О мокром озолении растительного материала

[Phytologist]

Граждане-товарищи!

Вопросы общие:
Как правильно готовить "царскую водку"? Азотную кислоту лить в соляную? Или наоборот?

Вопросы частные:
Есть необходимость провести т.н. "мокрое озоление" растительного материала. Для этого нужно поместить материал (скажем, перетёрые в порошок листья растений) в пирексовую/кварцевую пробирку, залить смесью азотной и соляной кислот, оставить на ночь, а на следующий день прогреть при 100°С в течение, ну, пусть, 4 часов. В результате вся органика равзвалится и получиться "раствор листьев в воде" (если так можно выразиться).
Как правильно это дело начать? Вот положил я навеску листьев в пробирку. Потом что добавить? Азотку, а затем соляную? Или наоборот? Или в отдельном фляне приготовить смесь и заливать раст. материал смесью? Говорили мне, что реакция может пойти с этой смесью бурно (ну, быстро органика начинает сгорать), поэтому хорошо бы смочить сухой материал небольшим количеством воды. Но я как-то опасаюсь лить кислоту во что-то влажное, ибо чую я, что все эти сушёные листочки-лепесточки я буду собирать потом по всему потолку. Или просто навеску делать не очень большую, чтобы было всё не так сурово?

У самого довольно большой опыт этих озолений растений, но с этой смесью ещё не работал.
Буду рад, если подскажите. Общие соображения тоже приветствуются.

====================================================

Исправил название темы в 6-18-2014 в 2:25 PM.
Было - "Как правильно обращаться с "царской водкой"?".
Стало - "О мокром озолении растительного материала".

[Iskander]

Вообще, азотную в соляную. Азотка более плотная, а общее правило - более плотные жидкости приливаются к менее плотным.

По озолению, я бы попробовал просто в азотке минерализировать. В крайнем случае потом прикапать немного солянки.

[chaus]

Царская водка готовится не сразу, потому что это не механическая смесь, а продукт химической реакции между ингредиентами (как и настоящая рабоче-крестьянская водка, кстати). Поэтому её надо готовить заблаговременно и дать хотя бы сутки постоять в склянке с притёртой пробкой, пока смесь не станет ярко-оранжевой, а уж потом употреблять по назначению. Лить во влажное -- не опасно, опасно, наоборот, лить воду в кислоту.

А почему сразу царская водка, почему бы не озолить хромкой? Радикально озоляет органику, кстати.

[Tokashi]

хромку нельзя, от неё не избавишься потом, а азотка и солянка улетит при нагревании

[Hedgehog]

Органику обычно озоляют азоткой. Если азотка не берёт, добавляют к ней небольшое количество перекиси водорода.

[antabu]

Царская водка готовится не сразу, потому что это не механическая смесь, а продукт химической реакции между ингредиентами (как и настоящая рабоче-крестьянская водка, кстати). Поэтому её надо готовить заблаговременно и дать хотя бы сутки постоять в склянке с притёртой пробкой, пока смесь не станет ярко-оранжевой, а уж потом употреблять по назначению.

Выделяются газы, пробку может вышибить, со временем концентрация уменьшается.

[Phytologist]

Вчера делал пробное озоление этого материала с HNO₃ + H₂O₂.
Протокол: с предыдущего вечера залил материал 10-15 мл (в зависимости от навески) концентрированной азотной к-той, утром включил "озолятель" и продержал образцы 4 часа при 100°С. За час до окончания озоления и сразу после окончания добавил по 1 мл концентрированной пееркиси водорода в каждую пробу.
Результаты: хрень полная.
В пробирках с малым количеством материала (0,05-0,2 г + 10 мл к-ты) - органика растворилась полностью, но почему-то в растворе плавают какие-то кристаллы (небольшие пластинки, где-то 2х2 мм, прозрачные или слегка белёсые; что бы это могло быть?). Где материала было побольше (0,4-0,8 г + 10 мл к-ты) - если после перемешивания оставить пробирку на минут 10-15, то на дне оседает какая-то белая муть, в некоторых пробирках болтаются какие-то крупинки. Где материала было много (1,2-2,0 г + 15-20 мл к-ты) - там вообще не прошло озоление толком, желто-зелёный раствор с большим количеством взвеси и частичек материала.
Вывод: нет, больше использовать не буду, даже если будут уговаривать.

