إعداد العينة للتوصيف التحليلي
المصدر: مختبر الدكتورة ب. جيل فينتون - جامعة فيرجينيا
تحضير العينة هو الطريقة التي يتم بها معالجة العينة للتحضير للتحليل. يعد تحضير العينة بعناية أمرا…
1. صنع حل من مادة صلبة
- اختر الأواني الزجاجية الصحيحة لعمل الحل.
- نظف الأواني الزجاجية جيدا عبر حمام حمضي بنسبة 1٪ حمض الهيدروكلوريك أو HNO 3 مع الصابون لإزالة أي شوائب (تحذير السلامة: مع أي قفازات قوية تستخدم القفازات والنظارات الواقية وغيرها من معدات الحماية الشخصية المناسبة).
- شطف الأواني الزجاجية عدة مرات بالماء المقطر. يجف في الفرن إذا لزم الأمر.
- لعمل محلول من مادة صلبة ، قم بتجميع الكمية الصحيحة من المواد الصلبة.
- ضع المادة الصلبة في القارورة الحجمية ثم املأ حوالي 3/4 ممتلئة بالمذيب.
- قم بتدوير الطبقة الصلبة لإذابة المادة الصلبة بالكامل قبل ملء القارورة الحجمية بالكامل.
- املأ القارورة الحجمية إلى الخط. يجب أن يلمس الغضروف المفصلي خط التعبئة. ثم اقلب القارورة عدة مرات مع وضع الغطاء لمزيد من الخلط إذا لزم الأمر.
2. صنع محلول من سائل
- اختر الأواني الزجاجية الصحيحة لعمل الحل. لتوصيل سائل باستخدام ماصة نقل، املأ الماصة بالخط باستخدام لمبة ماصة.
- حرر السائل في القارورة الحجمية لصنع المحلول. لا تنفخ القطرة الأخيرة.
- املأ القارورة الحجمية بالخط حتى يلامس الغضروف المفصلي الخط. امزج المحلول عن طريق التقليب عدة مرات.
3. التصفية
- لإعداد قارورة الفلتر ، ضع قطعة من ورق الترشيح على الفلتر الزجاجي المفرج.
- قم بتوصيل الفلتر الزجاجي المكسور بقارورة مرشح.
- قم بتوصيل مكنسة كهربائية بذراع قارورة المرشح. يمكن أيضا استخدام المصيدة لمنع أي سائل من الدخول إلى الفراغ.
- قم بتشغيل المكنسة الكهربائية وصب العينة من خلال ورق الترشيح.
- صفي حتى يتبقى مسحوق جاف. استمر في تجفيف العينة في الفرن إذا كانت هناك حاجة إلى راسب جاف.
- لمرشح الحقنة ، أضف العينة إلى حقنة نظيفة بنهاية قفل Luer.
- قم بربط مرشح المحقنة في قفل Luer. ادفع المكبس على المحقنة واجمع السائل بعد الفلتر.
- للحصول على مرشح الدوران ، اشطف الفلتر مسبقا بماء عازل أو فائق النقاء.
- أدخل مرشح الدوران في أنبوب الطرد المركزي الدقيق.
- قم بتحميل العينة أعلى الفلتر وقم بتغطية الأنبوب.
- ضع الأنبوب في جهاز طرد مركزي ، وتأكد من موازنة ذلك بشكل صحيح مع أنبوب آخر على الجانب الآخر ، وجهاز طرد مركزي لمدة 10-30 دقيقة ، اعتمادا على نوع مرشح الدوران.
- قم بإزالة الفلتر والسائل الموجود في الأسفل هو المحلول المصفى.
- إذا لم تتمكن العينة من المرور عبر الغشاء — مثل البروتين الكبير — فستبقى في الجزء العلوي من المرشح. في هذه الحالة ، اقلب الفلتر ، وضعه في أنبوب جديد ، ثم قم بالدوران مرة أخرى. سينتج عن ذلك عينة مركزة.
4. الإخفاء والمخلب
- للإخفاء والمخلب ، اضبط الرقم الهيدروجيني على قيمة مناسبة اعتمادا على ثوابت تكوين عامل الإخفاء وعامل المخلب.
- أضف عامل الإخفاء إلى المحلول واتركه يتفاعل لمدة 10 دقائق على الأقل مع أيون المعدن المفضل.
