy cho khô dòn. Sau đó đem nung 3 giờ đầu ở 450oC, sau đó ở 530oC đến khi được tro không còn đen(hết than đen ). Sau đó hòa tan tro con lại bằng 15 mL dung dịch HCl 1/1 đun nhẹ cho tan hết, và đuổi hết acid dư còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng dung dịch HCl 2%. Nếu dung dịch có cặn thì lọc bỏ cặn lấy phần trong để xác định các chất. Trong ví dụ này các nguyên tố Cd, Cu, Pb và Zn cũng bị mất như ví dụ 2. 3.2.2.2 Tro hóa khô có chất bảo vệ và chất chảy

Nguyên tắc và cách làm: Đối với một số nguyên tố có thể bị mất khi nung, như Cd, Pb, Zn,.. nên nếu chỉ nung như

trên sẽ bị mất một ít (7- 20 %), mà chúng ta không thể biết được, như ví dụ 2 ở trên. Vì vậy chúng ta phải thêm vào chất bảo vệ, khi tro hóa. Ví dụ để xác định Cd, Cu, Pb, Zn trong mẫu rau quả và thực phẩm, trong các phương pháp tro hóa khô các nguyên tố này thường bị mất từ 10- 15 %. Sự mất này lại không khống chế được trong quá trình tro hóa. Vì thế người ta phải thêm chất bảo vệ là: H2SO4, HNO3, KNO3 hay Mg(NO3)2 hay hỗn hợp (Mg(NO3)2 + LiBO2 ), thì các nguyên tố này sẽ không bị mất (xem bảng phụ lục cuối chương). Bảng 3.3 kết quả xử lý có chất phụ gia và không có chất phụ gia bảo vệ Các ví dụ:

VD1: phân tích Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn,Cr.. trong mẫu rau quả (rau muống rau cải). Lấy 5 gam mẫu cho vào chen nung thêm chất bảo vệ là KNO3 10% 10mL H2SO4 98% trộn đều say hay đun cho sôi. Rồi khô dòn, nung 3 giờ đầu ở 450 oC, sau đó ở 530 oC đến khi được tro không còn đen(hết than đen ). Sau đó hòa tan tro con lại bằng 15 mL dung dịch HCl 1/1 đun nhẹ cho tan hết, và đuổi hết acid dư còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng dung dịch HCl 2%. Giải thích cơ chế.

VD2: phân tích Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn, Cr.. trong mẫu thực phẩm (tôm cá thịt).Lấy 5 gam mẫu cho vào chen nung thêm chất bảo vệ là 5mL Mg(NO3)2 10% + 10mL H2SO4 98% trộn đều sấy hay đun cho sôi. Rồi khô dòn, nung 3 giờ đầu ở 450 oC, sau đó ở 530 oC đến khi được tro không còn đen (hết than đen ). Sau đó hòa tan tro còn lại bằng 15 mL dung dịch HCl 1/1 đun nhẹ cho tan hết, và đuổi hết acid dư còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng dung dịch HCl 2%, lắc đều. (nếu có cặn thì lọc bỏ) VD3: phân tích Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn,.. trong mẫu thực phẩm sữa bột, sữa đặc có đường. Lấy 5 gam mẫu cho vào chén nung thêm chất bảo vệ là 12mL H2SO4 778% 5mL Mg(NO3)2 10% trộn đều sấy hay đun cho sôi. Rồi khô dòn, nung 3 giờ đầu ở 450 oC, sau đó ở 530 oC đến khi được tro không còn đen (hết than đen ). Sau đó hòa tan tro con lại bằng 15 mL dung dịch HCl 1/1 đun nhẹ cho tan hết, và đuổi hết acid dư còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng dung dịch HCl 2%, lắc đều.

VD4: phân tích Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn,...trong mẫu rác thải của thành phố Lấy 5 gam mẫu cho vào chén nung thêm chất bảo vệ là 5mL LiBO2 10% + 5mL Mg(NO3)2 10% và 5mL H2SO4 98% trộn đều sấy hay đun cho sôi. Rồi khô dòn, nung 3 giờ đầu ở 450 oC, sau đó ở 530 oC đến khi được tro không còn đen (hết than đen ). Sau đó hòa tan tro còn lại bằng 15 mL dung dịch HCl 1/1 đun nhẹ cho tan hết, và đuổi hết acid dư còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng dung dịch HCl 2%, lắc đều. (nếu có cặn thì lọc bỏ). Trong việc xử lý mẫu hữu cơ để lấy các kim loại thì kỹ thuật này có những ưu và nhược điểm là: Tro hóa triệt để được mẫu hết các hợp chất hữu cơ. Đơn giản và dễ thực hiện Không tốn nhiều acid tinh khiết cao và không có acid dư Hạn chế được sự nhiễm bẩn do đó dùng dư thuốc thử Qua mẫu xử lý không lâu, khử phương pháp ướt. Mẫu dung dịch, mẫu thu được sẽ sạch. Nhưng………………..: nếu không dùng chất bảo vệ. 3.2.2.2 Kỹ thuật tro hóa ướt (bằng acid đặc oxy hóa mạnh) Nói chung như đã nêu trong chương 2 có thể dùng một acid đặc có tính oxy hóa mạnh, hay hỗn hợp các acid đặc có tính oxy hóa mạnh, hay hỗn hợp của một acid có tính oxy hóa mạnh và một không có tính oxy hóa như (HNO3 + HCl) hay (HF + HClO4)… ít phân hủy hết các chất hữu cơ của mẫu trong bình Kendan, để chuyển các kim loại ở dạng hữu cơ vể dạng các ion trong dung dịch muối vô cơ. Việc phân hủy có thể thực hiện trong hệ đóng kín (áp suất cao) hay trong hệ mở (áp suất thường). Lượng acid thường phải dùng gấp từ 15 – 40 lần lượng mẫu thời gian 10 – 12 giờ. Nên khi phân hủy xong thường phải đuổi hết acid dư. Sau đây là một số hỗn hợp acid đã được dùng để phân hủy các mẫu để lấy các nguyên tố kim loại vào dung dịch dưới dạng các muối tan. + Dùng một acid mạnh hay có tính oxy hóa mạnh: HCl, HNO3, H2SO4… + Dùng nước cường thủy (HCl + HNO3) + Dùng hỗn hợp acid mạnh có tính oxy hóa mạnh (HNO3 + HClO4) + Dùng một acid mạnh có tính oxy hóa mạnh HNO3 với H2O2 + Dùng hỗn hợp đa acid: (HNO3 + HClO4 + H2SO4) + Dùng hỗn hợp (HF + H2SO4 + HClO4) cho mẫu nhiều silicat. + Dùng dung dịch acid đặc và chất oxy hóa mạnh (HNO3 + H2O2) + Dùng dung dịch acid mạnh cộng với chất tạo phức (HCl + Tartric)

Tất nhiên một hỗn hợp chỉ thích hợp cho một số loại mẫu. Vì thế phải khảo sát để tìm chọn cho thích hợp nhằm thu được hiệu quả cao, không mất chất và lại phù hợp với phương pháp phân tích đã chọn. Sau đây là một số ví dụ ứng dụng.

+ Ví dụ 1: xử lý mẫu để xác định các nguyên tố Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn…trong rau quả tươi sống. Mẫu phải được xay thành bột nhão, trộn đều. Cân lấy 5 gam mẫu vào bình Kendan, thêm 60mL HNO3 65% - 5mL H2O2 30% lắc đều, cho vào bình bằng phễu lọc nhỏ, đun nhẹ cho mẫu phân hủy đến khi nào được dung dịch trong không màu (khoảng từ 7-8h). Chuyển hết mẫu sang cốc làm bay hơi hết acid dư, đến còn muối ẩm và định mức thành 15mL bằng dung dịch HCl 2%. + Ví dụ 2: xử lý mẫu để xác định các nguyên tố Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn…trong mẫu chứa nhóm (tôm, cá, thịt). Mẫu phải được xay thành bột nhão, trộn đều cân lấy 5 gam mẫu vào bình Kendan, thêm 60mL vương thủy và 10 mL H2SO4 98%, cắm vào bình bằng phễu lọc, đun nhẹ cho mẫu phân hủy cho đến khi nào đuợc dung dịch trong không màu (khoảng 8-10h). Chuyển hết sang cốc, làm bay hơi hết acid đến còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng HCl 2%, lắc đều, lọc bỏ cặn silicate. Ví dụ 3: Xử lý mẫu xác định các nguyên tố Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn,... trong mẫu rác thải thành phố. Trước tiên mẫu phải được xay thành bột, hay hạt nhỏ, trộn đều rồi cân lấy 5 g mẫu vào bình Kendan, thêm 50 mL HNO3 65% và 10 mL H2SO4 98%, lắc đều, cắm vào bình một phễu lọc nhỏ, đun nhẹ mẫu phân hủy cho đến khi nào đuợc dung dịch trong không màu (khoảng 8-10h). Chuyển hết sang cốc, làm bay hơi hết acid đến còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng HCl 2%, lắc đều, lọc bỏ cặn (nếu có). Ví dụ 4: Xử lý mẫu xác định các nguyên tố Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn,... trong mẫu bột ngũ cốc (bột gạo, ngô, sắn, khoai, đậu...). Cân lấy 5 g mẫu đã xay thành bột vào bình Kendan, tẩm ướt bằng 2 mL nước cất, thêm 50 mL HNO3 65% lắc đều, cắm vào bình một phễu lọc nhỏ, đun nhẹ mẫu phân hủy cho đến khi nào đuợc dung dịch trong không màu (khoảng 8-10h). Chuyển hết sang cốc, làm bay hơi hết acid đến còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng HCl 2%. Mẫu này dùng để xác định cả kim loại kiềm và kiềm thổ. Ví dụ 5: Xử lý mẫu xác định các nguyên tố Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn,... trong mẫu nước ngọt giải khát, ví dụ Cocacola, Pepsi... Lấy 50 mL mẫu vào cốc đun dung tích 250 mL, thêm 5 ,mL HCl 36%, đun cho cạn còn 1/3, chuyển mẫu vào bình Kendan, thêm 50 mL HNO3 65%, lắc đều, cắm vàobình một phễu lọc nhỏ, đun nhẹ cho mẫu phân hủy trong 2h, thêm 2 mL H2O2 30%, đun tiếp đến khi nào đuợc dung dịch trong không màu (khoảng 6-7h). Chuyển hết mẫu sang cốc, làm bay hơi hết acid đến còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng HCl 2%, như vậy sau khi xử lý, mẫu đã đuợc làm giàu 10 lần. Mẫu này dùng để xác định cả kim loại kiềm và kiềm thổ. Ví dụ 6: lý mẫu xác định các nguyên tố Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn,... trong mẫu nước tiểu. Lấy 50 mL mẫu vào cốc đun dung tích 250 mL, thêm 5 ,mL HCl 36%, đun cho cạn còn 1/3, chuyển mẫu vào bình Kendan, thêm 50 mL HNO3 65%, lắc đều, cắm vào bình một phễu lọc nhỏ, đun nhẹ cho mẫu phân hủy trong 2h, thêm 2 mL H2O2 30%, đun tiếp đến khi nào đuợc dung dịch trong không màu (khoảng 6-7h). Chuyển hết mẫu sang cốc, làm bay hơi hết acid đến còn muối ẩm và định mức thành 25 mL bằng HCl 2%, như vậy sau khi xử lý, mẫu đã đuợc làm giàu 10 lần. Mẫu này dùng để xác định kim loại kiềm và kiềm thổ.

Ưu và nhuợc điểm của kỹ thuật này là: + Không mất một số nguyên tố kim loại như Pb, Fe, Zn, Cu… + Nhưng thời gian phân hủy lâu, thường là từ 10 – 18h + Tốn nhiều acid tinh khiết, acid dư nhiều, phải đuổi sau khi xử lý rất lâu. + Dễ gây nhiễm bẩn, nếu các hóa chất không có độ sạch cao + Phải đuổi acid dư lâu, có khi khó khăn không hết được. Cách này với các ví dụ 1 – 6 nếu thực hiện trong lò vi sóng thì nhanh, triệt để và tốn ít acid (chỉ ½) hơn xử lý ướt bình thường này. Nghĩa là cách xử lý ướt, có thể thực hiện trong bình Kendan ở điều kiện bình thường, hay thực hiện trong lò vi sóng của hệ mở hay trong hệ đóng kín. Lẽ dĩ nhiên là kỹ thuật xử lý ướt trong lò vi sóng sẽ nhanh và ít tốn acid hơn kỹ thuật xử lý ướt thông thường.

3.2.2.3 Kỹ thuật tro hóa khô và ướt kết hợp Trong điều kiện không có lò vi sóng thì đây là một cách xử lý mẫu tốt để xác định các kim loại. Trước hết xử lý sơ bộ, nhưng ta chỉ dùng một lượng nhỏ acid và chất bảo vệ để xử lý sơ bộ mẫu, sau đó sấy khô, rồi tiếp tục tro hóa khô trong tô nung ở nhiệt độ thích hợp để đốt cháy hết chất hữu cơ của mẫu. Như thế sẽ triệt để và nhanh, lại không mất các kim loại. Sau đó hòa tan tro bã thu được trong acid, ta sẽ được dung dịch để xác định các kim loại. Như thế sẽ khắc phục được những nhược điểm và tận dụng được các ưu điểm của mỗi kỹ thuật riêng. Chúng ta có thể thực hiện xử lý ướt sơ bộ mẫu bằng các hỗn hợp sau đây + Bằng acid HNO3 đặc + Bằng hỗn hợp acid (HNO3 + H2SO4) đặc hay cừong thủy + Bằng HNO3 đặc và có chất bảo vệ KNO3, LiBO2, Mg(NO3)2 + Bằng acid H2SO4 45% có chất bảo vệ MgSO4, KNO3, Mg(NO3)2 + Bằng acid (HNO3 + H2SO4) 45% có chất bảo vệ Mg(NO3)2 + Bằng acid (HCl + H2SO4) đặc có chất bảo vệ Mg(NO3)2 Ưu và nhược điểm chính của kỹ thuật này là: + Tốn ít acid tinh khiết cao (chỉ bằng 1/3 – ¼) + Nhanh và triệt để hơn cách xử lý thông thường + Hầu như không mất chất phân tích + Hạn chế được sự nhiễm bẩn do dùng quá nhiều hóa chất khi xử lý mẫu. + Dung dịch mẫu thu được trong không có acid hữu cơ sinh ra. + Phù hợp cho nhiều loại mẫu để xác định kim loại XXXXX anion + Ví dụ 1: xử lý mẫu để xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn… trong mẫu rau quả và thực phẩm. Lấy 5gam mẫu vào chén nung, thêm chất bảo vệ là 2mL Mg(NO3)2 10%, 10mL HNO3 65%, trộn đều, sấy hay đun nhẹ cho khô dòn và thành than đen. Rồi nung 5h đầu ở 450oC, sau đó ở 530 oC đến khi được tro không còn đen (hết than đen). Sau đó hòa tan tro còn lại bằng 15mL HCl 1:1, đun nhẹ cho tan hết, và đuổi hết acid dư đến còn muối ẩm và định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2%, lắc đều, lọc bỏ cặn nếu có. Mẫu này xác định được cả một số kim loại kiềm và kiềm thổ. + Ví dụ 2: Xử lý mẫu để xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn…trong mẫu sữa bột, sữa đặc…Lấy 5gam mẫu vào chén nung, thêm chất bảo vệ là 2mL Mg(NO3)2 10%, 4mL LiBO2 10%, 10mL HNO3 65%, trộn đều, sấy cho khô dòn và thành than đen. Rồi nung 4 giờ đầu ở 450oC, sau đó ở 530oc đến khi tro không còn đen (hết than đen). Sau đó hòa tan tro còn lại bằng 15mL HCl 1:1, đun nhẹ cho tan hết, và đuổi hết acid dư đến còn muối ẩm và định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2%, lắc đều, lọc bỏ cặn nếu có. Mẫu này xác định được cả một số kim loại kiềm và kiềm thổ. + Ví dụ 3: Xử lý mẫu để xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn…trong mẫu rác thải thành phố. Lấy 5gam mẫu vào chén nung, thêm chất bảo vệ là 1mL Mg(NO3)2 10%, 4mL LiBO2 10%, 10mL HNO3 65%, trộn đều, sấy cho khô dòn và thành than đen. Rồi nung 4 giờ đầu ở 450oC, sau đó ở 530oc đến khi tro không còn đen (hết than đen). Sau đó hòa than tro còn lại bằng 15mL HCl 1:1, đun nhẹ cho tan hết, và đuổi hết acid dư đến còn muối ẩm và định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2%, lắc đều, lọc bỏ cặn nếu có. 3.2.2.4. Tro hóa ướt trong hộp kín Đây cũng là một kỹ thuật (phương pháp) xử lý ướt. Nên cũng phải dùng một acid có tính oxy hoá mạnh, hay hỗn hợp các acid có tính oxy hóa mạnh để phân hủy hết các chất hữu cơ trong bình kín, để chuyển các kim loại về dạng các ion trong dung dịch muối vô cơ. Việc phân hủy có thể thực

hiên trong hộp kín nên có áp suất cao, nó tương tự như nồi áp suất. Sự phân hủy nhanh và triệt để, và cần ít acid hơn kỹ thuật thông thường đã nói ở trên. Song ở đây phải có hộp xử lý mẫu đặc biệt, chịu acid, chịu nhiệt độ và áp suất cao. Các bình xử lý thường bằng Teflon và đặt trong vỏ thép dày để bảo vệ, chịu được nhiệt độ và áp suất cao. Tất cả các ví dụ về xử lý ướt trong mục 3.2.2.2 như đã nói ở trên đều có thể thực hiện được trong hộp kín nhưng lượng acid thì cần ít hơn (chỉ 30% là đủ) và quá trình xử lý nhanh hơn. Mẫu và các dung dịch acid để phân hủy mẫu được cho vào hộp phân hủy, đậy kín, đặt trong vỏ thép, vặn chặt. Sau đó luộc trong bể nước sôi hay trong bể dầu sôi, hay trong lò vi sóng, trong vòng 60-120 phút, để cho mẫu phân hủy. Sau đó để nguội, chuyển mẫu sang cốc, làm bay hơi hết acid dư, đến còn muối ẩm. Sau đó cũng định mức thành thể tích nhất định. Nếu mẫu có cặn thì nên lọc lấy dung dịch mẫu trong. + Ví dụ 1: xử lý mẫu để xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn… trong mẫu rau quả và thực phẩm. Lấy 5gam mẫu vào chén nung, thêm 40mL HNO3 65%, 5mL H2SO4 98%, trộn đều, đậy kín, vặn chặt. Rồi cho hộp mẫu vào tủ sấy hay nồi nước đun sôi trong 1,5h. Lấy ra ngoài để nguội. Chuyển mẫu sang cốc, làm bay hơi để đuổi acid và đến còn muối ẩm. Sau đó hoà tan định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2% lắc đều. Mẫu này xác định được cả một số kim loại kiềm và kiềm thổ. + Vi dụ 2: xử lý mẫu để xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn…trong mẫu sữa bột, sữa đặc…Lấy 5gam mẫu vào chén nung, thêm 40mL HNO3 65%, 5mL H2SO4 98%, trộn đều, đậy kín, vặn chặt. Rồi cho hộp mẫu vào tủ sấy hay nồi nước đun sôi trong 2h. Lấy ra ngoài để nguội. Chuyển mẫu sang cốc, làm bay hơi để đuổi acid và đến còn muối ẩm. Sau đó hoà tan định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2% lắc đều. Mẫu này xác định được cả một số kim loại kiềm và kiềm thổ. + Ví dụ 3: Xử lý mẫu để xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn…trong mẫu rác thải thành phố. Lấy 5gam mẫu vào chén nung, thêm 40mL HNO3 65%, 5mL H2SO4 98%, trộn đều, đậy kín, vặn chặt. Rồi cho hộp mẫu vào tủ sấy hay nồi nước đun sôi trong 2h. Lấy ra ngoài để nguội. Chuyển mẫu sang cốc, làm bay hơi để đuổi acid và đến còn muối ẩm. Sau đó hoà tan định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2% lắc đều. Mẫu này xác định được cả một số kim loại kiềm và kiềm thổ. Ưu và nhược điểm chính của kỹ thuật này là: + Việc xử lý tương đối nhanh hơn xử lý trong điều kiện hệ hở bình thường + Triệt để hơn và không mất các chất + Tốn ít acid hơn kỹ thuật thông thường + Thích hợp cho nhiều loại mẫu phân tích + Nhiều phòng thí nghiệm có thể dùng được 3.2.2.5 Kỹ thuật xử lý ướt mẫu trong lò vi sóng Đây cũng là kỹ thuật xử lý tro. Nên cũng phải dùng một acid đặc có tính oxy hóa mạnh hay hỗn hợp các acid có tính oxy hóa mạnh để phân hủy hết các chất hữu cơ trong bình kín, trong lò vi sóng, để chuyển các kim loại về dạng các ion trong dung dịch muối vô cơ dễ tan. Trong lò vi sóng, dưới tác dụng của năng lượng vi sóng, sự phân hủy nhanh và triệt để. Có thể phân hủy mẫu trong buồng hở hay trong buồng kín. Nhất là trong hệ kín thì lượng acid cần dùng là rất ít (1/3-1/2 so với các cách thông thường) và lại bảo đảm hoàn toàn không mất chất phân tích nào. Tất cả các ví dụ về xử lý ướt như đã nói ở mục trên đều có thể thực hiện trong hộp kín nhưng lượng acid cần ít hơn (chỉ 50% là đủ) và nhanh hơn (50-90 phút). Kỹ thuật phân hủy mẫu bằng acid có tính oxyhóa mạnh trong lò vi sóng hiện tại có hai cách thực hiện tùy thuộc vào trang bị của lò vi sóng: Trong hệ mở: Mẫu để trong bình Kendan hay ống nghiệm, thêm acid có tính oxyhóa mạnh và đặt trong lò vi sóng để xử lý cho mẫu phân hủy (oxyhóa) hết các chất hữu cơ, giải phóng các kim loại vào dung dịch. Cách này không có áp suất cao.

