Preparazione del campione per la caratterizzazione analitica
Fonte: Laboratorio del Dr.B. Jill Venton - Università della Virginia
La preparazione del campione è il modo in cui un campione viene trattato per prep…
1. Creare una soluzione da un solido
- Scegli la vetreria corretta per fare la soluzione.
- Pulire accuratamente la vetreria tramite un bagno acido dell'1% HCl o HNO3 insieme al sapone per rimuovere eventuali impurità (avvertenza di sicurezza: con qualsiasi acido forte usare guanti, occhiali e altri dispositivi di protezione individuale appropriati).
- Risciacquare più volte la vetreria con acqua distillata. Asciugare in forno se necessario.
- Per creare una soluzione da un solido, ammassare la quantità corretta di solido.
- Mettere il solido nel matraccio volumetrico e poi riempire circa 3/4 di solvente.
- Ruotare per sciogliere completamente il solido prima di riempire completamente il matraccio volumetrico.
- Riempire il pallone volumetrico fino alla linea. Il menisco dovrebbe semplicemente toccare la linea di riempimento. Quindi invertire il matraccio più volte con il cappuccio acceso per mescolare ulteriormente, se necessario.
2. Fare una soluzione da un liquido
- Scegli la vetreria corretta per fare la soluzione. Per consegnare un liquido utilizzando una pipetta di trasferimento, riempire la pipetta alla linea utilizzando una lampadina a pipetta.
- Rilasciare il liquido nel matraccio volumetrico per preparare la soluzione. Non soffiare fuori l'ultima goccia.
- Riempire il pallone volumetrico fino alla linea in modo che il menisco tocchi la linea. Mescolare la soluzione invertendo più volte.
3. Filtraggio
- Per una configurazione del pallone filtrante, posizionare un pezzo di carta da filtro sul filtro in vetro fritto.
- Attaccare il filtro in vetro fritto a un pallone filtrante.
- Attaccare un vuoto al braccio del pallone filtrante. Una trappola può anche essere utilizzata per impedire a qualsiasi liquido di entrare nel vuoto.
- Accendere il vuoto e versare il campione attraverso la carta da filtro.
- Filtrare fino a quando non rimane una polvere secca. Continuare ad asciugare il campione in un forno se si desidera un precipitato secco.
- Per il filtro della siringa, aggiungere il campione a una siringa pulita con un'estremità Luer lock.
- Avvitare il filtro della siringa nel lucchetto Luer. Spingere lo stantuffo sulla siringa e raccogliere il liquido dopo il filtro.
- Per un filtro di centrifuga, pre-risciacquare il filtro con tampone o acqua ultrapura.
- Inserire il filtro di centrifuga in un tubo di microcentrifuga.
- Caricare il campione sopra il filtro e tappare il tubo.
- Mettere il tubo in una centrifuga, assicurandosi di bilanciarlo correttamente con un altro tubo sull'altro lato e centrifugare per 10-30 minuti, a seconda del tipo di filtro di rotazione.
- Rimuovere il filtro e il liquido sul fondo è la soluzione filtrata.
- Se il campione non può passare attraverso la membrana , come una grande proteina - rimarrà nella parte superiore del filtro. In questo caso, capovolgere il filtro, metterlo in un nuovo tubo e girare di nuovo. Questo produrrà un campione concentrato.
4. Mascheramento e chelatazione
- Per mascherare e chelatare, regolare il pH a un valore appropriato in base alle costanti di formazione dell'agente mascherante e dell'agente chelante.
- Aggiungere l'agente mascherante alla soluzione e lasciarlo reagire per almeno 10 minuti con lo ione metallico scelto.
- Aggiungere il reagente chelante. Per l'EDTA, in genere forma un complesso 1: 1 con lo ione metallico, quindi aggiungi tante moli di EDTA quante ne saranno chelate.
- Dopo la chelazione, demask aggiungendo una sostanza chimica che reagirà con lo ione metallico mascherato. La sostanza mascherata può quindi essere analizzata o recuperata per precipitazione.
La corretta preparazione del campione è un primo passo fondamentale in tutti i tipi di analisi chimiche.