- أضف الكاشف المخلب. بالنسبة ل EDTA ، فإنه يشكل عادة مركبا 1: 1 مع أيون المعدن ، لذا أضف أكبر عدد ممكن من مولات EDTA مثل المعدن الذي سيتم مخلبه.
- بعد الخلب ، قم بإزالة القناع عن طريق إضافة مادة كيميائية تتفاعل مع أيون المعدن المقنع. يمكن بعد ذلك تحليل المادة المقنعة أو استعادتها عن طريق هطول الأمطار.
تسجيل الدخول أو للوصول إلى المحتوى الكامل. تعرّف على المزيد حول وصول مؤسستك إلى محتوى JoVE هنا
يعد التحضير السليم للعينة خطوة أولى حاسمة في جميع أنواع التحليلات الكيميائية.
يعد تحضير العينة المناسبة أمرا ضروريا لتقليل احتمالية الخطأ. يمكن تخفيف الخطأ بعدة طرق: من اختيار الأواني الزجاجية المناسبة إلى الانتباه إلى الأرقام المهمة في الحسابات.
بالنسبة للعديد من الأدوات التحليلية ، يجب أولا إعداد حل موحد للعينة محل الاهتمام. عملية الحل ؟ حيث يذوب المذاب في مذيب؟ يتيح تكوين محلول متجانس يمكن سحبه بعد ذلك لاستخدامه في تحليل واحد أو أكثر.
ومع ذلك ، غالبا ما تتطلب العينة الذائبة خطوات تحضير إضافية قبل أن تصبح جاهزة للتحليل. يمكن أيضا إجراء هذه التقنيات مثل الترشيح أو الاستخراج أو الاستخلاب قبل التحليل.
سيوضح هذا الفيديو بعض الخطوات الرئيسية في التحضير المناسب للعينة للاستخدام الكيميائي اللاحق.
يمكن تصنيف الأخطاء على أنها منهجية أو عشوائية. ترتبط الأخطاء العشوائية بتغير غير متوقع ، مثل الظروف البيئية مثل الرياح.
ترتبط الأخطاء المنهجية بتحيز المجرب أو الأداة. يمكن تجنب هذه الأخطاء في تحضير العينة من خلال التأكد من أن كل من الإجراء والأجهزة؟ مثل الميزان أو الماصة؟ تستخدم بشكل صحيح.
عند تحضير محلول عينة ، يعد اختيار المذيب أمرا مهما ، ويمكن أن يعتمد على متطلبات الأداة المستخدمة. تتطلب بعض الأدوات مذيبات مائية بينما يتطلب البعض الآخر مذيبات عضوية. من الضروري أن تذوب العينة في السائل المحدد. الذوبان هو عامل من عوامل التفاعلات بين الجزيئات للمادة التحليلية مع المذيب ، ويمكن التلاعب بها غالبا عن طريق تغيير نوع المذيب أو درجة الحرارة أو درجة الحموضة.
يجب أن يكون لمحلول العينة تركيز دقيق. لتحضير المحلول، يتم وزن العينة الصلبة على ميزان تحليلي بدلا من ميزان تحميل علوي قياسي لتحسين الدقة. إذا كانت العينة الصلبة استرطابية وتحتوي على رطوبة ، فقد تحتاج إلى تجفيفها في فرن أو مجفف قبل الوزن.
إذا كانت العينة سائلة ، فيمكن قياسها بالوزن أو الحجم. عند استخدام قياسات الحجم ، تأكد من استخدام قارورة حجمية حيث يمكن إدخال أخطاء عند استخدام أواني زجاجية أخرى للقياس مثل الأسطوانة الحجمية ذات التدرجات الكبيرة. بدلا من ذلك ، يمكن استخدام ماصة زجاجية حجمية. عادة ما تتم معايرتها لتقديم حجم واحد دقيق مع بقاء آخر قطرة في الماصة.
من أجل تحضير المحلول ، يتم إذابة العينة المقاسة بدقة في قارورة حجمية. في البداية ، استخدم أقل من الحجم النهائي للمذيب لإذابة العينة. بعد الخلط ، أضف مذيبا إضافيا بعناية لإحضار المحلول إلى حجمه النهائي.
