Chương 10 Các Phương Pháp Tách.pdf

CHƯƠNG 10 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHƯƠNG 10 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH 10 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP TÁCH SẮC KÝ 10 1 1 Đại cương về phương pháp sắc ký Lịch sử phát triển của phương pháp Có nhiều tài li[.]

CHƯƠNG 10 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH 10.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP TÁCH SẮC KÝ 10.1.1 Đại cương phương pháp sắc ký Lịch sử phát triển phương pháp Có nhiều tài liệu cơng bố lịch sử phát triển phương pháp, nhiên mốc thời gian nhiều người thừa nhận 1903 nhà thực vật học người Nga Michael Txvet lần công bố tách chlorophyl từ với hệ sắc ký gồm pha tĩnh chất hấp phụ CaCO3, pha động ete dầu hỏa Năm 1941 Tiselius phát triển kỹ thuất tách sắc ký phương pháp phân tích tiền lưu, phân tích đẩy phân tích rửa giải Cũng năm này, 1941 Martin, A J P Synge, R.L.M trình bày lý thuyết sắc ký lỏng-lỏng (sắc ký phân bố) Do có cơng đóng góp tác giả nhận giải Nobel 1952 Vào năm 1970, sắc ký khí phát triển, với nó, sắc ký lỏng nâng cao hiệu phương pháp; vật liệu làm pha tĩnh khơng ngừng cải tiến, từ hiệu lực phương pháp sắc ký đạt thành tựu đáng kể tách hỗn hợp chất giống (thí dụ nguyên tố Đất hiếm), ankaloid, hydrocacbon mẫu dầu….Ngày sắc ký lỏng chất nhồi cải tiến, kích thước hạt giảm xuống tới 1,5-1,7µm, có khả chịu áp suất nhiệt độ tốt, hình thành phương pháp hiệu (Ultra Performance Liquid Chromatography - UPLC) tách nhanh hợp chất khó thời gian vài chục giây Gần đây, phương pháp siêu tới hạn (Supercritical fluid Chromatography -SFC) điện di mao quản đời để phù hợp với đa dạng chất phân tích, đặc biệt chất có khối lượng phân tử lớn protein, enzym mẫu sinh học làm tăng khả sắc ký Thí nghiệm Txvet khái niệm hệ sắc ký Năm 1903 Txvet nhà thực vật học ngươic Nga, có thí nghiệm vơ độc đáo tìm phương pháp tách mang tên chromatography mà ta gọi sắc ký Thí nghiệm tiến hành cách hoà tan diệp lục ete dầu hỏa, sau nạp lượng nhỏ vào cột nhồi bột CaCO3 Tiếp theo, cho liên tục ete dầu hỏa tinh khiết qua; sau thời gian định diệp lục tách thành giải riêng biệt Sau này, người ta biết a-chlorophyl, b - chlorophyl, a- xantophyl, bxantophyl Khi chất phân tích nạp vào chất nhồi CaCO3 gọi pha tĩnh, lúc đầu cấu tử phân bố đầu cột cách bất kỳ, xen kẽ Ái lực cấu tử với pha tĩnh khác Các chất có lực liên kết với pha tĩnh lớn có thời gian lưu lại pha tĩnh lâu hơn, ngược lại, chất có lực với pha tĩnh yếu hơn, lưu lại pha tĩnh hay có thời gian pha động nhiều Mặt khác, dung môi bơm vào cột liên tục, chất pha động chúng di chuyển pha động, ngược lại chất pha tĩnh, chúng khơng di chuyển Vì chất có chênh lệch thời gian pha tĩnh pha động, dẫn đến khác tốc độ di chuyển, từ chất tách khỏi Đó sở phương pháp tách sắc ký Hình 10.1a mơ tả q trình tách chất thời điểm khác nhau, cột thời điểm ban đầu, nạp chất váo cột, chất chưa tách Các cột 2, thời điểm sau đó, chất dần tách khỏi đến cột thứ chất tách hồn tồn Hình 10.1b sắc đồ tương ứng cột tách Người ta thường nạp chất phân tích vào cột có khối lượng khoảng vài phần trăm dung lượng hấp thu cuả cột để đảm bảo cho cân phân bố chất tan xảy nhanh Hình 10.1 : Quá trình tách sắc ký với chất Trong trường hợp chất có tính chất giống nhau, lực liên kết chất với pha tĩnh khơng khác nhiều, điều dẫn đến thời gian pha tĩnh pha động giống nhau, tốc độ di chuyển gần giống Để chất có quãng đường di chuyển khác đáng kể, trình hấp thu giải hấp thu phải thực nhiều lần hay nói cách khác chiều dài cột phải đủ lớn Khi đó, thời gian di chuyển lớn, khác biệt quãng đường di chuyển lớn Gọi hệ sắc ký chức tách cột thực qua thành phần hệ Khi ta đưa chất phân tích vào hệ sắc ký, trước hết chất phân tích phải tan pha động Từ pha động chất phân tích chuyển sang pha tĩnh sau chất phân tích lại lại chuyển pha động Q trình lặp lặp lại hàng ngàn, chí hàng triệu lần Pha tĩnh đứng yên, pha động di chuyển qua pha tĩnh, chất phân tích phân bố hai pha Các chất có lực khác với pha tĩnh pha động nên di chuyển với tốc độ khác tách khỏi Vì hệ sắc ký phải gồm: chất phân tích, pha tĩnh pha động Tất nhiên để đưa mẫu vào hệ, cho pha động chạy, ghi nhận di chuyển chất vấn đề kỹ thuật thực nghiệm, vấn đề thiết bị xét phần sau Từ thí nghiệm trên, đưa định nghĩa sắc ký sau:" Sắc ký trình tách dựa phân bố liên tục cấu tử chất phân tích lên hai pha: pha thường đứng yên, có khả hấp thu chất phân tích gọi pha tĩnh, pha di chuyển qua pha tĩnh gọi pha động; cấu tử chất phân tích có lực khác với pha tĩnh, chúng di chuyển với tốc độ khác tách khỏi nhau" 10.1.2 Phân loại phương pháp sắc ký Có hai kiểu phân loại phương pháp sắc ký; thứ phân loại theo hệ pha Các phương pháp sắc ký không kể hoạt động theo