9.15 : Preparazione del campione per l'analisi: tecniche avanzate

Un'analisi accurata di campioni complessi richiede spesso delle tecniche di preparazione avanzate per ottenere dei risultati affidabili e riproducibili. I campioni contenenti materiali inorganici, o organici, possono essere difficili da sciogliere o decomporre in modo efficace. I metodi standard di preparazione del campione includono la digestione acida, la fusione, l’incenerimento a secco e la digestione a umido.

La digestione acida con gli acidi forti è comunemente usata per sciogliere materiali inorganici insolubili (che non si sciolgono) in acqua. Questo metodo può essere utile per analizzare campioni di terreno o minerali. Durante la digestione acida, il campione solido insolubile viene finemente macinato, o frantumato, per aumentarne l'area superficiale, il che consente una reazione più efficace con gli acidi. Gli acidi che vengono tipicamente usati includono l’acido cloridrico, l’acido nitrico, l’acido solforico e l’acqua regia, una miscela di acido nitrico e cloridrico. Ogni acido ha dei vantaggi specifici per i diversi tipi di campione:

• L'acido cloridrico (HCl) è spesso utilizzato per sciogliere i cloruri, gli ossidi e i carbonati ed è efficace anche su materiali come i metalli e i minerali.
• L'acido nitrico (HNO_3) è eccellente per la scomposizione della materia organica e per l'ossidazione dei metalli, il che lo rende una scelta comune per i tessuti biologici o l’analisi dei metalli.
• L'acido solforico (H_2SO_4) viene usato quando è necessario un forte agente disidratante, ad esempio per sciogliere i campioni più resistenti come i solfuri o i metalli.
• L'acqua regia, una miscela di acido nitrico e cloridrico, è particolarmente efficace per sciogliere dei metalli nobili come l’oro e il platino, che sono resistenti ai singoli acidi.

Il campione viene trattato con l'acido ad alta resistenza scelto in un contenitore adatto, dove viene scomposto in forme solubili o ioni. Si può anche applicare del calore per accelerare il processo di digestione. Dopo la digestione, la miscela risultante diluita con l’acqua è adatta per ulteriori analisi.

La tecnica di fusione è un metodo alternativo per sciogliere i materiali inorganici che non possono essere scomposti in una forma solubile tramite la digestione acida. In questo caso, il campione pesato viene miscelato con un materiale di flusso in un rapporto specifico, in genere circa 1 a 10 o 20. La miscela campione-flusso viene posta in un crogiolo di platino resistente alle alte temperature e alle reazioni chimiche. Questo crogiolo viene riscaldato in un forno ad alta temperatura per ottenere una miscela fusa. Dopo il riscaldamento, la miscela fusa viene lasciata raffreddare fino a quando non produce un nuovo materiale solubile in acqua o acido diluito.

Diversi esempi di utilizzo del flusso nella preparazione del campione per la dissoluzione di composti solidi e liquidi sono:

• Na_2CO_3 e Na_2O_2 come flussi per leghe di ferro e cromo: il carbonato di sodio (Na_2CO_3) è un flusso comunemente utilizzato, ma il perossido di sodio (Na_2O_2), in alcuni casi, viene impiegato per la sua maggiore capacità ossidante. Questa combinazione è particolarmente utile per la dissoluzione di leghe di ferro e cromo in un crogiolo di nichel.
• Una miscela di Li_2B_4O_7 e Li_2SO_4 per una rapida dissoluzione: una miscela di tetraborato di litio (Li_2B_4O_7) e solfato di litio (Li_2SO_4) in un rapporto di 2:1 in peso è evidenziata per la sua rapida capacità di sciogliere i silicati e gli ossidi refrattari.

I metodi di incenerimento a secco e di digestione a umido, sono comunemente utilizzati per decomporre materiali organici. Nell'incenerimento a secco, il campione organico viene riscaldato in un forno a muffola ad alta temperatura. Il calore provoca la combustione del materiale organico in presenza di ossigeno atmosferico, lasciando dietro di sé un residuo inorganico, o "cenere". Questa cenere può quindi essere disciolta in un solvente appropriato per ulteriori analisi. La digestione a umido comporta l'uso di acidi per scomporre il materiale organico.