Steekproefvoorbereiding voor analytische karakterisering
Bron: Laboratorium van Dr. B. Jill Venton - Universiteit van Virginia
Steekproefvoorbereiding is de manier waarop een monster wordt behandeld om het v…
1. Making a Solution from a Solid
- Kies het juiste glaswerk om de oplossing te maken.
- Reinig het glaswerk grondig via een zuurbad van 1% HCl of HNO3 samen met zeep om eventuele onzuiverheden te verwijderen (veiligheidswaarschuwing: gebruik bij elk sterk zuur handschoenen, veiligheidsbril en andere geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen).
- Spoel het glaswerk meerdere keren met gedestilleerd water. Droog indien nodig in een oven.
- Om een oplossing van een vaste stof te maken, weeg de juiste hoeveelheid vaste stof af.
- Doe de vaste stof in de volumetrische kolf en vul vervolgens ongeveer ¾ vol met oplosmiddel.
- Slinger om de vaste stof volledig op te lossen voordat de volumetrische kolf volledig wordt gevuld.
- Vul de volumetrische kolf tot aan de lijn. De meniscus mag net de vullijn raken. Draai de kolf vervolgens meerdere keren om met de dop erop om verder te mengen indien nodig.
2. Making a Solution from a Liquid
- Kies het juiste glaswerk om de oplossing te maken. Om een vloeistof met een overdrachtpipet af te geven, vul de pipet tot aan de lijn met een pipetbalg.
- Laat de vloeistof in de volumetrische kolf vrij voor het maken van de oplossing. Blaas de laatste druppel niet uit.
- Vul de volumetrische kolf tot aan de lijn, zodat de meniscus de lijn raakt. Meng de oplossing door meerdere keren te draaien.
3. Filtering
- Voor een filterflesopstelling, plaats een stuk filterpapier op de fritte glazen filter.
- Bevestig de fritte glazen filter aan een filterfles.
- Koppel een vacuüm aan de arm van de filterfles. Er kan ook een val worden gebruikt om te voorkomen dat er vloeistof in het vacuüm komt.
- Schakel het vacuüm in en giet het monster door het filterpapier.
- Filter tot er een droge poeder is overgebleven. Droog het monster verder in een oven als een droog neerslag wenselijk is.
- Om te filteren met een spuit, voeg het monster toe aan een schone spuit met een Luer lock-uiteinde.
- Schroef de spuitfilter in de Luer lock. Duw de plunjer op de spuit en verzamel het vocht na de filter.
- Voor een spinfilter, spoel de filter vooraf met buffer of ultrapuur water.
- Plaats de spinfilter in een microcentrifugebuisje.
- Laad het monster op de filter en sluit het buisje.
- Plaats het buisje in een centrifuge, zorg ervoor dat het goed is uitgebalanceerd met een ander buisje aan de andere kant, en centrifugeer gedurende 10–30 min, afhankelijk van het type spinfilter.
- Verwijder de filter en de vloeistof in de bodem is de gefilterde oplossing.
- Als het monster niet door het membraan kan gaan — zoals een grote eiwit — blijft het aan de bovenkant van de filter. In dit geval draai de filter om, plaats het in een nieuwe buis en draai opnieuw. Dit zal een geconcentreerd monster produceren.
4. Masking and Chelating
- Voor maskeren en cheleren, pas de pH aan op een geschikte waarde afhankelijk van de formatieconstanten van het maskermiddel en het chelerende middel.
- Voeg het maskermiddel toe aan de oplossing en laat het minimaal 10 min reageren met de metaalionen van keuze.
- Voeg het chelerende reagens toe. Voor EDTA vormt het typisch een 1:1 complex met de metaalionen, dus voeg evenzoveel mol EDTA toe als metaal dat zal worden gecheleerd.
- Na cheleren, ontmasker door een chemische stof toe te voegen die zal reageren met de gemaskerde metaalionen. De gemaskerde substantie kan dan worden geanalyseerd of hersteld door precipitatie.
Juiste monstervoorbereiding is een cruciale eerste stap in alle soorten chemische analyses.
Geschikte monstervoorbereiding is essentieel om het potentieel voor fouten te verminderen. Fouten kunnen op verschillende manieren worden beperkt: van de selectie van geschikt glaswerk tot aandacht voor significante cijfers in berekeningen.
Voor veel analytische instrumenten moet eerst een uniforme oplossing van het monster van belang worden bereid. Het proces van oplossen - waarbij een opgeloste stof in een oplosmiddel oplost - maakt de vorming van een homogene oplossing mogelijk die vervolgens kan worden afgenomen voor gebruik in een of meer analyses.
Het opgeloste monster vereist echter vaak aanvullende voorbereidingsstappen voordat het klaar is voor analyse. Deze technieken zoals filtratie, extractie of chelatie kunnen ook worden uitgevoerd vóór de analyse.
Deze video zal enkele belangrijke stappen in de juiste monstervoorbereiding voor later chemisch gebruik demonstreren.
Fouten kunnen worden geclassificeerd als systemisch of willekeurig. Willekeurige fouten worden geassocieerd met onverwachte veranderingen, zoals omgevingsomstandigheden zoals wind.
Systematische fouten worden geassocieerd met experimentator- of instrumentbias. Deze fouten in monstervoorbereiding kunnen worden vermeden door ervoor te zorgen dat zowel de procedure als de apparaten - zoals een balans of pipet - correct worden gebruikt.
