3.1: Подготовка образцов для определения аналитических характеристик

1. Создание раствора из твердого тела

1. Выберите правильную стеклянную посуду для приготовления раствора.
2. Тщательно очистите стеклянную посуду в кислотной ванне с содержанием 1% HCl или HNO₃ вместе с мылом, чтобы удалить любые загрязнения (предупреждение о безопасности: с любой сильной кислотой используйте перчатки, очки и другие соответствующие средства индивидуальной защиты).
3. Несколько раз промойте стеклянную посуду дистиллированной водой. При необходимости высушите в духовке.
4. Чтобы приготовить раствор из твердого тела, массой выйдите нужное количество твердого вещества.
5. Поместите твердое вещество в мерную колбу, а затем заполните растворителем примерно на 3/4.
6. Взболтайте до полного растворения твердого вещества перед полным заполнением мерной колбы.
7. Наполните мерную колбу до линии. Мениск должен лишь касаться линии заполнения. Затем переверните колбу несколько раз с закрытой крышкой, чтобы при необходимости дополнительно перемешать.

2. Приготовление раствора из жидкости

1. Выберите правильную стеклянную посуду для приготовления раствора. Чтобы подать жидкость с помощью переводной пипетки, заполните пипетку до линии с помощью колбы для пипетки.
2. Выпустите жидкость в мерную колбу для приготовления раствора. Не выдувайте последнюю каплю.
3. Наполните мерную колбу до такой степени, чтобы мениск касался линии. Перемешайте раствор, перевернув несколько раз.

3. Фильтрация

1. Для установки фильтрующей колбы положите лист фильтровальной бумаги на фильтр из фриттированного стекла.
2. Прикрепите фильтр из фриттированного стекла к фильтрующей колбе.
3. Прикрепите пылесос к рычагу фильтрующей колбы. Ловушка также может использоваться для предотвращения попадания жидкости в вакуум.
4. Включите пылесос и вылейте образец через фильтровальную бумагу.
5. Процедите до тех пор, пока не останется сухой порошок. Продолжайте сушить образец в духовке, если требуется сухой осадок.
6. Чтобы отфильтровать шприц, добавьте образец в чистый шприц с фиксатором Люэра.
7. Вкрутите фильтр шприца в замок Люэра. Нажмите на поршень на шприце и соберите жидкость после фильтра.
8. Для спинового фильтра предварительно промойте фильтр буферной или сверхчистой водой.
9. Вставьте спиновой фильтр в микроцентрифужную трубку.
10. Загрузите образец на фильтр и закройте пробирку крышкой.
11. Поместите пробирку в центрифугу, убедившись, что она правильно сбалансирована с другой пробиркой с другой стороны, и центрифугируйте в течение 10–30 минут, в зависимости от типа спинового фильтра.
12. Снимите фильтр, и жидкость на дне будет отфильтрованным раствором.
13. Если образец не может пройти через мембрану — например, большой белок — он останется в верхней части фильтра. В этом случае переверните фильтр, вставьте его в новую трубку и снова крутите. В результате получится концентрированная проба.

4. Маскировка и хелатирование

1. Для маскирования и хелатирования отрегулируйте pH до соответствующего значения в зависимости от констант образования маскирующего агента и хелатирующего агента.
2. Добавьте маскирующее вещество в раствор и дайте ему вступить в реакцию в течение не менее 10 минут с ионом металла по выбору.
3. Добавьте хелатирующий реагент. Для ЭДТА он обычно образует комплекс 1:1 с ионом металла, поэтому добавьте столько молей ЭДТА, сколько металла будет хелатировано.
4. После хелатирования снимите маскировку, добавив химическое вещество, которое вступит в реакцию с замаскированным ионом металла. Затем замаскированное вещество может быть проанализировано или восстановлено с помощью осаждения.

Надлежащая подготовка образцов является важным первым шагом во всех типах химических анализов.

Подходящая подготовка образцов имеет важное значение для снижения вероятности ошибки. Погрешность можно смягчить несколькими способами: от подбора подходящей стеклянной посуды до внимания к значимым цифрам в расчетах.

Для многих аналитических приборов необходимо сначала подготовить единообразное решение интересующего образца. Процесс роспуска ? Где растворенное вещество растворяется в растворителе? Позволяет получить однородный раствор, который затем может быть отобран для использования в одном или нескольких анализах.

Однако растворенный образец часто требует дополнительных этапов подготовки, прежде чем он будет готов к анализу. Эти методы, такие как фильтрация, экстракция или хелатирование, также могут быть выполнены перед анализом.

В этом видео будут продемонстрированы некоторые ключевые шаги по правильной подготовке образцов для последующего использования химических веществ.

Ошибки можно классифицировать как систематические или случайные. Случайные ошибки связаны с неожиданными изменениями, такими как условия окружающей среды, такие как ветер.

Систематические ошибки связаны с систематической ошибкой экспериментатора или прибора. Этих ошибок при подготовке образцов можно избежать, убедившись, что как процедура, так и устройства ? Например, весы или пипетка? используются правильно.

При приготовлении образца раствора выбор растворителя имеет важное значение и может основываться на требованиях используемого инструмента. Для некоторых инструментов требуются водные растворители, в то время как для других требуются органические. Он необходим для того, чтобы образец растворился в выбранной жидкости. Растворимость является фактором межмолекулярных взаимодействий аналита с растворителем и часто может быть изменена путем изменения типа растворителя, температуры или pH.

Пробный раствор должен иметь точную концентрацию. Для приготовления раствора твердый образец взвешивается на аналитических весах, а не на стандартных весах с верхней загрузкой, что повышает точность. Если твердый образец гигроскопичен и содержит влагу, перед взвешиванием его может потребоваться высушить в печи или эксикаторе.

