Bài giảng Phân tích thực phẩm - Chương 3: Xử lý mẫu trong phân tích thực phẩm

Nội dung: + Xử lý mẫu là gì? Tại sao phải xử lý mẫu + Các phương pháp xử lý mẫu Kỹ thuật vô cơ hoá khô (xử lý khô), Kỹ thuật vô cơ hoá ướt (xử lý ướt). Kỹ thuật vô cơ hoá khô- ướt kết hợp, Các kỹ thuật chiết (lỏng-lỏng,lỏng-rắn, rắn-lỏng), CHƯƠNG III: XỬ LÝ MẪU TRONG PHÂN TÍCH THỰC PHẨM Xử lý mẫu là quá trình phân huỷ, hòa tan chuyển các cấu tử chất cần xác định về trạng thái phù hợp với quá trình phân tích. Xử lý mẫu có thể là những phản ứng phá vở cấu trúc, những quá trình tách chiết (trích ly), những quá trình hòa tan ... Mục đích cuối cùng là có thể định danh, định lượng chất cần phân tích ở dạng nguyên thể ban đầu hay dẫn xuất của chúng. XỬ LÝ MẪU LÀ GÌ Để đưa các chất cần xác định về một trạng thái thích hợp cho phép đo, theo phương pháp phân tích đã chọn. Để chất phân tích có thể tồn tại trong trạng thái bền vững và phù hợp với kỹ thuật đo Đưa cấu tử phân tích từ nhiều trạng thái khác nhau trong mẫu về một trạng thái đồng nhất TẠI SAO PHẢI XỬ LÝ MẪU Các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý mẫu : Bản chất, tính chất của các chất cần phân tích. Trạng thái tồn tại, cấu trúc hoá học của các chất trong mẫu. Phương pháp phân tích được lựa chọn để xác định chúng. Hàm lượng của chất cần xác định ở mức nào trong mẫu TẠI SAO PHẢI XỬ LÝ MẪU Kỹ thuật vô cơ hoá ướt (xử lý ướt). Kỹ thuật vô cơ hoá khô (xử lý khô), Kỹ thuật vô cơ hoá khô- ướt kết hợp, Các kỹ thuật chiết (lỏng-lỏng, lỏng-rắn, rắn-lỏng) Các kỹ thuật sắc ký, v.v. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ MẪU Kỹ thuật vô cơ hóa ướt: - Bằng axit mạnh đặc nóng - Bằng kiềm nóng chảy KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA ƯỚT + Dựa vào tính axit và tính oxy hóa của các axit để thực hiện quá trình phá mẫu như : HCl. HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4 v.v + Tùy vào bản chất của các axit cũng như thành phần hổn hợp axit mà tạo ra những nhiệt độ khác nhau. KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA BẰNG AXIT ĐẶC NÓNG Với axit đơn Axit HCl HNO 3 H 2 SO 4 H 3 PO 4 HClO 4 HF Nồng độ (%) 36 65 98 78 72 40 T(sôi) o C 110 121 280 213 203 120 Với hỗn hợp axit Loại hỗn hợp của Thành phần (V/V) Nhiệt độ sôi o C (HCl/HNO 3 ) 3/1 116-118 (HNO 3 + H 2 SO 4 ) 4/1 130-135 (HNO 3 + H 2 SO 4 ) 3/2 150-155 (HNO 3 + H 2 SO 4 + HClO 4 ) 4/2/2 137-140 (HF+ H 2 SO 4 ) 2/1 130-150 (HNO 3 + H 2 SO 4 + HF) 2/1/1 120-130 KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA BẰNG AXIT ĐẶC NÓNG Ưu và nhược điểm : + Không bị mất các chất phân tích + Nhưng thời gian phân huỷ mẫu rất dài, có thể rút ngắn bằng kỹ thuật vi sóng + Tốn nhiều axit. + Dể nhiễm bẩn do môi trường hở (có thể dùng hệ kín) Ứng dụng: Ứng dụng chủ yếu của kỹ thuật xử lý ướt này là để xử lý mẫu xác định cấu tử chịu nhiệt trong mẫu như mẫu: mẫu hữu