MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2 1 1 GIỚI THIỆU CÔNG TY 2 1 2 SƠ ĐỒ TỔ CHỨC 2 1 3 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN 3 1 4 MẶT HÀNG PHÒNG THÍ NGHIỆM HÓA CỦA CÔNG TY PHÂN TÍCH 4 1 5 AN TOÀN KHI LÀM VIỆC TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 4 1 5 1 AN TOÀN HÓA CHẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 4 1 5 2 BIỂU TƯỢNG CÁC CHẤT ĐỘC HẠI 10 1 5 3 VẬT DỤNG BẢO HỘ CÁ NHÂN VÀ THIẾT BỊ BẢO HỘ 10 1 5 4 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM AN TOÀN 11 1 5 5 THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 15 1 5 6 CẤP CỨU KHẨN CẤP 16 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ.
TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU CÔNG TY
TĩV là tờn viết tắt của tiếng Đức “Technischer-ĩberwachungs-Verein”
Nghĩa trong tiếng Anh: “Technical Surveillance Association”
Nghĩa trong tiếng Việt: “Hiệp Hội Giám Định Kỹ Thuật”
Hình 1.1.1: Ảnh phòng thí nghiệm và logo công ty
SƠ ĐỒ TỔ CHỨC
Sơ đồ 1.2.1: Sơ đồ tổ chức phòng thí nghiệm hóa của công ty TUV Rheinland Vietnam
LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN
Ý tưởng sáng lập cách đây 138 năm chính là…
− Bảo vệ cuộc sống con người
− Hỗ trợ quá trình phát triển kỹ thuật
Quá trình hoạt động: Hơn 138 năm kinh ngiệm
− 1872 Cỏc nhà tư bản cụng nghiệp Đức đó sỏng lập TĩV nhằm bảo toàn cỏc cơ sở hạ tầng sản xuất của họ
− 1900 Lần đầu tiên giám định động cơ và kiểm tra lái xe
− 1926 Thành lập phòng thử nghiệm nguyên vật liệu đầu tiên
− 1969 Dịch vụ đánh giá, kiểm định, chứng nhận an toàn sản phẩm
− 1970 Lập công ty trực thuộc đầu tiên bên ngoài nước Đức Khánh thành học viện TĩV Rheinland ở Cologne
− 1978 Hội sở chính khu vực Châu Á được thành lập tại Tokyo
− 1989 Chứng nhận hệ thống theo các tiêu chuẩn quốc tế
− 2001 TĩV Rheinland Việt Nam được thành lập tại TP.HCM
− 2003 Thành lập văn phũng đại diện tại Hà Nội và Học Viện TĩV
− 2006 Thành lập phòng thí ngiệm Hóa tại TP.HCM
− 2007 Thành lập phũng thử nghiệm Gỗ tại TP.HCM TĩV Rheinland
LGA Triển khai dịch vụ Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông
− 2009 Thành lập phòng thử nghiệm Thực phẩm tại TP.HCM
MẶT HÀNG PHÒNG THÍ NGHIỆM HÓA CỦA CÔNG TY PHÂN TÍCH
Phòng thí nghiệm phân tích các sản phẩm như giày, dép, giỏ xách và đồ da để phát hiện các thành phần độc hại như chì (Pb), Chromium (Cr) và Cadmium (Cd), những chất này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn gây hại cho sức khỏe con người Ngoài ra, phòng thí nghiệm còn tiến hành phân tích các mặt hàng đồ chơi cho trẻ em, vải, nhựa và cao su để kiểm tra sự hiện diện của các hợp chất độc hại.
Phòng thí nghiệm cung cấp dịch vụ phân tích sản phẩm theo yêu cầu khách hàng, đảm bảo cung cấp số liệu chính xác về thành phần và hàm lượng các chất độc hại như chì (Pb), Chromium (Cr), Cadmium (Cd), formaldehyde (HCHO) và hợp chất azo Chúng tôi cam kết rằng sản phẩm của khách hàng đạt tiêu chuẩn quốc tế (ISO) cùng với các tiêu chuẩn chất lượng và số lượng khác, phục vụ tốt nhất cho nhu cầu của con người.
AN TOÀN KHI LÀM VIỆC TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
1.5.1 AN TOÀN HÓA CHẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
Nhiều hóa chất có tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường Những hóa chất nguy hiểm này được phân loại theo loại hình và mức độ nguy hiểm, tùy thuộc vào cách thức sử dụng của chúng.
Chẳng hạn như axit sunfuric đặc (H2SO4) rơi vào vải, vải giả da, giấy, gỗ… sẽ tạo ra vết cháy đen
Hình 1.5.1.2.1: Hình ảnh hóa chất ăn mòn vật liệu
1.5.1.3 Hóa chất nguy hiểm (Harmful substances)
Một số hóa chất đe dọa sức khỏe của con người như:
− Hơi iot (I2): có thể gây khó chịu cho mắt và các màng nhầy Ngoài ra iot tiếp xúc với da có thể gây thương tổn
Thuốc tím kali permanganat (KMnO4) là một chất oxi hóa mạnh, thường được sử dụng để sát khuẩn và rửa rau với liều lượng phù hợp Tuy nhiên, việc uống nhầm thuốc tím có thể dẫn đến ngộ độc, gây ra các triệu chứng như nôn ói, loét niêm mạc và thậm chí thủng dạ dày.
− Nhôm clorua (AlCl3): có thể gây kích ứng cho da, mắt và đường hô hấp
− Tuyệt đối không được để mũi ngửi trực tiếp hóa chất thể khí, nó sẽ gây nguy hiểm cho đường hô hấp, sức khỏe, thậm chí là tính mạng
Hình 1.5.1.3.1: Hóa chất nguy hiểm
1.5.1.4 Hóa chất độc hại (Toxic substances): đều có thể gây tử vong nếu ở một liều lượng nào đó
− Khí clo: cay mũi, cuống họng, mắt, chảy nước mắt, ho, khó thở, buồn nôn, ói mửa
− Khí cacbon monooxit: làm giảm oxi trong máu gây tổn thương hệ thần kinh (Có trong khí lò than, khí sinh ra khi chạy máy phát điện)
− Khí lưu huỳnh đioxit: gây viêm phổi, mắt,da
Metanol gây ra nhiều triệu chứng nguy hiểm như đau đầu, buồn nôn, khó thở, chóng mặt và co giật, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thần kinh trung ương Hóa chất này thường được sử dụng để làm rượu giả, khi người ta pha trộn nó với nước để bán ra thị trường.
Tuyệt đối không dùng mũi ngửi trực tiếp các hóa chất này
Hình 1.5.1.4.1: Hóa chất độc hại
Các hợp chất này có khả năng tạo ra một lượng khí lớn gấp 15.000 lần thể tích ban đầu, phát ra nhiệt độ cao từ 3000 đến 4000 độ C và áp suất cực kỳ lớn trong khoảng thời gian ngắn chỉ 1/10.000 giây Chúng gây ra những vụ nổ mạnh mẽ và tạo ra chấn động lớn.
Nitroglycerin là một loại chất nổ phổ biến, thường được sử dụng trong các hoạt động phá núi Phân tử của nitroglycerin chứa các nhóm –NO2, –NO3 và N2, tạo ra trạng thái căng thẳng bên trong Khi bị nung nóng, các phân tử này có thể bị đứt gãy đột ngột, dẫn đến hiện tượng nổ dây chuyền.
Hình 1.5.1.5.1: Vụ nổ do chất nổ gây ra
Là các chất khí, chất lỏng và chất rắn sẽ bắt cháy và tiếp tục cháy trong không khí nếu tiếp xúc với một nguồn lửa
− Chất khí như: khí metan, propan, butan (thành phần khí thiên nhiên và dầu mỏ) rất dễ cháy
− Chất lỏng ví dụ rượu, hexan (hexan là thành phần của xăng)
Natri là một chất rắn rất dễ cháy, có khả năng bùng cháy mạnh mẽ khi tiếp xúc với nước Do tính chất nguy hiểm này, natri cần được bảo quản trong môi trường nước để đảm bảo an toàn.