Ví dụ 1: Xử lý mẫu để xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn…trong mẫu rau quả thực phẩm. Lấy 5 g mẫu vào hộp xử lý, thêm 25 mL HNO3 65%, trộn đều rồi cho hộp mẫu vào lò vi sóng trong 1.5h. Lấy mẫu ra để nguội, chuyển mẫu sang cốc làm bay hơi hết acid đến còn muốn ẩm. Sau đó hoà tan định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2%. Ví dụ 2: Xử lý mẫu để xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn…trong mẫu rác thải thành phố. Lấy 5 gam mẫu vào hộp xử lý, thêm 35 mL nước cường thủy, trộn đều rồi cho hộp mẫu vào lò vi sóng trong 1.5h. Lấy mẫu ra để nguội, chuyển mẫu sang cốc làm bay hơi hết acid đến còn muốn ẩm. Sau đó hoà tan định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2%. Ví dụ 3: Xử lý mẫu để xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn…trong mẫu rác thải thành phố. Lấy 5gam mẫu vào hộp xử lý, thêm 30 mL nước cường thủy, 5 mL H2SO4 98%, trộn đều rồi cho hộp mẫu vào lò vi sóng trong 1.5h. Lấy mẫu ra để nguội, chuyển mẫu sang cốc làm bay hơi hết acid đến còn muốn ẩm. Sau đó hoà tan định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2%. Trong hệ kín có áp suất cao: đây cũng là kỹ thuật vô cơ hóa ướt. Chỉ có khác là dùng thêm năng lượng của lò vi sóng để xử lý mẫu thay cho cách gia nhiệt truyền thống. Mẫu được để trong bình Teflon có nắp đậy, đặt trong vỏ bảo vệ chịu áp suất cao. Đặt mẫu trong lò vi sóng, các chất hữu cơ trong mẫu sẽ bị phân hủy, đốt cháy, oxyhóa. Như vậy mẫu sẽ được phân hủy trong acid ở áp suất cao. + Ví dụ 1: xử lý mẫu để xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn trong mẫu rau quả tươi sống. Lấy 5gam mẫu vào hộp xử lý, thêm 30mL cường thủy, trộn đều, đậy nắp chặt. Rồi cho hộp mẫu vào lò vi sóng trong 50 phút. Để nguội, lấy ra và chuyển mẫu sang cốc, làm bay hơi để đuổi acid và đến còn muối ẩm. Sau đó hòa tan muối ẩm và định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2%. Sau đó có thể xác định các kim loại trong dung dịch mẫu này bằng phép đo phổ hấp thu nguyên tử, phát xạ nguyên tử hay phương pháp điện hóa + Ví dụ 2: xử lý mẫu để xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn và các nguyên tố đất hiếm trong mẫu quặng đất hiếm. Lấy 2gam mẫu vào hộp xử lý, thêm 20mL cường thủy, trộn đều, đậy nắp chặt. Rồi cho hộp mẫu vào lò vi sóng trong 45 phút. Để nguội, lấy ra và chuyển mẫu sang cốc, làm bay hơi để đuổi acid và đến còn muối ẩm. Sau đó hòa tan muối ẩm và định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2%. Nếu dung dịch có cặn thì lọc hay ly tâm lấy phần trong. + Ví dụ 3: Xử lý mẫu để xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn…trong mẫu rác thải thành phố. Lấy 5gam mẫu vào hộp xử lý, thêm 25mL nước cường thủy, 5mL H2SO4 98%, trộn đều, đậy nắp chặt. Rồi cho hộp mẫu vào lò vi sóng trong 50 phút. Để nguội, lấy ra và chuyển mẫu sang cốc, làm bay hơi để đuổi acid và đến còn muối ẩm. Sau đó hòa tan muối ẩm và định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2%. Sau đó có thể xác định các kim loại trong dung dịch mẫu này bằng phép đo phổ hấp thu nguyên tử hay phương pháp điện hóa Ưu và nhược điểm chính của kỹ thuật này là: + Quá trình xử lý tương đối nhanh (40 – 100 phút) + Xử lý khá triệt để và không mất chất phân tích + Ít có khả năng bị nhiễm bẩn, nhất là trong hệ kín có áp suất cao + Không phải đuổi acid dư nhiều, nên hạn chế được sự nhiễm bẩn + Nhưng phải có hệ trang bị lò vi sóng thích hợp + Thích hợp cho nhiều loại mẫu phân tích 3.2.2.6 Kỹ thuật lên men mẫu Trước tiên phải chuyển hay hòa tan mẫu vào trong nước thành dung dịch hay thể huyền phù (với nồng độ mẫu khoảng 5 – 10%) thêm 10 – 15mg men xúc tác và chỉnh môi trường bằng acid hay kiềm, hay muối acetat cho phù hợp theo yêu cầu lên men. Ví dụ pH = 7 – 8 khi lên men mẫu đường đen, rồi đưa mẫu vào buồng để lên men ở nhiệt độ từ 37 – 400C cho đến khi mẫu trong hoàn toàn, tức là các kim loại chuyển vào dung dịch, còn các chất hữu cơ, khi lên men đã chuyển thành acid, như acid acetic, khí CO2 và nước. Thời gian lên men từ 7 – 10 ngày. Kiểu này rất thích hợp

cho phân tích xác định các kim loại trong các mẫu đường mía, nước ngọt giải khát, một số mẫu nước quả chín ép như: chuối, dứa, chanh, cam… + Ví dụ 1: xử lý mẫu để xác định hàm lượng vết kim loại nặng trong đường đen, đường vàng hoa mơ,… là các loại mẫu có thể được xử lý theo cách này. Cân 10gam đường, hòa tan trong 100mL nước cất, đun nóng đến 400C, thêm men xúc tác, đậy kính đồng hồ và để trong tủ ấm lên men ở nhiệt độ 37 – 400C cho mẫu lên men trong 7 ngày. Sau đó thêm 10mL acid HCl 35% đun sôi, ly tâm lấy dung dịch trong để xác định các ion kim loại. Hay làm bay hơi còn muối ẩm, sau đó định mức bằng môi trường acid thích hợp theo phương pháp phân tích đã chọn. + Ví dụ 2: xử lý mẫu để xác định hàm lượng vết kim loại nặng trong mật ong. Cân 5 gam mật ong, hòa tan trong 100mL nước cất ấm, đun nóng đến 400C, thêm men xúc tác, đậy kính đồng hồ và để trong tủ ấm lên men ở nhiệt độ 37 – 400C cho mẫu lên men trong 8 ngày. Sau đó thêm 10mL acid HCl 35% đun sôi, làm bay hơi còn muối ấm, thêm 5mL HCl 10%, định mức thành 50mL bằng nước cất, ly tâm lấy dung dịch trong để xác định các ion kim loại nặng. + Ví dụ 3: xử lý mẫu để xác định hàm lượng vết kim loại nặng trong nước quả ép. Làm như sau: cân 5gam mẫu, hòa tan trong 80mL nước cất ấm, đun nóng đến 400C, thêm 15mg men xúc tác, đậy kính đồng hồ và để trong tủ ấm lên men ở nhiệt độ 37 – 400C cho mẫu lên men trong 8 ngày. Sau đó thêm 10mL acid HCl 35% đun sôi, làm bay hơi còn muối ấm, thêm 5mL HCl 10%, định mức thành 25mL bằng nước cất, ly tâm lấy dung dịch trong để xác định các ion kim loại nặng. Kỹ thuật này có những ưu và nhược điểm chính là: + Đơn giản, dễ thực hiện, không mất chất phân tích + Không tốn kém hóa chất nhiều + Nhưng phải mất nhiều thời gian, chờ quá trình lên men lâu + Chỉ một số loại mẫu dạng lỏng. hay mẫu tan trong nước mới áp dụng được kỹ thuật này. 3.2.2.7 Kỹ thuật ngâm chiết trong acid loãng Để xử lý mẫu theo kiểu này, trước hết mẫu phải được hòa tan trong một dung môi thích hợp như nước cất hay nhũ hóa mẫu thành dạng huyền phù, thêm chất đệm, chất tạo phức, hay chất tạo môi trường, ngâm qua đêm. Sau đó chiết chất phân tích hay hợp chất phức của nó từ dung dịch mẫu vào một dung môi hữu cơ thích hợp. Cách xử lý này đơn giản, không mất chất phân tích, không cần máy móc dụng cụ và trang bị nhiều, nhưng phải ngâm mẫu qua đêm và chỉ thích hợp cho một số loại mẫu. + Ví dụ 1: xử lý mẫu để xác định các kim loại kiềm và kiềm thổ trong các mẫu đường. Lấy 5gam mẫu đường vào bình nón, thêm 50mL nước cất, lắc cho tan hết, thêm 15mL HCl 36%, lắc đều, đun sôi, làm bay hơi còn muối ẩm, rồi định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2%. Đây là dung dịch mẫu để xác đinh các kim loại kiềm, kiềm thổ. Với các loại nước quả ép cũng xử lý được theo cách này để xác định các kim loại kiềm và kiềm thổ. + Ví dụ 2: xử lý mẫu để xác định các kim loại kềm và kiềm thổ trong các loại mẫu bột gạo, bột mỳ, bột khoai…Lấy 5gam mẫu bột vào bình nón, thêm 50mL nước cất, lắc nhũ hóa cho huyền phù, thêm 15mL HCl 36%, lắc đều kỹ, đun sôi, đậy nút bình. Để ngâm qua đêm. Sau đó lọc hay ly tâm lấy dung dịch, đun sôi, làm bay hơi còn muối ẩm rồi định mức thành 25mL bằng dung dịch HCl 2%. Đây là dung dịch mẫu để xác định các kim loại kiềm kiềm thổ. 3.2.2.8 Kỹ thuật pha loãng mẫu bằng dung môi thích hợp Cách xử lý này là thích hợp cho xác định các chất có nồng độ không cao và loại mẫu có thể hòa tan tốt trong nước cất, hay một dung môi hữu cơ nào đó tạo thành dung dịch mẫu đồng thể. Cách xử lý này đơn giản, không mất chất phân tích, không cần máy móc dụng cụ và trang bị nhiều nhưng chỉ thích hợp cho một số mẫu tan được trong một dung môi nhất định và chất phân tích có nồng độ lớn, để khi pha loãng mẫu vẫn còn xác định được nó, theo phương pháp đã chọn. + Ví dụ 1: xử lý mẫu để xác định Cu, Zn, Fe trong huyết thanh. Lấy 0.5 mL dung dịch huyết thanh, thêm 1.5 mL nước cất hai lần, lắc đều. Đây là dung dịch mẫu để xác định Cu, Fe, Zn trong huyết thanh bằng phương pháp AAS. Như vậy mẫu đã được pha loãng 4 lần.

+ Ví dụ 2: xử lý mẫu để xác định Na, K trong huyết thanh. Lấy 0.1 mL dung dịch huyết thanh, thêm 4.9 mL nước cất hai lần, lắc đều. Đây là dung dịch mẫu để xác định Na, K trong huyết thanh bằng phương pháp AES. Như vậy mẫu đã được pha loãng 50 lần. + Ví dụ 3: xử lý mẫu để xác định Ca và Mg trong huyết thanh. Lấy 0.2 mL dung dịch huyết thanh, thêm 4.9 mL nước cất hai lần, lắc đều. Đây là dung dịch mẫu để xác định Na, K trong huyết thanh bằng phương pháp AES và xác định Ca, Mg bằng phương pháp AAS. Như vậy mẫu đã được pha loãng 25 lần. 3.3.Xử lý mẫu để xác định một số anion và á kim 3.3.1. Nguyên tắc chung Trước hết chuyển mẫu thành dạng dung dịch hay dạng huyền phù. Sau đó lấy một lượng nhất định để xử lý, rồi phân hủy mẫu bằng hỗn hợp acid có tính oxyhóa mạnh, hay hỗn hợp kiềm và chất oxyhóa theo cách tro hóa ướt trong bình Kendan hay tro hóa khô ở nhiệt độ thích hợp trong lò nung, để phân hủy các chất hữu cơ, đưa các á kim ở trong các hợp chất hữu cơ về các dạng các anion của muối tan trong dung dịch nước. Ví dụ các dạng hợp chất hữu cơ sau:

- R-X về dạng anion X (Cl, Br, I, F). - R-S về dạng anion SO4

2-. - R-P về dạng anion PO4

3-. - R-As về dạng anion AsO4

3-. Sau đó xác định chúng theo cách thích hợp. Nói chung là có hai cách để xử lý các mẫu hữu cơ để xác định các anion.

3.3.2. Các phương pháp và ví dụ 3.3.2.1.Kỹ thuật vô cơ hóa ướt dùng acid oxyhóa mạnh

A. Nguyên tắc: dùng một hỗn hợp acid đặc và có tính oxyhóa mạnh như hỗn hợp của HNO3+HClO4, HNO3+H2SO4, HNO3+H2SO4+HClO4, H2SO4+HClO4… để phân hủy mẫu lấy các nguyên tố S, P, As, Br, F… có trong mẫu ở các dạng hợp chất hữu cơ, các mẫu sinh học để đưa các nguyên tố này vào trong dạng anion của muối tan trong dung môi nước hay một pha động nào tan tốt và không làm mất chúng. Kỹ thuật vô cơ hóa ướt này thường lâu, kéo dài từ 8-12 h mới hoàn thành và dùng lượng acid gấp 10-15 lần lượng mẫu.

B. Cách xử lý và ví dụ: Ví dụ 1: Xử lý mẫu để xác định các nguyên tố As, N, P, Cl và Br.. trong các loại mẫu rau quả tươi sống. Trước tiên nên xay mẫu thành bột nhão, trộn đều. Cân 5 g vào bình Kendan, them 5 mL KMnO4 2%, 60 mL HNO3 65%, 8 mL H2SO4 98%, lắc đều và đậy bằng phễu đuôi dài. Đun nhẹ bình chứa cho mẫu phân hủy đến dung dịch trong mới thôi. Để nguội, kiềm hóa dung dịch mẫu bằng dung dịch NaOH hay Na2CO3 10% đến môi trường trung tính hay kiềm yếu (pH = 7,5 – 8,5). Sau đó định mức thành 50mL và ly tâm hay lọc lấy dung dịch trong để xác định các anion Cl, Br, I, PO4. Quá trình xử lý này có thể thực hiện trong lò vi sóng, thì sẽ nhanh hơn và triệt để.

+ Ví dụ 2: xử lý mẫu để xác định As, P, và Cl trong các loại tôm, cua, cá. Trước tiên mẫu cần được xay thành bột nhão, trộn đều. Cân 5gam vào bình Kendan, thêm 5mL KMn4 2%, 70mL HNO3 65%, 5mL H2SO4, lắc đều, và đậy bằng phễu dài chuôi. Đun sôi nhẹ bình chứa mẫu để cho mẫu phân hủy, cho đến khi nào được dung dich trong thì thôi. Để nguội, kiềm hóa dung dịch mẫu bằng dung dịch NaOH hay Na2CO3 20% đến môi trường trung tính hay kiềm yếu (pH = 7,5 – 8,5). Sau đó định mức thành 50mL và ly tâm hay lọc lấy dung dịch trong để xác định các anion Cl, Br, I, PO4 theo một cách thích hợp đã được chọn. Quá trình xử lý này có thể thực hiện trong lò vi sóng, thì sẽ nhanh và triệt để. (Nếu cần xác định ion SO4 thì thay acid H2SO4 bằng acid HClO4 thì không xác định Cl hay bằng HNO3 thì xác định được cả Cl). + Ví dụ 3: xác định As trong quặng địa chất. Lấy 0.5 gam mẫu vào chén Teflon, thấm ướt bằng vài giọt nước cất, thêm 10mL HNO3 65%, đun sôi nhẹ khoảng 15 phút, thêm 15mL HF 40% và 2mL HClO4 78%, đậy nắp chén và đun nhẹ tiếp 10 phút nữa (lắc nhẹ đều khi đun), mở nắp chén, đun tiếp cho mẫu bốc khối trắng, đến khi gạn hết khói trắng, lấy ra (còn bã độ 8mL), để nguội bớt, pha loãng thành nước cất thành 80mL, thêm 2mL H2SO4 98% lắc đều để kết tủa tách Pb. Lọc bỏ kết tủa PbSO4 qua giấy lọc băng xanh và rửa kết tủa 2 lần bằng 10mL nước cất. Thu lấy nước lọc

và nước rửa vào cốc 250mL, thêm 4mL LaCl3 5%, lắc đều, đun nóng thêm dung dịch NH3 25% đến pH = 9 và thêm dư 4 giọt. Lắc đều, để yên kết tủa khoảng 10 – 15 phút, lọc lấy kết tủa qua giấy băng đỏ. Hòa tan kết tủa bằng acid HCl 25% nóng (15mL), cho tan hết, định mức thành 50mL. Đây là dung dịch mẫu để xác định As bằng phương pháp phổ hấp thu nguyên tử. 3.3.2.2.Vô cơ hóa khô dùng hỗn hợp kiềm mạnh và chất oxy hóa Dùng một chất oxy hóa mạnh (Na2O2) trong môi trường kiềm mạnh (KOH,NaOH) khi đun nóng để phân hủy cấu trú của các chất hữu cơ, và đưa các á kim có trong hợp chất hữu cơ về dạng các anion của muối của các kim loại kiềm để tan được trong nước, hay trong dung dịch acid loãng. Sau đó hòa tan mẫu đã tro hóa để tách lấy các anion của các nguyên tố đó. Cách này triệt để và nhanh hơn cách xử lý ướt. Nhưng điều kiện ở đây là chất oxy hóa và lượng kiêm phải đúng hơn lượng mẫu cần xử lý. Theo kỹ thuật này người ta thường dùng các hỗn hợp kiềm sau đây, và cách này được dùng có hiệu quả hơn các cách nói trên. Dùng hỗn hợp (muối + kiềm + chất oxy hóa mạnh), ví dụ như các hỗn hợp: (NaHCO3 + KOH + Na2O2); (Na2CO3 + KOH + Na2O2); (Na2CO3 + NaOH + Na2O2); (K2CO3 + KOH + Na2O=); (LiBO2 + KOH + Na2O2)… Cách xử lý và ví dụ + Ví dụ 1: xử lý mẫu để xác định các nguyên tố á kim: Cl, S, P, As…trong mẫu rau quả. Trước hết mẫu phân tích cần được xay thành bột nhão, và trộn đều. Cân lấy 5gam, vào chen nung thạch anh, thêm 2g NaHCO3, 4g KOH, 6g Na2O2, 5mL nước cất trộn đều thành một hỗn hợp nhão như vữa, đun nhẹ cho mẫu sôi đều (chú ý dễ sủi bọt và bặn khi đun). Tiếp tục đun nhẹ mẫu đến khi hết sủi bọt, rồi đun tiếp cho đến khi thành than đen. Sau đó đem nung, 3h đầu ở 4500C, sau đó nâng lên 5300C đến khi nào hết than đen là được. Để nguội, đem mẫu hòa tan trong 100mL dung dịch NH3NO3 2% pH = 4. Lắc manh đều, để lắng. Sau đó lọc hay ly tâm lấy dung dịch để xác định các chất anion: AsO4, Cl, PO4, SO4. Trong dung dịch này Cl (nói chúng là nguyên tố nhóm Halogen ở dạng anion (Cl-, Br-, I-) còn S ở dạng anion SO4

2-, P ở dạng ion PO43-, As ở dạng ion AsO4

3-. Nói chung cách tro hóa bằng kiềm tốt hơn cách tro hóa bằng acid nói trên. + Ví dụ 2: xử lý mẫu để xác định các nguyên tố á kim: Cl, Br, S, P, As…trong mẫu thực phẩm cá, tôm, cua…Trước hết mẫu phân tích cần đươc xay thành bột nhão và trộn đều. Cân lấy 5g vào chén nung, thêm 2g NaHCO3, 4g KOH, 6g Na2O2, 5mL nước cất trộn đều thành một hỗn hợp nhão như vữa, đun nhẹ cho mẫu sôi đều (chú ý dễ sủi bọt và bặn khi đun). Tiếp tục đun nhẹ mẫu đến khi hết sủi bọt, rồi đun tiếp cho đến khi thành than đen. Sau đó đem nung, 3h đầu ở 4500C, sau đó nâng lên 5300C đến khi nào hết than đen là được. Để nguội, đem mẫu hòa tan trong 100mL dung dịch NH3NO3 2% pH = 4. Lắc manh đều, để lắng. Sau đó lọc hay ly tâm lấy dung dịch để xác định các chất anion: AsO4, Cl, PO4, SO4. Trong dung dịch này Cl (nói chúng là nguyên tố nhóm Halogen ở dạng anion (Cl-, Br-, I-) còn S ở dạng anion SO4

2-, P ở dạng ion PO43-, As ở dạng ion AsO4

3-. + Ví dụ 3: xử lý mẫu xác định As trong quặng hay bã thải rắn. Lấy 0.5g mẫu quặng vào chén Zr, thêm 4g KOH, đun nhẹ cho hỗn hợp chảy lỏng, thêm cẩn thận 5g Na2O2 lắc đều và đem nung ở 7000C cho chảy lỏng trong 10 phút để nguội. Lấy chén có mẫu ra lau sạch đáy, và bỏ cả chén vào cốc dùng trên 400mL đã có sẵn 400mL nước cất nóng 700C, lắc kỹ cho mẫu tan. Lấy chén Zr ra và tráng chén 2 lần bằng 20 mL nước cất (tổng mẫu dưới 130mL). Thêm vài mảnh sứ xốp nhỏ vào cốc mẫu. Đậy kính đồng hồ và đun sôi nhẹ để đuổi hết H2O2 khoảng 15 phút, để nguội. Sau đó lọc lấy dung dịch qua giấy băng đỏ, rửa kết tủa và giấy lọc 3 lần bằng 20mL dung dịch KOH 0.05% nóng. Lấy nước lọc và rửa, cô cạn còn khoảng 65mL, thêm 25mL HCl 35%, lắc đều và định mức thành 100mL. Đây là dung dịch mẫu để xác định As bằng phương pháp AAS theo kỹ thuật Hydrua hóa. Cách xử lý này thích hợp các loại mẫu rắn, như quặng đất, đá, rác thải rắn, bùn, trầm tích…để xác định As. Nhưng hàm lượng Si trong các mẫu này phải nhỏ hơn 10% 3.3.2.3. Kỹ thuật chưng cất Một số nguyên tố á kim, hay anion có khả năng tạo được các acid hay các hợp chất dễ bay hơi ở nhiệt độ thấp nhất định đều có thể dùng cách này để tách chúng ra khỏi mẫu ban đầu. Ví dun như á kim As (bay hơi dưới dạng AsH3), anion CN, S (ở dạng acid HCN và H2S)…Muốn thực hiện

xử lý theo cách này trước tiên mẫu phân tích cần phải hòa tan trong nước tạo thành dung dịch trong hay thể huyền phù đồng đều. Sau đó khi chưng cất người ta thêm acid mạnh hay thuốc thư phù hợp vào hỗn hợp mẫu để tạo ra chất bay hơi và chưng cất nó cho tan hay hấp thụ vào một dung dịch thuốc thử có tính chất định lượng. Ví dụ 1: xử lý mẫu để xác định hàm lượng anion S trong bã thải. Lấy 20gam mẫu đã được xay hay nghiền mịn vào bình chưng cất hai cổ (hình 3.8), thêm 80mL nước cất và hai hạt sứ xốp (SiO2), lắc đều và lắp vào hệ thống chưng cất. Đun sôi mẫu để chưng cất và nhỏ từng giọt acid H2SO4 45% xuống bình liên tục (2 giọt trong 1 giây) trong thời gian chưng cất và dòng kí nitơ sạch chạy qua (3 bóng khí trong 1 giây), đến khi hết 25mL acid H2SO4. Khi đó sẽ có phản ứng tạo ra khí H2S bay lên S2- (trong mẫu) + H+ → H2S Khí H2S bay ra này được dòng khí nitơ dẫn vào bình hấp thụ có chứa sẵn 25mL dung dịch kiềm NaOH 0.01M. Khi hết khí H2S bay sang bình hấp thụ (30 – 40 phút), thu lấy dung dịch mẫu này và xác định hàm lượng NaOH dư, ta sẽ suy ra được hàm lượng NaOH đã tác dụng với H2S, và suy ra được hàm lượng anion S2- Chú ý: Chúng ta cũng có thể cho khí H2S sinh ra vào bình có chứa 20mL dung dịch muối Pb(NO3)2 0.1M có pH = 1. Sau đó ly tâm bỏ kết tủa xác định hàm lượng Pb dư bằng phương pháp AAS. Thì cũng suy ra được hàm luwowjgn ion S2- theo phản ứng: Pb2+ + S2- = PbS ↓ Ví dụ 2: Xử lý mẫu để xác định hàm lượng anion CN- trong bã thải. Lấy 20 g mẫu đã đuợc xay hay nghiền mịn vào cốc 250 mL , thêm 50 mL nước cất, kiềm hóa đến pH 8, khuấy kỹ, đun sôi, thêm 2 mL dung dịch muối sulfate Cd(II) và Zn(II) 1%, lắc kỹ, đun sôi nhẹ, nếu có kết tủa thì tách bỏ anion S2- dưới dạng các sulfide khó tan, kiềm hoa tiếp đến pH 10, khuấy đều, để lắng 1h, ly tâm hay lọc bỏ kết tủa . Lấy nước lọc và nước rửa (khoảng 30 mL) cho vào bình chưng cất như ở ví dụ 1 nêu trên, lắc đều và lắp vào hệ thống chưng cất. Đun sôi bình mẫu để chưng cất, nhỏ từng giọt acid H2SO4 45% xuống bình liên tục và cho khí nitơ chạy qua như ví dụ 1 ở trên trong thời gian chưng cất, đến khi dùng hết 25 mL H2SO4 45% thì dừng. Khi đó sẽ có phản ứng tạo acid HCN (dạng khí) bay lên. CN- + H+ HCN Khí HCN sinh ra đuợc dòng khí Nitơ dẫn vào bình hấp thụ có chứa sẵn 25 mL dung dịch NaOH 0.01M. Khi hết khí bay sang bình hấp thu (30-40 phút) , thu lấy dung dịch mẫu này và xác định hàm lượng NaOH dư, ta sẽ suy ra lượng NaOH tác dụng với HCN hay lượng anion CN trong mẫu. Ví dụ 3: Chưng cất tích lũy As từ các mẫu bã thải rắn hay thực vật, rau quả: Lấy 10 g mẫu đã đụơc xay thành bột vào bình phản ứng , nhũ hóa bằng 50 mL nước và thêm HCl 35% để được nồng độ khoảng 4M, lắc đều, đun sôi nhẹ cho mẫu phân hủy đến hết. Để nguội, yên 5 phút, thêm 2 mL dung dịch KI 5%, đun cách thủy và lắc đều để khử As(V) về As(III) trong 20 phút. Chuyển toàn bộ mẫu vào bình chưng cất, thêm 10 mL HCl 35%, lắc đều, lắp hệ thống chưng cất. Cho khí mang Ar hay N2 chạy qua theo từng bong bóng (3 bong bóng / s), cho máy khuấy chạy để khuyấy đều mẫu, nhỏ từng giọt NaBH4 0.1M và bình phản ứng với tốc độ 1 mL/phút đến hết 25 mL.Lúc nảy AsH3 sinh ra đuợc khí mang Ar dẫn sang bình hấp thu có chứa dung dịch thuốc thử R (Ag-DDC trong pyridin ở 20 oC). Chưng cất cho đến khi nhỏ hết dung dịch NaBH4 thì thôi, lấy dung dịch hấp thu để xác định As theo phương pháp quang phổ hấp thu phân tử UV-VIS. 3.3.2.4. Kỹ thuật chiết thông thường Các anion của một số nguyên tố á kim tồn tài trong dung dịch mẫu là các muối có khả năng phân ly thành các anion và tác dụng đuợc với một số thuốc thử, trng những điều kiện phù hợp thì có thể tách chúng ra khỏi mẫu ban đầu. Ví dụ: NCS, CN, S. Muốn thực hiện xử lý theo cách này trứơc tiên mẫu phân tích cần phải đuợc hòa trong nước thành các dung dịch hay huyền phù đồng nhất. Sau đó điều chỉnh môi trường (thêm acid hay kiềm) và thuốc thử phù hợp vào hỗn hợp mẫu để tạo ra hợp chất có thể chiết đuợc vào một dung môi hữu cơ. Sau đó xác định anion trong dung môi chiết thu đuợc. Ví dụ 1: Chiết xử lý mẫu xác định hàm lượng anion CNS trong bã thải. Lấy 20 g mẫu đã được xay hay nghiền nhỏ vào bình chiết, thêm 50 mL nước cất, chỉnh pH 2 bằng H2SO4 10%, lắc đều, thêm 1 g Na2S2O3, thêm 2 mL dung dịch Co(NO3)2, lắc đều 10 phút, thêm 20 mL rượu isoamylic tinh khiết,

đậy nút phễu chiết, buộc chặt và tiến hành chiết trong 10 phút, để yên 5 phút cho phân lớp. Tách lấy phần dung môi hữu cơ để xác định anion CNS đã đuợc chiết vào dưới dạng hợp chất phức Co(SCN)4

2-. Ví dụ 2: Chiết xử lý mẫu để xác định hàm lượng anion CN- trong bã thải. Lấy 20 g mẫu đã đuợc xay hay nghiền mịn vào bình chiết , thêm 50 mL nước cất, chỉnh pH 12 bằng dung dịch NaOH 5%, lắc đều, thêm 5 mL dung dịch huyền phù CuCO3 2%, 1 mL KCN 1%, đậy nút phễu chiết, buộc chặt và tiến hành chiết trong 30 phút, tốt nhất bằng máy lắc, để yên 5 phút cho phân lớp. Tách lấy phần dung dịch trong, định mức thành 50 mL bằng nước cất và xác định anion CN đã tan vào dung dịch này ở dạng phức Cu(CN)3

- bằng phương pháp AAS cho kim loại Cu. Suy ra hàm lượng ion CN theo phản ứng: Cu2+ + 3CN- Cu(CN)3

- Ví dụ 3: Xử lý mẫu xác định các nguyên tố á kim: As, Cl, Br, S, P, ... trong thực phẩm, cá, tôm, cua.. Trứơc hết mẫu phân tích cần đuợc xay thành bột nhão và trộn đều. Cân 5 g mẫu vào chén nung, thêm 2 g NaHCO3, 4 g KOH, 10 g Na2O2, 5 mL nước cất, trộn đều rồi đun nhẹ cho mẫu sôi đều. (chú ý: mẫu dễ sủi bọt và bắn khi đun). Tiếp tục đun nhẹ cho đến khi mẫu hết sủi bọt rồi đun mạnh đến khi thành than đen. Nung 3 h đầu ở 450 oC sau đó nâng lên 530 oC đến khi nào hết than đen là được. Để nguội, đem hòa tan mẫu trong 100 mL dung dịch NH4NO3 2% pH 4. Lắc mạnh, đều và để lắng. Lọc hay ly tâm lấy phần dịch trong để xác định các nguyên tố As, Cl, P, S trong dung dịch ở dạng AsO4

3-, Cl-, PO43-, SO4

2-

3.3.2.5. Kỹ thuật chiết pha rắn lấy các anion

Đây thực chất là kỹ thuật sắc ký, nguyên tắc và trang bị đã được nêu trong chương II, mục 2.4. Sau đây là một số ví dụ cụ thể cho xử lý tách một số anion. Cách này được dùng chủ yếu cho mẫu lỏng, hay các mẫu rắn có thể hòa tan trong dung dịch nước có acid hay kiềm lỏng.