chế hệ sắc ký gồm pha tĩnh rắn lỏng tiếp xúc với pha động lỏng rắn Đối với kiểu phân loại có sắc ký Khí- Rắn; Sắc ký Khí -Lỏng, sắc ký Lỏng-Lỏng; Lỏng -Rắn… Hình 10.2 Phân loại phương pháp sắc ký theo hệ pha Thứ hai phân loại theo chế, phương pháp sắc ký có loại với chế; là: Sắc ký hấp phụ; Sắc ký phân bố (L-L L-R), Sắc ký trao đổi ion Sắc ký rây phân tử Đối với hệ sắc ký với chất phân tích pha tĩnh phức tạp (thí dụ silicagel biến tính), chế tách gồm nhiều loại liên kết chất Nhìn vào sơ đồ phân loại hình 10.2 thấy sắc ký lỏng đa dạng, phân tích, sắc ký lỏng hiệu cao –HPLC gồm nhiều phương pháp khác nhau, sắc ký HPLC lỏng rắn gồm nhiều phương pháp Đó sắc ký lỏng pha đảo, sắc ký lỏng pha thường, sắc ký trao đổi ion v.v Phương pháp HPLC pha đảo (reversed phase high performance liquid chromatography) sử dụng nhiều nhất, ta xét phương pháp phần sau 10.1.3 Các lực liên kết hệ sắc ký a) Lực liên kết ion Trên bề mặt pha tĩnh có trung tâm hoạt động ion, phân tử có khả phân ly tạo thành ion tạo nên trung tâm hoạt động ion Chúng tham gia liên kết với ion chất phân tích dung dịch theo lực tương tác tĩnh điện gọi liên kết ion Để giữ anion chất phân tích dung dịch, pha tĩnh cần có trung tâm cation bề mặt, ngược lại, để giữ cation chất phân tích dung dịch, pha tĩnh cần có trung tâm anion Cũng tương tự, pha động có trung tâm hoạt động ion, chúng tham gia tương tác với chất phân tích pha tĩnh Chúng có khả phân li dung dịch tạo thành cation anion Thí dụ rửa giải ion kim loại cột cationit, ta dùng pha động dung dịch HCl lỗng Các phương pháp tách sắc ký thường gặp có tham gia liên kết ion gọi sắc ký ion, sắc ký cặp ion b) Lực phân cực Trong phân tử chất phân tích, chất rửa giải pha động phân tử bề mặt pha tĩnh có trung tâm phân cực Chúng lưỡng cực điện cố định, lưỡng cực điện cảm ứng Chúng tham gia liên kết với phân tử phân cực khác lực liên kết phân cực Sự phân cực phân tử nhỏ chênh lệch độ phân cực nhỏ Tuy nhiên, chênh lệch yếu tố quan trọng để độ bền liên kết khác nhau, điều cần thiết để phân chia chúng phép tách sắc ký Thí dụ: chất Cresol (o- m-, p-, cresol) khác vị trí nhóm CH3- phân tử Chính nhờ khác vị trí làm cho mật độ electron phân tử cresol khác tạo nên khác biệt nhỏ độ phân cực, từ lực liên kết phân cực với pha tĩnh khác nhau, nguyên nhân chênh lệch thời gian lưu trình sắc ký c) Lực phân tán (lực Van-de-van) Lực có chất tĩnh điện, nhiên khơng có cực điện mạng lưới phân tử, không liên quan tới phân tử lưỡng cực cảm ứng hay cố định Tương tác phân tán điển hình mạch hydrocacbon, tương tác phân tử Thí dụ: n-heptan chất lỏng khơng phải khí tương tác phân tử n-heptan lực phân tán đủ lớn để giữ chất trạng thái lỏng Để tách hydrocacbon người ta dùng hydrocacbon khác làm pha tĩnh d) Lực tương tác đặc biệt Lực tương tác đặc biệt lực tạo thành liên kết hydro, liên kết cho nhận mà có Sự hình thành liên kết ngun tử hydro nguyên tử có độ âm điện cao O, N, F tạo thành liên kết hidro Khi tham gia liên kết, electron gọi "đám mây electron" chuyển dịch sang nguyên tử có độ âm điện cao Như nguyên tử nguyên tố có độ âm điện cao, liên kết hydro bền chặt Người ta nhận thấy lượng liên kết giảm theo dãy sau đây: F H F > O H O > N H N > C H C Như lực tương tác phân tử hệ sắc ký gồm : lực ion, lực phân cực, lực phân tán lực tương tác đặc biệt Các lực chất khác có giá trị khác định trình tách sắc ký Cũng lưu ý bề mặt pha tĩnh khơng hồn tồn đồng nhất, có nhiều loại nhóm chức khác Mỗi nhà máy có quy trình sản xuất riêng, kết qủa thành phần số lượng nhóm chức bề mặt pha tĩnh có khác Thí dụ với sắc ký pha đảo, bề mặt pha tĩnh nhóm ODS - otadecylsilan Đây kết phản ứng nhóm Silanol - OH Clorosilan hữu Tuy nhiên khơng phải nhóm silanol thay nhóm ODS bên cạnh nhóm ODS cịn có nhóm -OH chưa thay thế, nhóm phân cực ngồi cịn tạp chất kim loại Như tương tác pha tĩnh phân tử chất phân tích bao gồm lực tương tác ion, phân cực, lực phân tán, tương tác đặc biệt mức độ khác 10.1.4 Một số đại lượng sắc ký Hệ số phân bố Một cấu tử A cho tiếp xúc với pha động pha tĩnh, phân bố hai pha theo tỷ số nồng độ định, vậy, có hệ số phân bố riêng, nói cách khác cân phân bố thiết lập, có phương trình; AS ⇌ Am (10.1) Hệ số phân bố định nghĩa tỷ số nồng độ chất phân tích hai pha KD = [ AS ] [ Am ] (10.2) Trong [A]S - Nồng độ chất phân tích pha tĩnh [A]m - Nồng độ chất phân tích pha động Mối liên hệ hệ số phân bố tốc độ di chuyển chất hệ sắc ký Chất phân tích A muốn di chuyển phải pha động Gọi fA phần thời gian chất A pha động fA = Số milimol A pha động = Số milimol A toàn cột [A]m Vm (10.3) [A]m Vm + [A]s Vs Biến đổi phương trình 1.5 (chia phân số cho [A]m.Vm) ta có: fA = Đặt k A/ = K DA 1+K DA (10.4) VS Vm VS , ta có f A = Vm 1+k 'A (10.5) kA' gọi hệ số lưu Tốc độ tuyến tính cấu