Hướng dẫn chiết xuất bằng siêu âm EPA3550
Chiết xuất bằng siêu âm là phương pháp chiết xuất xanh, thân thiện với môi trường, có thể áp dụng cho các mẫu nhỏ trong phòng thí nghiệm cũng như để chiết xuất các hợp chất có giá trị ở quy mô sản xuất thương mại. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) khuyến nghị nhiều phương pháp hóa học phân tích và thử nghiệm đặc tính, hoạt động lấy mẫu và giám sát môi trường, cùng các biện pháp đảm bảo chất lượng được triển khai nhằm hỗ trợ Đạo luật Bảo tồn và Phục hồi Tài nguyên (RCRA). Đối với chiết xuất có hỗ trợ siêu âm, EPA đã ban hành hướng dẫn sau:
PHƯƠNG PHÁP 3550C – Chiết xuất bằng siêu âm
1. Phạm vi và ứng dụng
Ngoài ra, ngoại trừ trường hợp bắt buộc sử dụng phương pháp để phân tích các thông số được xác định theo phương pháp, các phương pháp SW-846 được thiết kế làm phương pháp hướng dẫn, chứa thông tin chung về cách thực hiện một quy trình hoặc kỹ thuật phân tích mà phòng thí nghiệm có thể dùng làm cơ sở ban đầu để xây dựng Quy trình thao tác chuẩn (SOP) chi tiết của riêng mình, cho mục đích sử dụng chung hoặc cho ứng dụng trong một dự án cụ thể. Dữ liệu về hiệu năng có trong phương pháp này chỉ nhằm mục đích hướng dẫn, không nhằm và không được phép sử dụng làm tiêu chí chấp nhận kiểm soát chất lượng (QC) tuyệt đối cho mục đích công nhận phòng thí nghiệm.
1.1 Phương pháp này mô tả quy trình chiết các hợp chất hữu cơ không bay hơi và bán bay hơi từ chất rắn như đất, bùn và chất thải. Quá trình siêu âm bảo đảm sự tiếp xúc mật thiết giữa nền mẫu và dung môi chiết.
1.2 Phương pháp này được chia thành hai quy trình, dựa trên nồng độ dự kiến của các hợp chất hữu cơ. Quy trình dành cho nồng độ thấp (Mục 11.3) áp dụng cho từng thành phần hữu cơ có nồng độ dự kiến nhỏ hơn hoặc bằng 20 mg/kg, sử dụng lượng mẫu lớn hơn và ba lần chiết liên tiếp (các chất ở nồng độ thấp hơn khó chiết hơn). Quy trình dành cho nồng độ trung bình/cao (Mục 11.4) áp dụng cho từng thành phần hữu cơ có nồng độ dự kiến lớn hơn 20 mg/kg, sử dụng lượng mẫu nhỏ hơn và một lần chiết duy nhất.
1.3 Đặc biệt khuyến nghị làm sạch dịch chiết bằng một hình thức nào đó (ví dụ: sử dụng một phương pháp thuộc loạt 3600) trước khi phân tích.
1.4 Việc tuân thủ chính xác phương pháp (bao gồm hướng dẫn của nhà sản xuất) là hết sức quan trọng để đạt hiệu suất chiết tối đa. Xem Mục 11.0 để biết nội dung thảo luận về các khía cạnh then chốt của quy trình chiết. Tham khảo hướng dẫn của nhà sản xuất về các thiết lập vận hành cụ thể.
1.5 Phương pháp này mô tả ít nhất ba hệ dung môi chiết có thể được sử dụng cho các nhóm chất phân tích khác nhau (xem Mục 7.4). Có thể sử dụng các hệ dung môi khác, với điều kiện chứng minh được hiệu năng phù hợp đối với các chất phân tích cần quan tâm. Việc lựa chọn dung môi chiết sẽ phụ thuộc vào các chất phân tích cần quan tâm và không có một dung môi duy nhất nào có thể áp dụng chung cho tất cả các nhóm chất phân tích. Do những lo ngại về hiệu suất chiết siêu âm, đặc biệt ở nồng độ gần hoặc thấp hơn khoảng 10 μg/kg, chuyên viên phân tích bắt buộc phải chứng minh hiệu năng của hệ dung môi cụ thể và các điều kiện vận hành đối với các chất phân tích và nồng độ cần quan tâm. Việc chứng minh này áp dụng cho mọi hệ dung môi được sử dụng, kể cả những hệ được liệt kê cụ thể trong phương pháp này. Tối thiểu, việc chứng minh đó phải bao gồm việc chứng minh năng lực ban đầu được mô tả trong Phương pháp 3500, sử dụng nền mẫu tham chiếu sạch. Phương pháp 8000 mô tả các quy trình có thể được sử dụng để xây dựng tiêu chí hiệu năng cho việc chứng minh này cũng như cho kết quả mẫu thêm chuẩn nền và mẫu kiểm soát phòng thí nghiệm.
1.6 EPA lưu ý rằng dữ liệu đã công bố về hiệu suất chiết siêu âm đối với thuốc bảo vệ thực vật phospho hữu cơ ở mức nồng độ phần tỷ (ppb) thấp và thấp hơn còn hạn chế. Vì vậy, việc sử dụng phương pháp này, đặc biệt đối với các hợp chất này, nên được hỗ trợ bằng dữ liệu hiệu năng như đã thảo luận ở trên và trong Phương pháp 3500.
1.7 Trước khi sử dụng phương pháp này, chuyên viên phân tích được khuyến nghị tham khảo phương pháp cơ sở cho từng loại quy trình có thể được sử dụng trong toàn bộ quá trình phân tích (ví dụ: các Phương pháp 3500, 3600, 5000 và 8000) để biết thêm thông tin về các quy trình kiểm soát chất lượng, việc xây dựng tiêu chí chấp nhận QC, các phép tính và hướng dẫn chung. Chuyên viên phân tích cũng nên tham khảo tuyên bố miễn trừ trách nhiệm ở đầu tài liệu và thông tin trong Chương Hai để được hướng dẫn về tính linh hoạt được dự kiến trong việc lựa chọn phương pháp, dụng cụ, vật liệu, thuốc thử và vật tư, cũng như trách nhiệm của chuyên viên phân tích trong việc chứng minh rằng các kỹ thuật được sử dụng phù hợp với các chất phân tích cần quan tâm, trong nền mẫu cần quan tâm và ở các mức cần quan tâm.