Un'adeguata preparazione del campione è essenziale per ridurre il potenziale di errore. L'errore può essere mitigato in diversi modi: dalla selezione della vetreria adeguata all'attenzione alle cifre significative nei calcoli.
Per molti strumenti analitici è necessario prima preparare una soluzione uniforme del campione di interesse. Il processo di dissoluzione ? dove un soluto si dissolve in un solvente ? consente la formazione di una soluzione omogenea che può essere prelevata per essere utilizzata in una o più analisi.
Tuttavia, il campione disciolto richiede spesso ulteriori fasi di preparazione prima di essere pronto per l'analisi. Queste tecniche come la filtrazione, l'estrazione o la chelazione possono essere eseguite anche prima dell'analisi.
Questo video illustra alcuni passaggi chiave per una corretta preparazione del campione per il successivo utilizzo della sostanza chimica.
Gli errori possono essere classificati come sistematici o casuali. Gli errori casuali sono associati a cambiamenti imprevisti, come le condizioni ambientali come il vento.
Gli errori sistematici sono associati alla distorsione dello sperimentatore o dello strumento. Questi errori nella preparazione del campione possono essere evitati assicurandosi che sia la procedura che i dispositivi ? come una bilancia o una pipetta? siano utilizzati correttamente.
Quando si prepara una soluzione campione, la scelta del solvente è importante e può essere basata sui requisiti dello strumento utilizzato. Alcuni strumenti richiedono solventi acquosi, mentre altri richiedono sostanze organiche. È necessario che il campione si dissolva nel liquido selezionato. La solubilità è un fattore di interazioni intermolecolari dell'analita con il solvente e spesso può essere manipolata modificando il tipo di solvente, la temperatura o il pH.
Una soluzione campione deve avere una concentrazione accurata. Per preparare la soluzione, il campione solido viene pesato su una bilancia analitica anziché su una bilancia standard a caricamento dall'alto per una maggiore accuratezza. Se il campione solido è igroscopico e contiene umidità, potrebbe essere necessario asciugarlo in un forno o in un essiccatore prima della pesatura.
Se il campione è liquido, può essere misurato in peso o volume. Quando si utilizzano le misure di volume, assicurarsi di utilizzare un matraccio volumetrico poiché possono essere introdotti errori quando si utilizza una vetreria di misurazione diversa, come un cilindro volumetrico con graduazioni grandi. In alternativa, è possibile utilizzare una pipetta volumetrica in vetro. Questi sono in genere calibrati per erogare un volume accurato con l'ultima goccia rimasta nella pipetta.
Per preparare la soluzione, il campione misurato con precisione viene disciolto in un matraccio tarato. Inizialmente, utilizzare meno del volume finale di solvente per sciogliere il campione. Dopo la miscelazione, aggiungere con cautela altro solvente per portare la soluzione al suo volume finale.
Dopo aver sciolto la maggior parte del campione nel solvente, potrebbero essere ancora presenti solidi che devono essere rimossi prima dell'analisi. Questi solidi indesiderati possono essere rimossi mediante filtrazione per evitare di danneggiare lo strumento.
In alcuni casi, un metallo disciolto deve essere legato a un altro composto ? chiamato agente chelante ? per essere rilevato. Questo processo è chiamato chelazione. Quando anche le specie indesiderate si legano all'agente chelante, devono essere mascherate.
Questo viene fatto aggiungendo un agente mascherante che inibisce la chelazione di alcuni metalli. In questo modo si evita che i metalli indesiderati vengano rilevati. Il demasking dei composti interferenti può quindi essere eseguito per rilasciare gli ioni metallici e consentirne l'analisi.
Ora che sono state delineate le basi della preparazione dei campioni, diamo un'occhiata a come viene eseguita in laboratorio.
Per iniziare, selezionare un matraccio tarato di dimensioni adeguate.
Immergere il matraccio tarato e il tappo in acido cloridrico all'1% per rimuovere eventuali cationi adsorbiti. Togliere il pallone e il tappo dopo averlo messo in ammollo per una notte.
Successivamente, lavare il matraccio tarato e il tappo con sapone e acqua deionizzata, quindi risciacquare abbondantemente.
Asciugare il pallone e il tappo in un forno di essiccazione fino a completa asciugatura.