cơ, mẫu vô cơ, mẫu môi trường, mẫu đất, mẫu nước, mẫu bụi không khí, mẫu kim loại, hợp kim, rau quả và thực phẩm, v.v. KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA BẰNG AXIT ĐẶC NÓNG Nguyên tắc chung: Dùng các dung dịch (NaOH, KOH ), hay hỗn hợp (NaOH +NaHCO 3 ), hay (KOH + Na 2 O 2 ), nồng độ khoảng (10 -20%), để phân huỷ mẫu phân tích về dạng hydroxyl hay muối kiềm dể tan Lượng dung dịch phân huỷ: cần lượng lớn từ 8-15 lần lượng mẫu. Thời gian phân huỷ: từ 4 - 10 giờ trong hệ hở. Còn trong hệ lò vi sóng kín chỉ cần thời gian 1-2 giờ. XỬ LÝ BẰNG KIỀM NÓNG CÁC ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG Ưu điểm: áp dụng tốt cho các nguyên tố có hợp chất dễ bay hơi và các nguyên tố và các matrix của mẫu dễ tan trong kiềm. Nhược điểm lớn là tốn nhiều kiềm từ 10 – 15 lần lượng mẫu. Dùng cho một số chất như các chất: Cl - , Br - , NO 3 - , SO 4 2- , PO 4 3- .. và một số mẫu thực phẩm không xử lý được bằng axit. XỬ LÝ BẰNG KIỀM NÓNG Kỹ thuật xử lý khô là kỹ thuật nung mẫu trong lò nung ở một nhiệt độ thích hợp. Mẫu sau khi nung được hoà tan bằng dung dịch axit phù hợp, chuyển về dạng dung dịch, sau đó xác định theo phương pháp đã chọn Nguyên tắc : KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA KHÔ Các yếu tố ảnh hưởng đế quá trình nung Nhiệt độ nung Thời gian nung Chất phụ gia: Bảo vệ các chất phân tích không bị mất và làm cho quá trình phân hủy mẫu nhanh hơn KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA KHÔ Các ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng  Thao tác và cách làm đơn giản, Không phải dùng nhiều axit đặc tinh khiết. Xử lý được triệt để, nhất là các mẫu nền hữu cơ. Nhưng có nhược điểm là có thể mất một số chất dễ bay hơi, ví dụ như Cd, Pb, Zn, Sn, Sb, v.v. nếu không có chất phụ gia và chất bảo vệ. KỸ THUẬT VÔ CƠ HÓA KHÔ Nguyên tắc: + Xử lý sơ bộ bằng phương pháp ướt + Thực hiện quá trình nung mẫu + Hòa tan mẫu bằng dung môi thích hợp Ưu điểm + Tận dụng được ưu điểm của cả hai phương pháp + Rút ngắn thời gian + Giảm chi phí, chỉ bằng 1/5 phương pháp ướt Phương pháp vô cơ hóa mẫu khô – ướt kết hợp đã phát huy được ưu điểm và khắc phục được nhược điểm của phương pháp vô cơ hóa mẫu khô và vô cơ hóa mẫu ướt. KỸ THUẬT VÔ CƠ HOÁ KHÔ-ƯỚT KẾT HỢP Lấy 5.000 g mẫu đã nghiền mịn vào chén nung, thêm 5 mL HNO 3 45% và 5 mL Mg(NO 3 ) 2 5%, trộn đều, rồi sấy, hay đun nhẹ trên bếp điện cho mẫu sôi, cô cạn đến khô thành than đen. Sau đó đem nung lúc đầu ở 400-450 o C trong 3 giờ, rồi nâng lên 550 o C, đến hết than đen. Hoà tan tro thu được trong 20 mL dung dịch HCl 1/1 và có thêm 1 mL HNO 3 65%, đun nóng cho tan, làm bay hơi hết axit dư đến còn muối ẩm, định mức bằng dung dịch HCl 2% thành 25 mL. Xử lý mẫu rau quả để xác định Na, K, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn Lấy 5.000 g mẫu vào chén nung, thêm 5 mL HNO 3 45%, 2 mL H 2 SO 4 98% và 