Если образец жидкий, его можно измерить по весу или объему. При использовании измерений объема обязательно используйте мерную колбу, так как при использовании другой измерительной посуды, такой как объемный цилиндр с большой градуировкой, могут возникнуть ошибки. В качестве альтернативы можно использовать стеклянную объемную пипетку. Обычно они калибруются таким образом, чтобы обеспечить один точный объем с последней каплей, оставшейся в пипетке.

Для того чтобы приготовить раствор, точно отмеренный образец растворяют в мерной колбе. Первоначально используйте меньше конечного объема растворителя для растворения образца. После перемешивания осторожно добавьте дополнительный растворитель, чтобы довести раствор до конечного объема.

После растворения большей части образца в растворителе могут остаться твердые вещества, которые необходимо удалить перед анализом. Эти нежелательные твердые частицы могут быть удалены с помощью фильтрации, чтобы не повредить инструмент.

В некоторых случаях растворенный металл должен быть связан с другим соединением ? называется хелатирующим агентом? для того, чтобы быть обнаруженным. Этот процесс называется хелированием. Когда нежелательные вещества также связываются с хелатирующим агентом, они должны быть замаскированы.

Это делается путем добавления маскирующего агента, который ингибирует хелатирование некоторых металлов. Это предотвращает обнаружение нежелательных металлов. Затем можно выполнить демаскирование интерферирующих соединений для высвобождения ионов металлов и обеспечения их анализа.

Теперь, когда с основами пробоподготовки разобрались, давайте рассмотрим, как она выполняется в лаборатории.

Для начала выберите мерную колбу подходящего размера.

Замочите мерную колбу и пробку в 1% соляной кислоте, чтобы удалить все адсорбированные катионы. Снимите колбу и пробку после замачивания на ночь.

Далее вымойте мерную колбу и пробку с мылом и деионизированной водой, после чего тщательно промойте.

Просушите колбу и пробку в сушильном шкафу до полного высыхания.

Как только колба остынет, взвесьте необходимый образец и добавьте его в колбу. Запишите массу используемого образца.

Добавить о ? объема растворителя в колбу, поставьте пробку на место и аккуратно взболтайте, чтобы растворить твердые частицы.

Добавляйте оставшийся растворитель до тех пор, пока мениск не коснется калибровочной метки на колбе. Закупорьте колбу и переверните ее несколько раз для тщательного перемешивания.

Чтобы удалить нерастворенные твердые вещества, загрузите образец в шприц, поместите на наконечник шприцевой фильтр и нажмите на поршень, чтобы вытолкнуть образец через фильтр. Теперь собранный образец полностью подготовлен и готов к анализу.

Если анализируемый образец является жидким, а не твердым, его можно измерить объемно с помощью пипетки. Начиная с чистой мерной колбы и пробки, добавьте в колбу соответствующий объем образца и запишите объем.

Добавьте растворитель и завершите подготовку образца, как это делается для твердых образцов.

Если растворенный образец требует хелатирования и маскировки металлов, например, при комплексометрическом анализе кальция в присутствии железа, отрегулируйте образец до соответствующего pH, добавив основание.

Добавьте маскирующее вещество для цианида, чтобы защитить железо от хелирования. Дайте ему вступить в реакцию не менее 10 минут.

Добавьте ЭДТА для хелатирования кальция и дайте ему перемешаться. Используйте достаточно, чтобы образовался комплекс 1:1. Теперь образец готов для определения кальция.

Чтобы использовать тот же образец для анализа железа, снимите маскировку с железа, добавив формальдегид, и перемешайте. Теперь образец готов к анализу железа.

Подготовка образцов является важным этапом практически в каждом эксперименте и аналитическом методе, используемом химиками.

Промышленные дымовые газы могут быть использованы в качестве источника углекислого газа для культивирования микроводорослей. Чтобы понять, является ли проблемой загрязнение тяжелыми металлами газом, водоросли, выращенные в этом примере, были проанализированы на содержание тяжелых металлов.

После периода роста водоросли собирали из жидкости биореактора методом центрифугирования и лиофилизировали перед началом процесса подготовки образцов.

Высушенные водоросли переваривали с помощью тепла, азотной кислоты и перекиси водорода для приготовления однородного раствора, пригодного для химического анализа. В данном примере содержание тяжелых металлов в высушенных водорослях было проанализировано с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, или ИСП-МС.

Метод одновременно обнаружил 12 металлов в образце без помех и показал, что металлические загрязнители из дымовых газов оказались в биомассе водорослей.

Правильная подготовка образцов также важна при изучении сложных материалов, таких как почва, с помощью атомно-абсорбционной спектроскопии.

В этом эксперименте образец высушенной почвы сначала взвешивался на аналитических весах. Затем его добавляли в пищеварительную трубку с водой 1:1 и концентрированной азотной кислотой с помощью пипетки.

После нескольких этапов разложения образец фильтровали для удаления любых твердых частиц, а затем собирали в мерную колбу. Для разбавления раствора для анализа добавляли дополнительную воду.

Липидные полиэфиры являются структурными компонентами частей клеточных стенок. Чтобы изучить эти химические вещества с помощью ГХ-МС, сначала была собрана и взвешена растительная ткань.

После различных этапов обработки и сушки для растворения сухого образца добавляли смесь толуола и гептана в соотношении 1:1.

Флакон был вставлен в автоматический загрузочный лоток ГХ-МС для анализа.

Вы только что посмотрели введение JoVE в Sample Preparation. Теперь вы должны понимать основы подготовки твердых и жидких проб для последующего анализа.

Спасибо за просмотр!