Ngoài ra, các chuyên viên phân tích và người sử dụng dữ liệu cần lưu ý rằng, trừ khi được quy định rõ trong một văn bản pháp quy, việc sử dụng các phương pháp SW-846 là không bắt buộc để đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm của Liên bang. Thông tin trong phương pháp này được EPA cung cấp dưới dạng hướng dẫn để chuyên viên phân tích và các đối tượng chịu sự quản lý sử dụng khi đưa ra những nhận định cần thiết nhằm tạo ra kết quả đáp ứng các mục tiêu chất lượng dữ liệu cho ứng dụng dự kiến.
1.8 Phương pháp này chỉ được thực hiện bởi các chuyên viên phân tích có kinh nghiệm và được đào tạo phù hợp, hoặc dưới sự giám sát của họ. Mỗi chuyên viên phân tích phải chứng minh khả năng tạo ra kết quả chấp nhận được bằng phương pháp này. Như đã nêu ở trên, việc chứng minh này phải cụ thể cho các chất phân tích cần quan tâm và hệ dung môi được sử dụng, cũng như cho các quy trình áp dụng với mẫu có nồng độ thấp và trung bình/cao.
Thiết bị siêu âm đa mẫu “VialTweeter” để chuẩn bị đồng thời các mẫu trong nhiều lọ và ống nghiệm được đậy kín
2. Tóm tắt phương pháp
2.1 Quy trình cho nồng độ thấp – Trộn mẫu với natri sulfat khan để tạo thành dạng bột chảy tự do. Chiết hỗn hợp bằng dung môi ba lần, sử dụng phương pháp chiết siêu âm. Tách dịch chiết khỏi mẫu bằng lọc chân không hoặc ly tâm. Dịch chiết đã sẵn sàng cho bước cô đặc cuối cùng, làm sạch và/hoặc phân tích.
2.2 Quy trình cho nồng độ trung bình / cao – Trộn mẫu với natri sulfat khan để tạo thành dạng bột chảy tự do. Chiết hỗn hợp này bằng dung môi một lần, sử dụng phương pháp chiết siêu âm. Thu một phần dịch chiết để làm sạch và/hoặc phân tích.
3. Định nghĩa
Tham khảo Chương Một và hướng dẫn của nhà sản xuất để biết các định nghĩa có thể liên quan đến phương pháp này.
4. Các yếu tố gây nhiễu
4.1 Dung môi, thuốc thử, dụng cụ thủy tinh và các thiết bị xử lý mẫu khác có thể tạo ra tín hiệu giả và/hoặc gây nhiễu cho quá trình phân tích mẫu. Phải chứng minh rằng tất cả các vật liệu và dụng cụ này không gây nhiễu trong điều kiện phân tích bằng cách phân tích các mẫu trắng phương pháp.
Có thể cần lựa chọn thuốc thử cụ thể và tinh chế dung môi bằng cách chưng cất trong hệ thống hoàn toàn bằng thủy tinh. Tham khảo từng phương pháp sẽ được sử dụng để biết hướng dẫn cụ thể về các quy trình kiểm soát chất lượng và tham khảo Chương Bốn để biết hướng dẫn chung về việc làm sạch dụng cụ thủy tinh.
4.2 Các yếu tố gây nhiễu thường đặc thù cho các chất phân tích cần quan tâm. Vì vậy, hãy tham khảo Phương pháp 3500 và các phương pháp xác định phù hợp để biết hướng dẫn cụ thể về các yếu tố gây nhiễu trong quá trình chiết.
5. An toàn
Phương pháp này không đề cập đến tất cả các vấn đề an toàn liên quan đến việc sử dụng phương pháp. Phòng thí nghiệm có trách nhiệm duy trì môi trường làm việc an toàn và hồ sơ cập nhật các quy định của OSHA về thao tác an toàn với các hóa chất được liệt kê trong phương pháp này. Tất cả nhân viên tham gia các phép phân tích này cần có thể tiếp cận hồ sơ tham khảo gồm các phiếu an toàn hóa chất (MSDS).
6. Thiết bị và vật tư
Việc đề cập đến tên thương mại hoặc sản phẩm thương mại trong sổ tay này chỉ nhằm mục đích minh họa và không có nghĩa là EPA chứng thực hoặc khuyến nghị chỉ sử dụng các sản phẩm đó. Các sản phẩm và thông số cài đặt thiết bị được nêu trong các phương pháp SW-846 là những sản phẩm và thông số cài đặt được sử dụng trong quá trình xây dựng phương pháp hoặc được Cơ quan đánh giá sau đó. Có thể sử dụng dụng cụ thủy tinh, thuốc thử, vật tư, thiết bị và thông số cài đặt khác với những mục được liệt kê trong sổ tay này, với điều kiện đã chứng minh và lập hồ sơ cho thấy hiệu năng của phương pháp phù hợp với ứng dụng dự kiến.
Phần này không liệt kê các dụng cụ thủy tinh thông dụng trong phòng thí nghiệm (ví dụ: cốc có mỏ và bình).