Hình 1.5.1.6.1: Các chất dễ cháy
1.5.1.7 Các chất gây nguy hiểm cho môi trường
Hóa chất trong không khí, như khí thải và nước thải, có tác động tiêu cực đến môi trường Các chất thải công nghiệp và khí thải từ xe cơ giới chứa oxit nitơ và lưu huỳnh, dẫn đến hiện tượng mưa axit, gây ngộ độc cho sinh vật trong ao hồ và ảnh hưởng đến chất lượng đất Việc lạm dụng phân bón hóa học và các chất dinh dưỡng cũng có thể tạo ra tảo độc, gây hại cho động thực vật và con người.
DDT, một loại thuốc trừ sâu, xâm nhập vào cơ thể con người qua nước và thực phẩm, gây ra sự phá hủy nội tiết tố giới tính, dẫn đến các bệnh về thần kinh và ảnh hưởng đến chức năng gan Do những tác động tiêu cực này, năm 1974, toàn thế giới đã ngừng sản xuất DDT.
Hình 1.5.1.7.1: Chất gây nguy hiểm cho môi trường
1.5.2 BIỂU TƯỢNG CÁC CHẤT ĐỘC HẠI
Hình 1.5.2.1: Biểu tượng các chất độc hại
1.5.3 VẬT DỤNG BẢO HỘ CÁ NHÂN VÀ THIẾT BỊ BẢO HỘ
Dù là một nhà hóa học tài năng và dày dạn kinh nghiệm, họ vẫn có thể gặp phải những tình huống bất ngờ dẫn đến nguy hiểm Vì vậy, việc tự bảo vệ bản thân khi tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm là rất quan trọng, đặc biệt khi làm việc với các chất độc hại.
1.5.3.1 Vật dụng bảo hộ cá nhân Áo blu, mắt kiếng (dành riêng cho phòng thí nghiệm), bao tay (chú ý trước khi sử dụng phải xem bao tay có bị thủng không), khẩu trang y tế
Hình 1.5.3.1.1: Vật dụng bảo hộ trong phòng thí nghiệm
1.5.3.2 Thiết bị bảo vệ phòng thí nghiệm
Khi tiến hành các thí nghiệm liên quan đến khí độc, việc sử dụng tủ hút là vô cùng cần thiết Tủ hút, với cấu trúc bằng kính và hệ thống hút gió, giúp loại bỏ các khí độc ra ngoài thông qua ống dẫn, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
1.5.4 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM AN TOÀN Để giảm thiểu nguy cơ liên quan đến làm thí nghiệm không an toàn cũng như thiệt hại về sức khỏe, cần tuân thủ các quy tắc an toàn phòng thí nghiệm
− Phải hết sức cẩn thận để thí nghiệm thành công, tránh tai nạn, gây độc cho bản thân và những người xung quanh
− Tuân thủ chỉ dẫn của tài liệu và của cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm
− Không tự ý làm các thí nghiệm ngoài nội dung bài học
− Không đi lại lộn xộn, nói chuyện ồn ào
− Khi có tai nạn xảy ra phải báo với giáo viên hướng dẫn ngay lập tức
Không nên đổ nước vào axit vì axit có tính háo nước và khi tiếp xúc với nước, nó sẽ tỏa nhiệt mạnh, gây ra hiện tượng sôi mãnh liệt Điều này có thể dẫn đến việc axit bắn ra ngoài, tạo ra mối nguy hiểm lớn cho người sử dụng.
Khi cho axit H2SO4 đậm đặc vào nước từ từ, axit sẽ chìm xuống đáy nước do nặng hơn, sau đó phân bố đều trong dung dịch Quá trình này giúp nhiệt lượng giải phóng được phân tán đồng đều, làm tăng nhiệt độ của dung dịch từ từ mà không gây ra hiện tượng sôi quá nhanh.
Khi axit vô tình dính vào quần áo hoặc da, cần phải rửa ngay bằng một lượng nước lớn Nếu sử dụng nước không đủ, nhiệt độ cao sinh ra sẽ không được phân tán, dẫn đến nguy cơ bỏng da hoặc làm cháy quần áo.
Hình 1.5.4.1.1: Trình tự pha loãng axit
1.5.4.2 Phải giữ hóa chất, dụng cụ không được để hư hỏng
− Có ý thức gìn giữ dụng dụ, tiết kiệm hóa chất mà mình sử dụng
− Lấy hóa chất đúng lượng đã ghi trong tài liệu, mỗi hóa chất phải có muỗng hoặc ống hút riêng
− Sau khi lấy xong để lọ đúng vị trí cũ
− Không để hóa chất dây, bắn vào người khác
− Hóa chất rơi đổ ra ngoài phải dọn ngay
− Đổ các chất thải đúng nơi qua định
1.5.4.3 Đối với thí nghiệm có chất độc phải hết sức chú ý
− Lấy thật đúng lượng hóa chất theo hướng dẫn
− Điều chế vừa đủ dùng thì ngưng ngay
− Thiết bị thí nghiệm phải an toàn, nút và các ống dẫn khí phải kín, không để rò rỉ khí độc ra ngoài
− Khi cần thiết phải thực hiện trong tủ hốt
− Hủy chất độc ngay sau khi xong thí nghiệm
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
ĐẠI CƯƠNG VỀ SẮC KÝ KHÍ [1]
Sắc ký khí là phương pháp phân tách sử dụng khí mang làm pha động và pha tĩnh là chất rắn hoặc lỏng phủ trên bề mặt chất mang Phương pháp này được chia thành hai loại dựa trên bản chất của pha tĩnh.
- Sắc ký khí rắn (Gas Solid Chromatography - GSC): Chất phân tích được hấp phụ trực tiếp trên pha tĩnh là các tiểu phân rắn
Sắc ký khí lỏng (Gas Liquid Chromatography - GLC) sử dụng pha tĩnh là một chất lỏng không bay hơi Phương pháp này cho phép định tính các hợp chất dựa vào thời gian lưu, trong khi định lượng được thực hiện thông qua chiều cao hoặc diện tích của peak trên đồ thị sắc ký.
2.1.2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA HỆ THỐNG
Hình 2.1.2.1.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống sắc ký khí
2.1.2.2 Chức năng từng bộ phận
(1) Nguồn cung cấp khí mang: Thường là bình khí hoặc máy sinh khí
(2) Hệ thống điều khiển áp suất hoặc tốc độ dòng khí (2) và (3) điều khiển cơ hoặc điện tử
(4) Buồng bơm mẫu: Có nhiều loại khác nhau với mục đích phân tích khác nhau: PACKED, WBI, SPL/SPLESS/OCIPTV, GAS INJECTOR SYSTEM …
(5) Lò cột (column oven): Dùng để điều khiển nhiệt độ tách
(6) Cột tách: Là nơi xảy ra các quá trình tách chất Các loại cột gồm cột nhồi, cột mao quản …
(7) Đầu dò (Detector): có nhiều loại khác nhau tùy theo mục đích phân tích Dùng để phát hiện chất và định lượng: FID, ECD, NPD, TCD, MS …
(8) Hệ thống ghi nhận và sử lý tín hiệu: Dùng để thu nhập và tính toán các kết quả
Hình 2.1.2.2.1: Hệ thống máy sắc ký khí với bộ tiêm mẫu tự động
22 Hình 2.1.2.2.2: Máy sắc ký nhìn từ phía trước
Hình 2.1.2.2.3: Cổng tim mẫu cho cột nhồi và mao quản
23 Hình 2.1.2.2.4: Đầu dò FID và TCD
Hình 2.1.2.2.7: Đầu dò FTD cho cột Capillary và đầu dò FTD cho cột nhồi
Hình 2.1.2.2.8: Máy GC với đầu dò MS và hệ thống tiêm mẫu tự động (bao gồm cả head space)
Hầu hết các loại máy sắc ký hoạt động dựa trên nguyên tắc di chuyển của các mẫu chất trong cột sắc ký Các chất tương tác yếu với pha tĩnh sẽ được tách ra trước, trong khi những chất tương tác mạnh sẽ ra sau.
Nguyên lý hoạt động của máy GC bắt đầu bằng việc tiêm mẫu vào Injector, nơi mẫu được chia dòng theo tỉ lệ cài đặt và được gia nhiệt để hóa hơi Nhiệt độ của Injector cần phải cao hơn nhiệt độ hóa hơi của mẫu để đảm bảo mẫu được hóa hơi hoàn toàn Sau khi mẫu hóa hơi, khí mang sẽ đẩy mẫu vào cột, nơi nhiệt độ cũng cần được gia nhiệt để tránh sự ngưng tụ Chất có nhiệt độ thấp sẽ ra trước, trong khi chất có nhiệt độ cao sẽ ra sau, tùy thuộc vào ái lực của chất phân tích và pha tĩnh Khi mẫu ra khỏi cột, nó sẽ được đẩy vào detector, nơi mẫu được đốt cháy tạo ra ion Detector nhận dạng ion trong mẫu và chuyển đổi tín hiệu thành dữ liệu điện tử.