بعد إذابة معظم العينة في المذيب ، قد لا تزال هناك مواد صلبة تحتاج إلى إزالتها قبل التحليل. يمكن إزالة هذه المواد الصلبة غير المرغوب فيها عن طريق الترشيح لتجنب إتلاف الأداة.
في بعض الحالات ، يجب أن يرتبط المعدن المذاب بمركب آخر؟ يسمى عامل مخلب؟ من أجل أن يتم اكتشافها. هذه العملية تسمى الخلب. عندما ترتبط الأنواع غير المرغوب فيها أيضا بعامل المخلب ، يجب إخفاؤها.
يتم ذلك عن طريق إضافة عامل اخفاء يمنع خلب بعض المعادن. هذا يمنع اكتشاف المعادن غير المرغوب فيها. يمكن بعد ذلك إجراء إزالة المركبات المسببة للتداخل لإطلاق أيونات المعادن وتمكين تحليلها.
الآن بعد أن تم تحديد أساسيات تحضير العينة ، دعنا نلقي نظرة على كيفية إجراؤها في المختبر.
للبدء ، حدد قارورة حجمية بحجم مناسب.
انقع القارورة الحجمية والسدادة في حمض الهيدروكلوريك بنسبة 1٪ لإزالة أي كاتيونات ممتصة. قم بإزالة القارورة والسدادة بعد النقع طوال الليل.
بعد ذلك ، اغسل القارورة الحجمية والسدادة بالصابون والماء منزوع الأيونات ، ثم اشطفها جيدا.
جفف القارورة والسدادة في فرن التجفيف حتى تجف تماما.
بمجرد أن تبرد القارورة ، قم بوزن العينة المطلوبة وأضفها إلى القارورة. سجل كتلة العينة المستخدمة.
أضف حول؟ من حجم المذيب إلى القارورة ، ضع السدادة في مكانها ، وقم بتحريكها برفق لإذابة المواد الصلبة.
أضف ما تبقى من المذيب حتى يلامس الغضروف المفصلي علامة المعايرة الموجودة على القارورة. سدادة القارورة واقلبها عدة مرات لخلطها جيدا.
لإزالة المواد الصلبة غير الذائبة ، قم بتحميل العينة في حقنة ، ضع مرشح حقنة على الطرف ، واضغط على المكبس لدفع العينة للخارج عبر الفلتر. العينة التي تم جمعها الآن جاهزة تماما وجاهزة للتحليل.
إذا كانت العينة المراد تحليلها سائلة وليست صلبة، فيمكن قياسها حجميا باستخدام ماصة. بدءا من قارورة وسدادة حجمية نظيفة ، أضف حجما مناسبا من العينة إلى القارورة وسجل الحجم.
أضف المذيب وانتهي من تحضير العينة كما هو الحال مع العينات الصلبة.
إذا كانت العينة الذائبة تتطلب استخلاب المعادن وإخفاءها ، كما هو الحال في تحليل الكالسيوم المركب في وجود الحديد ، فاضبط العينة على درجة حموضة مناسبة عن طريق إضافة قاعدة.
أضف عامل إخفاء السيانيد لحماية الحديد من الخلب. اسمح له بالتفاعل لمدة 10 دقائق على الأقل.
أضف EDTA لاستخلاص الكالسيوم والسماح له بالاختلاط. استخدم ما يكفي لتشكيل مجمع 1: 1. العينة جاهزة الآن لتحديد الكالسيوم.
لاستخدام نفس العينة لتحليل الحديد ، قم بإزالة الحديد عن طريق إضافة الفورمالديهايد والخلط. العينة جاهزة الآن لتحليل الحديد.
يعد تحضير العينات خطوة مهمة في كل تجربة وطريقة تحليلية يستخدمها الكيميائيون تقريبا.
يمكن استخدام غاز المداخن الصناعي كمصدر لثاني أكسيد الكربون لزراعة الطحالب الدقيقة. من أجل فهم ما إذا كان تلوث المعادن الثقيلة من الغاز يمثل مشكلة ، تم تحليل الطحالب المزروعة في هذا المثال بحثا عن محتوى المعادن الثقيلة.
بعد فترة النمو ، تم جمع الطحالب من سائل المفاعل الحيوي عن طريق الطرد المركزي وتجفيفها بالتجميد قبل البدء في عملية تحضير العينة.