5 mL Mg(NO 3 ) 2 5% ( hay KNO 3 ), đun sôi . Nung ở 400-450 o C trong 3 giờ, tiếp đó ở 550 o C cho mẫu tro hoá đến khi thấy bả không còn đen. Hoà tan tro thu được trong 18 mL HCl 1/1 và có thêm 1.0 mL HNO 3 65%, đun nóng cho mẫu tan hoàn toàn, đuổi hết axit dư đến còn muối ẩm, và định mức thành 25 mL bằng axit HCl 2%. Đây là dung dịch mẫu để xác định các kim loại bằng các phương pháp UV-VIS, hay AAS, hay ICP-OES, hoặc ICP-MS. Xử lý mẫu sữa để xác định Na, K, Ca, Mg, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn TRÍCH LY + TL là một quá trình tách một chất ra khỏi mẫu ban đầu, bằng một pha lỏng thích hợp hay một pha rắn thích hợp. + Phân loại: Dựa trên trạng thái của mẫu thường là dạng lỏng và rắn Với mẫu dạng lỏng: TL lỏng - lỏng ( liquid- liquid extraction) TL lỏng- rắn ( liquid- solid extraction) Với mẫu dạng rắn: TL rắn – lỏng (solid- liquid extraction SLE) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly: Dung môi trích ly + Bản chất của chất cần trích ly + Nền của chất cần trích ly tồn tại Kỹ thuật trích ly + Nhiệt độ của quá trình trích ly + Thời gian trích ly + Thể tích dung môi và vật liệu Các ảnh hưởng khác TRÍCH LY TRÍCH LY LỎNG – LỎNG (Mẫu trích ly dạng lỏng) + C 1 , C 2 là nồng độ chất tan ở hai pha dung môi 1 và 2 + K là hằng số tại một nhiệt độ ,áp suất và ứng với một hệ dung môi xác định + K càng lớn thì hiệu quả tách càng cao Định luật phân bố Nerst : Tỷ lệ nồng độ của một chất phân bố vào hai chất lỏng không hòa tan vào nhau tại một nhiệt độ xác định là một đại lượng không đổi, không phụ thuộc vào lượng cấu tử nào TRÍCH LY LỎNG – LỎNG Vấn đề: Chất tan G trong dm A tạo thành hổn hợp. Ta dùng một dm B để TL. Lấy một lượng dm B cho vào hổn hợp, sau đó lắc, G sẽ phân bố sang dung môi B và ta tách được G ra khỏi A (dm A và dm B không hòa tan vào nhau). Giả sử ban đầu: + Có m mol chất G, thể tích dm A là V A (ml) , dm B dùng V B (ml) để chiết. + Sau lần TL thứ nhất trong dm A còn lại q 1 phần % số mol G TRÍCH LY LỎNG – LỎNG Theo định luật phân bố : Với: Chiết lần 2: thực hiện như lần 1 với Vml dm B, giả sử trong dm A còn lại là q 2 phần % chất G Chiết lần n: Hay Vậy lượng chất tan G chiết qua dung môi B sau n lần chiết: TRÍCH LY LỎNG – LỎNG Ví dụ 1: Chất tan X phân bố trong hai dung môi nước và benzen có k = 3. Cho C bđ = 0,1M, V A = 100ml. + Tính nồng độ X còn lại khi cho vào đó 500ml (V B ) benzen + Tính nồng độ X còn lại sau khi chiết 5 lần với mỗi lần là 100ml benzen Ví dụ 2: Chất béo phân bố trong hai dung môi nước – ete có k = 5. Cho C bđ = 0,1M , V A = 100ml. + Tính nồng độ axit béo trong nước khi cho vào đó 200ml ete + Tính nồng độ axit béo trong nước sau khi chiết 5 lần với mỗi lần là 40ml ete TRÍCH LY LỎNG – LỎNG HA ↔ H + + A - Lúc đó nồng độ của chất B hay chất A trong dung môi nước sẽ bị thay đổ do sự phân ly hay kết hợp trên. Khi chất tan là những axit hay