Думаю, что для этого материала нужна более агрессивная смесь. Обычно я озолял смесью азотной-хлорной-серной, но сейчас хлорную использовать не могу (у нас запрещено её использование в концентрированном виде). Поэтому всё ж склоняюсь к тому, что HNO₃ + HCl может дать довольно хороший результат.
Не думаю, что обязательно надо смешивать и выдерживать эту смесь отдельно. Со временем она теряет "силу", насколько я знаю, а мне как раз нужно, чтобы все её "силы" ушли на сжигание материала.
Хромпик использовать не буду, потому что потом от него реально не избавиться никак.

В общем, теперь планирую сделать вот так:
1. Вечером помещаю навески раст.мат. в пробирки, добавляю по 0,5 воды (или меньше, только чтобы смочить).
2. Наливаю по 7,5 мл HCl _конц. туда, где навески маленькие (< 1 г), и по 12 мл туда, где навески большие (> 1 г).
3. Соответственно добавляю по 2,5 и 4 мл конц. HNO_{3 конц.}.
4. Оставляю на ночь.
5. Утром закрываю пробирки часовыми стёклышками (чтобы пары конденсировались и всё скапывало обратно), врубаю озолятель на 100°С, оставляю на 4 часа.
6. Дальше, если всё ОК, то как обычно: упаривание, фильтрование, доведение до метки.

Так вероятность полного озоления намного больше, на мой взгляд.
Что скажеет?
Если попрёт, но не до конца, то можно ли в эту смесь добавить концентрированную перекись?

[Любитель_Манниха]

Может, это не общий случай, но у меня при использовании конц.азотки гораздо чаще "пыхало", чем в случае азотка-хлорная.
Я бы не грел 100 С, а покипятил, в маленькой колбе с обратным холодильником.

[ Post made via Android ]

[Phytologist]

Любитель_Манниха, да я вот тоже долгое время использовал хлорную, и всё было нормально. А тут, где сейчас работаю, говорят, что нельзя. Типа, взрывоопасна она и всё такое. Так что вот вся нажеда на соляную. О-о-о-очень не хочется использовать сухое озоление (сжигание в муфельной печи и последующее прогревание золы в кислотах), не доверяю я этому методу.

Температура кипения "царской водки" - 108°С. Так что при 100°С всё оно будет почти кипеть. А потом, кстати, можно и повысить температуру, чтобы выкипало всё до более-менее сухого остатка.

[Дмитрий Подкопаев]

Прочитайте ГОСТ 26929-94 "Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов". Там говорится о том, что надо кипятить, именно кипятить долго и упорно! Сам я занимался мокрой минерализацией тертой моркови. Более-менее получается только после добавления перекиси и серки. Причем проводить минерализацию лучше в колбе Вюрца с холодильником и капельной воронкой. Через воронку заливать кислоты, а в холодильнике будет происходить конденсация отгоняющихся паров воды и кислот. Делать в пробирке или колбе Кьельдаля можно, но это закончится выходом из строя мотора тяги, т.к. он засрется парами кислот.

[Hedgehog]

надо кипятить, именно кипятить долго и упорно!

Лучше, конечно, автоклавы использовать.

[Phytologist]

Экспериментировал с разными мокрыми озолениями и странные получаются вещи

Концепт: берём растительный материал с уже известным содержанием Ni и смотрим 1) как разные смеси (HNO₃+H₂O₂ vs. aqua regia) справляются с озолением разного количества материала (0.05 g, 0.1 g, 0.2 g, 0.4 g, 0.8 g, 1.2 g, 1.6 g, 2.0 g, 4.0 g), 2) какой метод даст нам наиболее правдоподобные (т.е. наиболее близкие к известному количеству) данные.

Результаты:
HNO₃+H₂O₂
Наилучший результат получился при озолении навесок материала 0,4-0,8 g в 20 ml конц. азотной кислоты с последующим добавлением конц. перекиси водорода (дважды по 1 ml). - 90% от теоретического количества. Для всех остальных навесок (и те, что меньше, и те, что больше) цифры пускались в пляс кто во что горазд: от 2% до 75% от теоретического количества. То есть из двух навесок по 1 g одного и того же раст.материала в итоге могло получиться два образца, содержание Ni в которых различается в 5-15 раз.
Aqua regia (HNO₃+HCl)
В среднем позволяет выделить 70% (от теоретического количества) Ni. И в целом концентрация металла в пробе незначительно варьирует при увеличении массы навески. Но проблема в том, что во время озоления и последующего упаривания некоторые образцы начали темнеть (становится коричневыми). Оказалось, что содержание Ni в этих "потемневших" образцах в 5-80 раз меньше (да, пять и восемьдесят, вот такой большой разброс) теоретического количества. А через несколько дней на дне пробирок с этими образцами начал оседать коричневый осадок

Выводы:
Озоление с азотной и перекисью - "Ваще не аллё!" &copy;.
"Царсководочное" озоление - чуть более вменяемое, но всё равно не годится для работы.