6.2 Chuẩn bị mẫu bằng siêu âm – Phải sử dụng thiết bị kiểu đầu khuếch đại có đầu mút bằng titan, hoặc một thiết bị có hiệu năng phù hợp. (ví dụ: UP200Ht hoặc UP200St)
6.2.1 Thiết bị phá mẫu bằng siêu âm – Thiết bị phá mẫu phải có công suất tối thiểu 300 watt và có khả năng phát xung. Khuyến nghị sử dụng thiết bị được thiết kế để giảm tiếng ồn do xâm thực. Tuân theo hướng dẫn của nhà sản xuất để chuẩn bị thiết bị phá mẫu nhằm chiết các mẫu có nồng độ thấp và trung bình/cao. (ví dụ: UP400S)
6.2.2 Sử dụng đầu khuếch đại siêu âm 3/4 inch cho quy trình nồng độ thấp và đầu vi tip thuôn nhọn 1/8 inch gắn với đầu khuếch đại siêu âm 1/2 inch cho quy trình nồng độ trung bình/cao.
6.3 Hộp cách âm – Để tránh tổn thương thính giác, khuyến nghị sử dụng vỏ bọc cách âm (ví dụ: hộp cách âm SPB-L). Nhờ đó, tiếng ồn do xâm thực trong quá trình xử lý siêu âm có thể giảm đáng kể.
Thiết bị bổ sung
6.4.1 Tủ sấy – Có khả năng duy trì 105 degC.
6.4.2 Bình hút ẩm.
6.4.3 Chén nung – Bằng sứ hoặc nhôm dùng một lần.
6.5 Pipet Pasteur – 1-mL, bằng thủy tinh, dùng một lần.
6.7 Bộ lọc chân không hoặc áp suất
6.7.1 Phễu Buchner
6.7.2 Giấy lọc
6.8 Bộ thiết bị Kuderna-Danish (K-D)
6.8.1 Ống cô đặc – 10-mL, có vạch chia độ. Sử dụng nút thủy tinh mài để ngăn dịch chiết bay hơi.
6.8.2 Bình bay hơi – 500-mL. Gắn bình vào ống cô đặc bằng lò xo, kẹp hoặc dụng cụ tương đương.
6.8.3 Cột Snyder – Loại cỡ lớn ba bóng.
6.8.4 Cột Snyder – Loại cỡ nhỏ hai bóng.
6.8.5 Lò xo – 1/2 inch.
6.9 Hệ thống thu hồi hơi dung môi.
LƯU Ý: Khuyến nghị sử dụng bộ dụng cụ thủy tinh này để thu hồi dung môi trong các quy trình cô đặc yêu cầu sử dụng bộ cô đặc bay hơi Kuderna-Danish. Các quy định của liên bang, tiểu bang hoặc chính quyền địa phương về phát thải các chất hữu cơ dễ bay hơi vào không khí có thể yêu cầu lắp thêm bộ thiết bị này. EPA khuyến nghị lắp thêm loại hệ thống thu hồi này như một biện pháp thực hiện chương trình giảm phát thải. Thu hồi dung môi là một biện pháp đáp ứng các sáng kiến giảm thiểu chất thải và phòng ngừa ô nhiễm.
6.10 Hạt chống sôi trào – Đã được chiết bằng dung môi, cỡ khoảng 10/40 mesh (silic cacbua hoặc tương đương).
6.11 Bể cách thủy – Có gia nhiệt, có nắp gồm các vòng đồng tâm, có khả năng kiểm soát nhiệt độ trong phạm vi ± 5 degC. Nên sử dụng bể trong tủ hút.
6.12 Cân – Loại đĩa cân ở phía trên, có khả năng cân chính xác đến 0,01 g.
6.13 Lọ – 2-mL, dùng cho bộ lấy mẫu tự động GC, có nắp vặn lót polytetrafluoroethylene (PTFE) hoặc nắp bấm.
6.14 Lọ đếm nhấp nháy bằng thủy tinh – 20-mL, có nắp vặn lót PTFE.
6.15 Thìa xúc mẫu – Bằng thép không gỉ hoặc PTFE.
6.16 Cột làm khô – Cột sắc ký bằng thủy tinh borosilicat có đường kính trong 20-mm, với bông thủy tinh ở đáy.
LƯU Ý: Các cột có đĩa thủy tinh thiêu kết khó khử nhiễm sau khi được sử dụng để làm khô các dịch chiết nhiễm bẩn nặng. Có thể mua cột không có đĩa thủy tinh thiêu kết.
Sử dụng một miếng bông thủy tinh nhỏ để giữ chất hấp phụ. Rửa sơ bộ miếng bông thủy tinh bằng 50 mL axeton, sau đó bằng 50 mL dung môi rửa giải trước khi nhồi chất hấp phụ vào cột.
6.17 Thiết bị cô bằng khí nitơ (tùy chọn) – N-Evap, loại 12 hoặc 24 vị trí (Organomation Model 112 hoặc tương đương).
7. Thuốc thử và chất chuẩn
7.2 Nước thuốc thử không chứa chất hữu cơ. Mọi đề cập đến nước trong phương pháp này đều chỉ nước thuốc thử không chứa chất hữu cơ, như được định nghĩa trong Chương Một.
7.3 Natri sulfat (dạng hạt, khan), Na2SO4. Tinh sạch bằng cách gia nhiệt ở 400 degC trong 4 giờ trong khay nông, hoặc bằng cách làm sạch trước natri sulfat bằng methylen clorua. Nếu natri sulfat được làm sạch trước bằng methylen clorua, nên phân tích mẫu trắng phương pháp để chứng minh rằng không có nhiễu do natri sulfat gây ra.
7.4 Dung môi chiết
Nên chiết mẫu bằng hệ dung môi cho hiệu suất thu hồi tối ưu và có độ tái lập đối với các chất phân tích cần quan tâm từ nền mẫu, ở các nồng độ cần quan tâm. Việc lựa chọn dung môi chiết sẽ phụ thuộc vào các chất phân tích cần quan tâm và không có một dung môi duy nhất nào áp dụng được cho tất cả các nhóm chất phân tích. Bất kể sử dụng hệ dung môi nào, kể cả những hệ được liệt kê cụ thể trong phương pháp này, người phân tích phải chứng minh hiệu năng phù hợp đối với các chất phân tích cần quan tâm, ở các mức nồng độ cần quan tâm. Tối thiểu, việc chứng minh này phải bao gồm việc chứng minh năng lực ban đầu được mô tả trong Phương pháp 3500, sử dụng nền chuẩn sạch. Phương pháp 8000 mô tả các quy trình có thể được sử dụng để xây dựng tiêu chí hiệu năng cho việc chứng minh này cũng như cho kết quả của mẫu thêm chuẩn nền và mẫu kiểm soát phòng thí nghiệm.