bazo thì trong dung dịch có sự phân ly : B + H + ↔ BH + TRÍCH LY LỎNG – LỎNG Sự ảnh hưởng pH tới quá trình chiết KHI CHẤT TAN LÀ MỘT BAZ HỬU CƠ Trong dung môi nước có cần bằng sau: Như vậy tổng nồng độ chất B trong dm nước là: [B 1 ] + [HB + ] Gọi K D là hệ số phân bố thực, ta có Vì : Thay: Vào K D Ta có KHI CHẤT TAN LÀ MỘT ACID HỬU CƠ Trong dung môi nước có cần bằng sau: Như vậy tổng nồng độ chất B trong dm nước là: [A - ] 1 + [HA] 1 Gọi K D là hệ số phân bố thực ta có Vì : Thay: vào K D Ta có HA ↔ H + + A - Ví dụ 3: Một dung môi HCchứa một amin có C M = 0,1M. Người ta chiết 100ml dung dịch amin này bằng Baz có K b = 10 -2 . Cho K = 3. Tính q trong các trường hợp Chiết một lần với V B = 100ml ở pH = 10 Chiết một lần với V B = 100ml ở pH= 12 Chiết hai lần với V B = 50ml ở pH= 12 Ví dụ 4: Một dung môi HCchứa một acid hửu cơ ( K a = 10 -3 ) có nồng độ 0,1M. Người ta chiết 100ml dung dịch acid này bằng một dung môi có K = 4. Tính q trong các trường hợp Chiết một lần với V B = 100ml ở pH = 3 Chiết một lần với V B = 100ml ở pH= 1 Chiết hai lần với V B = 50ml ở pH = 1 MỘT SỐ KỸ THUẬT TRÍCH LY LỎNG - LỎNG Trích ly gián đoạn Trích ly liên tục MỘT SỐ KỸ THUẬT TRÍCH LY LỎNG - LỎNG TRÍCH LY LỎNG – RẮN SOLID-PHASE EXTRACTION Nguyên tắc của trích ly trên pha rắn Tính chất và ưu điểm Những sản phẩn silicat và polyme Tiến hành Áp dụng 33 Nội dung chính SOLID-PHASE EXTRACTION SPE là một quá trình trích ly: + Ở đó mẫu ở pha thái lỏng được lọc qua một lớp chất có khả năng hấp phụ. + Các chất cần quan tâm sẽ dịch chuyển theo những tốc độ khác nhau và phân bố trên bề mặt chất hấp phụ + Mỗi chất sẽ lần lượt được rữa giãi ra khỏi bề mặt chất hấp thụ bằng dung môi rữa giãi 34 Nguyên tắc của SPE SOLID-PHASE EXTRACTION SOLID-PHASE EXTRACTION 36 So sánh LLE và SPE cột Sử dụng 2 - 20 ml dung môi Quá trình lọc Không hình thành hệ nhủ Độ chọn lọc cao (adsorbent) Thời gian mất 10 - 20 phút SPE cột LLE Sử dụng 200 - 500 ml dung môi Lắc / Quá trình liên tục Hình thành hệ nhủ Độ chọn lọc thấp Thời gian mất 2 giờ SOLID-PHASE EXTRACTION 37 Những vấn đề xãy ra trong tiến trình LLE SOLID-PHASE EXTRACTION + Chậm và mất thời gian Thời gian tách- lắc Thời gian hóa hơi + Tiêu tốn nhiều công sức và vật liệu Lượng dung môi dùng nhiều, giá thành cao Khó xử lý dung môi + Kết quả thấp Hình thành hệ nhủ hóa Hiệu suất thấp SPE sử dụng dung môi ít hơn LLE SPE nhanh hơn (ít nhất là 5 lần) Hiệu quả cao hơn Tổng giá thành theo SPE đã được xem xét là thấp hơn LLE Pha liên kết và dung môi chọn lựa cho quá trình rộng hơn, độ chọn lọc cao hơn Dể dàng tự động hóa 38 Những lợi ít của SPE là gì? SOLID-PHASE EXTRACTION 39 SPE Column SOLID-PHASE EXTRACTION 40 SOLID-PHASE EXTRACTION SOLID-PHASE EXTRACTION Trao đổi anion N + NH 2 Trao đổi cation C 6 H 5 -SO 3 H COOH SO 3 H 42 Phases SOLID-PHASE EXTRACTION SOLID-PHASE EXTRACTION CƠ CHẾ TƯƠNG TÁC Không phân