Việc xác định hàm lượng nước trong phần ngưng tụ khói thuốc là một bước quan trọng trong phân tích chất lượng thuốc lá điếu. Trong đó, phương pháp Karl – Fischer là phương pháp chuẩn được sử dụng để đo chính xác lượng nước trong mẫu phân tích. Để thực hiện phương pháp này, tiêu chuẩn kỹ thuật quy định rõ về loại thuốc thử được sử dụng trong suốt quá trình xác định. Đồng thời, mẫu thử cũng cần được xử lý nghiêm ngặt để đảm bảo độ chính xác và tránh nhiễm ẩm trong quá trình thao tác.
1. Phương pháp Karl – Fischer sử dụng thuốc thử nào?
Mục 4 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6936-2:2001 (ISO 10362-2:1994) quy định như sau:
TCVN 6936-2:2001 (ISO 10362-2:1994)
4. Thuốc thử
Chỉ sử dụng thuốc thử loại phân tích và nước cất hoặc nước có chất lượng tương đương.
4.1. Propan-2-ol, (CH₃)₂CHOH, dung môi chiết.
4.2. Thuốc thử Karl Fischer (KFR):a) Thuốc thử đơn có đương lượng nước khoảng 5 mg/ml;
b) Hai thuốc thử riêng rẽ (Karl Fischer A và B) trộn theo tỉ lệ bằng nhau cho ra dung dịch có đương lượng nước khoảng 3 mg/ml.4.3. Methanol, CH₃OH, có hàm lượng nước < 0,05 g/100 g.
4.4. Silica gel, mới được hoạt hóa.
Theo quy định trên, phương pháp Karl – Fischer sử dụng một hệ thống thuốc thử đặc thù có khả năng phản ứng chọn lọc với nước, nhằm đo đạc chính xác hàm lượng ẩm trong mẫu.
Cụ thể:
Propan-2-ol (hay isopropanol) được sử dụng làm dung môi chiết để hoà tan phần ngưng tụ khói thuốc trước khi đưa vào phản ứng xác định. Mặc dù propan-2-ol có thể chứa một lượng nước rất nhỏ, nhưng trong phương pháp này, nó được coi là mẫu trắng nền, miễn là không dùng loại khô tuyệt đối (vì sẽ hút ẩm mạnh và gây sai lệch).
Thuốc thử Karl Fischer (KFR) là thành phần chính để xác định nước. Có hai lựa chọn:
-
-
Thuốc thử đơn, tiện lợi nhưng dễ giảm hiệu lực theo thời gian.
-
Thuốc thử hai thành phần (Karl Fischer A và B), trộn đều trước khi dùng. Loại này ổn định hơn và phù hợp khi cần phân tích chính xác, tuy nhiên sau khi trộn xong phải dùng nhanh vì khả năng bảo quản kém đi. Trong trường hợp có thể, nên chọn loại không chứa pyridin để tránh độc tính và dễ xử lý nước thải.
-
Methanol tinh khiết (hàm lượng nước < 0,05 g/100 g) là dung môi có tính ổn định cao, cần thiết cho các bước chuẩn bị và phản ứng.
Silica gel đã hoạt hóa dùng để bảo quản dụng cụ thủy tinh khô, giúp tránh hấp thụ ẩm từ môi trường trước khi sử dụng.
Tất cả các thuốc thử sử dụng trong phương pháp Karl – Fischer đều yêu cầu độ tinh khiết phân tích và phải được xử lý, bảo quản đúng cách để không làm sai lệch kết quả xác định hàm lượng nước – vốn rất nhạy với các sai số vi lượng.
Tình huống giả định
Phòng kiểm nghiệm chất lượng thuốc lá của Công ty TNHH Dược phẩm Nam Tín thực hiện phân tích hàm lượng nước trong phần ngưng tụ khói thuốc theo phương pháp Karl – Fischer. Tuy nhiên, do thiếu hóa chất, kỹ thuật viên đã sử dụng propan-2-ol loại khô tuyệt đối thay vì loại chứa nước nền thông thường. Kết quả thu được sai lệch đáng kể so với mẫu kiểm chuẩn, ảnh hưởng đến độ tin cậy của toàn bộ lô thuốc lá đang trong giai đoạn thẩm định chất lượng.
Sau khi rà soát quy trình, trưởng phòng kiểm nghiệm nhận ra lỗi nằm ở việc sử dụng dung môi sai chuẩn. Quy trình bị tạm dừng, thuốc thử được thay thế, và toàn bộ thao tác được lặp lại với loại propan-2-ol phù hợp, đảm bảo tính chính xác cho phép xác định Karl – Fischer.
Tình huống trên đây là tình huống không có thật, chỉ mang tính tham khảo.