tử A pha động, uA là: uA = u fA hay u A = u (1 + k A/ ) u tốc độ tuyến tính pha động (cm/s) Từ biểu thức 10.6 10.7 ta có nhận xét: KDA kA’ lớn, thời gian chất phân tích pha động ít, nói cách khác chất phân tích di chuyển chậm, ngược lại kA' nhỏ, chất phân tích di chuyển nhanh Thời gian lưu tR thời gian lưu hiệu chỉnh tR' Thời gian lưu tR thời gian tính từ lúc bắt đầu bơm mẫu vào đầu cột tới pic đạt giá trị cực đại t RA = L L(1+k 'A ) = uA u L/u = tm thời gian cấu tử không lưu giữ cột, gọi thời gian chết tRA = tm (1+ KDA Vs ) = tm (1 + k’ ) Vm (10.6) Thời gian lưu hiệu chỉnh t'R thời gian lưu khơng tính tới thời gian chết t'RA = tRA - tm = tm.k' Þ Thể tích lưu VR thể tích lưu hiệu chỉnh VR' k'= V/ t 'R = R Vm tm (10.7) Thể tích lưu VR thể tích dung dịch rửa giải tính từ bắt đầu bơm mẫu vào cột tới pic đạt giá trị cực đại Gọi F tốc độ chảy pha động, ml/ phút Thể tích lưu VR tính theo cơng thức: VRA= tRA.F ; Vm = tm F; thay vào (10.8) ta có VRA = Vm (1+ k'A) (10.8) Thể tích lưu hiệu chỉnh V'R thể tích lưu để loại thể tích trống cột V'RA = VR - Vm = Vm.k'A = KDA.VS (10.9) Thể tích lưu riêng Vg thể tích đặc trưng riêng cho cấu tử, thể tích dung dịch rửa giải để rửa chất phân tích đơn vị trọng lượng hay thể tích pha tĩnh V’RA/ Vs = KDA = Vg Hệ số tách Hệ số tách a đại lượng đánh giá khả tách chất phương pháp sắc ký Nó phụ thuộc vào hệ số phân bố chúng tỷ số hệ số phân bố chất; chất phân tích A chất khác B chất chuẩn Điều kiện cần thiết để hai chất A B tách khỏi a ¹ a = KDA / KDB = k'A / k'B ¹1 (10.10) Nói cách khác hệ số phân bố hai chất A B pha tĩnh pha động phải khác Mặt khác từ số thể tích lưu riêng hai chất, t'RA / t'RB tỷ số hệ số phân bố Vậy tóm tắt : α= ' K DA k 'A t 'RA VRA = ' = ' = ' K DB k B t RB VRB Đĩa lý thuyết a) Khái niệm đĩa lí thuyết Đĩa lí thuyết phần cột mà cân thiết lập Theo quan niệm Martin Synge, cân phân bố thiết lập nhanh chóng, tức thời Tuy nhiên điều gặp khó khăn giải thích tượng giãn rộng vùng mẫu, tượng pic sắc ký không cân đối Amundson Lapidus sau Van Deemter cho đĩa hình thành đạt cân chuyển khối lượng chất tan từ pha động vào pha tĩnh ngược lại, tác giả đưa thuyết tốc độ đề cập phần sau b) Sắc đồ tính số đĩa lý thuyết Sắc đồ đường biểu diễn phụ thuộc diện tích (S) chiều cao (h) tín hiệu đo độ hấp thụ quang, có thểt độ dẫn điện, tần số xung điện… liên quan chặt chẽ tới nồng độ chất phân tích có mẫu vào thời gian Các tín hiệu gọi "pic"sắc ký Định lượng chất phân tích dựa vào diện tích píc sắc ký xác Ngày nay, hầu hết máy sắc ký đại trang bị phần mềm để tính diện tích píc cách tự động Có thể hiểu phần cột gọi đĩa lí thuyết cân phân bố chất phân tích để đáp ứng Gọi N số đĩa lí thuyết, s độ lệch chuẩn; s ~ N Đối với cột sắc ký n lớn pic hẹp; thời gian lưu tỉ lệ với số đĩa lí thuyết n, tR ~ n, nên ta viết: tR N = σ N Mặt khác hay N = ( tR / s)2 (10.11) w = 4s hay s = w / Số đĩa lí thuyết n viết li l: ổ t ổt N=16 ỗ R ữ =5,54 ỗ R ữ ốwứ ố w1/2 ứ (10.12) Hình 10.3 Xác định số đĩa lý thuyết từ sắc đồ cấu tử Trong sắc ký lỏng cột nhồi, số đĩa lý thuyết tính tương đối dựa vào chiều dài cột chiều cao đĩa lý thuyết, H~ 2-3dp Thí dụ 10.1: Tính số đĩa lí thuyết, N cột sắc ký chiều cao đĩa lí thuyết, H biết thời gian lưu tRA = 280s, tRB = 300s, độ rộng pic wA = 14s, wB =15s, thời gian chết, tm=10s Cột có chiều dài L = 3,2 m Giải : Đối với pic A : N = 16 ổỗ 280 ữ ố 14 ø = 6400 Đối với pic B : N = 16 ổỗ = 6400 300 ữ ố 15 ø Số đĩa lí thuyết cột hai chất 6400 H = 320 / 6400 = 0,05 (cm) Độ phân giải Độ phân giải nói lên mức độ tách cấu tử khỏi phép tách sắc ký Hai cấu tử A B tách khỏi triệt để, độ phân giải cao Độ phân giải đánh giá qua đại lượng đặc trưng là: thời gian lưu, tRA, tRB, độ rộng píc WA,WB Độ phân giải R định nghĩa: R= 2(t RB -t RA ) WA +WB (10.13) để : tRB - tRA = DtR chấnh lệch thời gian lưu (cũng dùng thể tích lưu VRA- VRB) cấu tử A B Đại lượng so sánh với tổng bán chiều rộng píc, đo giây ml nói lên khả tách cột Khi R=1, hai cấu tử A B tách khỏi đạt 95% nghĩa 2,5% cũa A B , 2,5% B A Khi R= 1,5 hai cấu tử A B để tách khỏi đạt 99,8 % có nghĩa cịn 0,1% A B ngược lại Khi tăng chiều dài cột, số đĩa lí thuyết tăng: tR µ N , chiều rộng pic tỷ lệ với Rµ N N hay R µ N L Thí dụ tăng gấp đơi chiều dài cột, độ phân giải R' là: R' = 2R Cách làm tăng độ phân giải a) Dựa thay đổi cấu trúc cột: Có biện pháp gồm: tăng chiều dài cột, sử dụng chất nhồi có kích thước hạt nhỏ hơn, đồng hơn, thay đổi pha tĩnh, giảm đường kính cột b) Dựa thay đổi vận hành cột Vận hành cột điều kiện tối ưu thu hiệu tách cao gồm: tối ưu hoá tốc độ pha động (tỷ lệ dung môi, pH, thêm phụ gia …), giảm lượng mẫu, giảm nhiệt độ cột (GC), thay đổi thành phần pha động (LC) Thí dụ 10.2: a) Tính độ phân giải R phép sắc ký biết thời gian lưu chiều rộng pic giống thí dụ 10.1 b) Cũng với kiện giống thí dụ 10.1, thay đổi chiều dài cột từ 320cm lên 400cm Tính độ phân giải? Giải: a) R = 2(300 - 280)/(15 +14) = 1,3793 Phép sắc ký tách cấu tử A B chưa đạt độ phân giải đường b) tRA = 280(400/320) = 350 s tRB = 300(400/320) = 375 s N = 16(tR/w)2 = 6400.