cực : van der Waals ~ 20 KJ/mole Phân cực : Dipole / Dipole ~ 40 KJ/mole Hydrogen bond ~ 40 KJ/mole Phân cực mạnh : liên kết ion ~ 600 KJ/mole! 44 SOLID-PHASE EXTRACTION 45 TƯƠNG TÁC PHA ĐẢO SOLID-PHASE EXTRACTION 46 TƯƠNG TÁC HỔN HỢP SOLID-PHASE EXTRACTION 48 (-CH-CH 2 ) n - N-CH 3 C=O CH 3 R R R SOLID-PHASE EXTRACTION Pha tỉnh là một Polyme 49 (-CH-CH 2 ) n - N-CH 3 C=O CH 3 R R SO 3 H or CH 2 N + R 3 SO 3 H or CH 2 N + R 3 SOLID-PHASE EXTRACTION Pha tỉnh là một Polyme TIẾN HÀNH 50 SOLID-PHASE EXTRACTION 51 4 BƯỚC TRONG SPE SOLID-PHASE EXTRACTION 52 THIẾT LẬP ĐIỀU KIỆN CHO NỀN HẤP THỤ LÀ SILICA Thêm Dung Môi Hửu Cơ Để Làm Sạch Và Hoạt Hóa Chuổi Alkyl- (C 18 , C 8 Etc.)! Không Được Để Cột Bị Khô ! SOLID-PHASE EXTRACTION MỘT SỐ VÍ DỤ CHIẾT TRÊN PHA RẮN 54 Ví dụ 1: Trích ly nhanh chất màu trong đồ uống Chuẩn bị mẩu: 1 mL blackberry-juice được hòa tan trong 2 mL nước cất. Ổn định cột A 3 mL C18 (Baker: 7020-03) cột SPE được thiết lập với 1ml metanol sau đó là nước cất. Thêm mẫu và rửa giãi: Mẫu sau khi chuẩn bị được cho vào cột, thêm 5 ml nước cất để rữa giãi những thành phần như đường, chất màu của đường hay axit hửu cơ Giải hấp : Các chất màu như anthocyanines, flavonoids, tannins and/or alkaloids là được rữa giãi qua cột bằng metanol đôi khi 2-propanol. . Định lượng: Các chất cần phân tích lúc này nằm trong dung dịch rữa giãi có thể xác định bằng các phương pháp như : TLC- GC-LC v.v 55 Sample Preparation : Dissolve 100 mg Fe(NO 3 ) 3 or FeCl 3 in 10 mL of distilled water or use an amount of approximately 100mL waste water, which contains iron (III) ions. Column Conditioning : A 3 mL sulfonic acid (Baker: 7090-03) SPE column is conditioned with 2 mL methanol followed by one column volume of distilled water. Sample Addition/Wash : 2 mL of the sample is aspirated through the column. The column is washed with 2 mL of distilled water. Elution: Fe 3+ -ions are eluted in 1-2 mL hydrochlorid acid (c=0,1 M). The eluate is coloured yellow. Analysis: Add NH 4 SCN to the eluate. The colour changes to deep red. Rapid Extraction of iron-ions from water samples or waste water 56 ALOS: ROSKILDE-MEETING November 2005 Experiment 2: Rapid Extraction of iron-ions from water samples or waste water 57 ALOS: ROSKILDE-MEETING November 2005 Experiment 2: Rapid Extraction of iron-ions from water samples or waste water 58 ALOS: ROSKILDE-MEETING November 2005 Experiment 2: Rapid Extraction of iron-ions from water samples or waste water 59 ALOS: ROSKILDE-MEETING November 2005 Experiment 2: Rapid Extraction of iron-ions from water samples or waste water 60 Experiment 3: Rapid Extraction of sugars (glucose) Sample Preparation: Dissolve 100 mg glucose in 10 mL water. Column Conditioning: A 3 mL Amino (Baker: 7088-03) SPE column is conditioned with 2 methanol. Sample Addition/Wash: 2 mL of the prepared sample is aspirated