Nhiều hệ dung môi được mô tả dưới đây bao gồm sự kết hợp giữa một dung môi trộn lẫn được với nước, chẳng hạn như aceton, và một dung môi không trộn lẫn được với nước, chẳng hạn như methylen clorua hoặc hexan. Mục đích của dung môi trộn lẫn được với nước là hỗ trợ chiết chất rắn ướt bằng cách cho phép hỗn hợp dung môi xuyên qua lớp nước trên bề mặt các hạt rắn. Dung môi không trộn lẫn được với nước chiết các hợp chất hữu cơ có độ phân cực tương tự. Do đó, dung môi không phân cực như hexan thường được sử dụng cho các chất phân tích không phân cực như PCB, trong khi dung môi phân cực như methylen clorua có thể được sử dụng cho các chất phân tích phân cực. Độ phân cực của aceton cũng có thể hỗ trợ chiết các chất phân tích phân cực trong các hệ dung môi hỗn hợp.
Bảng 1 cung cấp dữ liệu ví dụ về hiệu suất thu hồi của một số hợp chất hữu cơ bán bay hơi được chiết từ vật liệu chuẩn được chứng nhận của NIST (SRM) bằng các hệ dung môi chiết khác nhau. Các phần sau cung cấp hướng dẫn lựa chọn dung môi cho các nhóm chất phân tích khác nhau.
Tất cả các dung môi nên có cấp chất lượng dùng cho phân tích thuốc bảo vệ thực vật hoặc tương đương. Có thể khử khí dung môi trước khi sử dụng.
7.4.1 Có thể chiết các hợp chất hữu cơ bán bay hơi bằng aceton/hexan (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14), hoặc aceton/methylen clorua (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2).
7.4.2 Có thể chiết thuốc bảo vệ thực vật clo hữu cơ bằng aceton/hexan (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14), hoặc aceton/methylen clorua (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2).
7.4.3 Có thể chiết PCB bằng aceton/hexan (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14), hoặc aceton/methylen clorua (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2), hoặc hexan (C6H14).
7.4.4 Có thể sử dụng các hệ dung môi khác, với điều kiện người phân tích có thể chứng minh hiệu năng phù hợp đối với các chất phân tích cần quan tâm, ở các nồng độ cần quan tâm, trong nền mẫu (xem Phương pháp 3500).
7.5 Dung môi thay thế – Khi sử dụng một số phương pháp xác định, cần thay dung môi chiết bằng dung môi tương thích với thiết bị được sử dụng trong phương pháp xác định đó. Tham khảo phương pháp xác định sẽ sử dụng để lựa chọn dung môi thay thế thích hợp. Tất cả các dung môi phải có cấp chất lượng dùng cho phân tích thuốc bảo vệ thực vật hoặc tương đương. Dưới đây là các ví dụ về dung môi thay thế.
7.5.1 Hexan, C6H14
7.5.2 2-Propanol, (CH3)2CHOH
7.5.3 Cyclohexan, C6H12
7.5.4 Acetonitril, CH3CN
7.5.5 Methanol, CH3OH
Hộp cách âm SPB-L làm giảm đáng kể tiếng ồn do xâm thực trong quá trình xử lý bằng siêu âm.
8. Thu thập, bảo quản và lưu trữ mẫu
8.1 Xem phần mở đầu của Chương Bốn, “Các chất phân tích hữu cơ”, Phương pháp 3500 và các phương pháp xác định cụ thể sẽ được sử dụng.
8.2 Các mẫu rắn sẽ được chiết theo quy trình này nên được thu thập và lưu trữ như các mẫu rắn khác có chứa các hợp chất hữu cơ bán bay hơi.
9. Kiểm soát chất lượng
9.2 Chứng minh năng lực ban đầu
Mỗi phòng thí nghiệm phải chứng minh năng lực ban đầu đối với từng tổ hợp phương pháp chuẩn bị mẫu và phương pháp xác định mà mình sử dụng bằng cách tạo ra dữ liệu có độ đúng và độ chụm chấp nhận được đối với các chất phân tích mục tiêu trong nền mẫu sạch. Phòng thí nghiệm cũng phải thực hiện lại việc chứng minh năng lực mỗi khi đào tạo nhân viên mới hoặc có những thay đổi đáng kể về thiết bị phân tích. Xem Phương pháp 8000 để biết thông tin về cách thực hiện việc chứng minh năng lực.
9.3 Ban đầu, trước khi xử lý bất kỳ mẫu nào, người phân tích nên chứng minh rằng tất cả các bộ phận của thiết bị tiếp xúc với mẫu và thuốc thử đều không gây nhiễu. Việc này được thực hiện thông qua phân tích mẫu trắng phương pháp. Để kiểm tra liên tục, mỗi lần chiết, làm sạch và phân tích mẫu, cũng như khi có thay đổi về thuốc thử, nên chiết và phân tích một mẫu trắng phương pháp đối với các hợp chất cần quan tâm nhằm phòng ngừa tình trạng nhiễm bẩn kéo dài trong phòng thí nghiệm.
9.4 Mọi mẫu trắng phương pháp, mẫu thêm chuẩn nền hoặc mẫu lặp nên được xử lý theo cùng các quy trình phân tích (Mục 11.0) như các quy trình áp dụng cho mẫu thực.
9.5 Nên áp dụng các thực hành đảm bảo chất lượng tiêu chuẩn cho phương pháp này theo các tài liệu lập kế hoạch có hệ thống phù hợp và các quy trình thao tác chuẩn (SOP) của phòng thí nghiệm. Nên ghi lại tất cả các điều kiện vận hành thiết bị.