2.1.4 CÁC PHƯƠNG TRÌNH VÀ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG SẮC KÝ
Thời gian lưu giữ tuyệt đối t R là khoảng thời gian tính từ khi bơm mẫu vào hệ thống cho đến khi chất phân tích xuất hiện đỉnh peak, thường được áp dụng trong quá trình định danh chất.
Thời gian chiết t M là khoảng thời gian mà một chất không tương tác và không bị giữ lại khi di chuyển qua cột tách Những chất như methan và Argon thường được sử dụng tùy thuộc vào loại đầu dò Thời gian này cũng được gọi là thời gian lưu giữ của chất trong pha động.
Thời gian lưu thực t’ R : thời gian chất bị lưu giữ trong pha tĩnh Được tính theo công thức: t’R = tR - tM
Hệ số phân bố (Kd) là đại lượng phản ánh cân bằng động của chất giữa hai pha: pha tĩnh và pha động Công thức tính Kd cho phép xác định mối quan hệ giữa nồng độ chất trong hai pha này.
𝐶 𝑖,𝑚 Trong đó: Ci,s: Nồng độ chất i trong pha tĩnh
Ci,m: Nồng độ chất i trong pha động
Hệ số Kd càng lớn chất càng bị giữ lại lâu trong cột
2.1.3.3 Tỉ số phân bố k Đánh giá khả năng lưu giữ của pha tĩnh đối với chất phân tích Cấu tử không bị lưu giữ có k = 0 Được tính theo công thức:
𝑡 𝑀 Trong đó: ni,s: Số mol chất i trong pha tĩnh ni,m: Số mol chất i trong pha động
Hệ số phân bố và tỉ số phân bố liên hệ qua biểu thức
gọi là tỷ lệ pha 𝛽 = 𝑉 𝑚
Vm: Thể tích cột bị chiếm bởi pha khí
Vs: Thể tích cột bị chiếm bởi pha tĩnh Với cột nhồi trong khoảng 10-50, với cột mau quản trong khoảng 100-500
2.1.3.4 Số đĩa lý thuyết n được tính bằng công thức
Trong đó: tR là thời gian lưu tuyệt đối còn wb và wh là độ rông peak đo tại chân đường nền và tại nửa chiều cao peak
2.1.3.5 Số đĩa lý thuyết hiệu dụng N được tính tương tự
2.1.3.6 Hiệu quả tách Được biểu diễn theo số đĩa lý thuyết trên 1 mét chiều dài cột (n/L hoặc N/L) Hoặc được biểu diễn qua chiều cao đĩa lý thuyết h
ℎ = 𝐿 𝑛 Hoặc chiều cao đĩa lý thuyết hiệu dụng H (HETP)
𝐻 = 𝐿 𝑁 Đơn vị của h và H là milimet
2.1.3.7 Chiều cao đĩa lý thuyết có thể xác định theo phương trình Van-Deemter
𝑢 + 𝐶𝑢 Với u là tốc độ thẳng của khí mang (cm/s)
A là hệ số khuếch tán xoáy diễn tả các đường đi của khí mang do khuếch tán xoáy trong cột gây ra
B là hệ số khuếch tán dọc theo chiều cột
C là hệ số trở kháng chuyển khối
2.1.3.8 Tốc độ thẳng u (linear velocty) thường được chọn sao cho thu được H nhỏ nhất (số đĩa lý thuyết lớn nhất)
2.1.3.9 Giá trị tối ưu của u tùy thuộc vào loại khí mang
2.1.3.10 Độ chọn lọc : giữa 2 chất i và j được tính bằng
Nếu càng lớn hơn thì hai chất càng dễ tách ra khỏi nhau
2.1.3.11 Độ phân giải R: là đại lượng cho phép đánh giá hai chất có thể tách ra khỏi nhau không
𝑤 𝑏𝑖 + 𝑤 𝑏𝑗 Giá trị R liên quan đến khả năng tách, được mô tả trong bảng dưới:
R Khả năng tách Ghi chú
0.5 Bắt đầu nhận ra peak thứ 2
1 – 1.5 94% - 100% Thường chấp nhận là tách được
2.1.5 CÁC LOẠI CỘT DÙNG TRONG SẮC KÝ KHÍ
Phương pháp sắc ký khí sử dụng hai loại cột: cột nhồi và cột mau quản
Tùy theo loại mẫu, độ phức tạp của mẫu, loại máy sắc ký … mà chọn cột nhồi hay cột mau quản
Injector (van tiêm mẫu), detector (đầu dò) cho cột mao quản và cột nhồi có cấu tạo không hoàn toàn giống nhau
Thường được dùng với máy sắc ký thế hệ cũ hoặc các máy dành cho mục đích đặc biệt
Thường làm bằng thép không gỉ, thủy tinh …
Chiều dài khoảng từ 1 – 3 mét Đường kính cột khoảng 1/8 – 1/4 inch
Thường được nhồi bởi các hạt có đường kính 100 – 200 mesh (150 – 125 m) Hiệu quả thấp do số đĩa lý thuyết thường nhỏ hơn 8000
Nếu cột quá dài sẽ gây áp suất đầu cột quá lớn, vì vậy cột không thể dài quá, dẫn đến số đĩa lý thuyết thấp
Hiện nay, có nhiều loại cột nhồi mới với đường kính nhỏ hơn 1mm, cho phép chiều dài cột đạt vài chục mét Những cột này thường được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt mà cột mao quản không thể đáp ứng.
Hệ số lưu giữ cao giúp đạt được peak đối xứng ngay cả khi nồng độ lớn, đồng thời số đĩa lý thuyết hiệu dụng cao Với đường kính cột lớn, thiết bị này ít bị ảnh hưởng bởi tạp chất.
Mẫu không đòi hỏi phải tinh chế kỹ
Mẫu thường bơm với thể tích lớn nên sai số giữa các lần bơm nhỏ (trường hợp bơm mẫu bằng tay)
Các cột nhồi có đường kính nhỏ ( 40000
Cyanopropyl (50%) Phenyl Silicone Poly (Ethylene Glycol) Ester Hóa với axit 2-Nitroterephthalic Diethyllene Glycol Succinate
Cyanopropyl (100%) Silicone Ethylene Glycol Succinate 1,2,3-Tris (2-Cyanoethoxy) Propane
2.1.5.5 Quá trình Silan hóa của chất mang pha tĩnh
2.1.5.6 Một số pha tĩnh – tên thương mại và ứng dụng
Pha tĩnh Tên thường dùng Tính phân cực Ứng dụng
Cycloparaffin Squalane Không phân cực Các hydrocarbon
Polydimethyl siloxane OV – 1, SE - 30 Không phân cực
Các ứng dụng thông thường của cột không phân cực; hydrocarbon; nhâm thơm; dược phẩm; steroid; PCB’s …
OV – 3, SE - 52 Hơi phân cực
Axit béo đã ester hóa; alkaloid; dược phẩm; các hợp chất halogen hóa
Polyethylene glycol Carbowax Phân cực Axit tự do; alcol; ether; tinh dầu; glycol Poly
OV - 17 Phân cực trung bình
Dược phẩm; steriod; thuốc bảo vệ thực vật; glycol
Poly (dicyanoalkyldi methyl) siloxane OV - 275 Phân cực cao Axit béo chưa no nhiều nối đôi; axit tự do; alcol
2.1.5.7 Cấu trúc của pha tĩnh
Polydimethyl siloxane (R=CH4) là khung cơ bản cho việc tạo thành các pha tĩnh khác
Khi thay thế nhóm methyl bằng các nhóm khác sẽ dẫn đến sự thay đổi độ phân cực và khã năng tách
2.1.5.8 Cấu trúc và khoảng nhiệt độ làm việc của một số pha tĩnh trong cột mao quản
Sắc ký đồ của một số cột mao quản với pha pha tĩnh: (a) Polydimethyl siloxane; (b) 5(phenylmethyldimethyl) siloxane; (c) 50(phenylmethyldimethyl) siloxane; (d)
50%poly(trifluoropropyl-dimethyl siloxane); (e) Plyethylene glycol; (f) 50%poly(cyanopropyl- dimethyl) siloxane
Khó năng tỏch trờn 3 cột: (i) cột nhồi – 2m x ẳ inch; (ii) cột wide bore 10m x 0.53mm x 2.5um
HP 50; (iii) cột narrow bore 25m x 0.25mm x0.25um Cabowax -20M
2.1.5.9 So sánh giữa cột nhồi và cột WCOT
2.1.7 PHA ĐỘNG DÙNG TRONG SẮC KÝ KHÍ
Pha động trong hệ thống GC thường là các khí trơ như heli, hydro và nitơ, có tính chất không tương tác với mẫu chất Để đảm bảo hiệu quả phân tích, các khí mang cần có độ tinh khiết cao, vì ngay cả một lượng nhỏ tạp chất cũng có thể gây phân hủy pha tĩnh, dẫn đến hiện tượng chảy máu cột và cuối cùng là hư hỏng cột.