(400/320) = 8000 16(350) WA = = 15,65 s 8000 WB = 16(375) (375 - 350) = 16,77 s ; R = = 1,54 8000 (15,65 + 16,77) / Kết cho độ phân giải tốt hơn, phép tách sắc ký đạt độ phân giải đường đáy Một cách đơn giản xác định độ phân giải mới: Do R tỷ lệ với (L)1/2 ta có biểu thức R2 = R1 R2 400 L2 hay = 1,3793 320 L1 ; R2 = 1,54 10.1.5 Ứng dụng phương pháp Phương pháp sắc ký có khả tách riêng rẽ chất, từ kết phân tích định lượng rõ ràng Sắc ký tham gia vào phân tích hầu hết mẫu phức tạp hầu hết lĩnh vực từ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp đến hoạt động phục vụ đời sóng chữa bệnh, điều tra hình Ngồi sắc ký cịn cơng cụ đắc lực phục vụ cho nghiên cứu khoa học Thí dụ sản xuất nơng nghiệp, phương pháp góp phần tách định lượng dinh dưỡng sản phẩm; phân tích độc tố, thuốc bảo vệ thực vật, kim loại nặng thực phẩm, nước uống … Trong chữa bệnh, sắc ký góp phần xét nghiệm mẫu bệnh phẩm, thí dụ phân tích thuốc kháng sinh Phân tích dược phẩm, dược liệu … Sắc ký phục vụ đắc lực quan trắc môi trường, đánh giá tác động môi trường tới đời sống người Thí dụ tách định lượng hàm lượng chất độc hại khơng khí 10.1.6 Thuyết tốc độ, phương trình Van Deemter Theo thuyết này, yếu tố tốc độ pha động có vai trị quan trọng hiệu tách sắc ký Sự giãn rộng vùng mẫu mà nguyên nhân sâu xa hệ số khuyếch tán chất phân tích pha động pha tĩnh bị ảnh hưởng nhiều tốc độ pha động Ngồi ra, đường kính hạt nhồi, kỹ thuật nạp cột , ảnh hưởng nhiều tới dãn rộng vùng chất phân tích, ảnh hưởng tới độ rộng píc thu sắc đồ Các tác giả đưa đại lượng đặc trưng cho độ giãn rộng vùng chất phân tích chiều cao đĩa lý thuyết, H Chiều cao đĩa lý thuyết cấu thành yếu tố H1, H2, H3 đại lượng độ giãn rộng thành phần H = H + H2 + H3 (10.14) H1 Là đại lượng khuyếch tán xoáy, đặc trưng cho độ đồng hạt nhồi, đường kính hạt nhồi, khả nạp cột, viết: H1 = ldp l hệ số nạp cột, nạp cột tốt, có giá trị =1,5; dp đường kính hạt nhồi vật liệu khơng biến tính, diện bề mặt lớn oxit nhơm, silicagel, florisil v.v silicagel sử dụng nhiều Tùy thuộc vào cách chế tạo mà vật liệu có tính chất khác nhau, nhiên đặc điểm chung có diện tích bề mặt lớn (có thể đạt 500 -800m2/gam), ưa nước Ngoài tiến hành tách sắc ký, chất nhồi thường gây phản ứng bất thuận nghịch, tạo pic có dần tính chất sắc ký Chính hạn chế trên, vật liệu làm pha tĩnh silicagel biến tính đời Pha tĩnh silicagel biến tính sản phẩm phản ứng closilan hữu nhóm silanol bề mặt silic Phản ứng gọi phản ứng ete hố sản phẩm phản ứng có dạng ete sau: (10.1) Tuỳ thuộc vào loại closilan hữu mà ta có pha tĩnh khác Để điều chế pha tĩnh cho sắc ký pha liên kết pha thường, người ta sử dụng R1 hidrocacbon phân cực Có loại nhóm chức phân cực thường, là: - Các loại diol: -(CH2)3-O-CH2-CH(OH)-CH2OH - Cyano : -(CH2)3-CN - Amino: -(CH2)3-NH2 , R2 R3 gốc clorua, thí dụ: Silan hóa bề mặt silic cơng việc khó, địi hỏi điều kiện thí nghiệm phải thực nghiêm ngặt Bề mặt silic cần chuẩn bị kỹ, để có nhiều nhóm silanol cho phản ứng silan hóa Chất nhồi silic biến tính làm pha tĩnh phương pháp sắc ký lỏng pha thường pha đảo có ưu điểm sau: + Là vật liệu chịu áp suất cao, chịu tới 1000 atmotphe + Trơ với dung mơi hóa chất, bị phá hủy môi trường kiềm axit + Là chất nhồi phù hợp với phân tích vết vừa khắc phục tượng phản ứng bất thuận nghịch + Đáp ứng đa dạng chất phân tích có độ phân cực khác Pha động dung mơi hữu có độ phân cực khác Để pha chế dung môi vậy, hỗn hợp gồm hay nhiều dung mơi hữu trộn lẫn Ngồi pH pha động, chất phụ gia khác chất tạo phức ý để nâng cao hiệu tách phương pháp Pha động sắc ký lỏng nói chung có u cầu tính chất sau: Yêu cầu pha động: - Phải hòa tan mẫu phân tích - Trơ với pha tĩnh vật liệu hệ sắc ký - Đảm bảo tính chọn lọc phương pháp - Có lực dung môi vừa phải cho hệ số lưu khoảng ≤ k’ ≤ Để đạt yêu cầu trên, pha động cần có tính chất sau: Tính chất pha động - Phù hợp với hệ phát Độ nhớt thấp (để dảm bảo cho áp suất đầu cột không cao) Bền q trình chạy sắc ký Khơng chứa tạp chất Càng khó cháy tốt độc hại Thiết bị sắc ký lỏng pha thường vận hành đề cập chung với sắc ký lỏng pha đảo Sắc ký lỏng pha đảo Pha tĩnh Điều chế pha tĩnh sắc ký lỏng pha đảo hoàn toàn tương tự điều chế pha tĩnh sắc ký lỏng pha thường (phản ứng 10.1) Tuy nhiên điểm khác biệt mạch hydrocacbon gắn silic closilan hữu không phân cực hay it phân cực Trong trường hợp ta có pha tĩnh cho sắc ký pha đảo Thí dụ R1 C18, ta có pha tĩnh octadecylsilan (ODS) thơng dụng