Analitik Karakterizasyon için Numune Hazırlama
Kaynak: Dr. B. Jill Venton'un Laboratuvarı - Virginia Üniversitesi
Numune hazırlama, bir numunenin analize hazırlanmak için işleme alınma şeklidir. Di…
1. Katıdan Çözüm Yapmak
- Çözüm yapmak için doğru cam eşyayı seçin.
- Cam eşyaları, kirleri temizlemek için sabunla birlikte %1 HCl veya HNO3 asit banyosu ile iyice temizleyin (güvenlik uyarısı: herhangi bir güçlü asitle eldiven, gözlük ve diğer uygun kişisel koruyucu ekipman kullanın).
- Cam eşyaları damıtılmış su ile birkaç kez durulayın. Gerekirse fırında kurutun.
- Bir katıdan bir çözelti yapmak için, doğru miktarda katı kütle çıkarın.
- Katıyı hacimsel şişeye koyun ve ardından yaklaşık 3/4'ünü çözücü ile doldurun.
- Hacimsel şişeyi tamamen doldurmadan önce katıyı tamamen çözmek için döndürün.
- Hacimsel şişeyi çizgiye kadar doldurun. Menisküs sadece dolgu çizgisine değmelidir. Ardından, gerekirse daha fazla karıştırmak için şişeyi kapağı kapalıyken birkaç kez ters çevirin.
2. Bir Sıvıdan Çözelti Yapmak
- Çözüm yapmak için doğru cam eşyayı seçin. Bir transfer pipeti kullanarak bir sıvı vermek için, bir pipet ampulü kullanarak pipeti çizgiye kadar doldurun.
- Çözeltiyi yapmak için sıvıyı hacimsel şişeye bırakın. Son damlasını üflemeyin.
- Hacimsel şişeyi, menisküs çizgiye değecek şekilde çizgiye kadar doldurun. Çözeltiyi birkaç kez ters çevirerek karıştırın.
3. Filtreleme
- Filtre şişesi kurulumu için, fritlenmiş cam filtrenin üzerine bir parça filtre kağıdı yerleştirin.
- Fritlenmiş cam filtreyi bir filtre şişesine takın.
- Filtre şişesinin koluna bir vakum takın. Herhangi bir sıvının vakuma girmesini önlemek için bir tuzak da kullanılabilir.
- Vakumu açın ve numuneyi filtre kağıdından dökün.
- Kuru bir toz kalana kadar süzün. Kuru bir çökelti isteniyorsa, numuneyi bir fırında kurutmaya devam edin.
- Şırınga filtresine göre, numuneyi Luer kilit ucu olan temiz bir şırıngaya ekleyin.
- Şırınga filtresini Luer kilidine vidalayın. Pistonu şırınganın üzerine itin ve filtreden sonra sıvıyı toplayın.
- Sıkma filtresi için, filtreyi tampon veya ultra saf su ile önceden durulayın.
- Sıkma filtresini bir mikrosantrifüj tüpüne yerleştirin.
- Numuneyi filtrenin üstüne yükleyin ve tüpün kapağını kapatın.
- Tüpü bir santrifüje koyun, diğer taraftaki başka bir tüp ile düzgün bir şekilde dengelediğinizden emin olun ve sıkma filtresinin tipine bağlı olarak 10-30 dakika santrifüjleyin.
- Filtreyi çıkarın ve alttaki sıvı filtrelenmiş çözeltidir.
- Numune, büyük bir protein gibi zardan geçemezse, filtrenin üst kısmında kalacaktır. Bu durumda, filtreyi ters çevirin, yeni bir tüpe koyun ve tekrar döndürün. Bu, konsantre bir numune üretecektir.
4. Maskeleme ve Şelatlama
- Maskeleme ve şelatlama için, maskeleme maddesinin ve şelatlama maddesinin oluşum sabitlerine bağlı olarak pH'ı uygun bir değere ayarlayın.
- Maskeleme maddesini çözeltiye ekleyin ve tercih edilen metal iyonu ile en az 10 dakika reaksiyona girmesine izin verin.
- Şelatlama reaktifini ekleyin. EDTA için, tipik olarak metal iyonu ile 1: 1 kompleks oluşturur, bu nedenle şelatlanacak metal kadar çok mol EDTA ekleyin.
- Şelasyondan sonra, maskelenmiş metal iyonu ile reaksiyona girecek bir kimyasal ekleyerek maskeyi çıkarın. Maskelenmiş madde daha sonra analiz edilebilir veya çökeltme ile geri kazanılabilir.
Uygun numune hazırlama, her türlü kimyasal analizde kritik bir ilk adımdır.
