De zes meest voorkomende analysestappen

Monstername

Een monster wordt genomen om een representatief analyse resultaat te verkrijgen van een gehele partij. Het is belangrijk om rekening te houden bij monstername met de benodigde hoeveelheden voor de analyses. De resten van monstername zijn eenmaal in het laboratorium een bron van afval. Bij monstername van gevaarlijke producten is de rest dus ook gevaarlijk afval.

Ontsluiting

Proces waarbij de te analyseren component uit het monster wordt vrijgemaakt. In sommige gevallen wordt het monster gedroogd, vermalen en/of verdund om een representatieve hoeveelheid te verkrijgen waarop de analyse kan worden uitgevoerd.

Scheiding en zuivering

De te bepalen component wordt zoveel mogelijk vrijgemaakt van overige componenten van het monster. Deze stap is bedoeld om storingen van de analyse te voorkomen en maakt het bovendien mogelijk de component in een matrix te brengen waarin de metingen plaatsvinden.

De belangrijkste zuiveringstechnieken die hiervoor worden gebruikt zijn:

• distillatie: bij distillatie wordt een scheiding verkregen door gebruik te maken van de verschillen in kookpunt van de diverse componenten. De componenten van een oplossing worden, op volgorde van kookpunt, door middel van verhitting in dampvorm overgebracht naar een opvangvat en tijdens het transport hierheen onder afkoeling weer vloeibaar gemaakt;
• extractie: bij extractie wordt de scheiding verkregen door gebruik te maken van de verschillen in oplosbaarheid van stoffen tussen twee fasen (vaak water en een organisch oplosmiddel). De oplosbare organische componenten worden, door goed schudden, uit het monster overgebracht naar het organisch oplosmiddel. Meestal gebeurt dit in een scheitrechter. De organische laag wordt afgetapt en de eventueel met organisch oplosmiddel verontreinigde waterlaag komt als afval vrij;
• filtratie: bij deze techniek vindt scheiding plaats op grond van de verschillen in deeltjesgrootte. Afhankelijk van de analyse wordt het filtraat (de doorgelopen vloeistof) of het residu (het in de filter achtergebleven deel) voor analyse gebruikt;
• centrifugatie: hierbij wordt de scheiding verkregen als gevolg van de dichtheidsverschillen tussen de componenten. Afhankelijk van de bepaling zal een deel van de inhoud van de centrifugebuis vrijkomen als afval;
• omkristallisatie: dit is een zuiveringsproces waarbij een met een bepaald product verzadigde oplossing wordt afgekoeld, waardoor het product (zuiver) uitkristalliseert. De overgebleven vloeistof wordt soms opnieuw voor eenzelfde kristallisatie gebruikt of komt vrij als vloeibaar afval;
• kolomchromatografie: Bij de kolomchromatografie wordt een in een organisch oplosmiddel opgelost monster op een kolom gebracht (elueren). In het kolommateriaal blijft de vervuiling achter en lopen de te bepalen componenten met verschillende snelheden door, zodat deze afzonderlijk in zuivere vorm kunnen worden opgevangen;
• papierchromatografie: Bij papierchromatografie wordt een druppel oplossing van het monster door de capillaire werking van het papier met een loopvloeistof meegenomen;
• gaschromatografie: Bij gaschromatografische bepaling (van organische componenten) wordt ongeveer een microliter organisch monsteroplossing geïnjecteerd op een lange, dunne kolom (de stationaire fase). Door deze kolom stroomt een inert gas (de mobiele fase). De verschillende componenten bewegen zich met verschillende snelheden door de kolom, waardoor deze van elkaar worden gescheiden. Na scheiding worden de componenten gedetecteerd;
• hogedrukvloeistofchromatografie: De HPLC (High Performance Liquid Chromatography) is vergelijkbaar met de gaschromatografie. De mobiele fase bestaat hier echter uit een (organisch) oplosmiddel, dat zowel halogeenarm als halogeenrijk kan zijn. Bij de hogedrukvloeistofchromatografie kunnen we ook ionchromatografie (IC) onderscheiden;
• elektroforese: Bij elektroforese wordt een druppel oplossing van het monster op een dunne papier- of gellaag gebracht. Door over deze dunne laag een elektrisch veld aan te leggen, bewegen de componenten zich met verschillende snelheden, afhankelijk van hun grootte en afhankelijk van hun lading, naar de positieve of de negatieve elektrode. Na kleuring kunnen de componenten worden gedetecteerd.

Concentratie

Onder concentreren wordt verstaan het verminderen van het volume van het medium waarin de te bepalen componenten zich bevinden. De concentratietechnieken die hiervoor in aanmerking komen zijn: indamping en ‘purge’ en ‘trap’. Bij indamping wordt een stof geconcentreerd door een groot deel van het oplosmiddel te verdampen. Bij purge en trap wordt een stof geconcentreerd door de te bepalen component via verwarming uit de oplossing te verdampen (purge) en vervolgens de damp op kolommateriaal in een kolom op te vangen (trap).