Việc chọn pha động trong sắc ký khí phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tính chất vật lý của khí như độ nhớt và tốc độ Chẳng hạn, hydrogen có độ nhớt thấp, giúp tăng tốc độ phân tích Đối với các cột dài được nhồi chặt hoặc cột mao quản dài, khí mang có độ nhớt thấp là lựa chọn tối ưu Độ dẫn điện và độ nhớt của các khí thường sử dụng trong sắc ký khí cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.
𝝀, 10 -4 cal/cms.k Độ nhớt ƞ ở 1atm
Tốc độ dòng khí có thể được đo bằng các đơn vị cm/s hoặc ml/min Trong khi tốc độ dòng tính bằng cm/s không bị ảnh hưởng bởi đường kính cột, thì tốc độ dòng tính bằng ml/min lại phụ thuộc vào kích thước của cột.
Tương ứng của vận tốc và tốc độ dòng của khí mang với cột Đường kính Vận tốc (cm/s) Tốc độ dòng (ml/min)
Tùy theo loại detector sử dụng mà lựa chọn loại khí mang phù hợp nhất:
ĐẠI CƯƠNG SẮC KÝ LỎNG HIỆU SUẤT CAO [2]
2.2.1 KHÁI NIỆM VỀ KỸ THUẬT SẮC KÝ LỎNG HIỆU SUẤT CAO
HPLC, hay sắc ký lỏng hiệu năng cao, là phương pháp sắc ký tiên tiến được phát triển từ sắc ký cột truyền thống Thay vì sử dụng trọng lực để cho dung môi chảy qua cột, HPLC áp dụng áp suất khoảng 400 at để tăng tốc quá trình dịch chuyển Phương pháp này cho phép sử dụng các hạt nhỏ trong cột hấp phụ, từ đó tăng cường bề mặt tiếp xúc giữa pha tĩnh và các phân tử, nâng cao khả năng phân tích các thành phần trong hỗn hợp.
- Tính chất hấp phụ của chất rắn
- Tính chất trao đổi ion, tạo cặp ion
- Sự rây phân tử theo kích thước của chúng
- Sự tạo phức và sự liên hợp phân tử
- Sự phân bố của các chất giữa hai pha không tan vào nhau
Kỹ thuật sắc ký có hai loại dựa theo trạng thái của chất mẫu khi tiến hành tách sắc ký Đó là :
- Kỹ thuật phân tích sắc ký khí
- Kỹ thuật phân tích sắc ký lỏng
Kỹ thuật sắc ký lỏng lại được chia làm hai nhóm :
- Sắc ký lỏng áp suất thường (sắc ký cổ điển)
- Sắc ký lỏng hiệu suất cao (áp suất cao : HPLC)
Kỹ thuật phân tích HPLC bao gồm hai nhóm :
- Sắc ký lớp mỏng áp suất cao (HPTLC)
- Sắc ký cột lỏng áp suất cao hay sắc ký hiệu suất cao (HPLC)
Trong nhóm HPLC, tùy theo bản chất của quá trình sắc ký của pha tĩnh trong cột tách mà người ta chia thành :
(1) Sắc ký phân bố (PC) của chất tan giữa hai pha không trộn nhau
(2) Sắc ký hấp phụ pha thường (NP-HPLC)
(3) Sắc ký hấp phụ pha ngược hay pha đảo (RP-HPLC)
(4) Sắc ký trao đổi ion (IE – HPLC) và cặp ion (IP – HPLC)
(5) Sắc ký rây phân tử (FG - HPLC)
Một cách tổng quát chúng ta có thể minh họa khái quát sự phân chia này theo sơ đồ:
Sự phân chia các quá trình sắc ký được thực hiện dựa trên các tính chất riêng biệt, tuy nhiên, điều này chỉ mang tính tương đối Trong nhiều trường hợp, quá trình tách sắc ký không chỉ diễn ra theo một cơ chế duy nhất mà còn có thể xảy ra đồng thời theo hai hoặc nhiều cơ chế khác nhau trong cột tách.
2.2.1 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CHÍNH TỪNG BỘ PHẬN CỦA
Sơ đồ 2.2.1.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống HPLC Trong đó :
(1) : Hệ thống dung môi (pha động)
(4) : Bộ phận tiêm mẫu (injector)
(7) : Hệ thống ghi nhận và xử lý tín hiệu
2.2.1.2 Chức năng từng bộ phận
Máy HPLC hiện đại thường được trang bị 4 đường dung môi vào đầu bơm cao áp, cho phép sử dụng đồng thời 4 bình chứa dung môi Điều này giúp người dùng có thể rửa giải theo tỷ lệ mong muốn, với tổng tỷ lệ dung môi từ 4 đường đạt 100%.
Theo kinh nghiệm, chúng ta thường chỉ sử dụng tối đa 3 hoặc 2 đường dung môi cùng một lúc Việc này giúp hệ pha động được pha trộn đồng nhất hơn, đồng thời đơn giản hóa quy trình, từ đó đảm bảo quá trình rửa giải ổn định hơn.
Hiện 4 đường dung môi phục vụ chủ yếu cho việc rửa giải Gradient dung môi theo thời gian và công tác xây dựng tiêu chuẩn
Hình 2.2.1.2.1: Bình chứa dung môi pha động Lưu ý :
Tất cả các dung môi sử dụng trong HPLC cần phải là dung môi tinh khiết, được ghi rõ trên nhãn là dành cho HPLC hoặc dung môi tinh khiết phân tích.
+ Tất cả các hóa chất dùng để pha mẫu và pha hệ đệm phải được sử dụng là hóa chất tinh khiết phân tích
Nhằm mục đích tránh hỏng cột sắc ký hay nhiễu đường nền, tạo ra các Peak tạp trong quá trình phân tích
Mục đích của bộ khử khí nhằm loại trừ các bọt nhỏ còn sót lại trong dung môi pha động
Nếu như trong quá trình phân tích mà dung môi pha động còn sót các bọt khí thì một số hiện tượng sau đây sẽ sảy ra
+ Tỷ lệ pha động của các đường dung môi lấy không đúng sẽ làm cho thời gian lưu của Peak thay đổi
Nếu bọt khí trong hệ thống quá nhiều, bộ khử khí không thể loại bỏ hoàn toàn, dẫn đến việc bơm không hút được dung môi, gây ra hiện tượng áp suất không tăng và làm máy sắc ký ngừng hoạt động.
Trong bất cứ trường hợp nào nêu trên cũng cho kết quả phân tích sai
Mục đích của bơm pha động trong cột là để thực hiện quá trình chia tách sắc ký Bơm cần tạo ra áp suất cao từ 3000-6000 PSI (hoặc 250-500 at, với 1 at = 0.98 Bar) và duy trì dòng chảy liên tục Lưu lượng bơm dao động từ 0.1 đến 9.999 ml/phút, và hiện nay đã có nhiều loại bơm có khả năng đạt áp suất rất cao lên đến 1200 bar.