through the column. Elution: Sugar is eluted with 2 mL water. Analysis For detailed analysis: Use few drops of Fehling-solutions For detailed analysis: An absorption spectrum can be take from the eluate. - TLC-experiments can be done. 61 Experiment 4: Rapid Extraction of ß -carotine from Multivitamine-juice or carot-juice Sample Preparation: 5 mL of Multivitamine-juice or carot-juice is filtered or centrifuged. Column Conditioning: A 3 mL C18 (Baker: 7020-03) SPE cartridge is conditioned with methanol followed by one column volume of distilled water. Sample Addition/Wash: The prepared sample is aspirated through the column. A 2 mL distilled water wash is used to remove all the other compounds. Elution: ß -carotine is eluted with about 2 mL heptane-acetone mixture (8:2,v,v). the eluate is coloured yellow. Analysis: For detailed analysis - an absorption spectrum can be taken from the eluate. - TLC-experiments can be performed. 62 ALOS: ROSKILDE-MEETING November 2005 Experiment 4: Rapid Extraction of ß -carotine 63 ALOS: ROSKILDE-MEETING November 2005 Experiment 4: Rapid Extraction of ß -carotine 64 ALOS: ROSKILDE-MEETING November 2005 Experiment 4: Rapid Extraction of ß -carotine 65 ALOS: ROSKILDE-MEETING November 2005 Students-Experiment: Rapid Extraction of Haribo ’ s wine gum dyes 66 ALOS: ROSKILDE-MEETING November 2005 Students-Experiment: Rapid Extraction of Haribo ’ s wine gum dyes 67 ALOS: ROSKILDE-MEETING November 2005 Students-Experiment: Rapid Extraction of Haribo ’ s wine gum dyes TRÍCH LY RẮN - LỎNG ( Mẫu trích là dạng rắn) Quá trích trích ly các hợp chất hữu cơ như lipid, chất màu, hương, chất có hoạt tính sinh học v.v... Quá trình trích ly được thực hiện bằng sự tác động của dung môi dưới tác động của các yếu tố như : lắc, nhiệt độ, áp suất, sóng siêu âm, vi sóng v.v Chất tan sẽ bức khỏi bề mặt sau đó hòa tan, phân tán vào dung môi Đồ thị mô tả hiệu suất thu hồi chất tan từ nền mẫu rắn theo thời gian John R, Dean – Extraction techniques in analytical sciences CÁC KỸ THUẬT TRÍCH LY RẮN – LỎNG Chiết Soxhlet Chiết Soxhlet tự động (Soxtec) Chiết PFT (Pressurized fluid extraction) Chiết SFT( Supercritical fluid extraction) Bộ chiết Soxhlet bao gồm 3 bộ phận chính: bình chưa dung môi- bộ phận trích ly- bộ phận sinh hàn Vật liệu được cho vào ở bộ phận trích ly Thông thường gồm 4 chu kỳ/ giờ và tiến trình thực hiện từ 6 – 24 giờ Đây là kỹ thuật được xem là chuẩn khi so sánh với các kỹ thuật khác MỘT SỐ KỸ THUẬT TRÍCH LY RẮN-LỎNG Chiết Soxhlet kết hợp với siêu âm và vi sóng Quá trình chiết Soxhtec đi qua 3 giai đoạn: Giai đoạn một mẫu được ngâm trong dung môi đun sôi- giai đoạn hai, túi chứa mẫu được nhấc ra khỏi pha dung môi, tiến trình thực hiện như chiết Soxhlet- giai đoạn 3 thu hồi dung môi. Tùy vào bản chất của từng quá trình mà thời gian thực hiện cho từng quá trình là khác nhau Sự kết