Una volta che il pallone si è raffreddato, pesare il campione richiesto e aggiungerlo al pallone. Registrare la massa del campione utilizzato.
Aggiungi circa ? del volume del solvente nel pallone, posizionare il tappo e agitare delicatamente per sciogliere i solidi.
Aggiungere il resto del solvente fino a quando il menisco tocca il segno di calibrazione sul pallone. Tappare il pallone e capovolgerlo più volte per amalgamare accuratamente.
Per rimuovere i solidi non disciolti, caricare il campione in una siringa, posizionare un filtro per siringa sulla punta e premere lo stantuffo per spingere fuori il campione attraverso il filtro. Il campione raccolto è ora completamente preparato e pronto per l'analisi.
Se il campione da analizzare è un liquido piuttosto che un solido, può essere misurato volumetricamente utilizzando una pipetta. Iniziando con un matraccio tarato pulito e un tappo, aggiungere un volume appropriato del campione al pallone e registrare il volume.
Aggiungere il solvente e terminare la preparazione del campione come si fa per i campioni solidi.
Se il campione disciolto richiede la chelazione e il mascheramento dei metalli, ad esempio in un'analisi complessometrica del calcio in presenza di ferro, regolare il campione a un pH appropriato aggiungendo una base.
Aggiungere l'agente mascherante al cianuro per proteggere il ferro dalla chelazione. Lasciarlo reagire per almeno 10 minuti.
Aggiungere EDTA per chelare il calcio e lasciarlo mescolare. Usane abbastanza per formare un complesso 1:1. Il campione è ora pronto per la determinazione del calcio.
Per utilizzare lo stesso campione per l'analisi del ferro, smascherare il ferro aggiungendo formaldeide e mescolare. Il campione è ora pronto per l'analisi del ferro.
La preparazione del campione è una fase importante in quasi tutti gli esperimenti e i metodi analitici utilizzati dai chimici.
I gas di combustione industriali possono essere utilizzati come fonte di anidride carbonica per la coltura di microalghe. Per capire se la contaminazione da metalli pesanti del gas è un problema, le alghe coltivate in questo esempio sono state analizzate per il contenuto di metalli pesanti.
Dopo il periodo di crescita, le alghe sono state raccolte dal fluido del bioreattore mediante centrifugazione e liofilizzate prima di iniziare il processo di preparazione del campione.
Le alghe essiccate sono state digerite utilizzando calore, acido nitrico e perossido di idrogeno al fine di preparare una soluzione omogenea adatta all'analisi chimica. In questo esempio, il contenuto di metalli pesanti nelle alghe essiccate è stato analizzato utilizzando la spettrometria di massa al plasma accoppiata induttivamente, o ICP-MS.
La tecnica ha rilevato simultaneamente 12 metalli nel campione senza interferenze e ha rivelato che i contaminanti metallici dei gas di combustione sono finiti nella biomassa delle alghe.
Una corretta preparazione del campione è importante anche quando si studiano materiali complessi come il suolo utilizzando la spettroscopia di assorbimento atomico.
In questo esperimento, un campione di terreno essiccato è stato prima pesato su una bilancia analitica. È stato quindi aggiunto a una provetta per la digestione con acqua 1:1 e acido nitrico concentrato utilizzando una pipetta.
Dopo diverse fasi di digestione, il campione è stato filtrato per rimuovere eventuali solidi, quindi è stato raccolto in un matraccio tarato. È stata aggiunta altra acqua per diluire la soluzione per l'analisi.
I poliesteri lipidici costituiscono i componenti strutturali di parti delle pareti cellulari. Per studiare queste sostanze chimiche utilizzando la GC-MS, il tessuto vegetale è stato prima raccolto e pesato.
Dopo varie fasi di lavorazione ed essiccazione, è stata aggiunta una miscela 1:1 di toluene ed eptano per sciogliere il campione secco.
La fiala è stata inserita nel vassoio di caricamento automatico di un GC-MS per l'analisi.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla preparazione dei campioni. A questo punto è necessario comprendere le nozioni di base sulla preparazione di campioni solidi e liquidi per le analisi successive.
Grazie per l'attenzione!
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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.