Máy sắc ký lỏng của chúng ta hiện nay thường có áp suất tối đa 412 Bar Tốc độ dòng 0.1-9.999 ml/phút
Tốc độ bơm là hằng định theo thông số đã được cài đặt Hiện tại bơm có 2 Pistone để thay phiên nhau đẩy dung môi liên tục
Hình 2.2.1.2.2: Hệ thống bơm cao áp
− Bộ phận tiêm mẫu Để đưa mẫu vào cột phân tích theo phương pháp không ngừng dòng chảy Với dung tích của lớp là 5 - 100l
Có 2 cách lấy mẫu vào trong cột : Bằng tiêm mẫu thủ công (tiêm bằng tay) và tiêm mẫu tự động (Autosample)
Hình 2.2.1.2.3: Bộ phận tiêm mẫu bằng tay
Hình 2.2.1.2.4: Hệ thống tiêm mẫu tự động
Cột chứa pha tĩnh được coi là trái tim của hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao
Cột pha tĩnh thông thường được chế tạo từ thép không rỉ, có chiều dài từ 10 đến 30 cm và đường kính trong từ 1 đến 10 mm Kích thước hạt chất nhồi dao động từ 5 đến 10 µm Ngoài ra, cũng tồn tại một số trường hợp đặc biệt về kích thước và kích cỡ hạt.
Với chất nhồi cột cỡ = 1.8-5 m có thể dùng cột ngắn (3-10 cm) và nhỏ (đường kính trong 1-4.6 mm) loại cột này có hiệu năng tách cao
Chất nhồi cột tùy theo loại cột và kiểu sắc ký (trong các dược điển USP 23, 24 có tiêu chuẩn hóa các loại cột)
Chất nhồi cột thường sử dụng là Silicagel (pha thuận) hoặc Silicagel đã được Silan hóa hoặc bao bởi một lớp mỏng hữu cơ (pha đảo) Ngoài ra, các loại hạt khác như Nhôm Oxit, Polyme xốp và chất trao đổi ion cũng được áp dụng Đối với những phương pháp phân tích yêu cầu nhiệt độ cao hoặc thấp hơn nhiệt độ phòng, cột sẽ được đặt trong bộ phận điều nhiệt (Oven column).
Detector là bộ phận quan trọng trong sắc ký, giúp phát hiện các chất khi chúng ra khỏi cột và ghi lại tín hiệu trên sắc ký đồ để định tính và định lượng Việc lựa chọn loại Detector phù hợp phụ thuộc vào tính chất của các chất cần phân tích và phải đảm bảo hoạt động hiệu quả trong một vùng nồng độ nhất định của chất phân tích.
A = k.C Trong đó: A: là tín hiệu đo được
C: nồng độ chất phân tích k: là hằng số thực nghiệm của Detector đã chọn Tín hiệu này có thể là : độ hấp thụ quang (UV-VIS), Cường độ phát xạ, cường độ điện thế, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt, chiết suất …
Trên cơ sở đó người ta chế tạo các loại Detector sau :
+ Detector quang phổ tử ngoại 200 - 380 nm để phát hiện UV
+ Detector quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-VIS): 190 - 900 nm để phát hiện các chất hấp thụ quang Đây là loại thông dụng nhất
Detector huỳnh quang là thiết bị chuyên dụng để phát hiện các chất hữu cơ phát huỳnh quang tự nhiên và các dẫn chất có huỳnh quang Loại detector này nổi bật với độ chọn lọc cao nhất, giúp nâng cao hiệu quả trong việc phân tích và nhận diện các hợp chất hữu cơ.
Hiện nay, các loại detector hiện đại như Detector Diod Array và ELSD (Detector tán xạ bay hơi) có khả năng quét chồng phổ, giúp định tính các chất dựa trên độ hấp thu cực đại của chúng.
Ngoài ra còn có một số loại Detector khác là:
+ Detector điện hóa: Đo dòng, cực phổ, độ dẫn, điện lượng
+ Detector Chiết suất vi sai: Detector khúc xạ (thông thường dùng cho đo các chất đường)
+ Detector đo độ dẫn nhiệt, hiệu ứng nhiệt …
Hình 2.2.1.2.6: Hệ thống đầu dò
− Hệ thống ghi nhận và xử lý tín hiệu Để ghi tín hiệu phát hiện do Detector truyền sang
+ Trong các máy thế hệ cũ thì sử dụng máy ghi đơn giản có thể vẽ sắc ký đồ, thời gian lưu, diện tích của Peak, chiều cao …
Các máy thế hệ mới sử dụng phần mềm trên máy tính để lưu trữ tất cả các thông số, phổ đồ và các chỉ số Peak như tính đối xứng và hệ số phân giải Trong quá trình phân tích, phần mềm này còn xử lý và tính toán các thông số theo yêu cầu của người sử dụng, bao gồm nồng độ và RSD.
Sau khi đã phân tích xong các mẫu ta sẽ in kết quả do phần mềm tính toán ra giấy để hoàn thiện hồ sơ
Hình 2.2.1.2.7: Phần mềm ghi nhận và xử lý tín hiệu
Hệ thống dung môi là một phần quan trọng trong quy trình pha động, được trộn lẫn theo tỉ lệ chính xác thông qua điều khiển máy tính Hệ thống này cũng cho phép thay đổi thành phần dung môi nhờ vào công nghệ Gradient, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả trong các ứng dụng phân tích.
- Pha động được bơm liên tục qua cột tách bằng hệ thống bơm cao áp (3)
- Mẫu phân tích được đưa vào cột tách bằng bộ phân tiêm mẫu (4), sau đó được pha động đẩy vào cột tách (5), quá trình tách xảy ra ở đây
- Các chất sau khi ra khỏi cột tách tại các thời điểm khác nhau lần lượt vào detector
(6) thích hợp và được chuyển thành thế hiệu điện rồi được khuyếch đại và chuyển đến bộ phận tự ghi Và xử lý kết quả (7)
2.2.3 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG TRONG HPLC
2.2.3.1 Các phương trình lưu giữ
DA
Da là một vật liệu bền và mềm dẻo, được chế tạo từ da của các loài động vật, chủ yếu là da thú Quy trình sản xuất da có thể diễn ra từ tiểu thủ công nghiệp cho đến công nghiệp nặng, thông qua quá trình thuộc da.
Thuộc da là quá trình chuyển đổi da thú phân hủy thành da bền vững, thường sử dụng chất tannin - một hợp chất hóa học có tính axit giúp ngăn chặn sự phân hủy và tách màu.
Thuộc da liên quan đến một quá trình làm thây đổi vĩnh viễn cấu trúc protein của da để cho nó không có thể quay trở lại da sống
Có 2 phương pháp thuộc da:
Bề mặt da thường khô cứng và bẩn do đất cát và máu động vật, vì vậy các thợ thuộc da bắt đầu bằng cách ngâm da trong nước để làm mềm và làm sạch Sau đó, họ đập mềm và chà sạch da để loại bỏ thịt và chất béo còn sót lại Tiếp theo, để loại bỏ lông, da được ngâm trong nước tiểu hoặc sơn với hỗn hợp kiềm vôi, hoặc để thối rữa trong vài tháng trước khi ngâm trong dung dịch muối Cuối cùng, khi các sợi lông đã được nới lỏng, thợ thuộc da sử dụng dao để cạo chúng.
Hình 2.3.2.1.1: Xưởng thuộc da ở Thổ Nhĩ Kỳ
Sau khi gỡ bỏ long, thợ thuộc da sẽ ngâm da vào dung dịch làm từ phân hoặc não động vật để làm mềm Phân chó và phân chim bồ câu là những loại thường được sử dụng Họ trộn phân với nước trong thùng lớn và nhào da trong dung dịch này cho đến khi da dẻo nhưng không quá mềm Quá trình nhào có thể kéo dài từ hai đến ba giờ, và thợ thuộc da có thể sử dụng đôi chân trần của mình để thực hiện công đoạn này.
Quá trình thuộc da bao gồm bốn giai đoạn chính Giai đoạn đầu tiên là chuẩn bị da, tiếp theo là tiến hành thuộc da và xử lý các thành phần còn lại Giai đoạn ba là tái thuộc da, nơi áp dụng các tác nhân hoặc thuốc nhuộm nhằm tăng cường độ bền hóa học và các đặc tính mong muốn Cuối cùng, giai đoạn thứ tư được gọi là giai đoạn hoàn thiện, đánh dấu sự kết thúc của quy trình thuộc da.