hợp tiến trình xãy ra qua 3 giai đoạn làm cho hiệu quả trích ly tăng cao so với chiết Soxhlet Tác dụng của vi sóng trong trích ly + Vi sóng có tần số 0.3 – 300 GHz và thường sử trong thực phẩm là 2450MHz. + Năng lượng photon tương ứng là 1,6eV nhỏ hơn so với H-OH là 4,8 eV, CH 3 -CH 3 là 3,61 eV, nối hydrogen là 0,04-0,44 eV) +Vi sóng có bản chất là sóng điện từ, khi dòng bức xạ điện từ này tác động lên dung dịch có chứa những phân tử phân cực thì chúng làm cho các phân tử này quay, năng lượng quay của các phân tử này chuyển sang nhiệt năng làm nhiệt độ hệ tăng. Tác dụng của vi sóng trong trích ly + Vi sóng nâng nhiệt độ của vật thể từ bên trong, một cách đồng đều và nhanh chóng. + Hiện tượng này làm tăng tốc quá trình khuếch tán của chất cần trích ly vào dung môi. + Sự tăng nhiệt đột ngột làm hóa hơi các phân tử dung môi, gia tăng đột ngột áp suất giúp phá vỡ cấu trúc tế bào, chuyển chất tan vào dung môi + Các quá trình trích ly bằng vi sóng thường có thời gian ngắn hơn rất nhiều so với phương pháp trích ly thông thường, Hiệu quả truyền nhiệt giữa hai kỹ thuật Tác dụng của sóng siêu âm trong trích ly + Siêu âm là sóng âm có tần số lớn. Năng lượng siêu âm trong dải tần số 20 – 100kHz . + Sóng siêu âm lan truyền chậm hơn sóng điện từ khoảng 100.000 lần. + Sóng siêu âm có thể dễ dàng xâm nhập vào các vật liệu chắn sáng, trong khi nhiều bức xạ ánh sáng không làm được. +Tác dụng nhiệt: Khi sóng siêu âm tác dụng lên một vật, năng lượng của chúng sẽ chuyển sang vật đó ở dạng nhiệt năng. Nhiệt độ tăng cục bộ này có thể lên đến hơn 480 0 K với một số sóng siêu âm. + Tác dụng xâm thực: Xâm thực làm hình thành, phát triển và vỡ của các bọt khí gây nên sự biến đổi áp suất. Tại bọt khí ở thời điểm vỡ bọt có thể đạt nhiệt độ lên đến 500 0 K và áp suất 200atm dẫn tới làm phá vỡ bề mặt vật liệu và tăng khả năng khuếch tán dung môi Tác dụng của sóng siêu âm trong trích ly + Tác dụng lên cấu trúc: khi chất lỏng nằm trong trường tác động của sóng siêu âm cường độ cao, dao dộng và áp lực của sóng sẻ làm tăng độ nhớt của chất lỏng. + Nén và dãn: khi sóng siêu âm năng lượng cao đi qua môi trường rắn, nó gây nên một loạt các chu kỳ nén và dãn liên tục tương ứng với tần số của sóng siêu âm. Sự nén dản liên tục với tần số cao làm cho bề mặt vật liệu rắn có thể bị phá vỡ. Tác dụng của sóng siêu âm trong trích ly KỸ THUẬT TRÍCH LY PFE (PRESSURIZED FLUID EXTRACTION ) + Kỹ thuật được đưa ra vào năm 1995 do hãng Dionex phát minh + Cơ sở của kỹ thuật là sử dụng dung môi ở nhiệt độ cao và áp suất cao trong quá trình trích ly. + Tốc độ trích ly tăng do độ nhớt và sức căng bề mặt của dung môi giảm trong khi tính hòa tan và tốc độ khuyếch tán của nó vào mẫu tăng lên. + Sự kết hợp giữa nhiệt độ cao và áp suất cao đem lại hiệu quả trích ly cao hơn. + Sự chọn lựa dung môi cho quá trình trích ly là phụ thuộc vào bản chất của cấu tử