Đặc điểm pha tĩnh liên kết ngược • Bề mặt kỵ nước: Silic sau ete hố, có nhóm chức hidrocacbon bề mặt làm thay đổi tính chất Tính kị nước cao lớp ODS dày, ngồi thay đổi nhóm chức làm cho pha tĩnh trở nên đa dạng • Cịn nhóm silanol chưa liên kết: Chỉ có khoảng 50% nhóm silanol bề mặt silic ete hố, nhóm ảnh hưởng tính khơng phân cực pha tĩnh, phải hạn chế ảnh hưởng nhóm silanol Vì vậy, người ta cịn phải silan hố tiếp nhóm silanol cịn lại hợp chất metylsilan Cl-Si(CH3)3 Ngoài ra, tạp chất kim loại làm hoạt hố nhóm silanol, tăng tính axit pha tĩnh, nguyên nhân làm dãn rộng vùng mẫu • Chiều dài mạch hydrocacbon liện kết bề mặt lớn, tính khơng phân cực cao: Bằng thực mghiệm, sử dụng cột tách có nhóm chức hidrocacbon có số cacbon khác nhau, từ C3 – C20 , tách chất hidrocacbon thơm, người ta thấy hệ số phân bố tỷ lệ thuận với chiều dài mạch hidrocacbon Mạch hydrrocacbon cồng kềnh, tính khơng phân cực cao, khả hấp phụ lớn, phân tử closilan hữu tương tác với hình thành mạch hidrocacbon mạch dài hơn, che phủ bề mặt tốt hơn, phân cực Pha động RP-HPLC Sự lựa chọn pha động tuân theo nguyên tắc chung chất phân tích phải tan pha động đảm bảo hệ số tách chất phân tích trình bày Bằng cách thay đổi loại dung môi nồng độ để thay đổi hệ số phân bố để có hệ số phân bố phù hợp cho chất phân tích cho dãy chất phân tích Người phân tích trước hết theo tài liệu tham khảo để có dung mơi với lực dung mơi phù hợp, sau giữ lực dung mơi thay đổi loại dung mơi nhóm để chọn dung môi tối ưu Các dung môi thường sử dụng sắc ký lỏng pha đảo đưa bảng 10.2 Bảng 10.2 Sự phụ thuộc k' vào thành phần dung môi RP-HPLC Dung môi Độ phân cực Số lần giảm k’ tăng 10% dung môi vào nước Nước 10,2 Dimethyl sunfoxide 7,2 1,5 lần Ethylene glycol 6,9 1,5 – Acetonitrile 5,8 2,0 – Methanol 5,1 2,0 – Acetone 5,1 2,2 – Dioxane 4,8 2,2 – Ethanol 4,3 2,3 – Tetrahydrofuran 4,0 2,8 – i-propanol 3,9 3,0 – Sự lựa chọn pha động sắc ký lỏng pha đảo khó khăn so với sắc ký lỏng pha thường nước môi trường mẫu phân tích Đơi thay đổi loại dung mơi làm cho hiệu tách phương pháp tăng lên nhiều, ngồi sử dụng dung mơi ba thành phần giải pháp tăng cường hiệu tách (thí dụ methanol/dioxan/nước) Ưu nhược điểm phương pháp Ưu điểm: - Phương pháp áp dụng cho nhiều loại đối tượng chất phân tích, từ hợp chất khơng phân cực phân cực, kể ion kim loại kết hợp với chất tạo cặp ion - Phương pháp có độ chọn lọc cao sử dụng pha tĩnh pha động - Cân phân bố xảy nhanh, sử dụng cân phụ để tăng cường độ chọn lọc phương pháp, - Hiệu tách cao, pic cân đối, - Pha động thường hỗn hợp nước dung môi phân cực nên rẻ tiền Nhược điểm: Hoạt động pha tĩnh có hiệu khoảng pH hẹp, từ 2-8, ảnh hưởng nhóm silanol chế tách chưa rõ Ứng dụng sắc ký lỏng pha đảo RP-HPLC Phương pháp RP-HPLC có pha tĩnh khơng phân cực điển hình octadesilxilan (ODS) có ứng dụng rộng rãi, phân tích đa dạng chất phân tích Đó các chất phân cực hydrocacbon thơm (PAHs), hợp chất cơclo (PCBs) chất phân cực: axit amin, phenol Ngoài phương pháp phân tích chất mang tính ion, thí dụ ion kim loại Phương phỏp HPLC trao i ion Ph-ơng pháp sắc ký trao ®ỉi ion ®êi sím, ®-ỵc sư dơng réng r·i vào năm 1960, đóng góp vào việc tách xác định chất phân tích có tính chất ion Ban đầu ph-ơng pháp sử dụng nhựa trao đổi ion tổng hợp làm pha tĩnh, nhiên có hạn chế khả chịu áp suất tính động học, ph-ơng pháp ngày đ-ợc hoàn thiện cải tiến chất nhồi, tr-ớc hết giảm đ-ờng kính hạt nhồi, sau thay đổi chất nhồi cột làm cho hiệu lực tách cột tốt Pha tĩnh HPLC trao đổi ion Pha tĩnh loại điều chế tương tự hai phương pháp sắc ký lỏng pha đảo pha thường đề cập (phản ứng 10.1) Tuy nhiên mạch hữu mang nhóm chức có khả trao đổi ion ≡Si-OH + ClSiR ⇒ ≡Si-O-Si R -R mang nhóm chức có khả trao đổi ion Trường hợp R mang nhóm –SO3H –COOH, pha tĩnh mang tính trao đổi cation ; R mang nhóm chức -CH2N(CH2CH3)3Cl (hoặc amin bậc thấp hơn) pha tĩnh mang tính trao đổi anion Sự thay đổi chất nhồi hay pha tĩnh bước cải tiến đáng kể phương pháp sắc ký trao đổi ion Hiện tượng khuếch tán chậm chất tan phải chui sâu vào hạt trao đổi bị hạn chế đáng kể, mặt khác hạt nhân silic cứng nên chịu áp suất tốt, chất nhồi mang hai tính ưu việt chịu áp suất khả trao đổi tốt Cũng từ hiệu lực cao cột tách, phương pháp HPLC trao đổi ion giải nhiều mẫu phân tích thực tế Tuy nhiên, nói khơng có nghĩa chất nhồi hồn tồn tốt, nhược điểm khoảng pH làm việc thu hẹp so với phương pháp dùng ionit truyền thống, mặt khác, hiệu lực cột bị giảm theo thời gian chất nhựa không chịu áp suất cao Pha động HPLC trao đổi ion dung dịch đệm có pH xác định, ngồi thành phần pha động cịn có chất tạo phức để tăng tính chọn lọc phương pháp ( xem bảng 10.3) Bảng 10.3 Một vài loại cột ion thị trường Loại cột Nhóm Pha động Chất phân tích chức Cationit