Итого:
Ищу новые протоколы минерализации раст.мат.
Б/у не предлагать ))
Есть пара ограничений: я не имею возможности использовать хлорную кислоту (ибо это запрещено в нашем научном центре) + серная кислота не подходит, так как в моём раст.материале много кальция и он валится в осадок.

В общем, вот такие "новости с полей".

Немножко вопросов к вам, граждане:
Уже склоняюсь к мысли о том, что, может быть, сухое озоление в муфельной печи с последующей кислотной экстракцией металлов из получившейся золы - не такая-то уж и плохая методика. Может зря я ей так не доверял..
Кто-нибудь пробовал такое озоление? Как результаты?

Что может означать потемнение проб? И почему там так мало никеля становится?
В ГОСТ 26929-94 "Сырьё и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов" специально (и не один раз!) оговоривается то, что пробы не должны темнеть:
"Содержимое колбы упаривают до объёма около 5 см3, не допуская образования коричневой окраски жидкости. Припоявлении коричневой окраски нагревание прекращают".
"Если во время сжигания [кислотной минерализации проб] жидкость темнеет, то к ней добавляют периодически азотную кислоту и продолжают нагревание до завершения минерализации. Минерализацию считают законченной, если раствор после охлаждения остаётся бесцветным".
В чём химия процесса? Что происходит при потемнении?

[Дмитрий Подкопаев]

Что может означать потемнение проб? И почему там так мало никеля становится?
В ГОСТ 26929-94 "Сырьё и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов" специально (и не один раз!) оговоривается то, что пробы не должны темнеть:
"Содержимое колбы упаривают до объёма около 5 см3, не допуская образования коричневой окраски жидкости. Припоявлении коричневой окраски нагревание прекращают".
"Если во время сжигания [кислотной минерализации проб] жидкость темнеет, то к ней добавляют периодически азотную кислоту и продолжают нагревание до завершения минерализации. Минерализацию считают законченной, если раствор после охлаждения остаётся бесцветным".
В чём химия процесса? Что происходит при потемнении?

Вполне возможно, что без серки не происходит полного окисления органики и образуются смолы и уголь, которые связывают часть металлов (особенно если их мало). Я точно не помню, но вроде добавив небольшое количество перекиси или азотки после серки этот баг удается исправить.

[Любитель_Манниха]

Так а режим нагрева какой был, кипятили или таки нудно нагревали?
А почему перекись в азотку сразу не добавить?

[Дмитрий Подкопаев]

Так а режим нагрева какой был, кипятили или таки нудно нагревали?
А почему перекись в азотку сразу не добавить?

По всей видимости сначала в основном идет кислотный гидролиз, а потом окисление. Причем на первом этапе отгоняется очень много воды и нужно именно кипятить и отгонять иначе плохо идет процесс. При добавлении перекиси сразу все резко закипает

[Phytologist]

Вполне возможно, что без серки не происходит полного окисления органики и образуются смолы и уголь, которые связывают часть металлов (особенно если их мало). Я точно не помню, но вроде добавив небольшое количество перекиси или азотки после серки этот баг удается исправить.

К сожалению, не могу использовать серную кислоту для этого раст.материала. В нём много-много кальция, так что он просто валится белым осадком на дно (CaSO₄).

Так а режим нагрева какой был, кипятили или таки нудно нагревали?

Нудно нагревал. Нет у нас подходящего стекла и достаточного количества плиток, чтобы по штативам развесить много колбочек и одновременно их кипятить. А по-малу образцов делать смысла нет. Если делать, скажем, неспешно по 10 образцов в день, то мне несколько лет понадобится на сотни образцов, которые мне надо обработать. А результат хорошо бы получить к октябрю-ноябрю.

А почему перекись в азотку сразу не добавить?

Насколько я понимаю, перекись добавляется после азотки, для того чтобы разрушить остатки неокислившейся органики, с которой не смогла справиться горячая кислота за несколько часов. А если сразу добавлять перекись, то она ж развалится же быстро, израсходуется на лёгкую органику, которая и под действием кислоты легко может окислиться. Могу ошибаться. Поправьте, если не прав.