9.6 Cũng tham khảo Phương pháp 3500 để biết các quy trình kiểm soát chất lượng trong chiết và chuẩn bị mẫu, và tham khảo các phương pháp xác định sẽ được sử dụng để biết các quy trình QC trong phép xác định.
9.7 Khi được liệt kê trong phương pháp xác định phù hợp, các chất chuẩn thay thế nên được thêm vào tất cả các mẫu trước khi chiết. Xem các Phương pháp 3500 và 8000 cùng các phương pháp xác định phù hợp để biết thêm thông tin.
9.8 Như đã lưu ý trước đó, việc sử dụng bất kỳ kỹ thuật chiết nào, kể cả chiết siêu âm, nên được hỗ trợ bằng dữ liệu chứng minh hiệu năng của hệ dung môi cụ thể và các điều kiện vận hành đối với các chất phân tích cần quan tâm, ở các mức hàm lượng cần quan tâm, trong nền mẫu.
10. Hiệu chuẩn và chuẩn hóa
Không có bước hiệu chuẩn hoặc chuẩn hóa nào liên quan trực tiếp đến quy trình chiết mẫu này.
11. Quy trình
Như đã lưu ý trong Mục 1.4, chiết siêu âm có thể không phải là phương pháp chiết triệt để bằng các phương pháp chiết khác đối với đất/chất rắn. Vì vậy, việc tuân thủ chính xác phương pháp này (bao gồm cả hướng dẫn của nhà sản xuất) là hết sức quan trọng để đạt hiệu suất chiết tối đa. Để sử dụng thành công kỹ thuật này, tối thiểu phải đáp ứng các yêu cầu sau:
11.1 Xử lý mẫu
11.1.2 Mẫu chất thải – Các mẫu gồm nhiều pha phải được chuẩn bị trước khi chiết theo quy trình tách pha được mô tả trong Chương Hai. Quy trình chiết này chỉ dành cho chất rắn.
11.1.3 Mẫu chất thải khô có thể nghiền – Nghiền hoặc chia nhỏ chất thải bằng cách khác sao cho chất thải lọt qua rây 1 mm hoặc có thể được đùn qua lỗ 1 mm. Cho lượng mẫu đủ vào thiết bị nghiền để thu được ít nhất 10 g sau khi nghiền.
THẬN TRỌNG: Nên thực hiện việc sấy và nghiền trong tủ hút để tránh gây nhiễm bẩn phòng thí nghiệm.
11.1.4 Vật liệu dạng keo dính, dạng sợi hoặc chứa dầu không thể nghiền – Cắt, xé nhỏ hoặc giảm kích thước các vật liệu này bằng cách khác để có thể trộn và làm lộ tối đa bề mặt mẫu phục vụ quá trình chiết.
11.2 Xác định phần trăm khối lượng khô – Khi kết quả mẫu cần được tính trên cơ sở khối lượng khô, nên cân một phần mẫu riêng cùng lúc với phần mẫu dùng để xác định bằng phương pháp phân tích.
THẬN TRỌNG: Tủ sấy nên được đặt trong tủ hút hoặc có hệ thống thông khí. Mẫu chất thải nguy hại bị nhiễm bẩn nặng có thể gây nhiễm bẩn đáng kể cho phòng thí nghiệm.
Ngay sau khi cân phần mẫu dùng để chiết, cân thêm một phần mẫu từ 5–10 g vào chén nung đã xác định khối lượng bì. Sấy phần mẫu này qua đêm ở 105 degC. Để nguội trong bình hút ẩm trước khi cân.
Tính phần trăm khối lượng khô như sau:
% khối lượng khô = (g mẫu khô / g mẫu) x 100
Phần mẫu đã sấy trong tủ sấy này không được dùng để chiết và nên được thải bỏ đúng cách sau khi xác định khối lượng khô.
11.3 Quy trình chiết mẫu có nồng độ thấp
Quy trình này áp dụng cho các mẫu rắn dự kiến chứa các chất phân tích hữu cơ ở nồng độ nhỏ hơn hoặc bằng 20 mg/kg.
Các bước trước khi xử lý siêu âm
11.3.1 Các bước sau đây cần được thực hiện nhanh chóng để tránh thất thoát các chất có thể chiết có độ bay hơi cao hơn.
11.3.1.1 Cân khoảng 30 g mẫu vào cốc có mỏ 400-mL. Ghi lại khối lượng đến 0,1 g gần nhất.
11.3.1.2 Đối với mẫu được chọn để bổ sung chuẩn trong mỗi mẻ, thêm 1,0 mL dung dịch bổ sung chuẩn nền. Tham khảo Phương pháp 3500 để được hướng dẫn lựa chọn các hợp chất dùng để bổ sung chuẩn nền và nồng độ phù hợp. Xem thêm lưu ý tại Mục 11.3.
11.3.1.3 Thêm 1,0 mL dung dịch chuẩn thay thế vào tất cả các mẫu, mẫu bổ sung chuẩn, mẫu QC và mẫu trắng. Tham khảo Phương pháp 3500 để được hướng dẫn lựa chọn các chất chuẩn thay thế và nồng độ phù hợp. Xem thêm lưu ý tại Mục 11.3.
11.3.1.4 Nếu sử dụng phương pháp làm sạch bằng sắc ký thẩm thấu gel (xem Phương pháp 3640), người phân tích nên thêm gấp đôi thể tích dung dịch bổ sung chuẩn thay thế (và dung dịch bổ sung chuẩn nền, khi áp dụng), hoặc cô đặc dịch chiết cuối cùng xuống còn một nửa thể tích thông thường, để bù cho một nửa lượng dịch chiết bị mất do nạp lên cột GPC. Xem thêm lưu ý tại Mục 11.3.