Shim pack IC-C1 Dung dịch đệm có pH xác Các kim loại Mg2+ (Shimadzu) -RSO3H định, có chất tạo phức Cu2+, Ln3+… PRPx100 -RSO3H Dung dịch đệm có pH xác Các ion kim loại PRPx200(Haminton) định, có chất tạo phức hố trị và3 Nucleosil SA -RSO3H tartaric mmol Mg2+, Ca2+, Ba2+, (Metrohm) citric 0,5 mmol Sr2+, Fe2+ Co2+ Ni2+ 4x125 mm, pH2-7 ethylendiamin mmol Cd2+ Zn2+ Mn2+ acetone 5%; 1,5 ml/phút Metrosep (Metrohm) Sitartaric axit mmol Li+, K+, Na+, NH4+, C1,4,6x125 O(CH2)3dipicolinic axít mmol Mg2+, Ca2+ (6-1010-100) COOH Metrosep C2-100 Sitartaric axit mmol Li+, K+, Na+, Rb2+, Metrosep C2-250 O(CH2)3dipicolinic axít 7,5 mmol Cs2+, Mg2+, Ca2+, (Metrohm) 4x100 COOH Ba2+ … Ion pack CS 14 -RSO3H 5mmol Methansunfonic axit 20 cation vô +2,5% ACN, gradien tới hữu cơ: Li+, Na+, 6mmol Methansunfonic axit NH4+, morphin, +2,5% ACN Trimetylamin… Anionit Shim pack IC-A1 Amin bậc4 Cl-, NO3-, SO42-, (Shimadzu) HBO32-, HSiO42Metrosep A Supp 5- Amin bậc Cl-, Br-, I-, ClO3-, 100 (5-150, 5-150) ClO2-, ClO4-, BrO3Ion pack AS11 Amin bậc dung môi 1: 5mmolNaOH 38 anion hữu dung môi 10 mmol KOH vô cơ: Cl-, F-… phtalat, xitrat… Super-sep 4,6x 100 polimeth Phtalic acid 2,5 mmol Cl-, F-, NO2-, Br(6.1009.000) acrylate Acetonitril 5% TRIS pH 3,8 Thiết bị sắc ký lỏng hiệu cao Hình 10.6 Sơ đồ chức thiết bị HPLC Thiết bị gồm khối chức bản: Khối đầu vào gồm phân cấp dung môi, áp suất, van bơm mẫu … Khối chức thứ cột tách, thêm cột bảo vệ; Khối thứ thiết bị đầu cuối gồm detector, máy tích phân, máy ghi phần mềm điều khiển xử lý số liệu Ngày tiến khoa học kỹ thuật, nhiều phận thiết bị HPLC cải tiến detector, vật nhồi cột công nghệ thông tin giúp cho thiết bị ngày hoàn hảo, giảm thời gian phân tích dạt độ nhạy cao 10.3 PHƯƠNG PHÁP CHIẾT DUNG MƠI 10.3.1 Định nghĩa "Chiết q trình chuyển chọn lọc chất tan từ pha nước vào pha hữu cơ" + Chiết chất vô cơ: Các ion kim loại, anion tan nước chất có khả hydrat hố tốt Muốn chuyển ion vào pha hữu cơ, cần loại bỏ lớp vỏ hydrat hoá, tạo liên kết chúng với chất tạo phức, gọi tác nhân chiết theo chế khác nhau, tạo hợp chất gọi dạng chiết dễ dàng chuyển sang pha hữu + Chiết chất hữu cơ: Để chuyển chất tan hữu từ pha nước sang pha hữu cơ, nguyên tắc áp dụng “ chất tương tự hoà tan vào nhau” Các chất hữu có lực tương tác với phân tử pha chất hữu theo lực phân cực lực phân tán, nhiên để chiết triệt để, E% chiết cao trước hết, người phân tích phải chọn dung mơi chiết cho phù hợp để chất phân tích phải tan tốt vào pha hữu theo tương tự tính chất chúng Mặt khác ta phải sử dụng kỹ thuật chiết lặp giải chiết, rửa chiết để có chất phân tích tinh khiết, hiệu chiết cao 10.3.2 Nguyên tắc điều kiện chiết Chiết lỏng lỏng kỹ thuật chiết dựa phân bố khác chất phân tích vào pha khơng trộn lẫn, từ tách chiết chúng khỏi tách tạp chất khỏi chất phân tích Người ta cố gắng tìm điều kiện chiết thích hợp để chất phân tích phân bố ưu tiên vào pha (thường pha hữu cơ) chọn lọc nhiều tốt, tạp chất vào pha hữu tốt Các điều kiện cần khảo sát loại dung môi chiết, nồng độ thuốc thử, pH dung dịch, nồng độ chất che, chất cản, nhiệt độ Điều kiện chiết chất phân tích: Hai pha khơng trộn lẫn: Dung mơi dung dịch chiết hai pha không tan vào nhau, đảm bảo có bề mặt phân chia rõ ràng Hệ số tách a ¹ 1, khác tốt (a = KDA/KDB); tối ưu KDA.KDB = Cân chiết xảy nhanh thuận nghịch, phản ứng hệ chiết xảy nhanh, định lượng Tối ưu hóa điều kiện chiết: pH dung dịch, nồng độ tác nhân chiết, nồng độ thuốc thử, chất phụ gia chọn giá trị tối ưu 10.3.3 Hiệu suất E% chiết hệ số tạp chất g Phần trăm chiết khái niệm hiệu suất q trình chiết Nó phần chất phân tích vào pha hữu so với lượng chất phân tích ban đầu nhân với 100 Nếu gọi m2 lượng chất vào pha hữu cơ, m1 lượng cịn lại pha nước tính mol gam ta có: E% = m2 100 m1 + m2 Cũng biểu diễn theo dạng số mili mol sau: (10.26) E%= C 2V2 100 ; V2 thể tích pha hữu cơ, V1 thể tích pha nước (ml) C 2V2 +C 1V1 Nếu chia tử số mẫu số cho C1V2 ta có E% = KD V KD + V2 100 Hệ số tạp chất g tỉ số E% tạp chất E% chất phân tích: g = (10.27) EB % EA % 10.3.4 Chiết hoá học, hệ số phân bố điều kiện KD ( số tài liệu ký hiệu D) Trong q trình chiết, chất tan thường có phản ứng với tác nhân chiết cân khác làm cho chất tan có nhiều dạng ngồi dạng chiết thơng thường Như xem q trình chiết phản ứng hóa học mà sau phản ứng sản phẩm chuyển pha từ pha nước sang dung môi Hệ số phân bố điều kiện KD định nghĩa: KD = å Ch / c å Cn = Tæng nång dé chÊt tan pha hịu co Tỉng nång dé chÊt tan pha nuí c (10.28) Thí dụ chiết I2 từ pha nước vào pha hữu pha nước có I-, có cân sau: I2 + I- = I3- hệ số phân bố điều kiện KD = [ I ] h/ c [ I ] n + [ I -3 ] n Khi chiết 8-oxy quynolin (viết tắt HOX) từ pha nước vào pha hữu HOX chất có nhiều cân nước nên hình thành nhiều cấu