2. Xử lý mẫu thử trong phương pháp Karl – Fischer như thế nào?
Tiểu mục 6.1 Mục 6 TCVN 6936-2:2001 (ISO 10362-2:1994) quy định như sau:
TCVN 6936-2:2001 (ISO 10362-2:1994)
6.1. Phần mẫu thử
Phải cẩn thận trong suốt quá trình thao tác để tránh nhiễm hơi ẩm của không khí.
Tất cả các dụng cụ thủy tinh được sử dụng để chuẩn bị phần mẫu thử và dùng trong phép xác định hàm lượng nước phải được sấy ở 105°C ± 5°C ít nhất 1 giờ, làm nguội và bảo quản trong tủ hút ẩm trên silica gel cho đến khi sử dụng.
...
Thu thập phần ngưng tụ khói thuốc trên máy hút thuốc tiêu chuẩn.
Dùng găng tay tháo đĩa lọc khỏi bẫy khói, đặt vào bình nón khô, thêm dung môi phủ kín và lắc điện ít nhất 20 phút để thu dung dịch khói thuốc....
Theo quy định trên, quy trình xử lý mẫu thử trong phương pháp Karl – Fischer cần thực hiện cẩn trọng và khắt khe để tránh ảnh hưởng đến độ chính xác của phép xác định.
Cụ thể:
- Dụng cụ thủy tinh: Tất cả các bình, lọ, ống và thiết bị chứa mẫu phải được sấy khô hoàn toàn ở 105°C ± 5°C, sau đó để nguội và bảo quản trong môi trường kín có chứa silica gel để tránh hấp thụ hơi ẩm từ không khí.
- Thu thập mẫu ngưng tụ khói thuốc: Mẫu được tạo ra bằng cách hút thuốc theo quy trình tiêu chuẩn TCVN 6680:2000 (ISO 4387) sử dụng máy hút thuốc phân tích. Phần khói ngưng tụ được thu lại qua đĩa lọc sợi thủy tinh.
- Tháo và xử lý đĩa lọc: Đĩa lọc chứa khói ngưng tụ được tháo bằng găng tay sạch, đặt vào bình nón khô (dung tích tùy theo đường kính đĩa). Thêm dung môi propan-2-ol đã quy định để phủ toàn bộ đĩa lọc.
- Chiết dung dịch: Đậy kín bình, sau đó lắc nhẹ bằng máy lắc điện trong ít nhất 20 phút, đảm bảo chiết xuất triệt để phần nước có trong đĩa lọc mà không làm hỏng cấu trúc của nó. Dung dịch thu được là phần chứa nước ngưng tụ cần được đưa đi định lượng bằng Karl – Fischer.
Quá trình thao tác cần tránh tuyệt đối việc nhiễm hơi ẩm từ không khí, vì chỉ một lượng nhỏ nước ngoài cũng có thể làm sai lệch kết quả, do phương pháp Karl – Fischer rất nhạy với độ ẩm.
Tình huống giả định
Tại phòng kiểm nghiệm chất lượng của Nhà máy sản xuất thuốc lá Sông Hồng, kỹ thuật viên Ngô Quang Minh tiến hành xác định hàm lượng nước trong phần ngưng tụ khói thuốc bằng phương pháp Karl – Fischer. Do chủ quan trong bước chuẩn bị, anh Minh đã sử dụng một bình nón chưa được sấy khô đúng nhiệt độ và bảo quản trong không khí bình thường, không có silica gel.
Kết quả phân tích ghi nhận hàm lượng nước cao bất thường so với các lô mẫu trước đó. Khi kiểm tra lại, anh Lê Minh Hùng, trưởng bộ phận phát hiện nguyên nhân đến từ việc dụng cụ hút ẩm từ không khí trước khi sử dụng, khiến nước nền bị tăng giả tạo. Toàn bộ lô thử nghiệm phải thực hiện lại, lần này đảm bảo dụng cụ được sấy đúng chuẩn và bảo quản kín trong tủ hút ẩm.
Tình huống trên đây là tình huống không có thật, chỉ mang tính tham khảo.
Kết luận
Phương pháp Karl – Fischer là kỹ thuật xác định hàm lượng nước trong phần ngưng tụ khói thuốc với độ chính xác cao, yêu cầu nghiêm ngặt về thuốc thử và quy trình thao tác. Các loại thuốc thử như propan-2-ol, methanol và thuốc thử Karl – Fischer phải đạt chuẩn phân tích và được bảo quản đúng cách. Quá trình xử lý mẫu thử cũng phải tuân thủ đầy đủ quy định về sấy dụng cụ, thu mẫu và chiết dung dịch để đảm bảo kết quả không bị sai lệch do nhiễm ẩm từ môi trường.