11.3.1.5 Các mẫu không xốp hoặc mẫu ướt (dạng keo dính hoặc đất sét) không có kết cấu tơi rời như cát phải được trộn với 60 g natri sulfat khan bằng thìa xúc hóa chất. Nếu cần, có thể thêm natri sulfat. Sau khi thêm natri sulfat, mẫu cần ở trạng thái tơi rời. Xem thêm lưu ý tại Mục 11.3.
11.3.1.6 Thêm ngay 100 mL dung môi chiết hoặc hỗn hợp dung môi (xem Mục 7.4 và Bảng 2 để biết thông tin về việc lựa chọn dung môi).
11.3.2 Đặt mặt đáy của đầu thanh phá mẫu 3/4 inch ở vị trí cách bề mặt dung môi khoảng 1/2 inch về phía dưới, nhưng nằm trên lớp trầm tích.
LƯU Ý: Đảm bảo thanh siêu âm / đầu sonotrode được lắp đúng theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
11.3.3 Chiết mẫu bằng siêu âm trong 3 min, với bộ điều khiển đầu ra được đặt ở 100% (toàn bộ công suất) hoặc ở mức công suất do nhà sản xuất khuyến nghị, công tắc chế độ ở vị trí Xung (phát năng lượng theo xung thay vì liên tục), và tỷ lệ thời gian hoạt động được đặt ở 50% (phát năng lượng trong 50% thời gian và ngừng phát trong 50% thời gian). Không sử dụng đầu dò vi đầu.
11.3.4 Gạn dịch chiết và lọc qua giấy lọc (ví dụ: Whatman số 41 hoặc tương đương) trong phễu Buchner được gắn vào bình lọc 500-mL sạch. Hoặc gạn dịch chiết vào chai ly tâm và ly tâm ở tốc độ thấp để loại bỏ các hạt.
11.3.5 Lặp lại quá trình chiết thêm hai lần, mỗi lần với một phần dung môi sạch 100-mL mới. Gạn dung môi sau mỗi lần chiết siêu âm. Sau lần chiết siêu âm cuối cùng, đổ toàn bộ mẫu vào phễu Buchner, tráng cốc có mỏ bằng dung môi chiết và cho dịch tráng vào phễu.
Các bước sau khi xử lý siêu âm
11.3.6 Nếu cần, cô đặc dịch chiết trước khi phân tích theo quy trình tại Mục 11.5. Nếu không, chuyển sang Mục 11.7.
UP200St với vi đầu để xử lý mẫu bằng siêu âm
11.4 Quy trình chiết ở nồng độ trung bình / cao
Quy trình này áp dụng cho các mẫu rắn dự kiến chứa trên 20 mg/kg các chất phân tích hữu cơ.
Các bước trước khi xử lý siêu âm
11.4.2 Đối với mẫu được chọn để thêm chuẩn trong mỗi mẻ, thêm 1,0 mL dung dịch thêm chuẩn nền. Tham khảo Phương pháp 3500 để được hướng dẫn lựa chọn các hợp chất thêm chuẩn nền và nồng độ thích hợp. Xem thêm ghi chú trong Mục 11.3.
11.4.3 Thêm 1,0 mL dung dịch thêm chuẩn thay thế vào tất cả các mẫu, mẫu thêm chuẩn, mẫu QC và mẫu trắng. Tham khảo Phương pháp 3500 để được hướng dẫn lựa chọn các hợp chất chuẩn thay thế và nồng độ thích hợp. Xem thêm ghi chú trong Mục 11.3.
11.4.4 Nếu sử dụng phương pháp làm sạch bằng sắc ký thẩm thấu gel (xem Phương pháp 3640), người phân tích nên thêm gấp đôi thể tích dung dịch thêm chuẩn thay thế (và dung dịch thêm chuẩn nền, nếu áp dụng), hoặc cô đặc dịch chiết cuối cùng xuống còn một nửa thể tích thông thường, để bù cho một nửa lượng dịch chiết bị mất do nạp lên cột GPC.
11.4.5 Các mẫu không xốp hoặc mẫu ướt (dạng dẻo dính hoặc dạng đất sét) không có kết cấu tơi rời như cát phải được trộn với 2 g natri sulfat khan bằng thìa xúc hóa chất. Nếu cần, có thể thêm natri sulfat. Sau khi thêm natri sulfat, mẫu nên ở trạng thái tơi rời (xem ghi chú trong Mục 11.3).
11.4.6 Ngay lập tức thêm lượng dung môi cần thiết để đưa thể tích cuối cùng lên 10,0 mL, có tính đến thể tích chuẩn thay thế và chuẩn nền đã thêm vào (xem Mục 7.4 và Bảng 2 để biết thông tin về việc lựa chọn dung môi).
11.4.7 Chiết mẫu bằng đầu dò siêu âm có đầu vi mô thuôn nhọn 1/8 inch trong 2 min, với bộ điều khiển đầu ra đặt ở mức 5, công tắc chế độ đặt ở chế độ xung và tỷ lệ thời gian hoạt động trong chu kỳ ở mức 50%.
11.4.8 Nhồi lỏng một lớp bông thủy tinh dài 2 đến 3 cm vào pipet Pasteur dùng một lần. Lọc dịch chiết mẫu qua bông thủy tinh và thu dịch chiết vào bình chứa thích hợp. Không thể thu hồi toàn bộ 10 mL dung môi chiết từ mẫu. Vì vậy, người phân tích nên thu một thể tích phù hợp với độ nhạy của phương pháp xác định sẽ sử dụng. Ví dụ, đối với các phương pháp không cần cô đặc thêm dịch chiết (chẳng hạn, Phương pháp 8081 thường sử dụng thể tích dịch chiết cuối cùng là 10 mL), có thể thu dịch chiết vào lọ đo nhấp nháy hoặc bình chứa khác có thể đậy kín. Đối với các dịch chiết cần cô đặc thêm, nên thu cùng một thể tích chuẩn cho tất cả các mẫu như vậy để đơn giản hóa việc tính toán kết quả mẫu cuối cùng. Ví dụ, thu 5,0 mL dịch chiết vào một ống cô đặc sạch. Thể tích này bằng chính xác một nửa tổng thể tích dịch chiết mẫu ban đầu. Khi cần, tính đến sự “mất” một nửa lượng dịch chiết trong các phép tính kết quả mẫu cuối cùng, hoặc cô đặc dịch chiết cuối cùng xuống còn một nửa thể tích cuối cùng danh định (ví dụ, 0,5 mL so với 1,0 mL) để bù cho lượng mất đi.