Hình 2.3.2.2.2: Hai người đàn ông đang gấp rút hoàn thiện mảnh da ở Mỹ năm 1976
Chuẩn bị da bắt đầu bằng quá trình lưu hóa với muối để ngăn chặn sự thối rữa của protein do vi khuẩn phát triển Quá trình này loại bỏ nước thừa từ da sống thông qua sự khác biệt về áp suất thẩm thấu, với da được ép thành gói và ướp muối trong khoảng 30 ngày Lưu hóa da không chỉ giảm nguy cơ hư hỏng do vi khuẩn mà còn có thể được thực hiện bằng cách bảo quản da sống ở nhiệt độ thấp Sau đó, da sống được ngâm trong nước sạch để loại bỏ muối và tăng độ ẩm, giúp bảo vệ da trong suốt quá trình thuộc da.
Ngày nay, các sản phẩm như giày dép, quần áo và nón chủ yếu được làm từ da bò, trong khi da cừu và hưu thường được sử dụng cho các mặt hàng may mặc cao cấp nhờ tính chất mềm dẻo Da hưu và nai cũng phổ biến trong việc sản xuất găng tay và giày dép trong nhà Ngoài ra, da trâu, dê, cá sấu, chó, rắn, đà điểu và kangaroo cũng được sử dụng để chế tạo các sản phẩm da khác.
Hình 2.3.3.1: Một số sản phẩm làm bằng da
AXIT BÉO
Trong hóa học và sinh hóa, axit béo là một axit cacboxylic có đuôi béo dài, có thể bão hòa hoặc không bão hòa Axit béo tự nhiên thường có chuỗi carbon với số lượng chẵn từ 4 đến 28 Chúng thường được chiết xuất từ chất béo trung tính hoặc phospholipid, và khi không tương tác với các phân tử khác, chúng được gọi là axit béo tự do.
Hình 2.4.2.1: Axit béo bão hòa và axit béo không bão hòa
Axit béo no (axit béo bão hòa) là các axit caboxylic có mạch cacbon dài từ 12 đến 24 nguyên tử, không chứa liên kết đôi hay liên kết ba Chúng thường xuất hiện trong mỡ động vật và một số loại dầu thực vật như dầu cọ và dầu dừa Ví dụ, công thức hóa học của một axit béo no là C17H35COOH.
Common fatty acids include Lauric acid (C12H24O2), Myristic acid (C14H28O2), Palmitic acid (C16H32O2), Stearic acid (C18H36O2), Arachidic acid (C20H40O2), Behenic acid (C22H44O2), Lignoceric acid (C24H48O2), and Cerotic acid (C26H52O2), each characterized by their unique chemical structure represented as CH3(CH2)nCOOH, where 'n' denotes the number of methylene groups in the chain.
Bảng 2.4.2.2.1: Một số axit béo no
Axit béo không no, hay còn gọi là axit béo chưa bão hòa, có cấu trúc mạch cacbon không no với các liên kết đôi hoặc ba trong phân tử, ví dụ như C17H33COOH Loại axit béo này thường có nhiều trong các chất béo có nguồn gốc thực vật, mang lại lợi ích sức khỏe cho người tiêu dùng.
Ví dụ: axit linoleic, axit alpha-linoleic, axit arachinonic…
Tên thường gặp Cấu trúc hóa học
Myristoleic acid CH 3 (CH 2 ) 3 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH
Palmitoleic acid CH 3 (CH 2 ) 5 CH=CH (CH 2 ) 7 COOH
Sapienic acid CH 3 (CH 2 ) 8 CH=CH (CH 2 ) 4 COOH
Oleic acid CH 3 (CH 2 ) 7 CH= CH (CH 2 ) 7 COOH
Linoleic acid CH 3 (CH 2 ) 4 CH = CH CH 2 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH α-linolenic acid CH 3 CH 2 CH = CH CH 2 CH = CH CH 2 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH
Arachidonic acid CH 3 (CH 2 ) 4 CH = CH CH 2 CH = CH CH 2 CH = CH CH 2 CH = CH (CH 2 ) 3
Eicosapentaenoic acid CH 3 CH 2 CH = CH CH 2 CH = CH CH 2 CH = CH CH 2 CH = CH CH 2 CH = CH
Erucic acid CH 3 (CH 2 ) 7 CH = CH (CH 2 ) 11 COOH
Docosahexaenoic acid CH CH=CH (CH 3 CH 2 CH=CH CH 2 CH=CH CH 2 CH=CH CH 2 CH=CH CH 2 CH=CH CH 2
Bảng 2.4.2.2.1: Một số axit béo không no
2.4.3.1 Điểm tan chảy Điểm tan chảy phụ thuộc vào số Cacbon của acid béo, acid béo có chuỗi Cacbon dài thì điểm tan chảy cao và ngược lại Nhưng acid béo có Cacbon lẻ có điểm tan chảy thấp hơn acid béo có số Cacbon nhỏ hơn nó 1 đơn vị Ngoài ra độ tan chảy còn phụ thuộc vào số nối đôi trong phân tử acid béo, acid béo chứa nhiều nối đôi thì điểm tan chảy càng thấp
Acid béo có chuỗi Cacbon dài thì độ sôi càng cao, thường áp dụng tính chất này để tách các acid béo ra khỏi nhau
Trong nước: acid béo có chuỗi Cacbon ngắn (4, 6, 8) dễ tan, C10 khó tan, C12 không tan Nếu acid béo ở dạng muối thì dễ hòa tan hơn
Trong dung môi hữu cơ không phân cực như benzen, ether, ether dầu hoả acid béo dễ tan
Trong dung môi hữu cơ phân cực như aceton, acid béo khó hoà tan hay hoà tan rất ít
Axit béo có tính chất như một axit vô cơ yếu
Nhóm chức axit béo –COOH, hay còn gọi là nhóm cacboxyl, bao gồm hai thành phần chính: nhóm –OH (hidroxyl) và nhóm –CO– (cacbonyl) Liên kết giữa O và H trong nhóm hidroxyl có tính phân cực do độ âm điện của O (3,5) lớn hơn H (2,1), dẫn đến việc đôi điện tử bị kéo về phía O Sự hiện diện của nhóm cacbonyl –CO– càng làm tăng tính phân cực của liên kết này, khiến cho H trong nhóm cacboxyl trở nên linh động hơn và dễ dàng tách ra dưới dạng ion H+ Khi hòa tan axit béo vào nước, hiện tượng này càng được thể hiện rõ rệt.
Axit béo có tính chất là axit hữu cơ yếu, với khả năng phân ly một phần để tạo ra ion H+ và ion âm gốc axit béo trong dung dịch Do tính phân cực cao của dung môi nước, sự hidrat hóa dẫn đến sự phân ly này Tuy nhiên, để phân tích axit béo, ethanol thường được sử dụng thay vì nước, vì sự phân ly trong nước không đủ mạnh Mặc dù axit béo không phân ly hoàn toàn, nhưng nó vẫn duy trì đầy đủ các đặc tính của một axit hữu cơ.
Dung dịch axit béo dẫn điện cho phép sử dụng phương pháp chuẩn độ điện thế để xác định hàm lượng axit béo trên các loại da có màu Khi chuẩn độ bằng NaOH, việc xác định khoảng đổi màu của dung dịch bằng chỉ thị phenolphthalein gặp khó khăn Dung dịch axit béo làm quỳ tím hóa đỏ và có pH < 7 do axit béo phân ly ion, tạo ra H+ trong dung dịch.
Axit béo có tính chất hóa học như một axit hữu cơ đơn giản được thể hiện qua các phản ứng:
2.4.4.2 Tác dụng với bazo tạo muối và nước
C 11 H 23 COOH + NaOH ⟶ C 11 H 23 COONa + H 2 O Axit lauric Natri laurat
2C 17 H 33 COOH + Ba(OH) 2 ⟶ Ba(C 17 H 33 COO) 2 + 2H 2 O
2.4.4.3 Tác dụng với oxit bazo tạo muối và nước
2C 17 H 35 COOH + Na 2 O ⟶ 2C 17 H 35 COONa + H 2 O Axit stearic Natri stearat
2.4.4.4 Tác dụng với kim loại tạo muối và khí hidro
Kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học
K Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Pt Au nR − COOH + M ⟶ M(R − COO) n + n
2H 2 Kim loại đừng trước H Muối axit hữu cơ của kim loại hóa trị n
2C 21 H 41 COOH + Fe ⟶ Fe(C 21 H 41 COO) 2 + H 2 Axit erucic Sắt (II) erucat
C 17 H 33 COOH + Hg ⟶ phản ứng không xảy ra
2.4.4.5 Tác dụng với muối của axit yếu hơn tạo ra axit mới và muối mới
Axit béo là một axit hữu cơ yếu nhưng mạnh hơn nhiều axit rất yếu khác như axit cacbonic và phenol Nhờ vào tính chất này, axit béo có khả năng đẩy khí cacbonic ra khỏi muối cacbonat và phenol ra khỏi muối phenolat.