Ví dụ 1: Xử lý mẫu tách lấy anion Nhóm Halogen trong mẫu nước: Lấy 250 mL mẫu nước vào cốc, kiềm hóa đền pH = 8, lắc hay khuấy kỹ, lọc bỏ cặn kết tủa. Lấy dung dịch trong dội qua cột chiết anion (DVA – Chrompack 5 µm) với tốc độ 3-4 mL/phút (có hút chân không mới chảy được). Khi đã hết dung dịch mẫu qua cột chiết, hút chân không tiếp 2 phút. Cho chảy qua cột chiết 5 mL nước cất. Sau đó rửa giải các anion halogen ra khỏi cột chiết bằng 25 mL dung dịch HNO3 0.5M, rửa cột thêm 5 mL nước cất. Thu lấy dung dịch rửa giải này, đun sôi và làm bay hơi đến còn muối ẩm, sau đó định mức thành 25 mL bằng dung dịch HNO3 0.5%. Và xác định các anion Halogen trong dung dịch này. Ví dụ 2: Xử lý chiết tách các anion nhóm sunfat (Vấn đề này có thể xem thêm ở ví dụ 2 và ví dụ 4 trong mục 2.4.4,2.4.2.3 ở chương 2). Lấy 250 mL mẫu nước vào cốc, acid hóa đến pH = 1, lắc hay khuấy kỹ, lọc bỏ cặn kết tủa. Lấy dung dịch trong dội qua cột chiết anion (DVA – Chrompack 5 µm) với tốc độ 3-4 mL/phút (có hút chân không mới chảy được). Khi đã hết dung dịch mẫu qua cột chiết, hút chân không tiếp 2 phút. Cho chảy qua cột chiết 5 mL nước cất. Sau đó rửa giải các anion SO4

2- ra khỏi cột chiết bằng 25 mL dung dịch HCl 0.75M, rửa cột thêm 5 mL nước cất. Thu lấy dung dịch rửa giải này, đun sôi và làm bay hơi đến còn muối ẩm, sau đó định mức thành 25 mL bằng dung dịch HCl 0.5%. Và xác định các anion SO4

2- trong dung dịch này. 3.3.2.6. Kỹ thuật kết tủa tách chất phân tích: Dùng một thuốc thử kết tủa và acid để phân hủy mẫu và kết tủa ngay chất phân tích dưới dạng hợp chất không tan. Ví dụ dùng acid HNO3 và thuốc thư AgNO3 để xử lý mẫu và kết tủa tách các anion của nhóm Halogen. Hay là dùng acid HCl và BaCl2 để xử lý mẫu và kết tủa tách anion. Cách này cũng được ứng dụng chủ yếu cho các mẫu lỏng, hay mẫu rắn hòa tan được trong các môi trường acid yếu (pH = 2-5)

Cách xử lý và ví dụ Ví dụ 1: Xử lý mẫu để xác định anion nhóm Halogen trong mẫu nước thải. Lấy 200 mL mẫu, thêm acid HNO3 35% đến pH = 0, đun sôi (nếu có cặn thì ly tâm lọc bỏ cặn), làm bay hơi bớt còn độ 50 mL, thêm 5 mL HNO3 65%, thêm 10 mL dung dịch AgNO3 0.1 M, đun cách thủy 10 phút. Để nguội, lọc lấy kết tủa, rửa kết tủa bằng dung dịch HNO3 0.05% 2 lần. Lấy kết tủa để xác định các anion Halogen (ion Cl- Br- I-). Ví dụ 2: Xử lý mẫu để xác định hàm lượng anion SO4

2- trong mẫu nước. Lấy 200 mL mẫu, thêm acid HNO3 35% đến pH = 0, đun sôi (nếu có cặn thì ly tâm lọc bỏ cặn), làm bay hơi bớt còn độ 50 mL, thêm 5 mL H2SO4 98%, thêm 10 mL dung dịch Ba(NO3)2 2%, đun cách thủy 10 phút. Để nguội,thêm 25 mL rượu etylic 96%, lắc đề, ly tâm hay lọc lấy kết tủa, rửa kết tủa bằng dung dịch HNO3 0.05% có 20% rượu etylic 2 lần. Lấy kết tủa để xác định anion SO4

2-. Ví dụ 3: Xử lý mẫu để xác định hàm lượng As trong mẫu quặng, đất, đá, bã thải rắn(ở đây ta dùng phương pháp cộn kết As với La(OH)3 ở dạng As(OH)5 và As(OH)3 ) Cân lấy 1g mẫu (đã được xay hay nghiền mịn) vào chén teflon, hay chén Pt ướt bằng nước cất, thêm 10 mL HNO3 65%, lắc nhẹ đều và để yên độ 10 phút, thêm 12-15 mL HF 40%, 3 mL HClO4 70%, đậy nắp chén, lắc nhẹ đều và để yên 15 phút. Mở nắp và đun cho mẫu sôi và bốc khói, đến khi thấy khói trắng dày đặc và khi xuất hiện nhiều thi thôi. Pha loãng mẫu thêm 50 mL nước cất, thêm 3 mL H2SO4 98%, lắc đều, để nguội và lọc bỏ kết tủa PbSO4 qua giấy băng xanh, rửa kết tủa 3 lần bằng 20 mL nước cất. Thu toàn bộ nước lọc và rửa vào cốc sạch khác, thêm 5 mL dung dịch LaCl3 5%, lắc đều, đun sôi, vừa khuấy và thêm dung dịch NH3 25% đến pH = 9, thêm dư 5 giọt nữa, đun sôi và lọc nóng kết tủa qua giấy băng đỏ. Rửa kết tủa 2 lần bằng 10 mL dung dịch NH3 1%. Như vậy As sẽ kết tủa cùng La(OH)3. Lấy kết tủa hòa tan bằng 20 mL HCl 35%, tráng giấy lọc bằng 10 mL HCl 5%. Thu dung dịch và định mức thành 50 mL. Đây là dung dịch để xác định As bằng phương pháp AAS với kỹ thuật hydrua hóa. Cách này thích hợp cho các loại mẫu có nhiều Si (hàm lượng Si>10%) và khi hàm lượng SiO3 trong mẫu lớn thì ta phải thêm HF nhiều, gấp hai hay gấp ba số lượng nói trên mới đủ. 3.3.2.7. Phương pháp thăng hoa Phương pháp này là dựa trên cơ sở sự thăng hoa của chất phân tích ở trạng thái rắn, khi chúng ta đun nóng mẫu phân tích tại một nhiệt độ nhất định. Chất phân tích khi thăng hoa sẽ được đọng lại trên đáy bình ngưng lạnh. Ví dụ: Xác định hàm lượng iod trong bã thải rắn hay loại mẫu tương tự. Lấy 5g mẫu đã nghiền mịn đều vào các thăng hoa, thêm 5g tinh thể Al2O3 và 2g CaO khan, trộn đều. Lắp bình ngưng lên trên cốc thăng hoa (hình 3.12). Đun nhẹ cho chất phân tích (iod) thăng hoa, khi thấy mẫu nóng chảy đỏ thì dừng. Lấy bình ngưng tụ ra để nguội và nhúng vào cốc có sẵn 50mL benzen để hòa tan iod. Lấy dung dịch benzen để xác định iod. Hình 3.12: Dụng cụ thăng hoa mẫu lấy chất phân tích

CHƯƠNG VI: XỬ LÝ MẪU ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC CHẤT HỮU CƠ 4.1. khái niệm và phân loại mẫu hữu cơ 4.1.1. mẫu hữu cơ, các loại và đặc điểm của nó

Mẫu hữu cơ là các loại mẫu mà chất nền (matrix) của mẫu là các chất hữu cơ. Ví dụ các mẫu thực phẩm, gạo, bột, thực vật, rau quả, cây lá, sữa, dầu mỡ v.v. các loại mẫu này có thể tồn tại ở trạng thái rắn, lỏng, khí, hay huyền phù. Các mẫu hữu cơ cũng có cả các chất vô cơ, các chất kim loại, chúng tồn tại trong mẫu ở dạng hợp chất cơ kim hay cơ hữu cơ. Vì thế có cả xác định các chất hữu cơ và xác định các chất vô cơ, các nguyên tố kim loại trong mẫu hữu cơ. Ví dụ như xác định các thuốc trừ sâu diệt cỏ trong mẫu đất nông nghiệp, là xác định chất hữu cơ trong mẫu vô cơ. Nhưng trong mục này chủ yếu trình bày các kỹ thuật xử lý mẫu để lấy các chất hữu cơ trong các đối tượng mẫu hữu cơ và vô cơ khác nhau để xác định chúng. Chất hữu cơ có rất nhiều, song người ta phân chia thành các loại sau đây:

1. Các loại hợp chất hydrocacbua mạch thẳng và mạch vòng. 2. Các loại hợp chất carbonyl (acid và aldehyd). 3. Các loại hợp chất amino acid, các amin và vitamin. 4. Các loại hợp chất hữu cơ cơ Halogen (Cl, Br) cơ nitơ. 5. Các loại hợp chấy cơ kim loại 6. Các loại hợp chất dị vòng, cơ phosphor và nitơ v.v.

Tất nhiên cách phân chia này là theo quan điểm của hoá học hữu cơ. Trong các loại này, nếu xét về độ bay hơi của chúng thì người ta lại xếp thành ba nhóm như sau

- Nhóm 1: là các chất dẽ bay hơi, điểm sôi thấp (điểm sôi <150oC ) - Nhóm 2: các chất có độ bay hơi trung bình (điểm sôi 150-200oC) - Nhóm 3: các chất khó bay hơi (điểm sôi ≥ 250oC) Trong xử lý mẫu phân tích để xác định các chất hữu cơ, chúng ta sẽ đề cập và sử dụng cả hai cách phân chia này. 4.1.2. Các yêu cầu của xử lý mẫu cho phân tích các chất hữu cơ. Các chất hữu cơ là rất phong phú, nhiều loại chất đa dạng, nhiều gấp hàng tỷ lần các chất vô cơ mặc dù chỉ có vài nguyên tố hoá học chính là C,H,O,S, cho ra các chất hữu cơ bị lên men, bị oxy hoá, bị đốt cháy, bị phá vỡ phân tử sinh ra các sản phẩm khác nhất là các hợp chất trong phân tử có liên kết π (nối đôi, nối ba, mạch cacbon không no). Vì thế, ngoài các yêu cầu chung của xử lý mẫu phân tích đã nói ở trên, thì các kỹ thuật để xử lý mẫu để phân tích các chất hữu cơ cũng có những điểm khác với các chất vô cơ. Vấn đề cụ thể là: + vì tính đa dạng, phức tạp nên khó tách các chất phân tích ra khỏi mẫu. +vì tính không bền nên dễ bị mất khi xử lý hay phân huỷ. +phải có nhiều loại trang bị khác nhau cho mỗi loại chất. +trong xử lý cần nhiều dung môi hữu cơ, có dung môi điểm sôi thấp. +phải khống chế nghiêm ngặt các điều kiện khi xử lý mẫu + thường phải bảo quản ở nhiệt độ thấp (từ +4 đến -20oC). 4.2. Các kỹ thuật xử lý mẫu để xác định chất hữu cơ 4.2.1 Nguyên tắc chung - Để lấy được tốt các chất phân tích, trứơc hết phải chuyển mẫu thành dạng bột hay huyền phù hay dung dịch đồng nhất trong một dung môi thích hợp, nước hay dung môi hữu cơ, tuỳ cách xử lý, loại mẫu, và chất phân tích. - Sau đó lấy một lượng nhất định và xử lý bằng một kỹ thuật thích hợp, ví dụ như chưng cất hay chiết, hay kết tinh dể lấy chất phân tích ra khỏi mẫu ban đầu và chuyển nó vào một dung môi thích hợp. Sau đó xác định chúng trong dung môi đó. 4.2.2. Các phương pháp, kỹ thuật xử lý và ví dụ 4.2.2.1. Các kỹ thuật chưng cất 4.2.2.1.1. Kỹ thuật chưng cất thông thường 4.2.2.1.1.A. Nguyên tắc Chọn các điều kiện thích hợp để chưng cất tách lấy chúng ra khỏi mẫu phân tích ban đầu và có thể cho nó tan vào một dung môi khác tốt hơn, phù hợp với phương pháp xác định (phân tích )

đã chọn. Sau đó xác định nó trong dung môi này (xem thêm cơ sở của sự chiết trong chương II ở trên) 4.2.2.1.1.B. Các trang bị, cách làm và ví dụ Trang bị cho kỹ thuật này là các hệ chưng cất khác nhau từ mức độ nhỏ đến lớn(hình 20 ). Trong quá trình chưng cất tuỳ thuộc vào điểm sôi của chất mà nước làm lạnh để ngưng cất có thể là nước máy ở nhiệt độ thường, hay nước máy được làm lạnh đến nhiệt độ nhất định phù hợp để ngưng được tốt chất cần chưng cất. Các ví dụ về cách chưng cất, sinh viên tự xem trong giáo trình thực tập hoá hữu cơ, như:

- Ví dụ 1: chưng cất tách các hợp chất cacbua hydro thơm. - Ví dụ 2: chưng cất tách các hợp chất clo-phenols. - Ví dụ 3: chưng cất lấy Benzen từ benzen kỹ thuật và lấy cặn xác định tạp chất trong

benzene. Hinh 4.20 Các bộ phận của bộ chưng cất thông thường

4.2.2.1.2. Kỹ thuật chưng cất lôi cuốn A. Nguyên tắc chung: Hòa mẫu vào dung môi lôi cuốn ví dụ hòa bánh phở và nước cất để cất lôi cuốn formaldehyde cùng hơi nước. Chọn điều kiện thích hợp để chưng cất lấy chất phân tích theo nhiệt độ sôi của chúng, để chưng cất tách lấy chúng cùng đi theo một chất lôi cuốn có nhiệt độ sôi xấp xỉ nhưng bay hơi tốt, để kéo nó ra khỏi mẫu phân tích và cho nó ngưng tụ vào dung môi lôi cuốn tốt hơn, sau đó xác định nó trong dung môi này. Cách chưng cất này có thể tham khảo trong giáo trình hóa hữu cơ. B. Các trang bị, cách làm và ví dụ: Trang bị của kỹ thuật chưng cất này cũng là các bộ chưng cất như kỹ thuật chưng cất thông thường, gặp trong hóa hữu cơ. Ví dụ 1: chưng cất lôi cuốn lấy cresol. Ví dụ 2: Chưng cất lôi cuốn hơi nước lấy formaldehyde từ bánh phở hay bún. Lấy 20 g bánh phở vào cối mã não, nghiền mịn, thêm 50 mL nước cất, trộn đều, chuyển vào bình chưng cất, tráng cối nghiền bằng 50 mL nước cất, gộp hết vào bình cất, thêm 12 mL H3PO4 đậm đặc, đun sôi nhẹ để chưng cất cho formaldehyde bay hơi cùng hơi nước (khi thu đuợc 50 mL là chưng cất hết formaldehyde), như vậy tại bình ngưng ta sẽ thu đuợc dung dịch formaldehyde trong nước. Xác định formaldehyde trong dung dịch này bằng HPLC, GCMS hay phổ UV-VIS. 4.2.2.1.3. Kỹ thuật chưng cất trong áp suất thấp A. Nguyên tắc chung: Đây chỉ là một kiểu của kỹ thuật chưng cất, do đó về nguyên tắc thì cũng giống như nguyên tắc của chưng cất đã nêu. Điểm khác là sự chưng cất ở đây diễn ra ở áp suất thấp kiểm soát nhờ hệ máy hút chân không. Trong điều kiện áp suất thấp, nhiệt độ sôi và bay hơi của các chất sẽ thấp hơn so với điềukiện nhiệt độ bình thường, vì thế quá trình chưng cất sẽ diễn ra nhanh, triệt để và an toàn hơn. Các chất sẽkhông bị phân hủy và có thể tách ra khỏi mẫu dễ dàng hơn ở điều kiện thường. Chưng cất cô quay chân không chính là một kiểu của chưng cất dưới áp suất thấp. phương pháp này thường được áp dụng cho các chất dễ bay hơi và kém bền hay để loại(đuổi) dung môi khỏi mẫu.

4.2.2.1.3.B Các trang bị cách tiến hành và ví dụ Để thực hiện xử lý mẫu theo phương pháp chưng cất này chúng ta phải cần có hệ thống chưng cất máy điều nhiệt và một bơm chân khôn g tạo áp suất thấp (hình 4.21). Kỹ thuật này hiện nay được ứng dụng theo hai mục đích như: 1. chưng cất lấy dung môi hay chất tinh khiết từ dung môi không tinh khiết 2. chưng cất đuổi dung môi để lấy cặn bã còn lại để xác định một số tạp chất hữu cơ và

vô cơ có trong dung môi hay trong các mẫu lỏng. Ví dụ 1: Chưng cất xử lý mẫu MeOH không tinh khiết để xác định các tạp chất hữu cơ khó bay hơi trong MeOH. Lấy 200mL mẫu MeOH cho vào bình chưng cất(hình 4.21) cho máy hút chân không, máy điều nhiệt chạy, máy điều nhiệt nước làm lạnh khống chế ở 10oC, tốc độ 21 phút. Rồi tiến hànhđun cách thuỷ để chưng cất mẫu đến khi mẫu còn khoảng 2 mL thì dừng lại để nguội, lúc này chỉ còn bã đặc sánh bám vào đầy bình, hoà tan bã này bằng 5

mL dung môi diico-methane có 20% acetonitril, hay hoà tan trong n-hexan. Lấy dung dich này xác định các chất hữu cơ bằng phương pháp HPLC, hay GC hay GC-VIS. Ví dụ 2: Xử lý mẫu để xác định hàm lượng Vitamin Ảtong mẫu rau quả. Lấy 10g mẫu đã nghiền min vào bình nón có nút nhám, thêm 20g Na2SO4 khan (đã sấy khô trong 4 giờ ở 400oC). 10g MgCO3 khan, 40 mL n-Hexan vào bã và lắc chiết tiếp. Lọc lấy dung dịch và gộp cả hai lần dung dịch n-hexan vào bình cất quay. Cất quay từ từ cho dung môi bay hơi (giữ nước làm lạnh 4oC) đến còn độ 1mL để nguội, hoà tan bã sánh còn lại này trong 5mL dung môi MeOH, hay n-hexan, ta được dung dịch mẫu để xác định xác định các chất bằng phương pháp HPLC. 4.2.2.1.4. Kỹ thuật chng cất trong môi trường siêu âm 4.2.2.1.4.A Nguyên tắc chung Đây cũng chỉ là một kiểu của kỹ thuật chưng cất do đó về nguyên tắc thì cũng như nguyên tắc của chưng cất đã nêu ở trên xong ở đây chỉ có một điều khác là quá trình chưng cất được thực hiện trong môi trường có năng lượng siêu âm, tạo điều kiện cho sự chưng cất chọn lọc và nhanh hơn. Trong điều kiện của siêu âm, nhiệt độ sôi và bay hơi của các chất sẽ khác (thường là thấp hơn) ở điều kiện bình thường. vì thế quá trình chưng cất nhanh hơn, triệt để và an toàn hơn, các chất lại có thể được tách ra khỏi mẫu ban đầu dễ dàng hơn. Chưng cất theo kiểu này thường được áp dụng cho một số hợp chất hữu cơ đa vòng, đa nhân, khó bay hơi và trong các nền mẫu phức tạp như sữa, đất, bùn, trầm tích,v.v. Hình 4.21. Sơ đồ quay hệ thống trên không