11.4.9 Nếu cần, cô đặc dịch chiết trước khi phân tích theo quy trình trong Mục 11.5 hoặc Mục 11.6. Nếu không, chuyển sang Mục 11.7.
Kỹ thuật cô đặc
Khi cần để đáp ứng các tiêu chí về độ nhạy, dịch chiết mẫu từ quy trình chiết nồng độ thấp hoặc nồng độ trung bình/cao có thể được cô đặc đến thể tích cuối cùng cần thiết cho phương pháp xác định và ứng dụng cụ thể sẽ sử dụng, bằng kỹ thuật K-D hoặc cô bằng dòng nitơ.
11.5.1 Lắp bộ cô đặc Kuderna-Danish (K-D) bằng cách gắn một ống cô đặc 10-mL vào bình bay hơi có kích thước phù hợp.
11.5.2 Làm khô dịch chiết bằng cách cho dịch đi qua cột làm khô chứa khoảng 10 g natri sulfat khan. Thu dịch chiết đã làm khô vào bộ cô đặc K-D.
11.5.3 Dùng thêm một phần dung môi 20-mL để tráng ống thu và cột làm khô, cho dịch tráng chảy vào bình K-D nhằm chuyển định lượng toàn bộ dịch chiết.
11.5.4 Thêm một hoặc hai viên đá bọt chống sôi trào sạch vào bình và lắp cột Snyder ba bi. Gắn bộ dụng cụ thủy tinh thu hồi hơi dung môi (bộ ngưng tụ và thiết bị thu, xem Mục 6.9) vào cột Snyder của bộ K-D theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Làm ướt trước cột Snyder bằng cách thêm khoảng 1 mL metylen clorua (hoặc dung môi phù hợp khác) vào đỉnh cột. Đặt bộ K-D lên bể nước nóng (cao hơn điểm sôi của dung môi 15 – 20 EC) sao cho ống cô đặc ngập một phần trong nước nóng và toàn bộ bề mặt cong phía dưới của bình được bao phủ bởi hơi nóng. Điều chỉnh vị trí theo chiều thẳng đứng của bộ dụng cụ và nhiệt độ nước khi cần để hoàn tất quá trình cô đặc trong 10 – 20 min. Ở tốc độ chưng cất phù hợp, các viên bi trong cột sẽ liên tục va đập lách cách, nhưng các khoang sẽ không bị ngập chất lỏng. Khi thể tích chất lỏng quan sát được đạt 1 mL, lấy bộ K-D ra khỏi bể nước và để chất lỏng chảy hết xuống và nguội trong ít nhất 10 min.
THẬN TRỌNG: Không để dịch chiết cạn khô vì điều này sẽ gây thất thoát nghiêm trọng một số chất phân tích. Thuốc trừ sâu phospho hữu cơ đặc biệt dễ bị thất thoát như vậy.
11.5.4.1 Nếu cần thay dung môi (như chỉ dẫn trong Bảng 2 hoặc phương pháp xác định phù hợp), tạm thời tháo cột Snyder, thêm 50 mL dung môi thay thế và một viên đá bọt chống sôi trào mới.
11.5.4.2 Lắp lại cột Snyder. Cô đặc dịch chiết, tăng nhiệt độ bể nước nếu cần để duy trì tốc độ chưng cất phù hợp.
11.5.5 Tháo cột Snyder. Dùng 1 – 2 mL dung môi tráng bình K-D và các khớp nối phía dưới của cột Snyder, cho dịch tráng chảy vào ống cô đặc. Dịch chiết có thể được cô đặc thêm bằng một trong các kỹ thuật nêu trong Mục 11.6, hoặc được điều chỉnh đến thể tích cuối cùng 5,0 – 10,0 mL bằng dung môi phù hợp (xem Bảng 2 hoặc phương pháp xác định phù hợp). Nếu có tinh thể lưu huỳnh, chuyển sang Phương pháp 3660 để làm sạch.
11.6 Nếu cần cô đặc thêm, sử dụng kỹ thuật cột micro-Snyder (xem Mục 11.6.1) hoặc kỹ thuật cô bằng dòng nitơ (xem Mục 11.6.2).
11.6.1 Kỹ thuật cột micro-Snyder
11.6.1.1 Thêm một viên đá bọt chống sôi trào mới, sạch vào ống cô đặc và gắn trực tiếp cột micro-Snyder hai bi vào ống cô đặc. Gắn bộ dụng cụ thủy tinh thu hồi hơi dung môi (bộ ngưng tụ và thiết bị thu) vào cột micro-Snyder của bộ K-D theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Làm ướt trước cột Snyder bằng cách thêm 0,5 mL metylen clorua hoặc dung môi thay thế vào đỉnh cột. Đặt bộ cô đặc vi lượng vào bể nước nóng sao cho ống cô đặc ngập một phần trong nước nóng. Điều chỉnh vị trí theo chiều thẳng đứng của bộ dụng cụ và nhiệt độ nước khi cần để hoàn tất quá trình cô đặc trong 5 – 10 min. Ở tốc độ chưng cất phù hợp, các viên bi trong cột sẽ liên tục va đập lách cách, nhưng các khoang sẽ không bị ngập chất lỏng.
11.6.1.2 Khi thể tích chất lỏng quan sát được đạt 0,5 mL, lấy bộ dụng cụ ra khỏi bể nước và để chất lỏng chảy hết xuống và nguội trong ít nhất 10 min. Tháo cột Snyder và dùng 0,2 mL dung môi tráng các khớp nối phía dưới của cột, cho dịch tráng chảy vào ống cô đặc. Điều chỉnh thể tích dịch chiết cuối cùng đến 1,0 – 2,0 mL.