Hata olasılığını azaltmak için uygun numune hazırlığı şarttır. Hata çeşitli şekillerde azaltılabilir: uygun cam eşyaların seçiminden hesaplamalardaki önemli rakamlara dikkat etmeye kadar.
Birçok analitik cihaz için, öncelikle ilgilenilen numunenin tek tip bir çözümü hazırlanmalıdır. Çözülme süreci ? Bir çözünen madde bir çözücü içinde nerede çözünür? daha sonra bir veya daha fazla analizde kullanılmak üzere geri çekilebilen homojen bir çözeltinin oluşturulmasını sağlar.
Bununla birlikte, çözünmüş numune, analize hazır olmadan önce genellikle ek hazırlama adımları gerektirir. Filtrasyon, ekstraksiyon veya şelasyon gibi bu teknikler analizden önce de gerçekleştirilebilir.
Bu video, sonraki kimyasal kullanım için uygun numune hazırlamanın bazı önemli adımlarını gösterecektir.
Hatalar sistematik veya rastgele olarak sınıflandırılabilir. Rastgele hatalar, rüzgar gibi çevresel koşullar gibi beklenmedik değişikliklerle ilişkilidir.
Sistematik hatalar, deneyci veya cihaz yanlılığı ile ilişkilidir. Numune hazırlamadaki bu hatalar, hem prosedürün hem de cihazların ? terazi veya pipet gibi ? uygun şekilde kullanılır.
Bir numune çözeltisi hazırlanırken, çözücü seçimi önemlidir ve kullanılan cihazın gereksinimlerine bağlı olabilir. Bazı aletler sulu çözücüler gerektirirken, diğerleri organik gerektirir. Numunenin seçilen sıvı içinde çözünmesi gerekir. Çözünürlük, analitin çözücü ile moleküller arası etkileşimlerinin bir faktörüdür ve genellikle çözücü tipi, sıcaklık veya pH değiştirilerek manipüle edilebilir.
Bir numune çözeltisi doğru bir konsantrasyona sahip olmalıdır. Çözeltiyi hazırlamak için katı numune, daha yüksek doğruluk için standart üstten yüklemeli terazi yerine analitik bir terazide tartılır. Katı numune higroskopikse ve nem içeriyorsa, tartımdan önce bir fırında veya desikatörde kurutulması gerekebilir.
Numune sıvı ise, ağırlık veya hacim ile ölçülebilir. Hacim ölçümlerini kullanırken, büyük dereceli hacimsel silindir gibi diğer ölçüm cam eşyalarını kullanırken hatalar olabileceğinden, hacimsel bir şişe kullandığınızdan emin olun. Alternatif olarak, bir cam hacimsel pipet kullanılabilir. Bunlar tipik olarak, pipette kalan son damla ile doğru bir hacim sağlayacak şekilde kalibre edilir.
Çözeltiyi hazırlamak için, doğru bir şekilde ölçülen numune hacimsel bir şişede çözülür. Başlangıçta, numuneyi çözmek için nihai çözücü hacminden daha azını kullanın. Karıştırdıktan sonra, çözeltiyi son hacmine getirmek için dikkatlice ilave çözücü ekleyin.
Numunenin çoğu çözücü içinde çözüldükten sonra, analizden önce çıkarılması gereken katılar hala mevcut olabilir. Bu istenmeyen katı maddeler, cihaza zarar vermemek için filtrasyon yoluyla uzaklaştırılabilir.
Bazı durumlarda, çözünmüş bir metalin başka bir bileşiğe bağlanması gerekir mi? şelatlama ajanı olarak adlandırılır mı? tespit edilmek için. Bu işleme şelasyon denir. İstenmeyen türler de şelatlama maddesine bağlandığında maskelenmeleri gerekir.
Bu, belirli metallerin şelasyonunu engelleyen bir maskeleme maddesi eklenerek yapılır. Bu, istenmeyen metallerin tespit edilmesini önler. Enterferans yapan bileşiklerin maskesinin çözülmesi daha sonra metal iyonlarını serbest bırakmak ve analizlerini sağlamak için gerçekleştirilebilir.
Numune hazırlamanın temelleri ana hatlarıyla belirtildiğine göre, şimdi laboratuvarda nasıl gerçekleştirildiğine bir göz atalım.
Başlamak için uygun boyutta bir hacimsel şişe seçin.
Adsorbe edilmiş katyonları çıkarmak için hacimsel şişeyi ve durdurucuyu %1 hidroklorik aside batırın. Gece boyunca beklettikten sonra şişeyi ve tıpayı çıkarın.
Ardından, hacimsel şişeyi ve tıpayı sabun ve deiyonize su ile yıkayın, ardından iyice durulayın.