2C 15 H 31 COOH + CaCO 3 ⟶ Ca(CH 3 COO) 2 + CO 2 + H 2 O Axit palmitic Canxi palmitat
C 17 H 31 COOH + C 6 H 5 ONa ⟶ C 17 H 31 − COONa + C 6 H 5 OH Axit linoleic Natri linoleat
Để nhận biết dung dịch axit hữu cơ (axit béo), người ta dựa vào khả năng tạo bọt khí CO2 khi tác dụng với muối cacbonat Nếu một chất hữu cơ tạo bọt khí khi nhỏ vào đá vôi (CaCO3) hoặc các muối cacbonat khác, thì đó là axit hữu cơ Khi cho hỗn hợp các chất hữu cơ có chứa axit hữu cơ tác dụng với bột CaCO3 dư, chỉ có axit hữu cơ phản ứng tạo thành muối canxi cacboxilat Sau khi đun nóng để loại bỏ các chất hữu cơ, chỉ còn lại muối canxi cacboxilat và CaCO3 dư.
Khi thêm H2SO4 vào các muối, cho đến khi khí CO2 thoát ra hoàn toàn, sẽ thu được CaSO4 kết tủa và dung dịch axit hữu cơ Tiếp theo, có thể thực hiện chưng cất phân đoạn để thu được axit béo tinh khiết, sử dụng làm chất nội chuẩn Phương pháp HPLC được áp dụng để xác định sự hiện diện của axit béo trong axit hữu cơ và đo lường hàm lượng của chúng.
Axit béo có thể làm đổi màu quỳ tím sang đỏ và hòa tan kim loại không phải kiềm như Mg, Al, Zn, tạo ra khí hidro để nhận biết Ngoài ra, phản ứng chuẩn độ với bazo sử dụng chỉ thị phenolphthalein cũng giúp xác định hàm lượng axit béo sau khi chiết xuất bằng dichloromethan (CH2Cl2).
2.4.4.6 Phản ứng este hóa (phản ứng tạo este)
⇔ 𝐶 17 𝐻 33 𝐶𝑂𝑂𝐶 2 𝐻 5 + 𝐻 2 𝑂 Axit oleic Rượu etylic Etyl oleat
2.4.4.7 Phản ứng thế H của axit béo bởi Clo (Cl 2 )
Nguyên tử H là nguyên tử H liên kết vào C của axit béo Cacbon alpha (C) là
Axit béo chứa nhóm chức –COOH, với nguyên tử Hα bên cạnh nhóm này có tính linh động cao do ảnh hưởng của điện tử Điều này khiến cho nguyên tử Hα dễ dàng bị thay thế bởi nguyên tử Cl từ Cl2 khi có ánh sáng chiếu sáng Nếu Cl2 được sử dụng với lượng dư, quá trình này sẽ diễn ra mạnh mẽ hơn.
82 thời gian phản ứng đủ lâu thì lần lượt các nguyên tử H của axit béo được thây thế bởi các nguyên tử Cl (của Cl2)
C 14 H 30 CH 2 COOH + Cl 2 → C ás 14 H 30 CHClCOOH + HCl
C 14 H 30 CHClCOOH + Cl 2 → C ás 14 H 30 CCl 2 COOH + HCl Lưu ý: Độ mạnh tính axit tăng dần như sau:
C 14 H 30 CH 2 COOH < C 14 H 30 CHClCOOH < C 14 H 30 CCl 2 COOH
Nguyên tử Cl có khả năng rút điện tử mạnh mẽ do độ âm điện cao (Cl: 2,8; C: 2,5; H: 2,1) Khi số lượng nguyên tử Cl tăng lên, khả năng rút điện tử càng mạnh, ảnh hưởng đến liên kết giữa O và H trong nhóm –COOH Điều này làm cho H trở nên linh động hơn, dễ dàng phân ly để tạo ion H+, từ đó tăng cường tính axit của hợp chất.
Cũng như các axit hữu cơ đơn chức no mạch hở, độ mạnh tính axit của các axit béo no mạch thẳng giảm dần khi khối lượng phân tử tăng Nguyên nhân là do sự gia tăng khối lượng phân tử dẫn đến gốc hidrocacbon –R (trong R-COOH) ngày càng lớn, làm đẩy điện tử mạnh hơn về nhóm –COOH Điều này làm giảm sự phân cực của liên kết giữa O và H, từ đó làm giảm sự linh động của H và giảm tính axit.
Tính axit của các axit béo no mạch thẳng thường gặp giảm dần như sau:
CH3(CH2)10 COOH > CH3(CH2)12COOH > CH3(CH2)14COOH >
CH3(CH2)16COOH > CH3(CH2)18COOH > CH3(CH2)20COOH >
CH3(CH2)22COOH > CH3(CH2)24COOH
2.4.5.2 Phản ứng oxi hóa cắt nối đôi
Các axit béo có một hay nhiều nối đôi dễ bị oxi hóa cắt ở nối đôi
Axit béo không no kết hợp với các nguyên tố thuộc họ halogen (F, Cl, Br, I) để tạo thành các axit béo no
R − (CH 2 ) n − CH = CH − (CH 2 ) n − COOH + I 2 ⇄ R − (CH 2 ) n − CHI − CHI − (CH 2 ) n − COOH
PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ
Chuẩn độ là phương pháp phân tích giúp xác định chính xác điểm cuối của phản ứng và hàm lượng các chất trong bình chuẩn độ Để thực hiện, cần sử dụng buret để cung cấp chất phản ứng thứ hai, cùng với dung dịch thuốc thử hoặc máy đo pH để phát hiện điểm cuối Trước khi bắt đầu, hãy chuẩn bị buret bằng cách tráng sạch với dung dịch chuẩn và điền đầy dung dịch chất chuẩn, đồng thời kiểm tra các bong bóng khí và rò rỉ.
85 Đọc và ghi lại mực thể tích ban đầu của dung dịch chuẩn
Chuẩn bị dung dịch phân tích bằng cách cho vào một bình Erlenmeyer hoặc beaker sạch Nếu mẫu là chất rắn, hãy đảm bảo rằng nó có khả năng hòa tan Sau đó, đặt một cá từ vào bình và thêm chất chỉ thị.
Sử dụng buret để cung cấp một lượng nhỏ chất thử chuẩn vào Erlenmeyer, bạn sẽ thấy sự thay đổi màu sắc chỉ khi chất thử chuẩn tiếp xúc với dung dịch trong bình Tuy nhiên, màu sắc này sẽ biến mất khi bạn khuấy dung dịch.
Khi gần đến điểm cuối của quá trình chuẩn độ, hãy giảm tốc độ và quan sát màu sắc trong bình một cách cẩn thận Để đảm bảo tất cả các chất thử chuẩn được hòa trộn đồng nhất, hãy sử dụng nước cất để rửa sạch bình và đầu buret.
Khi gần đến điểm cuối, để thêm một giọt chất khử chuẩn, bạn chỉ cần xoay nhanh khóa buret hoặc từ từ mở khóa buret để cho một giọt chất thử chuẩn rơi xuống.
Phải chắc chắn rằng đó là điểm cuối Đối với phenolphthalein, điểm cuối là màu hồng nhạt xuất hiện đầu tiên Các màu hồng nhạt dần trong 10 đến 20 giây
Ta có thể đọc và ghi lại một lượng và bớt một giọt Khi đã qua điểm cuối
Nếu bình trông như thế này, thì đã đi quá xa!
Khi đã đạt đến điểm cuối, đọc thể tích cuối cùng trong buret và ghi vào sổ tay
Để xác định nồng độ của chất phản ứng trong bình, cần sử dụng nồng độ và thể tích của chất chuẩn để trung hòa hoàn toàn lượng chất phản ứng có trong bình.
Chuẩn độ với máy đo pH
Chuẩn độ bằng máy đo pH là quy trình tương tự như chuẩn độ với chỉ thị, nhưng điểm cuối được xác định thông qua sự thay đổi nhanh chóng của pH thay vì sự thay đổi màu sắc của chỉ thị.