4.2.2.1.4B. Các trang bị, cách tiến hành và ví dụ: Muốn thực hiện xử lý mẫu theo phương pháp này chúng ta cần phải có hệ thống chưng cất và buồng tạo sóng siêu âm cung cấp năng lượng siêu âm cho quá trình chưng cất (hình 4.22 ). Kỹ thuật này hiện nay còn rất mới song cũng đã có vài hãng sản xuất và bán các thiết bị trên thị trường phục vụ xử lý mẫu để xác định các chất hữu cơ và vô cơ. Hình 4.22. Sơ đồ hệ thống chiết siêu âm. Ví dụ 1: Chưng cất tách các hợp chất họ chlorophenols và pesticide từ mẫu đất, bã thải, thực phẩm. Lấy 20 g mẫi đã nghiền nhỏ vào bình chưng cất, nhũ hóa trong 50 mL dung môi hữu cơ, ví dụ CH2Cl2+n-hexane (1:1), thêm 25 g Na2SO4 khan, lắc kỹ, chưng cất lấy chất phân tích vào bình ngưng. Lấy dung dịch mẫu ngưng được, làm bay hơi dung môi bằng dòng khí nitrogen sạch hay cô quay. Hòa tan bã còn lại trong 5 mL MeOH và xác định các chất trong dung dịch này bằng LC hay GC Ví dụ 1:Xử lý mẫu để xác định các và ─Caroten trong các loại rau quả tươi. Ta nghiền mẫu thành bột nhão,bảo quản ở 40C, sau đó cân lấy 5g mẫu vào phễu chiết (hay bình nón có nút nhám). Thêm 20g Na2SO4 khan, 1g MgCO3 khan, và thêm 40mL dung môi THF, lắc chiết mạnh trong 5 phút, lọc hút chân không để tách phần dung dịch THF.Lặp lại sự chiết bằng 40mL THF như thế lần nữa.Gộp hai phần dung dịch THF lại và định mức thành 100mL bằng THF. Đó là dung dịch để xác định các chất Caroten bằng phương pháp HPLC [Method CH,Hương 1]. Hình 4.23.Hệ thống chiết thông thường Ví dụ 2:Xác định Vitamin A trong Serum (huyết thanh). Lấy 0.10mL Serum vào ống nghiệm, thêm 0.90mL dung dịch NaCl 0.9%, bão hoà khí Nitơ trong 1 phút, thêm 0.50mL C2H5OH tuyệt đối lắc mạnh, thêm 1.0mL n-Hexane, lắc đều, ly tâm với tốc độ 4000Vg/pm trong 5 phút.Tách ngay lấy lớp

hữu cơ (lớp n-Hexan có chứa Vitamin A) để bơm vào cột sắc ký NP-HPLC (pha thường có hạt 5 µm, cột 250 x 4.6 mm), để xác định Vitamin A. Ví dụ 3:Xác định họ clo-phenols trong mẫu rắn, bột…(như thực phẩm hay mẫu đất).Trước hết cũng phải xây mẫu thành bột nhão, trộn đều. Cân 5g mẫu vào phễu chiết, thêm 20mL nước cất trộn đều, chỉnh pH đến 2 bằng acid HCl 4M, lắc đều, thêm 20mL dung môi dietyl-ete, lắc chiết mạnh trong 5 phút, để lắng yên trong 5 phút.Sau đó tách lấy lớp hữu cơ. Lặp lại sự chiết như thế một lần nữa. Gộp pha hữu cơ trong 2 lần chiết lại, làm khô bằng Na2SO4 khan, rồi chuyển vào bình định mức 50mL, và định mức bằng dung môi chiết. Đây là dung dịch mẫu để xác định các clo-phenols bằng GC. Với các loại mẫu nước như nước thải, nước sông hồ…Lấy 250mL mẫu, chỉnh pH và làm tiếp tương tự. Nếu nồng độ nhỏ thì lấy 500mL mẫu. Ví dụ 4:Xác định họ hợp chất clo-phenoxy trong mẫu rắn, bột…(như thực phẩm, đất, bùn, rau quả.[Method 3221A]. Trước hết cũng phải xây mẫu thành bột hay bột nhão, trộn đều, cân 5g vào phểu chiết, thêm 10mL nước cất, trộn đều, chỉnh pH đến 2 bằng acid HCL 4M, lắc đều, thêm 20mL dung môi dietyl-ete, lắc chiết mạnh trong 5 phút, để lắng yên trong 5 phút.Sau đó tách lấy lớp hữu cơ. Lặp lại sự chiết như thế một lần nữa. Gộp pha hữu cơ trong 2 lần chiết lại, làm khô bằng 20-25g Na2SO4 khan.Làm bay hơi dung môi chiết nhờ dòng khí nitơ hay cất quay chân không còn độ 1mL, để nguội và hoà tan bã rắn này trong 5mL MeOH rồi xác định bằng HPLC,GC…Với các loại mẫu nước như nước thải, nước sông hồ,..Lấy 250mL mẫu, chỉnh pH và làm tiếp tương tự, nếu nồng độ nhỏ thì lấy 500mL mẫu. Ví dụ 5:Xác định họ hợp chất Carbamate trong mẫu rắn, bột …(như thực phẩm, đất, bùn, rau quả) [Method 8321A].Trước hết cũng phải xay mẫu thành bột hay bột nhão, trộn đều.Cân 5g mẫu vào phễu chiết, thêm 10mL nước cất, trộn đều, chỉnh pH đến 4-5 bằng acid HCl 4M, lắc đều, thêm 20mL dung môi Diclo-metylen (CH2Cl2), lắc chiết mạnh trong 5 phút, để lắng yên 5 phút. Sau đó tách lấy lớp hữu cơ. Lặp lại sự chiết như thế một lần nữa. Gộp pha hữu cơ trong 2 lần chiết lại, làm khô bằng 20-25g Na2SO4 khan.Làm bay hơi dung môi chiết nhờ dòng khí nitơ hay cất quay chân không còn độ 1mL, để nguội và hoà tan bã rắn này trong 5mL MeOH rồi xác định bằng HPLC,GC…Với các loại mẫu nước như nước thải, nước sông hồ,..Lấy 250mL mẫu, chỉnh pH và làm tiếp tương tự, nếu nồng độ nhỏ thì lấy 500mL mẫu 4.2.2.2.2.Kỹ thuật chiết dòng liên tục 4.2.2.2.2.A.Nguyên tắc chung Quá trình chiết ở đây chỉ chiết cách chiết thông thường là khi chiết một trong hai pha là chuyển động liên tục, hay có thể cả hai pha cùng chuyển động nguợc chiều nhau. Trong đó nếu pha chiết (dung môi chiết) có tỷ khối lớn hơn dung môi (pha) chứa mẫu nhiều, thì sự chiết càng thuận lợi hơn. Vì thế quá trình chiết xảy ra nhanh và hiệu quả cao hơn chiết thông thuờng. Trong thực tế, ngưòi ta thuờng giữ yên pha chứa mẫu trong bình chiết, còn pha động chiết (dung môi chiết) thì đuợc duợc bơm liên tục tuần hoàn sục vào bình chiết, mà không phải lắc chiết kỹ thuật chiết này hay đuợc dùng trong chiết sản xuất, quy trinh chiết công nghệ. 4.2.2.2.2B. Trang bị cách tiến hành và ví dụ Muốn thực hiệnchiết theo kỹ thuật này phải có hệ thống chiết gồm bình chiết, bình tách pha, và hệ máy bơm để bơm pha động chiết theo yêu cầu mong muốn sục vào bình chứa mẫu (hình 4.24) Hình 4.24. Sơ đồ hệ thống chiết dòng liên tục đơn giản Ví dụ: Chiết tách 1 số chất hữu cơ trong nước thải [ methode 3520 ]. Lấy 500 ml mẫu vào bình chiết. Cho máy chạy, bơm dung môi chiết ( CCl4 + CH2Cl2 ) sục vào bình chiết tuần hoàn liên tục trong 30 phút. Sau đó để lắng cho phân lớp và tách lấy phần dung môi hữu cơ, làm khô bằng

Na2SO4 khan làm bay hết dung môi chiết và hòa tan bã còn lại trong dung môi MeOH và xác định các chất trong mẫu này bằng phương pháp HPLC và GC. 4.2.2.2.3 Kỹ thuật chiết Soxhlet. 4.2.2.2.3.A Nguyên tắc chung. Về nguyên tắc thì đây cũng là quá trình chiết dựa theo sự phân bố của chất trong 2 dung môi ( 2 pha ) không trộn lẫn vào nhau như cách chiết thông thường, song có điều khác là được thực hiện trong trong kiểu trang bị khác mà thôi, với mục đích thu được kết quả chiết tốt và nhanh, chọn lọc. Nhìn hệ trang bị trong hình 4.26, chúng ta cũng thấy được sự chiết của phương pháp này hoạt động khác hẳn kiểu thông thường. Kiểu chiết này áp dụng được cả cho mẫu rắn và mẫu lỏng. 4.2.2.2.3.B trang bị cách tiến hành và ví dụ. Hệ trang bị để thực hiện kiểu chiết này được chỉ ra trong hình 4.26. trong đó cũng có hình kiểu đơn giản ( simplet soxhlet ) và kiểu tư động ( auto soxhlet ). Các trang bị này hiện nay hiện nay đều có bán trên thị trường và có đủ các mức độ chiết khác nhau. Ví dụ 1 : Chiết tách các chất hữu cơ có độ bay hơi trung bình và khó bay hơi trong mẫu đất bã thải [ methode 3540 ] bằng kỹ thuật soxhlet. Lấy 10g mẫu đá nghiền mịn. trộn đều với 25g Na2SO4 khan, cho dung môi chiết vào ( 50 ml dung môi CH2Cl2 và n- hexane tỷ lệ 1/1 ), tiến hành chiết trong 6 giờ, sau đó chiết lấy dung dịch pha chiết) để xác định các chất trong pha chiết này bằng phương pháp HPLC hay GC. Ví dụ 2: Chiết tách các chất hữu cơ có độ bay hơi trung bình và khó bay hơi trong mẫu đất bã thải [ methode 3540 ] bằng kỹ thuật soxhlet tự động. Lấy 10g mẫu đá nghiền mịn. trộn đều với 25g Na2SO4 khan đã nung lại trong 4 giờ ở 400oC, cho dung môi chiết vào ( 50 ml dung môi CH2Cl2 và n- hexane tỷ lệ 1/1 ), tiến hành chiết trong 6 giờ, sau đó chiết lấy dung dịch pha chiết) để xác định các chất trong pha chiết này bằng phương pháp HPLC, GC – MS hay GC. V í dụ 3:Chiết tách các chất hữu cơ có độ bay hơi trung bình và khó bay hơi tong mẫu không khí [Method 3542] bằng kỹ thuật Soxhlet tự động.Lấy 10g Na2SO4 khan váo bình chiết, cho dung môi chiết vào (50mL dung môi diclo methylen hay n-Hexan), Lắc dều tiến hành chiết khi bơm mẫu không khí liên tục vào bình chiết với tốc độ 2-4 l/phút, đến khi nào được đủ 500l không khí qua bình.Sau đó tách lấy dung dịch (pha chiết) để xác định các chất trong pha chiết này bằng phương pháp HPLC hay GC. Nếu nồng độ chất nhỏ thì có thể lấy 1000 lít mẫu không khí. Hình 4.26.Sơ đồ các hệ thống chiết Soxhlet 4.2.2.2.4.Kỹ thuật chiết trong siêu âm 4.2.2.2.4A.Nguyên tắc chung Đây cũng là một kiểu của kỹ thuật chiết như sự chiết bình thường, chỉ có khác là quá trình thực hiện chiết là xãy ra trong môi trường có thêm tác dụng của sóng siêu âm trong hệ chiết, để thúc đẩy sự chiết xãy ra tốt hơn, triệt để hơn và nhanh hơn so với điều kiện tách chiết bình thường.Tất nhiên ở đây, các chất mẫu và chất phân tích phải không bị ảnh hưởng bởi sóng siêu âm.Kỹ thuật này phù hợp cho các loại chất khó bay hơi, như các loại clo-PAH6, clo-Pestide, chiết các chất trong mẫu rắn mẫu bột, mẫu lá.v.v… 4.2.2.2.4B.Trang bị, cách tiến hành và ví dụ. Để thực hiện cách chiết này, thì hệ chiết phải được đặt trong cabin (hộp) kín có bộ phận cấp sóng siêu âm trong vùng tần số thích hợp cho sự chiết (Hình 4.27). Các trang bị của các hệ chiết

theo kiểu này, hiện nay đã được sản xuất bởi nhiều hãng chế tạo dụng cụ thí nghiệm phân tích và có bán trên thị trường, từ mức độ phân tích đến mức độ bán sản xuất. Ví dụ 1:Chiết tách một số chất hữu cơ đa vòng khó bay hơi và bay hơi trung bình trong mẫư đất bùn, trầm tích..[Method 3550].Lấy 10g mẫu đã nghiền mịn vào bình chiết, thêm 25-30g muối khan Na2SO4, thêm 50mL dung môi chiết (diclo-methylen + n-Hexan trong tỷ lệ:v/v=1/2), trộn đều, đậy nắp và đặt vào buồng siêu âm, đóng chặt máy siêu âm, chọn và đặt các thông số siêu âm thích hợp để chiết.Tiến hành chiết trong 50 phút. Để nguội lấy hỗn hợp mẫu ra tách pha, lấy dung dịch pha hữu cơ, làm bay hơi dung môi bằng dòng khí nitơ sạch (hay cất quay chân không), đến khi còn bã ướt.Hoà tan bã trong 3mL (hay 5mL) dung môi MeOH. Đây là dung dịch mẫu để xác định các chất bằng phương pháp GC hay HPLC. Ví dụ 2:Chiết tách một số chất hữu cơ thuộc họ Pesticide trong mẫu đất, bùn, trầm tích, rau quả[Method3550b]. Lấy 10g mẫu đã nghiền mịn vào bình chiết, thêm 30g muối khan Na2SO4, thêm 50mL dung môi chiết (diclo-methylen + n-Hexan trong tỷ lệ:v/v=2/1), trộn đều, đậy nắp và đặt vào buồng siêu âm, đóng chặt máy siêu âm, chọn và đặt các thông số siêu âm thích hợp để chiết.Tiến hành chiết trong 50 phút. Để nguội lấy hỗn hợp mẫu ra tách pha, lấy dung dịch pha hữu cơ, làm bay hơi dung môi bằng phương pháp cất quay chân không khi còn độ 1mL, để nguội, Ta được bã ướt.Hoà tan bã này trong 5mL dung môi MeOH (hay n-Hexan). Đây là dung dịch mẫu để xác định các chất thuộc họ Pesticide bằng phương pháp GC hay HPLC hay GC-MS Một số ví dụ khác có thể xem trong mục 2.4.4.2.3 ở chương 2 Hình 4.27.Sơ đồ hệ thống chiết siêu âm 4.2.2.2.5 Kỹ thuật chiết các chất phân tích dạng khí – rắn. 4.2.2.2.5.A Nguyên tắc chung. Nguyên tắc của cách chiết này là các chất phân tích cần chiết phải ở trạng thái khí hoặc là mẫu ở dạng khí hay nhờ 1 cách thích hợp, tại 1 nhiệt độ thích hợp để chuyển chất mẫu thành khí, còn pha tĩnh để chiết là chất rắn xốp. Pha tĩnh chất chiết để trong cột chiết hay là dạng đĩa. Pha tĩnh chiết ở đây là Silica Gel xốp loại trung tính hay pha ngược, có khả năng hấp phụ tốt chất phân tích. Vì thế gọi là kỹ thuật chiết rắn – khí. Trong quá trình chiết, mẫu được hóa khí và được dòng khí mang trơ N2 hay Ar sạch ( > 99,99% ) dẫn chất mẫu vào cột chiết theo tính chất hấp phụ của nó, còn các chất khác thì đi qua. Sau đó dùng một dung môi thích hợp như acetonitril hay CH2Cl2 để rửa giải chất phân tích ra khỏi cột chiết, để phân tích chúng trong dung dịch này. Nếu các chất phân tích dễ bay hơi, người ta cũng có thể giải hấp chất phân tích ra khỏi cột chiết bằng ca1hc tăng nhiệt độ cột chiết làm các chất dễ bay hơi và nhờ dòng khí trơ sạch mang các chất phân tích trực tiếp vào máy GC để phân tích nó. 4.2.2.2.5.B Trang bị, cách tiến hành và ví dụ. Để thực hiện cách chiết này thì phải có hệ chiết kín ( hình 4.28 ). Nguồn cấp khí trơ tinh khiết ( Nitơ hay Ar 99,99% ) và khống chế được tốc độ dòng mong muốn. Các trang bị của hệ chiết theo kiểu này hiện nay đã được sản xuất bởi nhiều hãng chế tạo dụng cụ thí nghiệm phân tích và có bán trên thị trường. Các cột chiết hay đĩa chiết có chứa silica gel xốp loại pha thường và pha ngược cũng được chế tạo và bán sẵn trên thị trường. Các cột chiết này thường có dung tích chất chiết từ 6 – 10 ml. Ví dụ 1: Xử lý mẫu chiết tách các chất hữu cơ dễ bay hơi trong nước thải [ methode 5035 và 5022 ]. Lấy 250 ml mẫu vào bình chiết, đun nóng đến 60o+C, sục khí trơ ( Ar ) tinh khiết vào bình chứa mẫu theo từng 2 bong bóng trong 1 giây và dẫn khí này vào cột chiết có chứa chất hấp phụ đã có tẩm bằng 1 dung môi hữu cơ thích hợp trong vòng 120 phút. Sau đó rửa giải trong cột chiết bằng 10 ml dung môi CH2Cl2 có 20% n – hexane . lấy dung dịch rửa này làm khô bằng Na2SO4 khan và xác định các chất đã nói ở trên. Với các mẫu rắn hay bột hay rau quả bã thải… trức hết ta phải nghiền

bột mịn, sau đó cũng lấy 10 g mẫu, thêm 30g Na2SO4 khan, lắc kỹ để vào bình chiết và cũng tiền hành như trên. Hình 4.28. Hệ thống chiết khí rắn Ví dụ 2:Chiết tách các hợp chất cacbonyl(aldehid hay aceton) dể bay hơi trong không khí [Method 0011 và 0100].Mẫu không khí được dẫn vào cột chiết silicagel(cột chiết bằng silicagel xốp được chế hoá trước với dung dịch nước của 2.4-dinitro-phenylhyrazin, pH=2)với tốc độ 3-4 l/phút.Trong quá trình này aldehid được giữ lại trong cột chiết theo tính chất hấp phụ của silicagel, và tạo ra các sản phẩm thế hoá của các aldehid.Ví dụ như fodmandehyd dinitrophenyldazzone.Sau đó chất phân tích trong cột chiết được rữa giải ra khỏi cột bằng 10mL dung môi acetonitril hay diclomethane, và xác định các chất trong dung dịch rữa này bằng phương pháp HPLC,GC, hay phổ UV-VIS. 4.2.2.26.Kỹ thuật chiết pha rắn (rắn -lỏng ). 4.2.2.26A.Nguyên tắc chung Dựa vào tính chất hấp phụ của một số silica xốp được sản xuất trong điều kiện thích hợp, gọi là pha tĩnh rắn(chi tiết về bản chất của phương pháp này xem mục 2.4 chương ).Khi người ta dội dung dịch mẫu của pha tĩnh đó, thì một nhóm chất được pha tĩnh hấp phụ và giữ lại trên pha tĩnh, còn các chất khác ….qua.Sau đó dùng một lượng nhỏ dung môi thích hợp rữa giải chất phân tích ra khỏi pha tĩnh và xác định chúng trong dung môi đó.Pha tĩnh của kỹ thuật chiết này hiện đượcsản xuất và cung cấp trong 2 kiểu cột chiết:

Nạp trong các cột sắc ký dung tích 6-10 mL Chế tạo ở các dạng đĩa xốp Đồng thời các hãng cũng ccó bán cả chất chiết ở dạng nguyên liệu chưa nạp vào cột và bán

cột trống, để người dùng có thể tự nạp vào cột chiết theo thể tích yêu cầư mong muốn riêng cho thí nghiệm cấn thiết của mình.

4.2.2.2.6B.Trang bị, cách tiến hành và ví dụ. Trang thiết bị của kỹ thuật chiết này cũng tương đối đơn giản. Nó gồm bộ phễu lọc áp suất thấp (Hay hút chân không), cột hay diã chiết và ống hứng mẫu chiết(hình 4.29). Hệ chiết kiểu cột có thể lắp một dàn từ dăm cột đến hàng chục cột chiết ;nếu làm hàng loạt mẫu).các cột chiết (extraction carriridge:có dung tích 5-10 mL.Còn các dĩa chiết:emporre extraction disk)có độ dày 2-3 mm. đường kính là 4-9 cm, để phục vụ chiết mẫu làm phân tích.

Kỹ thuật này có thể chiết các chất phân tích trong mẫu lỏng, mẫu rắn, mẫu nung…được ra. Để thực hiện chiết theo kiểu này với các mẫu không phải ….lỏng, trước hết chúng ta phải chọn một dung môi phù hợp, hòa tan được hoàn toàn mẫu thành dung dịch Hình 4.29: sơ đồ các hệ thống chiết pha rắn Ví dụ 1: Chiết tách để xác định một số chất hữu cơ trong các loại mẫu nước [ methode 5252 và 3535 ]. Lấy 500 ml mẫu chỉnh pH = 4 – 5, lọc bỏ cặn rồi dội qua cột chiết với tốc độ 2 – 4 ml/ phút ( hình 4.29 ). Khi hết mẫu dội qua cột chiết 2 ml nước cất , hút khô 3 phút. Sau đó rửa giải chất phân tích ra khỏi cột bằng 10 ml CH2Cl2. Đây là dung dịch mẫu để chiết các chất hữu cơ như Acetanaphthene, Aldrin, Atraton, Alpha – chlordane, Caloneb, Chlorobenzilate, Chlopropham, 4,4 – DDD , 4,4 – DDT, 2 – Chlorobiphenil … Với các mẫu rắn hay bùn áp dụng được cách này nhưng trức hết phải chọn 1 dung môi phù hợp ví dụ n – hexane hay acetonitril để hòa tan thành dung dịch, lọc bỏ cặn bã, lấy dung dịch và làm khô nó bằng Na2SO4 khan sau đó mới chiết như trên. Ví dụ 2: Tách chiết nhóm Aflatoxins ( B1, B2, G1, G2) từ hạt đậu và lạc…lấy 5g mẫu và xay thành mảnh nhỏ, cho vào cột và thêm 50 ml của hỗn hợp MeOH/ H2O ( 85/15 ), lắc 10 phút, lọc lấy dung dịch thêm 30g Na2SO4 khan, lắc đều chiết tách bỏ các chất béo bằng 50 ml n – hexane. Lấy dung dịch MeOH để dội qua cột chiết với tốc độ 1ml/phút.Sau đó rửa giải chất phân tích ra

khỏi cột chiết bằng 10 ml hỗn hợp CHCl3/CH3CN ( 60/40 ). Lấy dung dịch rửa giải này để xác định bằng phương pháp HPLC hay GC. Ví dụ 3: Chiết tách để xác định một số chất Polyciclio Aromatic trong các loại mẫu nước [ methode 5501 ]. Lấy 500 ml mẫu chỉnh pH = 3 – 5, lọc bỏ cặn rồi dội qua cột chiết với tốc độ 2 – 5 ml/ phút, sau đó rửa giải chất phân tích ra khỏi cột bằng Acetonitril.Đây là dung dịch mẫu để chiết các chất thuộc họ Hydrocacbon thơm đa vòng như Acenaphthene, Acenaphthylene,Antracen, benzo – antracene,pyrene …Cách này cũng áp dụng cho mẫu rắn và nhão nhưng trứơc hết phải chọn 1 dung môi phù hợp nhũ hóa mẫu thành thể huyền phù, hay hòa tan thành dung dịch được thì càng tốt làm khô nó bằng Na2SO4 khan sau đó lấy dung dịch này dội qua cột chiết. Ví dụ 3: Chiết tách xác định 1 số hợp chất aldehid và carbonyl trong mẫu nước và mẫu lỏng. lấy 500ml mẫu nước, chỉnh pH = 5, lọc bỏ cặn, dội dung dịch qua cột chiết với tốc độ 2 – 4 ml/phút. Sau đó rửa giải chất phân tích ra khỏi cột chiết bằng 10 ml acetonitril. Đây là dung dịch để xác định các chất acetaldehid, aceton, benzaldehyd…Còn các loại mẫu rắn chúng ta phải nghiền nhỏ hòa tan mẫu trong một dung môi thích hợp, làm khô bằng Na2SO4 khan, sau đó lọc hay ly tâm lấy dung dịch dội qua cột chiết.