THẬN TRỌNG: Không để dịch chiết cạn khô vì điều này sẽ gây thất thoát nghiêm trọng một số chất phân tích. Thuốc trừ sâu phospho hữu cơ đặc biệt dễ bị thất thoát như vậy.
11.6.2 Kỹ thuật cô bằng dòng nitơ
11.6.2.1 Đặt ống cô đặc trong bể ấm (30 degC) và làm bay hơi dung môi đến thể tích 0,5 mL bằng một dòng nitơ nhẹ, sạch và khô (được lọc qua cột than hoạt tính).
THẬN TRỌNG: Không được dùng ống nhựa mới giữa bẫy than và mẫu vì ống có thể đưa vào các chất phthalat gây nhiễu.
11.6.2.2 Trong quá trình cô đặc, dùng dung môi tráng thành trong của ống cô đặc nhiều lần cho dung môi chảy xuống. Trong quá trình bay hơi, bố trí ống cô đặc sao cho tránh nước ngưng tụ vào dịch chiết. Trong quy trình thông thường, không được để dịch chiết cạn khô.
THẬN TRỌNG: Không để dịch chiết cạn khô vì điều này sẽ gây thất thoát nghiêm trọng một số chất phân tích. Thuốc trừ sâu phospho hữu cơ đặc biệt dễ bị thất thoát như vậy.
11.7 Lúc này, dịch chiết có thể được xử lý bằng các quy trình làm sạch hoặc được phân tích để xác định các chất phân tích mục tiêu bằng kỹ thuật xác định phù hợp. Nếu chưa thực hiện ngay các bước xử lý tiếp theo đối với dịch chiết, đậy nút ống cô đặc và bảo quản trong tủ lạnh. Nếu dịch chiết sẽ được bảo quản lâu hơn 2 ngày, nên chuyển dịch chiết sang lọ có nắp vặn lót PTFE và ghi nhãn phù hợp.
12. Phân tích dữ liệu và tính toán
Không có phép tính nào gắn trực tiếp với quy trình chiết này. Xem phương pháp xác định phù hợp để tính toán kết quả cuối cùng của mẫu.
13. Hiệu năng của phương pháp
14. Phòng ngừa ô nhiễm
14.1 Phòng ngừa ô nhiễm bao gồm mọi kỹ thuật làm giảm hoặc loại bỏ lượng và/hoặc độc tính của chất thải ngay tại nơi phát sinh. Có nhiều cơ hội phòng ngừa ô nhiễm trong hoạt động phòng thí nghiệm. EPA đã thiết lập thứ tự ưu tiên cho các kỹ thuật quản lý môi trường, trong đó phòng ngừa ô nhiễm được đặt làm phương án quản lý ưu tiên hàng đầu. Bất cứ khi nào khả thi, nhân viên phòng thí nghiệm nên sử dụng các kỹ thuật phòng ngừa ô nhiễm để xử lý vấn đề phát sinh chất thải. Khi không thể giảm chất thải tại nguồn một cách khả thi, Cơ quan khuyến nghị tái chế là phương án tốt nhất tiếp theo.
14.2 Để biết thông tin về phòng ngừa ô nhiễm có thể áp dụng cho các phòng thí nghiệm và cơ sở nghiên cứu, hãy tham khảo Ít hơn là tốt hơn: Quản lý hóa chất phòng thí nghiệm để giảm chất thải, do Ban Quan hệ Chính phủ và Chính sách Khoa học của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ cung cấp, 1155 16th St., N.W. Washington, D.C. 20036, https://www.acs.org.
15. Quản lý chất thải
tủ hút và các thao tác trên bàn thí nghiệm, tuân thủ cả nội dung lẫn tinh thần của mọi giấy phép và quy định về xả thải vào hệ thống thoát nước, đồng thời tuân thủ mọi quy định về chất thải rắn và chất thải nguy hại, đặc biệt là các quy tắc nhận diện chất thải nguy hại và các hạn chế đối với việc thải bỏ trên đất. Để biết thêm thông tin về quản lý chất thải, hãy tham khảo Sổ tay quản lý chất thải dành cho nhân viên phòng thí nghiệm do Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ cung cấp tại địa chỉ nêu trong Mục 14.2.
Tài liệu/Tài liệu tham khảo
- U.S. EPA, “Interlaboratory Comparison Study: Methods for Volatile and Semi-Volatile Compounds,” Environmental Monitoring Systems Laboratory, Office of Research and Development, Las Vegas, NV, EPA 600/4-84-027, 1984.
- C. S. Hein, P. J. Marsden, A. S. Shurtleff. Evaluation of Methods 3540 (Soxhlet) and 3550 (Sonication) for Evaluation of Appendix IX Analytes from Solid Samples. S-CUBED, Report for EPA Contract 68-03-33-75, Work Assignment No. 03, Document No. SSS-R- 88-9436, October, 1988.
- I. De La Calle, N. Cabaleiro, M. Costas, F. Pena, S. Gil, I. Lavilla, C. Bendicho (2011):
Ultrasound-assisted extraction of gold and silver from environmental samples using different extractants followed by electrothermal-atomic absorption spectrometry. Microchemical Journal, Volume 97, Issue 2, 2011. 93-100.
Những điều cần biết
Máy đồng nhất mô bằng siêu âm thường được gọi là máy siêu âm đầu dò, máy ly giải bằng sóng âm, máy phá vỡ bằng siêu âm, máy nghiền siêu âm, máy phá vỡ bằng sóng âm, máy siêu âm, máy phân rã bằng sóng âm, máy phá vỡ tế bào, máy phân tán siêu âm hoặc máy hòa tan. Các thuật ngữ khác nhau bắt nguồn từ những ứng dụng đa dạng có thể thực hiện bằng xử lý siêu âm.
Các kích thước đầu sonotrode khác nhau dành cho UP200Ht