Bij het bereiden van een monstersoplossing is de keuze van het oplosmiddel belangrijk en kan worden gebaseerd op de vereisten van het te gebruiken instrument. Sommige instrumenten vereisen waterige oplosmiddelen, terwijl andere organische vereisen. Het is noodzakelijk dat het monster oplost in het geselecteerde vloeistof. Oplosbaarheid is een factor van intermoleculaire interacties van de analyt met het oplosmiddel en kan vaak worden gemanipuleerd door het type oplosmiddel, temperatuur of pH te wijzigen.
Een monstersoplossing moet een nauwkeurige concentratie hebben. Om de oplossing te bereiden, wordt het vaste monster gewogen op een analytische weegschaal in plaats van een standaard weegschaal met bovenop laden voor betere nauwkeurigheid. Als het vaste monster hygroscopisch is en vocht bevat, moet het mogelijk in een oven of droogkast worden gedroogd voordat het wordt gewogen.
Als het monster vloeibaar is, kan het worden gemeten op basis van gewicht of volume. Bij het gebruik van volumemetingen, zorg ervoor dat u een volumetrische kolf gebruikt, want fouten kunnen worden geïntroduceerd bij het gebruik van andere meetglaswerk zoals een volumetrische cilinder met grote schaalverdelingen. Als alternatief kan een glazen volumetrische pipet worden gebruikt. Deze zijn doorgaans gekalibreerd om één nauwkeurig volume te leveren met de laatste druppel die in de pipet achterblijft.
Om de oplossing te bereiden, wordt het nauwkeurig gemeten monster opgelost in een volumetrische kolf. Gebruik aanvankelijk minder dan het uiteindelijke volume oplosmiddel om het monster op te lossen. Voeg na het mengen zorgvuldig extra oplosmiddel toe om de oplossing tot zijn uiteindelijke volume te brengen.
Nadat het grootste deel van het monster in het oplosmiddel is opgelost, kunnen er nog steeds vaste stoffen aanwezig zijn die voorafgaand aan de analyse moeten worden verwijderd. Deze ongewenste vaste stoffen kunnen worden verwijderd door middel van filtratie om schade aan het instrument te voorkomen.
In sommige gevallen moet een opgelost metaal aan een andere verbinding - een chelatiemiddel genoemd - worden gebonden om gedetecteerd te worden. Dit proces wordt chelatie genoemd. Wanneer ongewenste soorten zich ook aan het chelatiemiddel binden, moeten ze worden gemaskeerd.
Dit wordt gedaan door een maskeringsmiddel toe te voegen dat chelatie van bepaalde metalen remt. Dit voorkomt dat de ongewenste metalen worden gedetecteerd. Demaskering van de interfererende verbindingen kan vervolgens worden uitgevoerd om de metaalionen vrij te maken en hun analyse mogelijk te maken.
Nu de basisprincipes van monstervoorbereiding zijn geschetst, laten we eens kijken hoe het in het laboratorium wordt uitgevoerd.
Om te beginnen, selecteert u een volumetrische kolf van de juiste grootte.
Week de volumetrische kolf en stop in 1% zoutzuur om geadsorbeerde kationen te verwijderen. Verwijder de kolf en stop na het weken een nacht lang.
Vervolgens wordt de volumetrische kolf en stop met zeep en gedeïoniseerd water gewassen en daarna grondig gespoeld.
Droog de kolf en stop in een droogoven tot ze volledig droog zijn.
Zodra de kolf is afgekoeld, weegt u het vereiste monster en voegt u het toe aan de kolf. Noteer de massa van het gebruikte monster.
Voeg ongeveer een kwart van het oplosmiddelvolume toe aan de kolf, plaats de stop en zwaai voorzichtig om de vaste stoffen op te lossen.
Voeg de rest van het oplosmiddel toe tot het meniscus de kalibratiemerk op de kolf raakt. Stop de kolf en draai hem enkele keren om te mengen.
Om onopgeloste vaste stoffen te verwijderen, laadt u het monster in een spuit, plaatst u een spuitfilter op de punt en drukt u op de zuiger om het monster door het filter te duwen. Het verzamelde monster is nu volledig voorbereid en klaar voor analyse.
Als het te analyseren monster een vloeistof is in plaats van een vaste stof, kan het volumetrisch worden gemeten met behulp van een pipet. Begin met een schone volumetrische kolf en stop, voeg een geschikt volume van het monster toe aan de kolf en noteer het volume.
Voeg het oplosmiddel toe en voltooi het voorbereiden van het monster zoals voor vaste monsters.
Als het opgeloste monster metaalchelatie en maskering vereist, zoals bij een complexometrische calciumanalyse in aanwezigheid van ijzer, past u het monster aan op een geschikte pH door base toe te voegen.
Voeg het?cyanide maskeringsmiddel toe om het ijzer te beschermen tegen chelatie. Laat het ten minste 10 minuten reageren.
Voeg EDTA toe om het calcium te cheleren en laat het mengen. Gebruik genoeg om een 1: 1-complex te vormen. Het monster is nu klaar voor calciumbepaling.
Om hetzelfde monster te gebruiken voor ijzeranalyse, demaskeer het ijzer door formaldehyde toe te voegen en te mengen. Het monster is nu klaar voor ij
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.