tử, nhiên có HOX lên pha hữu cơ: HOX + H+ = H2OX+ HOX OX- + H+ Khi KD cân chiết này: KD = [HOX]h/c [HOX]n + [H2OX + ] + [OX- ] Trong tính tốn chiết, xét tất cân xảy hệ, toán trở nên phức tạp, người ta thường bỏ qua cấu tử có nồng độ nhỏ để giải dễ dàng Trong thí dụ trên, tìm điều kiện để OX- H2OX+ hình thành để bỏ qua, tốn trở nên đơn giản 10.3.5 Cơ chế chiết ion kim loại 10.3.5.1 Chiết theo chế tạo hợp chất nội phức Hợp chất nội phức gọi phức cua phức ion kim loại hợp chất hữu chứa nhóm chức tham gia liên kết Một nhóm chức chứa proton phân ly : -S-H =N-H, -NH2 Nhóm thứ chứa cặp electron tự Có thể đưa vài thí dụ: - Các hợp chất oxim - oxy quynolin : ºN: , =O: , =S: , +Men+ .N H O n+ Me /n .N OH - Các ankyl photphat, ankyl sufonic, ankyl cacboxilic R O P OR O H O M en+/n R O S O H Men+/n O: O: R C O Men+/n ankyl photphat ionit lỏng 10.3.5.2 Chiết theo chế tạo hợp liên hợp ion, A+.BTrong loại bao gồm ion kim loại liên kết với chất vô hữu tạo thành cation anion có khối lượng lớn chúng kết hợp với ion đối thường có khối lượng lớn vào pha hữu thí dụ: Hợp chất Photpho có độ âm điện lớn liên kết với ion kim loại tạo nên cation có khối lượng lớn: O R C R H+ RO FeCl 4- ; RO P O: Ce4+ (NO3 )4 RO Các ion đối NO3-, FeCL4- Trên hệ chiết A+, B- điển hình 10.3.6 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình chiết hóa học 10.3.6.1 Ảnh hưởng nồng độ H+ tướng nước a) [H+] tham gia dạng chiết Trường hợp này, axit hoá dung dịch, H+ vào liên kết với tác nhân chiết, trở thành ion dương bề mặt phân chia pha, tiếp theo, chúng liên kết bền vững với ion đối pha nước chất cần chiết chuyển vào pha hữu Thí dụ chiết Fe3+ ete môi trường axit (Fe3+)n + 4(Cl-)n + (H+)n + xSh/c = {H[FeCl4]xS}h/c Kex = { H[ FeCl 4] xS} h / c ; Fe(III) tồn dạng tự do, hệ số phân bố điều kiện [ Fe +] n[ Cl -] 4n[ H +] n[ S] xh / c KD = { H( FeCl 4) xS] h / c [ Fe ] n + { H[ FeCl 4] xS} n 3+ Giả sử có Fe3+ chuyển thành FeCl-4 sau tạo dạng chiết H(FeCl4) xS chuyển lên pha hữu nhiêu có nồng độ thích hợp để khơng có sản phẩm phụ, lúc đó: KD = [ H( FeCl 4) xS] h / c KD Thay KD vào Kex ta có Kex = 3+ - [ Fe ] n [Cl ]n [ H + ]n [ S ]hx / c logKD log[H+] A H×nh 10.8 Sù phơ thc logKD vµo log[H+] A = (lgKex + 4lg[Cl-] + xlg[S]h/c) = const Nếu điều kiện thí nghiệm khơng đổi, Kex = const, nồng độ [Cl-] đủ lớn = const ® KD phụ thuộc vào [H+] lgKD = lgKex + 4lg[Cl-]n + lg[H+]n + xlg[S]h/c (10.29) b) [H+] ảnh hưởng tới tác nhân chiết Chiết ion kim loại có sử dụng tác nhân chiết, đa số trường hợp tác nhân chiết phân tử hữu có nhóm -SH, OH, -COOH , thay đổi nồng độ H+ làm thay đổi tạo phức hay liên hợp ion ion kim loại tác nhân chiết Gọi tác nhân chiết có cơng thức (HR)h/c, ta có phản ứng chiết: Mx+ + x(HR)h/c ( MRx)h/c + x(H+)n [ MRx] h/ c[ H + ] nx Kex = Mặt khác theo định nghĩa ta có: [ M x+ ] n [ HR] hx / c KD = [ MR]h / c [ M ]n + [ MR]n + [ M (OH )]x + -1 + x+ Giả sử pH thích hợp khơng có phản ứng phụ, [MR]n chuyển hết vào pha hữu cơ, M(OH) khơng có, vậy: Kex = K D [ H + ] xn [ HR] xh/ c lgKD = lgKex + xlg[HR]h/c + xpH (10.30) Hình 10.9 Ảnh hưởng pH đến KD Khi x=1, pH tăng đơn vị KD tăng 10 lần (1® 2) Khi x=2, pH tăng đơn vị KD tăng 100 lần Khi x=3, pH tăng đơn vị KD tăng 1000 lần pH1/2 pH E% = 50%; KD = XpH1/2 = -lgKex - xlg[HR] Nồng độ [HR] xác định, biết Kex, tìm pH1/2 ngược lại Thí dụ 10.5 Thuốc thử HR tương tác với A B theo phương trình sau: Ax+ + x HR ® (ARx)h/c + x(H+)n ; (pH1/2)0,1= By++ y HR ® (BRyh/c + y(H+)n ; (pH1/2)0,1= Xác định pH tách tốt A khỏi B (g nhỏ), cho HR = 0,1 mol, X= 3; y=2; Vn= Vh/c Giải Tính Kex A, Kex B , a Tại pH1/2 ta có KDA=1 = lg KexA + x lg[HR] + x pH = lg KexA + 3(-1) +9 lg Kex A = - ® Kex A = 10 K DB = K exB -6 [HR ]y [H ] + y Tại pH1/2 ta có KDB =1; 0= lg KexB + 2(-1) + 10, lg KexB Điều kiện tách tốt KDAKDB = 10 -610 -8.10 -5 [H ] + = -8 KDA KDB =1, [ ] ® KexB = 10-8 α≠ [ ] = ® H + = 10 -19 ® H + = 10 -19 = 10 -3,8 pH tối ưu = 3,8 Tính EA, EB, g pH = 3,8 lg KDA = -6 -3 + 3.3,8 = 2,4 lg KDB = -8 -2 + 2.3,8 = -2,4 E A = 100 10 2, » 99,9% + 10 2, KDA =102.4 KDB= 10-2.4 E B = 100 10 -2, = 10 - 0, = 0,39 - 2, + 10 10 - 0, g = = 3,98.10 - 100 Kết luận, điều kiện pH=3,8, hiệu tách đạt tốt 10.3.6.2 Ảnh hưởng nồng độ chất phân tích (Mn+) Từ biểu thức lgKD = lgKex + nlg[HR]h/c + npH (10.32) Ta thấy lgKD không phụ thuộc vào nồng độ ion kim loại bị chiết, thuy nhiên nồng độ HR có hạn, nồng độ ion kim loại lớn bão hoà pha hữu cơ, chuyển sang pha nước KD giảm 10.3.6.3 Ảnh hưởng hiệu ứng muối Các muối khơng tạo phức Giả sử có hệ chiết Th(NO3)4 UO2(NO3)2 /NO3-/TBP Nếu có thêm muối pha nước ví dụ NH4NO3, Ca(NO3)2, Al(NO3)2 Các muối không bị chiết lên pha hữu nhiên có ảnh hưởng sau: - Hằng số điện mơi, e thay đổi - Lực ion nước thay đổi - Tỷ trọng hai pha thay đổi Một cách định tính thấy nồng độ muối nitrat kim loại tăng dẫn đến nước hidrat hoá giảm, nữa, ion chung nitrat tăng làm nồng độ dạng chiết tăng, hệ số phân bố KD tăng Các phối tử lạ tạo phức với ion kim loại pha nước Giả sử ion kim loại việc tạo phức với tác nhân chiết HR tạo phức với chất tạo phức phụ X x KD = Kex [HRx ] [H + ] Giả sử ion kim loại tạo phức với X, ta có b = K’D= [MX] Þ [M][X] [ MX] = b.