Các kỹ thuật sắc ký Sắc ký cột

4.2.2.3.1A. Nguyên tắc và điều kiện Dựa trên cơ sở tính chất hấp phụ hay trao đổi của các chất để hấp phụ chất phân tích lên chất nhồi (pha tĩnh) ở trong cột sắc ký để tách chúng ra khỏi mẫu ban đầu. Sau đó dùng một dung môi thích hợp (pha động) để rửa giải và hòa tan chúng vào pha động, để tách nó ra khỏi cột sắc ký, rồi xác địng chúng trong pha động này bằng một phương pháp phù hợp. Ví dụ như HPLC, GC, UV-VIS… Vì thế trước hết phải đưa mẫu phân tích về dạng dung dịch, để có thể nạp vào cột sắc ký được. Sự tách sắc ký ở đây là dựa trên hai pha không trộn vào nhau, pha tĩnh là chất rắn, pha động là chất lỏng (dung môi rửa giải). Vì thế nó cũng tương tự như kỹ thuật chiết pha rắn. Chủ yếu ở đây là sắc ký hấp phụ dùng pha tĩnh là các Silicagel hay nhôm oxit xốp có tính chất sắc ký. Điều kiện ở đây là: - Chọn pha tĩnh có tính chất chọn lọc cho một nhóm chất phân tích. - Chọn pha động phù hợp cho chất cần xử lý, để thu được nó tốt nhất. - Cân bằng trong quá trình sắc ký phải có tính thuận nghịch tốt. - Chọn điều kiện sắc ký thích hợp để góp được chất phân tích vào một nhóm hay tách ra thành

từng chất thì càng tốt. 4.2.2.3.1B. Trang bị, cách xử lý và ví dụ: Muốn thực hiện chiết kiểu này chúng ta phải có các hệ trang bị sắc ký phù hợp (hình 4.30). Nó bao gồm cột sắc ký chứa các chất để sắc ký là các chất Silicagel hay oxit Al xốp có khả năng hấp phụ các chất phân tích, các dung môi hòa tan mẫu phân tích và dung môi để rửa giải chất phân tích ra khỏi cột sắc ký. Tùy loại chất phân tích, mà chúng ta có thể chọn hệ pha sắc ký hấp phụ hay hệ pha trai đổi ion để sắc ký các chất phân tích. Ví dụ 1: Xử lý mẫu để xác địng các alcaloit. Trước hết phải hòa tan và chuyển mẫu về dạng lỏng trong một dung môi hữu cơ thích hợp. Ví dụ như n-Hexan hay acetonitril …Sau đó lấy cả dung dịch này hay chỉ một thể tích nhất định V mL. Ta nạp choco65t sắc ký hấp phụ có pha tĩnh là oxit nhâm để chất phân tích được pha tĩnh hấp phụ và giữ lại trên pha tĩnh. Sau đó dùng V mL n-Hexan (pha động) hay hỗn hợp (n-Hexan + CH2Cl2 trong tỷ lệ 1/1), để rửa giải chất phân tích ra khỏi cột sắc ký. Như vậy chất phân tích sẽ tan vào pha động rửa giải và tiến hành xác địng nó trong pha động rửa giải này. Hình 4.30: Các loại hệ cột sắc ký phục vụ chiết mẫu Thiếu trang 24

Kỹ thuật chuyển hóa hóa học

4.2.2.4A. Nguyên tắc chung: Dùng một loại phản ứng hóa học của chất phân tích với một thuốc thử có tính chất định lượng trong một điều kiện thích hợp, để tạo ra một sản phẩm là một chất bền, để tách chất phân tích ra khỏi mẫu ở dạng sản phẩm của phản ứng đó. Sau đó xác định nó trong sản phẩm đó. Cách này thường kết hợp với phương pháp sắc ký, mà chủ yếu là để tách lấy một số chất thuộc họ aldehid mạch thẳng. Về bản chất đây chính là phương pháp thế hóa trong sắc ký để tách và xác định các chất không có tính chất sắc ký tốt. Điều kiện ở đây là phản ứng chuyển hóa phải: + có tính chất định lượng. + Thuốc thử có khả năng tương tác với một nhóm, hay một chất phân tích. + Quá trình thế hóa hay chuyển hóa này thường xảy ra trong cột sắc ký, hay trong vòng phản ứng và phải nhanh. 4.2.2.4B. Các trang bị, cách xử lý và ví dụ: Các trang bị cho kỹ thuật này chủ yếu là các cột sắc ký, các vòng phản ứng cuộn… để phục vụ quá trình tách chất. Vì thế kỹ thuật này thường hay đi song song với kỹ thuật sắc ký hay chiết (hình 4.32). Đây là một khâu của quá trình tách và phân tích một số chất hữu cơ như họ aldehid. Hình 4.32: Các trang bị của kỹ thuật chuyển hóa hóa học Ví dụ : Chiết tách xác định 1 số hợp chất aldehid và carbonyl trong mẫu bã thải hay mẫu rắn. Nếu là mẫu rắn lấy 10g trước tiên ta phải nhũ hóa hay hòa tan mẫu trong dung môi thích hợp ( 50 – 100 ml ) để lấy các chất phân tích hòan toàn vào dung môi này, lọc hay ly tâm lấy dung dịch mẫu.Cột tách chiết ở đây là chất hấp phụ silicagel đã được chế hóa với dung dịch thuốc thử là dinitro – phenylhydrazin axit ( DNPH, pH = 2 ), mẫu lỏng thì được nén qua cột chiết với tốc độ 2l/phút đến khi được 500l qua cột ( có thể lấy lượng khí đến 1000l ).Như vậy các chất phân tích sẽ được giữ lại trong cột chiết ở dạng sản phẩm hợp chất phức của phản ứng thấ hóa. Sau đó rửa giải chất phân tích ra khỏi cột chiết bằng 10 ml CH2Cl2 hay CH3CN.Lấy dung dịch rửa giải để xác định các chất formaldehyd. 4.2.2.5 Phương pháp pha loãng bằng dung môi. 4.2.2.5.A Nguyên tắc chung. Nguyên tắc của cách này là lấy ( cân hay đong ) một lượng mẫu phân tích nhất định. Sau đó pha loãng bằng dung môi thích hợp theo sồ lần nhất định. Ví dụ lấy 5 ml mẫu tinh dầu định mức bằng acetonitril đến thành 200 ml, như thế mẫu đã được pha loãng 40 lần. Sau đó xác định 1 số hydrocacbon trong dung dịch pha loãng này bằng phương pháp GC hay HPLC. Phương pháp này được áp dụng chủ yếu cho các mẫu dầu hay mẫu lỏng mà chất phân tích tan trong mẫu này. Do đó khi pha loãng mẫu nó cũng được pha loãng đồng đều theo. 4.2.2.5.B Trang bị, cách xử lý và ví dụ. Kỹ thuật này rất đơn giản không yêu cầu kỹ thuật máy móc gì hết, mà chỉ cần 1 số dụng cụ thủy tinh để đong đo thể tích mẫu và dung môi, cân để cân mẫu phân tích. Ví dụ 1 : Pha loãng mẫu dầu thô bằng dung môi n – hexane để xác định 1 số chất hữu cơ có trong dầu mỏ thô [ Methode 3580 ] Ở đây người ta thường pha loãng mẫu phân tích từ 50 đến 200 lần bằng dung môi hữu cơ có khả năng hòa tan mạnh ví dụ như n – hexane hay CH2Cl2. sau đó lọc bỏ cặn không tan ( nếu có ) và xác định bằng phương pháp GC hay HPLC. Ví dụ 2: Pha loãng mẫu dầu bôi trơn bằng dung môi n – hexane để xác định 1 số chất hữu cơ có trong dầu [ Methode 3580b ] Ở đây người ta thường pha loãng mẫu phân tích từ 50 đến 100 lần sau đó xác định các chất bằng phương pháp GC hay HPLC trong dung dịch pha loãng này. Việc

pha loãng bao nhiêu lần là tùy thuộc vào mỗi chất để còn xác định được nó tốt theo phương pháp đã chọn.

XỬ LÝ VÀ PHÂN TÍCH MẪU MÔI TRƯỜNG 5.1. Khái niệm về mẫu môi trường và phân loại 5.1.1. Khái niệm về môi trường và mẫu môi trường 5.1.2. Nguồn gây ô nhiễm môi trường 5.1.3. Phân loại mẫu môi trường 5.1.4 Lấy mẫu môi trường để phân tích 5.2. Các phương pháp xử lý mẫu và ví dụ 5.2.1. Nước, nước thải và phân tích chúng 5.2.1.1. Khái quát về nước và nước thải 5.2.1.2. Nước thải và sự ô nhiễm nước 5.2.1.3. Các nguồn gây ô nhiễm cho nước 5.2.1.4. Cách xử lý mẫu nước phân tích kim loại 5.2.1.5. Cách xử lý mẫu nước phân tích chất hữu cơ độc hại 5.2.2. Xử lý các loại mẫu bã thải 5.2.2.1. Khái niệm về bã thải 5.2.2.2. Các nguồn sinh ra bã thải 5.2.2.3. Xử lý mẫu bã thải để phân tích kim loại và anion 5.2.2.4. Xử lý mẫu bã thải để phân tích các chất hữu cơ 5.2.3. Xử lý mẫu không khí, khói và bụi 5.2.3.1. Không khí, khí quyển và môi trường 5.2.3.2. Nguồn gây ô nhiễm khí quyển và không khí 5.2.3.3. Lấy mẫu không khí, bụi để phân tích 5.2.3.4. Cách xử lý mẫu không khí và bụi để phân tích kim loại 5.2.3.5. Cách xử lý mẫu không khí và bụi để phân tích các chất hữu cơ 5.2.4. Xử lý mẫu đất, bùn và trầm tích 5.2.4.1. Khái niệm về đất, bùn và trầm tích 5.2.4.2. Các nguồn gây ô nhiễm cho đất và bùn 5.2.4.3. Lấy mẫu đất và bùn 5.2.4.4. Xử lý mẫu đất,bùn để phân tích kim loại và anion vô cơ 5.2.4.5. Xử lý mẫu đất,bùn để phân tích các chất hữu cơ độc hại 5.2.5. Xử lý mẫu trong rêu, trong nước 5.2.5.1. Khái niệm về loại mẫu này 5.2.5.2. Các nguồn ô nhiễm trong rêu 5.2.5.3. Xử lý mẫu rong, rêu để phân tích kim loại và anion vô cơ 5.2.5.4. Xử lý mẫu rong, rêu để phân tích các chất hữu cơ

XỬ LÝ MẪU MÔI TRƯỜNG ĐỂ PHÂN TÍCH 1. Khái niệm về mẫu môi trường và phân loại

Khái niệm môi trường và mẫu môi trường: Môi trường hay môi sinh là những điều kiện, vật chất, không vật chất… tần tại khách quan xung quanh chúng ta, và cùng tồn tại, tác động tương hổ với cuộc sống của chúng ta, con người, động vật và ngay cả thực vật cây cỏ trên Trái Đất này. Đó là đất, nước, không khí, gió, ánh sang, âm thanh, nóng, ẩm, sự sống của sinh vật, con người… luôn tồn tại. Trong đó có thứ là vật chất cụ thể nhình thấy được, có thứ không cụ thể và không nhình thấy được… Ví dụ như khí thở (không khí), nó là một loại thức ăn của con người. Tất cả những cái đó bao quanh chúng ta và luôn có quan hệ khăng khít với cuộc sống của con người, động vật và cây cối. Con người, động vật không thể tách rời khỏi môi sinh. Không có ánh sang thì cây cối không thể sống được. Không có nước và không khí (oxy để thở) thì con người cũng không thể tồn tại được… Vì thế có thể nói khái niệm môi trường bao gồm 4 bộ phận sau đây, chúng có quan hệ chặt chẽ với nhau:

1. Khí quyển 2. Thủy quyển 3. Địa quyển 4. Sinh quyển

Mẫu môi trường là các loại mẫu tồn tại trong môi sinh của con người, và động vật.Nó là những sản phẩm chính của tự nhiên như không khí, đất nước, ánh sáng…Nhưng cũng có thể là những sản phẩm sinh ra trong quá trình hoạt động sản xuất, sinh sống của con người, dộng vật và cây cối. Nó là các loại mẫu luôn tồn tại trong không khí và trong môi trường xung quanh. Nó có thể là tồn tại ở các trạng thái lỏng, trạng thái rắn, trạng khí và bụi. Ví dụ như đất, nước, không khí, bụi, khói nhà máy, các loại bã thải sinh hoạt, bã thải bệnh viện, bã thải của sản xuất công nông nghiệp… Nói chung là đâu đâu xung quanh chúng ta cũng đều có. Song chỉ có điều là khác nhau ở mức độ, ở số lượng khác nhau trong mỗi vùng, mỗi quốc gia và tính độc hại nhiều hay ít, hay không độc hại khác nhau của nó đối với con người và môi sinh mà thôi. Chính con người trong quá trình sinh sống và phát triển, cũng để lại rất nhiều loại sản phẩm, bã thải không có lợi, và chính nó lại có tác hại ngay trở lại cho chính con người trong quá trình sinh sống và tồn tại. Con nhười sẽ làm ô nhiễm môi sinh nếu con người không được giáo dục và không có hiểu biết đầy đủ về môi trường xung quanh ta và vai trò của nó. Khoảng trên chục năm trở lại đây, vấn đề ô nhiễm môi trường sống đã là 1 vấn đề toàn cầu mà không phải riêng một nước nào. 1.2 Nguồn gây ô nhiễm môi trường. Môi trường xung quanh chúng ta luôn bị ô nhiễm bởi nhiều nguồn khác nhau, có nguồn của chính tự nhiên và có thứ là do chính của con người trong quá trình sống, sản xuất và phát triển tạo ra. Một cách tổng quát chúng ta có thể tóm tắt các nguồn sau đây có thể gây ra ô nhiễm môi trường. 1. Do chính thiên nhiên tạo ra. Như mưa, gió, bão lụt, thủy triều, giông tố, động đất, núi

lửa, cháy rừng, sự sụt lỡ của núi non, vỡ đê các quá trình tự vận động của sinh quyển, của không khí, nước sông biển…

2. Do động thực vật . Sự sống chết ,phân hủy của xác động vật chết , sự thối rữa của cây cối , của lá cây… trong quá trình tồn tại và phát triển.

3. Do vi sinh vật, nấm mốc. Sự sinh sống và phát triển một số vi sinh vật, nấm mốc có hại hay sự già chết của chúng … cũng để lại cho môi trường nhiều thú không có lợi.

4. Do cuộc sống sản xuất và phát triển của con người tạo ra trên các lĩnh vực khác nhau như:

- Nước thải sinh hoạt, bệnh viện nước thải các nhà máy chăn nuôi… - Các đồ thải, rác thải, trong ăn uống, rác thải của bệnh viện… - Bã thải của nông nghiệp, chăn nuôi, trồng trọt nhà máy sản xuất thực phẩm phân bón, thuốc

trừ sâu, diệt cỏ…

- Các bã thải của sản xuất các ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim… - Các khí thải, khói bụi của nhà máy hóa chất, lọc dầu,nhà máy điện.. - Sản phẩm của vũ khí đánh nhau, khi chiến tranh khói đạn, thuốc đạn, chất độc hóa học, thử

vũ khí đóng tàu vũ trụ… - Do bụi phóng xạ nghiên cứu thủ vũ khí hạt nhân của các nước lớn như Mỹ, Nga , pháp… Các yếu tố của con người này nhiều hay ít tùy thuộc vào điều kiện nền kinh tế, khoa học thiên nhiên của mỗi nướ, nền sản xuất và cuộc sống, sự văn minh hiểu biết của họ. Tất cả các thứ ô nhiễm đó được đổ vào xung quanh môi trường chúng ta, lên mặt đất ra sông ra biển, ra không khí làm cho môi trường bị ô nhiễm không còn trong sạch và thuần khiết. Như thế là làm cho mặt đất, nước sông , hồ, ao, biển, nước ngầm… đều bị nhiễm bẩn. Kết quả là chúng ta phải nhận lấy các thứ đó, chúng co thể làm hại, làm hủy diệt môi sinh và cuộc sống. Vì thế bảo vệ môi trường, giữ môi trường trong sạch là nhiêm vụ của mỗi người. Ví dụ về mức ô nhiễm, thành phần các chất trong môi trường nước, không khí, hãy xem trong các bảng 1,bảng 2, bảng A3 và A4… ở phần phụ lục.

1.3Phân loại mẫu môi trường Theo khái niệm trên thì mẫu môi trường là rất đa dạng và nguồn sinh ra nó cũng rất khác nhau. Song theo trạng thái tồn tại, nguồn sinh ra của nó, người ta tạm chia thành các loại như sau:

1. Các loại mẫu nước thiên nhiên, hồ ao, nước thải các loại (thủy quyển) 2. Các loại phân bón, phân thải của chăn nuôi. (địa quyển) 3. Mẫu không khí, mẫu bụi, tro và khói nhà máy… (khí quyển) 4. Các loại mẫu bã thải của công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoại, bệnh viện…(địa quyển, do

sinh quyển tạo ra) 5. Các loại mẫu đất và bùn…(địa quyển) 1.3 Lấy mẫu môi trường để phân tích

Việc lấy mẫu là tùy thuộc vào mục đích phân tích và loại mẫu. Nhưng dù thế nào, loại nào thì nó cũng cần phải thỏa mãn các điều kiện sau: 1. Đại diện đúng cho đối tược\ng cần gnhie6n cứu phân tích 2. Không làm mất chất cần nghiên cứu phân tích 3. Không làm nhiễm bẩn thêm chất cần phân tích 4. Khối lượng đủ cho công việc nghiên cứu phân tích 5. Phù hợp với phương pháp chọn để xử lý và phân tích 6. Mỗi mẫu phải có hồ sơ đầy đủ 7. Phải thực hiện QA/QC trong lấy mẫu và quản lý mẫu. Vì thế phải lấy mẫu theo một quy trình chuẩn nhất định (Quốc gia hay Quốc tế). Các vấn đề này đã được trình bày ở các mục trên khi nói về mẫu phân tích và mẫu môi trường. Vì trong phân tích thì mẫu môi trường cũng chỉ là một loại hay một nhóm của các mẫu phân tích mà thôi.

2. Các phương pháp xử lý mẫu và ví dụ:

Mục đích của xử lý mẫu của đối lượng môi trường là để: 1. Xác định các nguyên tố kim loại, nhất là kim loại độc hại 2. Xác định một số á kim (As, Se, Te) và anion (Cl, Br, I, NO2, SO2,…) 3. Xác định một số chất hữu cơ, nhất là các chất độc hại 4. Xác định một số vi sinh và vi khuẩn độc hại 5. Xác định chất rắn lơ lửng (trong nước và không khí)

6. Xác định các sinh vật phù du (trong nước)… 7. Xác định một số khí (CO2, SO2, NO2, NH3…) trong nước và không khí 8. Xác định hàm lượng oxy (DO, COD, BOD trong nước)

Mẫu môi trường là rất đa dạng và khác nhau, nên cách xử lý cũng có nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào mỗi loại, và việc xử lý là theo mỗi mục đích phân tích cụ thể riêng. Sau đây là một vài ví dụ cụ thể để minh họa một số cách hay phương pháp xử lý đang được ứng dụng. Các kỹ thuật hay phương pháp được dùng để xử lý các mẫu phân tích, cũng được ứng dụng cho mẫu môi trường để phân tích các chất. Đó là các phương pháp đã được trình bày trong mục 2.4 ở chương II và sau đây chỉ là một số ứng dụng

1. Kỹ thuật phân hủy khô, xử lý khô có và không có phụ gia 2. Kỹ thuật phân hủy ướt điều kiện thường, hộp kín, và trong lò vi sóng 3. Kỹ thuật chiết Lỏng-Lỏng 4. Kỹ thuật chiết pha rắn (Rắn-Lỏng) 5. Kỹ thuật lên men 6. Kỹ thuật chưng cất các loại 7. Kỹ thuật thăng hoa chất phân tích 8. Kỹ thuật clo hóa màu.

…….. Vì thế trong phần này chỉ trình bày một số ví dụ cụ thể về xử lý mẫu mô trường để phân tích các chất theo các nhóm mẫu tiêu biểu, mà không trình bày lại nội dung các kỹ thuật đó. Đó là 5 loại sau: _ Mẫu nước và nước thải _ Các loại mẫu bả thải rắn _ Khí quyển, không khí, khói và bụi môi trường _ Mẫu đất, bùn và trầm tích _ Các mẫu rong rêu sống trong nước

Nước, nước thải và phân tích chúng:

Khái quát về nước và nước thải

Nước là một loại khoáng chất phổ biến và rất quý của tự nhiên luôn tồn tại trên Trái Đất. Nó là một thứ nguyên liệu vô cùng quan trọng cho cuộc sống của con người, động vật, chăn nuôi, trồng trọt và trong các ngành sản xuất công nông nghiệp. Có thể nói không có nước thì hầu như khó có thể có loại động vật, cây cối và con người có thể sống và tồn tại được lâu dài trên mặt đất này. Cơ thể của con người và mọi loại động vật đều chứa một lượng nước khá lớn, từ 50-80% khối lượng cơ thể của chúng. Có thể nói nước đồng nghĩa với cuộc sống của sinh vật trong đó có con người và mọi quá trình của sản xuất. Tổng lượng thể tích được trên vỏ quả đất vào khoảng 1372 triệu km3. Trong đó trên 1/3 là tồn tại ở dạng băng tuyết và khoảng 1/3 lượng này nằm trong lòng quả đất, nó là các loại nước ngầm. Trong đó có khoảng 55 triệu km3 là nước ngọt, còn lại hầu hết là nước mặn có hàm lượng muối NaCl từ 1.2-3.5%.

Nước ngọt phân bố chủ yếu ở các sông, biển, ao hồ, trong đất liền và có khoảng 50000 km3 ở trạng thái hơi trong không khí, nó tạo ra độ ẩm của môi trường không khí. Quanh năm nước hóa hơi vào khí quyển, rồi lại quay trở lại bề mặt Trái Đất nhờ mưa và tuyết. Mưa và tuyết là yêu cầu tất yếu của cây cối và sự sồng của con người và sinh vật.

Nước có thể tồn tại ở 3 thể (trạng thái) khác nhau: Rắn (<0oC), lỏng (0-100oC), khí (>100oC). Nó ở trạng thái nào là tùy thuộc vào nhiệt độ của môi trường. Trong điều kiện bình thường, nước ở trạng thái lỏng, tính chất vật lý của nước trong điều kiện này là:

1. Dạng tồn tại bình thường: Thể lỏng 2. Tỷ khối 0.99707 g/dm3 ở 25oC 3. Nhiệt khối: 4.18 KJ/oC 4. Độ nhớt động lực n= 0.985 mPa.s ở 25oC 5. Sức căng bề mặt: 72.75 dyn/cm ở 20oC 6. Độ dẫn điện: 4.2 µS/L.m ở 20oC 7. Hằng số điện môi: 80 FaraSteradian/m 8. Tính chất quang học: trong suốt trong vùng UV-VIS (190-800nm)

Về mặt hóa học, năng lượng tạo thành phân tử nước là 242 kl/mol (hay là 58 Kcal/mol). Nước là một phân tử phân cực. Hai nguyên tử Hydro liên kết với một nguyên tố oxy theo kiểu cộng hóa trị phân cực. Nên nước là một dung môi phân cực. Nó hòa tan tốt nhiều chất phân cực như muối NaCl, NH4Cl, đường, các chất hữu cơ phân cực, amin, các alcol… Nước cũng hòa tan được một số chất khí như N2 (23 mg/l), O2 (54.3 mL/l), CO2 (2314 mg/l), H2S (5112 mg/l), CH4 (32 mg/l), H2 (1.6 mg/l)… Khi hòa tan các chất, nước không còn là nước sạch nữa, nhất là khi có các chất bẩn, chất độc hại.

Nước là một dung môi của hóa học, nó cũng phân ly thành ion, và trong điều kiện chuẩn nó

có độ phân ly là 1.10-7 mol/l. nhưng khi có mặt của các chất khác tan vào như acid, bazo… thì nó sẽ phân ly ít đi, để đảm bảo tích [H+].[OH-] = 10-14. Như vậy nước là một chất lưỡng tính, nó là một acid hay bazo rất yếu.

Về mặt sinh học, nước là môi trường trao đổi chất của mọi tế bào sinh vật. Không có nước

thì mọi tế bào đều không tồn tại và phát triển được. Nước là trung tâm của sự sống của tế bào, là chất nền của mọi quá trình dinh dưỡng. Song cũng là trung tâm cuộc sống của mọi loài vi khuẩn. Vì thế, có nước mới có sinh vật và sự sống. Nước là một nguyên liệu và tài nguyên vô cùng quan trọng cho cuộc sống trên trái đất. Nước và sự sống là 2 phạm trù có quan hệ chặt chẽ với nhau. Có thể nói ở đâu có nước thì ở đó có sự sống.

Một cách lý tưởng nước sạch là nước không hòa tan và chứa bất kỳ một chất khác . Song trong thực tế điều đó không thể có được mà nước luôn hòa tan một số chất nhất định , các chất khác nhau và với hàm lượng nhỏ cũng khác nhau ( xem bảng A9) . Nếu hàm lượng các chất hòa tan trong nước càng nhỏ , thì nước càng sạch . Vì thể để phục vụ sinh hoạt con người , chăn nuộ trồng trọt và sản xuất công nông nghiệp, nước cho mỗi mục đích phải có mỗi độ sạch và yêu cầu nhất định cho phép, theo các tiêu chuẩn của mỗi ngành riêng. Xem bảng ví dụ sau đây về tiêu chuẩn của pháp , mỹ còn của Việt nam xem phần phụ lục.