cần trích ly. Các yếu tố làm tăng hiệu suất thu hồi trong trích ly PFE + Khi nhiệt độ tăng khả năng hòa tan tăng. + Khi nhiệt độ tăng khả năng khuyếch tán tăng. + Trong suốt quá trình DM luôn được bổ sung làm tăng quá trình chuyển chất. + Việc tăng áp suất làm dung môi luôn ở trạng thái lỏng, làm tăng tiếp xúc pha giữa dung môi và vật liệu. + Việc tăng áp suất và nhiệt độ trong quá trình trích ly làm giảm đi lực liên kết giữa chất tan và nền vật liệu như liên kết hydro, lực Vander Waals, tương tác lưởng cực Các yếu tố tối ưu hóa cho quá trình trích ly PFE Các thông số quá trình thể hiện tối ưu hóa cho quá trình trích ly thông qua hiệu suất thu hồi cao nhất. Các thồng số được xem xét gồm: + Chọn dung môi hay hổn hợp dung môi trích ly. + Chu kỳ trích ly và số lần trích ly. + Nhiệt độ trích ly (an toàn) thường từ 40- 200 0 C + Áp suất trích ly (an toàn) thường từ 70- 160atm. + Thời gian trích ly thường từ 2- 16 phút KỸ THUẬT CHIẾT DÒNG SIÊU CHẢY Supercritical fluid extraction + Dòng siêu chảy là một dạng vật chất mà sự tồn tại của nó nằm ở trên nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn của chúng, được nhà khoa học Baron Cagniard de la Tour khám phá vào năm 1822. + Tại trạng thái siêu tới hạn vật chất tồn tại song song cả hai trạng thái lỏng và khí. Kỹ thuật trích ly dòng siêu chảy được sử dụng khoảng thập niên 1880. + Một loạt chất được khai thác để ứng dụng cho quá trình trích ly như NH 3 , N 2 O, Hydrocacbon, CO 2 . Trong đó CO 2 được sự dụng nhiều nhất do tính ưu việt của nó. KỸ THUẬT CHIẾT DÒNG SIÊU CHẢY Những đặc tính của vật chất tại trạng thái SFE trong trích ly + Sức căng bề mặt thấp + Độ nhớt thấp + Độ linh động cao + Chất tan dể chuyển từ vật liệu vào dung môi. + Chất tan dể tách ra khỏi pha lỏng vào pha hơi và ngưng tụ, điều này dẫn tới hiệu suất trích ly tăng. + Có những tính chất ưu việt của PFE KỸ THUẬT CHIẾT DÒNG SIÊU CHẢY KỸ THUẬT CHIẾT DÒNG SIÊU CHẢY Những lý do chọn CO 2 trong kỹ thuật trích ly dòng siêu chảy + Áp suất tới hạn vừa phải + Nhiệt độ tới hạn thấp + Không độc hại và hoạt tính thấp + Giá thành thấp, và dể làm tinh chế. + Quá trình trích ly thực hiện nhỏ hơn 150 0 C. + Rất tốt cho quá trình trích đối với những chất kèm bền nhiệt. + Rất tốt khi trích ly những chất kém phân cực. + Phù hợp cho quá trích ly những hợp chất có độ phân cực vừa như PHA (polycyclic Aromatic Hydrocacbon) + Dể dàng tách chất tan ra khỏi dịch trích ly. + Quá trình trích ly kín nên không có sự biến đổi do ánh sáng và không khí. + Có thể nối trực tiếp với thiết bị GC hay LC KỸ THUẬT CHIẾT DÒNG SIÊU CHẢY Cải thiện kỹ thuật SFE (CO 2 ) trong trích ly các chất phân cực: + Thêm trực tiếp dung môi hửu cơ vào trong cell chứa mẫu. + Thêm một bình chứa dung môi hữu cơ trong khoang chứa dung môi. + Đặt một van để điều chỉnh tỷ lệ giữa dòng dung môi hữu cơ và dòng CO 2 KỸ THUẬT CHIẾT DÒNG SIÊU CHẢY