Şişeyi ve tıpayı tamamen kuruyana kadar bir kurutma fırınında kurutun.
Şişe soğuduktan sonra gerekli numuneyi tartın ve şişeye ekleyin. Kullanılan numunenin kütlesini kaydedin.
Hakkında ekle ? çözücü hacminin şişeye kadar, durdurucuyu yerine yerleştirin ve katıları çözmek için hafifçe döndürün.
Menisküs şişe üzerindeki kalibrasyon işaretine dokunana kadar çözücünün geri kalanını ekleyin. Şişeyi durdurun ve iyice karıştırmak için birkaç kez ters çevirin.
Çözünmemiş katıları çıkarmak için numuneyi bir şırıngaya yükleyin, uca bir şırınga filtresi yerleştirin ve numuneyi filtreden dışarı itmek için pistona basın. Toplanan numune artık tamamen hazırlanmış ve analize hazırdır.
Analiz edilecek numune katı değil de sıvı ise, bir pipet kullanılarak hacimsel olarak ölçülebilir. Temiz bir hacimsel şişe ve tıpa ile başlayarak, şişeye uygun bir hacimde numune ekleyin ve hacmi kaydedin.
Çözücüyü ekleyin ve katı numuneler için yapıldığı gibi numuneyi hazırlamayı bitirin.
Çözünmüş numune, demir varlığında kompleksometrik kalsiyum analizinde olduğu gibi metal şelasyonu ve maskeleme gerektiriyorsa, baz ekleyerek numuneyi uygun bir pH'a ayarlayın.
Demiri şelasyondan korumak için siyanür maskeleme maddesini ekleyin. En az 10 dakika reaksiyona girmesine izin verin.
Kalsiyumu şelatlamak için EDTA ekleyin ve karışmasına izin verin. 1:1 kompleks oluşturacak kadar kullanın. Numune artık kalsiyum tayini için hazırdır.
Demir analizi için aynı numuneyi kullanmak için formaldehit ekleyerek demirin maskesini çıkarın ve karıştırın. Numune artık demir analizi için hazırdır.
Numune hazırlama, kimyagerler tarafından kullanılan hemen hemen her deney ve analitik yöntemde önemli bir adımdır.
Endüstriyel baca gazı, mikroalglerin kültürlenmesi için bir karbondioksit kaynağı olarak kullanılabilir. Gazdan kaynaklanan ağır metal kontaminasyonunun bir sorun olup olmadığını anlamak için, bu örnekte yetiştirilen algler ağır metal içeriği açısından analiz edilmiştir.
Büyüme periyodundan sonra algler, santrifüjleme yoluyla biyoreaktör sıvısından toplandı ve numune hazırlama işlemine başlamadan önce dondurularak kurutuldu.
Kurutulan algler, kimyasal analize uygun homojen bir çözelti hazırlamak için ısı, nitrik asit ve hidrojen peroksit kullanılarak sindirildi. Bu örnekte, kurutulmuş alglerdeki ağır metallerin içeriği, endüktif olarak eşleştirilmiş plazma-kütle spektrometresi veya ICP-MS kullanılarak analiz edildi.
Teknik, numunede parazit olmadan aynı anda 12 metal tespit etti ve baca gazından gelen metal kirleticilerin alg biyokütlesine karıştığını ortaya çıkardı.
Atomik absorpsiyon spektroskopisi kullanılarak toprak gibi karmaşık malzemeleri incelerken uygun numune hazırlama da önemlidir.
Bu deneyde, kurutulmuş bir toprak örneği önce analitik bir terazide tartıldı. Daha sonra bir pipet kullanılarak 1:1 su ve konsantre nitrik asit içeren bir sindirim tüpüne eklendi.
Birkaç çürütme adımından sonra numune, herhangi bir katıyı uzaklaştırmak için filtrelendi, ardından hacimsel bir şişede toplandı. Analiz için çözeltiyi seyreltmek için ilave su ilave edildi.
Lipid poliesterler, hücre duvarlarının parçalarının yapısal bileşenlerini oluşturur. Bu kimyasalları GC-MS kullanarak incelemek için önce bitki dokusu toplandı ve tartıldı.
Çeşitli işleme ve kurutma adımlarından sonra, kuru numuneyi çözmek için 1:1 oranında toluen ve heptan karışımı ilave edildi.
Şişe, analiz için bir GC-MS'nin otomatik yükleme tepsisine yerleştirildi.
JoVE'nin Numune Hazırlama ile tanışma sürecini az önce izlediniz. Artık sonraki analizler için katı ve sıvı numuneler hazırlamanın temellerini anlamış olmalısınız.
İzlediğiniz için teşekkürler!
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.