تم هضم الطحالب المجففة باستخدام الحرارة وحمض النيتريك وبيروكسيد الهيدروجين من أجل تحضير محلول متجانس مناسب للتحليل الكيميائي. في هذا المثال ، تم تحليل محتوى المعادن الثقيلة في الطحالب المجففة باستخدام مطياف كتلة البلازما المقترن بالحث ، أو ICP-MS.
اكتشفت هذه التقنية في نفس الوقت 12 معدنا في العينة دون تدخل ، وكشفت أن الملوثات المعدنية من غاز المداخن انتهى بها المطاف في الكتلة الحيوية للطحالب.
يعد التحضير المناسب للعينة مهما أيضا عند دراسة المواد المعقدة مثل التربة باستخدام التحليل الطيفي للامتصاص الذري.
في هذه التجربة ، تم وزن عينة من التربة المجففة أولا على ميزان تحليلي. ثم تمت إضافته إلى أنبوب الهضم مع الماء 1: 1 وحمض النيتريك المركز باستخدام ماصة.
بعد عدة خطوات للهضم ، تمت ترشيح العينة لإزالة أي مواد صلبة ، ثم تم جمعها في قارورة حجمية. تمت إضافة ماء إضافي لتخفيف المحلول للتحليل.
تشكل البوليستر الدهني المكونات الهيكلية لأجزاء من جدران الخلايا. من أجل دراسة هذه المواد الكيميائية باستخدام GC-MS ، تم أولا جمع الأنسجة النباتية ووزنها.
بعد خطوات المعالجة والتجفيف المختلفة ، تمت إضافة خليط 1: 1 من التولوين والهيبتان لإذابة العينة الجافة.
تم إدخال القارورة في درج التحميل الأوتوماتيكي ل GC-MS لتحليلها.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لإعداد العينة. يجب أن تفهم الآن أساسيات تحضير العينات الصلبة والسائلة للتحليل اللاحق.
شكرا للمشاهدة!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: Why is proper sample preparation critical in analytical chemistry?
Proper sample preparation is essential to reduce errors and ensure accurate chemical analysis. Errors in sample preparation are systematic errors that propagate through analysis, causing uncertainty or inaccuracies in calibration curves. Poor preparation can also damage analytical instruments. Careful sample preparation ensures either a standard or unknown sample is correctly prepared for chemical measurement.
Q2: What is the difference between random and systematic errors in sample preparation?
Random errors result from unexpected changes, such as environmental conditions like wind, and are often due to instrument noise. Systematic errors stem from investigator or instrumental bias, introducing an offset in measured values. Systematic errors in sample preparation can be eliminated through correct procedures and proper use of instruments and devices like balances or pipettes.
Q3: How do you prepare a solid sample for analysis?
Weigh the solid sample on an analytical balance for improved accuracy. If hygroscopic, dry it in an oven or desiccator first. Dissolve the sample in a volumetric flask using less than the final solvent volume initially. After mixing, carefully add solvent to reach the calibration mark. Stopper and invert several times to thoroughly mix the homogeneous solution.
Q4: What role does solvent selection play in sample preparation?
Solvent choice is critical and depends on instrument requirements; some require aqueous solvents while others require organic. The sample must dissolve in the selected solvent. Solubility depends on intermolecular interactions between the analyte and solvent, and can be manipulated by changing solvent type, temperature, or pH to ensure proper dissolution.
Q5: When is chelation and masking used in sample preparation?
Chelation is used when a dissolved metal must be bound to a chelating agent like EDTA to be detected. Masking agents are added to inhibit chelation of unwanted metals, preventing their detection. Demasking can then release interfering metal ions for separate analysis. This technique is essential in complexometric analyses, such as calcium determination in the presence of iron.
Q6: How do you remove undissolved solids from a prepared sample?
Load the sample into a syringe and attach a syringe filter to the tip. Press the plunger to push the sample through the filter, which removes unwanted solids. This filtration step is necessary to prevent damage to analytical instruments and ensure the sample is fully prepared and ready for analysis.
Q7: What are the key differences between preparing solid and liquid samples?
Solid samples must be weighed on an analytical balance and may require drying before weighing. Liquid samples can be measured by weight or volume using volumetric flasks or calibrated glass pipettes. Both types are then dissolved in volumetric flasks with solvent and mixed to the calibration mark. Liquid samples skip the initial weighing step but follow the same dissolution and mixing procedures.