[M][X] [MR]h/c [MR]h/c KD = = [M]n + [M]n β[X] [M]n (1 + β[X]) (1 + β[X]) Þ Kex = K D [H+ ]x Như b tăng Kex giảm + βα [HR]x (10.33) 10.3.6.4 Ảnh hưởng tác nhân chiết Nồng độ tác nhân chiết LgKD = lgKex + npH + lg[HR]h/c lgKD B C lg[HR] A Hình 10.10 Sự phụ thuộc log KD vào log nồng độ thuốc thử Khi [HR] tăng ® lgKD tăng nhiên đạt tới mức độ định khơng tăng mặt khác pH1/2 giảm, có nghĩa chiết mơi trường axit Ảnh hưởng chất tác nhân chiết HR + Đối với chất nội phức: vị trí nhóm chức, loại nhóm chức hình thành liên kết có độ bền khác kết gây ảnh hưởng đến hiệu chiết + Chiết theo kiểu A+, B-: trường hợp này, loại nhóm liên kết có ảnh hưởng lớn; phân tử có chứa oxy, độ bền liên kết xắp xếp theo dãy: (R - O)3 - P = O < 10.3.6.5 R O P O R < R R O P R O < R3P = O Ảnh hưởng nhiệt độ - (M 02 - M 10 ) f1 exp Kea = ; T tăng ® KD giảm f2 RT 10.3.7 Kỹ thuật chiết lặp Chất A phân bố pha nước pha hữu cơ: An ⇋ Ah/c ; Hệ số phân bố K D = [A]h/c [A]n KD hệ số phân bố khơng có thứ nguyên, [A] thường tính mol/l, g/l, ppm Giả sử có mo mmol A sau chiết với Vh/c ml dung dịch hữu từ Vn ml dung dịch nước Gọi m1.1 lượng chất tan lại pha nước, m0-m1.1 lượng chất tan vào pha hữu thì: [A]h/c = m1.1 m0 -m1.1 ; [A]n = Vn Vh/c ⇨ KD = m -m1.1/Vh/c m1.1/V n Vh/c , Vn thể tích pha hữu pha nước KD Vh/c m -m1.1 m = = -1 Vn m1.1 m1.1 m0 V =1+K D h/c m1.1 Vn ổ ỗ m1.1 =m ỗ ỗ 1+K Vh/c D ỗ Vn ố k gi l h s lu, K D ữ ữ =m ổỗ , ÷ ÷ è 1+k ø ÷ ø (10.34) Vh/c =k , ; k , = ( mmolA ) h/c Vn ( mmolA ) n Có thể nhận xét A khơng thể chuyển hồn tồn vào pha hữu Muốn chuyển hoàn toàn người ta lại tiếp tục đưa thêm dung môi hữu vào Cân lần thứ lại thiết lập, m1.2 lượng chất tan pha nước lần 2 m1.2 1 ổ = m1.1 = mo ỗ ữ ị m1.n = m o (1 + k') (1 + k')n è + k' ø (10.35) Thường người phân tích khơng biết lượng chất tan ban đầu x0 biết phần trăm chiết được, thí dụ 99% Trong trường hợp này, A lại pha nước sau n lần chiết 1% Có thể tìm n bng phng trỡnh: ổ = 100ỗ ữ è + K' ø n Thí dụ 10.6: I2 chiết từ pha nước dung mơi hưũ Hệ số phân bố chiết CCl4 85 Nếu 50 ml dung dịch nước chứa 2.10-2 mmol I2 tiếp xúc với 30 ml CCl4 Tính lượng I2 pha nước pha hữu m1.1 =m0 1+K D Vh/c Vn =2.10-2 1+85 30 50 =3,85.10-4 mmol m1.1 lượng chất tan pha nước 3,85.10-4 mmol m0- m1.1 lượng chất tan cịn pha hữu 1,96.10-2 mmol Thí dụ 10.7: Chất X có hệ số phân bố 2,7 pha nước benzen Nếu 50 ml dung dịch chứa 4,5 mg X a)Tính thể tích benzen cần thiết để chiết đơn 99% X; b) chiết lần 50 ml benzen để đạt 99% Giải: a) = 100 Þ Vh/ c = 1830ml Vh/ c + 2,7 50 -2 b) = 100 Þ lg 0,01 = n lg 0,27 Þ n = = 3,52 n , 568 + , ( ) Thí dụ 10.8: Một chất B bị chiết từ pha nước vào ete Hệ số phân bố = 10 Nếu dung dịch nước chứa 2,5 mg B a) Thể tích pha nước pha hữu chiết % B ? b) % B bị chiết chia Vh/c làm phần chiết lần Giải: a) m1.1 ổ ỗ ữ ữ = 0,23mg = 2,5ỗ ỗ + 10 ữ ỗ ữ 1ø è B% = (2,27/2,5)x100 = 90,8% b) Phần trăm lại giảm Vh/c : lại % = 100 1ử ổ ỗ1 + 10 ữ ố 4ứ = 0,67% % chiết = 100-0,67=99,33% CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Định nghĩa giải thích q trình sắc ký, cho thí dụ minh họa Các lực liên kết có hệ sắc ký? Đĩa lý thuyết gì, nêu biện pháp để tăng số đĩa lý thuyết Độ phân giải cách làm tăng độ phân giải Nêu ý nghĩa đại lượng H1, H2, H3 phương trình Van Deemter Một phép tách sắc ký dùng cột mao quản dài 30 m, có tốc độ pha động tối ưu 5cm/s với số đĩa lý thuyết 12000 Xác định thơng số B, C phương trình Van Deemter với hệ này, cho A=0 Dùng cột sắc ký mao quản dài 30 m chạy chất chuẩn với tốc độ khác cho số liệu sau: Tốc độ pha động (cm/s) Số đĩa lý thuyết 0,1 2000 0,5 1500 Xác định tốc độ pha động tối ưu số đĩa lý thuyết tốc độ tối ưu đó, cho A=0 Một cột sắc ký dài 20 m, tách chất A B cho số liệu sau: tRA = 250s , tRB = 260s, độ rộng pic: wA = 10s, wB =10s, thời gian chết, tm=10s Tính số đĩa lý thuyết (n), chiều cao đĩa lý thuyết (H) độ phân giải cột Nếu tăng chiều dài cột lên gấp đơi độ phân giải Chất A2+ phản ứng với thuốc thử HL tạo thành AL2 tan tốt CHCl3 theo phản ứng: A2+ + HL = AL2 + 2H+; Có 50ml chứa 4,5mg A2+, dùng HL nồng độ 0,01 M pH 2, thể tích pha nước (Vn) pha hữu (Vhc) chiết 50% A lên CHCl3 A2+ không tham gia phản ứng phụ AL2 không tồn pha nước b) Chiết lần pH 2,5; nồng độ HL 0,01M để đạt 99,9% A Vn=Vhc c) Tính thể Vhc để chiết 1lần đạt 99,9% A biết pH 2,5 nồng độ HL 0,01M