Nước thải và sự ô nhiễm. Nước thải là nước bẩn nó đã được hòa tan nhiều chất khác nhau hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật ,có thứ không độc hại và đã bị ô nhiễm, làm cho nước vượt qua các chỉ tiêu của các chất có thể có hay tan trong nước với giới hạn cho phép bình thường. Khi đó là nước đã bị ô niễm. Bảng 2.5: Bảng tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước sạch : Các chất 1A 1B 2 3 Độ dẫn điện µS/Cu =< 400 400 – 750 750 – 1000 1500 – 3000 Nhiệt độ ( oC ) =<20 20 – 22 22 – 25 25 – 30 Giá trị pH 6,5 – 8,0 6,5 – 8,5 6 – 9 5,5 – 9,0 MES ( mg/l ) =< 30 =<30 =<30 30 – 70 Oxy hòa tan ( mg/l ) >7 5 – 7 3 – 5 Yếm khí DBO5 ( mg/l ) =<3 3 – 5 5 – 10 10 – 25 DOC ( mg / l ) =<20 20 – 25 25 – 40 40 – 80 NH4

+ ( mg/l ) =< 0,1 0,1 – 0,5 0,5 – 2,0 2,0 – 8,0 NH3 =<0,1 < 44 44 – 100 N toàn phần 1 – 2 2 – 3 Fe ( mg/l ) =<0,5 0,5 – 1 1 – 1,5 1,5 – 4

Mn ( mg/l ) =<0,1 0,1 – 0,25 0,25 – 0,5 F ( mg/l ) =<0,7 0,7 – 1,7 0,7 – 2,0 2,0 – 4,0 Cu ( mg/l ) =< 0,02 0,02 – 0,05 0,05 – 1,0 1,0 – 3,0 Zn ( mg/l ) =< 0,05 0,05 – 1,0 1,0 – 5,0 > 5,0 As ( mg/l ) =< 0,01 =0,01 0,01 – 0,05 > 0,05 Cd ( mg/l ) <0,001 =< 0,001 =< 0,001 0,002 Cr( mg/l ) < 0,05 0,05 0,05 >0,05 Ni ( mg/l ) <0,05 0,05 0,05 >0,05 CN- =<0,05 0,05 0,05 >0,05 Pb ( mg/l ) <0,05 =0,05 0,05 >0,05 Se ( mg/l ) <0,01 0,01 0,01 >0,01 Hg ( mg/l ) <0,005 =<0,005 0,005 0,005 Phenol ( mg/l ) - <0,001 0,001 – 0,05 0,05 – 0,5 Chất tẩy rửa ( mg/l ) <0,02 0,02 0,02 – 0,05 > 0,05 Khuẩn Coli (con/100)

<50 50 - 5000 5000 - 50000

Eshcoli =<20 20 - 2000 20 - 20.000 Khuẩn cầu chuỗi =< 20 20 - 1000 1000 - 10000 Chú giải: Nhóm 1A: chất lượng cao thõa mãn các nhu cầu sinh hoạt ăn uống. Nhóm 1B: chất lượng trung bình dùng tạm được cho mục đích như trên Nhóm 2: Đạt yêu cầu cho nông nghiệp , tưới, chăn nuôi trồng trọt Nhóm 3: chất lượng tầm thường cho trồng trọt và chăn nuôi. Ví dụ để sản xuất 1000 lít bia, người ta đã thải ra trên 5-6 mét khối nước thải. Nước thải có hòa tan và chứa nhiều chất, có cả chất vô cơ, chất hữu cơ, các chất khí, các hạt keo, hạt rắn không tan lơ lửng, các vi sinh vật. Vì thế nước thải là một hỗn hợp phức tạp. Thành phần và tính chất của nó là tùy thuộc vào loại được thải ra từ nguồn sản xuất hay sinh hoạt nào. Các chất trộn vào trong nước thải, sẽ làm cho nước thải có tính độc hại khác nhau. Tính độc hại này phụ thuộc nồng độ của các chất tồn tại trong nước thải, và tùy thuộc vào điều kiện ngành sản xuất thải ra. Ví dụ As 0.01 ppm, Hg 0.005 ppm, Pb 0.1 ppm, NO2 0.002 ppm… là đã gây nguy hiểm cho con người và động vật chăn nuôi. Vì thế bắt buộc phải kiểm tra mọi loại nước thải, để phát hiện các chất hòa tan, các chất lơ lửng, các vi sinh vật, vi khuẩn để đánh giá độ nhiễm bẩn của nước thải, độ độc hại của mỗi loại và tìm cách xử lý nước thải trước khi cho thải vào sông hồ, hay đồng ruộng. Nếu không nước thải sẽ là một nguồn vô cùng to lờn làm ô nhiễm môi trường của con người, hủy hoại con người và của sản xuất. Nhất là khi mọi ngành sản xuất công nghiệp càng phát triển thì nước thải đưa ra môi trường càng nhiều. Một khâu quan trọng đầu tiên của công việc này là phải kiểm tra và phân tích nước thải để phát hiên các chất có trong nó để khuyến cáo và đề ra các biện pháp xử lý thích hợp. Đó là một nội dung của chuyên ngành hóa học môi trường. Sau đây là vài ví dụ về các nguồn gây ô nhiễm nước và nước thải. Các nguồn có thể gây ô nhiễm cho nước:

Song song với cuộc sống của con người và sự phát triển của xã hội, nước thải cũng luôn luôn tồn tại, chỉ có trong mức độ khác nhau của mỗi vùng, mỗi đô thị, mỗi quốc gia mà thôi. Nó tùy thuộc vào trình độ khoa học, trình độ sản xuất công nông nghiệp, và văn minh của các nước, sự bảo vệ nguồn nước… mà nước thải bị ô nhiễm khác nhau. Nhưng các nguồn tạo ra nước thải co thể bao gồm từ các lĩnh vực sau: 1. Sinh hoạt của con người hàng ngày, ở thành thị, bệnh viện, nông thôn thải ra… đưa các chất

bẩn vào nước. 2. Sự sinh sống và phát triển của động vật, phân thải của chúng… 3. Sản xuất công nghiệp, các nhà máy công nghiệp… thải ra các chất… chúng tan hay phân bố

lơ lửng vào nước. 4. Khai thác khoáng sản các loại… đưa vào nước nhiều chất khác nhau 5. Sản xuất nông nghiệp, các nhà máy nông nghiệp, thực phẩm…

6. Giao thông vận tải, đường bộ, đường sắt, đường thủy… 7. Chiến tranh, thử vũ khí, bom đạn, phóng xạ… 8. Giông tố, thiên tai, bão lụt, núi lửa, cháy rừng… Các chất thải vào nước gồm đủ loại, như: + Các chất vô cơ, hữu cơ tan vào nước + Các chất vô cơ, hữu cơ không tan vào nước mà là hạt lơ lửng + Có chất lơ lửng, sau một thời gian lắng xuống đáy, có chất không lắng + Có đủ các loại vi sinh vật, vi khuẩn, vi trùng gây bệnh… + Có chất rất độc hại cho sinh vật và người + Có chất tác hại ngắn ngày, có chất kéo dài vô hạn… + Có chất xúc tác cho các quá trình sinh hóa bất lợi… Tất cả các nguồn đó thải vào hồ, ao, sông, biển, bay lên không trung rồi mưa kéo xuống… làm mọi nguồn nước sạch bị ô nhiễm dần dần theo thời gian. Các chất thải, có chất tan vào trong nước được, có chất lơ lửng không lắng được, có chất sẽ lắng xuống đáy dần dần trong quá trình tồn tại và chuyển vận của nước từ nơi này đến nơi kia, rồi gây ô nhiễm. Các thứ thải ra đó có thể là các chất vô cơ, các chất hữu cơ, các vi sinh vật, vi khuẩn, nấm mốc. Trong tập hợp đó, có thứ không độc hại, có thứ độc hại ít, có thứ độc hại nhiều, thậm chí cực độc hại… cho người và sinh vật. Vì thế bắt buộc phải kiểm tra xem xét và xứ lý nước thải của mọi loài. Việc xử lý nước thải và tách bỏ các chất bẩn, các chất làm ô nhiễm nước, để tạo trở lại nước có

thể dùng được cho những mục đích nhất định, hay thải ra sông hồ bình thường, nó bao gồm các công đoạn chính sau đây:

2. Trước tiên là phân tích, phát hiện, và đánh giá thực chất các thứ đã gây ô nhiễm cho nước thải, nhất là các chất vi sinh, vi sinh vật, xem các thứ đó có hại ở mức độ nào, rồi có khuyến cáo đề phòng và xử lý.

3. Xử lý nước thải để loại trừ những chất hay vi sinh vật, vi khuẩn có hại. 4. Phân tích kiểm tra lại nước sau kh xử lý. 5. Thải vào sông hồ hay dung lại sau khi đã kiểm tra đạt yêu cầu.

(Xem các bảng A8, B1, B2, B4,… ở phần phụ lục 2 và 3) Việc kiểm tra đánh giá chất lượng của một nguồn nước thướng phải xem xét theo một số thông số và yếu tố sau đây:

1. Màu sắc của nước. 2. Độ đục của nước. 3. Đo độ pH. 4. Hàm lượng chất rắn trong nước, gồm: Tổng chất rắn ( ) Chất rắn trong dạng huyền phù ( ) Chất rắn ở dạng hòa tan ( ) Chất rắn có thể bay hơi ( ) Chất rắn có thể lắng đọng được ( ) 5. Độ acid hay độ kiềm. 6. Độ cứng của nước (tạm thời, vĩnh cửu) 7. Độ muội, độ mặn. 8. Hàm lượng các kim loại tan trong nước, nhất là kim loại độc hại. 9. Hàm lượng một số á kim và anion kim loại độc hại (As, Se, F, NO2, CN, …) 10. Hàm lượng Oxy hòa tan (DO) 11. Hàm lượng Oxy sinh hóa (BOD) 12. Hàm lượng Oxy hóa học (COD) 13. Hàm lượng Nito (N, NH2, NH3, NO2…)

14. Hàm lượng dầu mỡ 15. Hàm lượng một số chất hữu cơ độc hại cho sinh vật và người:

+ Nhóm khuẩn Coliform (chính là E-Coli) + Nhóm khuẩn Streptocxx (chính là Streptocicus fecalis ) + Nhóm khuẩn Clorstridca (chính là Clostridium Perfringents )

Giải quyết vấn đề này là cả một hệ thống nhiều vấn đề của quốc gia từ các quy chế pháp luật, chính sách, đến các biện pháp kiểm tra quan trắc, cũng như các phương pháp công nghệ xử lý và điều kiện kinh tế. Ngày nay các nước đã có các chuẩn về các loại nước, và đều đã quy định rõ hàm lượng , các chỉ tiêu này cụ thể cho các chất tan trong nước . Xem chỉ tiêu về các loại nước của việt nam và USA ( iso ). Giải quyết các vấn đề trên là cả một dây chuyền đồng bộ. bắt đầu là phân tích kiểm tra phát hiện các chất , sau đó là giai đoạn xử lý theo những kỹ thuật thích hợp cho mỗi loại nước thải và rồi lại kiểm tra phân tích lại nước thải đã được xử lý, xem nó đã đạt đủ các yêu cầu chưa. Song ở đây chúng ta chỉ điểm qua một số vấn đề trong phạm vi cho phép, để làm ví dụ minh họa mà thôi, còn thực tế thì rất đa dạng và phong phú. Chủ yếu là giai đoạn lấy mẫu, xử lý mẫu để phân tích kiểm tra và phát hiện các chất.

Cách xử lý mẫu nước để phân tích kim loại. Việc xử lý mẫu nước để phân tích tho những đối tượng sau đây:

1. Xác định các kim loại chủ yếu kim loại độc hại. 2. Xác định một số á kim và anion. 3. Xác định các chất hữu cơ độc hại. 4. Xác định độ pH, độ kiềm, độ muối. 5. Xác định các chất lơ lửng không tan 6. Xác định các sinh vật phù du 7. Xác định hàm lượng oxy ( DO, COD, BOD ) 8. Xác định một số vi khuẩn nấm mốc gây hại.

Để xử lý mẫu xác định kim loại , một số á kim và anion, chúng ta có thể sử dụng 1 số kỹ thuật sau đây:

1. kỹ thuật chiết thông thường ( chiết lỏng – lỏng ) 2. kỷ thuật chiết pha rắn ( rắn – lỏng ) 3. Phương pháp kết tủa, và kết tủa chất góp ( sunphua hay hidroxit ). 4. Các phương pháp sắc ký. 5. Các phương pháp chưng cất.

Nguyên tắc và nội dung các kỹ thuật này xem trong mục 2.4. sau đây chỉ nêu một số ví dụ cụ thể. Ví dụ 1 : Xử lý mẫu để phân tích kim loại nặng độc hại ( Cd, Co, Cr, Cu, Fe,Mn, Ni, Pb, Zn..) Các kim loại nặng độc hại thường có hàm lượng nhỏ và giới hạn cho phép của nó cũng nhỏ. Cho nên khi xử lý mẫu người ta thường kết hợp làm giàu luôn. Vì thế chiêt là kỹ thuật có nhiều ưu việt trong đối tượng này.

a/ Phương pháp 1: Chiết thông thường (chiết lỏng-lỏng) để lấy hàm lượng tổng các kim loại nặng ra khỏi mẫu ban đầu. Chiết bằng: (APDC + MIBK) hay (APDC + CCl4) Chiết bằng: (Ditizon + CCl4) hay (Ditizon + CHCl3) + Nguyên tắc: (Xem mục chiết pha lỏng-lỏng ở trên) Dùng thuốc thử tạo phức: APDC và dung môi chiết là: CCl4 hay CHCl3 hay MIBK. + Cách tiến hành: Lấy 250 mL nước thải vào phễu chiết, acid hóa đến pH = 4 bẳng HCl.10%, thêm 2 mL APDC 0.1%, thêm 25 mL CCl4, lắc chiết mạnh trong 5 phút. Để lắng yên 5 phút, gạn tách lấy phần dung môi hữu cơ CCl4 để xác định các kim loại. Hệ số làm giàu F = 10. Cũng có thể giải chiết kim loại trong pha hữu cơ này vào pha nước bằng acid HNO3 3M, hay vô cơ hóa pha hữu cơ, rồi hòa tan tro bằng acid để lấy kim loại và phân tích chúng trong pha nước. b/ Phương pháp 2: Chiết pha rắn (Rắn-lỏng) + Nguyên tắc chung: (Xem mục chiết pha rắn ở trên) Đây là một dạng của kỹ thuật sắc ký rắn-lỏng (S-L), mà chất chiết là ở dạng hạt Silicagel và xốp. Nó tương tự như các chất pha tĩnh của sắc ký HPLC. + Cách tiến hành:

Chiết tách lượng vết các kim loại kiềm: Để tách chiết lượng vết các kim loại kiềm (Li, Na, K), ở đây người ta dùng chất nhồi kiểu hấp phụ trao đổi lớn của hãng Baker (Baker-10-SPE-Column, Cat-No.7020-3). Sau khi cột chiết được làm sạch bằng nước cất (10 mL), cho chảy qua 10 mL HNO3 1N, sau đó rửa sạch lại cột bằng 10 mL nước cất. Lấy 200 mL mẫu, acid hóa đến pH = 5, lọc bỏ bẩn và nạp dung dịch lên cột chiết vừa chuẩn bị với tốc độ 2-3 mL/phút. Sau đó rửa cột bằng 2 mL nước cất. Hút chân không cột bằng phễu lọc Busmer trong 3-4 phút. Rồi rửa giải các ion kim loại ra khỏi cột (pha rắn) bằng 15 mL dung dịch NH4NO3 2.5M, pH = 5.5. Khi pha động chảy hết dội lên cột 2 mL nước cất. Thu lấy dung dịch rửa này, làm bay hơi còn muối ẩm, them chất nền, chất đệm và định mức bằng acid HCl 2% thành 10 mL. Đây là dung dịch mẫu để xác định các kim loại kiềm bằng phép đo AAS hay ICP-AAS.

Chiết tách lượng vết các kim loại nặng: Để tách chiết lượng vết các kim loại nặng (Cd, Co,

Cr, Ca, Fe, Zn, Ni, Pb) từ mẫu nước, ở đây người ta dùng chất nhồi đều hấp phụ rửa ngược C18 của hãng Baker (Baker-10-SPE-Column, Cat-No.7020-3). Sau khi cột chiết được làm sạch bằng nước cất (10 mL), cho chảy qua 10 mL HNO3 1N, sau đó rửa sạch lại cột bằng 10 mL nước cất. Lấy 200 mL mẫu, acid hóa đến pH = 4.5, lọc bỏ cặn, lấy dung dịch them 3 mL thuốc thử APDC 0.1%, lắc đều và cho chảy vào cột chiết vừa chuẩn bị với tốc độ 2-3 mL/phút. Sau đó rửa cột bằng 2 mL nước cất. Rồi rửa giải các ion kim loại ra khỏi cột (pha rắn) bằng 15 mL dung dịch NH4NO3 2.5M, pH = 5.5. Khi pha động chảy hết dội lên cột 2 mL nước cất. Thu lấy dung dịch rửa này, làm bay hơi còn muối ẩm, them chất nền, chất đệm và định mức bằng acid HCl 2% thành 10 mL. Đây là dung dịch mẫu để xác định các kim loại kiềm bằng phép đo AAS hay ICP-AAS.

Ví dụ 2: Xử lý mẫu để xác định hàm lượng tổng của thủy ngân (Hg). Lấy 100 mL nước vào bình dung nón tích 250 mL, thêm cẩn thận từng giọt đến đủ 10 mL H2SO4 98%, 2.5 mL HNO3 65% và lắc đều. Sau đó thêm 2 mL KMnO4 2% và 8 mL K2S2O3 5%. Lắc kỹ sau 15 phút, nếu thấy mất màu hồng tím nhạt thì nhỏ thêm vài giọt KMnO4 2% đến xuất hiện màu bền. Đun cách thủy trong 2 giờ, để nguội đến nhiệt độ phòng. Sau đó khử chất oxy hóa còn dư bằng dung dịch hydroxylamin 10%, đến hết màu tím và hết cả MnO2, thêm 2 giọt K2Cr2O7 2%. Đây chính là dung dịch để xác định Hg theo phương pháp AAS bằng kỹ thuật tạo Hydrua. Cách này cũng dung được để xử lý mẫu xác định Hg trong các mẫu nước ngọt, bia, và mọi loại nước thải. Ví dụ 3: Xử lý mẫu để xác định hàm lượng tổng của arsen (As).Lấy 200 mL mẫu vào bình Kendan, thêm 5 mL H2SO4 98%, 5 mL HNO3 33%, bỏ vào vài mảnh sứ xốp nhỏ, chêm vào bình một phễu nhỏ dài chuôi. Đun trên bếp điện đến khi thấy xuất hiện khói trắng, rồi để nguội. Chuyển hoàn toàn mẫu sang cốc 400 mL, tráng bình Kendan 2 lần bằng 20 mL nước cất. Thêm 40 mL dung dịch LaCl3 5%, thêm từng giọt dung dịch NH4OH 12% đến pH = 9. Hòa tan kết tủa trên giấy lọc bằng 20-25 mL HCl 25% nóng, tráng rửa giấy lọc 3 lần bằng 15 mL HCl 5%, thu

toàn bộ dung dịch vào bình 100 mL và thêm 4 mL KI 20%, lắc đều, định mức thành 100 mL, lắc đều, đun cách thủy 20 phút, để nguội. Đây chính là dung dịch để xác định Hg theo phương pháp AAS bằng kỹ thuật tạo Hydrua. Cách này cũng dung được để xử lý mẫu xác định Hg trong các mẫu nước ngọt, bia, và mọi loại nước thải. Ví dụ 4: Xử lý mẫu để xác định hàm lượng tổng của Selen (Se). Lấy 200 mL mẫu vào bình Kendan dung tích 400 mL, thêm 10 mL HClO4 70%, 5 mL H2O2 30%, cắm vào bình một phễu nhỏ, đun nhẹ cho mẫu sôi, đến khi nào thấy khói trắng dày đặc xuất hiện thì lấy ra và để nguội. Chuyển toàn bộ mẫu sang cốc đun 400 mL, thêm 4 mL LaCl3 10 %, khuấy đều và thêm dung dịch NH4OH 25%, đến pH = 10, khuấy kỹ và đun cách thủy 10 phút, lọc qua giấy băng đỏ để lấy kết tủa La(OH)3 có hấp phụ Selen, rửa kết tủa 2 lần bằng dung dịch NH3 có pH = 9. Hòa tan kết tủa bằng 25 mL HCl 1M nóng, thu nước lọc và nước rửa giấy lọc vào bình định mức 20 mL và định mức bằng nước cất. Đây là dung dịch mẫu để xác định Selen. Cách này cũng dùng được để xử lý các loại mẫu nước, nước thải xác định Telu (Te), cũng như các mẫu nước ngọt, bia, rượu và mọi loại nước thải. Ví dụ 5: Xử lý mẫu để xác định các kim loại trong trạng thái lơ lửng trong nước. Các nguyên tố kim loại hay các ion ở trạng thái lơ lửng trong nước tức là chúng không tan trong nước, mà kết tủa hay bám theo các hạt nhũ tương, các hạt rắn nhỏ, tồn tại trong nước, làm cho nước không trong. Vì thế nước càng không trong thì lha3 năng có các ion kim loại càng nhiều. Vì thế để xác định hàm lượng của các kim loại tồn tại cùng với các hạt không tan trong nước, trước hết phải tách được các hạt lơ lửng bằng cách lọc hay ly tâm cùng với chất đông tụ. Lấy 200 mL nước vào bình xử lý, thêm 0.5 g chất đông tụ, lắc đều mạnh, để yên 20 phút, và ly tâm hay lọc lấy phần cặn. Hòa tan cặn này bằng dung dịch acid HCl 1/1 (6M) nóng, thu dung dịch nay để xác định các kim loại bằng phương pháp AAS hay phổ phân tử UV-VIS 2.1.5. Xử lý mẫu nước để phân tích hữu cơ độc hại: Để tách các chất hữu cơ trong loại mẫu này chúng ta có thể dùng _ Kỹ thuật chiế (chiết lòng – lỏng hay chiết lỏng – rắn hay trong siêu âm) _ Kỹ thau65t chưng cất _ Kỹ thuật sắc ký: chủ yếu sắc ký hấp phụ trên Silicagel hay nhôm oxit Ví dụ 1: Xử lý mẫu để tách lấy các chất hữu cơ nhóm hợp chất clo-phenois trong nước các loại Phương pháp 1: Chiết pha lỏng – lỏng thông thường, xác định các clo-phenol (ví dụ: 2- clo- phenol, 2,4- diclo-phenol, 2,6-diclo-phenol, 2,4,6- triclo-phenol, 2,4,5- triclo-phenol, 3,4-diclophenol, 2,3,4,6- tetraclophenol, Pentaclophenol…). Lấy 250 mL mẫu nước, kiềm hó đến pH = 14, lọc bỏ các cặn bã, dùng 50 mL n-Hexan chiết bỏ các chất béo và dầu mỡ. Lấy phần dung dịch nước, và acid hóa đến pH = 2, chiết lấy các clo-phenol bằng 20 mL dung môi Dietylete. Làm bay hơi dung môi bằng cất quay chân không hay bằng dòng khí nito nóng, còn lại bã ẩm màu, hòa tan trong 5 mL propanol và xác định các Clophenol bằng phương pháp HPLC và GC. Phương pháp 2: Chiết tách 1 số chất hữu cơ thuộc họ Pesticide trong mẫu nước[ methode 3550b]. Lấy 250 ml mẫu vào bình chiết chỉnh pH =2, thêm 40 ml dung môi chiết ( CH2Cl2 – n –hexane theo tỷ lệ V/V = 2/1 ), trộn đều, đậy nắp và đặt vào buồng siêu âm, đóng chặt máy siêu âm, chọn và đặt các thông số siêu âm thích hợp để tiến hành chiết trong 40 phút. Để nguội lắc hỗn hợp mẫu ra tách pha, lấy dung dịch pha hữu cơ, làm bay hơi dung môi bằng phương pháp chưng cất quay chân không đến khi còn độ 1 ml, để nguội ta được bã ướt. Hòa tan bã này trong 5 ml dung môi MeOH hay n – hexane. Đây là dung dịch mẫu để xác định các nhóm Pesticide bằng phương pháp GC, HPLC hay GC – MS.

Phương pháp 3: Chiết pha rắn. Chiết tách 1 số chất hữu cơ thuộc họ Pesticide trong mẫu nước[ methode 3550b]. Lấy 250 ml mẫu vào bình chiết chỉnh pH =2,lọc bỏ cặn rồi dội lên cột chiết loại XAD – 2, 5 µm với tốc độ 2 – 4 ml/phút, cho đến khi chảy hết mẫu qua cột chiết.Sau đó giải chiết chất phân tích ra khỏi cột chiết bằng 20 ml dung môi n – hexane có 15% CH2Cl2. Thu dung dịch rửa đuổi cho hết dung môi bằng dòng khí trơ sạch đến còn bã ẩm, hòa tan bã này trong 5 ml dung môi MeOH.Đây là dung dịch mẫu để xác định các nhóm Pesticide bằng phương pháp GC, HPLC hay GC – MS.

2.2. Xử lý các loại mẫu bã thải: 2.2.1. Khái niệm về bã thải:

Bã thải là một loại sản phẩm mà chúng ta không muốn. Nhưng nó là sản phẩm hay là các thứ tất yếu phải có của quá trình sản xuất công nông nghiệp và cuộc sống sinh hoạt của con người hàng ngày thải ra. Ví dụ như bã mía của sản xuất đường, các thứ xỉ của lò cao luyện kim loại, các thứ bã của nhà máy bia, rượu, các thứ thải của công nghiệp làm đồ hộp, rác thải của trại chăn nuôi gà lợn, các thứ bã thải của bệnh viện, v.v. Tổ chức bảo vệ môi trường thế giới đã ước tính, trung bình 1 người, một ngày thải ra khoảng 0.5 kg bã thải. Như vậy thử tính, một nước 60 triệu dân, thì một ngày là bao nhiêu tấn rác thải các loại. Tất cả các thứ hỗn tạp đa dạng đó được gọi một tên chung là Bã thải. Bã thải được chia thành các nhóm (loại) như đã nói trên. 2.2.2. Các nguồn sinh ra bã thải: Bã thải được chia thành các nhóm, loại như sau theo nguồn sinh ra nó.