[Phytologist]

Оказалось, что количество Ni в никелевом стандарте, который я использовал для этой работы, было изначально определено неверно. Теперь всё устканили, теперь всё правильно. Цифорки в моих расчётах некоторым образом поменялись.
Получилось, что при озолении HNO₃+H₂O₂ можно извлечь практически 100% Ni, но примерно половина образцов (навески <0,8 г и >1,2 г) показывали совершенно кривые результаты. Когда буду заниматься определением никеля в рабочих образцах, у меня уже не получится установить, какие из результатов нормальные, а какие нет, поскольку я лишь ориентировочно знаю, сколько там будет никеля. Поэтому методика эта не годится.
При озолении HNO₃+HCl можно выделить чуть более 90%. Неплохой результат, но всё равно некоторые пробы при упаривании начинают темнеть, в результате чего не удаётся установить истинное количество никеля, содержащееся в них (см. выше). Да и потом это упаривание занимает несколько часов, что очень грустно и уныло. И надо же смотреть постоянно, чтоб темнеть не начали, надолго не отойдёшь.
Решили, что будем использовать сухое озоление, если я не придумаю никакой другой методики для более эффективного мокрого озоления.

Используют ли о-фосфорную кислоту для сжигания раст.материала?
Сдаётся мне, что это не самая лучшая идея. Она же густая такая, маслянистая. Упариваться будет ещё больше. Да?

Что ещё из кислот можно пустить под это дело?
Полистал руководства всякие, оказалось что всё доступное вроде перепробовал уже.
Будут может какие идеи, как можно быстро и нехитро озолить всю эту бАтву?

[Дмитрий Подкопаев]

Используют ли о-фосфорную кислоту для сжигания раст.материала?
Сдаётся мне, что это не самая лучшая идея. Она же густая такая, маслянистая. Упариваться будет ещё больше. Да?

Что ещё из кислот можно пустить под это дело?
Полистал руководства всякие, оказалось что всё доступное вроде перепробовал уже.
Будут может какие идеи, как можно быстро и нехитро озолить всю эту бАтву?

Используются кислоты-окислители, ведь цель озоления не просто гидролиз в кислой среде, а окисление органики до углекислого газа. Фосфорная кислота с высокой долей вероятности не сработает,т.к. ей даже гидролизнуть толком не получится.

На сколько мне известно озоление бывает всего двух типов: сухое и мокрое. Сухое в муфеле,мокрое в стекле или автоклавах. Для большого количества образцов или муфель или автоклав, в зависимости от того, что есть и как окисляется. Портвешок, например, в муфеле совсем плохо идет

[Любитель_Манниха]

Портвешок в муфеле

"Да я тебе за это!!! "


Топикстартеру - а что вы, собственно, хотите от несчастной азотки, если не используете её окислительные возможности по-полной
(с кипячением)? Тут уж или шашечки или ехать

[SkydiVAR]

При озолении HNO₃+HCl можно выделить чуть более 90%. Неплохой результат, но всё равно некоторые пробы при упаривании начинают темнеть

Во-первых, по потемнению. На мой взгляд, проблема в том, что озоление прошло не до конца, т.е. в пробе осталась органика. Добавлять по каплям азотку или ЦВ до просветления. Упаривание до сухих солей можно производить и вовсе без присмотра. То, что останется в пробирке/стаканчике/колбе - растворить в паре кубов азотки, в случае окрашенного раствора - свежую порцию ЦВ и упаривание повторить.

Во-вторых, по сухому озолению. Проблемы могут быть при высокотемпературном (ЕМНИП, >800°C) озолении с относительно летучими металлами, типа Zn, Cd, Hg, Pb (У нас пробы на "тяжелые металлы" озоляли только мокрым способом.). Всё остальное не улетает, бояться нечего.

И в-третьих. Следует использовать "индикатор хим.выхода". В качестве такого индикатора берется какой-либо металл, содержание которого в пробе Вас не интересует, но который Вы легко можете определить в присутствии остальных. Желательно - близкий по хим свойствам. Аликвотой раствора соли этого металла (разумеется - с точно известным содержанием!!!) пропитывается проба перед всеми последующими манипуляциями. Что это дает: как при мокром, так и при сухом озолении часть материала может уноситься либо с микрокаплями кислоты, либо часть золы может быть выдута из тигля случайными воздушными потоками. Зная количество внесенного индикатора и определив его количество в растворе после озоления, Вы сможете ввести поправку на потери. Для атомно-абсорбционного/пламеннофотометрического способов определения объем работ возрастает не существенно.