Omzetting

Voordat de te bepalen component kan worden gedetecteerd, wordt deze omgezet in een meetbare/detecteerbare/zichtbare vorm. Enkele methodes hiertoe zijn:

• kleuring: door een chemische stof te laten reageren met de te bepalen component ontstaat een verbinding die een bepaalde kleur heeft. Deze kleur kan vervolgens worden gedetecteerd;
• auto-analyser: de auto-analyser is een geschakeld systeem dat bestaat uit een automatische monsterinjector (autosampler), een pompensysteem voor doorvoer en toevoeging van chemicaliën, een reactie-unit waar de omzettingen plaatsvinden en een fotospectrometer. Een auto-analyser telt vaak verscheidene van deze ‘lijnen’, zodat meer componenten gelijktijdig kunnen worden geanalyseerd;
• enzymatische omzetting: ieder enzym is verantwoordelijk voor een specifieke omzetting. Zo is bv. het enzym lactosedehydrogenase (LDH) verantwoordelijk voor de afbraak van lactose (een suiker). Door de verandering van het lactosegehalte van een geselecteerde oplossing te meten als functie van de tijd, wordt het verloop van de concentratie van het LHD in de oplossing bepaald;
• kweking: ter bepaling van de hoeveelheden bacteriën in een monster worden de bacteriën op een voedingsbodem gekweekt. Als voedingsbodem gebruikt men vaak agar-agar (een speciaal gelachtig mengsel van zeewier en voedingsstoffen), bloed of bouillon. Elke bacterie die op deze voedingsbodem kan leven, vormt bij een bepaald geschikt groeiklimaat na een aantal dagen een bacteriënkolonie. Vervolgens kunnen de kolonie en daarmee het oorspronkelijke aantal bacteriën worden geteld. De bacteriologisch besmette materialen worden vaak ontsmet door ze in een autoclaaf te steriliseren. Hierbij wordt de voedingsbodem een bepaalde tijd onder druk verhit. De voedingsbodems komen dan als afval vrij. Al dit materiaal wordt na sterilisatie niet meer als microbiologisch besmet materiaal aangemerkt.

Detectie

Na de omzetting kunnen, afhankelijk van de vorm waarin de te bepalen component voorkomt, verschillende detectiemethoden worden gebruikt. Enkele voorbeelden hiervan zijn:

• visuele detectie: met behulp van fotospectrometrie; infrarood-spectrometrie (= De resonantielijnen, specifiek voor bepaalde verbindingen van organische componenten, worden bepaald. Het monstermateriaal is vaak opgelost in een halogeenrijk organisch oplosmiddel, bv. tetra, chloroform);
• atomaire-absorptie spectrometrie (= Bij de bepaling van (zware) metalen worden de metaalionen uit de oplossing door zeer sterke verhitting omgezet in gasvormige metaalatomen. Deze atomen worden gedetecteerd doordat ze licht van zeer specifieke golflengten kunnen absorberen (AAS = atomaire absorptiespectrometrie) en uitzenden (AES = atomaire emissiespectrometrie);
• het na de gaschromatograaf schakelen van een detector, zoals bv. een Massa Spectrometer (MS) (= een methode waarmee van enkele microgrammen monster de samenstelling van dit monster kan worden vastgesteld. Deze techniek maakt gebruikt van het feit dat geïoniseerde deeltjes afhankelijk van hun massa sterker of zwakker afbuigen in een magneetveld, waardoor zij op verschillende tijdstippen de detectieplaat raken. Het uiteindelijke massaspectrum geeft weer welke massa-eenheden zijn gedetecteerd en in welke relatieve hoeveelheden. Op grond van dit resultaat kan de samenstelling van het monster worden vastgesteld.);
• polarimeter (= hiermee wordt de draaiing van het polarisatievlak van gepolariseerd licht gemeten. De gemeten waarde wordt vergeleken met die zoals opgenomen in handboeken, om vast te stellen of de zuivering is gelukt.)
• elektrometrische bepalingen: Een voorbeeld van elektrometrische bepaling is de meting van de elektrische potentiaal of geleidbaarheid van een monsteroplossing door hierin een aan het meetapparaat gekoppelde elektrode te plaatsen. Op deze manier is informatie te verkrijgen over eigenschappen als zuurgraad, redoxpotentiaal en concentratie. Een andere toepassing is de bepaling van het gehalte aan verschillende soorten anionen met behulp van ionselectieve elektrodes. Het afval dat vrijkomt, bestaat hoofdzakelijk uit het analysemonster;
• gravimetrische bepalingen: Bij gravimetrische bepalingen wordt gemeten door middel van weging op een analytische balans. Dit komt bv. voor bij de bepaling van de hoeveelheid neerslag op een filter of bij het meten van de hoeveelheid neerslag van metalen op een elektrode (elektrogravimetrie). Het afval bestaat uit vast en vloeibaar anorganisch analyserestant.