1. Bã thải sinh hoạt của con người hàng ngày (rác thải), nhất là ở đô thị. 2. Bã thải của bệnh viện. 3. Bã thải của sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi gia súc. 4. Bã thải của các ngành công nghiệp khác nhau, như của công nghiệp hóa học, điện, than,

công nghiệp thực phẩm, dầu khí và lọc dầu. 5. Bã thải do sinh vật sinh sống phát triển tạo ra. 6. Chất thải của thiên nhiên sinh ra, lụt, bão, động đất, núi lửa… 7. Chất thải quân sự và chiến tranh.

Trong các loại này, mỗi loại có tính chất nguy hại khác nhau. Có mức độ độc hại khác nhau. Nhất là bã thải bệnh viện, loại này cần phải đốt ngay, để thiêu hủy hết các vi trùng, tránh lây nhiễm. Vì thế phải có cách thu gom khác nhau và xử lý khác nhau cho mỗi loại chất thải. Sau đây chỉ nêu vài ví dụ về xử lý mẫu chất thải để phục vụ phân tích xác định một số chất trong bã thải. Các nguồn bã thải thường gặp là.

A. Nguồn sinh bã thải nông nghiệp, gồm có: - Do chăn nuôi trồng trọt. - Do quá trình chế biến sản phẩm nông nghiệp. - Do dư thừa của các loại phân bón hữu cơ. - Công nghệ chế biến thức ăn gia súc…

B. Nguồn sinh bã thải công nghiệp, gồm có: - Công nghiệp khai thác và chế biến quặng. - Các ngành công nghiệp hóa học như hóa dầu, polymer, tơ sợi, thuộc da… - Công nghiệp điện, than, năng lượng. - Công nghiệp thực phẩm. - Công nghiệp nguyên liệu xây dựng… - Công nghiệp luyện kim, gang, thép… - Công nghiệp thủy tinh, gốm sứ. - Công nghiệp giao thông và giao thông vận tải… - Công nghiệp quốc phòng.

C. Nguồn sinh bã thải thành phố và khu dân cư: - Bã thải của thực phẩm, thức ăn, rau quả, đồ uống… hàng ngày loại ra. - Các thứ thực phẩm hỏng, rau quả hỏng, thức ăn thừa, v.v.

- Các loại dụng cụ, giấy bao gói. - Các loại cặn bã thải loại của các lò mổ, trại giết súc vật ăn thịt... - Các thứ đồ thải loại của cửa hàng thực phẩm, thức ăn, rau quả…

D. Nguồn và tính nguy hiểm của bã thải bệnh viện: Có thể do các nguồn sau:

- Các loại vải, bông băng sau khi dùng. - Các thứ sản phẩm của phẫu thuật loại ra. - Các thứ thuốc đổ, chất sát trùng dạng bột, thải ra. - Các thứ thức ăn thải loại. - Các thứ giấy, hộp, lọ … bao gói trong bệnh viện. - Các loại bã thải khác…

Các loại này ngoài tính độc về hóa dược, còn có rất nhiều vi khuẩn, vi trùng gây bệnh lây lan nguy hiểm. Vì thế cần phải:

- Thu gom riêng. - Không được cho xuống các nguồn nước, đầu gió. - Không được để ở nơi đông người, khu dân cư sinh sống, … - Đưa đến một nơi riêng để thiêu đốt hoàn toàn.

Theo thống kê của tổ chức Y tế thế giới, trong cuộc sống, mỗi ngày trung bình một người thải ra 0.5 kg rác. Cộng thêm các loại bã thải của sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, chăn nuôi …chúng ta thấy lượng các chất thải là vô cùng lớn, trung bình khoảng 1 kg/1 người-ngày. 2.2.3. Xử lý mẫu bả thãi để phân tích kim loại và anion: Việc xử lý mẫu các chất thải, là để phân tích theo những mục đích chính:

- Xác định các kim loại, chủ yếu là kin loại độc hại. - Xác định một số á kim (As, Se …) và anion (Cl-, CN-, CNS-, F-, NO2

- …) - Xác định các chất hữu cơ độc hại. - Xác định các vi sinh vật, vi khuẩn …

Để xác định kim loại, một số á kim và anion, người ta thường dùng các kỹ thuật xử lý là: - Kỹ thuật tro hóa ướt bằng hỗn hợp acid có tính oxy hóa mạnh, trong điều kiện thường hay

trong lò vi sóng. - Kỹ thuật tro hóa khô có chất bảo vệ. - Kỹ thuật tro hóa khô và ướt kết hợp. - Kỹ thuật thăng hóa… - Kỹ thuật chiết (lỏng-lỏng, hay lỏng-rắn). …

Còn để xác định các hợp chất hữu cơ, người ta thường dùng các phương pháp: - Các phương pháp chiết lỏng-rắn, khí-rắn, siêu âm. - Các phương pháp chưng cất (thông thường, hay lôi cuốn, siêu âm...) - Phương pháp kết tủa chất phân tích.

Chi tiết về các kỹ thuật này xem ở mục 2.4 đã nêu ở trên. Sau đây là một số ví dụ cụ thể về xử lý bã thải để xác định một số chất mà chúng ta cần quan tâm trong phân tích mẫu môi trường bã thải.

Xử lý mẫu xác định các kim loại nặng độc hại. xem các ví dụ đã trình bày ở chương III, như ví dụ (trang ), ví dụ (trang ), ví dụ (trang ). Hay ví dụ (trang ), ví dụ (trang ) về xử lý mẫu để xác định một số anion vô cơ. Sau đây chỉ trình bày thêm vài ví dụ khác trong đối tượng bã thải môi trường.

Ví dụ 1: Bã thải luyện kim, nhà máy điện, như tro, xỉ lò cao, gang thép, nhà máy điện. Lấy 2 gam mẫu đã được nghiền nhỏ và trộn đều vào bình Kenddan, tẩm ướt bằng 1 mL nước cất, thêm 35 mL HNO3 65%, 4 mL H2SO4 98%, lắc đều, cắm vào bình một phễu dài chuôi, đun sôi nhẹ trên bếp cách cát, đến khi mẫu trong suốt là được. Sau đó chuyển sang cố và đun nhẹ đuổi cho hết acid đến còn muối ẩm. Sau đó định mức thành 25 mL bằng acid HCl 2%. Nếu nồng độ các nguyên tố nhỏ, thì có thể lấy lượng mẫu lớn hơn, và cũng phải tăng lượng acid lên cho thích hợp (tăng 80% thôi).

Mẫu loại này có thể xử lý trong lò vi sóng thì nhanh và triệt để, mà lại không lo mất nguyên tố phân tích.

Ví dụ 2: Bã thải các nhà máy hóa chất hữu cơ và công nghiệp hữu cơ, thực phẩm… Lấy 2 gam mẫu đã được nghiền nhỏ và trộn đều vào bình Kenddan, làn ướt bằng 1 mL nước cất thêm 35 mL cường thủy, 5 mL H2SO4 98%, lắc đều, cắm vào bình phễu nhỏ dài chuỗi, đun sôi nhẹ trên bếp cách cát, đến khi mẫu trong suốt là được. Sau đó chuyển sang cố và đun nhẹ đuổi cho hết acid đến còn muối ẩm. Sau đó định mức thành 25 mL bằng acid HCl 2%. Nếu nồng độ các nguyên tố nhỏ, thì có thể lấy lượng mẫu là 5 gam, và lượng acid thêm vào cũng phải tăng thêm. Mẫu loại này có thể xử trong lò vi sóng thì nhanh triệt để mà lại không lo mất nguyên tố phân tích.

Ví dụ 3: Bã thải các nhà máy thủy tinh sành sứ. Lấy 2 gam mẫu đã được nghiền nhỏ và trộn

đều vào bình Kenddan, làm ướt bằng 1 mL nước cất thêm 30 mL cường thủy, 5 mL H2SO4 98%, lắc đều, cắm vào bình phễu nhỏ dài chuỗi, đun sôi nhẹ trên bếp cách cát, đến khi mẫu trong suốt là được.Để nguội.Sau đó lọc lấy dung dịch chuyển bã sang cốc hay chén Pt, tẩm ướt thêm 5 ml H2SO4 98%, 10 ml HF 40% và đun nhẹ đuổi cho hết HF rồi bốc khói lần nữa, để nguội, gộp dung dịch lúc đầu vào bã này, làm bay hơi đuổi hết acid đến còn muối ẩm. Sau đó định mức thành 25 mL bằng acid HCl 2%. Cách này có thể áp dụng được cho các mẫu quặng đất có chứa nhiều silicat và các nguyên liệu xây dựng, xi măng, sành sứ, thủy tinh…

Ví dụ 4 : xác định Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Zn, Pb, Ni…trong mẫu bã thải rau quả và thực

phẩm. Lấy 10g mẫu vào chén nung thêm chất bảo vệ là 2 ml Mg( NO3 )2 10%, 10 ml HNO3 65%, trộn đều sấy hay đun nhẹ cho khô dòn và thành than đen. Nung 3 giờ đầu ở 450oC, sau đó ở 530oC đến khi được tro không còn đen ( hết than đen ). Sau đó hòa tan tro còn lại bằng 15 ml HCl 1M nóng, chuyển mẫu hết sang cốc và đun nhẹ cho tan hết và đuổi hết axit dư cho đến khi còn muối ẩm và định mức bằng 25 ml bằng dung dịch HCl 2% lắc đều. Mẫu này được xác định cho cả kim loại kiềm và kiềm thổ.

Ví dụ 5 : Xử lý để xác định thủy ngân. Dùng kỹ thuật thăng hoa để lấy Hg. Lấy 2g mẫu vào

bình thăng hoa Hg ( xem hình vẽ ), thêm 1g bột Fe, 2g CaO, trộn đều, quấn phần ống ngưng Hg bằng vải tẩm bông tuyết CO2 hay nước đá. Kẹp hay đặt nằm ngang ống. Đun nhẹ bầu bình chứa mẫu, cho nóng đều và cháy bằng đèn khí, xoay đều khi đun. Lúc này Hg bay hơi và ngưng vào thành ống. sau khi toàn bộ hỗn hợp chảy đều và mẫu là màu đỏ thẫm, đun thêm 2 phút để nguội. tách bỏ bầu chứa mẫu lấy ống ngưng và nhúng vào ống nghiệm có chứa sẵn 15 ml dung dịch HNO3 , lấy dung dịch thêm 2 giọt dung dịch K2Cr2O7 1%. Định mức thành 50ml. đó là dung dịch để xác định Hg. Cách xử lý này co thể áp dụng để xử lý mẫu đất, quặng bã thải rắn để xác định Hg.

Ví dụ 6: Xử lý mẫu để xác định As. Dùng kỹ thuật xử lý khô với chất oxi hóa mạnh. Cân 2g

mẫu vào chén Pt, Zr, thêm 3g KOH, 4g Na2O2, trộn đều, đun nhẹ cho mẫu sôi và chảy đều và đến khi khô, nung tiếp 1 giờ ở 650oC, để nguội lau sạch bên ngoài chén mẫu và để cả chén vào cốc 250ml có sẵn 50ml nước cất đã đun sôi, lắc đều, đậy kín đồng hồ, dán trên bếp điện cho sôi, khuấy cho mẫu tan hết, lấy chén nung ra và tráng sạch chén bằng 5 mL nước cất, thêm vài mảnh sứ xốp nhỏ, tiếp tục đun sôi 20 phút nữa, đuổi hết H2O2 lắc đều, lọc bỏ bã qua giấy lọc băng đỏ. Lấy dung dịch lọc và nước rửa, thêm 30 mL HCl 36%, 5 mL acid tartric 10%, định mức thành 100 mL. Đây là dung dịch để xác định Arsen. Cách xử lý này có thể dùng được để xử lý các mẫu đất bùn, trầm tích, quặng, bã thải rắn để xác định As.

Ví dụ 7: Xử lý mẫu bùn đất để xác đinh Selen (Se). Dùng kỹ thuật xử lý khô với chất oxy hóa mạnh. Cần lấy 2 gam mẫu vào chén Pt hay Zr, thêm 3 gam KOH, 4 gam Na2O2, trộn đều, đun nhẹ cho mẫu sôi và cháy đều, và đến khi khô, nung tiếp 1 giờ ở 6500C,để nguội, lau sạch bên ngoài chén mẫu, và thả cả chén vào cốc 250mL có sẵn 50 mL nước cất đã đun sôi, lắc đều, đậy kính đồng hồ, đun trên bếp điện cho sôi, khuấy cho mẫu tan hết, lấy chén nung ra và tráng sạch chén bằng 5 mL nước cất, thêm vài mảnh sứ xốp nhỏ, tiếp tục đun sôi 20 phút nữa, đuổi hết H2O2 lắc đều, lọc bỏ

bã qua giấy lọc băng đỏ. Lấy dung dịch lọc và nước rửa, thêm 30 mL HCl 36%, định mức thành 100 mL. Đây là dung dịch để xác định Selen. Cách xử lý này có thể dùng được để xử lý các mẫu đất bùn, trầm tích, quặng, bã thải rắn để xác định Se.

Ví dụ 8: Xử lý mẫu xác định hàm lượng CN-. Trước tiên mẫu được xay nhỏ thành bột, trộn đều, lấy 10g vào bình chiết, thêm 2 mL NaOH 1M, thêm 50 mL nước nóng (55-60oC), chỉnh pH đến 9-10 bằng NaOH, thêm 10 mL huyền phù CuCO3 (10% trong nước), đặt vào máy siêu âm trong 5 phút, lắc đều, ly tâm lấy dung dịch trong để xác định Cu bằng AAS, rồi suy ra hàm lượng CN- vì trong quá trình trên có phảng ứng tạo ra phức Cu(CN)3 như sau: CuCO3 + 3CN- = Cu(CN)3 + CO3

2- Nghĩa là 1 mol Cu tương ứng với 3 mol ion CN-

Ví dụ 9: Xử lý mẫu xác định hàm lượng CNS. Trước tiên mẫu được xay nhỏ thành bột, trộn đều, lấy 10g vào bình chiết, thêm 2 mL NaOH 1M, thêm 50 mL nước nóng (55-60oC), chỉnh pH đến 0-1 bằng HCl, lắc đều,thêm 2 mL FeCl3 5%, đặt vào máy siêu âm trong 5 phút, lắc đều, ly tâm lấy dung dịch phức Fe(CNS) để xác định CNS. Ta chiết lấy phức Fe(CNS) vào Dietylete hay MIBK hay CHCl3. Sau đó xác định phức này bằng phép đo phổ hấp thu phân tử trong vùng λ = 480-500 nm. 5.2.2.4. Xử lý bã thải để phân tích các chất hữu cơ:

Theo sách cách đã được trinh bày trong chương 2 muc 2.4 chúng ta áp dụng cho xử lý mẫu bã thải để phân tích các chất hữu cơ

Ví dụ 1: Xử lý để xác định một số chất hữu cơ độc hại. Dùng kỹ thuật chiết rắn lỏng. Lấy 10g mẫu đã được nghiền nhỏ và trộn đều vào bình chiết, nhũ hóa mẫu bằng 20 mL nước nóng, lắc kỹ 5 phút. Thêm 20 mL n-Hexan, lắc chiết 10 phút, tách lấy phần hữu cơ, rồi lặp lại việc chiết một lần nữa. Gộp 2 phần chiết n-Hexan lại. Đó là dung dịch mẫu để xác định một số hợp chất hữu cơ độc hại, như nhóm các clo-phenol, các chất dẫn xuất clo,brom của các hydrocacbon thơm đa vòng.

Ví dụ 2: Chưng cất tách các hợp chất họ clo-phenois và pesticide từ mẫu đất,bã thải [Metho 3550] Lấy 10g mẫu đã nghiền mịn vào bình chưng cất, nhũ hóa trong 50mL dung môi hữu cơ, ví dụ diclo-methylen + n-hexan (1/1), thêm 25g Na2SO4 khan, lắc kỹ và chưng cất lấy chất phân tích vào bình ngưng, làm bay hơi hết dung môi bằng dòng khí nito sạch, hay cất quay chân không đến còn bã sền sệt. Hòa tan bã còn lại trong 5 mL MeOH và xác định các chất trong dung dịch mẫu này bằng phương HPLC hay GC.

Ví dụ 3: Chiết tách một số chất hữu cơ thuộc họ pesticide trong mẫu đất, bùn, trầm tích,bã thải [Method 3550b] Lấy 20g mẫu đã nghiền mịn vào bình chiết thêm 30g muối khan Na2SO4, thêm 50mL dung môi chiết (diclo-methylen + n-hexan trong tỷ lệ: V/V = 2/1), trộn đều, đậy nắp và đật vào buồngn siêu âm, đóng chặt máy siêu âm, chọn và đặ các thông số siêu âm thích hợp để chiết. Tiến hành chiết trong 50 phút. Để nguội, lấy hỗn hợp mẫu ra tách pha, lấy dung dịch pha hữu cơ, làm bay hơi dung môi bằng phương cất quay chân không đến khi còn độ 1mL, để nguội, ta được bã ướt. Hòa tan bã này trong 5 mL dung môi MeOH (hay n-hexan). Đây là dung dịch mẫu để xác định các chất trong nhóm Pesticaide bằng phương pháp sắc ký GC, GC-MS hay HPLC. 2.3. Xử lý mẫu không khí, khói và bụi: 2.3.1. Không khí, khí quyển và môi trường

Không khí là môi trường xung quanh chúng ta. Không khí thuần khiết có thành phần chính là Nitơ (78.2%), oxy (gần 19.7%), khí CO2 (khoảng 2%), vàmột lượng rất nhỏ 5 khí khác không đáng kể (tổng dưới 0.2%), như ozon (0.000001%), khí NH3, v.v. Đồng thời thêm vào đó là các loại

khí thải của sản xuất công nông nghiệp, của sinh hoạt của con người. (Xem các bảng 1, 2, A3, A4,.. trong phụ lục 1 và 2 ở cuối.)

Nhưng trong quá trình sinh sống và phát triển công nông nghiệp và cả nghiên cứu khoa học, con người đã thải vào môi trường không biết bao nhiêu chất khác nhau, có chất vô cơ, có chất hữu cơ, có chất ở dạng khí, như khí NO2, SO2, CH4, NH3, các hơi kim loại (Hg, As), bụi kim loại, hợp chất cơ kim (Etyl-Pb). Các chất ở dạng các hạt bụi lơ lửng cũng không ít, như khí nhà máy điện, nhà máy xi măng, nhà máy hóa chất, bụi khai thác than, khoáng sản. Trong tổ hợp phong phú và phức tạp đó, có rất nhiều chất độc hại, hay rất độc hại với chính cuộc sống của con người, mà có khi chúng ta chưa thấy được. Có chất phá tầng khí quyển bảo vệ cho con người bởi các tia sáng mạnh (các chất hữu cơ của F, như CH2F2, CHF3,..) Rồi các vụ thử vũ khí, nhất là vũ khí hạt nhân. Đồng thời cũng thải ra một khối lượng khổng lồ các chất lỏng dễ bay hơi, các chất tan vào nước chảy ra các sông suối. Tất cả những việc làm đó đã đưa vào không khí, môi trường sống của chúng ta biết bao nhiêu thứ mà hậu quả đang đe dọa con người hàng ngày. Bảng 9. Thành phần của không khí, khí quyển Thành phần chất Nồng độ (%) (bình thường) Tổng lượng (Tấn) N2 (Nitơ) 78.08 3.90. 109 O2 (Oxy) 20.94 1.20. 109 H2O (Hơi nước) 20 – 100% 50.000 km3 (tổng) Ar (Argon) 0.93 6.70. 107

CO2 (Cacbonic) 0.035 2.80. 106 Ne (Neon) 0.0018 6.60. 104 He (Heli) 0.0005 3.70. 103 CH4 (Metan) 0.00016 4.60. 103 H2 (Khí Hydro) 0.00005 1.70. 102 O3 (Ozon) 0.000004 3.40. 102 NO2 (Dioxit nitơ) 0.000003 1.60. 102 Vân vân … 2.3.2 Nguồn gây ô nhiễm không khí và khí quyển. Hằng ngày môi trường xung quanh chúng ta luôn bị ô nhiễm do nhiều nguồn khác nhau thải vào không khí. Các thứ thải đó, có thứ không độc hại nhưng cũng có thứ rất độc hại cho con người, động vật và cây cối đang sinh sống. các nguồn gây ô nhiễm có thể là 1. Do chính thiên nhiên tạo ra. Núi lửa, động đất, sạc lỡ của núi Nạn cháy rừng Giông tố, gió bão, lũ lụt.. 2. Do con người tạo ra Trong sinh hoạt hằng ngày thải ra, đun củi, than đốt các thứ Do khói và bụi của các nhà máy công nông nghiệp thải ra Khí thải của các nhà máy như hóa chất dầu khí công nghiệp… Do xe ô tô và các phương tiện máy chạy xăng dầu khói thải ra Nghiên cứu khoa học , lò phản ứng hạt nhân. Chiến tranh, thử vũ khí. Chơi các loại pháo, dùng thuốc nổ đánh cá. Tất cả các thứ đó thải vào không khí xung quanh ta ( khí quyển trái đất ), các thứ chất thải đó bao gồm. 1. các chất vô cơ: Các khí CO, CO2, SO2, NO, NO2, Cl2,Br2, H2S, HCN… Các hơi kim loại ( Hg, Pb, Cd, Mn, Cr ), hơi muối kim loại Các bụi silic, amiang, xi măng, bột thủy tinh… 2. các loại hợp chất hữu cơ. Một số hydro cacbua dạng khí, aldehyd, alcol, axetylen, aceton..

Các hợp chất cơ kim, cơ nguyên tố của Pb, Hg, Cd, Mn, cơ Halogen… Các hạt chất hữu cơ lơ lửng, các hạt bụi rắn nhỏ mịn. 3. các loại khói và bụi Đây là nhóm bã thải hạt mịn nhỏ được thải ra không khí, chúng có thể sa lắng, song cũng có thể lơ lửng theo gió đi khắp nơi, làm ảnh hưởng đến sự hô hấp của người và động vật nó bao gồm: - Của sinh hoạt con người, đun than củi dầu. - Của các ngành công nghiệp thải ra, điện than, điện mazut. - Của các phương tiện giao thông thải ra. - các loại bụi của bom đạn, pháo các bụi phóng xạ - Nạn đốt rừng, dân đốt rừng làm rẫy… 2.3.3 Lấy mẫu không khí để phân tích. Việc lấy mẫu không khí như thế nào với dung lượng bao nhiêu là tùy thuộc yêu cầu phân tích các chất nào, nguyên tố nào trong không khí. Mỗi loại nhóm chất có các cách riêng, để thu được nó trung thực và đúng nhất. Song có 1 dụng cụ chung như máy bơm hút không khí, các chất hấp phụ hay giấy hấp phụ, các dung dịch hấp phụ để thu các chất cần phân tích. Có 2 kiểu lấy không khí và bụi: Cách 1: Dùng giấy hấp phụ ( thu chất phân tích vào giấy lọc hay giấy xốp ) Cách 2: Dúng dung dịch hấp phụ ( thu chất vào dung môi ) Chọn cách nào là tùy chất phân tích và điều kiện cho phép thích hợp nhất. Ví dụ như lấy chất phân tích kim loại nặng độc hại, hay phân tích Hg, As người ta thường hút không khí chạy qua giấy lọc hấp phụ Whatman No – 42 đã tẩm ướt của hãng Whatman với 1 tốc đô thích hợp trong 1 tjo2i gian nhất địnhđi qua giấy lọc thông thường là trong vùng 250 – 1000 lít và với tốc độ 2 – 4 l/ ph. Khi đó các ion kim loại nặng hay nguyên tử kim loại có trong không khí sẽ bị hấp thụ và giữ lại trên giấy lọc này. Sau đó hòa tan giấy lọc, xử lý ướt bằng axit oxi hóa mạnh như HNO3 – H2SO4 là chúng ta có mẫu để xác định các kim loại trong không khí. Nhưng để xác định các nhóm khí thuộc nhón NO3

-, SO42-, CO2 thì chúng ta phải hấp phụ chúng vào các dung dịch thích

hợp. Ví dụ dung dich NaOHloa4ng có nồng độ nhất định . Nói chung mỗi loại chất phải có quy trình cụ thể riêng cho nó [ TCVN…. Và ISO…]. 2.3.4 Cách xử lý mẫu không khí và bụi phân tích kim loại. Các quá trình công nghiệp hằng ngày thải vào không khí vô vàn các chất khác nhau, trong đó có các bụi kim loại, các hạt bụi lơ lửng trong môi trường không khí của chúng ta phải thở và tiếp xúc. Các kim loại nặng độc hại ( As, Cd, Co, Cr,Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Se, Zn…) nếu nồng độ của nó vượt khỏi giới hạn cho phép thì rất nguy hại cho con người. Vì thế phải kiểm tra và phát hiện và tìm cách loại trừ để có không khí sạch. Mục đích của lấy mẫu không khí, bụi và xử lý mẫu là để: - xác định kim loại chủ yếu là kim loại độc hại. - xác định 1 số á kim ( As, Se và anion ( Cl, NO2

-, F-…) ) - Xác định 1 số khí độc hại ( NO2, SO2, NH3, Hg( CH3 )2) - Xác định 1 số chất hữu cơ độc hại. Việc xử lý mẫu để phân tích cũng áp dụng các kỹ thuật đã nêu trong chương 2. Sau đây là 1 số ví dụ cụ thể. Ví dụ 1: Xử lý mẫu để xác định các lim loại nặng độc hại ( As, Cd, Co, Cr,Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Se, Zn…).Dùng máy hút lấy 500 lít không khí cần phân tích qua phễu có giấy lọc Whatman ( No – 42E ) với tốc độ 2l/ph để các ion kim loại và các hạt bụi giữ lại trên giấy. Bỏ giấy có hấp phụ vào bình kendan, them 20 ml HNO3 65%, lắc đều, cắm vào bình 1 phễu nhỏ dài chuôi và đun trên bếp điện cho dung dịch mẫu sôi, để hòa tan toàn bộ mẫu và giấy đến khi nào được dung dịch trong là được. Thêm 2 ml H2O2 30%, đun tiếp 5 phút để nguội bớt chuyển hoàn toàn mẫu sang cốc 250 ml, tráng bình và phễu 2 lần bằng 15 ml nước cất. Đun sôi và làm bay hơi đến hết axit khi còn muôi ẩm.