Sắp xếp các mẫu, cá từ, buret, và điện cực pH để bạn có thể đọc pH và vận hành buret dễ dàng
Để xác định chính xác các điểm cuối trong quá trình titration, cần ghi lại giá trị pH tương ứng với thể tích của chất thử chuẩn được thêm vào Sau đó, vẽ đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa thể tích chất thử chuẩn và pH của dung dịch, cũng như đồ thị thể hiện thể tích và sự thay đổi pH (ΔpH) Từ đó, xác định thể tích tương đương của chất thử chuẩn và tính toán nồng độ của chất phản ứng trong bình.
XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG pH
2.6.1 ĐƯỜNG CONG pH XÂY DỰNG TRÊN LÝ THUYẾT
Axit béo là một axit yếu, do đó để xây dựng đường cong axit yếu, cần thực hiện bốn loại phép tính tương ứng với bốn phần của đường cong.
− Trước khi chuẩn bị dung dịch chỉ chứa axit yếu nên pH của dung dịch được tính theo nồng độ chất bị chuẩn
Sau khi thêm một lượng thuốc thử vào dung dịch, nhưng chưa đạt đến điểm tương đương, các dung dịch sẽ tạo thành một loạt hệ đệm Đối với mỗi hệ đệm này, có thể tính toán pH dựa trên nồng độ chung của sản phẩm phản ứng và axit chưa được chuẩn hóa.
− Ở điểm tương đương dung dịch chứa hợp chất liên hợp với axit yếu bị chuẩn và pH được tính theo nồng độ chung của hợp chất đó
Cuối cùng, pH chủ yếu được xác định bởi nồng độ của lượng dư bazo mạnh, sử dụng làm chất chuẩn, cho đến khi phản ứng của sản phẩm tạo thành bị ngăn cản.
Axit béo là một axit yếu, và để xây dựng đường cong axit béo, ta cần xác định nồng độ ban đầu Fa và hằng số phân ly axit ka Quá trình chuẩn độ được thực hiện bằng dung dịch NaOH với nồng độ FNaOH.
Sử dụng các điều kiện cân bằng hóa học
𝑘 𝑤 = [𝐻 3 𝑂 + ][𝑂𝐻 − ] Giải quyết nồng độ A - bằng định luật bảo toàn khối lượng với hằng số điện ly ka:
Thế [Na + ] = FNaOH; [OH - ] = kw/[H3O + ]; [A - ] vào phương trình cân bằng điện tích ta được:
[𝐻 3 𝑂 + ] + 𝑘 𝑎 [𝐻 3 𝑂 + ] 3 + [𝐻 3 𝑂 + ] 2 (𝐹 𝑁𝑎𝑂𝐻 + 𝑘 𝑎 ) − [𝐻 3 𝑂 + ]((𝐹 𝐻𝐴 − 𝐹 𝑁𝑎𝑂𝐻 )𝑘 𝑎 + 𝑘 𝑤 ) − 𝑘 𝑎 𝑘 𝑤 = 0 ka có thể bỏ qua trước khi đến điểm tương đương khi nồng độ axit cao, phương trình bậc 3 có thể đơn giản xuống phương trình bậc 2 như sau:
𝑝𝐻 = −log[𝐻 3 𝑂 + ] Phương trình này dùng để tính toán đường cong chuẩn độ lý thuyết
2.6.1.3 Một số điểm đặc biệt
Tại điểm tương đương, khi FNaOH = FHA, không thể bỏ qua kw trong việc tính toán nồng độ [H3O +] Nguyên nhân là do axit đã chuyển hoàn toàn thành dạng bazơ liên hợp.
[𝐻 3 𝑂 + ] + [𝑁𝑎 + ] = [𝑂𝐻 − ] + [𝐴 − ] k w [OH − ]+ F NaOH = [OH − ] + F HA [OH − ]
[OH − ] + k b k b =k w k a kb là hằng số cân bằng cho bazo liên hợp
𝐻 2 𝑂 + 𝐴 − ⇔ 𝑂𝐻 − + 𝐻𝐴 Giải quyết nồng độ [OH - ]
Bây giờ kw không đáng kể với kbFNaOH ta có thể bỏ qua kw phương trình được hạ xuống phương trình bậc 2:
− Qua điểm tương đương: tất cả axit được tiêu thụ hết FHA = 0
2.6.2 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG pH THỰC TẾ
Trong quá trình chuẩn độ khi cho thêm NaOH ta xác định pH của dung dịch chuẩn chứa axit béo ở những khoảng thể tích khác nhau
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa pH dung dịch và thể tích NaOH chuẩn được vẽ với trục OX thể hiện thể tích NaOH (ml) và trục OY thể hiện giá trị pH của dung dịch Qua đồ thị, chúng ta có thể xác định bước nhảy pH của dung dịch tương ứng với thể tích NaOH tại điểm tương đương.
Trong quá trình chuẩn độ axit béo, do axit béo là axit yếu, việc xác định bước nhảy pH trở nên khó khăn Để khắc phục điều này, ta vẽ thêm giá trị ΔpH trên đồ thị với thể tích NaOH chuẩn Trục OX biểu thị thể tích NaOH (ml), trong khi trục OY thể hiện giá trị ΔpH của dung dịch cần chuẩn Đồ thị sẽ có hình dạng chóp, từ đó cho phép xác định vị trí cao nhất của chóp, tương ứng với giá trị pH và thể tích NaOH chuẩn.
PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY BẰNG VI SÓNG
Vi sóng, hay còn gọi là sóng vi ba, là các sóng điện từ có bước sóng từ 1 mm đến 1 m Năng lượng của vi sóng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, y tế và khoa học, với các tần số phổ biến là 915 MHz, 2450 MHz, 5800 MHz và 22125 MHz Trong số đó, tần số 2450 MHz (tương đương với bước sóng 12,2 cm) là tần số được sử dụng nhiều nhất trong các thiết bị gia dụng và trong các thiết bị chuẩn bị mẫu cho phân tích.
Năng lượng vi sóng được phát ra từ nguồn sóng điện từ, bao gồm hai thành phần chính là từ trường B và điện trường E Quá trình chuyển hóa năng lượng điện từ thành năng lượng nhiệt diễn ra qua hai cơ chế khác nhau.
− Cơ chế chuyển dẫn ion
− Cơ chế quay cực phân tử
Kỹ thuật đốt nóng bằng vi sóng hoạt động dựa trên việc mẫu hấp thụ trực tiếp năng lượng vi sóng, do đó, các hiện tượng như dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt chỉ đóng vai trò phụ trong quá trình cân bằng nhiệt.
Sóng siêu âm tạo ra sự phá vỡ cấu trúc vật lý mạnh mẽ, giúp khuếch tán nhanh chóng các axit vào dung môi Ngược lại, phương pháp sử dụng dung môi truyền thống chỉ cho phép khuếch tán chậm Do đó, việc ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình chiết xuất axit mang lại hiệu quả và tốc độ cao hơn.
Phân tích HPLC/MS cho thấy không có sự khác biệt đáng kể về thành phần các axit giữa hai phương pháp chiết xuất Điều này chứng tỏ rằng quá trình chiết xuất bằng sóng siêu âm không gây hại cho cấu trúc hoặc tính chất của axit Vì vậy, phương pháp chiết xuất hỗ trợ bằng sóng siêu âm được xem là lựa chọn tối ưu nhờ vào năng lượng tiêu thụ thấp và thời gian chiết xuất ngắn.
Sóng siêu âm với tần số trên 20 kHz, tức hơn 20.000 dao động mỗi giây, truyền qua các môi trường vật chất như khí, lỏng và rắn, thâm nhập vào tế bào dược liệu và làm tăng nhiệt độ Những tác động này góp phần tăng cường tốc độ hòa tan.
95 khuếch tán hoạt chất vào dung môi, vì vậy rút ngắn thời gian chiết Măt khác, nó còn làm giảm sự tiêu hao năng lượng
Hình 2.7.1.1: Thiết bị rữa bằng vi sóng
2.7.2 ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM
− Hiệu suất chiết cao hơn so với một số phương pháp chiết thông thường
− Sản phẩm trích ly chất lượng tốt
− Thiết bị dễ sử dụng, an toàn và bảo vệ môi trường
− Chỉ có thể áp dụng với qui mô nhỏ
− Phản ứng cần thực hiện trong một hệ kín và chỉ sử dụng một lượng nhỏ tác chất
− Không đo lường hoặc điều chỉnh được nhiệt