Hòa tan muối ẩm này bằng 10 ml HCl 10%, định mức thành 25 ml. Đó là dung dịch mẫu để xác định các nguyên tố nói trên và các kim loại kiềm và kiềm thổ. Cách này nếu xử lý trong lò vi song thì càng tốt. Ví dụ 2: Xử lý mẫu không khí để xác định hàm lượng tổng Hg. Mẫu xác định Hg cũng được lấy theo cach hấp phụ vào giấy lọc Whatman. Bỏ giấy lọc vào bình kendan, tẩm ướt bằng 1 ml nước cất, them 20 ml HNO3 ( 1/1) . 1 ml KMnO4 5% và 5 giọt dung dịch K2Cr2O7 2%, lắc đều cắm vào bình 1 phễu nhỏ dài chuôi và đun cách thủy bình kendan, để hòa tan toàn bộ mẫu và giấy đến khi nào được dung dịch trong là được. để nguội thêm từng giọt dung dịch Hydroxilamin để khử KMnO4 dư đến hết màu tím, thêm 2 giọt K2Cr2O7 10% định mức thành 50 ml. Đó là dung dịch màu để xác định Hg bằng phương pháp AAS theo kỹ thuật hydride ( hóa hơi lạnh ). Ví dụ 3: Xử lý mẫu không khí để xác định hàm lượng tổng As. Mẫu xác định As cũng được lấy theo cach hấp phụ vào giấy lọc Whatman. Bỏ giấy lọc vào bình kendan, tẩm ướt bằng 1 ml nước cất, thêm 10 ml H2SO4 98%, 5 ml K2S2O3 10%, lắc đều cắm vào bình 1 phễu nhỏ dài chuôi và đun cách thủy bình kendan, để hòa tan toàn bộ mẫu và giấy đến khi nào được dung dịch trong là được.Để nguội, chuyển toàn bộ mẫu ra cốc 250ml tráng 2 lần bình và phễu bằng 10 ml nước cất đun sôi cho per sunphat phân hủy hết, thêm 1 ml K2Cr2O7 10% định mức. Đó là dung dịch màu để xác định As nếu xử lý bằng lò vi sóng thì càng tốt. Ví dụ 4: Xử lý mẫu để xác định 1 số khí độc hại ( SO2, NO2, Cl…)Ba chất này được xác định theo 3 cách khác nhau, vì vậy khi xử lý mẫu cũng được xử lý theo 3 cách khác nhau cho các chất đó. Ví dụ: - Xác định tổng (SO2, NO2 ), hấp thu vào dung dịch NaOH. - Xác định riêng SO2 thì sử dụng dạng kềt tủa BaSO4. - Xác định riêng NO2 hấp thụ vào dung dịch tạo phức diazo và đo quang. - Xác định riêng Clo. Phương pháp kết tủa cộng AgX với AgNO3. Các chất này đều phải cho hấp thụ vào dung dịch kiềm NaOH có nồng độ đã biết và có thuốc thử thích hợp. Sau đó xác định lượng kiềm dư. Rồi suy ra hàm lượng của các chất đó. Ví dụ: xác định Clo: dung máy hút không khí với tốc độ 2l/ph vào bình đựng mẫu có chứa 30 ml dung dịch AgNO3 2000ppm Ag, trong môi trường HNO3 2% đến khi đủ 500 lít đi vào. Sau đó đun sôi nhẹ mẫu, ly tâm hay lọc kết tủa, lấy dung dịch định mức thành 50 ml, để xác định lượng Ag còn dư bằng phép đo phổ AAS của Ag. Từ lượng dư của Ag, ta tính được lượng Ag đã phản ứng với Cl và suy ra hàm lượng của Cl trong mẫu. Một số ví dụ khác có thể xem trong TCVN. 2.3.5 Cách xử lý mẫu không khí để phân tích chất hữu cơ. Xử lý mẫu để xác định hơi của cac chất độc hại trong không khí người ta thường dung phương pháp hấp thụ các chất vào trong dung môi hữu cơ với 1 dung môi thích hợp và thuốc thử hữu cơ thích hợp, hay chiết vào dung môi hữu cơ, dựa trên cơ sở mỗi nhóm chất sẽ tan tốt vào 1 trong những dung môi hữu cơ khi người ta cho khí đi qua và đi vào trong dung môi đó. Hấp thụ vào dung môi n – hexan, dietyl eter, benzene, CHCl3, CCl4. Hấp phụ vào silicagel cột. Ví dụ 1: chiết tách các hợp chất carbonyl ( aldehyd và ceton ) để bay hơi trong không khí. Mẫu không khí được dẫn chiết vào cột chiết silicagel xốp được chế hóa trước với dung dịch của 2,4 – dinitrophenylhydrazin , pH=2 với tốc độ 3 – 4 l/ph. Trong quá trình này các aldehyd được giữ lại cột chiết tính theo chất hấp phụ của silicagel và tạo ra các sản phẩm thế hóa của aldehyd. Ví dụ như formaldehyde dinitrophenylhydrazone được giữ lại trên cột. Sau đó chất phân tích được rửa giải trên cột bằng 10 ml acetonitril hay diclomethane và xác định các chất trong dịch rửa này bằng HPLC, GC hay phổ UV – VIS.

Ví dụ 2: chiết tách cac chất bảo vệ thực vật trong không khí nhà máy sản xuất các khí này. Mẫu không khí.Mẫu không khí được dẫn chiết vào cột chiết VDL – silicagel với tốc độ 3 – 4 l/ph. Trong quá trình này các pesticide được giữ lại cột chiết tính theo chất hấp phụ của silicagel này. Sau đó chất phân tích được rửa giải trên cột bằng 10 ml diclomethane có 20% n – hexane và xác định các chất trong dịch rửa này bằng HPLC, GC hay phổ UV – VIS. Một số ví dụ khác có thể xem trong chương 4 ở trên. 2.4 Xử lý mẫu đất bùn và trầm tích. 2.4.1 Khái niệm đất ,bùn và trầm tích. Đất, bùn và trầm tích là những dạng tồn tại của địa quyển nó tồn tại xung quanh chúng ta. Chúng ta hằng ngày sống và sinh hoạt , làm việc đều trên mặt đất. Nó cũng thường xuyên bị ô nhiễm do nhiều nguồn khác nhau và cũng có tác động lại đến cuộc sống của chúng ta và của các sinh vật sống trên mặt đất và dưới nước. vì con người sống trên mặt đất và luôn luôn tiếp xúc với đất từ lúc sinh cho đến lúc chết. Vì thề nếu đất bị ô nhiễm thì con người, cây cối cũng bị ảnh hưởng. Còn bùn là nơi cư trú của những loài cá, nên khi bùn bị ô nhiễm thì nó cũng sẽ bị ảnh hưởng, có thể cá cũng sẽ chếtt nếu có chất độc hại, nặng. Nhưng nhiều trường hợp cá không chết mà tích tụ vào cơ thể cá người bị nhiễm độc khi ăn phải cá bị nhiễm độc. 2.4.2 Nguồn gây ô nhiễm cho đất và bùn. Sự ô nhiễm của đất và bùn có thể là do nhiều nguồn khác nhau, ví dụ như các nguồn sau:

1. các chất thải của các nhà máy sản xuất hoạt động thải các thứ cặn bả ra mặt đất trôi xuống song hồ, sau đó lắng xuống bùn.

2. các thứ thải của các ngành khai thác khoáng sản, nguyên liệu đổ ra mặt đất, rồi trôi xuống sông hồ sa lắng… làm nhiễm bẩn cho bùn.

3. Các chất thải của nông nghiệp, chăn nuôi gia súc như bã thừa, phân động vật, nước thải rửa chuồng trại, thuốc trừ sâu diệt cỏ.

4. Cuộc sống sinh hoạt của con người thải ra, nhất là rác thải đô thị, rác thải của bệnh viện.

5. Động vật, vi sinh vật sống … phát triển loại thải ra. 6. Do going tố, bão lụt, núi lửa, nạn cháy rừng. 7. Các thứ sản phẩm của vũ khí hóa học, vũ khí hạt nhân.

2.4.3 lấy mẫu đất bùn và trầm tích. Vấn đề này xem trong chương I về các phương pháp lấy mẫu phân tích. Vì mẫu môi trường dùng là mẫu phân tích theo các tiêu chuẩn Xx và tiêu chuẩn ISO. 2.4.4. Cách xử lý mẫu đất bùn để phân tích kim loại và ion vô cơ: Đất và bùn là các mẫu vô cơ, nhưng có chứa thêm cả chất hữu cơ, mà chủ yếu là chất mùn hữu cơ. Việc xử lý mẫu cũng là để:

- Xác định một số kim loại, chủ yếu kim loại độc hại. - Xác định một số á kim và anion. - Xác định một số chất hữu cơ độc hại và các chất bảo vệ thực vật.

Tùy theo nhiệm vụ phân tích các chất, ví dụ để phân tích các kim loại, á kim và anion, người ta thường sử dụng các kỹ thuật:

- Xử lý ướt với acid có tính oxy hóa mạnh. - Xử lý khô có chất bảo vệ trong kiềm mạnh.

Chi tiết về các kỹ thuật này hãy xem trong chương II ở trên. Còn để xác định các chất hữu cơ người ta hay dùng:

- Các phương pháp chiết lỏng-lỏng, rắn-lỏng, rắn-khí. - Các phương pháp chưng cất …

Chi tiết về các kỹ thuật này hãy xem trong chương II ở trên. Sau đây là một số ví dụ cụ thể:

Ví dụ 1: Xử lý mẫu lấy các kim loại nặng độc hại trong đất bùn, và trầm tích. Người ta thường dùng phương pháp xử lý ướt thông thường, hay xử lý ướt trong lò vi sóng. Vì loại mẫu này cũng tương tự như các mẫu quặng, đất đá, bã thải rắn. hãy xem trong các ví dụ đã trình bày trong chương III và chương IV ở trên, như ví dụ (trang ), ví dụ (trang ). Còn xác định một số anion vô cơ xem trong ví dụ (trang ), ví dụ (trang ) về các mẫu quặng, đất đá và bã thải.

Ví dụ 2: Xử lý mẫu bùn đất để xác đinh Hg. Dùng kỹ thuật thăng hoa lấy Hg. Lấy 2 gam mẫu vào bình thăng hoa Hg (xem hình vẽ), thêm 1 gam bột Fe, 2 gam CaO, trộn đều, quấn phần ống ngưng Hg bằng vải tẩm tuyết CO2 hay nước đá. Kẹp hay đặt nằm ngang ống. Đun nhẹ bầu bình chứa mẫu, cho nóng đều và cháy bằng đèn khí, xoay tròn đều ống khi đun. Lúc này Hg bay hơi và ngưng vào thành ống. Sau khi toàn bộ hỗn hợp chảy đều và mẫu là khối mẫu đỏ nấu, đun thêm 3 phút. Tách bỏ bầu chứa mẫu, lấy ống ngưng và nhúng vào ống nghiệm có chứa 15 mL dung dịch HNO3 1:1 nóng (khoảng 750C). Lắc đều một phút, lấy dung dịch thêm 2 giọt dung dịch K2Cr2O7 1%. Định mức thành 50 mL. Đó dung dịch để xác định Hg. Cách xử lý này có thể dùng được để xử lý các mẫu đất bùn, trầm tích, quặng, bã thải rắn để xác định Hg.

Ví dụ 3: Xử lý mẫu bùn đất để xác đinh As. Dùng kỹ thuật xử lý khô với chất oxy hóa

mạnh. Cần lấy 2 gam mẫu vào chén Pt hay Zr, thêm 3 gam KOH, 4 gam Na2O2, trộn đều, đun nhẹ cho mẫu sôi và cháy đều, và đến khi khô, nung tiếp 1 giờ ở 6500C,để nguội, lau sạch bên ngoài chén mẫu, và thả cả chén vào cốc 250mL có sẵn 50 mL nước cất đã đun sôi, lắc đều, đậy kính đồng hồ, đun trên bếp điện cho sôi, khuấy cho mẫu tan hết, lấy chén nung ra và tráng sạch chén bằng 5 mL nước cất, thêm vài mảnh sứ xốp nhỏ, tiếp tục đun sôi 20 phút nữa, đuổi hết H2O2 lắc đều, lọc bỏ bã qua giấy lọc băng đỏ. Lấy dung dịch lọc và nước rửa, thêm 30 mL HCl 36%, 5 mL acid tartric 10%, định mức thành 100 mL. Đây là dung dịch để xác định Arsen. Cách xử lý này có thể dùng được để xử lý các mẫu đất bùn, trầm tích, quặng, bã thải rắn để xác định As.

Ví dụ 4: Xử lý mẫu bùn đất để xác đinh Selen (Se). Dùng kỹ thuật xử lý khô với chất oxy

hóa mạnh. Cần lấy 2 gam mẫu vào chén Pt hay Zr, thêm 3 gam KOH, 4 gam Na2O2, trộn đều, đun nhẹ cho mẫu sôi và cháy đều, và đến khi khô, nung tiếp 1 giờ ở 6500C,để nguội, lau sạch bên ngoài chén mẫu, và thả cả chén vào cốc 250mL có sẵn 50 mL nước cất đã đun sôi, lắc đều, đậy kính đồng hồ, đun trên bếp điện cho sôi, khuấy cho mẫu tan hết, lấy chén nung ra và tráng sạch chén bằng 5 mL nước cất, thêm vài mảnh sứ xốp nhỏ, tiếp tục đun sôi 20 phút nữa, đuổi hết H2O2 lắc đều, lọc bỏ bã qua giấy lọc băng đỏ. Lấy dung dịch lọc và nước rửa, thêm 30 mL HCl 36%, định mức thành 100 mL. Đây là dung dịch để xác định Selen. Cách xử lý này có thể dùng được để xử lý các mẫu đất bùn, trầm tích, quặng, bã thải rắn để xác định Se.

Ví dụ 5: Xử lý mẫu để xác định một số anion trong mẫu đất, bùn, trầm tích, người ta thường

dùng phương pháp xử lý ướt trong lò vi sóng hay phương pháp xử lý khô trong kiềm mạnh KOH và chất oxy hóa Na2O2 để xác định anion. Hãy xem trong ví dụ …XXX

Ví dụ 6: Xử lý mẫu để xác định một số anion S trong đất, bùn, trầm tích và bã thải

[Mehod.3550]. Lấy 10 g mẫu đã nghiền thành bột, cho vào bình chưng cất, (hình 4.35), nhũ hóa bằng 100

mL nước cất, lắc đều, lắp hệ thống chưng cất cho kín, cho nước làm lạnh (nước ngưng) chảy với tốc độ 2 mL/phút. Đun bình mẫu cho sôi X tan đều, sau đó khống chế ở khoảng 70-80oC, rồi nhỏ từ từ acid H2SO4 4M vào từng giọt (đến hết 20 mL), và sục khí nito tinh khiết vào bình đun với tốc độ 3 bong bóng trong 1 giây trong khi cất, để đuổi khí H2S sang bình hứng B có chứa 20 mL dung dịch CdCl2 0.02M (có pH = 0). Chưng cất độ 30 phút là xong, để nguội, lấy bình hứng B ra xác định lượng đã dư bằng phương pháp phổ XX, từ đó biết được lượng Cd đã tác dụng với ion S: H2S) và tính được hàm lượng ion S trong mẫu. 2.4.5. Xử lý để xác định các chất hữu cơ độc hại:

Mẫu môi trường nó bao gồm cả mẫu hữu cơ và vô cơ. Vì thế để xác định các chất hữu cơ

trong các loại mẫu này, chúng ta có thể áp dụng tất cả các phương pháp và kỹ thuật đã được trình bày trong chương 2. Sau đây là trình bày thêm một vài ví dụ nữa.

Ví dụ 1: Xử lý để xác định một số chất hữu cơ độc hại. Dùng kỹ thuật chiết rắn lỏng. Lấy 10g mẫu đã được nghiền nhỏ và trộn đều vào bình chiết, nhũ hóa mẫu bằng 20 mL nước nóng, lắc kỹ 5 phút. Thêm 20 mL n-Hexan, lắc chiết 10 phút, tách lấy phần hữu cơ, rồi lặp lại việc chiết một lần nữa. Gộp 2 phần chiết n-Hexan lại. Đó là dung dịch mẫu để xác định một số hợp chất hữu cơ độc hại, như nhóm các clo-phenol, các chất dẫn xuất clo,brom của các hydrocacbon thơm đa vòng (Xem thêm trong ví dụ 4 trong mục 4.2.2.1, ví dụ 2 trong mục 4.2.2.2.5 và ví dụ 3 trong mục 4.2.2.2.7 trong chương 4 ở trên.)

Ví dụ 2: Chưng cất tách các hợp chất họ clo-phenois và pesticide từ mẫu đất,bã thải [Metho 3550] Lấy 10g mẫu đã nghiền mịn vào bình chưng cất, nhũ hóa trong 50mL dung môi hữu cơ, ví dụ diclo-methylen + n-hexan (1/1), thêm 25g Na2SO4 khan, lắc kỹ và chưng cất lấy chất phân tích vào bình ngưng, làm bay hơi hết dung môi bằng dòng khí nito sạch, hay cất quay chân không đến còn bã sền sệt. Hòa tan bã còn lại trong 5 mL MeOH và xác định các chất trong dung dịch mẫu này bằng phương HPLC hay GC.

Ví dụ 3: Chiết tách một số chất hữu cơ thuộc họ pesticide trong mẫu đất, bùn, trầm tích,bã thải [Method 3550b] Lấy 20g mẫu đã nghiền mịn vào bình chiết thêm 30g muối khan Na2SO4, thêm 50mL dung môi chiết (diclo-methylen + n-hexan trong tỷ lệ: V/V = 2/1), trộn đều, đậy nắp và đặt vào buồng siêu âm, đóng chặt máy siêu âm, chọn và đặ các thông số siêu âm thích hợp để chiết. Tiến hành chiết trong 50 phút. Để nguội, lấy hỗn hợp mẫu ra tách pha, lấy dung dịch pha hữu cơ, làm bay hơi dung môi bằng phương cất quay chân không đến khi còn độ 1mL, để nguội, ta được bã ướt. Hòa tan bã này trong 5 mL dung môi MeOH (hay n-hexan). Đây là dung dịch mẫu để xác định các chất trong nhóm Pesticaide bằng phương pháp sắc ký GC, GC-MS hay HPLC. 2.5 Xử lý các mẫu rong rêu sống trong nước. 2.5.1 Khái niệm về mẫu loại này. Rong rêu là các loại thực vật thân mềm sống trong các nguồn nước.chúng có thể sống sát mặt bùn và trầm tích ở sông hồ hay sống lơ lửng trong nước, hoặc sống bám vào các vật khác hay cây kha qc tồn tại trong nước như vỏ tàu thuyền, bám vào cột cầu, thành cống , mương máng dẫn nước hoặc cũng có thể trôi theo dòng nước…rong rêu có nhiều loại và rất đa dạng , nó phụ thuộc vào mỗi loại nguồn nước khác nhau. Song ở đây chúng ta không bàn đến vấn đề này mà chỉ quan tâm chính là vấn đề nó bị ô nhiễm thế nào khi các nguồn nước không còn trong sạch nữa.Nước và các thứ tồn tại trong nước, như các chất vô cơ, hữu cơ chính là nguồn dinh dưỡng của rong rêu.mà rong rêu lại là nguồn dinh dưỡng của động vật sống dưới nước. Vì thế nếu nước bị ô nhiễm thì các loài thực vật và động vật sống dưới đều bị nhiễm độc theo.do đó khi đánh giá sự ô nhiễm của nguồn nước thì cũng phải xem xét luôn cả các loại thực vật này để có được đánh giá toàn diện và đúng đắn. 2.5.2 Các nguồn gây ô nhiễm cho rong rêu. Vì các loại rong rêu sinh sống trong những nguồn nước nên mọi yếu tố làm ô nhiễm những nguồn nước đều có thể làm cho rong rêu cũng bị ô nhiễm theo. Song tất nhiên từng loại rong rêu và bản chất sinh sống của nó mà nó bị nhiễm độc hại là khác nhau.Do đó các nguồn làm ô nhiễm nguồn nước cũng chính là các yếu tố làm rong rêu bị nhiễm độc hại.Nhưng cũng có thực tế là 1 số loại rong rêu trong quá trình sinh sống và phát triển nó cũng lấy đi mất một số chất hữu cơ độc hại trong nước làm giảm bớt sụ ô nhiễm độc hại của nước. Do thực tế này, hiện nay nhiều nước phát triển như Pháp, Đức, Hà Lan… đã nghiên cứu và nuôi 1 số loại rong rêu và vi khuẩn có lợi thả vào các nguồn nước sông, suối, ao hồ để nó khử các chất độc hại trong nguồn nước. Nhưng cũng có không ít chất độc hại chỉ làm chết hại rong rêu và vi sinh có lợi trong nước, như các acid vô cơ ( HCl, H2SO4, HF, HBr…) Các chất hữu cơ bảo vệ thực vật ( thuốc trừ sâu, diệt cỏ, diệt côn trùng…) Vì thế cần phải theo dõi phát hiện và loại trừ các chất có hại này.

2.5.3 Xử lý mẫu để xác định kim loại và anion vô cơ. Rong rêu là các mẫu thực vật, nó là thuộc nhóm các mẫu hữu cơ do đó cách xử lý này để xác định các kim loại và các chất vô cơ…chúng ta có thể áp dụng các phương pháp đã nêu trong chương trênvề các phương pháp xử lý các mẫu hữu cơ tương tự như các loại rau quả tươi để xác định kim loại và một số anion vô cơ. 2.5.4. Xử lý mẫu để xác định một số chất hữu cơ Rong rêu là các mẫu thực vật, nó là thuộc nhóm các mẫu hữu cơ. Như vậy ở đây tức là xử lý mẫu để xác định chất hữu cơ trong mẫu hữu cơ. Do đó cách xử lý mẫu này để xác định các hữu cơ,… chúng ta có thể áp dụng các phương pháp đã nêu trong chương 4 ở trên về các phương pháp xử lý các mẫu hữu cơ để xác định các chất hữu cơ các loại.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1. Markas Stoeppler (Ed.) Sampling and Sample Preeparation (Practical Guide for Analytical Chemists)

2. Phạm Luận & Steve Morton In brief about Sample and techniques for Sample Treatment for AAS University of Amsterdam 1993

3. Daniel C. Harris Quantitative Chemistry Analysis. Chapper 28 Fifth Edition W.H.Freeman and Company. New York 1998

4. Stanley E. Manahan Enviromental Chemistry Sixth Edition 1994 Lewwis Publ. Boca Raton Ann Arbor. London Tokyo

5. Douglas A.Skoog, Donald M. west & F James Holler Fundamentals of Analytical Chemistry Chapper 32 Seventh Edition 1995, Sauders College Publ New York, Toronto, London

6. Trung tâm đào tạo ngành nước và môi trường Sổ tay xử lý nước Tập I & II (Bản dịch từ tiếng Pháp: Memento Techbique L’cau) NXB Xay dựng Hà Nội 1999

7. O.G. Koch & G.A. Koch- Dedic Handbuch der Spurenanalyse Teil 1&2 Fourth Edition 1989 NXb Springer Berlin, Heideibeg & New York

8. Company Perkin Elmer Analytical methods for metal ions Perkin Elmer Company 1988, 1996

9. Phạm Luận Sổ tay ví dụ về xử lý mẫu phân tích ĐHTH Hà Nội 1994

10. J.T. Baker Chemistry Company Guide and Application Notes for Solid Phase Extraction (SPE) Vol I&II J.T. Baker Chemical Company (USA) 1996